最初，氫氣(Hydrogengas，H2)被認為是生理性惰性氣體。1975年《Science》報道，高壓H2干預對小鼠皮膚癌有明顯改善作用，然而氫氣生物學效應并未引起足夠重視。2007年《NatureMedicine》撰文報道H2可以作為抗氧化劑改善大鼠腦缺血損傷，從而引起學術界的轟動。2013年《PlantCellandEnvironment》報道，外源施用H2可以緩解百草枯誘導的紫花苜蓿幼苗氧化損傷。2014年《PlantPhysiology》發(fā)文報道，外源施用H2可以增強擬南芥耐旱性。自此，氫氣生物學效應及其分子機制的研究逐漸受到青睞。氫氣生物學主要包括氫醫(yī)學和氫農(nóng)學。與氫農(nóng)學相對應的實踐是氫農(nóng)業(yè)，氫農(nóng)學是研究氫農(nóng)業(yè)相關規(guī)律的學科。氫農(nóng)業(yè)是綜合應用于種植業(yè)、畜牧業(yè)及水產(chǎn)業(yè)的一種新型綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，其主要分為大田氫農(nóng)業(yè)、設施園藝氫農(nóng)業(yè)、家庭氫農(nóng)業(yè)等。氫農(nóng)業(yè)涉及多個研究領域，本研究從植物耐旱和耐鹽性以及花卉保鮮的機理研究入手分別以紫花苜蓿、擬南芥以及洋桔梗切花為試驗材料;通過使用藥理學、分子生物學和遺傳學等手段探究H2提高植物耐旱和耐鹽性以及延長鮮切花保鮮的分子機制，旨在為H2在農(nóng)業(yè)上的廣泛運用提供理論和實踐基礎。
本研究的具體結果如下:　　已經(jīng)知道，外源施用H2和一氧化氮(Nitricoxide，NO)均可以提高植物滲透脅迫（模擬干旱）耐性，但尚不清楚H2和NO在增強紫花苜蓿滲透脅迫耐性過程中是否存在相互作用。在這項研究中，外源施用氫氣（以富氫培養(yǎng)液形式）可以顯著提高紫花苜蓿幼苗NO產(chǎn)生，進而提高幼苗滲透脅迫耐性。結合富氮培養(yǎng)液確定了富氫培養(yǎng)液的作用主要來源于H2，部分來源于富氫導致的低氧效應。外源施用NO清除劑可以抑制H2緩解滲透脅迫誘導的幼苗生長抑制，提示NO可能參與了外源H2提高紫花苜蓿幼苗滲透脅迫耐性。外源施用硝酸還原酶（一種NO合成酶）抑制劑（鎢酸鹽）提示，H2誘導NO的產(chǎn)生主要來源于硝酸還原酶催化途徑。進一步的研究證實，H2分別通過誘導和降低脯氨酸合成酶和脯氨酸降解酶的活性/基因表達提高滲透脅迫下苜蓿幼苗脯氨酸含量，進而增強幼苗滲透脅迫耐性。組織化學染色分析幼苗脂質(zhì)過氧化和質(zhì)膜完整性證實，外源施用H2可以顯著緩解滲透脅迫誘導的脂質(zhì)過氧化和質(zhì)膜完整性損傷。此外，H2通過提高滲透脅迫下抗氧化酶活性和相應的轉錄本水平增強紫花苜蓿幼苗的抗氧化能力。上述結果提示，H2提高苜蓿滲透脅迫耐性與重建細胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)有關。最后，本研究初步證實H2的作用還可能部分與依賴于NO的蛋白質(zhì)S-亞硝基化修飾有關。綜上所述，外源施用H2介導的紫花苜蓿幼苗滲透脅迫耐性與NO誘導的脯氨酸積累與氧化還原穩(wěn)態(tài)重建相關。　
　研究顯示，外源H2和內(nèi)源褪黑素(Melatonin，MT)均可以提高植物耐鹽性，但內(nèi)源H2是否參與提高植物耐鹽性以及H2與MT在植物響應鹽脅迫之間的相互作用尚未報道。在這項研究，外源施用H2通過上調(diào)5-羥色胺N-乙?；D移酶(SNAT，MT合成途徑中的關鍵酶)基因表達提高MT產(chǎn)生，進而增強野生型擬南芥耐鹽性。然而，外源施用H2不能降低atsnat（擬南芥SNAT缺失突變體）的鹽敏感性提示，MT可能參與了外源H2提高擬南芥耐鹽性。本研究進一步通過使用CrHYD1轉基因擬南芥(過表達萊茵衣藻產(chǎn)氫酶基因(CrHYD1)，模擬內(nèi)源H2產(chǎn)生）、atsnat/CrHYD1-4雜交株系以及atsnat突變體驗證上述結論。與野生型相比，CrHYD1轉基因株系(CrHYD1-3和CrHYD1-4)和atsnat/CrHYD1-4雜交株系的內(nèi)源氫氣含量較高，且CrHYD1株系的耐鹽性較高。然而，與CrHYD1-4株系相比，atsnat/CrHYD1-4雜交株系的鹽敏感性更高。進一步的研究結果證實，CrHYD1株系中SNAT的mRNA水平和MT含量更高。上述結果提示，MT作為內(nèi)源H2的下游信號參與提高擬南芥耐鹽性。鹽脅迫下擬南芥幼苗鈉(Na+)和鉀(K+)含量分析顯示，與野生型相比，CrHYD1株系的Na+/K+更低，而atsnat/CrHYD1-4和atsnat的Na+/K+較高。基因表達分析顯示，CrHYD1轉基因幼苗中離子轉運蛋白基因(SOS1、SOS2、SOS3、AKT1和NHX1)表達量較高，而在atsnat/CrHYD1-4和atsnat中的表達量較低。非損傷微測技術檢測幼苗根部離子流速證實，與野生型相比，活體狀態(tài)下CrHYD1株系的Na+外排流速較高、H+內(nèi)流流速較高，而K+外排流速較高;而atsnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗呈現(xiàn)相反的趨勢。此外，與野生型相比，CrHYD1株系的過氧化氫含量和脂質(zhì)過氧化水平較低、抗氧化酶活性以及相應的轉錄本水平較高;相反地，內(nèi)源H2的作用在atsnat/CrHYD1-4中被抑制。綜上所述，內(nèi)源H2通過上調(diào)SNAT表達誘導MT積累激活離子轉運蛋白和抗氧化酶基因表達，從而調(diào)節(jié)根部離子轉運并增強抗氧化能力，維持鹽脅迫下幼苗的氧化還原和離子穩(wěn)態(tài)，進而增強擬南芥耐鹽性。綜上所述，依賴于SNAT產(chǎn)生的MT，至少在提高擬南芥耐鹽性方面是內(nèi)源H2的下游信號分子?！　⊙芯孔C實，外源施用H2可以延長采后百合和玫瑰鮮切花保鮮;但是，內(nèi)源H2是否以及如何延長切花保鮮的相關機理仍然不清楚。本研究以洋桔梗鮮切花為試驗材料，證實切花衰老期間內(nèi)源氫氣穩(wěn)態(tài)和氧化還原平衡被破壞。氣相色譜法測定內(nèi)源H2濃度證實，外源施用氫氣（以富氫水形式）可以提高切花內(nèi)源H2水平，但2，6-二氟酚靛酚(DCPIP，內(nèi)源H2合成抑制劑)抑制了內(nèi)源H2產(chǎn)生。切花的瓶插時間、花徑和鮮重數(shù)據(jù)顯示，與對照組相比，外源施用H2延長了洋桔梗鮮切花保鮮，而外源施用DCPIP加速了切花衰老。然而，當H2和DCPIP同時施用時，H2部分抑制了DCPIP誘導的切花衰老。進一步的研究表明，外源施用H2通過減緩脂質(zhì)過氧化和增強抗氧化酶活性延長洋桔梗鮮切花保鮮。此外，與對照組相比，外源施用H2顯著抑制了可溶性蛋白和葉綠素的降解，同時提高脯氨酸積累。然而，外源施用DCPIP抑制了H2的上述作用。綜上所述，H2通過增強細胞抗氧化能力和脯氨酸合成、抑制可溶性蛋白和葉綠素的降解延長洋桔梗鮮切花保鮮，進而延長洋桔梗切花保鮮期?！　”狙芯糠謩e從氫農(nóng)業(yè)的三個重要領域展開研究，揭示了外源施用H2通過調(diào)動NO信號參與提高紫花苜蓿幼苗滲透脅迫耐性、褪黑素作為內(nèi)源H2的下游信號分子增強擬南芥耐鹽性以及內(nèi)源H2延長洋桔梗鮮切花保鮮期的分子機制。上述研究結果不僅促進了氫農(nóng)學相關分子機制的研究，而且為H2在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、園藝栽培和家庭中的運用提供理論指導，同時為大田氫農(nóng)業(yè)、設施園藝氫農(nóng)業(yè)和家庭氫農(nóng)業(yè)的發(fā)展打下基礎。
 
參考文獻( GB/T 7714-2015 ) 
蘇久廠. 氫氣緩解滲透和鹽脅迫及延長切花保鮮期的分子機制[D]. 江蘇:南京農(nóng)業(yè)大學,2018.