这是英国生化学家 J T在Plant上写的最新。氢分子(氢气)是一种非常小的分子，相对不溶于水和相对惰性。尽管如此，几乎毫无疑问，氢气对从植物[1]到人类的一系列生物都有深远的影响。在生物医学领域，氢气已被建议作为治疗一系列疾病的治疗药物，包括神经退行性疾病和COVID-19。甚至有人建议它可以作为运动补充剂。
氢气可以作为气体或溶解在合适的介质中喷洒到植物或植物组织中。对于后者，氢气通常在水中鼓泡，形成富氢溶液，称为富氢水(氢水)。这可以添加到土壤(或饲料溶液)或喷洒在树叶上。Wu等利用该方法研究了氢气对白菜镉胁迫的影响。
利用这种方法，已经有许多关于氢气在植物中影响的报道。氢气参与种子萌发，尤其是在盐胁迫下。富氢水(氢水)促进根的生长，尤其是在各种胁迫条件下，例如当存在过量的金属离子时。有人认为，氢气的这种压力缓解可能涉及植物激素信号转导。
氢气是安全的。Sun等人给出了他们认为氢气对人类是安全的三个理由，因此，扩展到用于粮食作物的植物处理也是安全的。首先，氢气作为深海潜水的压缩气体已经使用了几十年，没有任何不良影响的报道。其次，氢气是一种内源性气体，产生于肠道。第三，有实验证据表明氢气是安全的。（这个内容是对我们《氢气生物医学》书中氢气生物安全性的总结）另一方面，氢气是高度易燃的，所以如果在密闭的地方使用，如在温室中，需要谨慎。
氢气是如何作用于植物的还不是很清楚。如果喷到叶子上，我们不知道有多少氢气进入了植物组织，但如果看到了效果，显然它必须进入。即使用作氢水, 氢气也极有可能相对较快地进入气相，因此可能需要重复处理。氢气的直接作用也很难理解，即氢气的分子目标是什么。氢气可能太小了，不能以传统的方式与蛋白质受体相互作用。然而，有报道称氢气作为一种抗氧化剂，最有可能的目标是羟基自由基或过氧亚硝酸盐分子(ONOO−)。后者是由一氧化氮(NO)和超氧阴离子反应形成的。据认为，氢气与其他活性氧(ROS)，如超氧阴离子或过氧化氢(氢气O2)，或其他活性氮(如NO)反应的可能性较小。氢气也不太可能参与多肽中氨基酸的直接修饰，这可能是氢气O2(通过氧化)或NO(通过s -亚硝基化的典型机理。其他人认为氢气作用于酶，如血红素加氧酶，但其直接相互作用尚不清楚。
在此，本特刊(SI)邀请该领域的专家们就氢气在植物科学中的作用和应用进行最新的研究和评价。
2. 氢气对植物的影响
在这个SI中，和Lim询问氢气是否可以用于延长鲜花的花瓶寿命。收获后是一个非常重要的话题。在一些国家，收获后的废物估计超过40%。作物必须具有商业可行性、食用安全以及为消费者所接受。这后一点与鲜花非常相关，因为人们期望它们看起来很好，持续时间越长越好。和Lim回顾了各种用于向工厂输送氢气的方法，包括氢水、氢纳米气泡水(HNW)和镁氢化物(氢化镁)。研究中使用的植物包括玫瑰、康乃馨和百合。总之，氢气的应用提高了花卉的瓶插寿命，作者得出结论，这一工作应继续释放氢气在花卉业的使用潜力。有趣的是，作者还讨论了氢气使用的成本效益分析，并认为劳动力成本是一个问题。当然，随着氢气被更多地用于其他行业，如运输能源，氢气的成本和交付可能会变得更便宜。
Li等延续了使用氢气延长鲜花花瓶寿命的主题。在这里，作者使用了HNW，他们说，与传统的氢水相比，HNW具有更高的溶解氢气的浓度，氢气的剩余溶解时间更长，这两种特性都将有利于广泛使用。他们的数据显示，5%的高净值人群显著延长了切割康乃馨的花瓶寿命。该浓度优于其他浓度的HNW，优于水或氢水。他们的改善措施包括电解质泄漏、氧化损伤和花瓣细胞死亡。作者认为高净值水果在采后保鲜方面具有广阔的应用前景。当然，用氢分子进行治疗很可能比使用一些有争议的替代品要安全得多，比如硫化氢，它已知有毒性[22]。对于花卉来说，这可能不是一个太大的问题，但如果同样的处理方法用于粮食作物的收获后保存，可能会成为一个问题。
Cheng等人已经将氢气的应用应用到田间，并对这种处理是否会改善水稻进行了试验。他们也用高净值，把它比作水沟。他们的数据表明，HNW增加了糙米/粗米和白米的长度、宽度和厚度。然后，他们研究了这些植物的基因表达，并将生理变化与分子变化联系起来。在白米中，他们没有看到总淀粉含量的差异，但淀粉酶下降。镉的积累也减少，这也与基因表达模式相关。总的来说，这样的工作表明，氢气处理可以进行更大规模的研究，而不仅仅是在实验室环境中。作者得出结论，施用氢气确实能提高水稻的品质，应该作为未来的一种处理方法。虽然在之前就有关于氢气的田间试验的报道，但这是相对罕见的，如果要在农业上更广泛地使用氢气处理，当然需要进行更大规模的工作，如这样的工作。
毫无疑问，氢气处理植物是有益的，正如本SI中的论文和这些作者引用的其他论文所证明的那样。越来越多的证据表明，在不同的物种上，氢气的使用将被视为有利的，无论是在田间使用还是在收获后使用。尽管分子机制还没有被很好地理解，接下来的论文以某种方式揭示了氢气可能在植物组织中做什么。
3.氢气作用机理
细胞中使氢气产生作用的机制也是本SI论文的重点。Zhao等人研究了氢气与葡萄糖在黄瓜不定根中的相互作用。葡萄糖胺阻断了氢水的作用，表明葡萄糖含量可能介导了根的发育。氢水增加了细胞内一系列糖基代谢物的含量，包括葡萄糖、淀粉、蔗糖、葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸和葡萄糖-1-磷酸。氢水处理导致数种相关酶的活性增加，包括己糖激酶、丙酮酸激酶和蔗糖合酶，而且，基因表达模式与这些发现相匹配。有趣的是，作者指出，氢水的所有积极作用都被葡萄糖胺抑制，他们得出结论，氢气通过促进葡萄糖代谢来调节不定根的生长。
关于氢气效应的文献倾向于支持氢气增加细胞抗氧化水平的观点。例如，Wu等人报告了镉胁迫下白菜的抗氧化能力增加，而Chen等人表明采后使用氢水提高了(蘑菇)的抗氧化能力。在这期SI中，Jiang等人也研究了抗氧化能力，以及如何通过使用韭菜进行氢气处理来提高抗氧化能力。与上面的花瓶寿命工作类似，这也是在收获后进行的。与空气相比，用不同浓度的氢气处理韭菜。通过测定腐烂指数、重量损失率和蛋白质含量，结果表明氢气最多可提高3%的贮藏期。在保持总酚、总黄酮和维生素C含量的同时，提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性。显然，氢气处理通过增加抗氧化能力来保护植物材料，就像其他人提出的那样。
Zhang 等研究了植物中的农药残留。利用番茄和拟南芥，他们发现氢气增加了多菌灵(一种苯并咪唑农药)的降解。氢气增加了谷胱甘肽的代谢，导致多菌灵的降解增加。谷胱甘肽是植物中非常重要的抗氧化剂，因此所看到的任何影响也可能改变细胞的氧化还原状态。多菌灵是一种杀菌剂。Zhang等人认为多菌灵的抗真菌作用不受氢气处理的影响，但他们相信谷胱甘肽对该杀菌剂的氢气解毒作用很重要。因此，正如作者指出的那样，这是氢气在植物细胞中的一种以前未知的作用。
五指茅桃(Ficus hirta Vahl)是曾和宇的重点研究植物。在中国，这种可食用植物也有药用价值。用氢气(作为氢水)处理后，将根的转录组模式与对照进行比较。研究发现，173个基因下调，138个基因上调。作者还进行了代谢组学分析，发现近200种代谢物的水平被氢气处理改变。进一步分析表明，苯丙素的生物合成和代谢是氢气处理控制的主要途径。虽然作者建议，为了这种药用植物的未来生长，应该考虑氢气的施用，但数据也表明，当植物被氢气处理时，可以报告的影响规模。如此多的基因被上调或下调，氢气一定对植物细胞中的转录因子有深远的影响。哺乳动物细胞的研究也得到了类似的结果，毫无疑问，未来这些基因表达变化背后的机制将被解开。
最后，作为专刊的一部分，发表了氢气对植物的直接作用的综述。有报道称，氢气可以作为一种直接的抗氧化剂，但其化学性质一直存在争议。有人认为，氢气通过其氧化还原态起作用，在细菌系统中也有这样的先例。另外，氢气可能通过其自旋态起作用，但没有证据表明这一点。显然，这里有很多值得探索的地方，氢气研究的一些重点需要指向这个方向。
无论何种机制，如果氢气的直接作用机制得到解决，将会加强在农业和生物医学领域使用氢气的论点，但毫无疑问，这类证据，无论是支配机制的还是支配机制的，都将在未来出现。
4. 结论与未来展望
从本期特刊发表的论文可以看出，氢气对植物有有益的影响。氢气似乎可以提高作物产量，并可用于改善作物的收获后贮藏，这里对花卉的研究就是例证。因此，氢气的使用在农业环境中应该有一个光明的未来。
植物可能通过细胞酶的作用，或通过该位置的其他生物(如土壤)的代谢，自然暴露于氢气。另外，氢气也可以作为一种处理施用于植株——土壤或叶片上。从本专刊的论文中可以看出，有多种方法可以实现这一点。氢气可以作为气体使用，也可以在富溶液中使用，即氢水。然而，该领域最近的进展已经看到了其他解决方案的发展，这些解决方案可以使用，如高净值净值。另外，氢气也可以从供体分子中提供，比如氢化镁。毫无疑问，未来会有更好的供体化合物被开发出来，这些化合物可以在更长的时间内提供更多的氢气，而不是给组织一个弹丸效应。
报告氢气的影响需要保持一致的一个方面是引用所用的氢气浓度。通常会引用氢水的百分比，但如果不确切知道原液浓度，就很难对不同的研究进行比较。氢气在溶液中持续时间不长，因此引用氢气在所用溶液中的实际浓度将非常有利于推动这一领域的发展。
本专刊中也提出了一些分子方面的证据，包括通过葡萄糖代谢、谷胱甘肽代谢作为一种抗氧化剂和在基因表达控制中的作用。然而，不仅在植物科学中，而且在生物系统中氢气作用的各个方面，氢气的直接靶点仍然难以捉摸。有人提出了一些想法，但目前还没有什么证据。未来的工作需要集中在氢气生物学的这一方面，因为这将真正加强使用氢气的论点。它还可以保证氢气处理的安全性，特别是如果建议将其用作消耗作物的处理，无论是在田间还是在收获后。
最后，还需要对一系列作物进行更多的大型大田试验。氢气在世界上的一些国家正在研究，尤其是中国，但需要更广泛地研究，在不同的地点和不同的工厂。氢气虽然易燃，但似乎是安全的，但在氢气被广泛应用于农业和花卉业之前，需要充分确定其成本效益。氢气有很多好处，尤其是当植物受到压力时，毫无疑问，大规模的试验将解开未来采用氢气应用的犹豫。
J T. for Issue:“ and Role of in ”[J]. , 2022, 11(15): 2047.
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