氢气对植物生理和代谢的影响：综述 气态氢（H₂）已成为一种对植物生长和发育具有重大影响的分子，尤其是当植物处于胁迫环境下时影响更为显著。诸多研究常常表明，氢气在干旱、存在重金属或盐分以及遭受紫外线照射等情况下具有改善作用。在采后阶段，氢气已被证实能够提高水果和蔬菜在储存期间的品质，并延缓花卉的衰老。从分子层面来讲，氢气已被证明可清除羟基自由基并去除过氧亚硝酸盐，但不会与其他具有反应活性的信号分子（如一氧化氮）发生反应。然而，氢气的所有分子作用机制尚未全部被揭示出来。这并非是对该主题全面详尽的综述，但有望概述氢气对细胞内部分分子活动的影响，以及这种影响如何作用于植物生理。毫无疑问，氢气对植物有着显著影响，并且其在整个农业领域有着被广泛应用的潜在空间。1. 引言 氢气（H₂）如今已成为众多生物学科领域（包括植物科学）中备受关注的一种分子。亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）在1766年首次分离出了氢气，此后不久，包括汉弗莱·戴维（Humphry Davy）、安托万 - 洛朗·德·拉瓦锡（通常被称为安托万·拉瓦锡，Antoine-Laurent de Lavoisier）、约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley）和蒂贝里乌斯·卡瓦洛（Tiberius Cavallo）在内的众多研究人员便开始研究它对生物系统的影响，当时他们主要是在研究一系列其他气体（如氧气和一氧化二氮）的过程中涉及到氢气的相关研究。然而，有关氢气的研究在随后几十年里似乎逐渐减少。近期人们对氢气的兴趣再度兴起，这可能源于有关动物细胞研究成果的发表，特别是其中提出了氢气在细胞内可能的作用机制。该假说经后续进一步研究，认为氢气会选择性地与具有反应活性的小分子信号物质相互作用，尤其是与羟基自由基（·OH）相互作用。研究发现，其他相关的信号分子，如超氧阴离子（O₂·⁻）、过氧化氢（H₂O₂）和一氧化氮（NO）等并不受氢气影响。因此，这是一种明确的效应，而且是一种有可能适用于包括植物在内的众多生物细胞的作用机制。人们对氢气的兴趣稳步增长，2024年9月在PubMed上使用“ 氢气”一词进行检索，得到了3912条结果，当然，使用其他检索词也能在文献中检索到有关氢气的研究。如今，氢气在生物医学领域已得到充分研究，被提议用于缓解包括神经退行性疾病、糖尿病以及心血管疾病等一系列疾病。近期一篇关于医学领域中氢气的系统综述给出了更多示例及详细内容。人们的兴趣并不仅限于动物系统，当然，植物生长、生理和代谢的诸多方面也已经得到研究，而且近期有几篇论文提出了氢气在农业中的应用。本文将综述氢气对植物的影响，以及它在未来可能的有益用途。 . 氢气如何引发短期和长期响应的示意图。红色箭头表示因氢气存在而可能启动的信号传导。黑色钝头箭头表示无相互作用。蓝色箭头表示化学变化。绿色箭头表示不受氢气影响的信号传导。 2. 氢气使用安全吗？如果要将氢气用于农业和食品科学领域，它必须是安全的。氢气在操作和使用过程中存在固有风险，其中最突出的就是其可燃性。然而，在生物系统中，氢气本身是安全的，不存在毒性特征。事实上，自20世纪40年代以来，氢气就已作为高浓度的潜水气体被使用，且未出现明显的有害影响。 使用氢气最简单的方式是将其作为气体。可以直接用氢气对植物进行熏蒸，并测量其产生的效果。只要清楚在有氧气存在的情况下氢气具有可燃性，这样操作相对来说还是比较容易的。不过，由于氢气质量轻且密度比空气小，它不会停留在地面，而是会相对较快地散失到高层大气中。另外，许多研究人员会制备富氢溶液，通常被称为富氢水（HRW）。同样的方法也可用于制备富氢盐水（HRS），但很多植物不耐盐，所以这在植物科学中的应用有限。这类溶液很容易制备，只需将感兴趣的介质用氢气鼓泡，使其溶解即可。然而，氢气在水中的溶解度较差，它会迅速变回气态并散失到大气中。在生物医学领域，富氢水通常是利用镁基片剂与水发生反应来制备的，反应过程中会产生氢气气泡并部分溶解。也可以通过电解水来生产氢氧混合气（含66%的氢气和33%的氧气），如果使用隔膜，就可以收集到纯净的氢气，而氧气则排放到大气中。 图2. 可以通过多种方式用氢气处理植物。例如，叶面处理可以使用气体，或者使用富含氢气的溶液（如富氢水（HRW）或氢纳米气泡水（HNW）），或者也可以将富氢水或氢纳米气泡水作为灌溉水直接浇灌到土壤中。 当然，植物细胞自然也会接触到内源性（例如通过氢化酶的作用）和外源性（例如来自细菌活动）的氢气来源。这一点近期已有相关讨论，此处不再赘述。因此，对植物施用氢气既简便又廉价。此前已经有人对氢气作为生物药物的处理方式进行了综述，同时也讨论了使用氢气时存在的一些问题。

---