|
氫氣是一種具有廣泛生物學(xué)效應(yīng)的生物分子，這種廣泛性不僅體現(xiàn)在對同一類物種的多種效應(yīng)，還表現(xiàn)在氫氣具有跨物種生物學(xué)效應(yīng)的特點，更重要的是氫氣表現(xiàn)出極大的生物和環(huán)境安全性。另外氫是宇宙中含量最多的元素，氫氣的資源其豐富，人類早就掌握了氫氣制備技術(shù)成熟，制造成本低廉。讓這種氣體具有預(yù)防和健康醫(yī)學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢，也具有生態(tài)和環(huán)境應(yīng)用優(yōu)勢。但是氫氣具有可燃性，氫氣在水中溶解度非常小，讓氫氣的使用存在一定的風(fēng)險和困難。納米氣泡是解決難溶解氣體溶解度小的針對性技術(shù)，也是人們新近發(fā)現(xiàn)的自然現(xiàn)象，人工納米氣泡技術(shù)也日趨成熟和完善。結(jié)合納米氣泡技術(shù)的氫氣納米氣泡技術(shù)，給氫氣的大規(guī)模低成本應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)。讓氫氣這種廣泛生物學(xué)效應(yīng)的常見氣體，有希望成為保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要利器。 簡單安全有作用不僅是醫(yī)療追求的方法，也是健康預(yù)防醫(yī)學(xué)追求的工具，也是環(huán)境保護(hù)追求的技術(shù)。氫氣不僅受到醫(yī)療的追捧，健康領(lǐng)域喜歡，也一定受到農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等越來越多相關(guān)領(lǐng)域的熱愛。真所謂，英雄所見略同！
內(nèi)容參考中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境準(zhǔn)則與風(fēng)險評估國家重點實驗室吳豐昌院士團(tuán)隊8月9日在《農(nóng)業(yè)食品化學(xué)雜志》的一篇觀點論文。 Zhao L, Teng M, Zhou L, Li Y, Sun J, Zhang Z, Wu F. Hydrogen Nanobubble Water: A Good Assistant for Improving the Water Environment and Agricultural Production. J Agric Food Chem. 2023 Aug 9. 氫氣納米氣泡水（HNW）是農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的新興技術(shù)，因其突出特征而受到更多關(guān)注。氫納泡水表現(xiàn)出更高的溶液停滯率，并且存在時間更長水比分子氫，這確保了其實際使用。在此觀點中，討論了氫納泡水的特性和應(yīng)用。氫納泡水作為抗氧化劑，有效消除活性氧，抵消Cu和Cd應(yīng)激；氫納泡水還增加作物產(chǎn)量，提高作物質(zhì)量，并能改善運(yùn)輸和儲存性能。基于氫納泡水的優(yōu)勢，我們建議重點關(guān)注氫納泡水的潛在功能，并擴(kuò)大其在環(huán)境和農(nóng)業(yè)。 氫分子已顯示出通過選擇性去除活性氧 （ROS） 來緩解細(xì)胞毒性的能力。但是，氫氣應(yīng)用存在一些缺點，如溶解度低、擴(kuò)散性強(qiáng)、不穩(wěn)定性等，限制了其更廣泛的擴(kuò)張。納米氣泡（NBs）是直徑為<1μm的氣泡，可以含有各種小分子氣體。通常氫NB克服了許多缺點。與簡單物理溶解于水相比，NBs每單位體積提供相對較大的比表面積和更高的氫氣溶液停滯率，存在時間明顯更長。考慮到這些有利的品質(zhì)，使用氫納米氣泡 水（HNW）引發(fā)了污水處理，農(nóng)業(yè)或育種產(chǎn)量提高以及醫(yī)學(xué)研究等一些領(lǐng)域的研究人員的極大興趣。 氫納泡水在去除ROS方面表現(xiàn)出比 ROS 更高的效率。氫 水僅與外源性ROS（·OH）發(fā)生反應(yīng)，而氫納泡水則消除了更多類型的ROS（超氧陰離子、次氯酸和ONOO–)。銅（Cu）是淡水系統(tǒng)中毒性最強(qiáng)的重金屬之一，鎘（Cd）是一種非常常見的土壤金屬污染物，會對生物和人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響。Cu和Cd可以催化ROS的產(chǎn)生，導(dǎo)致氧化應(yīng)激和進(jìn)一步的氧化損傷。作為一種有效的抗氧化劑，氫納泡水抵消了源自重金屬的內(nèi)源性ROS，并增加了動植物的內(nèi)源性抗氧化作用。氫納泡水增加了超氧化物歧化酶和過氧化氫酶等抗氧化酶的活性。(2)此外，氫納泡水保護(hù)和維持了營養(yǎng)物質(zhì)的還原環(huán)境，從而降低Cd的溶解度。 氫納泡水通過一種分子機(jī)制可以降低金屬毒性。氫納泡水通過還原Cu2+來調(diào)節(jié)Cu的生物利用度到固相Cu0和Cu0不能通過銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到小球藻細(xì)胞中。(3)由于氫納泡水體積大而無法穿透細(xì)胞膜，吸附在小球藻表面的氫納泡水可能會降低Cu2+及其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。此外，氫納泡水調(diào)節(jié)水稻中金屬轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因（如Nramp5、HMA2、HMA3、IRT1和LCD）的表達(dá)，降低Cd的積累水平。 (4)我們建議對氫納泡水進(jìn)行更廣泛的測試，以減輕與其他重金屬相關(guān)的風(fēng)險。眾所周知，氫是一種還原劑，既能去除多余的ROS，又能與正離子重金屬反應(yīng)，如鉛（Pb4+和鉛2+）、砷（如3+）和汞2+和汞）。考慮到低碳優(yōu)勢、低成本，以及NB的長壽命特性，應(yīng)研究氫納泡水是否可以應(yīng)用于更廣泛的環(huán)境的保護(hù)目的（圖1）。
氫納泡水對植物生長的好處正日益實現(xiàn)。應(yīng)用氫納泡水不僅增加了植物的葉綠素水平，還增加了對光合作用至關(guān)重要的鐵水平。農(nóng)作物是人類生命的保障，并且仍然是一個永恒的話題。氫納泡水可以增強(qiáng)作物從土壤中吸收養(yǎng)分，因為它的帶負(fù)電荷和疏水的外殼。一系列關(guān)于水稻的研究肯定了使用氫納泡水的基本原理。氫納泡水在溫室試驗中提高了水稻的育種適應(yīng)性，在盆栽試驗中提高了水稻的耐鹽性。此外，在田間試驗中，用氫納泡水水稻灌溉顯著增加了水稻的長度、寬度、厚度和千粒重。白米中磷、鉀含量也有所增加，說明氫納泡水通過增強(qiáng)養(yǎng)分同化來控制水稻種子的生長。(4)除了對植物的直接益處外，我們建議檢查氫納泡水對微觀水平的影響（例如，根際微生物和土壤微生物）（圖1）。據(jù)信，氫氣是細(xì)菌的主要能量來源。先前的研究證實，氫處理改變了土壤微生物多樣性，增加了有益菌的豐度和代謝活性。此外，用NB灌溉水也影響了土壤微生物多樣性和土壤肥力。然而，很少有研究報告氫納泡水介導(dǎo)的土壤微生物多樣性變化與植物生長之間的關(guān)系。氫納泡水如何通過影響微觀成分而不是宏觀物種來間接促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是未來研究的重點。 氫納泡水還有助于提高經(jīng)濟(jì)作物的市場價值。用氫納泡水灌溉草莓增加了風(fēng)味成分的含量，并改善了水果的香氣。可溶性糖/可滴定酸比例的增加也表明甜度更好。(5)同時，氫納泡水實際上延長了作物在運(yùn)輸和儲存過程中的保存時間。與未經(jīng)處理的大米相比，用氫納泡水水稻灌溉的水稻表現(xiàn)出更高水平的必需氨基酸，更少的異味和更少的脂質(zhì)過氧化。此外，還建議使用氫納泡水來抑制異味并降低儲存大米中的脂質(zhì)過氧化水平。考慮到氫納泡水的前景，我們建議在稻-魚養(yǎng)殖系統(tǒng)中應(yīng)用氫納泡水（圖1）。據(jù)報道，氫 水對魚類細(xì)菌感染有治療作用，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖。提高水凈化能力和促進(jìn)水稻生長，將氫納泡水應(yīng)用于稻魚養(yǎng)殖系統(tǒng)可以充分利用這些優(yōu)勢，使養(yǎng)殖效率和盈利能力受益。 因此，氫氣是一種環(huán)保選擇，可以幫助可持續(xù)農(nóng)業(yè)。隨著納米技術(shù)不斷引領(lǐng)創(chuàng)新，我們很高興發(fā)現(xiàn)氫納泡水的新優(yōu)勢特性，并更實際地應(yīng)用它。 作者介紹：吳豐昌，1964年8月23日出生于浙江衢州，環(huán)境基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)與污染防治專家，中國工程院院士，中國環(huán)境科學(xué)研究院副總工程師、研究員、博士生導(dǎo)師，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室主任。
免責(zé)聲明：本文轉(zhuǎn)載自氫思語。 |
|
|
