hidrogen molecular – utilizari plante si agricultura

Logo-ul autorului

În timp ce efectele medicale ale hidrogenului molecular au fost analizate pe larg, cercetarea efectelor hidrogenului molecular asupra plantelor superioare a fost adesea o preocupare mai mică. Studiile recente privind efectele botanice ale hidrogenului molecular au arătat că sunt implicate în căile de transmitere a semnalelor de hormoni de plante și pot îmbunătăți rezistența plantelor la stres, cum ar fi seceta, salinitatea, metalele reci și grele. În plus, hidrogenul molecular ar putea întârzia maturarea post-recoltare și senescența fructelor. Dovezile observaționale au arătat, de asemenea, că hidrogenul molecular poate regla timpul de înflorire al plantelor. Aceste rezultate indică faptul că hidrogenul molecularpoate avea mari potențiale aplicații în producția agricolă, indicând faptul că ar putea să apară o nouă „epoca agricolă a hidrogenului molecular”.

Introducere

Hidrogenul este cel mai răspândit element din lume, reprezentând mai mult de 75% din masa universului și este, de asemenea, elementul cel mai abundent al compoziției corpului uman. Hidrogenul molecular gazos este incolor, inodor și fără gust și a fost considerat a fi o moleculă fiziologică inertă, considerând-o ca o potențială resursă pentru energia curată în viitor.

Din anii 1930 până în 1940, unele bacterii și alge au fost găsite capabile să producă hidrogen molecular[ 1 , 2 ]. După ce a trecut mai mult de o jumătate de secol, obținerea puținei aplicații a dus la industrializarea producției de hidrogen molecular de către bacterii și alge. Dar în 2007, lucrurile s-au transformat . Oamenii de știință de la Universitatea de Medicină Nippon au publicat o lucrare despre efectul protector medical al hidrogenului molecular asupra medicinei naturii, care ne-a actualizat complet cunoștințele despre hidrogen molecular în biologie – hidrogenul molecular nu poate fi considerat doar o sursă de energie, ci are și un potențial terapeutic în boală [ 3]. In acest studiu, autorii au descoperit ca pentru prejudiciul ischemie-reperfuzie cerebrala efectul protector hidrogen molecular s-a realizat prin reducerea selectiva a OH si ONOO care sunt doua dintre cele mai toxice specii reactive de oxigen din corp. Această descoperire surprinzătoare a atras imediat numeroși cercetători din întreaga lume, după care au fost raportate diferite efecte medicale și biologice ale hidrogenului molecular.  hidrogenul molecular care a fost implicat ca gaz de respirație în scufundări pentru  la mamifere acum pare să devină un „medicament miraculos” în combaterea bolilor. Unii cercetători din Japonia și China au dezvoltat, de asemenea, o varietate de produse de sănătate legate de hidrogen molecular, care sunt urmărite cu căldură de public. Prin urmare, mulți cercetători au crezut, de asemenea, că, cu cercetare mai profundă, hidrogenul molecular poate juca un rol major în promovarea sănătății umane.

Deoarece hidrogenul molecular devine treptat cea mai stralucitoare vedetă din domeniul medicinii, al sănătății și al câmpurilor cosmetice, cu flăcări grațioase în producția agricolă este, de asemenea, hidrogen molecular. Oamenii probabil nu se așteptau ca hidrogenul molecular să poată fi utilizat nu doar pentru tratamentul medical și îngrijirea sănătății, dar poate fi, de asemenea, aplicat pe scară largă producției agricole. Acest lucru ne poate duce să îmbrățișăm venirea „epocii de agricultură pe bază de hidrogen molecular”!

Producția de hidrogen molecular în plantele superioare

La începutul secolului al XIX-lea, cercetătorii au realizat că bacteriile și algele ar putea sintetiza hidrogen molecular. În 1931, cercetătorii au raportat prima enzimă a bacteriilor care activează hidrogenul molecular [ 4 ]. În 1942, în primul rând a fost găsită producția fotochimică de hidrogen molecular în alge [ 2 ]. Dacă majoritatea bacteriilor și algelor ar putea produce hidrogen molecular în anumite condiții [ 5 ], cum ar fi plantele superioare? Pot plantele mai mari sa produca hidrogen molecular?

În 1947, Boichenko a susținut că cloroplastele izolate din alge pot elibera hidrogen molecular. Oamenii de știință, în mod natural, ajung la presupunerea că plantele superioare ale căror frunze conțin de asemenea cloroplaste pot produce hidrogen molecular [ 6 ]. În anul 1961, dovada ca frunzele plantelor superioare  elibereaza și absorb hidrogenul molecular a fost demonstrată de Sanadze [ 7 ]. În 1964, Renwick și colegiile sale au indicat că multe plante superioare ar putea elibera hidrogen molecular și hidrogenul molecular exogen ar putea promova rata de germinare a semințelor de secară pe timp de iarnă [ 8 ]. După aceea, hidrogenază cu activitate de producere a hidrogenului molecular a fost izolată de către Maione și Gibbs din cloroplastul Chlamydomonas reinhardtii. Ei aveau ipoteza că hidrogenază ar trebui să existe și în unele plante superioare [ 6 ]. Apoi confirmarea dovezilor – eliberarea hidrogenului molecular și detectarea activității de hidrogenază din rădăcinile de orz – publicată de Torres a arătat că plantele superioare pot elibera efectiv hidrogen molecular [ 9 ]. De atunci, studiul privind plantele superioare pentru producerea hidrogenului molecular este ignorat pentru o lungă perioadă de timp. Un motiv pentru aceasta, probabil, de a obține energie curată, nu pentru efectele sale biologice, a fost în primul rând intenția de a investiga asupra producției de hidrogen molecular. Un alt motiv este faptul că inconvenientele de colectare a hidrogenului molecular comparativ cu colectarea în bacterii și alge.

Efectele hidrogenului molecular asupra plantelor superioare

Prima descoperire a efectelor hidrogenului molecular asupra plantelor superioare a fost în 1964, când Renwick et al. au găsit semințe de secară de iarnă tratate cu hidrogen molecular germinate mai rapid decât grupul de control [ 8 ]. Din păcate, oamenii de știință nu au făcut încă studii ulterioare. Efectele hidrogenului molecular asupra plantelor superioare nu au fost respectate până când efectele asupra sănătății ale hidrogenului molecular sunt în general afectate. Recent, cercetătorii din China au studiat preliminar efectele hidrogenului molecular asupra plantelor superioare, rezultatele arată că hidrogenul molecular are un efect important de reglementare asupra funcției fiziologice a plantelor, joacă un rol important în rezistența plantelor la stresul abiotic. Studiul arată că hidrogenul molecular are un efect important asupra germinării semințelor de mung, orezului [ 10 ] și alfalfa (Medicago sativa) [ 11 ], iar tratamentul prealabil cu hidrogen molecular H 2 poate îmbunătăți rezistența la stres și sarea Arabidopsis [ 12 ].

Cercetătorii de la Universitatea de Medicină din Nanjing au descoperit că tratamentul prealabil cu hidrogen molecular H 2 poate induce expresia genei hem oxigenază (HO-1), una din gena antialfazei Alfalfa/lucerna  și își intensifică activitatea enzimatică, reducând daunele oxidative provocate de paraquat [ 11 ]. Ei au presupus că hidrogen molecular H2 ar putea funcționa ca o moleculă gazoasă importantă care ameliorează stresul oxidativ prin semnalizarea HO-1. Ei au descoperit de asemenea că tratamentul prealabil cu hidrogen molecular H 2 poate îmbunătăți toleranța la sare în orez și Arabidopsis, iar îmbunătățirea toleranței la sare poate fi legată de reducerea leziunilor speciilor de oxigen (ROS) [ 12 ]. În plus, au constatat că hidrogenul molecular sporește rezistența lucernei /alfalfei la cadmiu și aluminiu datorită îmbunătățirii capacității antioxidante a lucernei /alfalfa indusă de hidrogen molecular [ 13 , 14 ].

Cercetătorii de la Grădina botanică din China de Sud, Academia Chineză de Științe și Universitatea Militară a doua din Shanghai au confirmat rolul antioxidant al hidrogenului molecular în răsadurile de orez și au constatat că expresia genelor antioxidante a fost indusă de hidrogen molecular H2. În plus, reglarea în sus /cresterea a mai multor gene și genele receptorilor de fitohormon care codifică câțiva factori cheie implicați în căile de semnalizare a plantelor a fost detectată în răsadurile de orez tratate cu apa hidrogen molecular. S-a constatat că producția de hidrogen molecular H2 a fost indusă de stresul acidului, etilenă și jasmonat, de sare și de secetă și a fost în concordanță cu activitatea de hidrogenază și expresia genelor presupuse de hidrogenază în răsadurile de orez. Studiul sugerează că hidrogenul molecular ar putea fi o importantă moleculă de semnalizare gazoasă a plantelor, care poate participa la reglarea căilor de semnalizare a hormonului vegetal implicate în creșterea plantelor și adaptarea la stres [ 10 ].

„Epoca agricolă a hidrogenului  molecular” ne flutură

O trăsătură majoră a agriculturii moderne este utilizarea intensă a îngrășămintelor și a pesticidelor. În prezent, abuzul de pesticide și de îngrășăminte cauzează poluarea serioasă a mediului, degradarea solului și problemele legate de siguranța alimentară. Datorită siguranței hidrogenului molecular H 2 , confortul și economia utilizării de apa cu hidrogen molecular , perspectiva aplicării sale în producția agricolă va fi foarte atractivă. Recent, unele studii efectuate de mai multe instituții de cercetare din China arată că hidrogenul molecular din apa pare a fi valoros pentru producția agricolă, în special pentru cultivarea fără sol a culturilor, și poate avea, de asemenea, un efect pozitiv asupra valorii nutritive a culturilor. În viitor, fermierii pot folosi  hidrogen molecular pentru a înlocui sau înlocui parțial pesticidele și îngrășămintele pentru a spori rezistența culturilor la boală, insecte, secetă și stres de salinitate și pentru a îmbunătăți calitatea produselor, pentru a crește randamentul. Cât de interesantă este „epoca agricolă a hidrogenului molecular”! Aplicarea de hidrogen molecular în producția agricolă poate avea următoarele aspecte:

Germinația semințelor

Studiile arată că hidrogen molecular H2 poate promova rata germinării semințelor de secară și lucernă [ 8 ]. Această constatare poate promova aplicarea de  hidrogen molecular  în îmbunătățirea vitezei de germinare a semințelor plantelor.

Reglarea timpului de înflorire

S-a observat că trandafirii și alte plante modifică timpul de înflorire după tratarea cu apa cu hidrogen molecular. De asemenea, s-a constatat că  hidrogen molecular poate regla expresia genei proteinei receptorului de hormon de plante asociat cu floarea de plante [ 10 ]. Această constatare sugerează că apa cu hidrogen molecular va avea perspective largi de aplicare în horticultură.

Îmbunătățirea rezistenței la stres

Secetele și stresul de salinitate duc adesea la reducerea randamentului culturilor și chiar la deces. Studiile au constatat că apa cu  hidrogen molecular poate îmbunătăți capacitatea de rezistență a orezului, plantelor Arabidopsis și Medicago sativa la salinitate, secetă și alte stresuri [ 11 , 12 ]. Irigarea  sau aspersoare cu ajutorul de apa cu  hidrogen molecular va îmbunătăți rezistența la stres a culturilor, pentru a atinge scopul prevenirii și reducerii dezastrelor.

Îmbunătățirea rezistenței culturilor la boli și dăunători

Studiul a constatat că hidrogenul molecular poate regla expresia genelor de proteine ​​receptor ale multor hormoni de plante, inclusiv anumiți hormoni de plante asociați cu rezistența la boli, cum ar fi acidul salicilic și acidul jasmonic [ 10 ]. Irigarea culturilor prin utilizarea apei pe bază de  hidrogen molecular va îmbunătăți, probabil, rezistența culturilor la dăunători și la boli care conduc la înlocuirea pesticidelor sau la reducerea utilizării pesticidelor, protejând astfel mediul și îmbunătățind securitatea alimentară.

Îmbunătățirea calității produselor agricole

Hidrogenul molecular din apa de irigare a culturilor, cum ar fi legumele și fructele, le-ar putea face mult mai delicioase.

Reducerea utilizării îngrășămintelor

H 2 hidrogen molecular poate reglementa efectele hormonilor din plante, cum ar fi auxina, citokina. Tratarea cu apa cu  hidrogen molecular poate promova creșterea plantei. Sa observat că apa cu  hidrogen molecular are un efect semnificativ asupra creșterii plantelor de fasole mung [ 10 ]. Prin urmare, în viitor, apa cu  hidrogen molecular poate fi utilizată atractiv pentru irigarea culturilor, promovarea creșterii plantelor și reducerea utilizării îngrășămintelor chimice.

Conservarea produselor agricole

Studiul a arătat că tratarea cu apa cu  hidrogen molecular ar putea întârzia maturizarea post-recoltare și senescența fructelor kiwi. Reducerea daunelor oxidative a fost considerată ca fiind unul dintre principalele mecanisme prin care tratamentul cu apa  cu hidrogen molecular întârzie senescenta și inhibă respirația kiwi [ 15 ]. Datorită proprietăților antioxidante ale hidrogenului molecular , amestecurile de  hidrogen molecular cu alte gaze pot contribui la conservarea produselor agricole. Datorită securității hidrogenului molecular, fără otrăvire, fără reziduuri, acesta are un avantaj puternic al siguranței alimentare în comparație cu alte tratamente chimice ale produselor agricole proaspete.

„Era agricolă a hidrogenului molecular” este de dorit, dar necesită în continuare cantități de cercetare și dezvoltare profundă, care ar trebui, în primul rând, să studieze mecanismul efectelor de  hidrogen molecular asupra plantelor superioare, să pună bazele teoretice solide pentru aplicarea agriculturii pe bază de hidrogen molecular; și, în al doilea rând, să facem un experiment de câmp la scară largă, pentru a descoperi metodele precise de aplicare a apei pe bază de  hidrogen molecular în producția agricolă. Credem că, odată cu rezolvarea treptată a acestor probleme, „epoca agricolă a hidrogenului molecular ” va ajunge la noi.

Interes interesant

Suntem aici pentru a afirma în mod formal că toți autorii nu au niciun interes concurențial asupra acestui articol.

Contribuția autorilor

JZ a participat la conceperea, proiectarea și scrierea articolului. ZY și XS au contribuit la revizuirea și revizuirea critică a manuscrisului. Toți autori au văzut și au aprobat versiunea finală a manuscrisului.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4177722/

Publicat online 2014 august 20. doi: 10.1186 / 2045-9912-4-15
PMCID: PMC4177722
Progres în studiul efectelor biologice ale hidrogenului asupra plantelor superioare și aplicării sale promițătoare în agricultură
1 Laboratorul-cheie al Genetică și reproducție a plantelor agricole din China, Laboratorul-cheie pentru conservarea resurselor de plante și utilizarea durabilă, Grădina botanică din China de Sud, Academia Chineză de Științe, Guangzhou, China
2 Departamentul de Aeromedicină al Marinei, a doua Universitate Medicală Militară, Shanghai, China
autorul corespunzator Autorul corespunzator.
Jiqing Zeng: nc.ca.bics@qjgnez ; Zhouheng Ye: moc.liamtoh@98hhzy ; Xuejun Sun: moc.liamtoh@kjxnus

produse ce creeaza hidrogen molecular H2 – in apa:

purificator-ionizator-apa-AlkaViva-Vesta-H2
purificator-ionizator-apa-AlkaViva-Vesta-H2
purificator-ionizator-apa-AlkaViva-Athena-H21
purificator-ionizator-apa-AlkaViva-Athena

Referințe

  • Gaffron H. Reducerea dioxidului de carbon cu hidrogen molecular în algele verzi. Natură. 1939; 143 : 204-205. doi: 10.1038 / 143204a0. [ Cross Ref ]
  • Gaffron H, Rubin J. Producția fermentativă și fotochimică de hidrogen în alge. J Gen Physiol. 1942; 26 : 219-240. doi: 10.1085 / jgp.26.2.219. [ Articolul gratuit PMC ] [ PubMed ] [ Ref.cross ]
  • Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K, Watanabe M, Nishimaki K. și colab. Hidrogenul acționează ca un antioxidant terapeutic prin reducerea selectivă a radicalilor citotoxici de oxigen. Nat Med. 2007; 13 (6): 688-694. doi: 10.1038 / nm1577. [ PubMed ] [ Cross Ref ]
  • Stephenson M, Stickland LH. Hidrogenaza: hidrogen molecular activator al enzimei bacteriene: Proprietatile enzimei. Biochem J. 1931; 25 (1): 205-214. [ Articol gratuit PMC ] [ PubMed ]
  • Melis A, Melnicki MR. Producție biologică integrată a hidrogenului. Int J Hydrogen Energy. 2006; 31 (11): 1563-1573. doi: 10.1016 / j.ijhidene.2006.06.038. [ Cross Ref ]
  • Maione TE, Gibbs M. Activități mediate de hidrogenază în cloroplaste izolate de Chlamydomonas reinhardii. Plant Physiol. 1986; 80 (2): 360-363. doi: 10.1104 / pp.80.2.360. [ Articolul gratuit PMC ] [ PubMed ] [ Ref.cross ]
  • Sanadze GA. Absorbția hidrogenului molecular prin frunze verzi în lumină. Fiziol Rast. 1961; 8 : 555-559.
  • Renwick GM, Giumarro C, Siegel SM. Metabolismul hidrogenului în plantele superioare. Plant Physiol. 1964; 39 (3): 303-306. doi: 10.1104 / pp.39.3.303. [ Articolul gratuit PMC ] [ PubMed ] [ Ref.cross ]
  • Torres V, Ballesteros A, Fernández VM. Exprimarea activității de hidrogenază în rădăcinile de orz (Hordeum vulgare L.) după stres anaerob. Arch Biochem Biophys. 1986; 245 : 174-178. doi: 10.1016 / 0003-9861 (86) 90202-X. [ PubMed ] [ Cross Ref ]
  • Zeng J, Zhang M, Soarele X. Hidrogenul molecular este implicat în semnalizarea fitohormonului și răspunsurile la stres în plante. PLoS Unul. 2013; 8 (8): e71038. doi: 10.1371 / journal.pone.0071038. [ Articolul gratuit PMC ] [ PubMed ] [ Ref.cross ]
  • Jin Q, Zhu K, Cui W, Xie Y, Han B, Shen W. Gazul hidrogen acționează ca o nouă moleculă bioactivă în îmbunătățirea toleranței plantelor la stresul oxidativ indus de paraquat prin modularea sistemului de semnalizare heme oxigenază-1. Plant Cell Environ. 2013; 36 (5): 956-969. doi: 10.1111 / pce.12029. [ PubMed ] [ Cross Ref ]
  • Xie Y, Mao Y, Lai D, Zhang W, Shen W. H2 amplifică toleranța la sare arabidopsis prin manipularea apărării antioxidante mediată de ZAT10 / 12 și controlul excluziunii sodiului. PLoS Unul. 2012; 7 (11): e49800. doi: 10.1371 / journal.pone.0049800. [ Articolul gratuit PMC ] [ PubMed ] [ Ref.cross ]
  • Chen M, Cui W, Zhu K, Xie Y, Zhang C, Shen W. Apa bogată în hidrogen ușurează inhibarea indusă de aluminiu a alungirii rădăcinilor în lucernă prin reducerea producției de oxid nitric. J Hazard Mater. 2014; 267 : 40-47. [ PubMed ]
  • Cui W, Gao C, Fang P, Lin G, Shen W. Ameliorarea toxicității cadmiului în Medicago sativa cu apă bogată în hidrogen. J Hazard Mater. 2013; 260 : 715-724. [ PubMed ]
  • Hu H, Li P, Wang Y, Gu R. Apa bogata in hidrogen intarzie maturarea post-recoltare si senescenta de kiwi. Food Chem. 2014; 156 : 100-109. [ PubMed ]

Articolele de la Gas Gas Research sunt oferite aici prin amabilitatea publicației Wolters Kluwer – Medknow

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *