氢气植物学效应的研究进展

氢气(hydrogen,H_2)是一种新的气体信号分子。藻类和微生物的氢酶可以产生并释放H_2,高等植物也可能存在类似于氢酶的蛋白催化H_2的合成。同时,各种非生物胁迫和激素也可诱导产生H_2。与动物中H_2通过选择性抗氧化预防和辅助治疗多种疾病所不同的是,植物中H_2的生理作用可能还与其通过迅速诱导活性氧信号,从而调动抗氧化防护系统有关。H_2具有多种植物学效应,包括调控生长发育和提高对生物胁迫和非生物胁迫的抗/耐性,其分子机制涉及对miRNA、基因表达、激素水平和蛋白质修饰的调控,并可能与一氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)等气体信号转导有关。H_2的研究掀起了新一轮健康革命,"氢农业"的发展也已初具规模。本文主要综述了H_2产生、生理功能以及与激素等信号分子互作的研究进展,并对H_2植物学效应和"氢农业"进行了展望。     

木薯花生间作模式养分吸收与利用优势的比较

设置3种木薯花生间作模式(1行木薯间作2行花生(M_1H_2)、2行木薯间作3行花生(M_2H_3)、2行木薯间作4行花生(M_2H_4)),以木薯和花生单作为对照,研究作物对N、P、K的吸收与利用效率。结果表明:1)3种间作模式在作物产量、磷钾吸收和氮磷钾利用效率上均具有显著间作优势,M_1H_2和M_2H_4模式在产值上具有显著的间作优势,M_2H_4模式的系统产量当量比和产值当量比显著大于M_1H_2和M_2H_3模式的,系统产量当量比与系统磷钾利用效率、系统氮吸收当量比、木薯磷钾利用效率当量比、木薯氮吸收当量比呈显著正相关;2)与木薯单作相比,3种间作模式木薯在产量、产值、磷钾吸收、氮磷钾养分利用效率上均具有显著优势,木薯产量当量比与系统磷钾利用效率当量比、系统氮吸收当量比、磷钾利用效率当量比、氮吸收当量比呈显著正相关;3)与花生单作相比,M_1H_2和M_2H_3模式花生在产量、产值上劣势显著,M_1H_2模式花生在磷吸收、氮磷钾养分利用效率上具有显著的劣势,M_2H_3模式花生在氮磷吸收上具有显著优势;花生产量当量比与花生氮磷钾利用效率当量比呈显著正相关。推荐选用产量和产值优势最佳的M_2H_4木薯花生间作模式。     

澳洲石斛花粉离体萌发液体培养基研究

以澳洲石斛(Dendrobium kingianum)新鲜花粉为试验材料,在单因素试验基础上,设计正交试验,比较蔗糖、H_3BO_3、CaCl_2对澳洲石斛花粉萌发的影响,旨在筛选出适合澳洲石斛花粉离体萌发的液体培养基配比,为澳洲石斛花粉离体培养及杂交育种提供参考依据。结果表明,单因素试验中,在一定浓度范围内的蔗糖、H_3BO_3、CaCl_2,对澳洲石斛花粉萌发具有一定促进作用,超过一定浓度则起抑制作用;正交试验中,蔗糖、H_3BO_3和CaCl_2对澳洲石斛花粉萌发的影响都极显著,适宜的花粉离体萌发培养液为10 g/L蔗糖+40 mg/L H_3BO_3+30 mg/L CaCl_2,花粉萌发率为37.02%。     

鹿骨胶水解物抗氧化活性及对H2O2损伤PC12细胞保护作用的研究

[目的]研究鹿骨胶水解物的抗氧化活性及其对H_2O_2损伤PC12细胞的保护作用。[方法]采用热水抽提法对脱脂脱钙的鹿骨进行蛋白提取,用胃蛋白酶和胰蛋白酶进行双酶酶解得鹿骨胶水解物。以DPPH、·OH自由基清除能力测定鹿骨胶水解物的体外抗氧化活性。利用H_2O_2损伤PC12细胞的模型,探究鹿骨胶水解物(HDBG)对氧化损伤PC12细胞的保护作用。[结果]鹿骨胶水解物具有良好的抗氧化活性,对DPPH自由基和·OH均有一定的清除能力,IC_(50)值分别为10.05和4.76 mg/mL。鹿骨胶水解物对正常PC12具有明显的增殖作用,对H_2O_2诱导损伤的PC12细胞具有显著的保护作用,且呈剂量依赖关系。在250、750和1 500μg/mL时,细胞活力分别53.79%、73.16%和82.43%。[结论]鹿骨胶水解物具有良好的抗氧化活性,对H_2O_2损伤PC12细胞具有保护作用。     

大蒜素对猪卵巢卵泡颗粒细胞凋亡的影响

为了探究大蒜素对猪卵巢卵泡颗粒细胞类固醇激素合成功能以及H_2O_2引起的颗粒细胞凋亡的影响,采用免疫组化法鉴定凋亡相关蛋白Cleaved Caspase3在成年母猪卵巢组织中的表达情况,体外培养猪卵巢原代颗粒细胞,采用放射免疫(RIA)方法检测培养液中孕酮(P4)和雌二醇(E2)水平,采用MTT法检测大蒜素对细胞增殖活性的影响,进一步检测卵巢颗粒细胞的凋亡情况。免疫组化结果显示,Cleaved Caspase3在猪卵巢不同发育阶段卵泡的颗粒细胞、膜细胞中有广泛表达,在卵母细胞的胞质中也有分布,在闭锁卵泡中也见明显表达。猪卵巢原代颗粒细胞经大蒜素处理后,细胞培养液中的孕酮含量显著低于H_2O_2处理组,而雌激素水平显著高于H_2O_2处理组,与对照组无明显差异。此外,免疫荧光结果显示,与H_2O_2处理组相比,大蒜素处理组减少了颗粒细胞的凋亡,进一步证实了大蒜素对H_2O_2引起的颗粒细胞凋亡具有缓解作用;进一步应用MTT细胞毒性和增殖试剂盒进行检测,结果显示,与H_2O_2处理组相比,大蒜素处理显著提高了细胞增殖活性。结果表明,大蒜素能够作用于卵巢颗粒细胞,缓解H_2O_2造成的氧化应激,本结果为畜牧生产中进一步应用大蒜素提供参考依据。     

H_2O_2对水稻幼苗生长和生理的调节

用水稻(Oryza sativa L.)中花11号分析了0.06%、0.006%、0.000 6%H_2O_2处理5 d对水稻幼苗生长、H_2O_2产生、细胞死亡及生长素积累分布的影响。结果表明,高浓度H_2O_2(0.06%)抑制地上部分和不定根的伸长及不定根上侧根的形成和生长,但对初生根上的侧根生长无明显影响。低浓度(0.000 6%)H_2O_2促进初生根和不定根的伸长及其侧根数量增多和长度增加。根尖H_2O_2积累和细胞死亡随着H_2O_2浓度的增大而增加。利用DR5-GUS转基因水稻分析显示高浓度H_2O_2促进生长素在根尖的过量积累,本试验条件下H_2O_2对生长素积累和分布的调节与其激活转录有关。由此可见,高浓度H_2O_2对水稻幼苗生长的抑制作用与其诱导细胞死亡及生长素过度积累有密切关系。     

羟自由基氧化对鲢鱼糜凝胶品质的影响

以冷冻鲢鱼糜为研究对象,用芬顿体系(H_2O_2的浓度分别为0.1,1.0,5.0,10.0和50.0 mmol/L)产生不同浓度的羟基自由基对其进行模拟氧化,研究冷冻鱼糜贮藏过程中氧化程度对鱼糜品质的影响。结果表明:随着H_2O_2浓度的增大,鱼糜的破断力、凹陷深度、凝胶强度和持水性都呈现先增加后降低的趋势,在H_2O_2浓度为1.0 mmol/L时均达到最大值;鱼糜凝胶水分状态分布中T_(22)峰面积也在H_2O_2浓度为1.0 mmol/L时达到最大值;Ca~(2+)-ATPase活性随着H_2O_2浓度的增大呈现先显著增大后降低的趋势;鱼糜凝胶的扫描电镜图片显示,适度氧化(H_2O_2浓度为0.1～1.0 mmol/L)的鱼糜凝胶拥有更加致密的网络结构,具有较小的孔隙,而过度氧化(H_2O_2浓度为10～50 mmol/L)又会导致网络结构的破坏。     

H2S调节小麦干旱胁迫依赖于钙信号途径

探讨了Ca~(2+)和H_2S调节小麦干旱胁迫的交互关系。结果表明,H_2S和Ca~(2+)均可缓解干旱胁迫诱导的氧化伤害,与干旱处理组相比,H_2S和Ca~(2+)预处理显著降低了叶片中丙二醛(MDA)和H_2O_2含量,提高了超氧化物歧化酶(SOD)活性,减少了干旱胁迫对过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的诱导,但乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA,钙螯合剂)处理显著削弱了H_2S对干旱胁迫的缓解作用,而亚牛磺酸(HT,H_2S清除剂)处理对干旱胁迫下Ca~(2+)的缓解作用没有影响。此外,干旱胁迫下,H_2S可诱导Ca~(2+)信号途径相关基因表达(如CcaMK,CPK10,CIPK2和CIPK15),而Ca~(2+)对小麦叶片内源H_2S含量无显著影响。由此推测,Ca~(2+)可能位于H_2S信号的下游,部分介导了H_2S对小麦干旱胁迫的调节作用,H_2S可通过促进Ca~(2+)信号途径相关基因的表达调节干旱胁迫。     

脱落酸提高水稻秧苗耐盐性的效果

水稻是重要的粮食作物之一,其对盐胁迫具有一定的耐受性,但灌溉土壤中盐积累较高时,水稻生长发育和产量会受到影响[1-2],这极大地限制了许多优良水稻品种的产量潜力。脱落酸(ABA)是植物体内一种重要的激素,研究结果表明,ABA在提高植物抗逆性方面具有独特的生理功能,在一定程度上可以缓解盐害,在农业生产中有着重要的应用价值     

增添微量元素对苦荞芽菜黄酮酚酸类物质的影响

以7种微量元素无机盐为考察因素,采用单因素和正交试验设计,探究增添使用微量元素无机盐的营养液对苦荞芽菜中多种黄酮酚酸类物质的影响。结果显示,配合添加7种微量元素无机盐处理对苦荞芽菜中多种黄酮酚酸类物质(除荭草素之外)及其总量的影响具有显著性差异,其影响大小依次为:ZnSO_4·7H_2O、CuSO_4·5H_2O、MnSO_4·4H_2O、EDTA-2Na、(NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O、FeSO_4·7H_2O和H_3BO_3,最优因素组合为FeSO_4·7H_2O(13.9 mg/L)、EDTA-2Na(37.2 mg/L)、H_3BO_3(1.43 mg/L)、MnSO_4·4H_2O(0.22 mg/L)、ZnSO4·7H_2O(0.08 mg/L)、CuSO_4·5H_2O(1.07 mg/L)、(NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O(0.03 mg/L);此条件下苦荞芽菜的生长量极显著增加,黄酮酚酸类物质总量显著增加,最高可达62.58±2.79 mg/g DW(Dry Weight)。     

外源硫化氢处理对番茄生长发育的影响

[目的]作为被普遍认可的第三种气体信号分子,硫化氢(H_2S)在植物的生长发育及信号传递等方面具有重要的作用。[方法]以番茄MicroTom为试验材料,用不同的H_2S浓度(0、10、50、100、500、1 000μmol·L~(-1))及H_2S合成抑制剂羟胺(HA)进行处理;用50μmol·L~(-1) H_2S对相同状态下的番茄幼苗进行不同方法的熏蒸(3h·d-1或6h·2d-1),测量幼苗生长和光合作用的相关指标。[结果]H_2S处理浓度为50μmol·L~(-1)时可对植物的生长发育起到促进作用。对番茄种子或幼苗进行外源H_2S处理,可以显著促进种子的萌发及下胚轴的伸长;普遍延长番茄生命周期,显著增加叶片净光合速率、蒸腾速率及气孔导度;显著增强植物合成H_2S的能力,增加叶片中的H_2S含量;且以上结果与产生H_2S的相关酶编码基因LCD表达水平相关。[结论]综上,外源施加适宜浓度的H_2S,可以影响番茄的生长发育活力和光合作用能力,促进内源H_2S的合成。     

氢气对植物生理功能的影响及作用机制研究进展

氢气(H_2)作为一种新型抗氧化剂广泛用于临床治疗中且疗效良好。植物体内可产生H_2,且在生长发育和胁迫应答等过程中发挥重要作用。综述了内源性H2在植物中的产生以及外源H_2处理对植物的生长发育、抗逆性、根际微生物和采后保鲜等的影响及其作用机制,并进一步探讨了H_2与其他植物激素和内源性小分子气体的交叉作用,为H_2在植物生理作用中的深入研究和应用奠定理论基础。     

基于木瓜蛋白酶过氧化物酶活性检测谷胱甘肽

木瓜蛋白酶是新发现的具有过氧化物模拟酶活性的蛋白酶,它能催化H_2O_2氧化3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB),发生蓝色反应,并在652nm处有吸收峰.当引入谷胱甘肽(GSH)后,由于GSH消耗H_2O_2,使其在652nm处吸光度降低,且溶液颜色变浅.基于此,设计了一种方便简单、灵敏的比色分析法检测GSH,在生物样品检测中具有潜在的应用.     

干旱胁迫下黑穗画眉草的生理响应

[目的]探讨云南昆明周边黑穗画眉草(Eragrostis nigra)的抗旱生理特性。[方法]以采自云南3个不同地方的黑穗画眉草为试验材料(编号为H_1、H_2、H_3),采用不同浓度的聚乙二醇(PEG 6000)模拟干旱胁迫,研究在不同胁迫情况下抗氧化酶、叶绿素含量、可溶性总糖含量及光合参数的变化。[结果]H_1、H_2、H_3的过氧化物酶(POD)活性、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性总糖含量和丙二醛含量均与胁迫强度和处理时间呈正相关,叶绿素含量与胁迫强度和处理时间呈负相关。3个材料的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO_2浓度(Ci)和H_1的气孔导度(Gs)均与处理时间和胁迫强度呈负相关。H_2和H_3干旱胁迫时Gs随处理时间的延长先增加后减小,轻度胁迫时有最大值。[结论]3种黑穗画眉草均有一定的抗干旱胁迫能力,H_1抗旱能力高于其他2种,更能适应干旱缺水的环境。     

具有开放骨架双核锌羧酸配合物的设计合成与结构表征

选择含氮的有机羧酸配体1,3-di(3’,5’-dicarboxylphenyl)pyridine(C_(21)H_(13)NO_8,H_4L),与过渡金属锌在DMA/CH_3CN/H_2O的混合溶剂热体系中配位组装,合成了一例具有3D开放骨架结构的双核锌金属羧酸配位化合物———Zn_2(C_(21)H_9NO_8)(H_2O)(配合物1).用单晶X-射线衍射分析确定了其晶体学结构,配合物1结晶在正交晶系,P2_12_12_1空间群(No.19);有机羧酸衍生物配体H_4L结构中的羧酸氧原子与金属锌螯合配位形成1个双核锌的次级结构单元,再通过有机配体的配位作用连接形成配合物1的三维开放骨架结构,沿y轴方向具有空旷的孔道结构.     

基于季铵化聚乙烯吡啶和纳米铂固定血红蛋白的过氧化氢生物传感器的研究

将血红蛋白和季铵化聚乙烯吡啶按一定比例混合,滴涂在表面修饰了纳米铂的玻碳电极上,成功制备了性能良好的过氧化氢传感器.通过采用循环伏安法(CV)和计时电流法考察了该传感器的电化学性质.最佳实验条件下,其峰电流值与H_2O_2浓度在3.5×10~(-6)～3.15×10~(-3)mol/L成良好的线性关系,检测下限为1.5×10~(-6)mol/L(S/N=3),相关系数为0.999 2.实验证明该电极对过氧化氢具有响应快,灵敏度高、线性范围宽和稳定性好的性能.

Abstract：

A highly efficient H_2O_2 biosensor was fabricated based on the mixture of hemoglobin (Hb) and quaternized poly(4-vinyl pyridine) (QPVP) and nano-Pt modified glassy carbon electrode.The electro-chemical characteristics of the biosensor were studied by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperome-try.Under optimized conditions, the biosensor exhibited a dynamic range of 3.5 × 10~(-6) to 3.15 × 10~(-3) mol/L to H_2O_2 with a detection limit of 1.5×10~(-6) mol/L and a correlation coefficient of 0.999 2.Moreo-ver, the biosensor exhibited high sensitivity to H_2O_2, good repeatability, selectivity and stability.     

H_2S对硒胁迫下不结球白菜体内BrPAO1/H_2O_2的调控作用

土壤硒(Se)污染已受到越来越多的关注。Se胁迫通常破坏植物体内的抗氧化系统,进而导致H_2O_2被动累积,多胺氧化酶(PAO)代谢多胺产生H_2O_2是植物体内活性氧的重要来源之一。本研究以不结球白菜(Brassica rape.ssp.chinensis)幼苗根为研究材料,采用多种生理生化手段,研究了信号分子硫化氢(H_2S)对Se胁迫下BrPAO1/H_2O_2系统的调控方式。结果表明,(1)Se胁迫导致根内PAO活性和H_2O_2含量显著上升,而采用PAO活性抑制剂(GZT)可显著抑制PAO活性并降低H_2O_2含量,表明在Se胁迫下导致了依赖于PAO的H_2O_2产生。(2)从不结球白菜体内克隆了1个编码PAO蛋白的基因BrPAO1,将BrPAO1在烟草叶片中瞬时表达,证明编码蛋白具备产生H_2O_2的能力;Se胁迫可显著诱导根内BrPAO1的表达。(3)Se胁迫诱导根内H_2S合成相关基因(BrLCD1～BrLCD10和BrDCD1、BrDCD2)表达上调,内源H_2S含量显著提高;H_2S供体(NaHS)处理可进一步提高Se胁迫下根内源H_2S水平,而H_2S的清除剂(HT)处理可显著降低Se胁迫下根内源H_2S水平。(4)NaHS处理可显著抑制Se胁迫下根内BrPAO1基因的表达、PAO活性、H_2O_2含量,而HT处理则呈现出相反的作用效果。表明,Se胁迫可导致BrPAO1基因表达上调,进而提高PAO活性并产生过量H_2O_2,而内源H_2S则参与调控这一生理过程。     

H_2S可能作为H_2O_2的上游信号介导茉莉酸甲酯诱导竹根姜对青枯菌的抗性

为探讨H_2S和H_2O_2在茉莉酸甲酯(MeJA)诱导竹根姜抗姜瘟病过程中的上下游关系,以竹根姜幼苗为研究对象,采用MeJA、NH_2OH+MeJA、AsA+MeJA、无菌水等进行喷雾,观察竹根姜发病情况,并对H_2S、H_2O_2、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和木质素等指标进行检测。结果显示,MeJA处理可以显著降低竹根姜的病情指数,提高抗病性,而H_2S合成抑制剂NH_2OH和H_2O_2清除剂AsA均抑制MeJA诱导的抗病效果。进一步研究发现,MeJA能够明显促进H_2S(主要由半胱氨酸脱巯基酶合成)和H_2O_2的合成以及半胱氨酸脱巯基酶的活性,提高木质素合成相关酶(PAL和POD)活性,促进木质素合成。H_2S合成抑制剂NH2OH可降低半胱氨酸脱巯基酶的活性并抑制H_2S和H_2O_2的产生,而H_2O_2清除剂AsA可抑制H_2O_2的产生,但对H_2S的合成和半胱氨酸脱巯基酶的活性没有影响。由此证明,H_2S可能作为H_2O_2的上游信号参与竹根姜对MeJA的响应。MeJA在竹根姜细胞内进行有效的信号传导,通过调控细胞内下游信号分子H_2S和H_2O_2的产生,激活木质素合成相关酶的活性,促进木质素的合成,提高竹根姜对青枯菌的抗性。     

过氧化氢和吲哚乙酸对大豆种子萌发时过氧化物酶的影响

<正> 种子萌发受呼吸代谢的严格控制,不同类型的植物种子,在其萌发的不同阶段具有不同的代谢类型,而一定的代谢途径又为组织中酶的种类,作用底物以及相应的辅助因子所调节。过氧化物酶是呼吸作用末端氧化酶中的一种,它以H_2O_2为底物,催化H_2O_2氧化另一种底物。同时,它也具有吲哚乙酸氧化酶的作用,可以催化吲哚乙酸(IAA)氧化。     

外源硫化氢缓解水稻盐胁迫的作用机理

为探明外源H_2S缓解水稻盐胁迫的作用机理,以水稻日本晴为材料,在水培条件下,研究H_2S对NaCl胁迫下5叶期水稻幼苗生长与活性氧(ROS)代谢和抗氧化酶系统的影响。结果表明:100mmol/L NaCl处理严重抑制水稻幼苗的生长,诱导ROS的产生,造成氧化损伤;盐胁迫下添加抗氧化酶抑制剂(二乙基二硫代氨基甲酸钠DDC或3-氨基-1,2,4-三唑AT),活性氧(ROS)得不到及时有效分解而高水平累积,加剧了氧化胁迫对植物的伤害;在盐胁迫条件下添加100μmol/L NaHS(外源H_2S供体)处理,能显著增加叶片内H_2S水平,加快活性氧的清除,从而减轻盐胁迫下的膜脂过氧化程度,促进植物生长。H_2S具有抗氧化作用,外施H_2S可提高植物耐盐性。