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氢气也许是植物激素

已有 4962 次阅读 2013-8-15 22:01 |个人分类:植物氢气效应|系统分类:论文交流| 植物

气体和生物的关系十分密切,对人类和动物来讲,消耗氧气产生二氧化碳是最重要的气体代谢方式。在自然生态系统中,植物消耗二氧化碳产生氧气的光合作用是地球上大部分生命生存的能量基础,光合作用不仅给生命活动提供氧气,而且给能量代谢提供能量物质,因此是生命世界的最重要基础。其实气体和生命的关系远非这么简单,研究发现,许多过去被忽视的气体都具有十分关键的生理调节效应,这不仅在动物世界,而且在微生物和植物世界都是如此。除氧气和二氧化碳以外,各类相对次要的气体如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、一氧化氮和硫化氢等等,都已经证明是多种生命活动的重要调节分子。从进化角度看,地球生命的起源是原始大气和 海洋,因此气体是生命的物质基础,液态水和气体是生命起源的最重要环境条件。因此,各类气体的生物学效应,是生物医学领域必须重视研究领域。

在细菌和藻类,氢气具有非常重要的作用,由于在新能源领域的重要价值而被深入研究。在基础和临床医学领域,氢气的作用也已经成为研究热点,研究发现氢气作为一种理想的抗氧化物质对大量疾病和损伤具有治疗作用。虽然在植物领域,氢气的效应也早被研究,但对其生物学作用细节了解非常不够深入。

最近中国学者在氢气的植物学效应方面获得很好的研究,发现氢气对植物的生理功能具有非常强大的调节效应,特别是对植物对抗各类不利环境因素中的作用有很好的研究结果。来自中国科学院华南植物园(原华南植物研究所)曾纪晴等的研究发现,氢气对绿豆和水稻具有重要影响,特别是发现对绿豆和水稻的各类生长激素受体和各类抗 氧化酶的基因表达具有特别显著的影响,研究证明水稻自身具有产生氢气的作用。研究从基因进化角度,推测产生氢气的蛋白可能是来自水稻的氢化酶基因,通过研究发现水稻产氢能力和氢化酶基因可以受到多种胁迫因素的诱导。根据上述研究,提出氢气可能是一种重要的植物气体信号分子。文章目前已经在线发表在PlosOne

在科学网,我很早就和曾老师建立了联系,对植物的研究背景使他很早就意识到氢气有可能对植物胁迫效应有影响,对这一研究很早我们就进行了多次深入交流,我也曾在在广州参加一次会议期间到他实验室参观学习,当时听到他给我介绍他关于氢气在植物效应方面的研究,非常激动。其中一个最大的震撼是,他发现氢气处理可让许多植物激素受体基因表达上调1000倍, 这样的结果对我来说简直是不可思议,因为在动物领域这样的变化几乎是不可能发生的。虽然我对这一研究的贡献比较小,但曾老师非常大度,考虑到我们多次的讨论,他坚持把我这个植物研究的门外汉作为作者之一发表了这个论文,使我这个一直做动物研究的人也有了一篇关于植物生理学研究的论文。这一论文先后经过几次向国际高档期刊投稿的尝试,但最终发表在PlosOne上,虽然距离心理目标很远,但我认为这一研究仍具有十分重大的意义。这也是国际上第一篇关于氢气对植物生长激素调节效应的研究论文。考虑到水稻和绿豆属于人类的重要粮食作物,这一发现可能对提高粮食产量,解决粮食危机具有潜在的应用前景。

按照目前的研究,植物在受到外界不利因素下可以促进氢气的产生,氢气对植物对抗外来不利刺激有作用,氢气对植物许多激素相关基因表达产生显著影响,那么这提示氢气可能是一种植物激素。

 

Molecular hydrogen (H2) metabolism inbacteria and algae has been well studied from an industrial perspective becauseH2 is viewed as a potential future energy source. A number ofclinical trials have recently reported that H2 is a therapeuticantioxidant and signaling molecule. Although H2 metabolism in higherplants was reported in some early studies, its biological effects remainunclear. In this report, the biological effects of H2 and itsinvolvement in plant hormone signaling pathways and stress responses weredetermined. Antioxidant enzyme activity was found to be increased and the transcription of corresponding genesalteredwhen the effects of H2 on the germination of mung bean seeds treatedwith phytohormones was investigated. In addition, upregulation of several phytohormonereceptor genes and genes that encode a few key factors involved in plantsignaling pathways was detected in rice seedlings treated with HW. Thetranscription of putative rice hydrogenase genes, hydrogenase activity, andendogenous H2 production were also determined. H2production was found to be induced by abscisic acid, ethylene, and jasmonateacid, salt, and drought stress and was consistent with hydrogenase activity andthe expression of putative hydrogenase genes in rice seedlings. Together, theseresults suggest that H2 may have an effect on rice stress toleranceby modulating the output of hormone signalingpathways.

 




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