氢气在农业上的应用研究进展
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氢的应用领域
氢气的应用领域主要包括以下几个方面:
1. 能源领域:氢气被广泛应用于燃料电池中,通过与氧气反应产生电能,驱动电动汽车、发电机组等设备,实现零排放的清洁能源。
氢气还可以与其他可再生能源如太阳能、风能等相结合,形成氢能源系统,存储和利用可再生能源。
2. 化工行业:氢气常被用于氢化反应、氢氧化反应等重要化工工艺中。
例如,氢气可以与氮气反应生成氨气,用于合成氨肥等农业肥料;氢气还可以用于合成石油化工原料如氢氯酸、氢氰酸等。
3. 金属工业:氢气广泛应用于金属材料的加工和处理过程中。
例如,氢气可以作为保护气体,防止金属材料氧化变质,同时也可以加速金属的冷加工、烧结等过程。
4. 电子行业:氢气被用于半导体工业中的清洗和退火过程。
氢气可以去除杂质和氧化层,提高半导体材料的纯度和质量。
5. 实验室研究:氢气在化学、物理等领域的研究中广泛应用。
它可以用于实验室中的反应气氛控制、材料制备、催化剂还原等实验操作。
需要注意的是,由于氢气具有易燃、易爆和极低温等危险性质,其应用需要严格的安全措施和规范操作。
氢能综合利用示范项目场景案例氢能综合利用示范项目是指通过多种氢能技术的综合应用,实现氢能的高效利用和产业化发展。
下面列举了十个氢能综合利用示范项目场景案例。
1. 氢能供暖系统:在寒冷地区,利用水电等清洁能源来制取氢气,然后将氢气用于供暖系统,实现低碳、零排放的供暖方式。
这种系统可以通过燃料电池或氢气锅炉将氢气转化为热能,使居民享受到清洁、舒适的供暖。
2. 氢能储能系统:通过将电能转化为氢气储存起来,再根据需要将氢气转化为电能供应给用户,实现能源的高效储存和利用。
这种系统可以应用于电网峰谷调峰、电动车充电等场景,提高能源利用效率和供应稳定性。
3. 氢能交通运输:利用氢能驱动汽车、公交车、火车等交通工具,实现零排放、低噪音的运输方式。
通过建设氢能加氢站,解决氢能车辆的加氢问题,推动氢能交通的发展。
4. 氢能化工生产:利用水电等清洁能源来制取氢气,然后将氢气与二氧化碳等原料进行反应,生产出有机化合物或燃料。
这种方式可以实现碳循环利用,减少对化石燃料的依赖,实现可持续发展。
5. 氢能海洋工程:利用水电等清洁能源来制取氢气,然后将氢气应用于海洋工程领域,如海底油气开采、海水淡化等。
这种方式可以减少对化石燃料的使用,降低对海洋环境的影响。
6. 氢能农业生产:利用水电等清洁能源来制取氢气,然后将氢气应用于农业生产领域,如温室暖气、农田灌溉等。
这种方式可以提高农业生产效率,减少对化石燃料的使用,实现农业可持续发展。
7. 氢能城市照明系统:利用水电等清洁能源来制取氢气,然后将氢气应用于城市照明系统,实现零排放的照明方式。
这种方式可以提高城市能源利用效率,改善城市空气质量。
8. 氢能航空航天:利用氢气作为航空燃料,实现航空器的零排放飞行。
这种方式可以减少航空业对化石燃料的依赖,降低航空业的碳排放。
9. 氢能水力发电:利用氢气作为储能介质,结合水力发电技术,实现能源的高效利用。
通过将水电转化为氢气储存起来,再根据需要将氢气转化为电能供应给用户,提高水力发电的供应稳定性。
氢气在炼化方向的应用
随着能源需求的不断增长,氢气在炼化方向的应用变得越来越重要。
氢气作为一种清洁、高效的能源,被广泛应用于炼化工业中,为我们的生活带来了很多便利和改善。
氢气在炼化方向的应用可以用于石油加氢反应。
石油加氢反应是一种将石油中的硫、氮等杂质去除的重要工艺。
通过加入氢气,可以使得反应更加彻底,提高产品质量,减少环境污染。
同时,氢气还可以用于石油催化裂化反应中的氢气再生装置,使得反应过程更加高效、经济。
氢气在炼化方向的应用还可以用于氨的制备。
氨是一种重要的化工原料,在农业、工业等领域都有广泛的应用。
氨的制备需要通过催化剂将氢气和氮气反应而成,使得氨的产量大大提高。
同时,氢气在氨的制备过程中还可以用于催化剂的再生,提高催化剂的使用寿命。
氢气在炼化方向的应用还包括液化天然气的制备。
液化天然气是一种重要的能源资源,具有高能量密度、低污染等特点。
通过将天然气中的杂质去除,并降低气体的温度和压力,可以将天然气转化为液态,便于储存和运输。
在液化天然气制备过程中,氢气被用作冷却剂,使得液化过程更加高效、节能。
总的来说,氢气在炼化方向的应用为能源行业带来了巨大的变革。
通过有效地利用氢气,我们可以实现能源的清洁化和高效化。
希望未来能够有更多的技术突破和创新,进一步推动氢气在炼化方向的应用,为人类的生活带来更多的便利和改善。
生物质制氢技术在能源领域的应用前景分析近年来,越来越多的人开始意识到能源问题的严重性,尤其是化石能源的不可持续性。
因此,寻找新的清洁能源替代品已成为当前各国都在努力追求的目标。
而生物质制氢技术则是一个备受关注的领域,被认为是未来可持续能源的重要方向之一。
一、生物质制氢技术的原理与优势生物质制氢技术是指将天然的有机材料,如植物和动物的生物质,通过生物化学反应转化为氢气的过程。
生物制氢技术的优势在于其原材料来源广泛,可以利用农业、林业、畜牧业和城市生活垃圾等废弃物,避免了传统燃料的依赖性和环境压力。
同时,生物制氢技术的副产品也是一种有机肥料,可以帮助提高农业生产效率。
二、生物质制氢技术的应用前景1. 食物作物工业化和食品加工生物质制氢技术可以利用废弃的植物、果皮等有机废弃物来生产氢气,同时生产的肥料也可以用于种植新的作物。
这种生产方式的可持续性比传统的农业生产方式更高,并且还可以减少有机废物对环境的污染,为环保事业贡献力量。
2. 能源生产生物质制氢技术可以将废弃物转化为燃料,从而产生能源。
这种能源的质量和效果与传统的化石燃料相当,但是生物质制氢技术产生的氢气是一种可再生能源,不会像化石燃料一样引起环境问题,其产生的废弃物也是对环境友好的。
3. 汽车工业生物质制氢技术是汽车工业最有前途的技术之一,因为氢燃料电池汽车所使用的氢气可以通过生物制氢技术来生产,而且使用氢气作为燃料的汽车不仅能为环境做出贡献,还可以拓展汽车产业的市场前景。
值得一提的是,今年中国政府提出了“氢能源汽车”发展战略,更是为生物质制氢技术在汽车工业的应用提供新的机遇。
三、生物质制氢技术的局限与挑战与其优势相比,生物质制氢技术的局限性也十分明显,如生产成本较高、生产设施占地面积大等。
此外,还有技术难题,如如何提高产氢微生物的生产能力、如何提高氢气产率、如何完善装置设计等。
为了克服这些挑战,目前许多国家都曾涉足生物质制氢技术的研究与探索,如澳大利亚、印度、美国等,应用实践中展现出了良好的效果。
利用废弃物发酵制备生物氢气的研究进展摘要:利用废弃物发酵产氢,不仅能有效的处理污染物,缓解环境压力,而且能够得到清洁的氢气能源。
本文综述了国内外利用废弃物生物发酵产氢研究现状与方法,并对其发展前景进行展望。
关键词:生物制氢,方法,研究进展,废弃物利用当今制氢技术主要是物理化学方法和生物方法, 其中化学方法包括:(1) 化石燃料制氢,包括天然气的重组、天然气的热裂解、石脑油等碳氢化合物的部分氧化以及煤的气化等;(2)水的电解、光解、热化学分解和直接热分解等;(3)新型的光催化剂和超声波分解水法等,但这些方法都存在着耗能大、效率低等问题,而生物制氢技术与之相比,具有清洁、节能和不消耗矿物资源等突出优点[1]。
生物制氢[2]是把自然界储存于有机化合物(如植物中的碳水化合物、蛋白质等)中的能量通过高效产氢细菌的作用,转化为氢气。
废气物发酵产氢就是利用某些微生物代谢过程来生产氢气的一项生物工程技术。
由于所用原料可以是有机废水,城市垃圾或者生物质,来源丰富,价格低廉。
其生产过程清洁、节能,且不消耗矿物资源,而且能有效降解污染物,因此生物制氢正越来越受到人们的关注。
1 生物产氢的发展生物制氢想法最先是由lewis于1966年提出的[3,4],20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的关注,并开始进行研究。
到了90年代,人们更加清醒的认识到可持续发展战略的重大意义。
目前生物产氢的方法按照机理一般可以分为三大类:藻类和蓝细菌水光解;厌氧发酵产氢;光合细菌光发酵产氢。
2 废弃物生物制氢的方法选择废弃物作为生物制氢原料的主要标准在于:1.碳水化合物的含量较高;2.资源丰富且廉价;3. 具有较高的能量转化率等。
目前,生物发酵产氢的研究中所利用的基质非常广泛我们将归纳几种可行的废弃物种类。
2.1利用污水处理厂的剩余污泥剩余活性污泥是城市污水生物处理过程中产生的副产物。
它的处理与处置问题日益受到关注。
剩余污泥中含有丰富的有机物质如蛋白质、多糖类和脂肪类等, 将这些有机物转化为可利用的能源是一种资源回收利用的有效途径。
生物制氢技术的研究进展沈灵斌(浙江大学附属中学,浙江省310007)【摘要】氢能具备高热值、清洁、可利用的原料丰富等优点。
因此,氢能的开发与利用是新能源研究的主攻方向。
本文概述了近代生物质制氢技术的几个主要研究方向,包括以藻类微生物、厌氧发酵微生物为主的生物质发酵制氢技术。
详细地分析了相关技术路线的优缺点,并对其未来应用进行了展望。
【关键词】生物制氢;微藻制氢;微生物制氢;秸秆制氢【中图分类号】TQ116.2【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2019)01-0027-02自20世纪中叶以来,人类观测到许多前所未有的气候变暖的现象:大气变暖、海洋升温、积雪和冰川减少、海平面上升以及温室气体大幅度增加。
近三十年的地表温度显著高于1850年之前的任何阶段。
IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)先后发表了4份全球气候评估报告,明确提出能95%地确定人类活动是观测到变暖的主要原因。
然而促进经济发展、缩小贫困差距、保护环境、应对气候变化等问题。
是中国在现代化建设过程中面临的主要问题。
尽管已经推出了一系列严厉的节能减排政策,但由于燃煤经济仍在中国经济中占有较大的比例,因此,中国碳排放量依旧高居世界前列。
氢能因清洁、能量密度高、零排放以及制取原料来源广等优点逐步成为国际社会的能源热点。
我国是一个农业大国,秸秆等一些可进一步进行农业资源化综合的物质可实现较为经济的生物质气化制氢,在我国较有发展前途。
氢气作为一种能源载体,在传递化学能的过程中并没有碳元素的参与,可以极大地减少二氧化碳减排,对于环境的保护具有重大意义。
石油化工、燃料电池等行业在目前或未来都会有大量的氢气需求。
然而,氢气是一种二次能源,不能在自然界中直接分离获得,想要获得氢气,必须由其他物质分解产生。
大多数制氢工艺是基于化石能源的,需要使用重整工艺等技术,需要石油工业的产品-碳氢化合物。
这种生产方式在生产过程中需要有石油的参与,这种方式生产氢气有可能会产生污染物,不能称为一种“洁净气体”。
氢能多场景深度融合及智慧管控技术研究与示范应用 氢能多场景深度融合及智慧管控技术研究与示范应用 1. 氢能电力系统 • 氢燃料电池发电技术:利用氢气与氧气通过氢燃料电池产生电能,广泛应用于备用能源供应、无人机和移动设备等领域。
• 氢能储能技术:将剩余电能转化为氢气储存,通过燃料电池在需要时再次转化为电能,提供可持续、可靠的能源供应。
2. 氢能交通运输 • 氢燃料电池汽车:采用氢燃料电池作为动力来源的汽车,具有零排放、长续航里程和快速加注等特点,是替代传统燃油车的环保选择。
• 氢燃料电池公交车:将氢燃料电池技术应用于公交车辆,提供低噪音、低排放的公共交通选择,促进城市绿色出行。
3. 氢能供暖系统 • 氢燃料电池供暖:利用氢燃料电池发电技术为家庭和商业建筑提供供暖服务,实现清洁、高效、可持续的供暖方式。
• 氢气供暖炉:将氢气燃烧产生的热能用于供暖,代替传统的燃气供暖方式,实现低碳、环保的供暖效果。 4. 智慧管控技术 • 氢能监测与预警系统:利用传感技术对氢气进行实时监测,并提供预警功能,保障氢能应用的安全性。
• 氢气管道网络管控:采用智能化的氢气管道网络管理系统,实现对氢气管道的远程监控、泄漏检测和安全控制,确保氢气运输的安全性。
5. 氢能示范应用 • 氢能充电站示范:建设氢能充电站,为氢燃料电池车辆提供快速、便捷的加注服务,推动氢能交通的发展。
• 氢能供暖小区示范:将氢燃料电池供暖技术应用于小区,实现低碳、环保的供暖方式,并提供可视化的能源管理系统。
以上是针对“氢能多场景深度融合及智慧管控技术研究与示范应用”的一些应用的详细讲解。这些技术和应用的发展将推动氢能在能源、交通和供暖领域的广泛应用,实现清洁能源的可持续发展。
6. 氢能农业应用 • 氢燃料电池温室:利用氢燃料电池发电技术为温室提供电能供应,满足农作物生长所需的光照、温度和湿度等条件,提高农业生产效率。
• 氢气作为肥料:将氢气作为植物的营养供应,提供充足的氢元素,促进植物的生长和产量增加。 7. 氢能海洋应用 • 氢燃料电池船舶:将氢燃料电池技术应用于船舶,实现零排放的航行,减少对海洋环境的污染。
高纯度氢气用途概述高纯度氢气是指纯度超过99.999%的氢气,它具有许多重要的用途。
在工业、能源、科学研究等领域都有广泛的应用。
本文将详细介绍高纯度氢气的用途及其相关领域的应用。
工业应用1.合成氨生产:高纯度氢气是合成氨工艺中必不可少的原料之一。
合成氨广泛用于制造化肥和其他化学品,是现代农业和化工行业的重要基础。
2.金属加工:高纯度氢气可作为保护性大气,在金属加工过程中防止金属表面被空气中的杂质(如水蒸汽和氧)腐蚀。
3.氢化反应:高纯度氢气在许多化学反应中起着重要作用,如加压加热下与烯烃反应生成饱和烃,或者与硫化物反应生成硫化物等。
能源领域1.燃料电池:高纯度氢气是燃料电池中的燃料,通过与氧气反应产生电能和水。
燃料电池具有高效率、零排放和环保等优点,被广泛应用于汽车、航空航天等领域。
2.氢能源储存:高纯度氢气可作为储能介质,将多余的电力转化为氢气,并在需要时再将其转化为电力。
这种方式可以解决可再生能源波动性的问题,提高能源利用效率。
3.氢气发动机:高纯度氢气可以用于内燃机中,通过燃烧产生动力。
与传统燃料相比,使用氢气作为燃料可以减少尾气排放和空气污染。
科学研究1.实验室应用:高纯度氢气在科学实验室中广泛应用于材料合成、催化剂制备、表面科学等领域。
其高纯度和低杂质含量对实验结果的准确性至关重要。
2.分析仪器:高纯度氢气被用作质谱仪、色谱仪等分析仪器的载体或反应介质。
其稳定性和低背景噪声使其成为分析仪器中不可或缺的一部分。
3.核磁共振:高纯度氢气在核磁共振(NMR)实验中被用作探测样品。
通过对氢原子核的共振信号进行分析,可以得到样品的结构和性质信息。
其他领域除了工业、能源和科学研究领域,高纯度氢气还有许多其他的应用: 1. 氢气冷却剂:高纯度氢气可以作为冷却剂,用于超导磁体、核反应堆等设备中,具有良好的热传导性能。
2. 气体灭火系统:高纯度氢气可用于灭火系统,在火灾发生时迅速将火源周围的氧气稀释至无法支持燃烧。
富氢水在农业领域的实际应用富氢水在农业领域的实际应用目前,随着人们对于健康和环境的重视程度不断提高,一种被广泛关注的营养饮水——富氢水,逐渐进入了人们的视野。
富氢水因其富含氢气分子而备受瞩目,被认为具有抗氧化、改善健康等多种潜在益处,因此在多个领域展现了其广泛的应用前景。
本文将重点探讨富氢水在农业领域的实际应用,并分享对其观点和理解。
1. 改善作物生长环境富氢水可以通过提供富含氢气的水源来改善作物的生长环境。
氢气具有抗氧化作用,可以降低活性氧的水平,减轻氧化应激对作物的损害。
在农业生产中,作物往往会受到氧化应激的影响,导致生长迟缓、产量下降等问题。
通过向灌溉水中加入富氢水,可以有效地减轻这种应激,改善作物生长环境,提高产量和品质。
2. 促进种子发芽和生长富氢水的应用还可以促进种子的发芽和生长过程。
研究发现,富氢水中的氢气可以促进植物种子活化和萌发,增加植物根系的发育和吸收能力。
在农业生产中,通过在撒播前将种子浸泡在富氢水中,可以提高种子的发芽率和生长速度,加快植物从幼苗到成熟阶段的发展,为作物的生长提供更好的基础。
3. 抗病虫害富氢水的应用还对农作物的抗病虫害能力具有积极影响。
研究表明,氢气可以促进植物体内抗氧化酶的活性,增强植物自身的抗病虫害能力。
农作物常常受到病害和虫害的侵袭,这不仅会对作物的生长发育造成损害,还可能导致产量的大幅减少。
通过喷洒富氢水,可以提高作物的抗病虫害能力,减少对农药的依赖,降低农业生产过程中对环境的污染。
4. 调节土壤pH值富氢水的应用还可以帮助调节土壤的pH值,促进土壤中微生物的生长和活动。
适宜的土壤pH对植物的生长发育至关重要,而富氢水中的氢气能够通过与土壤中的氧气反应,产生水分和可溶性的负离子,从而调节土壤的pH值。
富氢水中的氢气还可以促进土壤中有益微生物的繁殖和活动,改善土壤结构,增加土壤肥力,提高农作物的产量和品质。
富氢水在农业领域的实际应用潜力巨大。
通过提供富含氢气的水源,富氢水可以改善作物生长环境、促进种子发芽和生长、增加农作物的抗病虫害能力,并帮助调节土壤pH值,从而提高农业生产的效益和可持续发展的能力。
氢气在农业上的应用研究进展作者:宋韵琼来源:《现代农业科技》2019年第11期摘要; ; 氢气(Hydrogen,H2)是一种信号分子,一定浓度的富氢水(Hydrogen-rich water,HRW)不仅对植物种子萌发和幼苗生长具有促进作用,还能增强植物的抗逆性。
本文综述了H2在农业上的应用及其相关研究,对推动H2在农业上的应用具有一定的指导意义。
关键词; ; 氢气;富氢水;抗氧化;农业生产;应用中图分类号; ; S216.2;Q945.78; ; ; ; 文献标识码; ; A; ; ; ; 文章编号; ;1007-5739(2019)11-0042-02氢气(H2)是一种无色无味、分子量最小、无毒无害、比热大、密度小的双原子气体,具有可燃性,在整个宇宙中的质量约占90%[1];但是H2在地球大气成分中的比重不足1%,且氢原子主要存在于有机物质和水中[2]。
目前,H2在农业上的应用主要有2种形式,一种是将采用水电解法制得的H2直接通入水中,配制成不同浓度的富氢水(Hydrogen-rich water,HRW)溶液;另一种是含氢化合物的分解,常用的是将MgH2溶于水中产生H2,目前这种产品已经商品化,可以很方便地应用于科研和生产中。
随着研究的广泛开展,H2不仅在医学方面受到重视,还有更多的研究学者关注其在植物研究中的作用,以期揭示H2在植物体内的作用效应和机理,使H2在农业生产中发挥切实的作用。
1; ; 氢气在农业上的应用1.1; ; 调节植物的生长发育国内的几个研究小组率先将H2应用于农作物的生长发育过程中,发现H2对植物的生理功能具有重要的调节作用。
已经在24种高等植物的种子中发现了能够产生H2的细菌,冬黑麦(Secale cereale)种子在H2条件下的萌发速度明显快于在氩气条件下的萌发速度,类似的研究结果也在其他一些高等植物种子中被证实[3]。
此外,还有研究发现,某些微型水藻在光合作用下能够产生H2[4]。
有研究发现,H2对水稻(Oryza sativa)[5-6]、苜蓿(Medicago sativa)、绿豆(Vigna radiata)[6]和拟南芥(Arabidopsis thaliana)[7]的种子萌发具有重要作用,H2处理不仅有利于种子萌发和茎根的伸长;而且能够促进幼苗根系的生长,参与调控植物不定根[8-9]和侧根[9-10]的发生,可以促进黄瓜(Cucumis sativus)[11-12]、萬寿菊(Tagetes erecta)[13]和猪笼草(Nepenthes spp.)[14]不定根的发生。
Xu等[5]研究表明,50%的HRW显著增加了黄瓜的根系长度。
现有的研究表明,HRW处理促进了大白菜[15]、玉米(Zea mays)[16]和紫花苜蓿(Medicago sativa)[17]的生长。
HRW处理显著增加了大白菜的鲜重[15]、玉米的株高[16]以及紫花苜蓿地上和地下部分的鲜重[17]。
宋韵琼等[18]研究表明,与不施用HRW的对照相比,50%的HRW浸泡种球和浇灌植株都显著增加了小苍兰(Feesia refracta)的花茎长度,这可能与花茎基部生长素的积累有关[19]。
赵银萍等[20]研究发现,氢处理土壤对于黄瓜苗期生长有显著的促进作用。
一定浓度的HRW处理可显著增强植物对盐害[5,7]、除草剂[21]以及重金属[22]的抗性。
有研究结果表明,HRW可以提高常见蔬菜小白菜对重金属镉的耐受力,减缓蔬菜中重金属的积累。
Chen等[23]研究发现,将紫花苜蓿的幼苗暴露在铝毒的环境中,经50% HRW预处理能够显著减轻铝毒症状。
此外,Cui等[22]也发现,H2能减轻紫花苜蓿生长环境中镉毒的毒害作用。
1.2; ; 改善土壤环境目前有大量关于根瘤固氮放氢的研究。
Dong等[24]提出的“氢肥理论”认为,豆科作物中某些根瘤菌在固氮的同时释放H2,H2可以帮助促生细菌调节根际环境,从而促进豆科植物的生长。
Mclearn等[25]证实了土壤中吸收H2的大部分是细菌。
Irvine等[26]也发现,H2处理土壤可增加春小麦(Triticum aestivum)的干重。
王; 瑾等[27]研究发现,H2有利于土壤中细菌种群的繁殖与扩增,从而改善植物根系环境,促进作物对土壤养分的吸收,有利于作物营养生长和开花。
刘慧芬等[28]研究发现,采用电解水产生的微量H2处理植物根际土壤后,土壤中的过氧化氢酶、脲酶的活性都有不同程度的增加。
微量的H2可以直接或间接地为植物生长提供营养来源和保护其免受根际不良环境侵害,在继续用H2处理一段时间后发现,刺槐(Robinia pseudoacacia)根系土壤中的微生物种群有明显变化,且微生物的代谢强度增加,即便在贫瘠的土壤中依然有助于刺槐的生长。
2; ; 氢气的重要生理功能2.1; ; H2与植物激素的互作H2可通过调节植物激素参与植物的生长发育调控。
在绿豆和水稻的种子萌发试验中发现,H2可以参与激素的调控,影响相关基因的表达。
Zeng等[6]研究发现,在HRW处理的水稻幼苗中,吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)、赤霉素(Gibberellin,GAs)等与生长相关的激素的受体基因和编码植物信号传导途径的关键基因在水稻幼苗体内比未经过HRW处理的对照组上调;同时,H2能够通过调控激素信号通路的输出而影响水稻体内各激素的表达水平。
宋韵琼等[19]研究发现,不同浓度的HRW浸泡小苍兰种球和浇灌植株均显著促进了小苍兰的营养生长、开花以及种球膨大;通过对IAA、ZR、GA3和ABA的测定发现,用HRW处理的小苍兰花茎伸长期花茎基部的IAA、ZR和GA3含量明显增多,ABA的含量明显减少。
此外,研究发现,H2熏蒸可以延缓猕猴桃(Actinidia chinesis)的衰老,这可能与H2处理后乙烯释放量降低、乙烯合成相关酶活性下降有关[29]。
最近的研究显示,H2可以抑制铝胁迫下水稻种子萌发过程中ABA的合成,同时可以提高GA含量[30]。
植物激素(脱落酸和生长素等)可诱导植物内源H2的产生,如ABA处理拟南芥可以迅速提高H2的释放量[31]。
2.2; ; 增強植物的抗氧化能力H2在植物体内的功能与它的抗氧化性能力有关。
有研究表明,与未经过HRW处理的对照组相比,经过HRW处理的高产和低产萝卜(Raphanus sativus)苗中都发现,HRW可以有效缓解在试验中因紫外线诱导引起的萝卜苗体内过氧化氢和超氧阴离子的积累,显著增强超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)的活性[21]。
近期研究发现,将HRW应用在切花保鲜上可以延长香石竹(Dianthus caryophyllus)、小苍兰切花的盛开期。
有研究发现,在小苍兰进入萎蔫期时,HRW处理后切花的丙二醛含量明显低于对照,同时SOD、过氧化氢酶(CAT)和APX的活性显著增强,有效减轻了切花瓶插后期过氧化损伤,延长了切花的保鲜期,减缓了衰老进程[19]。
在水果保鲜方面的研究发现,80%的HRW在降低猕猴桃腐烂率以及保持水果硬度2个方面的效果最显著。
80%的HRW能够有效抑制果胶的溶解,降低细胞壁降解酶的活性,而且能够显著降低猕猴桃采后的呼吸强度,抑制脂质过氧化,提高SOD活性。
有关研究者认为,HRW延长猕猴桃的保鲜期主要是通过调控机体内的抗氧化程序来实现的[22]。
随着这些研究的深入,学者们开始广泛地关注如何利用H2提高植物的抗氧化能力,调控植物的生长发育。
2.3; ; 诱导相关基因和蛋白的表达H2生物学效应的分子机制涉及对基因与蛋白表达、miRNA和蛋白翻译后修饰的调控等,但至今没有发现H2作用的直接靶标。
Xie等[7]研究发现,H2上调锌指转录因子ZAT10/12的表达来增强拟南芥的耐盐性。
Zeng等[6]研究发现,HRW处理显著上调了水稻氢化酶基因OsHydA1、OsFhdB和OsHypB的表达。
另外,还发现,HRW处理显著增加了水稻干旱和盐胁迫条件下抗氧化相关基因OsFeSOD、OsMnSOD、OsCu/ZnSOD、OsCAT-A、OsCAT-B、OsAPX和OsGPX的转录水平。
Cui等[22]研究发现,H2通过提高苜蓿幼苗过氧化物酶(POD)和APX的活性以及相应的基因表达(POD,APX1/2和GR1/2)来缓解镉胁迫诱导的氧化伤害。
Xu等[30]研究结果表明,H2可以促进铝胁迫下水稻种子的萌发,与其参与调控miRNA(miR528、miR160a、miR398a和miR159a)表达有关。
Chen等[32]研究发现,H2通过上调HSP70的表达,减轻高温对黄瓜幼苗生长的不利影响。
这些研究结果对H2在农业生产上的应用奠定了重要的理论基础。
但是,H2作用的确切机制尚不清楚。
相关研究的深入和生物学分析技术的发展,将有助于进一步解析植物H2作用的分子调控机制。
3; ; 结语近年来,NO、CO和H2S等小分子气体在生物体中的功能正在引起广泛的关注,原因主要是其可以在一些植物的某些特定发育阶段发挥作用。
但是这些气体尽管施用剂量小,仍然有一定的毒副作用。
也有大量的生物制剂和化学物质等应用在农业生产实际中,尤其是一些激素类物质的应用,可能会对环境产生一定的危害。
与NO和H2S不同的是,H2安全、无毒,无污染。
对H2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。
随着H2作用生物学机制的进一步深入研究,H2在农业上将具有更广大的应用前景,有望在提高作物的抗逆性、作物的高产和优质等方面发挥重大的作用。
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