导读
“异源过表达氢酶的遗传学材料的创制和研究，为从遗传学角度证明植物内源氢气生物学效应奠定了初步的理论基础。”
氢在宇宙中含量最为丰富，占据宇宙元素总量的70%以上，是恒星形成的主要元素之一。由于在地球上氢气（H2）广泛分布于土壤、水和大气等各种天然地质环境中（甚至局部含有较高浓度），同时多种微生物可以产生和利用氢气，因此可做简单推测氢气可能对基于土壤和水基质生长的植物具有生物学效应。
在地球上，氢气几乎无处不在，多种微生物可以产生和利用氢气，例如蓝藻和土壤细菌，因为其含有能够代谢氢气7的酶——氢酶。
虽然早期研究中就已经发现植物可以产生氢气，外源氢气也处理能够影响植物生长发育和耐/抗环境胁迫的能力，但是目前尚不清楚植物，特别是高等植物中的H2的来源。因此南京农业大学氢气生物学研究团队通过异源表达莱茵衣藻氢酶（CrHYD1，一种典型的产氢酶），构建了异源表达CrHYD1的转基因植物材料，为后续氢气生物学的研究提供了一定的植物学基础。
上述团队在Plants（2022）上发表论文，发现外源和内源H2（拟南芥过表达异源氢酶）减少了多菌灵（一种果蔬和作物杀菌剂）在番茄中的残留，进一步研究证明该生物学效应是与其能诱导谷胱甘肽合成途径有关（图1，文献题目：Degradation of carbendazim by molecular hydrogen on leaf models）。
图1.异源表达莱茵衣藻氢酶拟南芥中多灵菌残留减少
团队还分别于2023和2024年在Plant Physiology期刊上发表论文，以异源表达莱茵衣藻氢酶的植物（拟南芥和番茄）为材料，1）证明H2通过增加硝酸还原酶（NR）活性，从而提高氮利用效率，缓解低氮胁迫对拟南芥生长的抑制，从而提高了种子大小和作物产量（图2，文献题目：Molecular hydrogen positively regulates nitrate uptake and seed size by targeting nitrate reductase）；2）证明内源氢气控制番茄和拟南芥侧根发生需要褪黑素参与（图3，文献题目：H2 supplied via ammonia borane stimulates lateral root branching via phytomelatonin signaling）。
图2.在低氮条件下H2通过调节NR提高拟南芥种子大小
综上所述，异源过表达氢酶的遗传学材料的创制和研究，为从遗传学角度证明植物内源氢气生物学效应奠定了初步的理论基础。
来源：氢奢农业
