富氢水（hrw）对铝胁迫下玉米幼苗光合功能的影响
：铝对作物的影响主要是对光合电子传递的抑制和对光合机构的破坏，并通过由此引发的活性氧爆发对组织造成伤害。从富氢水在其他植物生长方面的研究中发现，氢气可以在一定程度上缓解胁迫带来的生长抑制和伤害。因而，我们用不同浓度的富氢水处理铝胁迫下的农大108玉米幼苗，检测幼苗株、SPAD值（叶绿素含量）、Fv/Fm、PI（ABS）等生理指标的变化情况，证明了一定浓度富氢水对铝胁迫下的玉米幼苗生长和光合功能具有保护作用。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Keywords 1
引言 2
1 材料与方法 4
1．1 实验材料 4
1．2 实验方法 4
1．2．1 材料准备 4
1．2．2 HRW浓度的筛选 4
1．2．3 铝胁迫浓度的筛选 4
1．2．4 生理指标的测定 4
1．3 统计分析 5
2 结果与分析 5
2．1 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗株高的影响 5
2．2 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗叶绿素含量的影响 5
2．3 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗叶绿素荧光动力学参数的影响 6
2．4 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗光合电子流分配的影响 7
2．5 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗光合气体交换参数的影响 9
3 讨论 10
致谢 11
参考文献 11
富氢水（HRW）对铝胁迫下玉米幼苗光合功能的影响
引言
引言
铝是地壳中含量排名第三的元素，约占地壳金属总量8%。通常情况下，铝在地层中以难溶性盐或氧化物的形式存在，对植物危害较小。但在pH< 5的酸性条件下，Al会被溶解从而对植物产生危害（Rout，2001）。据统计，全世界酸性土壤的可耕地面积为1.79×109 hm2 ，主要分布在热带、亚热带及温带地区。在中国，酸性土壤的分布遍及14 个省区，总面积达2.03×107hm2 , 约占全国耕地面积的21% 。近年来，全球大气污染加剧，许多地方出现酸雨危
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害，加速了土壤酸化，导致了土壤中铝的大量活化，严重抑制了植物的生长（许中坚，2004），因而，Al已被认为是酸性土壤中限制植物生长的一个重要因素（Ermolaye，2003）。因此，研究玉米对Al的抗性对于保障玉米产量、促进农民增收、稳定我国粮食市场具有重大意义。早在20世纪初， Hartwell和Pember就已经意识到了铝对植物的毒害。之后，许多研究者们一直致力于Al对植物毒害影响的研究（Hinsingerp，2003；李德华，2003；孔繁翔，2003）。
在铝胁迫条件下，植物对各种元素的吸收受到影响，光合色素合成减少，叶绿体被破坏，RuBPcase活性下降，PSII的电子传递被抑制，进而导致植物光合速率下降，直接影响植物干物质的积累，降低作物产量。同时，铝在植物体内积累还会导致活性氧代谢系统紊乱，活性氧爆发造成膜脂过氧化，质膜透性增大，膜系统受到破坏。许多研究表明，细胞膜相对透性增大还会导致电解质渗透率增加，减弱细胞的渗透调节能力，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节物质发生积累量改变从而影响植物的渗透压（赵会蛾，贺立源，章爱群，2008）。
早在1975年就有学者研究氢气的生物学作用，提出了氢气用于临床医学的可能性。2001年Gharib B等也进行了通过呼吸方式吸入氢气对动物疾病的缓解实验，但是由于实验条件较为苛刻（呼吸800kpa的氢气14天），不适合用于临床实验，并没有受到更多关注。
直到2007年，日本学者Ohsawa等人关于氢气选择性抗氧化和对大鼠脑缺血治疗作用的报道是该领域具有开创性意义的工作。报道指出动物短时间呼吸2kpa2%的氢可以有效清除强毒性自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤，采用化学反应、细胞学手段证明，氢溶解在液体中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子。而后两者是氧化损伤的最重要介质，体内缺乏他们的清除机制，是多种疾病发生的重要基础。随后他们又用肝缺血和心肌缺血动物模型，证明呼吸2%的氢可以治疗肝和心肌缺血再灌注损伤；采用饮用饱和氢水可治疗应激引起的神经损伤和基因缺陷氧化应激动物的慢性氧化损伤。
上述有关利用氢气的选择性抗氧化以治疗疾病的文章发表后，迅速引起国际上的广泛关注，大批临床和基础医学学者迅速跟进，至2014年已经有63个疾病类型被证明可以被氢气有效治疗。
美国学者Nakao等（2012）随后证明，呼吸氢可以治疗高氧引起的肺损伤，饮用饱和富氢水可治疗心脏移植后的心肌损伤，并且还可缓解高强度锻炼引起的肌肉疲劳。谢克亮等的研究证明，呼吸氢气能治疗动物系统炎症和器官功能衰竭。孙学军等的研究也证明，呼吸氢气可以治疗多种氧化应激临床疾病。随后，孙学军等成功制备了饱和氢注射液，并与国内40多家实验室开展合作，先后发现该注射液对疼痛、关节炎、急性胰腺炎、老年性痴呆、慢性氧中毒、一氧化碳中毒迟发性脑病、肝硬化、脂肪肝、脊髓创伤、慢性低氧、腹膜炎、结肠炎、新生儿脑缺血缺氧损伤、心肌缺血再灌注损伤、肾缺血再灌注损伤和小肠缺血再灌注损伤等具有良好的治疗作用。这些研究说明，氢是一种理想的自由基、特别是毒性自由基的良好清除剂，具有潜在的临床应用前景（Dole M，1975；Gharib B，2001）。
关于氢气在细菌、藻类中的代谢机制已经有很多研究报道。早期的针对离体叶绿体的研究指出，照光的叶片有氢气的产生和吸收以及高等植物中可能存在氢化酶 。尽管对高等植物中氢化酶存在与否还有争论，但是根据氢气在很多不同的微生物和藻类中普遍存在这一事实，以及它可能在原始地球还原环境中扮演着重要的角色这一猜想，可以推测很多高等生物也有着氢气代谢的能力。因此，人们对氢气的抗氧化作用研究的目光从临床动物实验转移到了受到逆境胁迫的植物上。相关研究表明氢气在正常生长状态下的植物中可以被检测到，而在胁迫状态下的植株中会有更多积累（Boichenko E，1947）。
Cui等（2004）研究发现富氢水能增强紫花苜蓿幼苗对汞的耐性。该研究证明富氢水可以显著缓解紫花苜蓿幼苗由于汞胁迫引起的活性氧爆发、生长停顿以及脂质过氧化，同时还发现其显著降低了离子泄漏和汞在植物体中的积累。更多结果表明，富氢水扭转了汞引起的SOD活性升高，并增强了POD和APX活性相关的基因表达，同时提高了包括GSH和ASA在内的抗氧化物的含量及其相关的基因表达。从而缓解了汞对紫花苜蓿幼苗的毒害作用。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Keywords 1
引言 2
1 材料与方法 4
1．1 实验材料 4
1．2 实验方法 4
1．2．1 材料准备 4
1．2．2 HRW浓度的筛选 4
1．2．3 铝胁迫浓度的筛选 4
1．2．4 生理指标的测定 4
1．3 统计分析 5
2 结果与分析 5
2．1 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗株高的影响 5
2．2 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗叶绿素含量的影响 5
2．3 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗叶绿素荧光动力学参数的影响 6
2．4 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗光合电子流分配的影响 7
2．5 HRW处理对Al胁迫下玉米幼苗光合气体交换参数的影响 9
3 讨论 10
致谢 11
参考文献 11
富氢水（HRW）对铝胁迫下玉米幼苗光合功能的影响
引言
引言
铝是地壳中含量排名第三的元素，约占地壳金属总量8%。通常情况下，铝在地层中以难溶性盐或氧化物的形式存在，对植物危害较小。但在pH< 5的酸性条件下，Al会被溶解从而对植物产生危害（Rout，2001）。据统计，全世界酸性土壤的可耕地面积为1.79×109 hm2 ，主要分布在热带、亚热带及温带地区。在中国，酸性土壤的分布遍及14 个省区，总面积达2.03×107hm2 , 约占全国耕地面积的21% 。近年来，全球大气污染加剧，许多地方出现酸雨危
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害，加速了土壤酸化，导致了土壤中铝的大量活化，严重抑制了植物的生长（许中坚，2004），因而，Al已被认为是酸性土壤中限制植物生长的一个重要因素（Ermolaye，2003）。因此，研究玉米对Al的抗性对于保障玉米产量、促进农民增收、稳定我国粮食市场具有重大意义。早在20世纪初， Hartwell和Pember就已经意识到了铝对植物的毒害。之后，许多研究者们一直致力于Al对植物毒害影响的研究（Hinsingerp，2003；李德华，2003；孔繁翔，2003）。
在铝胁迫条件下，植物对各种元素的吸收受到影响，光合色素合成减少，叶绿体被破坏，RuBPcase活性下降，PSII的电子传递被抑制，进而导致植物光合速率下降，直接影响植物干物质的积累，降低作物产量。同时，铝在植物体内积累还会导致活性氧代谢系统紊乱，活性氧爆发造成膜脂过氧化，质膜透性增大，膜系统受到破坏。许多研究表明，细胞膜相对透性增大还会导致电解质渗透率增加，减弱细胞的渗透调节能力，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节物质发生积累量改变从而影响植物的渗透压（赵会蛾，贺立源，章爱群，2008）。
早在1975年就有学者研究氢气的生物学作用，提出了氢气用于临床医学的可能性。2001年Gharib B等也进行了通过呼吸方式吸入氢气对动物疾病的缓解实验，但是由于实验条件较为苛刻（呼吸800kpa的氢气14天），不适合用于临床实验，并没有受到更多关注。
直到2007年，日本学者Ohsawa等人关于氢气选择性抗氧化和对大鼠脑缺血治疗作用的报道是该领域具有开创性意义的工作。报道指出动物短时间呼吸2kpa2%的氢可以有效清除强毒性自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤，采用化学反应、细胞学手段证明，氢溶解在液体中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子。而后两者是氧化损伤的最重要介质，体内缺乏他们的清除机制，是多种疾病发生的重要基础。随后他们又用肝缺血和心肌缺血动物模型，证明呼吸2%的氢可以治疗肝和心肌缺血再灌注损伤；采用饮用饱和氢水可治疗应激引起的神经损伤和基因缺陷氧化应激动物的慢性氧化损伤。
上述有关利用氢气的选择性抗氧化以治疗疾病的文章发表后，迅速引起国际上的广泛关注，大批临床和基础医学学者迅速跟进，至2014年已经有63个疾病类型被证明可以被氢气有效治疗。
美国学者Nakao等（2012）随后证明，呼吸氢可以治疗高氧引起的肺损伤，饮用饱和富氢水可治疗心脏移植后的心肌损伤，并且还可缓解高强度锻炼引起的肌肉疲劳。谢克亮等的研究证明，呼吸氢气能治疗动物系统炎症和器官功能衰竭。孙学军等的研究也证明，呼吸氢气可以治疗多种氧化应激临床疾病。随后，孙学军等成功制备了饱和氢注射液，并与国内40多家实验室开展合作，先后发现该注射液对疼痛、关节炎、急性胰腺炎、老年性痴呆、慢性氧中毒、一氧化碳中毒迟发性脑病、肝硬化、脂肪肝、脊髓创伤、慢性低氧、腹膜炎、结肠炎、新生儿脑缺血缺氧损伤、心肌缺血再灌注损伤、肾缺血再灌注损伤和小肠缺血再灌注损伤等具有良好的治疗作用。这些研究说明，氢是一种理想的自由基、特别是毒性自由基的良好清除剂，具有潜在的临床应用前景（Dole M，1975；Gharib B，2001）。
关于氢气在细菌、藻类中的代谢机制已经有很多研究报道。早期的针对离体叶绿体的研究指出，照光的叶片有氢气的产生和吸收以及高等植物中可能存在氢化酶 。尽管对高等植物中氢化酶存在与否还有争论，但是根据氢气在很多不同的微生物和藻类中普遍存在这一事实，以及它可能在原始地球还原环境中扮演着重要的角色这一猜想，可以推测很多高等生物也有着氢气代谢的能力。因此，人们对氢气的抗氧化作用研究的目光从临床动物实验转移到了受到逆境胁迫的植物上。相关研究表明氢气在正常生长状态下的植物中可以被检测到，而在胁迫状态下的植株中会有更多积累（Boichenko E，1947）。
Cui等（2004）研究发现富氢水能增强紫花苜蓿幼苗对汞的耐性。该研究证明富氢水可以显著缓解紫花苜蓿幼苗由于汞胁迫引起的活性氧爆发、生长停顿以及脂质过氧化，同时还发现其显著降低了离子泄漏和汞在植物体中的积累。更多结果表明，富氢水扭转了汞引起的SOD活性升高，并增强了POD和APX活性相关的基因表达，同时提高了包括GSH和ASA在内的抗氧化物的含量及其相关的基因表达。从而缓解了汞对紫花苜蓿幼苗的毒害作用。
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