备课素材：氢气对植物的调节作用-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

氢气对植物的调节作用 2019版高中生物学选择性必修一说，高等植物生长发育受光、 温度、重力等环境因素的调节： “问题探讨”中的实例说明， 高等植物的生长发育是受 本节要佳 环现因不四节的死、温度、重沙对植物生长发有的调节 。光是怎样调节植物生长发育的妇 作用尤为重要。 ●温度、重力等环境因素是怎样 参与调节植物生长发育的？ 。植物接受环境国素的调节有什 光对植物生长发育的调节 么适应意义？ 光是植物进行光合作用的能量来源。 对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？ 近年研究发现，氢气对植物的调节作用也很显著。 主要发现氢气对种子萌发、幼苗生长、不定生根、根伸长、果 实保鲜、气孔关闭和花青素的合成等方面具有比较强的调节作用。氢 气还能通过增强抗氧化防御系统提高植物应对胁迫的能力。 PLANT CELL AsA SOD CAT GAs TBARS GSH H0-1 ↑Photosynthesis DNA HRW ↓Methylation 氢气在与一氧化氮、一氧化碳、脱落酸、乙烯和茉莉酸等信号分 子协调发挥作用，调节各种非生物胁迫响应基因的表达，也能影响不 定根形成和花青素生物合成相关基因表达。 1947年，苏联植物学家博伊琴科发现，从藻类中分离的叶绿体 能够释放氢气。由于高等植物的叶片都含有叶绿体，因此人们自然会 推断，高等植物都能产生氢气。 b PEG H.O PEG c023 PEG PEG 1.0 直到1961年，苏联植物学家萨那德则才发现，高等植物叶片能 够释放和利用氢气。 1964年，美国生物能源研究学者伦威克等发现，许多高等植物 能够释放氢气，而且经过氢气处理的冬黑麦种子，萌发速率加快。 1986年，美国光生物学家麦婀玲和吉布斯在莱茵衣藻的叶绿体 中分离到了具有产氢活性的氢化酶：据此推测，某些高等植物中也应 该存在氢化酶。 1986年，西班牙微生物学家托雷斯等发现，大麦根能产生并释 放氢气，并检测到氢化酶活性，确认高等植物能够释放氢气。 H20 H2 H,O 研究人员在氢气的植物学效应方面进行的研究表明，氢气对植物 的生理功能具有重要调节效应，特别是对植物抵御逆境胁迫具有重要 的作用。研究发现，氢气对绿豆、水稻以及苜蓿的种子萌发具有重要 影响；氢水处理可提高水稻以及拟南芥的盐胁迫抗性。 此外，人们还发现氢水处理能影响植物的开花时间。南京农业大 学的研究人员发现，氢水处理可以诱导苜蓿抗氧化酶基因以及血红素 加氧酶H0-1基因的表达并提高其酶活性，减轻由百草枯起的氧化 伤害。他们认为，氢气可能是一种经由H0-1信号途径减轻氧化伤害 的气体信号分子。 氢水处理之所以可以提高水稻以及拟南芥的耐盐性，可能与氢气 减轻了盐胁迫诱发的活性氧伤害有关。此外，研究显示，氢气之所以 能够提高苜蓿对重金属镉的抗性是因为氢气提高了苜蓿的抗氧化能 力。 Con-→Con HRW-Con Schifr's reagent staining Evans blue staining B C 124 10 Com-Ld HRW-LO Treatment time (day) 氢气对水稻中镉元素的影响 研究人员在证实氢气具有抗氧化作用、可以诱导植物中抗氧化酶 基因表达的同时，发现氢气可以通过影响植物激素受体蛋白基因的表 达达到调节植物激素的作用，同时植物激素以及胁迫因子能够诱导水 稻产生氢气。他们从基因进化角度推测，产生氢气的蛋白可能来自于 水稻的氢化酶基因，并发现水稻产氢能力和推测的水稻氢化酶基因可 以受到多种胁迫因素以及植物激素的诱导。 上述研究提示人们，氢气可能是一种重要的植物气体信号分子，它可 能通过参与调控植物激素信号途径影响植物的生长发育与逆境适应。 氢气在农业生产上的应用： ①：种子萌发：研究发现氢气可以促进冬黑麦种子的萌发速率，氢水 处理可以促进首蓿等植物种子的萌发。这一发现可能会促进氢气在提 高种子萌发率方面的应用。 ②：花期调控：目前己经观察到玫瑰等植物在氢水处理后改变花期的 现象。研究也发现，氢气可以调控植物开花相关植物激素受体蛋白基 因的表达。这一发现提示，氢水在园艺方面将有广阔的应用前景。 A C 3d 74 8d 10d D 3d 10d B Con 9%HNW E od 10 Tatne-( NW 氢水泡花，鲜艳期长 ③：提高抗逆性：干旱和盐碱等逆境胁迫往往会造成农作物减产甚至 死亡。研究发现，氢水可提高水稻、拟南芥以及苜蓿等植物对盐碱、 干旱等逆境的抵抗能力。使用氢水对农作物进行滴灌或喷灌，将提高 农作物的抗逆能力。 Con NaCl 对照 NaCl 50%Hz→NaC 50%HaCon 对照+ NaCl+ 50%氢 50%氢 氢气可提高植物高盐耐受能力 ④：提高病虫害抗性：研究发现，氢气可以调节许多植物激素受体蛋 白