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南京农业大学沈文飚教授团队：分子氢通过提高韭菜的抗氧化能力来维持其贮藏品质丨MDPI Plants |
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论文标题：Molecular Hydrogen Maintains the Storage Quality of Chinese Chive through Improving Antioxidant Capacity
期刊：Plants
作者：Ke Jiang, Yong Kuang, Liying Feng, Yuhao Liu, Shu Wang, Hongmei Du and Wenbiao Shen
发表时间：29 May 2021
DOI：
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通讯作者简介
沈文飚 教授
南京农业大学
沈文飚教授，南京农业大学博士生导师，上海交通大学氢明升体育app中心兼职教授，江苏省生物明升手机与分子生物学学会副理事长，2007年入选教育部新世纪优秀人才计划。从事植物气体信号分子信号转导、代谢和功能等方面的研究，尝试开展从大田到餐桌的氢农业理论和实践工作。以通讯作者发表SCI论文100余篇，授权氢农业国家发明专利2项，获得与氢气植物学效应有关的国家自然明升体育app基金2项。连续入选2014至2020年爱思唯尔“明升官网高被引学者”榜单。
背景介绍
实现碳中和目标对世界各国来说都是一个前所未有的挑战。分子氢 (H2) 作为一种无碳能量载体，在降低碳排放方面可能发挥重要作用。目前，H2广泛应用于工业。由于具有生物学功能和高生物安全性，因此H2也成为一种治疗性医用气体。此外，近二十年研究表明，H2在农业应用上也具有很大的潜力。有研究发现，H2熏蒸以及电解或储氢材料 (如二氢化镁) 制备的富氢水均能够延长果蔬的货架期和花卉的瓶插期，例如番茄、猕猴桃、玫瑰、洋桔梗和康乃馨切花等。
韭菜 (Allium tuberosum Rottler ex Spreng.) 富含维生素、纤维和具有抗菌特性的硫化合物，是广受消费者欢迎的健康蔬菜，但是其易腐烂、不耐储存和运输，通常需低温储存。南京农业大学沈文飚教授团队在Plants上发表的论文，研究了H2在4℃条件下对韭菜保鲜的效果，并探究了其作用机理。该研究对易腐蔬菜的运输、销售和储藏具有很好的理论和实际意义，同时为绿色低碳工业产品的开发利用（如氢冰箱等氢家电）提供了初步的理论依据。
研究结果
1. H2对韭菜贮藏品质的影响
新鲜采摘的韭菜在4℃下贮藏4天后，未用H2处理的对照组韭菜迅速变质，出现黄化和腐烂 (图1A)。与对照组相比，2%和3%H2能延缓韭菜腐烂、延长货架期，其中3%H2的效果最明显，而1%H2不能延长韭菜的货架期 (图1B)。同时，2%和3%H2处理还明显延缓了韭菜的鲜重和可溶性蛋白质含量的下降 (图1C, D)。
图1. 分子氢对韭菜货架期 (A)、腐烂率 (B)、失重率 (C) 和可溶性蛋白含量 (D) 的影响。
2. 总酚和黄酮类含量的变化
贮藏过程中，对照组韭菜的总酚含量呈现先上升后下降的现象，而黄酮类含量变化则呈现相反的趋势 (图2)。1%H2处理组的含量变化趋势与对照相似，而在2%H2和3%H2处理的条件下，贮藏2天后总酚和黄酮类含量的变化趋势明显减缓，在贮藏6天或8天时总酚和黄酮类含量仍保持相对较高的水平。
图2. 总酚 (A) 和黄酮类 (B) 含量的时间进程曲线。
3. H2减缓维生素C的下降
对照组的韭菜维生素C含量在贮藏期间逐渐降低，而不同浓度的H2处理对韭菜维生素C含量的下降均有不同程度的缓解作用 (图3)。
图3. 维生素C含量的时间进程曲线。
4. H2重建氧化还原稳态
通过激光扫描共聚焦显微镜检测叶尖的活性氧 (ROS) 水平 (图4A, B)。结果表明，在储存期间，对照组的荧光强度逐渐增加，表明储存过程中ROS逐渐积累，氧化还原失衡。相比之下，H2处理延缓了荧光强度的增加，即延缓了ROS的积累。该结果与比色法测定的过氧化氢 (H2O2) 的含量 (图4C)、硫代巴比妥酸反应物质 (TBARS) 的含量 (反映膜脂质过氧化程度；图4D) 以及2,2-二苯基-1-苦味酸 (DPPH) 自由基清除活力 (图4E) 的变化一致，证明H2处理组韭菜 (尤其是3%) 在整个贮藏期间具有更强的抗氧化作用。
图4. 分子氢重建氧化还原稳态。
5. 抗氧化酶活性的变化
为了研究贮藏期间氧化损伤的减轻是否由抗氧化能力增强引起，作者测定了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶 (POD) 、过氧化氢酶 (CAT) 和抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 四种代表性抗氧化酶的活性 (图5)。结果显示，在4天的贮藏期间，对照组和1%H2处理组中的四种抗氧化酶（上述所提）的活性呈先升后降趋势；而在6或8天贮藏期间，2%和3%H2处理组中的酶活均能维持较高的水平。
图5. 超氧化物歧化酶 (SOD；A)、过氧化物酶 (POD；B)、过氧化氢酶 (CAT；C) 和抗坏血酸过氧化物酶 (APX；D) 活性的时间进程曲线。
6. 还原型谷胱甘肽 (GSH) 和谷胱甘肽还原酶 (GR) 活性的变化
GSH是重要的非酶类抗氧化物质。在贮藏期间，GSH含量呈现先升后降的趋势，1%H2处理组与对照组的变化相似，而2%和3%H2处理明显提高了早期GSH的含量并延缓后期GSH含量的下降 (图6)，谷胱甘肽还原酶 (GR) 活性也表现出类似的变化趋势。
图6. 还原性谷胱甘肽（GSH）含量及谷胱甘肽还原酶GR活性的变化。
结论
在低温条件下，采后H2处理可以有效降低韭菜腐烂率、延长货架期、减缓鲜重、可溶性蛋白质、总酚、黄酮类和维生素C含量的下降趋势，维持韭菜的贮藏品质。这与H2提高抗氧化酶活性和谷胱甘肽含量、重建氧化还原稳态以及减轻氧化损伤有关。
上述研究表明H2在农产品的采后保鲜可能有很好的应用价值，可作为气调气体应用于农产品保鲜。该研究为氢+家电的研发提供了理论和实践依据，研究结果也将进一步拓展H2的应用范围，挖掘氢+家电的应用潜力，促进氢经济的全面发展和绿色低碳工业产品的发展。
原文出自Plants期刊
Jiang, K.; Kuang, Y.; Feng, L.; Liu, Y.; Wang, S.; Du, H.; Shen, W. Molecular Hydrogen Maintains the Storage Quality of Chinese Chive through Improving Antioxidant Capacity. Plants 2021, 10, 1095.
Plants 期刊介绍
主编：Dilantha Fernando，Department of Plant Science, University of Manitoba，Canada
主要刊发形态学、系统学、植物生理学和生态学等植物明升体育app领域的最新学术成果。
2020 Impact Factor：3.935
Average Publication Time：38
Median Publication Time：35
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