鎂基儲氫材料釋氫，延長鮮切花保鮮

近日，上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心沈文飚教授研究團(tuán)隊在鎂基儲氫材料的農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面取得新進(jìn)展，相關(guān)論文“Magnesium hydride-mediated sustainable hydrogen supply prolongs the vase life of cut carnation flowers via hydrogen sulfide”在Frontiers in Plant Science（IF5=5.207，植物學(xué)科前10%的SCI刊物）上發(fā)表。該研究以康乃馨切花為研究對象，探討了氫化鎂延長鮮切花保鮮的效果及作用機(jī)理，顯示出氫化鎂在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面具有一定的潛力。

圖1 氫化鎂材料的表征圖

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國人生活水平提高，對花卉的需求也日益增加，鮮切花行業(yè)發(fā)展迅速，市場規(guī)模超千億。與其他商品不同，鮮切花不耐儲藏和運(yùn)輸，因此延長鮮切花保鮮對提高鮮切花的經(jīng)濟(jì)效益和觀賞價值意義重大。目前商業(yè)保鮮劑的主要有效成分具有低毒、污染環(huán)境或影響商品香氣等副作用，因此開發(fā)綠色環(huán)保的鮮切花保鮮劑是科研人員面臨的挑戰(zhàn)。

氫氣是目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)的清潔能源，也是一種具有生物學(xué)功能和高生物安全性的氣體信號分子。氫氣的生物地球化學(xué)循環(huán)可能與植物的生長發(fā)育密切相關(guān)。近年來，氫氣主要以富氫水的形式應(yīng)用于氫農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。不過，氫氣在水中溶解度低，滯留時間短，這給氫氣在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用帶來一定的不便。上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心在固態(tài)儲氫材料方面的研究為探索適用于氫農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定可靠的供氫方式提供了技術(shù)支持。

圖2 氫化鎂延長鮮切花保鮮圖

氫化鎂是一種高效儲氫材料。由于其儲氫密度高、環(huán)境友好、使用安全便捷，氫化鎂作為新能源汽車燃料電池的原料備受關(guān)注。同時，氫化鎂還作為一種安全的生物供氫材料，已經(jīng)初步應(yīng)用于氫醫(yī)學(xué)的研究。不過，氫化鎂水溶液為堿性，不利于植物生長，這些缺點限制了其實際應(yīng)用。本研究以上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心丁文江院士和鄒建新教授課題組制備的高純氫化鎂為材料，利用檸檬酸緩沖液進(jìn)一步提高氫化鎂的產(chǎn)氫效率，并調(diào)節(jié)pH值到植物適宜的范圍。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照蒸餾水相比，氫化鎂-檸檬酸緩沖液可以延長康乃馨切花的瓶插壽命約52%，并比單獨使用氫化鎂和電解制備的富氫水效果好。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫是氫化鎂延長康乃馨切花保鮮的下游信號分子，并通過重建氧化還原穩(wěn)態(tài)和調(diào)控衰老相關(guān)基因（DcbGal和DcGST1）的表達(dá)來發(fā)揮作用。

圖3 氫化鎂延長康乃馨切花保鮮的作用機(jī)理模式圖

我國部分地區(qū)土壤和植物鎂缺乏癥日益嚴(yán)重的問題顯示氫化鎂在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用上可能具有很大的潛力。研究人員希望拓展氫化鎂的應(yīng)用范圍，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，進(jìn)一步挖掘氫化鎂在氫農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用潛力，促進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

本論文通訊作者為沈文飚教授，第一作者為李龍娜實驗師（博士生），丁文江院士和鄒建新教授參與相關(guān)研究。

上述研究得到上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心項目資助，已申請國家發(fā)明專利。