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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 et al.
发表时间：29 May 2021
DOI：10.3390/plants10061095
微信链接：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2650014856&idx=1&sn=
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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/plants
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，上海交通大学氢科学中心兼职教授，江苏省生物化学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科学基金2项。连续入选2014至2020年爱思唯尔“中国高被引学者”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 tuberosumRottler 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。
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科学领域的最新学术成果。
| 2020 Impact Factor |
3.935 |
| APT |
38 |
| MPT |
35 |
*MPT: Median Publication Time; APT: Average Publication Time
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