研究表明鈣離子參與氫氣促進花青素生物合成

氫氣是一種無色無味的惰性氣體。2007年太田成男教授發現氫氣作為一種選擇性抗氧化劑，能中和強毒性的羥基自由基和亞硝酸陰離子。隨後人們用氫氣溶解於水製作氫水用於臨床和基礎醫學研究，發現氫氣具有治療結腸炎、缺血性腦損傷、糖尿病、帕金森病、抑鬱症和癌症的作用。氫氣也具有十分廣泛的植物學效應。如氫氣能對抗百草枯誘導的紫花苜蓿氧化應激。苜蓿是苜蓿屬植物的通稱，俗稱金白花椰菜，是一種多年生開花植物。其中最著名的是作為牧草的紫花苜蓿。苜蓿種類繁多，多是野生的草本植物。氫氣也能對抗擬南芥高鹽應激，大白菜金屬鎘應激和玉米強光應激。

研究發現氫氣能促進黃瓜幼苗側根生長，延長奇異果保存期限。本研究論文作者南京農業大學崔瑾教授等2014年發現，在白光下，使用氫水不影響蘿蔔苗青化素的合成，但是，氫水能顯著提高在紫外線照射情況下的青花素合成。（誘導植物產生花青素，氫氣需要聯合紫外線？紫外線自己可以產生這樣的作用，氫氣自己沒有這本事！）不過，當時該小組對這種現象背後的機制，尤其是下遊分子信號是什麼並沒有回答。

鈣離子是重要的細胞內第二信號，在植物生長髮育中有十分重要的地位，鈣離子也參與植物發育和植物各類抗逆過程信號調節。在花青素合成中有重要地位的DFR基因表達也收到鈣離子調控。許多研究表明，鈣離子刺激花青素的聚集。IP3受體是內質網膜上調節細胞內鈣離子水準的重要分子。內質網鈣離子是細胞內鈣離子的儲存庫，IP3與受體結合能導致鈣離子通道開放，造成細胞內遊歷鈣離子水準提高。IP3也能介導ABA誘導的大豆芽異黃酮合成。鈣離子也能調節胡蘿蔔和葡萄青花素合成。但是鈣離子在蘿蔔苗暴露於紫外線條件下氫水調節青花素合成的作用尚不清楚。

最新這一研究中，實驗發現氫水能顯著提高蘿蔔苗細胞內鈣離子水準，這一作用和氯化鈣類似。藥理學和分子生物學研究表明，鈣離子是氫氣促進紫外線誘導的青花素合成的下遊信號分子。這一研究結果符合氫氣調節青花素合成的分子機制。對於我們進一步拓展氫氣在高等植物效應的認識，也提供了指導通過環境控制優化青花素蘿蔔苗生產的理論。

圖1 特徵性研究結果，注意紅色深度。

圖2 總體研究思路圖

研究表明鈣離子參與氫氣促進花青素生物合成。紫外線能促進蘿蔔苗花青素合成，氫氣可以加強這一作用。這種作用的分子基礎是IP3激活內質網膜上的受體，導致內質網釋放鈣離子。細胞內鈣離子水準增加是激活花青素生物合成的信號樞紐。

研究的最直接價值是，通過使用氫水，讓芽苗菜獲得更好的產品品質，提高營養價值。結合過去氫氣促進植物生長的，增加抗逆能力的研究。可以說氫水不僅能增進農作物產量，也能提高營養價值，這是一舉多得的好事。

從研究理論意義角度，這一研究也具有重要啟發意義，氫氣抗氧化一直是氫氣生物學效應的基礎。青花素的合成作為一種抗逆反應標誌，一方面說明氫氣能提高植物抗逆能力，而抗逆能力往往是各種外界不利應激因素誘導產生，例如低溫、乾旱、高鹽和紫外線都可以誘導植物合成花青素。氫氣也具有這樣的協同效應，且只在紫外線這種應激因素存在的條件下發生，這意味著氫氣也類似一種半應激因素，或者具有應激調節效應。應激調節往往等價於不良環境，難道氫氣也代表一種不良應激因子？如果是這樣，我們可以對許多動物效應進一步闡述。氫氣能通過Nrf2誘導抗氧化抗炎症效應，也存在類似性。這樣的作用可以將氫氣的生物學作用從單純幫助生物抗氧化的藥物效應，延伸到具有信號調節作用的生理功能層次。這是對氫氣醫學的升華和添彩，不知道各位是否有同樣的看法。

Zhang X, et al. Increased Cytosolic Calcium Contributes to Hydrogen-Rich Water-Promoted Anthocyanin Biosynthesis Under UV-A Irradiation in Radish Sprouts Hypocotyls. Front Plant Sci. 2018 Jul 16;9:1020.

氫人們，氣象炎熱，別忘記喝氫水！！！