氢气是一种具有广泛生物学效应的生物分子，这种广泛性不仅体现在对同一类物种的多种效应，还表现在氢气具有跨物种生物学效应的特点，更重要的是氢气表现出极大的生物和环境安全性。另外氢是宇宙中含量最多的元素，氢气的资源其丰富，人类早就掌握了氢气制备技术成熟，制造成本低廉。让这种气体具有预防和健康医学应用优势，也具有生态和环境应用优势。但是氢气具有可燃性，氢气在水中溶解度非常小，让氢气的使用存在一定的风险和困难。纳米气泡是解决难溶解气体溶解度小的针对性技术，也是人们新近发现的自然现象，人工纳米气泡技术也日趋成熟和完善。结合纳米气泡技术的氢气纳米气泡技术，给氢气的大规模低成本应用提供了关键技术。让氢气这种广泛生物学效应的常见气体，有希望成为保护生态环境的重要利器。

简单安全有作用不仅是医疗追求的方法，也是健康预防医学追求的工具，也是环境保护追求的技术。氢气不仅受到医疗的追捧，健康领域喜欢，也一定受到农业、环境保护等越来越多相关领域的热爱。真所谓，英雄所见略同！

内容参考中国环境科学研究院环境准则与风险评估国家重点实验室吴丰昌院士团队8月9日在《农业食品化学杂志》的一篇观点论文。

ZhaoL,TengM,ZhouL,LiY,SunJ,ZhangZ,WuF.HydrogenNanobubbleWater:AGoodAssistantforImprovingtheWaterEnvironmentandAgriculturalProduction.JAgricFoodChem.2023Aug9.

氢气纳米气泡水（HNW）是农业和环境领域的新兴技术，因其突出特征而受到更多关注。氢纳泡水表现出更高的溶液停滞率，并且存在时间更长水比分子氢，这确保了其实际使用。在此观点中，讨论了氢纳泡水的特性和应用。氢纳泡水作为抗氧化剂，有效消除活性氧，抵消Cu和Cd应激；氢纳泡水还增加作物产量，提高作物质量，并能改善运输和储存性能。基于氢纳泡水的优势，我们建议重点关注氢纳泡水的潜在功能，并扩大其在环境和农业。

氢分子已显示出通过选择性去除活性氧（ROS）来缓解细胞毒性的能力。但是，氢气应用存在一些缺点，如溶解度低、扩散性强、不稳定性等，限制了其更广泛的扩张。纳米气泡（NBs）是直径为<1μm的气泡，可以含有各种小分子气体。通常氢NB克服了许多缺点。与简单物理溶解于水相比，NBs每单位体积提供相对较大的比表面积和更高的氢气溶液停滞率，存在时间明显更长。考虑到这些有利的品质，使用氢纳米气泡水（HNW）引发了污水处理，农业或育种产量提高以及医学研究等一些领域的研究人员的极大兴趣。

氢纳泡水在去除ROS方面表现出比ROS更高的效率。氢水仅与外源性ROS（•OH）发生反应，而氢纳泡水则消除了更多类型的ROS（超氧阴离子、次氯酸和ONOO–)。铜（Cu）是淡水系统中毒性最强的重金属之一，镉（Cd）是一种非常常见的土壤金属污染物，会对生物和人类健康产生负面影响。Cu和Cd可以催化ROS的产生，导致氧化应激和进一步的氧化损伤。作为一种有效的抗氧化剂，氢纳泡水抵消了源自重金属的内源性ROS，并增加了动植物的内源性抗氧化作用。氢纳泡水增加了超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等抗氧化酶的活性。(2)此外，氢纳泡水保护和维持了营养物质的还原环境，从而降低Cd的溶解度。

氢纳泡水通过一种分子机制可以降低金属毒性。氢纳泡水通过还原Cu2+来调节Cu的生物利用度到固相Cu0和Cu0不能通过铜转运蛋白转运到小球藻细胞中。(3)由于氢纳泡水体积大而无法穿透细胞膜，吸附在小球藻表面的氢纳泡水可能会降低Cu2+及其转运蛋白。此外，氢纳泡水调节水稻中金属转运相关基因（如Nramp5、HMA2、HMA3、IRT1和LCD）的表达，降低Cd的积累水平。(4)我们建议对氢纳泡水进行更广泛的测试，以减轻与其他重金属相关的风险。众所周知，氢是一种还原剂，既能去除多余的ROS，又能与正离子重金属反应，如铅（Pb4+和铅2+）、砷（如3+）和汞2+和汞）。考虑到低碳优势、低成本，以及NB的长寿命特性，应研究氢纳泡水是否可以应用于更广泛的环境的保护目的（图1）。

图1.氢纳泡水在环境和农业领域的应用。

氢纳泡水对植物生长的好处正日益实现。应用氢纳泡水不仅增加了植物的叶绿素水平，还增加了对光合作用至关重要的铁水平。农作物是人类生命的保障，并且仍然是一个永恒的话题。氢纳泡水可以增强作物从土壤中吸收养分，因为它的带负电荷和疏水的外壳。一系列关于水稻的研究肯定了使用氢纳泡水的基本原理。氢纳泡水在温室试验中提高了水稻的育种适应性，在盆栽试验中提高了水稻的耐盐性。此外，在田间试验中，用氢纳泡水水稻灌溉显著增加了水稻的长度、宽度、厚度和千粒重。白米中磷、钾含量也有所增加，说明氢纳泡水通过增强养分同化来控制水稻种子的生长。(4)除了对植物的直接益处外，我们建议检查氢纳泡水对微观水平的影响（例如，根际微生物和土壤微生物）（图1）。据信，氢气是细菌的主要能量来源。先前的研究证实，氢处理改变了土壤微生物多样性，增加了有益菌的丰度和代谢活性。此外，用NB灌溉水也影响了土壤微生物多样性和土壤肥力。然而，很少有研究报告氢纳泡水介导的土壤微生物多样性变化与植物生长之间的关系。氢纳泡水如何通过影响微观成分而不是宏观物种来间接促进生态系统应该是未来研究的重点。

氢纳泡水还有助于提高经济作物的市场价值。用氢纳泡水灌溉草莓增加了风味成分的含量，并改善了水果的香气。可溶性糖/可滴定酸比例的增加也表明甜度更好。(5)同时，氢纳泡水实际上延长了作物在运输和储存过程中的保存时间。与未经处理的大米相比，用氢纳泡水水稻灌溉的水稻表现出更高水平的必需氨基酸，更少的异味和更少的脂质过氧化。此外，还建议使用氢纳泡水来抑制异味并降低储存大米中的脂质过氧化水平。考虑到氢纳泡水的前景，我们建议在稻-鱼养殖系统中应用氢纳泡水（图1）。据报道，氢水对鱼类细菌感染有治疗作用，促进水产养殖。提高水净化能力和促进水稻生长，将氢纳泡水应用于稻鱼养殖系统可以充分利用这些优势，使养殖效率和盈利能力受益。

因此，氢气是一种环保选择，可以帮助可持续农业。随着纳米技术不断引领创新，我们很高兴发现氢纳泡水的新优势特性，并更实际地应用它。

作者介绍：吴丰昌，1964年8月23日出生于浙江衢州，环境基准标准与污染防治专家，中国工程院院士，中国环境科学研究院副总工程师、研究员、博士生导师，环境基准与风险评估国家重点实验室主任。

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