氫農業尖端技術應用與實務指南
活動訊息
內容簡介
結合分子生物學與農業科學，解析氫氣在作物生理中的作用機制
彙整研究成果與實證數據，奠定氫農業跨領域應用的學術基礎
本書聚焦於氫氣在農業領域的創新應用，結合理論與實踐，深入剖析氫分子如何為現代農業帶來嶄新契機。氫氣，作為一種環保且具還原力的氣體，不僅在能源領域備受矚目，更逐漸在農業中展現其潛在價值。從提升作物生長效率、強化抗逆性到延長農產品的保鮮期，氫氣的多元功能正逐步被科學實證與實際操作所驗證。
全書以科學嚴謹的態度，整合全球最新研究成果與試驗資料，內容涵蓋穀類、豆類、蔬果、花卉、菌菇、草地作物、水產與畜牧等多種農業範疇，並輔以實驗數據、圖表與實地案例，說明外源性氫氣對植物各生長階段的影響，包括萌芽、根系發展、光合作用效率提升及抗氧化酵素活性變化等生理機制，展現氫氣對作物生長潛力的廣泛調控能力。
此外，本書也探討氫氣在農業供應鏈中的實用性，如透過氫氣處理來延緩農產品的腐敗、降低病害感染風險，進而減少對化肥與農藥的依賴，實現綠色永續農業的目標。書中強調不同植物對氫氣濃度反應的差異性，並彙整各類作物的最佳響應濃度，為未來氫農學標準化管理與應用提供重要依據。
不僅限於作物，本書亦關注氫氣於水產養殖與畜牧飼養中的應用可能，涵蓋從飼料改善到生理健康調節等層面，延伸氫氣技術至全農業產業鏈。面對全球糧食安全與氣候變遷的挑戰，氫氣所帶來的低碳、高效農業解方，無疑將成為未來發展的關鍵路徑之一。本書不僅適合農業科技研發人員閱讀，也為農業生產者、政策制定者與關注未來農業趨勢者提供極具參考價值的實務指引與願景展望。
〔本書特色〕
本書聚焦氫氣在農業中的創新應用，結合最新研究與實務案例，說明氫分子如何促進作物生長、增強抗逆性並延長保鮮期。內容涵蓋穀物、蔬果、花卉、水產、畜牧等多領域，深入解析氫氣對不同作物的生理影響與最佳濃度反應。適合農業從業者、研究人員及政策制定者參考，開啟氫農業永續發展的新視野。
彙整研究成果與實證數據，奠定氫農業跨領域應用的學術基礎
本書聚焦於氫氣在農業領域的創新應用，結合理論與實踐，深入剖析氫分子如何為現代農業帶來嶄新契機。氫氣，作為一種環保且具還原力的氣體，不僅在能源領域備受矚目，更逐漸在農業中展現其潛在價值。從提升作物生長效率、強化抗逆性到延長農產品的保鮮期，氫氣的多元功能正逐步被科學實證與實際操作所驗證。
全書以科學嚴謹的態度，整合全球最新研究成果與試驗資料，內容涵蓋穀類、豆類、蔬果、花卉、菌菇、草地作物、水產與畜牧等多種農業範疇，並輔以實驗數據、圖表與實地案例，說明外源性氫氣對植物各生長階段的影響，包括萌芽、根系發展、光合作用效率提升及抗氧化酵素活性變化等生理機制，展現氫氣對作物生長潛力的廣泛調控能力。
此外，本書也探討氫氣在農業供應鏈中的實用性，如透過氫氣處理來延緩農產品的腐敗、降低病害感染風險，進而減少對化肥與農藥的依賴，實現綠色永續農業的目標。書中強調不同植物對氫氣濃度反應的差異性，並彙整各類作物的最佳響應濃度，為未來氫農學標準化管理與應用提供重要依據。
不僅限於作物，本書亦關注氫氣於水產養殖與畜牧飼養中的應用可能，涵蓋從飼料改善到生理健康調節等層面，延伸氫氣技術至全農業產業鏈。面對全球糧食安全與氣候變遷的挑戰，氫氣所帶來的低碳、高效農業解方，無疑將成為未來發展的關鍵路徑之一。本書不僅適合農業科技研發人員閱讀，也為農業生產者、政策制定者與關注未來農業趨勢者提供極具參考價值的實務指引與願景展望。
〔本書特色〕
本書聚焦氫氣在農業中的創新應用，結合最新研究與實務案例，說明氫分子如何促進作物生長、增強抗逆性並延長保鮮期。內容涵蓋穀物、蔬果、花卉、水產、畜牧等多領域，深入解析氫氣對不同作物的生理影響與最佳濃度反應。適合農業從業者、研究人員及政策制定者參考，開啟氫農業永續發展的新視野。
目錄
推薦序
前言
第一章 氫氣在實際生產中的應用
第二章 氫氣在農業中的使用方式和作用機制
第三章 穀類作物
第四章 豆類作物
第五章 蔬菜作物
第六章 水果產業
第七章 花卉作物
第八章 草地作物
第九章 菌菇作物
第十章 水產行業
第十一章 畜牧業
第十二章 其他農產品
第十三章 不同作物最佳氫濃度響應
第十四章 氫氣在農業生產領域中的未來
附件 縮略語
卷後語
前言
第一章 氫氣在實際生產中的應用
第二章 氫氣在農業中的使用方式和作用機制
第三章 穀類作物
第四章 豆類作物
第五章 蔬菜作物
第六章 水果產業
第七章 花卉作物
第八章 草地作物
第九章 菌菇作物
第十章 水產行業
第十一章 畜牧業
第十二章 其他農產品
第十三章 不同作物最佳氫濃度響應
第十四章 氫氣在農業生產領域中的未來
附件 縮略語
卷後語
試閱
第三章 穀類作物
第一節 外源性氫氣對稻穀的影響
一、富氫水改善冷脅迫下稻秧生長的負面效應
由於水稻起源於熱帶和副熱帶地區，對低溫更為敏感，因此冷脅迫對水稻的影響尤為顯著。
冷脅迫影響植物的多種生理和生化過程，包括光合作用、呼吸作用、營養吸收和運輸等。這些過程的損害會導致植物生長受阻。
研究者製備了不同氫氣濃度的富氫水 ，對實驗所用的水稻種子表面消毒處理後，在28℃的黑暗條件下發芽，發芽後轉移到生長箱中繼續生長。在生長到一定階段後，幼苗被轉移到含有不同濃度氫氣的MS溶液中進行16小時的預處理。預處理完成後，一部分幼苗被轉移到0℃的冷脅迫條件下，另一部分則繼續在28℃的條件下生長。
在冷脅迫處理24小時後，幼苗被恢復到28℃的條件下，繼續生長一段時間，以便觀察和測量各種生理指標的變化。實驗中測量了幼苗的鮮重和乾重，以評估生長情況；測定了電解質洩漏率，以評估細胞膜的完整性；測定了內源氫氣含量，以了解氫氣在植物體內的水準；測定了葉綠素含量和光合速率，以評估光合作用的影響；測定了H2O2含量和TBARS含量，以評估氧化損傷的程度；進行了組織化學染色，以直觀顯示H2O2和O2．-的累積；測定了抗氧化酶的活性，以評估抗氧化系統的響應；透過凝膠電泳分析了抗氧化酶的同工酶活性；透過qRT-PCR分析了抗氧化酶基因和miRNA的表現水準。
實驗結果揭示了氫氣對水稻幼苗在冷脅迫下的積極作用，具體表現在以下幾個方面：
1. 生長抑制的緩解
實驗觀察到，經過冷脅迫處理的水稻幼苗出現了生長抑制現象，表現為葉片捲曲、萎蔫和衰老。而經過0.4mM的富氫水預處理的幼苗在冷脅迫後的生長狀態得到了明顯改善，生長引數得到了恢復。
2. 細胞膜完整性的保護
冷脅迫導致細胞膜損傷，表現為電解質洩漏率的增加。氫氣預處理有效降低了電解質洩漏率，表明其對細胞膜的保護作用。
3. 內源氫氣含量的變化
冷脅迫刺激了水稻幼苗內源氫氣的產生。外源氫氣預處理進一步增強了這一生理反應，表明內源氫氣可能在調節冷脅迫響應中發揮作用。
4. 光合作用引數的改善
冷脅迫導致葉綠素含量下降和光合速率降低。氫氣預處理顯著緩解了這些負面影響，葉綠素含量和光合速率得到了部分恢復。
5. 氧化還原狀態的調整
冷脅迫引起的ROS累積和脂質過氧化反應被氫氣預處理有效抑制，表現為H2O2含量和TBARS含量的降低。
6. 抗氧化酶活性的增強
氫氣預處理提高了抗氧化酶如SOD、POD和CAT的活性，並透過凝膠電泳顯示了同工酶活性的變化，這有助於增強植物的抗氧化能力。
7. 抗氧化酶基因表現的上調
qRT-PCR分析顯示，氫氣預處理提高了抗氧化酶基因Mn-SOD、CATA和CATB的表現水準，這與抗氧化酶活性的提高相一致。
8. miRNA表現的調節
冷脅迫導致miR398和miR319的表現下調，而氫氣預處理進一步降低了miR398的表現水準，並減緩了miR319表現下降的趨勢。同時，miR398和miR319的靶基因CSD1、CSD2、PCF5和PCF8的表現水準也受到氫氣預處理的影響，CSD1和CSD2的表現增強，而PCF5和PCF8的表現上升趨勢被減緩。
這些結果顯示，氫氣透過調節抗氧化酶系統和miRNA的表現，增強了水稻幼苗對冷脅迫的適應能力，從而在分子層面上揭示了氫氣緩解冷脅迫的機制。
二、富氫水處理透過提高抗氧化酶活性和促進除草劑降解來減輕雙草醚鈉鹽對水稻的植物毒性
除草劑BS一種廣泛應用於水稻田控制雜草的除草劑，它透過抑制ALS 的活性來發揮作用，ALS是植物合成支鏈胺基酸所必需的 。然而，BS的使用不僅可能導致除草劑抗性雜草的進化，還可能對水稻等非靶標作物造成藥害，影響其生長和發育，降低穀物產量和品質。隨著BS抗性雜草的出現，BS的使用量增加，對水稻的植物毒性損害也相應增加。
因此，作者開展了對氫氣作為一種潛在的緩解劑在提高植物抗逆性方面的應用前景研究 。研究旨在探索富氫水是否能夠緩解BS對水稻的植物毒性，以及其潛在的作用機制。
選取了兩種水稻品種——印度香米（O. sativa spp. Indica）和日本香米（O. sativa spp. Japonica），這些種子經過表面消毒、清洗後在25℃的黑暗條件下發芽。發芽的種子被均勻放置在直徑12cm的玻璃培養皿中，並在25℃的恆溫箱中培養。
當水稻幼苗長到2～3葉階段時，將它們轉移到塑膠培養箱中，並在1/2劑量Hoagland溶液（植物營養液中最常用的一種配方）中培養。這些幼苗在具有特定光照和溫度條件下的光照培養箱中生長。在實驗中，幼苗被分別用不同濃度的HRW（0.4mM，0.6mM，和0.8mM）處理24小時，或者用BS單獨處理，或者兩者結合處理。對於組合處理，幼苗首先用指定濃度的HRW處理24小時，然後噴灑BS。
實驗測量了根長、植物高度和鮮重等生長指標，這些指標在處理後五天進行測量。此外，還評估了與抗氧化防禦系統相關的指標變化，包括ALS酶活性的變化，以及BS在水稻葉片中的殘留量。整個實驗在完全隨機設計的條件下進行，每個處理都有三次重複，每次實驗都進行了三次。
實驗結果顯示，除草劑BS對兩種水稻品種生長具有顯著抑制作用，尤其是對日本香米品種的影響更為嚴重。具體來看，BS的使用導致了水稻幼苗的身高和重量顯著下降，並且葉片顏色變黃，這反映出植物生長受到了阻礙，組織受到了損傷。不過，值得注意的是，BS對水稻根部的長度並沒有明顯的影響。
幸運的是，HRW的預處理能夠顯著減輕BS對水稻生長的負面影響。在印度香米品種中，使用0.6mM的HRW預處理可以有效地緩解BS對植株大小的抑制效果，而0.4mM和0.8mM的HRW則效果不明顯。對於日本香米品種，實驗中使用的三種不同濃度的HRW（0.4mM，0.6mM，和0.8mM）都能夠有效地逆轉BS引起的植株大小減少。此外，HRW的補充還能夠提高過氧化氫酶CAT、SOD和POD等抗氧化酶的活性，有助於有效清除對植物有害的ROS。進一步的實驗發現，在經過HRW預處理的水稻幼苗中，BS對ALS的抑制作用在五天內較弱，與僅用BS處理的幼苗相比，HRW預處理能夠加速BS在水稻中的降解速率。這表明HRW預處理可能透過提高抗氧化酶活性和促進除草劑降解，增強水稻對BS的耐受性。
由此我們可以得出結論，HRW預處理可能是一種有前景且有效的方法，可以提高水稻對BS的耐受能力，並且為減少除草劑對作物的負面影響提供了新的策略。
第一節 外源性氫氣對稻穀的影響
一、富氫水改善冷脅迫下稻秧生長的負面效應
由於水稻起源於熱帶和副熱帶地區，對低溫更為敏感，因此冷脅迫對水稻的影響尤為顯著。
冷脅迫影響植物的多種生理和生化過程，包括光合作用、呼吸作用、營養吸收和運輸等。這些過程的損害會導致植物生長受阻。
研究者製備了不同氫氣濃度的富氫水 ，對實驗所用的水稻種子表面消毒處理後，在28℃的黑暗條件下發芽，發芽後轉移到生長箱中繼續生長。在生長到一定階段後，幼苗被轉移到含有不同濃度氫氣的MS溶液中進行16小時的預處理。預處理完成後，一部分幼苗被轉移到0℃的冷脅迫條件下，另一部分則繼續在28℃的條件下生長。
在冷脅迫處理24小時後，幼苗被恢復到28℃的條件下，繼續生長一段時間，以便觀察和測量各種生理指標的變化。實驗中測量了幼苗的鮮重和乾重，以評估生長情況；測定了電解質洩漏率，以評估細胞膜的完整性；測定了內源氫氣含量，以了解氫氣在植物體內的水準；測定了葉綠素含量和光合速率，以評估光合作用的影響；測定了H2O2含量和TBARS含量，以評估氧化損傷的程度；進行了組織化學染色，以直觀顯示H2O2和O2．-的累積；測定了抗氧化酶的活性，以評估抗氧化系統的響應；透過凝膠電泳分析了抗氧化酶的同工酶活性；透過qRT-PCR分析了抗氧化酶基因和miRNA的表現水準。
實驗結果揭示了氫氣對水稻幼苗在冷脅迫下的積極作用，具體表現在以下幾個方面：
1. 生長抑制的緩解
實驗觀察到，經過冷脅迫處理的水稻幼苗出現了生長抑制現象，表現為葉片捲曲、萎蔫和衰老。而經過0.4mM的富氫水預處理的幼苗在冷脅迫後的生長狀態得到了明顯改善，生長引數得到了恢復。
2. 細胞膜完整性的保護
冷脅迫導致細胞膜損傷，表現為電解質洩漏率的增加。氫氣預處理有效降低了電解質洩漏率，表明其對細胞膜的保護作用。
3. 內源氫氣含量的變化
冷脅迫刺激了水稻幼苗內源氫氣的產生。外源氫氣預處理進一步增強了這一生理反應，表明內源氫氣可能在調節冷脅迫響應中發揮作用。
4. 光合作用引數的改善
冷脅迫導致葉綠素含量下降和光合速率降低。氫氣預處理顯著緩解了這些負面影響，葉綠素含量和光合速率得到了部分恢復。
5. 氧化還原狀態的調整
冷脅迫引起的ROS累積和脂質過氧化反應被氫氣預處理有效抑制，表現為H2O2含量和TBARS含量的降低。
6. 抗氧化酶活性的增強
氫氣預處理提高了抗氧化酶如SOD、POD和CAT的活性，並透過凝膠電泳顯示了同工酶活性的變化，這有助於增強植物的抗氧化能力。
7. 抗氧化酶基因表現的上調
qRT-PCR分析顯示，氫氣預處理提高了抗氧化酶基因Mn-SOD、CATA和CATB的表現水準，這與抗氧化酶活性的提高相一致。
8. miRNA表現的調節
冷脅迫導致miR398和miR319的表現下調，而氫氣預處理進一步降低了miR398的表現水準，並減緩了miR319表現下降的趨勢。同時，miR398和miR319的靶基因CSD1、CSD2、PCF5和PCF8的表現水準也受到氫氣預處理的影響，CSD1和CSD2的表現增強，而PCF5和PCF8的表現上升趨勢被減緩。
這些結果顯示，氫氣透過調節抗氧化酶系統和miRNA的表現，增強了水稻幼苗對冷脅迫的適應能力，從而在分子層面上揭示了氫氣緩解冷脅迫的機制。
二、富氫水處理透過提高抗氧化酶活性和促進除草劑降解來減輕雙草醚鈉鹽對水稻的植物毒性
除草劑BS一種廣泛應用於水稻田控制雜草的除草劑，它透過抑制ALS 的活性來發揮作用，ALS是植物合成支鏈胺基酸所必需的 。然而，BS的使用不僅可能導致除草劑抗性雜草的進化，還可能對水稻等非靶標作物造成藥害，影響其生長和發育，降低穀物產量和品質。隨著BS抗性雜草的出現，BS的使用量增加，對水稻的植物毒性損害也相應增加。
因此，作者開展了對氫氣作為一種潛在的緩解劑在提高植物抗逆性方面的應用前景研究 。研究旨在探索富氫水是否能夠緩解BS對水稻的植物毒性，以及其潛在的作用機制。
選取了兩種水稻品種——印度香米（O. sativa spp. Indica）和日本香米（O. sativa spp. Japonica），這些種子經過表面消毒、清洗後在25℃的黑暗條件下發芽。發芽的種子被均勻放置在直徑12cm的玻璃培養皿中，並在25℃的恆溫箱中培養。
當水稻幼苗長到2～3葉階段時，將它們轉移到塑膠培養箱中，並在1/2劑量Hoagland溶液（植物營養液中最常用的一種配方）中培養。這些幼苗在具有特定光照和溫度條件下的光照培養箱中生長。在實驗中，幼苗被分別用不同濃度的HRW（0.4mM，0.6mM，和0.8mM）處理24小時，或者用BS單獨處理，或者兩者結合處理。對於組合處理，幼苗首先用指定濃度的HRW處理24小時，然後噴灑BS。
實驗測量了根長、植物高度和鮮重等生長指標，這些指標在處理後五天進行測量。此外，還評估了與抗氧化防禦系統相關的指標變化，包括ALS酶活性的變化，以及BS在水稻葉片中的殘留量。整個實驗在完全隨機設計的條件下進行，每個處理都有三次重複，每次實驗都進行了三次。
實驗結果顯示，除草劑BS對兩種水稻品種生長具有顯著抑制作用，尤其是對日本香米品種的影響更為嚴重。具體來看，BS的使用導致了水稻幼苗的身高和重量顯著下降，並且葉片顏色變黃，這反映出植物生長受到了阻礙，組織受到了損傷。不過，值得注意的是，BS對水稻根部的長度並沒有明顯的影響。
幸運的是，HRW的預處理能夠顯著減輕BS對水稻生長的負面影響。在印度香米品種中，使用0.6mM的HRW預處理可以有效地緩解BS對植株大小的抑制效果，而0.4mM和0.8mM的HRW則效果不明顯。對於日本香米品種，實驗中使用的三種不同濃度的HRW（0.4mM，0.6mM，和0.8mM）都能夠有效地逆轉BS引起的植株大小減少。此外，HRW的補充還能夠提高過氧化氫酶CAT、SOD和POD等抗氧化酶的活性，有助於有效清除對植物有害的ROS。進一步的實驗發現，在經過HRW預處理的水稻幼苗中，BS對ALS的抑制作用在五天內較弱，與僅用BS處理的幼苗相比，HRW預處理能夠加速BS在水稻中的降解速率。這表明HRW預處理可能透過提高抗氧化酶活性和促進除草劑降解，增強水稻對BS的耐受性。
由此我們可以得出結論，HRW預處理可能是一種有前景且有效的方法，可以提高水稻對BS的耐受能力，並且為減少除草劑對作物的負面影響提供了新的策略。
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