鎂基儲氫材料在農業應用方面取得新進展

鎂基儲氫材料釋氫，延長鮮切花保鮮

近日，上海交通大學氫科學中心沈文飚教授研究團隊在鎂基儲氫材料的農業應用方面取得新進展，相關論文“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，植物學科前10%的SCI刊物）上發表。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理，顯示出氫化鎂在農業應用方面具有一定的潛力。

圖1 氫化鎂材料的表征圖

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

氫氣是目前廣泛應用于工業的清潔能源，也是一種具有生物學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循環可能與植物的生長發育密切相關。近年來，氫氣主要以富氫水的形式應用于氫農業領域。不過，氫氣在水中溶解度低，滯留時間短，這給氫氣在農業中的應用帶來一定的不便。上海交通大學氫科學中心在固態儲氫材料方面的研究為探索適用于氫農業的穩定可靠的供氫方式提供了技術支持。

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注。同時，氫化鎂還作為一種安全的生物供氫材料，已經初步應用于氫醫學的研究。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用。本研究以上海交通大學氫科學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一步提高氫化鎂的產氫效率，并調節pH值到植物適宜的范圍。實驗結果發現，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。進一步研究發現，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態和調控衰老相關基因（DcbGal和DcGST1）的表達來發揮作用。

圖3 氫化鎂延長康乃馨切花保鮮的作用機理模式圖

我國部分地區土壤和植物鎂缺乏癥日益嚴重的問題顯示氫化鎂在農業生產應用上可能具有很大的潛力。研究人員希望拓展氫化鎂的應用范圍，從工業到農業，進一步挖掘氫化鎂在氫農業中的應用潛力，促進氫經濟的全面發展。

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研究。

上述研究得到上海交通大學氫科學中心項目資助，已申請國家發明專利。