Hydrogen nanobubbles and oxidative windows: Investigating how varying hydrogen concentrations influence seed germination and stress defense

发芽 氧化应激 化学 氧化还原 活性氧 生物物理学 植物 生物化学 园艺 食品科学 环境化学 生物 无机化学 有机化学
作者
Shuang Lv,Linhao Zhang,Ting Wang,Wenhong Fan,Shu Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:476: 135035-135035 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135035
摘要

The hydrogen molecule can effectively regulate plant growth and development, improving plant resistance to abiotic stresses. However, studies regarding the optimal concentration of hydrogen and the associated mechanisms of action in organisms are lacking. This study showed that the maximum germination rate of radish seeds decreased from 90 % to 50 % under the stress of cadmium ions (Cd2+), and hydrogen nanobubble (NB) water significantly alleviated the stress effect of Cd2+ on radish seed germination. A hydrogen concentration of 0.8 ppm had the best effect, reducing Cd2+ accumulation in radish seeds by 63.23 % and increasing the maximum germination rate from 50 % to 65 %. At concentrations exceeding 1.2 ppm, the beneficial effect of hydrogen was weakened or even reversed. Consequently, we integrated the concept of the oxidative window into a REDOX balance model and demonstrated that an appropriate hydrogen concentration can effectively maintain the REDOX state within organisms. Transcriptome sequencing analysis revealed that hydrogen NB water modulated Cd2+ absorption and accumulation in seeds by regulating cell wall components, alleviating oxidative stress through oxidoreductase activity, and enhancing nutrient synthesis and metabolism. This collectively alleviated the inhibitory effect of Cd2+ on seed germination. This study is helpful for further understanding the effect of hydrogen concentration on the REDOX balance of seed germination, providing a theoretical basis for selecting hydrogen concentration to improve its effectiveness in agricultural fields.
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