L'eau hydrogène en agriculture

Eau hydrogène | L’ère de « l’agriculture hydrogène » approche

Dès les années 50, l'Institut de Bioclimatique a été fondé par le Dr. méd. Manfred Curry étudie à Riederau, au bord du lac Ammersee en Bavière, l'effet de l'eau électrolytique de l'inventeur Alfons Natterer sur la croissance des cultures. Entre les années 1970 et 1990, les recherches secrètes soviétiques sur l'eau, concentrées dans ce qui est aujourd'hui l'Ouzbékistan, ont également porté de manière approfondie sur l'utilisation de l'eau électro-activée dans la production, le stockage et la transformation des aliments, sans provoquer de grand émoi dans le monde universitaire dominé par l'Occident. . Puisqu’il n’est plus nécessaire de parler de manière spéculative de « forces basiques » ou de « potentiel redox négatif », mais plutôt de savoir que les pouvoirs fertiles et protecteurs de l’eau électrolytique basique et neutre reposent sur le fait qu’il s’agit d’eau hydrogène, des scientifiques japonais, La Corée et la Chine en particulier sont soucieuses de développer les plus grandes visions scientifiques pour le développement ultérieur de ce sujet vieux de 90 ans.

L’une de ces visions est l’idée de « l’ère de l’hydrogène pour l’agriculture », qui a été décrite par un groupe de recherche chinois dirigé par Jiqing Zeng dans l’article de synthèse suivant en 2014 :

Avancées de la recherche sur les effets biologiques de l’hydrogène sur les plantes supérieures et ses applications prometteuses en agriculture

Zeng Jiqing, Ye Zhouheng, Xuejun Sun ; Progrès dans l’étude des effets biologiques de l’hydrogène sur les plantes supérieures et son application prometteuse en agriculture ; Recherche sur les gaz médicaux 2014 4 : 15 ; DOI : 10.1186 / 2045-9912-4-15, publié le : 20 août 2014. (traduit par Karl Heinz Asenbaum)

Version abrégée

Si les effets médicinaux de l’hydrogène ont été largement analysés, la recherche sur les effets de l’hydrogène sur les plantes supérieures est souvent restée de moindre importance. Des études récentes sur les effets botaniques de l'hydrogène ont montré qu'il est impliqué dans les voies de transduction du signal des hormones végétales et peut améliorer la résistance des plantes aux facteurs de stress tels que la sécheresse, le sel, le froid et les métaux lourds. De plus, l’hydrogène pourrait retarder la maturation et le vieillissement des fruits après la récolte. Les observations indiquent également que l’hydrogène peut réguler la période de floraison des plantes. Ces résultats montrent que l’hydrogène présente probablement un grand potentiel pour des applications dans la production agricole. Cela indique qu’il existe une nouvelle « ère de l’hydrogène » dans l’agriculture.

Introduction

L'hydrogène est l'élément le plus abondant au monde, représentant plus de 75 % de la masse de l'univers. De plus, c’est l’élément le plus répandu dans la composition du corps humain.

L'hydrogène gazeux est incolore, inodore et insipide. Physiologiquement, elle était auparavant considérée comme une molécule inerte. Surtout, elle est considérée comme une source possible d’énergie propre dans le futur.
Entre 1930 et 1940, on a découvert que certaines algues et bactéries pouvaient produire de l'hydrogène. [1, 2]. Cependant, aucune application industrielle de production d’hydrogène à partir de bactéries et d’algues ne s’est développée depuis plus d’un demi-siècle. Ce n'est qu'en 2007 que le vent a tourné, lorsque des scientifiques de la Nippon Medical University ont publié un article dans la revue Nature Medicine sur les effets médicaux protecteurs de l'hydrogène, ce qui a porté les connaissances sur l'hydrogène en biologie à un tout autre niveau : après cela, l'hydrogène n'était plus considérée comme une simple source d'énergie, mais on lui attribuait également un pouvoir thérapeutique en cas de maladie. [3].

Dans cette étude, les auteurs ont découvert que l'hydrogène protège contre les lésions de reperfusion lors de la reperfusion après un infarctus cérébral en réduisant sélectivement les radicaux hydroxyles ·OH et les anions peroxynitrite (ONOO-), qui sont les radicaux réactifs de l'oxygène les plus dangereux dans le corps.
Cette découverte surprenante a immédiatement attiré l’attention de nombreux chercheurs du monde entier et, par conséquent, une grande variété de nouveaux effets médicaux et biologiques de l’hydrogène ont été rapportés. Il est difficile de penser que l’hydrogène était à l’origine utilisé comme gaz respiratoire pour les plongeurs précisément en raison de son inactivité chez les mammifères, alors qu’il est aujourd’hui considéré comme un « médicament miracle » pour lutter contre les maladies.

Certains chercheurs au Japon et en Chine ont déjà développé une variété de produits de santé à base d’hydrogène très demandés par les consommateurs. Et de nombreux chercheurs pensent également que l’hydrogène jouera un rôle plus important dans la promotion de la santé humaine à mesure que l’on approfondira le sujet.

Alors que l’hydrogène devient peu à peu une étoile filante dans le secteur de la médecine, de la santé et de la cosmétique, il y a aussi de nombreux espoirs pour lui dans l’agriculture. Apparemment, on s’attend à ce que l’hydrogène puisse non seulement être utilisé pour les traitements médicaux et les soins de santé, mais qu’il puisse également être largement utilisé dans la production agricole. L’« ère de l’hydrogène pour l’agriculture » semble déjà à notre portée !
Formation d'hydrogène dans les plantes supérieures

Au début du XIXe siècle déjà, des chercheurs avaient découvert des bactéries et des algues capables de produire de l'hydrogène moléculaire. En 1931, des chercheurs ont signalé la première enzyme bactérienne activant l’hydrogène moléculaire [4]. En 1942, la production photochimique d'hydrogène dans les algues a été découverte pour la première fois [ 2 ]. Alors si la plupart des bactéries et des algues pouvaient produire de l'hydrogène dans certaines conditions [5 ], quelle était la situation des plantes supérieures ? Les plantes supérieures peuvent-elles également produire de l’hydrogène ?

En 1947, Boichenko affirmait que les chloroplastes isolés des algues pouvaient libérer de l'hydrogène. Il était donc raisonnable de supposer que les plantes supérieures, dont les feuilles contiennent également des chloroplastes, sont capables de produire de l'hydrogène [6]. En 1961, Sanadze a démontré que les feuilles des plantes supérieures libèrent et absorbent de l'hydrogène [ 7 ]. En 1964, Renwick et ses collègues ont remarqué que de nombreuses plantes supérieures libèrent de l'hydrogène. De plus, l’hydrogène apporté de l’extérieur favoriserait le taux de germination des graines de seigle d’hiver. [ 8ème ]. Maione et Gibbs ont ensuite isolé l'hydrogénase des chloroplastes de Chlamydomonas reinhardtii, qui a activé la production d'hydrogène. Ils ont formulé l’hypothèse que l’hydrogénase est également présente dans certaines plantes supérieures. [6]. Ensuite, les preuves de la libération d'hydrogène par Torres et la détection de l'activité hydrogénase dans les racines d'orge confirment que les plantes supérieures peuvent effectivement libérer de l'hydrogène [ 9 ]. Mais depuis lors, la recherche sur les plantes supérieures en matière de production d’hydrogène a longtemps été ignorée. L’une des raisons à cela était probablement que les gens s’intéressaient principalement à la production d’hydrogène pour obtenir une énergie propre et non pour obtenir des effets biologiques. (…)
Effets de l'hydrogène sur les plantes supérieures

La première détection des effets de l'hydrogène sur les plantes supérieures remonte à 1964, lorsque Renwick et al. ont découvert que les graines de seigle d'hiver hydrotraitées germaient plus rapidement qu'un groupe témoin [ 8 ]. Malheureusement, aucune autre étude scientifique n’a été menée jusqu’à ce que les effets de l’hydrogène sur la santé générale soient connus. Cependant, des chercheurs chinois ont récemment étudié les effets de l’hydrogène sur les plantes supérieures. Leurs résultats ont montré que l’hydrogène joue un rôle physiologique important chez les plantes supérieures, notamment en matière de résistance aux stress abiotiques. La régulation a un impact sur la fonction physiologique des plantes, et joue notamment un rôle important dans la résistance des plantes au stress abiotique. (…) [10 – 12].

Des chercheurs de l'Université agricole de Nanjing ont découvert que le prétraitement H2 peut induire l'expression du gène de l'hème oxygénase (HO-1). Dans le cas de la luzerne, cela s'applique au gène antioxydant : son activité enzymatique est améliorée, ce qui réduit les dommages oxydatifs causés par le paraquat. [11]. Ils soupçonnaient que H2, en tant que molécule gazeuse importante, atténuait le stress oxydatif grâce aux signaux HO-1. Ils ont également constaté que le prétraitement H2 améliorait la tolérance au sel chez le riz et l'Arabidopsis (cresson fouetté), ce qui pourrait conduire à la réduction des dommages causés aux espèces réactives de l'oxygène (ROS) [12].

De plus, ils ont découvert que l'hydrogène améliore la résistance de la luzerne au cadmium et à l'aluminium grâce à l'amélioration de sa capacité antioxydante. [ 13 , 14 ].

Des chercheurs du Jardin botanique du sud de la Chine, de l'Académie chinoise des sciences et de la deuxième université médicale militaire de Shanghai ont confirmé le rôle antioxydant de l'hydrogène dans les plants de riz et ont découvert que l'expression de l'enzyme antioxydante était induite par H2. De plus, une régulation positive de plusieurs gènes de récepteurs de phytohormones a été découverte et des gènes codant pour quelques facteurs importants dans le codage de la voie de signalisation des plantes ont été trouvés dans des plants de riz traités avec de l'eau hydrogénée. Ils ont découvert que la production de H 2 était provoquée par l'acide abscissique (Dormin). ainsi que par l'éthylène et l'acide jasmonate, le sel et le stress dû à la sécheresse. Cela concordait avec l'activité de l'hydrogénase et l'expression de gènes putatifs d'hydrogénase dans les plants de riz. L’étude suggère que l’hydrogène pourrait être une molécule de signalisation gazeuse importante dans les plantes, contribuant à leur croissance et à leur adaptation au stress en régulant les hormones végétales. [dix].

L’ère de « l’agriculture hydrogène » approche

Une caractéristique clé de l’agriculture moderne est l’utilisation intensive d’engrais et de pesticides. Aujourd’hui, l’utilisation abusive de pesticides et d’engrais entraîne de graves problèmes de pollution environnementale, de dégradation des terres et de sécurité alimentaire.
En raison de la sécurité du H2, de la facilité d'utilisation et de l'efficacité économique de l'eau hydrogène, les perspectives de son application dans la production agricole semblent très attractives.

Récemment, des tests sur le terrain effectués par plusieurs instituts de recherche agricole en Chine ont montré que l'hydrogène et l'eau hydrogénée peuvent être utilisés de manière particulièrement intéressante dans l'agriculture « hors-sol ». Il y a également un effet positif sur la valeur nutritionnelle des plantes. À l’avenir, les agriculteurs pourraient utiliser l’eau hydrogène pour remplacer totalement ou partiellement les pesticides et les engrais. Cela augmenterait la résistance des cultures aux maladies, aux insectes, à la sécheresse et au stress salin, au bénéfice d’une qualité et d’un rendement des produits supérieurs. Cette perspective d’avenir est extrêmement excitante ! Comme c’est passionnant « l’ère agricole de l’hydrogène » ! L’application de l’hydrogène dans la production agricole pourrait avoir lieu dans les domaines suivants :
Germination des graines

Des études montrent que H2 favorise le taux de germination des graines de seigle d'hiver et de luzerne (luzerne) et de luzerne [8]. Cette découverte soutient l’application de l’hydrogène pour améliorer le taux de germination des graines des plantes.

Régulation de la période de floraison

On observe que les roses et autres plantes changent la période de floraison après un traitement avec de l'eau hydrogénée. Il a également été démontré que l’hydrogène contrôle l’expression des gènes qui régulent les protéines des récepteurs des hormones végétales. [dix]. Cette découverte suggère que l’eau hydrogénée a de larges perspectives d’application en horticulture.

Améliorer la résistance des plantes au stress

Le stress des plantes causé par la sécheresse et la salinité entraîne souvent des pertes de récoltes, voire leur mort. Des études ont montré que l'eau hydrogénée augmentait la résistance des plantes de riz, d'Arabidopsis et de Medicago sativa à la salinisation, à la sécheresse et à d'autres stress [11, 12]. L'irrigation ou l'aspersion des cultures avec de l'eau hydrogénée peut améliorer la résistance des fruits au stress dans le sens de la minimisation des risques et de la prévention des catastrophes.

Améliorer la résistance des cultures aux maladies et aux ravageurs

Une étude a révélé que l’expression des gènes des protéines réceptrices peut réguler de nombreuses hormones végétales, y compris certaines hormones végétales associées à la résistance aux maladies, comme l’acide salicylique et l’acide jasmonique [10]. L’irrigation des cultures grâce à l’utilisation d’eau hydrogénée est susceptible d’améliorer la résistance aux ravageurs et aux maladies et de remplacer, ou du moins de permettre une réduction, l’utilisation de pesticides pour améliorer la qualité et la sécurité alimentaires.

Augmenter la qualité des produits agricoles

Irriguer les cultures de légumes et de fruits avec de l’eau hydrogène pourrait les rendre beaucoup plus savoureuses.

Utilisation réduite d’engrais

H2 peut réguler les effets des hormones végétales telles que l’auxine et la cytokine. L'eau hydrogène peut favoriser la croissance des plantes. Il a été observé que l’eau hydrogénée a un effet significatif sur la croissance des plants de haricots mungo [10]. Par conséquent, à l’avenir, l’eau hydrogénée pourra être utilisée comme une alternative intéressante pour irriguer les cultures, favoriser la croissance des plantes et réduire l’utilisation d’engrais chimiques.

Durée de conservation des produits végétaux

Une étude a montré que le traitement des kiwis avec de l'eau hydrogénée après la récolte peut retarder la maturation et le vieillissement (sénescence). La réduction des dommages oxydatifs a été considérée comme l'un des principaux mécanismes par lesquels le traitement de l'eau à l'hydrogène retarde les processus de vieillissement et inhibe la respiration du kiwi [15]. En raison des propriétés antioxydantes de l’hydrogène ou de ses mélanges d’hydrogène gazeux avec d’autres gaz, l’hydrogène peut contribuer à la préservation des produits agricoles. En raison de la sécurité de l’hydrogène, qui ne laisse aucun résidu toxique, il présente un fort avantage en matière de sécurité alimentaire par rapport aux autres traitements chimiques des produits agricoles frais.

L’« ère de l’hydrogène » de l’agriculture est une évolution absolument souhaitable. Cependant, des recherches et un développement beaucoup plus approfondis sont encore nécessaires, ce qui fait d'abord du mécanisme des effets de l'hydrogène sur les plantes supérieures l'objet d'étude afin de poser une base théorique solide pour l'application de l'hydrogène dans l'agriculture ; Un essai sur le terrain à grande échelle devrait ensuite être entrepris pour déterminer les procédures exactes d’application de l’hydrogène ou de l’eau hydrogénée dans la production agricole. Nous pensons que ces problèmes seront progressivement résolus. L’« ère de l’hydrogène » agricole se rapprochera inévitablement de nous.

Bibliographie:

1. Gaffron H : Réduction du dioxyde de carbone avec l'hydrogène moléculaire dans les algues vertes. Nature. 1939, 143 : 204-205. 10.1038/143204a0.Voir l'articleGoogle Scholar
2. Gaffron H, Rubin J : Production fermentaire et photochimique d'hydrogène dans les algues. J Gen Physiol. 1942, 26 : 219-240. 10.1085/jgp.26.2.219.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
3. Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K, Watanabe M, Nishimaki K et al : L'hydrogène agit comme un antioxydant thérapeutique en réduisant sélectivement les radicaux oxygène cytotoxiques. Nat Med.2007, 13 (6) : 688-694. 10.1038/nm1577.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar
4. Stephenson M, Stickland LH : Hydrogénase : une enzyme bactérienne activant l'hydrogène moléculaire : Les propriétés de l'enzyme. Biochem J. 1931, 25 (1): 205-214.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
5. Melis A, Melnicki MR : Production intégrée d'hydrogène biologique. Int J Hydrogène Énergie. 2006, 31 (11) : 1563-1573. 10.1016/j.ijhydene.2006.06.038.Voir l'articleGoogle Scholar
6. Maione TE, Gibbs M : Activités médiées par l'hydrogénase dans les chloroplastes isolés de Chlamydomonas reinhardii. Physiol végétal. 1986, 80 (2) : 360-363. 10.1104/pp.80.2.360.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
7. Sanadze GA : Absorption de l'hydrogène moléculaire par les feuilles vertes à la lumière. Fiziol Repos. 1961, 8 : 555 à 559. Google Scholar
8. Renwick GM, Giumarro C, Siegel SM : Métabolisme de l'hydrogène dans les plantes supérieures. Physiol végétal. 1964, 39 (3) : 303-306. 10.1104/pp.39.3.303.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
9. Torres V, Ballesteros A, Fernández VM : Expression de l'activité hydrogénase dans les racines d'orge (Hordeum vulgare L.) après un stress anaérobie. Arch Biochem Biophys. 1986, 245 : 174-178. 10.1016/0003-9861(86)90202-X.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar
10. Zeng J, Zhang M, Sun X : L'hydrogène moléculaire est impliqué dans la signalisation des phytohormones et les réponses au stress des plantes. PLoS Un. 2013, 8 (8) : e71038-10.1371/journal.pone.0071038.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
11. Jin Q, Zhu K, Cui W, Xie Y, Han B, Shen W : L'hydrogène gazeux agit comme une nouvelle molécule bioactive en améliorant la tolérance des plantes au stress oxydatif induit par le paraquat via la modulation du système de signalisation de l'hème oxygénase-1. Environnement cellulaire. 2013, 36 (5) : 956-969. 10.1111/pce.12029.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar
12. Xie Y, Mao Y, Lai D, Zhang W, Shen W : H2 améliore la tolérance au sel d'arabidopsis en manipulant la défense antioxydante médiée par ZAT10/12 et en contrôlant l'exclusion du sodium. PLoS Un. 2012, 7 (11) : e49800-10.1371/journal.pone.0049800.PubMed CentralView ArticlePubMedGoogle Scholar
13. Chen M, Cui W, Zhu K, Xie Y, Zhang C, Shen W : L'eau riche en hydrogène atténue l'inhibition induite par l'aluminium de l'élongation des racines de la luzerne en diminuant la production d'oxyde nitrique. J Hazard Mater. 2014, 267 : 40-47.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar
14. Cui W, Gao C, Fang P, Lin G, Shen W : Atténuation de la toxicité du cadmium chez Medicago sativa par de l'eau riche en hydrogène. J Hazard Mater. 2013, 260 : 715-724.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar
15. Hu H, Li P, Wang Y, Gu R : L'eau riche en hydrogène retarde la maturation et la sénescence des kiwis après la récolte. Food Chem. 2014, 156 : 100-109.Voir l'articlePubMedGoogle Scholar

Droits d'auteur

© Zeng et coll.; titulaire de licence BioMed Central Ltd. 2014

Cet article est publié sous licence de BioMed Central Ltd. Il s'agit d'un article en libre accès distribué selon les termes de la licence Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'œuvre originale soit correctement crédité. La renonciation à la dédicace au domaine public Creative Commons (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) s'applique aux données mises à disposition dans cet article, sauf indication contraire.

Note du traducteur Karl Heinz Asenbaum du 10.4.2017 avril XNUMX :

L'importance de ce sujet présenté par Zengh et ses collègues éclipse presque celle du travail médical sur le sujet - étant donné que plus de personnes meurent des conséquences de la faim et de la malnutrition que du VIH/SIDA, du paludisme et de la tuberculose réunis. chaque année, environ 8,8 millions de personnes, ce qui correspond à un décès toutes les trois secondes (en 2007 selon Wikipédia). Mais la détérioration de la qualité des aliments à laquelle est confrontée la partie suralimentée de l’humanité est également un problème qui pourrait être combattu efficacement en utilisant de l’eau hydrogénée pour réduire l’utilisation d’engrais et de pesticides. Il est actuellement impossible d’estimer combien de personnes tomberont malades ou même mourront à cause des effets de la chimie agricole. C’est pour cette raison que j’ai pris la liberté de traduire le travail courageux, méritoire et approfondi de Zengh et ses collègues de 2014 presque intégralement en allemand afin de le rendre accessible aux lecteurs de mon livre.