园艺作物褪黑素的研究进展

褪黑素是一种在生物体中广泛存在的吲哚胺类化合物,在动物中具有调节昼夜节律、提高免疫力和抗衰老的作用,是一种对人类健康有益的保健佳品。现已发现褪黑素在高等植物中广泛存在,其生物合成途径以L-色氨酸为底物,途径色胺、5-羟色胺、N-乙酰-5-羟色胺,最终生成褪黑素。目前,植物中鉴定到的褪黑素合成关键酶有:L-色氨酸脱羧酶(Trp DC)、色氨酸羟化酶(T5H)、5-羟色胺-N-乙酰转移酶(SNAc T)、N-乙酰-5-羟色胺甲基转移酶(Ac SNMT)和羟基吲哚-O-甲基转移酶(HIOMT)。虽然目前有关褪黑素在园艺作物中的功能研究还不是很多,但已有研究表明,褪黑素在园艺作物中具有促进生长,增加产量,促进种子萌发,调节光周期,调控根系发育,延迟叶片衰老,影响果实成熟和贮藏等生理功能。而褪黑素的抗氧化特性又赋予它较强的活性氧(ROS)清除能力,且褪黑素能提高光照、温度、水分、盐碱、重金属和氧化胁迫下的抗氧化酶活性。此外,褪黑素还参与了包括生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)、水杨酸(SA)、多胺(PAs)和一氧化氮(NO)等物质介导的信号转导途径,组成了控制园艺作物生长、发育和抗性获得的复杂信号网络。文中从"褪黑素在植物中的生物合成,园艺作物中的褪黑素含量及影响因素,褪黑素在园艺作物生长、发育中的作用,褪黑素在园艺作物胁迫应答中的作用,褪黑素调控植物生长发育和抗逆性的信号转导网络"5个方面对褪黑素在园艺生产中的作用进行综述。重点阐述已经发现的褪黑素在园艺作物上的功能作用,对其潜在生理功能进行了预测,并从提升园艺作物褪黑素含量方面展望了今后需重点开展的研究。     

不同葡萄品种灰霉病抗性鉴定及褪黑素抗病机理初探

灰霉病是严重危害葡萄生长和果实品质的主要病害之一。为探究外源褪黑素(MT)缓解葡萄灰霉病发生的抗性机理,本研究以10个新疆主栽葡萄品种为试材,结合叶片、果实基本性状与病情严重度相关性分析,对不同葡萄品种灰霉病抗性进行综合评价;以成熟离体果实为试材,测定了MT对关键抗性指标的影响。结果表明,部分参试葡萄品种灰霉病抗性水平差异显著,接种灰霉病病原菌(Botrytis cinerea)10 d后,阳光玫瑰和克瑞森葡萄叶片和果实表现感病,蓝宝石葡萄叶片表现感病,其余品种均表现不同程度的抗性,其中巨峰葡萄隶属函数综合得分最高、抗性最强。B. cinerea侵染葡萄叶片后,不同抗性品种的叶片相对电导率、超氧阴离子、丙二醛及游离脯氨酸水平均呈上升趋势,其中阳光玫瑰和克瑞森葡萄叶片侵染前后各指标差异显著或极显著,巨峰葡萄叶片除游离脯氨酸水平在侵染前后差异显著外,其余指标均不显著。外源100μmol·L^-1 MT提高了葡萄果实总酚含量、总抗氧化水平和苯丙氨酸淀粉酶、多酚氧化酶活性,缓解了B. cinerea对果实的危害,此外,MT显著上调了VvCu/Zn-SOD1a等活性氧清除相关...     

褪黑素对低温胁迫下棉花种子萌发特性的影响

低温胁迫严重影响棉花种子萌发,为明确褪黑素对低温胁迫下棉花种子萌发的调控作用,本研究以海岛棉品种‘新海41号’为试验材料,分析不同褪黑素浓度处理对低温胁迫(15℃)下棉花种子的萌发特性、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)和过氧化氢含量影响。结果表明,低温下棉花种子发芽率、发芽势和发芽指数较常温对照分别降低17.41%、13.52%和74.96%,胚根长度降低40.35%,SOD、POD、CAT活性略有增高,MDA和H₂O₂含量有所增加。低浓度的褪黑素（10 μmol/L和20 μmol/L）处理显著增加了低温胁迫下棉花种子发芽势、发芽率、发芽指数以及胚根长度,增强抗氧化酶的活性,减少MDA、H₂O₂的产生,其中20 μmol/L褪黑素处理后,与低温对照相比SOD、POD、CAT活性分别上升3.53%、29.47%、3.45%,MDA和H₂O₂含量分别减少13.93%和8.08%。适宜浓度的褪黑素处理能有效缓解低温胁迫对棉花种子萌发的损伤,增强种子耐低温性,其中20 μmol/L褪黑素处理效果最好。     

外源褪黑素对红小豆生长、光合荧光特性及产量构成因素的影响

以黑龙江省主栽红小豆品种珍珠红为供试材料,采用盆栽方式,分别在苗期、花荚期和鼓粒期喷施0（CK）、50、100和200μmol/L褪黑素,探讨外源褪黑素对红小豆生长、光合荧光特性和产量构成因素的影响。结果表明,与CK相比,50、100和200μmol/L褪黑素处理均能增加红小豆株高、叶面积和干物质积累,提高红小豆净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、最大光化学效率和潜在光化学活性,且褪黑素浓度为100μmol/L时各指标提高幅度最大。在苗期、花荚期、鼓粒期喷施100μmol/L褪黑素处理的红小豆单株粒重分别为5.53、6.13和5.90g,与CK相比分别增加了6.3%、12.1%和9.5%。综上可知,红小豆花荚期喷施100μmol/L褪黑素增产效果最显著。     

外源褪黑素对UV-B辐射下马铃薯光合、荧光特性的影响

增强UV-B辐射会对植物造成损伤,褪黑素可以增强植物抗逆性。通过不同浓度褪黑素处理不同UV-B辐射下的马铃薯幼苗,测定其株高、光合参数(Pn、Gs、Ci、Tr)、荧光参数(Fv/Fm、ETR、qP、NPQ)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC),分析褪黑素对UV-B辐射下马铃薯光合、荧光特性的影响,为揭示褪黑素对UV-B辐射下马铃薯植株的防御机制提供科学依据。以马铃薯品种合作88为试验材料,采用自然光照(CK)和3个增强的UV-B辐射(2.5,5.0,7.5 KJ/(m~2·d)),在4种光照条件下分别设置0,25,50,100,150,200μmol/L的褪黑素浓度处理马铃薯幼苗。马铃薯受到增强UV-B辐射后株高、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、光合参数、荧光参数(除NPQ)都降低,施加褪黑素后有所升高。褪黑素能提高马铃薯对UV-B辐射的抗逆性,使其植株增高,光合能力增强,但过高的褪黑素浓度也会对植物造成一定的损伤。     

褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素及抗氧化酶活性的影响

研究外源褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素含量和抗氧化酶活性变化,为缓解油松育苗中遇到的NaCl胁迫问题提供理论依据。试验在盆栽条件下,设置空白对照、NaCl浓度200mmol/L、NaCl浓度200mmol/L分别配合50μmol/L、100μmol/L、150μmol/L的褪黑素共计5个处理,3次重复。结果表明:不同浓度的褪黑素均显著提高了NaCl胁迫下油松叶片内的叶绿素a和叶绿素b含量,100μmol/L的褪黑素处理含量最高;盐胁迫会导致油松叶片SOD、POD、CAT酶活性提高,外施褪黑素较空白对照和NaCl处理SOD、POD、CAT活性均有上升,且100μmol/L的褪黑素处理SOD、POD、CAT活性显著高于NaCl处理。综合分析来看,100μmol/L褪黑素对缓解油松NaCl胁迫效果优于其他浓度的褪黑素处理。     

干旱胁迫下褪黑素对小麦幼苗生长、光合和抗氧化特性的影响

为探究褪黑素对小麦幼苗抗旱性的调节作用,明确褪黑素提高小麦抗旱能力的作用途径,以小麦水地品种西农9871为材料,通过盆栽试验,分析了干旱胁迫下根施褪黑素（100 μmol·L^-1）对小麦幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响。结果表明,干旱胁迫抑制了小麦的生长,降低了叶片叶绿素含量、气孔导度、净光合速率及PSⅡ最大光化学效率,导致过氧化氢（H₂O₂）与丙二醛（MDA）积累增加及抗氧化酶活性、抗氧化剂含量升高。在干旱胁迫下根施褪黑素可增加小麦幼苗的生物量和根冠比,维持较高的相对叶片含水量、叶绿素含量、净光合速率及光化学效率,并进一步提高过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)活性及抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）的含量,减少了H₂O₂ 与MDA的积累。复水后,根施褪黑素处理的小麦幼苗生长表现出较快的恢复能力。以上结果说明,在干旱胁迫下,褪黑素通过增加根冠比,促进水分吸收,改善叶片的水分状况,并通过增强抗氧化能力,减轻氧化伤害。褪黑素处理的植株表现出较好的水分状况和较轻的氧化伤害,有利于其维持较高的光合能力,从而提高小麦幼苗的抗旱性及恢复生长的能力。     

桃果实PpSIZ1基因对低温和外源褪黑素处理的响应

为了探索SUMO E3连接酶（SIZ1）基因与桃（Prunus persica L. Batsch）果实采后低温贮藏期间冷害发生的关系,对桃基因组中的SIZ1基因进行生物信息学分析,同时采用qRT-PCR分析该基因在‘湖景蜜露’桃果实低温贮藏以及外源褪黑素减轻冷害进程中的表达特征。结果表明,PpSIZ1开放阅读框全长2 637 bp,编码878个氨基酸组成的蛋白质多肽。进化树分析发现,PpSIZ1与梅PmSIZ1的同源性最高,含有与拟南芥AtSIZ1相似的SAP、PHD、PINIT、SP-RING和SXS保守结构域,属于SUMO E3连接酶家族。qRT-PCR分析表明,低温（0 ℃）胁迫能诱导桃果实PpSIZ1表达水平的提高;100和200 μmol · L^-1褪黑素处理能显著减轻桃果实低温贮藏期间冷害的发生,其中100 μmol · L^-1褪黑素处理抑制冷害的效果最好,这种效果可能与PpSIZ1介导的SUMO化有关。     

绵羊MTNR1a基因mRNA表达量的季节性差异

本试验分别于春分、夏至、秋分和冬至4个节气,随机选择体况良好体重相近的蒙古羊8只,外科手术取下丘脑、垂体组织样品,采用RT-PCR方法对其褪黑素受体MTNR1a基因表达进行半定量分析.结果表明:绵羊MTNR1a基因表达存在明显的季节性节律,下丘脑MTNR1a基因表达量在夏至时最低,秋分时最高,春冬季节相近;垂体MTNR1a基因表达量在秋分时最低,夏至时最高,春冬季节也相近.     

外源褪黑素对干旱胁迫下多年生黑麦草幼苗生理特性的影响

为了研究外源褪黑素(MT)对干旱胁迫下多年生黑麦草幼苗生长的影响,试验以多年生黑麦草为材料,先以叶片喷施法施加外源MT,再采用控水法进行干旱胁迫,共设置6个处理,即CK(干旱+喷施纯化水)、T1(干旱+喷施50μmol/L MT)、T2(干旱+喷施100μmol/L MT)、T3(干旱+喷施150μmol/L MT)、T4(干旱+喷施200μmol/L MT)、T5(干旱+喷施250μmol/L MT),在干旱胁迫第0,3,6,9,12天取样,测定叶绿素a、叶绿素b、游离脯氨酸(Pro)、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量,以及过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性。结果表明：在干旱胁迫第3,6,9,12天,T1、T2、T3处理的叶绿素a(除第9天T2处理外)和叶绿素b(除第3,6,9天T1处理外)含量均显著高于CK处理(P<0.05),其中T3处理的叶绿素a、叶绿素b含量均最高;在干旱胁迫第6,9,12天,T3处理的MDA含量显著低于其他处理(P<0.05);在干旱胁迫第12天时,T3处理的Pro含量和T4处理的可溶性糖含量均显著高于其他处理...