根施褪黑素对NaCl胁迫下葡萄内源褪黑素及叶绿素荧光特性的影响

【目的】研究NaCl胁迫下内源褪黑素(melatonin,MT)及其关键代谢物的响应以及施加外源MT对NaCl胁迫下葡萄叶片的光抑制缓解作用,为MT的应用提供参考。【方法】以一年生盆栽‘威代尔’葡萄(Vitis vinifera cv.Vidal Blanc)为试材,进行100 nmol·L^(-1) NaCl和100 nmol·L^(-1) NaCl+MT处理,测定不同处理植株、不同器官内源MT、MT合成前体物质5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)和MT的主要代谢产物2-羟基褪黑素(2-Hydroxymelatonin,2-OHMel)的含量,分析根施MT对NaCl胁迫下叶片叶绿素荧光特性及内源MT代谢的影响。【结果】受NaCl胁迫后,植株不同器官的内源MT、5-HT及2-OHMel与清水对照相比有明显的时空变化,胁迫7 d时以根系的MT含量最高,其次是嫩梢,成叶中的最低;随着胁迫时间的延长,根系中的MT含量大幅度下降,而嫩梢中的5-HT含量增加。根施外源MT后与单纯的NaCl胁迫相比,显著提高了前期成叶中的5-HT含量以及后期新根中的MT含量,嫩梢和成叶中2-OHMel的含量。NaCl胁迫后快速叶绿素荧光曲线(OJIP)形状发生明显改变,最大荧光(Fm)及叶片最大光化学效率(Fv/Fm)显著下降了31.6%和11.6%,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,光系统I(PSI)和光系统II(PSII)的线性电子传递速率ETR(I)和ETR(II)均显著下降;而根施MT后,叶片Fm和Fv/Fm的分别升高了12.9%和7.3%,OJIP曲线中K点和J点分别下降了23.6%和11.3%,增加了叶片对光能的利用效率,线性电子传递速率明显提高。【结论】NaCl胁迫严重抑制葡萄叶片光系统活性,但促进了植株中褪黑素的合成;根施MT缓解了光系统活性的抑制程度,促进MT在植株各器官中的代谢和分配,缓解NaCl胁迫对葡萄叶片光合作用的伤害程度。

高等植物褪黑素的合成和代谢研究进展

褪黑素是生物进化过程中一种保守的小分子物质,不仅在动物和人体中具有重要的作用,在植物中也具有广泛的生理功能。阐明植物褪黑素的合成代谢途径有助于理解褪黑素的动态积累和作用机理。在植物细胞中色氨酸经过TDC、T5H、SNAT、ASMT四种酶催化形成褪黑素,在M2H作用下褪黑素分解产生2-羟基褪黑素,合成和分解之间的平衡决定了植物组织中褪黑素的含量。本文简要介绍了植物褪黑素的发现,重点综述了植物褪黑素的合成和代谢途径以及在植物中的积累。

外源褪黑素对干旱胁迫下葡萄内源褪黑素及叶绿素荧光特性的影响

以‘赤霞珠’葡萄一年生植株为试材,通过测定植株各器官的内源褪黑素(MT)、MT合成前体物质5-羟色胺(5-HT)和MT的主要代谢产物2-羟基褪黑素(2-OHMel)含量、叶片快速叶绿素荧光动力学曲线,结合叶绿素荧光淬灭分析,探讨了外源MT对干旱胁迫下葡萄内源MT及其关键代谢物的响应以及叶片光抑制的缓解作用。结果表明:干旱胁迫后,植株不同器官的内源MT、5-HT及2-OHMel含量有明显的时空变化,诱导了嫰梢和成叶中MT的积累。与干旱胁迫相比,干旱+喷施MT和干旱+浇灌MT处理均显著提高了植株地上部MT的含量及部分器官中5-HT和2-OHMel的含量。干旱胁迫后,快速叶绿素荧光曲线(OJIP)形状发生明显改变,最大荧光(Fm)、叶片最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统线性电子传递速率ETR(I)和ETR(II)均显著下降,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,喷施和浇灌MT处理均使叶片Fm值升高,增强了叶片对光能的利用效率,线性电子传递速率明显提高。综上,干旱胁迫导致‘赤霞珠’葡萄叶片光系统活性发生较严重的抑制,但促进了植株中褪黑素的合成。外源MT缓解了光系统活性的抑制程度,促进MT在植株各器官中的代谢和分配,缓解干旱胁迫对葡萄叶片光合作用的伤害程度。