褪黑素在镉胁迫下对普通大麦（Hordeum vulgare L.）抗氧化防御机制、营养稳态和细胞活力的调节作用

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Melatonin Mediated Modulation of Antioxidant Defense Machinery, Nutrient Homeostasis and Cellular Viability in Hordeum vulgare L. Under Cadmium Stress

褪黑素缓解镉胁迫对大麦生长及生理生化特性的影响：通过盆栽实验，研究不同浓度CdCl2（0-1.5 mM）和大麦幼苗 foliar喷施100 μM褪黑素对幼苗30天生长的影响，发现褪黑素显著改善胁迫下的生长指标、光合色素含量、抗氧化酶活性及细胞膜完整性，降低氧化损伤指标，证实其作为有效缓解镉毒害策略。

　　

摘要

在非生物胁迫因素中，重金属污染对全球农业生产力构成了严重挑战。镉（Cd）是一种高毒性的重金属，会对作物健康和产量产生不利影响。褪黑素（MT）作为一种有前景的植物生长调节剂和信号分子，最近因其增强植物对非生物胁迫耐受性的潜力而受到关注。本研究探讨了外源施用MT（100 μM）对处于不同浓度镉胁迫（0、0.1、0.5、1.0和1.5 mM）下的大麦（Hordeum vulgare L.）的生长和生理生化特性的影响。研究评估了多种生长性状、光合色素含量、抗氧化酶活性、细胞活力以及渗透调节物质的积累情况。发芽盘内填充了椰壳泥，并加入了四种不同的CdCl₂溶液，同时进行叶面喷施100 μM MT处理。实验在温室中进行，幼苗生长30天后对其生长和生理生化特征进行了评估。研究结果表明，镉显著降低了生长指标、叶绿素含量、硝酸还原酶（NR）活性（降低11%）、碳酸酐酶（CA）活性（降低13%）、氮（N）含量（降低9%）、磷（P）含量（降低9%）和钾（K）含量（降低15%）；同时显著提高了多种酶类抗氧化剂的水平，如超氧化物歧化酶（SOD）（提高38%）、过氧化氢酶（CAT）（提高41%）、过氧化物酶（POX）（提高41%）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）（提高11%）、谷胱甘肽还原酶（GR）（提高20%）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）（提高42%）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）（提高41%）；还增强了非酶类抗氧化剂，如抗坏血酸（AsA）、酚类物质、类胡萝卜素和甘氨酸甜菜碱（GB）（提高53%）、脯氨酸（提高67%）以及应激指标过氧化氢（H₂O₂）（提高31%）和丙二醛（MDA）（提高52%）的含量，并减少了电解质泄漏（EL）（降低41%）。然而，对对照组和镉胁迫植物进行叶面喷施MT后，生长性状、叶绿素含量、NR和CA活性、N、P和K含量均显著改善，同时酶类和非酶类抗氧化剂也得到增强；此外，H₂O₂含量降低了8%，MDA含量降低了10%，EL降低了10%。进一步的研究通过共聚焦显微镜观察到，镉胁迫会损伤测试幼苗根细胞的脂蛋白膜和DNA，而MT的应用能够逆转这种毒性效应并提高根细胞的存活率。本研究得出结论，MT喷雾施用是一种有效降低镉胁迫影响的策略。