植物褪黑素研究進(jìn)展

張融雪, 孫玥, 蘇京平, 王勝軍, 佟卉, 劉燕清, 孫林靜

天津市農(nóng)作物研究所，天津市農(nóng)作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384

1 植物中的褪黑素

褪黑素在動物中被發(fā)現(xiàn)很長時間后，研究者才在植物中開展了其鑒定分離研究，1995年在24種植物中都檢測到了褪黑素[2]。植物中并沒有松果體，但是也能夠合成褪黑素，所以褪黑素合成途徑是一個研究熱點(diǎn)。參考動物中褪黑素合成途徑，研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了植物褪黑素合成的關(guān)鍵組分，植物褪黑素合成途徑逐漸明晰[3]。研究者還克隆了首個褪黑素植物受體，為褪黑素功能研究提供了有力支撐[4]。

1.1 植物褪黑素內(nèi)源含量

褪黑素存在于高等植物中的許多器官，如根、莖、葉、花、果實(shí)和種子，通常每克組織濃度含量范圍從pg到μg不等。農(nóng)作物如禾本科的水稻、大麥、玉米褪黑素含量較高，一些藥用植物如貫葉連翹、白曼陀羅等,許多水果如草莓、獼猴桃、菠蘿、香蕉、葡萄等也都含有褪黑素。

褪黑素常用測定方法有液相色譜、放射免疫分析、超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、氣象色譜-質(zhì)譜連用、高效液相色譜、酶聯(lián)免疫吸附測定[5]等方法。有研究報道水稻不同品種種子的褪黑素含量在20～200 ng·g-1，褪黑素含量差異為有色種皮大米高于白色種皮大米，糙米含量高于精米含量[6]。利用液相色譜測得大麥種子中褪黑素含量約為82.3 ng·g-1，小麥種子中含量為124.7 ng·g-1。水果中獼猴桃含量為0.02 ng·g-1，蘋果中含量為0.16 ng·g-1，綠茶中褪黑素含量較高，可達(dá)2.12 μg·g-1。褪黑素含量不僅在不同物種間不相同，而且同一物種的不同品種間也不相同，同時，褪黑素含量在不同環(huán)境條件下特別是逆境中和不同植物發(fā)育階段也是不同的[7]。

1.2 植物褪黑素合成途徑

當(dāng)褪黑素在植物中被發(fā)現(xiàn)后，其合成途徑一直是研究的熱點(diǎn)。褪黑素合成途徑在動物中研究的較為清楚，色氨酸作為前體物質(zhì)，經(jīng)過4步酶促反應(yīng)最后生成褪黑素。第一步是色氨酸經(jīng)色氨酸羥化酶(tryptophan 5-hydroxylase, TPH)作用生成五羥色胺酸；再由芳香族氨基酸脫羧酶(aromatic-amino acid decarboxylase，AADC)作用生成血清素；然后在N-乙?；D(zhuǎn)移酶(aralkylamine N-acetyltransferase, AANAT),又稱為血清素N-乙酰基轉(zhuǎn)移酶(serotonin N-acetyltransferase, SNAT)催化生成N-乙酰血清素；最后在N-乙酰血清素O-甲基轉(zhuǎn)移酶(N-acetylserotonin O-methyltransferase, ASMT)，也叫做羥基吲哚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(hydroxyindole O-methyltransferase, HIOMT)作用下生成褪黑素。植物中褪黑素合成途徑與此大體類似，但具體過程仍有差異，植物中色氨酸首先經(jīng)過色氨酸氧化酶(tryptophan decarboxylase, TDC)生成色胺，第二步由色胺羥化酶(tryptamine 5-hydroxylase, T5H)作用生成血清素，接下來的合成途徑與動物褪黑素合成步驟相同[3]。

植物中褪黑素合成相關(guān)基因已經(jīng)被陸續(xù)鑒定，水稻褪黑素合成途徑研究進(jìn)展較快，褪黑素合成相關(guān)基因已經(jīng)被全部克隆。Kang等[8]從水稻中克隆了TDC1/AK069031和TDC2/AK103253，在水稻中過表達(dá)TDC1和TDC2基因提高了葉片和種子的血清素含量。Byeon等[9]從水稻中克隆到TDC3/NM_001067504，在水稻中過量表達(dá)TDC3不僅增加了葉片和種子褪黑素含量，還增加了5-羥色氨酸、色胺、血清素和N-乙酰血清素等褪黑素合成中間體含量。Fujiwara等[10]通過圖位克隆從累積血清素合成前體色胺的水稻sekiguchilesion突變體中克隆到了T5H。體外重組表達(dá)該蛋白具有色胺5羥化酶活性，能催化色胺轉(zhuǎn)變成血清素。Kang等[11]從水稻中克隆了催化褪黑素合成第三步的血清素乙酰轉(zhuǎn)移酶SNAT。通過分析SNAT在植物中的同功能酶乙酰轉(zhuǎn)移酶超家族(GCN5-related N-acetyltransferase superfamily gene, GNAT),結(jié)合原核表達(dá)蛋白酶活測定。確定了GNAT5是植物SNAT，能夠快速催化血清素生成N-乙酰血清素。水稻褪黑素合成最后一步的ASMT1也由Kang等首先克隆得到。褪黑素是由O-甲基轉(zhuǎn)移酶(O-methyltransferase, OMT)催化N-乙酰血清素的羥基變?yōu)檠跫谆笊?，研究者分析了水稻基因組中所有的OMT，發(fā)現(xiàn)MT15具有ASMT酶活性能夠催化生成褪黑素[12]。隨后又有兩個ASMT基因被克隆得到，分別是ASMT2和ASMT3，研究表明兩者均具有O-甲基轉(zhuǎn)移酶活性。基因表達(dá)分析結(jié)果顯示，ASMT1和ASMT2在莖和花表達(dá)量較高，而ASMT3在整株中表達(dá)量都很低，這3個基因表達(dá)都受非生物脅迫和茉莉酸誘導(dǎo)[13]。

1.3 植物褪黑素信號受體

2018年Wei等[4]在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了第一個植物褪黑素受體候選G蛋白偶聯(lián)受體2(candidate G-protein coupled receptor 2, CAND2)，主要證據(jù)是：CAND2是質(zhì)膜定位、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與受體類似、能與G蛋白α亞基相互作用、高度特異結(jié)合褪黑素、cand2突變體對褪黑素誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉不敏感。褪黑素與CAND2結(jié)合觸發(fā)G蛋白βγ亞基與α亞基解離，從而激活NADPH氧化酶依賴的H2O2的產(chǎn)生，增強(qiáng)Ca2+內(nèi)流和促進(jìn)K+外流，最終導(dǎo)致氣孔關(guān)閉。相較于傳統(tǒng)植物激素，褪黑素作為植物激素的研究工作還較少，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖1 植物褪黑素合成途徑[3]

2 植物褪黑素的生理功能

褪黑素作為吲哚胺類物質(zhì)，本身具有強(qiáng)還原力，能夠清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子、過氧化氫等自由基，從而發(fā)揮抗氧化作用。褪黑素和吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)生物合成的共同前體是色氨酸[14],兩者結(jié)構(gòu)十分相似，二者在植物體內(nèi)也有部分相似的生理功能[15]。研究表明褪黑素不僅能作為信號分子調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，還能作為信號分子和抗氧化劑參與植物非生物脅迫和生物脅迫應(yīng)答[16]。

2.1 褪黑素調(diào)控植物生長發(fā)育

褪黑素能夠促進(jìn)細(xì)胞膨大，Hernandez-Ruiz證明褪黑素能夠促進(jìn)離體的白化羽扇豆下胚軸膨大生長，褪黑素與IAA在下胚軸的濃度分布類似，頂端最多，中間其次，基部最少；二者作用方式也類似，都是通過增加細(xì)胞膨大而促進(jìn)生長[17]。

在信息化時代，行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，企業(yè)的財務(wù)狀況以及客戶的需求情況都隱藏于數(shù)據(jù)之中。通過以大量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析就可以準(zhǔn)確的掌握行業(yè)的發(fā)展信心、企業(yè)的財務(wù)信心以及客戶的需求信息使企業(yè)在市場競爭中立于不敗之地。同樣，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)有于企業(yè)的財務(wù)內(nèi)控管理當(dāng)中就能夠更加準(zhǔn)確地找出財務(wù)問題和危機(jī)，使企業(yè)的財務(wù)內(nèi)控管理水平得到提高。

褪黑素能促進(jìn)萌發(fā)后種子根的生長，在過表達(dá)綿羊SNAT的水稻中，褪黑素含量增加了，與野生型相比，轉(zhuǎn)基因水稻萌發(fā)后種子根數(shù)目沒有變化但是根長較長，并且生物量也顯著增加。在持續(xù)光照條件下，低濃度0.5～1.0 μmol·L-1褪黑素處理促進(jìn)野生型水稻種子根伸長[18]。褪黑素通過調(diào)控糖代謝途徑調(diào)節(jié)植物生長，外源添加褪黑素對玉米幼苗具有促進(jìn)和抑制作用。最初研究表明褪黑素含量與蔗糖合成和水解相關(guān)基因表達(dá)、酶活力和蔗糖代謝呈正相關(guān)。進(jìn)一步研究結(jié)果顯示，外源添加低濃度褪黑素(10 μmol·L-1)能提高光合速率和己糖激酶活力，上調(diào)光合相關(guān)基因及己糖激酶相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)玉米生長，促進(jìn)蔗糖代謝、光合作用和蔗糖韌皮部裝載。而高濃度褪黑素(100 μmol·L-1)加速蔗糖、己糖和淀粉積累，抑制光合作用和蔗糖韌皮部裝載[19]。

褪黑素還會影響開花時間，擬南芥褪黑素合成基因SNAT2在花中大量表達(dá)，SNAT2失活突變體中赤霉素合成途徑相關(guān)基因貝殼杉烯合酶基因(ent-kaurenesynthase,KS)和開花控制基因(FLOWERINGLOCUST,FT)表達(dá)量下調(diào)，導(dǎo)致了晚花表型[20]。

上述研究表明，褪黑素可以作為小分子活性物質(zhì)調(diào)控植物的細(xì)胞膨大、根生長、糖類物質(zhì)代謝等生理過程，不同濃度作用不同，褪黑素是作為獨(dú)立的信號分子調(diào)控還是僅僅作為IAA的類似物發(fā)揮功能還有待進(jìn)一步研究。

2.2 褪黑素增強(qiáng)植物非生物脅迫抗性

2.2.1干旱脅迫干旱脅迫是一種常見的非生物脅迫，氧化脅迫被認(rèn)為是非生物脅迫對植物的主要傷害之一，干旱脅迫造成膜系統(tǒng)的傷害主要是由細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除的不平衡引起的[21]。褪黑素是內(nèi)源性的抗氧化劑，外施褪黑素可提高植物過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等抗氧化物質(zhì)的含量和活性[22]。外施褪黑素能夠顯著降低干旱脅迫下蘋果葉片葉綠素的降解，提高葉片光合效率，緩解氧化脅迫造成的傷害，從而有效延遲葉片的衰老[23]。外源添加褪黑素能夠有效緩解由聚乙二醇造成的滲透脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的抑制作用，并能促進(jìn)生根，增強(qiáng)根系活力，提高根冠比[24]。增加植物內(nèi)源褪黑素含量也可增強(qiáng)植物抗旱性，將蘋果ASMT在擬南芥中過表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株褪黑素含量較野生型增加了2～4倍；在干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因植株的ROS積累量顯著少于野生型，存活率較野生型高[25]。外源添加褪黑素能增強(qiáng)蘋果幼苗的保水性、減少離子滲漏和穩(wěn)定葉綠素含量，從而提高蘋果耐旱性。褪黑素處理能下調(diào)ABA合成基因9順式環(huán)氧類胡蘿卜素二加氧酶3(nine-cis-epoxycarotenoid dioxygenase 3, NCED3)，上調(diào)ABA代謝基因細(xì)胞色P450家族707亞家族A多肽1(cytochrome P450 family 707 subfamily A polypeptide 1, CYP707A1)和CYP707A2，降低ABA含量；還上調(diào)了褪黑素合成相關(guān)基因的表達(dá)，增加內(nèi)源褪黑素合成，通過改善氣孔功能和清除過氧化氫來提高蘋果耐旱性[26]。

2.2.2鹽脅迫鹽脅迫抑制植物的生長和發(fā)育，過量鹽離子對植物的傷害主要包括滲透脅迫、離子毒害和氧化脅迫。外源添加1 μmol·L-1褪黑素能夠緩解鹽脅迫對蘋果生長的抑制作用，延緩葉綠素降解，減少氧化損傷；褪黑素處理還誘導(dǎo)了鈉氫離子交換蛋白1(Na+/H+exchanger 1, MdNHX1)和鉀離子通道蛋白(arabidopsis K+transporter1, MdAKT1)表達(dá)，將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡從而降低細(xì)胞質(zhì)中的Na+濃度，減少Na+毒害從而提高植株抗鹽性[27]。Zhang等[28]研究表明，外源褪黑素能顯著提高黃瓜種子在脅迫條件下的萌發(fā)率，一方面，褪黑素提高了黃瓜種子過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶的活力，減少了鹽脅迫引起的氧化損傷，另一方面，褪黑素誘導(dǎo)了ABA代謝相關(guān)的細(xì)胞色素氧化酶CYP707A1和CYP707A2的表達(dá)，加快了ABA分解，同時還誘導(dǎo)了GA合成相關(guān)基因的表達(dá)從而減緩鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制。外源施加褪黑素可調(diào)節(jié)水稻體內(nèi)一系列氧化還原酶基因的表達(dá)，抑制光氧化葉片壞死突變體中活性氧的積累，延緩細(xì)胞死亡，有效地清除衰老和逆境條件下產(chǎn)生的活性氧積累，減輕細(xì)胞損傷，從而延緩水稻葉片衰老、提高鹽脅迫抗性[29]。褪黑素預(yù)處理維持了番茄幼苗在鹽脅迫下的生長和凈光合速率，提高了生理鹽水條件下光系統(tǒng)Ⅱ 的有效量子產(chǎn)量和光化學(xué)猝滅系數(shù)，從而增強(qiáng)了番茄幼苗光合活性對鹽脅迫的耐受性[30]。鹽脅迫降低了蘋果的鉀離子吸收并增加了過氧化氫的積累，褪黑素處理能上調(diào)鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因和抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的抗氧化酶基因表達(dá)來應(yīng)答上述鹽脅迫傷害[31]。外源褪黑素處理能夠增強(qiáng)葡萄苗期的耐鹽性，作用機(jī)制是褪黑素作為信號分子誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子骨髓母細(xì)胞增多癥病毒癌基因同源物108A(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog 108A, MYB108A)，調(diào)控1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase, ACS1)表達(dá)，通過增加乙烯合成量增強(qiáng)葡萄耐鹽性[32]。褪黑素還能增強(qiáng)水稻幼苗的耐鹽性，一方面褪黑素處理降低了鹽誘導(dǎo)的鉀離子外排，維持了鈉離子和鉀離子的平衡，另一方面褪黑素本身作為抗氧化劑清除了鹽脅迫產(chǎn)生的羥基自由基，減少了自由基的傷害[33]。

2.2.3低溫脅迫低溫環(huán)境會影響植物細(xì)胞膜流動性和酶活力，抑制光合作用和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，造成植物體的損傷，引起作物減產(chǎn)。Lei等[34]發(fā)現(xiàn)褪黑素可使低溫脅迫處理的胡蘿卜懸浮細(xì)胞保持細(xì)胞膜完整性；褪黑素處理還能增強(qiáng)紅景天愈傷組織低溫耐性和美國榆冷凍芽的再生性[35-36]。褪黑素外源添加可顯著增加低溫脅迫下擬南芥的株高、根長和幼苗鮮重，同時冷適應(yīng)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子如C重復(fù)結(jié)合因子(c repeat binding factor, CBF)、脫水響應(yīng)元件結(jié)合蛋白(dehydration responsive element protein, DREB)、鋅指蛋白10(zinc finger protein 10, ZAT10)等基因表達(dá)量也顯著提高[37]。Shi等[38]研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下擬南芥體內(nèi)褪黑素合成增加，同時鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子ZAT6基因表達(dá)量也增加，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ZAT6直接參與調(diào)控的CBF基因的表達(dá)是褪黑素誘導(dǎo)植物對抗冷脅迫所必需的，但是ZAT6并不調(diào)控冷脅迫處理過程中褪黑素含量的變化。

2.2.4高溫脅迫外源褪黑素處理能顯著提高擬南芥的耐熱性，A1類熱休克因子(class A1 heat shock factor, HSFA1s)參與了褪黑素誘導(dǎo)的耐熱性。當(dāng)擬南芥受到熱脅迫時，內(nèi)源性褪黑素水平迅速且大量誘導(dǎo)，增加的褪黑素進(jìn)一步上調(diào)AtHSFA1s的表達(dá)。然后，AtHSFA1s的激活增加了擬南芥熱響應(yīng)基因如熱擊蛋白90(heat shock protein, HSP90)和HSP101的轉(zhuǎn)錄水平，從而增強(qiáng)了擬南芥的耐熱性[39]。番茄中褪黑素也能增強(qiáng)熱脅迫耐受性，生理方面緩解了熱脅迫下的光抑制和降低了電解質(zhì)滲漏?；虮磉_(dá)方面褪黑素通過上調(diào)HSP來加強(qiáng)蛋白折疊，還上調(diào)了自噬基因(autophagy-related gene, ATG)表達(dá)降解聚集蛋白，通過折疊或降解變性蛋白來促進(jìn)細(xì)胞蛋白保護(hù)從而增強(qiáng)熱脅迫耐受性[40]。

2.2.5重金屬脅迫外源褪黑素處理能夠增強(qiáng)植物對重金屬的耐受性。番茄幼苗中遭受鎘脅迫時，褪黑素處理能顯著增強(qiáng)植株對鎘的耐受性，一方面增強(qiáng)了植株的抗氧化能力，減少了鎘脅迫對光合作用的影響；另一方面增強(qiáng)了鎘離子在由根向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的區(qū)室封存，具體表現(xiàn)為根部鎘離子含量在褪黑素處理后沒有變化，但是葉片鎘離子含量降低了[41]。褪黑素處理西瓜幼苗后，能增強(qiáng)植株對釩的耐受性。外源褪黑素增強(qiáng)了西瓜內(nèi)源褪黑素的合成，同時還誘導(dǎo)了超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等基因的表達(dá)，降低了過氧化氫和丙二醛的積累；另外還減少了釩從根向莖和葉的運(yùn)輸，降低了莖和葉釩的積累[42]。

上述研究結(jié)果顯示，褪黑素主要是從兩方面增強(qiáng)植物非生物脅迫抗性，一方面是褪黑素本身作為抗氧化劑來清除植物體內(nèi)的由非生物脅迫產(chǎn)生的自由基，減少氧化脅迫傷害；另一方面是作為信號分子，激活非生物脅迫應(yīng)答基因表達(dá)，增強(qiáng)非生物脅迫抗性。

2.3 褪黑素提高植物生物脅迫抗性

褪黑素不僅能增強(qiáng)植物非生物脅迫耐受性，還能增強(qiáng)植物對生物脅迫的防御。在水稻懸浮培養(yǎng)基中外源施加血清素能誘導(dǎo)防御基因的表達(dá)和細(xì)胞死亡，增加水稻對稻瘟病侵染的抗性，以上結(jié)果表明血清素在水稻先天免疫中發(fā)揮重要作用[43]。褪黑激素參與了對強(qiáng)致病菌丁香假單胞菌DC3000的防御，擬南芥和煙草葉片上施用10 μmol·L-1濃度的褪黑激素可誘導(dǎo)多種致病相關(guān)基因(pathogenesis-related gene, PR)以及一系列由水楊酸(salicylic acid, SA)和乙烯(ethylene, ET)激活的防御基因。擬南芥病程相關(guān)基因非表達(dá)子1突變體npr1(nonexpressor of pathogenesis-related gene1, NPR1)和乙烯不敏感突變體ein2(ethylene insensitive 2, EIN2)中，褪黑激素誘導(dǎo)的PR基因幾乎完全或部分被抑制，這表明SA和ET依賴于褪黑激素誘導(dǎo)的植物防御信號，還表明褪黑素可能是一種新的植物-病原體相互作用的防御信號分子[44]。

在擬南芥褪黑素合成途徑基因SNAT突變體中，病程防御相關(guān)基因表達(dá)受到了影響。接種番茄細(xì)菌性葉斑病菌DC3000，snat中褪黑素合成含量下降至野生型的50%，對病原菌感染的敏感性增強(qiáng)，防御基因PR1、異分支合酶1(isochorismate synthase 1, ICS1)和植物防御素1.2(plant defensin1.2, PDF1.2)表達(dá)量降低。外源褪黑激素處理水楊酸羥化酶(sallicylate hydroxylase, nahG)擬南芥轉(zhuǎn)基因植株后，無法誘導(dǎo)防御基因表達(dá)，但恢復(fù)了snat突變株防御基因的誘導(dǎo)表達(dá)。這表明褪黑素誘導(dǎo)防御基因的表達(dá)是依賴SA途徑的[45]。

褪黑素通過誘導(dǎo)一些植物防御相關(guān)基因的表達(dá)來增強(qiáng)病原體的抗性，有研究表明這種誘導(dǎo)作用與絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)有關(guān)。褪黑素處理擬南芥和煙草，絲裂原活化蛋白激酶3(mitogen-activated protein kinase 3, MPK3)和MPK6被快速激活，褪黑素前體物質(zhì)也能誘導(dǎo)這種激活，但是激活程度低于褪黑素。用褪黑素處理絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase kinase, MKK)突變體后，發(fā)現(xiàn)MKK4、MKK5、MKK7和MKK9參與了MPK3和MPK6的激活。這表明褪黑素介導(dǎo)的免疫反應(yīng)是通過MAPK級聯(lián)信號途徑實(shí)現(xiàn)的[46]。

褪黑素處理能提高蘋果植株對蘋果斑病的抗性，經(jīng)過褪黑素處理的葉片過氧化氫含量更低，植物防御相關(guān)酶的活性也得到增強(qiáng)，可能是通過這兩方面提高了蘋果抗病能力[47]。外源褪黑素能提高馬鈴薯對馬鈴薯晚疫病的耐受性，一方面褪黑素能抑制馬鈴薯晚疫病菌菌絲的生長，改變細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)，降低病菌對脅迫的耐受性，顯著抑制病菌的生長。另一方面，褪黑素影響了馬鈴薯晚疫病菌的氨基酸代謝過程、脅迫耐受性、殺菌劑抗性和毒力相關(guān)基因的表達(dá)。研究還發(fā)現(xiàn)褪黑素和殺菌劑有協(xié)同作用，二者配合使用能減少殺菌劑用量，提高殺菌劑對馬鈴薯晚疫病的防治效果[48]。

上述研究表明褪黑素提高植物生物脅迫抗性主要是三方面的作用，一方面是褪黑素本身作為抑制劑限制細(xì)菌或真菌生長；第二方面是褪黑素發(fā)揮自身抗氧化劑功能，減少病菌入侵時產(chǎn)生的氧化脅迫；第三方面是褪黑素作為信號分子，通過SA或者M(jìn)APK途徑誘導(dǎo)防御基因表達(dá)增強(qiáng)植物對生物脅迫的抗性。

3 展望

植物褪黑素作為新的生長調(diào)節(jié)小分子物質(zhì)，逐漸成為植物研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。在褪黑素生物合成方面，參考動物褪黑素合成途徑，研究者陸續(xù)克隆了植物褪黑素合成的關(guān)鍵酶，解析了植物褪黑素的合成途徑。在生理功能方面，褪黑素含有吲哚環(huán)，能否發(fā)揮類似于IAA的作用，促進(jìn)細(xì)胞膨大、調(diào)節(jié)側(cè)根生長、調(diào)控糖運(yùn)輸途徑尚有待深入研究。在應(yīng)對非生物脅迫方面，褪黑素一方面作為抗氧化劑來清除脅迫產(chǎn)生的自由基，另一方面能作為信號分子誘導(dǎo)非生物脅迫應(yīng)答基因來增強(qiáng)植物耐逆性。在應(yīng)對生物脅迫方面，褪黑素可以抑制細(xì)菌和真菌生長，還能通過SA誘導(dǎo)植物防御基因表達(dá)來抵御病害。雖然植物褪黑素研究目前已經(jīng)取得了較多進(jìn)展，但是還存在一些問題。首先，植物褪黑素含量方面對測定方法研究較多，而對培育高褪黑素含量的作物品種方面研究較少。如何利用褪黑素現(xiàn)有研究結(jié)果，結(jié)合傳統(tǒng)育種理論和經(jīng)驗(yàn)，選育高褪黑素含量的作物品種是一個具有吸引力和挑戰(zhàn)性的研究方向；第二，褪黑素在信號感知、傳導(dǎo)方面還不明晰，雖然克隆了一個褪黑素植物受體，該受體結(jié)合褪黑素后激活的直接下游信號研究較少，是否還有其他褪黑素受體也是亟待解決的科學(xué)問題；第三，褪黑素在植物應(yīng)對非生物脅迫時能夠誘導(dǎo)一些抗逆基因表達(dá)，具體是通過什么信號通路仍不明確；第四，褪黑素在植物應(yīng)對生物脅迫時能通過SA或MAPK信號途徑誘導(dǎo)防御基因表達(dá)，而另一個與防御反應(yīng)密切相關(guān)的植物激素茉莉酸與褪黑素之間是否存在交叉也有待進(jìn)一步研究。