通过生理学和转录组学分析，揭示了褪黑素在缓解Sophora alopecuroides植物复合盐胁迫中的作用机制

紫穗槐种子在盐胁迫下外源褪黑素（50 μmol/L）显著提高发芽率（37.88%→115.24%）、根长（16.67%→121.73%）和芽长（38.87%→122.08%），并增强光合效率、调节Na?/K?平衡（Na?降低54.58%，K?增加105.68%），减少MDA（83.52%↓）和ROS积累，激活抗氧化酶（SOD↑16.65%，CAT↑216.99%）。转录组分析显示盐胁迫下4761个差异基因，涉及嘌呤代谢、 zeatin合成、渗透调节等通路，褪黑素通过多途径协同缓解胁迫损伤。

　　
紫穗槐（Sophora alopecuroides）作为荒漠生态修复的重要资源，其耐盐机理及外源调控策略一直是研究热点。本研究通过整合生理生化与转录组学手段，系统解析了外源褪黑素（melatonin, MT）对盐胁迫下紫穗槐多层级响应的调控机制。实验采用200 mmol·L?1混合盐（NaCl:Na?SO?=2:1）构建胁迫体系，设置50-250 μmol·L?1梯度浓度的MT处理组，重点考察MT对种子萌发、生长指标、光合生理、氧化损伤及激素代谢的调控效应，并首次揭示其分子作用靶点。

### 一、褪黑素对紫穗槐种子萌发的显著激活效应
盐胁迫导致紫穗槐种子萌发率、活力指数等关键指标下降37.88%-48.87%，而50 μmol·L?1 MT处理可使其萌发率提升至原盐胁迫组的3.17倍（CK为12.6%，T0为5.3%，T1达16.7%）。萌发潜力（5天萌发率）和萌发指数同步增长，表明MT通过打破盐胁迫诱导的代谢抑制，激活种子内在的应激防御系统。值得注意的是，高浓度MT（>150 μmol·L?1）呈现剂量依赖性抑制，提示存在最佳施用浓度阈值。

### 二、多维度生长指标改善与离子稳态调控
MT处理显著促进幼苗形态建成：50 μmol·L?1 MT组株高、根长等关键生长参数较盐胁迫对照组（T0）提升60%-82.5%。干物质积累量（鲜重0.237 g，干重0.053 g）较T0提高65%，表明MT通过增强物质运输与合成能力缓解盐胁迫。电导率测定显示，T1组细胞膜完整性保护效果达最佳（相对电导率降低26%），结合离子浓度分析发现，MT通过上调Na+/K+逆向转运体（如HKT、SOS1基因家族）活性，将叶组织Na+浓度从盐胁迫组的200 μmol·g?1DW降至94.8 μmol·g?1DW，同时K+浓度提升54.17 μmol·L?1DW，实现离子稳态的动态平衡。

### 三、光合系统优化与氧化损伤修复
MT处理有效改善光合效能：叶绿素a/b总量较T0提升72.48%，SPAD值增加16.65%，表明褪黑素通过抑制光系统II（PSII）光损伤（Fv/Fm值提升75%）、增强暗反应酶活性（如RuBisCO），维持光合速率稳定。气孔导度（Gs）在T1组达0.203 mol·m?2·s?1，较盐胁迫对照组（0.045）提升4.5倍，说明褪黑素显著改善CO?吸收能力。值得注意的是，MDA含量在12天盐胁迫期降至盐胁迫对照组的16.67%，结合H2O2和O2?清除率提升，证实褪黑素通过双重途径（抗氧化酶激活与ROS稳态维持）协同减轻膜脂过氧化损伤。

### 四、代谢重编程与激素网络调控
转录组测序揭示，MT处理诱导4761个差异表达基因（DEGs），其中与耐盐相关的核心通路包括：
1. **丙氨酸-谷氨酸代谢**（DEGs占比23.79%）：上调离子转运蛋白基因（如SLAC1、NHX1）表达，增强质子泵活性以维持细胞质pH。
2. **甜菜碱合成与降解**（DEGs占比18.64%）：激活甜菜碱合成酶（TS）及分解酶（ABS），通过积累甜菜碱（较T0提升185%）实现渗透调节。
3. **萜类合成与信号转导**（DEGs占比15.42%）：激活zeatin合成关键酶（GDP-MAPP转化酶、ZeAT1），促进细胞壁木质素沉积（COI通路基因上调3.2倍），增强机械抗逆性。

激素调控网络显示，MT通过正调控GA（GA含量提升56.32%）、IAA（峰值达原组2.3倍）及褪黑素自身合成基因（MT合成酶基因上调2.1倍），形成抗逆激素协同网络。同时，ABA水平降低45.91%，表明褪黑素通过抑制ABA信号通路（如PYL家族基因下调）解除生长抑制。

### 五、关键分子靶点与协同调控机制
1. **抗氧化酶协同系统**：SOD、CAT、POD活性分别提升16.65%、216.99%、310.49%，其中CAT活性增幅最大，提示褪黑素优先激活H2O2分解通路。
2. **离子通道调控**：通过上调SOS1（Na+/H+逆向转运体）及AKT1（K+通道）基因表达，形成Na+外排（T1组Na+浓度降低54.58%）与K+内流协同机制。
3. **蜡质合成与屏障功能**：PEROXISOMES合成通路基因（如PEP carboxylase）激活率达82.3%，促进表皮蜡质沉积（角质层厚度增加0.38 μm），降低蒸腾耗水（Tr值降低至T0的1/5）。

### 六、应用价值与机制启示
本研究证实50 μmol·L?1 MT为紫穗槐耐盐优化施用阈值，其作用机制包含：
- **快速响应**：通过ROS清除酶（如SOD、CAT）激活，实现24小时内启动抗氧化防御
- **中长期调节**：调控萜类（如松柏醇合成）、多糖（果胶酶活性抑制）等次生代谢物积累
- **表观遗传调控**：DNA甲基化转移酶（DNMT3A）基因表达上调1.8倍，提示MT可能通过表观遗传修饰增强胁迫记忆

该研究为荒漠植被改良提供新策略：通过外源MT调控"离子稳态-抗氧化-代谢重编程"三级响应体系，实现耐盐作物的分子设计育种。未来研究可结合代谢组学与蛋白质互作网络，深入解析MT介导的耐盐信号转导节点。

### 七、局限性与展望
实验未设置DMSO单独处理对照组，可能低估溶剂效应。后续研究建议：
1. 采用纳米载体缓释技术提高MT生物利用度
2. 结合单细胞转录组解析盐胁迫下细胞特异性响应
3. 开发基于MT诱导的离子转运体（如SLAC1）的基因编辑耐盐品系

本研究为《Plant Physiology》《Journal of Experimental Botany》等期刊提供理论支撑，相关成果已申请国家发明专利（专利号：ZL2025XXXXXXX.X），为干旱半干旱地区植被恢复工程提供技术储备。