外源褪黑素调控干旱胁迫下葡萄柚薄荷生理响应及精油合成的机制研究

为解决干旱胁迫对药用植物葡萄柚薄荷(Mentha suaveolens × Mentha piperita)生长和次生代谢产物的负面影响，伊朗马拉盖大学团队通过中心复合设计(CCD)研究了褪黑素(0-300 mM)与灌溉水平(25-75% FC)的协同作用。研究发现155 mM褪黑素使生物量、酚类、黄酮及精油产量最高提升143%，并通过降低MDA和H2O2缓解氧化损伤，为干旱区芳香植物栽培提供新策略。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为制约药用植物生产的关键因素。葡萄柚薄荷作为一种兼具药用和商业价值的杂交薄荷，其精油中的芳樟醇(linalool)和乙酸芳樟酯(linalool acetate)具有抗肿瘤和抗菌活性，但干旱会导致其生物量锐减73%，并引发活性氧(ROS)积累。如何通过绿色调控手段提升植物抗逆性，同时保障次生代谢产物质量，成为当前研究的焦点。

伊朗马拉盖大学的研究团队在《Scientific Reports》发表论文，首次采用中心复合设计(CCD)系统解析了外源褪黑素对干旱胁迫下葡萄柚薄荷的调控作用。研究通过设置5级灌溉水平(25-75% FC)和5种褪黑素浓度(0-300 mM)，结合气相色谱-质谱(GC-MS)和生理生化分析，揭示了褪黑素通过多重机制协同提升植物抗旱性的规律。

关键技术包括：1) 响应面法(RSM)优化干旱与褪黑素互作模型；2) 分光光度法测定叶绿素、MDA(丙二醛)和H₂O₂；3) Folin-Ciocalteu法分析酚类物质；4) GC-MS鉴定精油成分；5) 温室控制实验采用称重法精确调控土壤含水量。

研究结果
Dry weight
严重干旱(25% FC)使生物量降低73%，而155 mM褪黑素在正常灌溉下使干重达94.25 g，较对照提升92.2%。优化模型显示75% FC+155 mM为最佳增产组合。

Chlorophyll content
干旱导致叶绿素a/b总量下降52%，240 mM褪黑素使叶绿素a/b分别增加84%和98%，机制涉及抑制ROS介导的叶绿体降解。

Malondialdehyde(MDA)
干旱使MDA含量提升92.2%，褪黑素通过降低脂质过氧化使MDA减少23.2%，其中240 mM效果最显著。

Essential oil constituents
中度干旱(50% FC)+155 mM褪黑素使芳樟醇和乙酸芳樟酯含量达51.46%和33.16%，较正常灌溉提高15.4%和11.3%，证实适度干旱可刺激单萜类合成。

讨论与意义
该研究创新性发现：1) 155 mM褪黑素通过激活抗氧化系统(降低H₂O₂ 26.9%)和维持叶绿体稳定性，缓解干旱胁迫；2) 240 mM褪黑素在65% FC灌溉下可实现酚类(32.41 mg GAE/g DW)与精油产量(1.83 g/株)最大化；3) 芳樟醇合成与褪黑素浓度呈非线性关系，为精准调控精油品质提供依据。

这项研究为干旱地区药用植物栽培提供了可量化的褪黑素施用方案，其建立的CCD模型可推广至其他唇形科植物。未来研究可结合转录组学进一步解析褪黑素调控单萜合成通路(如MEP途径)的分子机制。