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在水资源短缺影响植物生长和代谢的背景下，研究人员开展了褪黑素（Melatonin）对缺水条件下百里香（Thymus vulgaris L.）生长、生化特性及代谢产物影响的研究。结果表明褪黑素可提高其耐旱性，增加生长指标和代谢产物含量。该研究为干旱地区种植百里香提供依据。
在植物的生长过程中，水是至关重要的因素。然而，随着全球气候变化，水资源短缺问题日益严重，干旱成为了影响植物生长和发育的主要环境压力之一。对于许多植物来说，干旱不仅抑制其生长，还会改变体内各种代谢产物的合成和积累，影响其品质和商业价值。
百里香（Thymus vulgaris L.）作为一种在食品、医药、化妆品等行业有着广泛应用的药用植物，富含百里酚（thymol）和迷迭香酸（rosmarinic acid）等生物活性成分，具有抗氧化、抗菌等多种功效。但干旱会显著影响百里香的生长和这些活性成分的含量。
为了探索如何在干旱条件下提高百里香的生长和代谢产物含量，来自伊朗多个研究机构的研究人员开展了相关研究。他们将目光聚焦于褪黑素（Melatonin），一种在植物体内具有多种调节功能的化合物，已有研究表明其在提高植物对环境胁迫的耐受性方面发挥着重要作用。
研究人员通过一系列实验，得出了重要结论：褪黑素能够提高百里香对干旱胁迫的耐受性，改善其在缺水条件下被抑制的形态特征，增加生长指标，如植株高度、直径、叶片长度和宽度以及地上部分鲜重和干重等；同时，还能显著提高百里香的生化能力，增加挥发油、百里酚、迷迭香酸等代谢产物的含量；此外，褪黑素还能调节植物的抗氧化酶系统，增强其抗氧化能力，减少干旱胁迫下活性氧（ROS）积累对植物造成的氧化损伤。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为干旱地区种植百里香提供了新的理论依据和实践指导，有助于提高百里香的产量和品质，推动相关产业的发展。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设置方面，运用了析因完全随机设计，设置了 4 个褪黑素水平（0、50、100 和 150 μM）和 3 个灌溉水平（100%、70% 和 40% 田间持水量（FC）），以全面研究不同处理对百里香的影响。在生长和产量指标测定上，通过直接测量植株的高度、直径、叶片长度和宽度等形态指标，并在收获后测定地上部分的鲜重和干重。对于植物化学特性分析，采用水蒸气蒸馏法提取挥发油，利用气相色谱（GC）和气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术分析挥发油成分，通过高效液相色谱（HPLC）测定酚类化合物含量。此外，还运用分光光度计法测定了总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、抗氧化活性以及各种抗氧化酶的活性。
下面来具体看看研究结果：
- 生长和产量特性：随着干旱程度的增加，百里香的生长参数如植株高度、直径、叶片长度 / 宽度、地上部分鲜重 / 干重均显著降低。而褪黑素叶面喷施能有效缓解干旱对这些形态特征的负面影响，在 0 - 100 μM 浓度范围内，缓解效果呈上升趋势，但 150 μM 时效果有所下降。例如，在 100% FC 条件下，100 μM 褪黑素处理的植株高度、直径等指标与未处理植株相比有显著提高。
- 植物化学特性：40% FC 的干旱胁迫使百里香挥发油含量增加 34.51%，且不同浓度褪黑素处理对其影响显著。100 μM 褪黑素在正常条件（100% FC）下使挥发油含量增加 17.69%，在 40% FC 缺水条件下增加 61.06%。挥发油产量（EOY）方面，100 μM 褪黑素在 100% FC 时产量最高（0.94 g/plant），在 40% FC 时也有较高产量（0.79 g/plant）。GC - MS 和 GC - FID 分析显示，150 μM 褪黑素和 40% FC 处理下，百里酚（64.61%）和香芹酚（9.83%）含量达到最高，与未处理植株相比，分别增加 42.25% 和 81.36%。此外，干旱和褪黑素处理均会影响酚类化合物含量，150 μM 褪黑素和 40% FC 处理下迷迭香酸（RA）含量最高（8.17 mg/g DW），较对照提高 85.34%。随着干旱程度和褪黑素水平的增加，总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和抗氧化活性也随之增加，100 μM 褪黑素在 40% FC 条件下，TPC 和 TFC 达到最大值（分别为 15.31 mg GAE/g DW 和 10.22 mg QE/g DW）。
- 生理和生化特性：叶片相对含水量（RWC）和叶绿素含量随 FC 百分比增加而增加，褪黑素处理能剂量依赖性地提高叶片的水分吸收和叶绿素含量，150 μM 褪黑素处理效果最佳。干旱胁迫和褪黑素处理对过氧化氢（H2O2）、脯氨酸和丙二醛（MDA）含量有显著影响，随着干旱程度加剧，这些物质含量增加，但褪黑素处理可降低其含量，150 μM 褪黑素效果更明显。抗氧化酶活性方面，超氧化物歧化酶（SOD）活性在干旱胁迫下升高，但褪黑素会抑制其活性；而过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性在干旱和褪黑素处理下均显著增加，150 μM 褪黑素在 40% FC 条件下，POD 和 CAT 活性达到最高。
研究结论和讨论部分指出，褪黑素在调节植物形态和生理过程中发挥着重要作用，其效果与浓度密切相关。在本研究中，100 - 150 μM 的褪黑素对百里香的各项评估参数具有相似的促进作用。褪黑素可能通过激活抗氧化剂、调节植物抗氧化机制、维持细胞膜完整性、调节渗透平衡等多种途径，提高百里香对干旱胁迫的耐受性，促进其生长和代谢产物积累。然而，褪黑素作为植物激素的具体作用机制，尤其是在分子和生化层面的作用，仍需进一步深入研究。该研究为在干旱地区种植百里香提供了一种可行的方法，褪黑素作为一种安全、低成本的物质，有望成为提高百里香功能特性和植物化学化合物（特别是挥发油含量）的有效诱导剂，为相关产业提供优质的原材料，具有重要的理论和实践意义。
