褪黑素在园艺作物抗病防御中的作用机制及应用前景研究

本研究系统综述了褪黑素(melatonin)在园艺作物抵御细菌、真菌及病毒病害中的多重调控机制。研究人员通过分析大量实验数据，揭示了外源褪黑素处理通过激活抗氧化酶系统(SOD/POD/CAT)、调控水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)信号通路、诱导防御相关基因表达等途径，显著增强作物对黄龙病(HLB)、苹果斑点病、灰霉病(Botrytis cinerea)等重大病害的抗性。该研究为开发新型生物防控策略提供了重要理论依据，对实现园艺作物绿色安全生产具有重要指导价值。

　　

植物病害一直是制约园艺产业发展的重大瓶颈。随着全球气候变化和种植模式改变，由细菌、真菌和病毒引起的病害问题日益突出，每年造成高达30-50%的产量损失。传统化学防治带来的农药残留和病原菌抗药性问题愈发严重，开发环境友好的生物防控策略成为当务之急。在这一背景下，褪黑素——这种在动植物中广泛存在的吲哚胺类分子，因其独特的抗氧化和免疫调节功能，近年来在植物抗病领域展现出巨大应用潜力。

宁夏大学葡萄与葡萄酒工程技术研究中心的研究团队在《Horticulture Research》发表综述，系统阐述了褪黑素在园艺作物抗病防御中的多重作用机制。通过整合近年来国内外相关研究成果，研究人员揭示了褪黑素通过复杂信号网络调控植物免疫反应的科学规律，为开发基于褪黑素的绿色防控技术提供了理论支撑。

研究采用文献计量分析与实验证据整合相结合的方法，重点考察了褪黑素处理对柑橘黄龙病(CLas)、香蕉枯萎病(Foc)、苹果斑点病等典型病害的防控效果。通过比较不同浓度褪黑素处理(50-1000 μM)下植物的生理生化响应，结合转录组和代谢组数据分析，系统阐明了褪黑素介导的抗病信号通路。

褪黑素缓解病原诱导的病害
研究表明褪黑素能显著增强园艺作物对细菌性病害的抵抗力。在木薯中，褪黑素通过上调MeRAV1/2基因表达促进内源褪黑素合成，有效控制细菌性枯萎病。对柑橘黄龙病的防控机制更为复杂：褪黑素处理不仅提高内源SA和JA水平，还通过调控H₂
O₂
浓度和抗氧化酶活性，显著降低CLas菌体数量。

在真菌病害防控方面，褪黑素表现出剂量依赖性效应。50 μM处理可增强苹果对斑点病的抗性，通过维持细胞内H₂
O₂
稳态和提升苯丙烷代谢关键酶(PAL、C4H、4CL)活性实现。而在番茄灰霉病防治中，褪黑素通过激活钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)和呼吸爆发氧化酶同系物(RBOHs)，诱导SA通路相关基因(SlNPR1、SlPR1等)表达，显著抑制病菌侵染。

针对病毒病害的研究相对较少，但现有证据表明褪黑素能通过多种途径增强植物抗病毒能力。在苹果中，褪黑素处理(15 μM)通过提高生长素(IAA)水平，有效降低茎沟病毒(ASGV)浓度；而在黄瓜上，褪黑素通过上调CRISP1基因表达，抑制黄瓜绿斑驳花叶病毒(CGMMV)复制。

褪黑素通过生理和分子过程缓解病原诱导的病害
从作用机制来看，褪黑素主要通过三大途径增强植物抗病性：(1)抗氧化防御系统激活，包括提升SOD、POD、CAT等酶活性和降低ROS积累；(2)防御相关代谢物诱导，如促进酚类、黄酮等次生代谢物合成；(3)激素信号网络调控，特别是SA和JA通路的协同激活。值得注意的是，褪黑素在不同作物中表现出作用机制的差异性：在木本植物(如苹果、柑橘)中更多通过改善光合作用和生长参数实现抗病，而在蔬菜作物上则主要依赖抗氧化系统和防御基因表达的快速激活。

结论与展望
该综述系统揭示了褪黑素作为多功能信号分子在园艺作物抗病防御中的核心作用。研究指出，褪黑素通过"抗氧化防御-信号转导-基因表达"三级响应网络，构建了针对不同病原类型的广谱抗性机制。特别是在协调SA和JA信号通路方面，褪黑素展现出独特的"桥梁"作用，这为开发新型免疫调节剂提供了重要思路。

然而，研究也发现若干亟待解决的问题：对病毒和线虫等病害的防控机制研究不足；部分情况下(如柑橘绿霉病)褪黑素可能产生负面效应；田间应用方案尚不成熟。未来研究应加强多组学技术整合，重点解析褪黑素受体(如PMTR1)的功能及其与植物激素的互作网络。此外，开发缓释型褪黑素制剂和优化施用方式，将是实现其商业化应用的关键突破点。

这项研究不仅深化了对植物免疫调控机制的理论认识，更为园艺作物绿色防控提供了新的技术路径。随着作用机制的不断阐明和应用技术的完善，褪黑素有望成为继水杨酸和茉莉酸甲酯之后，植物免疫诱导剂家族的重要成员，为可持续农业发展注入新的活力。