褪黑素通过增强抗氧化防御系统提升水稻在不同环境胁迫下的耐受性：一项整合酶活性调控与氧化应激缓解的Meta分析

本研究针对全球气候变化加剧导致的水稻生产面临多重非生物胁迫问题，通过系统分析褪黑素(Mel)在盐碱、干旱、重金属等胁迫条件下的调控机制。研究人员整合43项研究数据，发现外源Mel可显著提升SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)、POD(过氧化物酶)等抗氧化酶活性(最高达77%)，降低H2O2(45%)和MDA(丙二醛)(54%)等氧化损伤标志物，并通过调控脯氨酸(987%)等渗透调节物质增强水稻抗逆性。该研究为开发基于Mel的作物抗逆调控技术提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，水稻生产正面临前所未有的挑战。盐碱化土壤面积持续扩大，干旱事件频发，重金属污染日益严重，这些环境胁迫导致全球水稻年均减产高达30%。更严峻的是，多种胁迫因子往往协同作用，引发细胞内活性氧(ROS)爆发，造成氧化损伤和代谢紊乱。如何增强作物对环境胁迫的适应性，成为保障粮食安全的关键科学问题。

广西大学林学院/广西森林生态与保育重点实验室的研究团队通过整合分析全球43项研究数据，系统揭示了褪黑素(Melatonin, Mel)这一多功能分子在提升水稻抗逆性中的核心作用。研究发现，外源Mel能通过双重机制增强水稻胁迫耐受性：一方面直接激活SOD、CAT、POD等抗氧化酶防御系统，最高可使POD活性提升77%；另一方面通过促进脯氨酸(增幅达987%)等渗透调节物质积累维持细胞稳态。该成果近期发表在植物科学领域权威期刊《Rice》上。

研究人员采用Meta分析方法，从PubMed、Web of Science等数据库筛选463篇文献，最终纳入43项符合标准的研究。通过GetData软件提取图表数据，使用R语言metafor包进行效应量计算，采用随机效应模型分析Mel对不同胁迫条件下水稻生理指标的影响。研究重点评估了抗氧化酶活性、氧化应激标志物及渗透调节物质的变化规律。

研究结果揭示，Mel对水稻抗氧化系统的调控呈现器官特异性。在根系中，CAT活性提升46.35%，显著高于叶片(30.40%)；而GR(谷胱甘肽还原酶)活性在根中增加43.82%，在叶中无显著变化。这种差异可能与不同器官面临的氧化压力程度有关。在盐胁迫条件下，50μM Mel使POD活性提升104.33%，100mM盐度下APX(抗坏血酸过氧化物酶)活性增加75.57%，表明Mel的效应具有浓度依赖性。

环境因素显著影响Mel的调控效果。在70-75%湿度条件下，CAT活性提升69.69%；光照强度为150μmol m^-2 s^-1时，APX活性增加78.69%。水培实验显示，该栽培方式下Mel对POD的激活效果(77.29%)显著优于叶面喷施(18.60%)和土壤施用(14.05%)。在分子层面，Mel能上调OsSOS1等离子转运蛋白基因，同时抑制OsPT2等重金属转运蛋白表达，实现离子平衡与毒物排斥的双重保护。

在讨论部分，作者指出Mel通过多途径协同作用增强水稻抗逆性：其一，直接清除ROS，降低H₂O₂(最高减少45.51%)和O₂^-(减少26.21%)积累；其二，激活MAPK和Ca²⁺信号通路，诱导抗氧化酶基因表达；其三，通过上调P5CS基因促进脯氨酸合成，维持细胞渗透平衡。值得注意的是，Mel还能调控植物激素平衡，使ABA(脱落酸)含量降低18.95%，可能通过减轻生长抑制来促进胁迫恢复。

该研究的创新性在于首次通过Meta分析量化了Mel在不同胁迫条件下的效应强度，发现水培和种子浸泡是最佳施用方式，70-75%湿度和中等光照强度能最大化Mel的效益。这些发现为精准施用Mel提供了实践指导，对发展环境友好型作物抗逆技术具有重要意义。未来研究可结合转录组和代谢组学，进一步解析Mel调控的网络通路，推动其在水稻抗逆育种中的应用。