褪黑素对晚生长期异叶假星花（Pseudostellaria heterophylla）生长、光合作用及生理特性的影响

《Industrial Crops and Products》：Effects of melatonin on growth, photosynthesis, and physiological characteristics in Pseudostellaria heterophylla during the late growth stage

褪黑素（MT） foliar spray during late growth stage of Pseudostellaria heterophylla improved photosynthesis, growth, yield (25.61% higher in M3), and tuber active ingredients (polysaccharides +34.21%, saponins +66.48% vs CK). MT enhanced photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), and transpiration rate (Tr), while reducing CO2 concentration (Ci). Chlorophyll fluorescence parameters (Fv/Fm, ΦPSII) and performance index (P-IABS) showed significant improvement in M3. Antioxidant enzymes (SOD, POD, CAT) activity increased, and ROS scavenging effect mitigated chlorophyll degradation and leaf senescence.

　　植物生长调控是现代农业中提升作物产量与品质的重要手段。在众多植物生长调节剂中，褪黑素（Melatonin, MT）因其独特的生理活性和广泛的生物效应，逐渐受到关注。褪黑素不仅具有改善睡眠、抗氧化等生物体功能，还被发现能够调节植物的生长发育全过程，包括促进花粉活力、增强叶片与根系生长、延缓叶片衰老等。尤其在植物应对非生物胁迫方面，褪黑素的参与作用日益显著。因此，探索褪黑素在植物生长后期的应用，对于提升植物的光合效率和生理状态，具有重要的理论和实践意义。

本研究聚焦于一种具有重要药用价值和健康食品属性的植物——Pseudostellaria heterophylla，其主要价值体现在其块根中富含多种有益成分，如多糖和皂苷。然而，由于其光合作用的有效期较短，导致其块根产量普遍偏低。为了改善这一状况，研究团队在该植物生长后期通过叶面喷施不同浓度的褪黑素（0、15、30、45?mg/L），探究其对植物生长、光合作用和生理特性的影响。实验结果表明，褪黑素处理显著提高了块根的产量和品质，其中45?mg/L的处理效果最为突出，不仅提升了块根的新鲜产量，还增强了多糖和皂苷的含量。这些成果表明，褪黑素的应用为提高P. heterophylla的产量和品质提供了新的途径。

褪黑素在植物体内的作用机制涉及多个方面。首先，它能够有效改善植物的光合气体交换参数，如净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和蒸腾速率（T_r），从而增强光合效率。其次，褪黑素对光合色素含量的调控作用也十分显著，通过提升叶绿素和类胡萝卜素的含量，有助于延缓叶片衰老，维持光合系统稳定。此外，褪黑素还通过影响光合荧光参数，如Fv/Fm、Fv′/Fm′、NPQ和qP等，进一步优化了光合性能，提高了植物对光能的利用效率。同时，褪黑素在抗氧化系统中的作用也不容忽视，它能够显著抑制活性氧（ROS）的生成，降低过氧化氢（H?O?）和丙二醛（MDA）的含量，从而延缓细胞氧化损伤，提高植物的抗逆性。

研究过程中，实验设计充分考虑了植物的生长环境与生理特性。实验地点选择在江苏镇江市的下蜀林场，该地区属于北亚热带季风气候，具备适宜P. heterophylla生长的自然条件。实验采用四条垄作为试验单元，每条垄长8米、宽1米、高25厘米，通过合理的播种密度和施肥管理，确保实验的可控性与代表性。实验中，褪黑素的喷施时间选择在植物生长的后期，即5月9日和5月16日，确保其对植物后期生长的调控作用能够得到充分展现。喷施浓度分别为0、15、30和45?mg/L，分别标记为CK（对照）、M1、M2和M3，以系统评估不同浓度褪黑素对植物生长的影响。

在实验方法上，研究团队采用了多种手段来评估褪黑素对植物的综合影响。例如，通过测定光合气体交换参数，可以直观了解褪黑素对光合速率和气孔功能的调控效果；通过光合色素含量分析，评估其对植物光合系统稳定性的影响；通过抗氧化酶活性和ROS水平的测定，进一步揭示褪黑素在植物抗逆机制中的作用。此外，通过JIP测试分析，研究团队还深入探讨了褪黑素对光合电子传递链中能量流动和反应中心活性的影响，为理解褪黑素在光合过程中的作用提供了更全面的视角。

实验结果显示，褪黑素对P. heterophylla的生长和产量提升具有显著的促进作用。在不同浓度的褪黑素处理下，植物的块根长度和直径、地上部和地下部的生物量以及根冠比均有所改善，其中45?mg/L的处理效果最为明显。同时，褪黑素还显著提升了块根中多糖和皂苷的含量，表明其不仅有助于提高产量，还对品质提升具有重要作用。此外，褪黑素对光合性能的改善，如净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的提高，以及对光合色素含量的调控，都为植物在生长后期维持高效光合作用提供了支持。

褪黑素对植物抗氧化系统的调节作用同样值得关注。实验表明，褪黑素处理能够显著降低活性氧的生成速率和过氧化氢的含量，同时维持较低的丙二醛水平，这表明褪黑素在植物体内具有良好的抗氧化能力。此外，褪黑素还能够增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，从而有效清除体内的活性氧，减缓细胞氧化损伤。这些结果不仅验证了褪黑素在抗氧化方面的功能，还进一步说明其在延缓叶片衰老中的作用机制。

值得注意的是，褪黑素对植物光合电子传递链的调控作用尤为显著。通过JIP测试分析，褪黑素处理显著提高了光合性能指数（P_Iabs），并优化了光合过程中能量的分配和利用效率。这一发现表明，褪黑素不仅能够直接提升光合效率，还能够通过调节能量流动，提高植物对光能的利用率，从而增强其光合产物的积累。此外，褪黑素对光合色素含量的提升也表明，其在维持光合系统稳定性和延长植物有效光合时间方面具有重要作用。

在研究结论中，褪黑素被确认为一种有效的植物生长调节剂，尤其在P. heterophylla的生长后期，其应用能够显著提升植物的产量和品质。通过改善光合性能、延缓叶片衰老以及增强抗氧化能力，褪黑素为P. heterophylla的高效栽培提供了新的策略。这一研究不仅为P. heterophylla的种植提供了科学依据，也为其他植物的生长调控提供了借鉴。褪黑素的应用具有较高的可行性，尤其是在叶面喷施的条件下，其操作简便且成本低廉，能够广泛应用于农业生产中。

综上所述，褪黑素作为一种多功能的植物生长调节剂，在提升P. heterophylla的产量和品质方面表现出显著效果。其作用机制涉及光合气体交换、光合色素调控、抗氧化系统优化以及光合电子传递链的调整等多个方面。这些发现不仅拓展了褪黑素在植物生理调控中的应用范围，也为现代农业中植物生长调控提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步探讨褪黑素与其他植物激素之间的相互作用，以及其在不同环境条件下的应用效果，从而为植物的高效栽培和品质提升提供更加全面的支持。