目的

農(nóng)作物中重金屬的毒性是一個全球性問題，它會阻礙植物生長并降低產(chǎn)量。褪黑素（Melatonin，簡稱MT）是一種新型的植物生長調(diào)節(jié)劑，在植物的防御反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。本研究旨在評估不同濃度的MT（0、50、100和200 μM）對秋葵（okra）耐鎘（Cd）機制的生理和生化過程的影響。

方法

通過盆栽實驗來研究MT在氯化鎘（CdCl2）脅迫下對秋葵的影響。實驗使用了四種濃度的MT（0、50、100和200 μM），并額外設(shè)置了100 μM MT、5 mM二苯碘鎓（DPI，一種抑制H?O?產(chǎn)生的NADPH氧化酶抑制劑）或其組合的處理方案，以確定最佳MT濃度。研究了與秋葵生長、滲透調(diào)節(jié)、光合作用、活性氧（ROS）積累及抗氧化系統(tǒng)相關(guān)的生理和生化指標(biāo)，并進行了層次聚類和相關(guān)性分析。

結(jié)果

在CdCl2脅迫下，未施用MT的秋葵植株未發(fā)生死亡，而100 μM MT顯著促進了秋葵的生長。100 μM MT、5 mM DPI或其組合的處理均增強了秋葵的耐鎘性，證實100 μM為最佳MT濃度。MT增加了暴露于鎘環(huán)境中的秋葵的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖）和光合色素（葉綠素a/b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素）的含量。CdCl2的暴露引發(fā)了ROS的積累，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、膜完整性喪失和細(xì)胞死亡；然而，MT強烈抑制了ROS的積累，降低了氧化應(yīng)激指標(biāo)（H?O?、O??、丙二醛[MDA]、電解質(zhì)泄漏）。此外，MT激活了酶促（超氧化物歧化酶[SOD]、谷胱甘肽過氧化物酶[GPX]、過氧化氫酶[CAT]、谷胱甘肽還原酶[GR]、抗壞血酸過氧化物酶[APX]、過氧化物酶[POD]）和非酶促（抗壞血酸[AsA]、谷胱甘肽[GSH]）抗氧化系統(tǒng)，并提高了AsA/DHA和GSH/GSSG的比例，從而維持了氧化還原平衡。層次聚類和相關(guān)性分析表明，外源MT通過滲透調(diào)節(jié)、保護光合作用和清除ROS來增強秋葵的耐鎘性。

結(jié)論

外源MT在調(diào)節(jié)秋葵的耐鎘性方面起著重要作用，其中100 μM是最佳濃度。其保護作用是通過增強滲透調(diào)節(jié)能力、保護光合系統(tǒng)、抑制ROS積累、激活抗氧化系統(tǒng)以及維持氧化還原平衡來實現(xiàn)的。本研究擴展了MT作為創(chuàng)新生物刺激劑的生物學(xué)功能，為改善重金屬污染農(nóng)業(yè)環(huán)境中的作物產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。