褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用。
【背景技术】
[0002] 涝害是主要的自然灾害，夏秋季节降水量集中且充沛，如果农田排水不及时，极易 造成作物涝害。当作物发生涝害时，会使作物体内活性氧水平上升，打破原有的活性氧代 谢平衡，过量合成的活性氧会破坏植物膜系统，对作物生理造成极大危害，最后造成作物减 产。
[0003] 涝害造成的根部缺氧，会减弱植物根部呼吸作用，影响植物水分代谢和钾离子等 矿质元素的吸收；而钾离子水平的降低反过来又会导致气孔的关闭，影响水分的吸收。植物 根部氧气不足，导致有氧呼吸减弱，无氧呼吸加强，缺氧环境造成的无氧呼吸的增强使植物 根部的乙醇等有毒物质积累，对植物根部细胞造成毒害作用。此外，植物光呼吸酶和羧化酶 活性受到影响，加剧光抑制，影响光合产量。因此，提高栽培植物的抗涝害胁迫能力迫在眉 睫，这在农业生产上具有极为重要的意义。
[0004] 涝害胁迫下产生的过量的活性氧是造成植物伤害的重要因素。因此近年来，人们 尝试从减少或清除逆境胁迫下产生的过量的活性氧的角度去缓解涝害胁迫对植物造成的 损伤。已有研究表明，8-羟基喹啉（超氧自由基清除剂）、苯甲酸钠（羟基自由基清除剂）、 维生素E (单线态氧清除剂）等能有效清除活性氧，提高植物的抗涝害能力。抗坏血酸和还 原性谷胱甘肽也能有效清除多种活性氧。此外，这些活性氧清除剂，还能促进各种抗氧化酶 的活性，从而进一步清除活性氧，保护植物免受活性氧的损害。为了及时清除胁迫引起的活 性氧簇（reactive oxygen species，以下简称R0S)，植物本身具有一系列的抗氧化机制，以 保证自身适应各种环境胁迫。研究表明，植物对非生物胁迫的耐性与其抗氧化系统清除R0S 的能力密切相关。然而，在农业生产中，植物体内的抗氧化机制往往不足以及时清除胁迫引 起的R0S，从而使植物生长受阻。
[0005] 褪黑素又称为美拉酮宁、抑黑素、松果腺素，化学命名N-乙酰基-5-甲氧基色胺， 其是近年来才被发现的重要的植物内源活性氧清除剂，但是目前没有人研究过褪黑素对植 物涝害胁迫的影响。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种褪黑素在提 高植物抵抗涝害胁迫中的新应用，其能显著增强植物清除R0S的能力，减轻涝害胁迫对植 物造成的氧化伤害，明显提高植物抵抗涝害胁迫的能力。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 以褪黑素为有效成分的产品在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用。
[0009] 所述以褪黑素为有效成分的产品为褪黑素水溶液。
[0010] 所述褪黑素水溶液的浓度为10~300 y mol/L。
[0011] 优选地，所述褪黑素水溶液的浓度为50~200 y mol/L。
[0012] 所述褪黑素水溶液由100mm〇l/L的褪黑素乙醇溶液稀释而成。
[0013] 所述植物为单子叶植物或双子叶植物。
[0014] 优选地，所述单子叶植物为小麦、玉米、水稻或韭菜；所述双子叶植物为山定子、大 豆、花生或萝卜。
[0015] 所述提高植物抵抗涝害胁迫的方法，包括以下步骤：将以褪黑素为有效成分的产 品喷施于植物苗叶面上。
[0016] 所述喷施步骤中，喷施频率两天一次，总喷施次数为5~10次。
[0017] 所述每次每株植物的喷施量相同。
[0018] 所述褪黑素的结构为：
[0019]
[0020] 本发明的有益效果在于：本发明将褪黑素应用于提高植物抵抗涝害胁迫中，能显 著增强植物清除R0S的能力，减轻涝害胁迫对植物造成的氧化伤害，明显提高植物抵抗涝 害胁迫的能力，从而降低涝害导致的产量和品质下降；此外，其施用方便，稳定性好。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0022] 下述实施例中所用材料、试剂，如无特殊说明，均为市售商品。
[0023] 下述实施例中所用褪黑素为100mm〇l/L的褪黑素乙醇溶液，且其由中国农业大学 果树系配制。
[0024] 下述实施例中所用褪黑素产品为褪黑素水溶液。
[0025] 实施例1，以褪黑素为有效成分的产品在提高山定子抵抗涝害胁迫中的新应用。
[0026] 将100mm〇l/L的褪黑素乙醇溶液用蒸馏水稀释，分别配制为50 y mol/L、 100 y mol/L、200 y mol/L的褪黑素水溶液待用。
[0027] 将用去离子水浸泡48h的山定子种子播种于填满蛭石的穴盆中，在温度25°C，光 强61ux条件下的培养室培养两周，然后用半培养液处理一周，再用全营养液处理一周。
[0028] 首先，选取24棵长势一致、四叶一心的山定子幼苗；然后，将选取的山定子幼苗均 分为四组，每组6棵；其中，三组为试验组，一组为对照组。
[0029] 将灭菌后的营养土装入广口玻璃瓶（直径6cm，深度11cm)，将选取的山定子幼苗 分别移栽到上述广口玻璃瓶中，并用营养液淹没营养土，使山定子处于淹水状态，每两天补 充约10mL营养液，使山定子保持淹水状态。
[0030] 向上述移栽至广口玻璃瓶的山定子同时喷施配制好的褪黑素水溶液，其中，三个 实验组分别喷施浓度为50 ymol/L、100 ymol/L、200 ymol/L的褪黑素水溶液，且所喷施的 褪黑素水溶液的体积相同，而对照组植株喷施相同体积配制褪黑素水溶液所用溶剂，每两 天喷施一次，总周期为9天。
[0031] 测量处理前和处理9天后每组植株内丙二醛（MDA)、褪黑素、超氧化物歧化酶 (S0D)、过氧化氢酶（CAT)、过氧化物酶（P0D)的活性并统计分析，该试验重复三次以上。
[0032] 结果分析：在涝害处理9天后，未喷施褪黑素溶液的山定子长势弱，表现出明显的 涝害症状；而随喷施褪黑素溶液的浓度升高，山定子抵抗涝害胁迫能力增强，200 ymol/L 褪黑素水溶液抵抗涝害胁迫的效果最好，基本未出现涝害症状。上述试验说明外源喷施褪 黑素水溶液能明显改善涝害胁迫下山定子的生长状况。
[0033] 植株内MDA含量是衡量植物氧化损伤程度的指标，MDA含量越高，即植株氧化损 伤越严重。通过对试验植株内MDA含量的测定发现，涝害胁迫处理9天后，山定子幼苗内 源MDA含量显著上升，从约120nmol/g ? FW升高到约220nmol/g ? FW，升高约70 %。而经 外源200 ymol/L的褪黑素水溶液处理后，MDA含量与处理前相比升高很少。说明外源喷施 200 ymol/L的褪黑素水溶液能有效降低涝害胁迫下内源MDA的含量。
[0034] 溃害胁迫下的山定子幼苗，分别经浓度为50 ymol/L、100 ymol/L、200 ymol/L的 褪黑素水溶液处理9天后发现，随着褪黑素水溶液浓度的升高，山定子幼苗内S0D、P0D、CAT 的活性依次增强。即在涝害胁迫下，喷施褪黑素水溶液的植株受氧化损伤的程度明显低于 未喷施褪黑素水溶液的植株，上述试验说明外源喷施褪黑素水溶液能有效清除由涝害胁迫 引起的R0S。
[0035] 测试数据表明，涝害胁迫下的山定子内源褪黑素含量显著提高，从约40ng/g ? FW 升高到约150ng/g *FW，升高约3倍。而涝害胁迫下，外源喷施200 y mol/L的褪黑素水溶液 也能使山定子幼苗的内源褪黑素含量显著提高，从约40ng/g *FW升高到约170ng/g *FW，升 高约3. 2倍。上述说明外源喷施褪黑素溶液对山定子幼苗的内源褪黑素含量会产生一定影 响。褪黑素作为一种活性较强的抗氧化剂，能有效清除由涝害引起的大量增加的R0S，而植 物的抗逆能力与其清除R0S的能力密切相关。因此，内源褪黑素含量的增加，说明外源喷施 褪黑素溶液能有效提高山定子清除涝害胁迫引起的R0S的能力。
[0036] 涝害处理9天后，山定子叶片内叶绿素含量显著下降，从约3. 9mg/g *FW下降到约 1. 4mg/g *FW，下降约64%。而经外源200 ymol/L的褪黑素水溶液处理后，溃害胁迫下山定 子叶片内叶绿素含量下降得到明显抑制，维持在较正常的范围内。涝害胁迫处理9天后，山 定子叶片光合速率显著下降，从约1. 4 y mol ? m-2 ? s-1下降到约0? 7 y mol ? m-2 ? s-1，下 降约53%。而经外源200 y mol/L的褪黑素水溶液处理后，涝害胁迫下山定子光合速率的降 低得到显著缓解，几乎能维持正常的光合作用，植株长势几乎与对照相同。可见，喷施褪黑 素水溶液可有效清除R0S，减缓叶绿素降解，维持涝害胁迫下光合作用的正常进行。
[0037] 以上试验及数据，说明外源喷施褪黑素水溶液能显著提高山定子抵抗涝害胁迫的 能力。
[0038] 本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0039] 以上所述实施方式，只是本发明的较佳实施方式，并非来限制本发明实施范围，故 凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发 明专利申请范围。
【主权项】
1. 以褪黑素为有效成分的产品在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用。2. 如权利要求1所述的新应用，其特征在于：所述以褪黑素为有效成分的产品为褪黑 素水溶液。3. 如权利要求2所述的新应用，其特征在于：所述褪黑素水溶液的浓度为10~ 300 y mol/L〇4. 如权利要求3所述的新应用，其特征在于：所述褪黑素水溶液的浓度为50~ 200 y mol/L〇5. 如权利要求4所述的新应用，其特征在于：所述褪黑素水溶液由lOOmmol/L的褪黑 素乙醇溶液稀释而成。6. 如权利要求1所述的新应用，其特征在于：所述植物为单子叶植物或双子叶植物。7. 如权利要求6所述的新应用，其特征在于：所述单子叶植物为小麦、玉米、水稻或韭 菜；所述双子叶植物为山定子、大豆、花生或萝卜。8. 如权利要求1-7任一项所述的新应用，其特征在于：所述提高植物抵抗涝害胁迫的 方法，包括以下步骤：将以褪黑素为有效成分的产品喷施于植物苗叶面上。9. 如权利要求8所述的新应用，其特征在于：所述喷施步骤中，喷施频率两天一次，总 喷施次数为5~10次。10. 如权利要求8所述的新应用，其特征在于：每次每株植物的喷施量相同。
【专利摘要】本发明涉及褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用。以褪黑素为有效成分的产品施于受涝害胁迫的植株上，能显著增强植物清除ROS的能力，减轻涝害胁迫对植物造成的氧化伤害，明显提高植物抵抗涝害胁迫的能力，从而降低涝害导致的产量和品质下降。
【IPC分类】A01P21/00, A01N43/38
【公开号】CN105076136
【申请号】CN201510408051
【发明人】孔瑾, 郑晓东, 周景哲, 陈浩, 王娜, 王琳, 单冬茜, 冯超
【申请人】中国农业大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月13日