褪黑素在植物中的功能分析.docx

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1、褪黑素在植物中的功能分析一．褪黑素简介（1）褪黑素的分子式为C13H16N2O2，相对分子质量为232.27，熔点为116～118℃，褪黑素的生物合成主要是在松果腺细胞内进行，以色氨酸为原料，经羟化、脱羧及N-乙酰转移酶等的催化作用，最终形成褪黑素。（2）褪黑素（(N-acetyl-5-methoxytryptamine，N-乙酰基-5-甲氧基色胺）作为一种主要由松果体分泌的（哺乳动物和人）神经内分泌激素（吲哚胺类激素，主要在夜间分泌），有调节睡眠/觉醒周期、免疫调节、细胞凋亡调节及抗氧化等多种生理功能。在正常生理状态下，人类和哺乳动物血清褪黑素浓度呈昼夜节

2、律性波动，表现为夜间分泌达到峰值，白天则降至谷值。（3）褪黑素的化学结构：二．褪黑素在植物中的功能分析（1）褪黑素对植物生长调节的作用①促进根的生长与再生：（i）在植物中褪黑素具有与吲哚乙酸（ＩＡＡ）相似的生理功能。可能因为褪黑素与吲哚乙酸具有相似的结构，所以它可能结合在吲哚乙酸受体上行使相应功能;（ii）低浓度可以促进不定根和侧根的形成，高浓度则起抑制作用。因此，褪黑素促进植物生根的作用与其施加浓度密切相关，主要作用方式是以提高内源吲哚乙酸的含量为主;（实验植物：羽扇豆、樱桃）（i）与吲哚乙酸的内源含量水平相近，推测二者可能协同进植物的生长发育。（实验植物

3、：羽扇豆、单子叶大麦、燕麦、牧草）②提高种子萌发率：褪黑素很容易进入种子内部，并且褪黑素具有抗氧化能力，因此可以保护种子内的脂类抵抗氧化伤害，从而提高了其活力和萌发率；③对植物繁殖的调节作用：植物内源褪黑素的含量变化可能会影响花的发育，对植物的繁殖有一定的作用，起到类似开关的作用，引导植物由有性向无性生殖转换。（2）褪黑素在植物中的抗氧化作用①原理：（i）褪黑素吲哚环５位上的甲氧基和侧链上的Ｎ－乙酰基是褪黑素清除活性氧（ＲＯＳ）的必需基团。褪黑素主要通过提供电子来清除ＲＯＳ，失去电子后褪黑素本身变成了毒性很低的吲哚阳离子，后者进一步清除ＲＯＳ，转变成Ｎ１－乙

4、酰－Ｎ２－甲酰－５－甲氧犬脲酰胺（ＡＦＭＫ），ＡＦＭＫ比褪黑素具有更强的抗氧化作用，两者协同作用，进一步增强了褪黑素对ＲＯＳ的清除作用;（i）褪黑素还可通过其受体影响细胞及组织内的一些氧化和抗氧化酶类，如能增强超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）、谷胱甘肽过氧化物酶（ＧＳＨ－Ｐ）等活性，达到清除自由基的作用;（ii）褪黑素是目前已知的抗氧化作用最强的内源性自由基清除剂，其清除自由基能力是维他命Ｅ的２倍，谷胱甘肽的４倍。②提高植物抗冷害能力：（i）褪黑素可以明显提高低温胁迫下烟草悬浮细胞的存活率，该功能主要是通过提高烟草细胞的精胺脱羧酶的活力，调节多

5、胺的合成来提高抵御冷害的能力;（ii）用浓度为４３和８６ｎｍｏｌ／Ｌ褪黑素在２６℃处理胡萝卜悬浮细胞５ｄ后再转入２℃～３℃的低温条件下７ｄ后，与未经褪黑素处理的对照组相比，细胞的死亡率大大降低，褪黑素处理可显著减少由冷害诱导的细胞死亡，并且在褪黑素处理后细胞内源的多胺（腐胺和亚精胺）含量提高，这些多胺的水平与植物抵抗逆境的能力有关，从而缓和了由冷害造成的细胞死亡；（iii）将不同生长时期的曼陀罗的花芽置于４℃的低温逆境下培养３ｄ，其内源的褪黑素和前体５－羟色胺的含量均比对照高；（iv）通过基因工程的手段使褪黑素合成过程的限速步骤的关键酶（５－羟色胺Ｎ－乙酰转

6、移酶）在水稻中得到过表达，检测发现植物内源的褪黑素含量提高，并且该转基因系水稻在冷逆境下具有比对照高的叶绿素含量；（v）将大花红景天愈伤组织在含褪黑素的培养基中预处理后，进行冷冻保存后的成活率显著高于未经处理的组织。③光保护作用：（i）光合作用过程会产生大量的自由基和活性氧，如过氧化氢和单线氧，Ｔａｎ等将水葫芦分别置于太阳光和人工光下时发现褪黑素及其前体ＡＦＭＫ的含量在太阳光下远高于人工光下的含量，表明了光刺激了褪黑素的合成，从而使植物抵御光伤害，并且褪黑素的含量在光周期结束时达到最大，也推测是由于经过光照一个白天后，褪黑素的积累达到最大，从而保护植物抵御光

7、合作用过程产生的自由基的伤害；（ii）紫外辐射会引起植物细胞膜脂过氧化，产生过量自由基，造成植物伤害，而褪黑素在藻类和高等植物中具有抵御紫外线伤害的能力，保护光合作用系统，提高叶绿素含量的功能。④抵抗化学物质的污染：（i）褪黑素可以保护植物抵抗化学物质和重金属离子的伤害。化学物质氯化钠、硫酸锌和过氧化氢诱导了大麦内源褪黑素含量的大幅度上升，褪黑素含量是未经化学物质处理的对照的６倍，表明内源褪黑素可以作为抗氧化剂抵抗化学物质的伤害；（ii）许多文献中报道了褪黑素抵抗重金属对植物的伤害。将褪黑素加入土壤中可以使豆类植物抵御重金属铜离子的伤害，大大提高了植物的成活

8、率；褪黑素可以减弱硫酸铜对甘蓝种子、黄瓜种子和玉米种