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褪黑素是调节人类昼夜节律的神秘“守夜人”。在植物体内是否也存在褪黑素？它又能发挥哪些功能？

澳门赌场西双版纳热带植物园研究员陈奇团队近日在国际学术期刊《植物生物学年鉴》发表了综述文章，系统揭示了植物褪黑素的合成、信号传导与功能调控奥秘，为农业生物技术的进步和作物稳产高产提供了新思路。

植物褪黑素拥有“双重身份”

1915年，科学家在哺乳动物的松果体中发现了褪黑素这种神秘物质。1958年，美国皮肤科医生亚伦·勒纳等确定其化学结构为N-乙酰基-5-甲氧基色胺。然而，植物褪黑素的面纱直到1995年才被揭开。当时多个团队在不同植物中检测到这一物质，开启了植物褪黑素研究的新纪元。

此后，陈奇团队发现植物首个褪黑素受体PMTR1。这一发现犹如一把打开植物褪黑素信号通路的大门钥匙，不仅填补了该领域研究的空白，更为深入解析植物褪黑素的生物学功能奠定了基础。

植物褪黑素的独特功能在于其“双重身份”，它既是生长促进剂，又是抗逆诱导因子。在正常生长条件下，褪黑素通过调控细胞分裂素信号通路，促进根系发育和叶片扩展，使作物在适宜环境中实现产量最大化。而当植物面临干旱、盐碱或病虫害等胁迫时，褪黑素水平迅速上升，激活热激蛋白和抗氧化酶系统，赋予植物超强抗逆能力。

以水稻为例，外源施加褪黑素能使盐碱胁迫下的根长增加40%，同时光合效率提高35%。这种“生长—抗逆协同增强”效应，颠覆了传统农业中“高产不抗逆”的矛盾认知，为培育兼具高产稳产的作物品种提供了全新思路。

解密植物褪黑素合成途径

“与动物褪黑素线性合成路径不同，植物褪黑素的合成途径更为复杂。”陈奇介绍，通过合成基因表达调节和细胞区室化作用，植物能够在不同生长条件下精细调控内源褪黑素水平。研究表明，植物褪黑素的合成途径跨越内质网、叶绿体、线粒体和细胞质等多个细胞器。这种空间分布的复杂性，使植物能够在不同生长阶段和环境条件下，通过细胞区室化策略，精准调控褪黑素水平。

如在干旱胁迫下，叶绿体中的褪黑素合成基因表达显著上调，植物迅速启动局部抗逆程序，以应对干旱带来的影响；而在正常生长条件下，细胞质中的合成通路则维持着基础激素水平，保证植物的正常生长。这种“按需分配”的合成模式，为植物在多变环境中保持生长与防御平衡提供了分子保障。

植物褪黑素受体PMTR1的发现，还揭开了防御信号传导的神秘面纱。

PMTR1通过与G蛋白偶联，可激活细胞内活性氧及钙离子信号中枢，进而在5分钟内触发丝裂原活化蛋白激酶级联反应。这一超快速信号传递机制，使植物能够在遭遇病原菌入侵或极端温度时，迅速启动防御程序。

更令人惊叹的是，PMTR1受体的激活具有“剂量依赖性智能调控”特征。当植物褪黑素处于低浓度时，它会促进气孔开放，保障植物能够充分进行光合作用，为生长提供能量；而当褪黑素浓度升高时，则会触发气孔关闭，帮助植物抵御干旱胁迫。这种双向调控机制，恰似植物体内的智能恒温器，在生长与抗逆之间实现动态平衡。

“褪黑素作为天然植物激素，其环境友好型特性使其在有机农业中具有巨大应用潜力。利用基因编辑技术精准调控褪黑素合成的关键基因，人们有望开发‘智能作物’。”陈奇介绍，通过开发褪黑素缓释纳米载体，可实现精准农业中的“按需施用”，有望减少化学农药使用量70%以上，为农业可持续发展注入绿色动力。随着研究的不断深入，褪黑素这把“金钥匙”或将开启更多农业生物技术的“暗盒”，为农业发展带来新的机遇。

（原载于《科技日报》?2025-06-18?第06版）