随着全球不孕不育发病率的不断升高，有关环境因素、生活方式和营养物质等对生殖健康的影响逐渐引起了人们的重视。研究表明，男性日常生活中的营养物质摄入情况与精液质量具有明显相关性。多种营养物质包括微量营养素、氨基酸与其衍生物、植物来源提取物以及褪黑素等都对男性精子发生过程以及精液质量参数产生影响，而营养物质的种类及其在人体内的含量也与男性精液质量显著相关。本文就营养物质对男性精子发生和精液质量的影响及其作用机制进行综述。

蒙古冰草(即沙芦草(Agropyron mongolicum))是我国北方代表性的多年生牧草之一,具有较强的耐寒和耐旱能力.在植物中,咖啡酸氧甲基转移酶基因(COMT)是参与木质素和褪黑素生物合成的关键基因,在调节植物生长、品质和抗逆性中发挥重要作用.通过分析蒙古冰草全长转录组数据,从蒙古冰草中克隆了COMT候选基因AmCOMT1.该基因在茎秆和根等木质素含量高的组织中高表达,且其表达受多种非生物胁迫诱导.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型(Col-0)和突变体(omt1-2)中过表达AmCOMT1,显著促进了转基因拟南芥的木质素合成,使突变体的木质素单体和组分恢复至野生型水平,同时Col-0135S:AmCOMT1中木质素总量提高11％.此外,AmCOMT1过表达显著提高了Col-0/35S:AmCOMT1转基因拟南芥的褪黑素含量.在盐胁迫条件下,该株系平均根长相比野生型拟南芥提高20.3％,表现出更强的抗逆性.综上,蒙古冰草AmCOMT1基因在木质素和褪黑素合成中发挥关键作用,可提高转基因拟南芥的抗逆性,在蒙古冰草等单子叶牧草遗传改良方面具有重要应用潜力.

目的:掌握珍稀藏药材桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)种子萌发特性及休眠解除方法.方法:以采集的野生桃儿七种子为研究对象,使用3种植物生长调节剂乙烯利(ETH)、褪黑素(MLT)、赤霉素(GA3),对桃儿七种子萌发特性进行研究,设置不同浸种浓度、浸种时间探究对桃儿七种子萌发特性的影响.结果:ETH最佳处理条件为10 mg?L-1浸种24 h,种子第45 d时萌发率达90.0%,萌发时滞为17 d;MLT最佳处理条件为50 μmol?L-1浸种12 h,种子第45 d时萌发率达83.3%,萌发时滞为16 d;GA3最佳处理条件为200 mg?L-1浸种24 h,种子第45 d时萌发率达80.0%,萌发时滞为18 d.三者相比,ETH对促进桃儿七种子萌发效果最显著.结论:桃儿七种皮坚硬,酸蚀组和对照组种子的吸水饱和时间明显不同;种子内含有萌发抑制性物质是导致桃儿七种子休眠的主要原因;3种植物生长调节剂对桃儿七种子萌发均有显著影响(P<0.05).本研究探讨了打破桃儿七种子休眠并提高萌发率的有效方法,可为桃儿七规模化人工栽培提供科学指导及技术支撑.

[目的]盐胁迫易导致月季生长发育不良、观赏品质下降,严重影响其在高盐环境或沿海地区室外绿化应用,探究施用外源褪黑素(MT)和接种丛枝菌根真菌(AMF)对其幼苗生长、叶绿素荧光参数以及激素代谢的调控作用,解析它们促进月季适应盐胁迫的生理生化机制,对于增强月季抗盐性,扩大月季应用范围具有重要意义.[方法]以月季品种'月月红'幼苗为试验材料,采用室内盆栽试验,设置对照(CK)、100 mol/L NaCl胁迫、根际施用MT、根际接种AMF幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum)及其组合等8个处理,考察各处理对月季幼苗生长、叶绿素荧光参数、激素代谢及抗氧化系统的影响.[结果](1)施用MT可以促进AMF对月季幼苗根系的侵染,提高侵染率、丛枝着生率、泡囊数和侵入点数;(2)月季幼苗株高、茎粗以及生物量等在盐胁迫下显著下降,在MT或AMF处理下均不同程度增加,而AMF+MT处理下株高、茎粗无显著变化,地上部干重、地下部干重分别显著增加24.1％和37.0％;(3)月季幼苗叶绿素含量在盐胁迫下显著下降,叶绿素荧光参数也降低,MT或AMF处理能提高盐胁迫月季幼苗叶绿素含量以及叶绿素荧光参数,AMF+MT处理则使叶绿素总量、叶绿素a/b分别增加46.2％和67.2％,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、光化学淬灭系数(qP)分别增加4.9％、51.0％、175.0％、168.7％和92.5％,而NPQ下降42.7％;(4)在盐胁迫下,月季叶片中玉米素(ZT)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)含量下降,而脱落酸(ABA)含量增加,MT或AMF处理有利于盐胁迫下ZT、GA、IAA含量的提高以及ABA含量的下降,AMF+MT处理后ZT、GA、IAA分别增加146.9％、116.9％、35.7％,ABA下降21.1％;(5)在盐胁迫下,抗氧化酶SOD、CAT活性增强,超氧阴离子(O2(·-))产生速率和H2O2累积大量增加,MT或AMF处理有助于增加抗氧化酶活性并减少O2(·-)产生速率和H2O2含量,而AMF+MT处理能够进一步激活SOD、CAT活性,降低O2(·-)产生速率和H2O2累积.[结论]接种AMF、添加MT或者AMF+MT处理均可以提高盐胁迫下月季幼苗叶绿素含量,保护叶绿素荧光系统,维持植物内源激素的平衡,激活SOD、CAT等抗氧化酶活性以及降低脂质过氧化和H2O2累积,以减轻盐胁迫对月季幼苗的伤害,促进月季生长,并以AMF+MT处理增强月季幼苗抗盐性的效果更佳.

褪黑素(melatonin,MT)与其他传统五大类激素相比,其鉴定仅有 20 多年的历史,是一种新兴植物激素,是有机体中具有多种生理功能的多效信号分子.在植物中,MT被称为植物褪黑素(phytomelatonin),它不仅调节种子萌发、根系构型、气孔运动、生物节律和开花与衰老,还通过激活抗氧化系统的活力,清除活性氧(reactive oxygen species,ROS),从而减轻胁迫造成的氧化胁迫、渗透胁迫、蛋白变性和细胞损伤,最终使植物应答生物和非生物胁迫.本文基于MT代谢及其在植物应答非生物胁迫中的最新研究进展,总结MT在植物中的合成与分解代谢,归纳逆境胁迫下MT通过直接清除ROS和/或触发信号转导途径,上调抗逆相关基因表达,继而激活渗透调节系统和抗氧化系统的活力,促进逆境蛋白和次生代谢物质的合成,稳定光合作用和碳代谢,减少ROS的积累和细胞氧化损伤,最终提高植物对高温、低温、干旱、盐渍、重金属、紫外辐射和水涝等非生物胁迫的抵抗能力.本文为理解MT的代谢、生理功能及细胞信号转导途径奠定了理论基础,并指出未来的研究方向.

土壤镉(Cd2+)污染严重制约设施蔬菜的产量和品质.褪黑素(MT)可以增强植株对多种逆境的抗性,然而Cd2+胁迫下MT调控番茄(Solanum lycopersicum)种子萌发的下游信号尚不清楚.该研究以番茄野生型Alisa Craig种子为材料,探究不同浓度Cd2+处理及外源MT对番茄种子萌发的调控效应.结果表明,0.5 mmol·L-1以上的Cd2+处理显著抑制番茄种子的萌发和幼苗生长.用0.15 mmol·L-1 MT浸种可降低种子萌发后地下部和地上部的Cd2+含量,有效缓解Cd2+胁迫对番茄种子萌发和幼苗生长的抑制作用.MT上调了番茄胚根中植物螯合肽和转运蛋白基因(PCS、NRAMP1、ABCC3、HMA3与ABCG5)的表达,促进Cd2+的跨膜转运以及液泡隔离.此外,MT减轻了Cd2+诱导的氧化损伤,除褪黑素自身的抗氧化作用外,也与抗氧化酶(CAT、APX与ALDH)活性的增强相关.进一步分析表明,MT显著下调了Cd2+胁迫下脱落酸(ABA)合成基因(NCED1和NCED2)的表达,并上调了ABA分解基因ABA8ox1的表达,降低ABA含量,从而有效调节赤霉素/脱落酸(GA/ABA)的比值,促进Cd2+胁迫下番茄种子的萌发.

褪黑素不仅是一种抗氧化剂,而且能作为激素调控植物生长和发育.本文主要研究了外源褪黑素处理对葡萄果实成熟的影响,并测定了其对成熟调控因子乙烯和ABA的影响.结果表明,外源褪黑素处理能极显著提高果实内源褪黑素含量.褪黑素处理提高了总花青苷和可溶性固形物含量,降低了可滴定酸含量,表明褪黑素促进了葡萄果实成熟.RNA-Seq分析表明褪黑素处理显著诱导了乙烯生化合成和信号传导关键基因的表达水平,包括2个ACS、2个ACO和10个ERF.进一步分析表明褪黑素处理提高了转色期葡萄果实中乙烯前体物质ACC含量和乙烯释放速率.此外,研究还发现褪黑素处理6 h后显著下调了ABA合成基因NCED1,上调了ABA降解基因CYP707A1的表达,但对ABA含量未产生显著性影响.总之,本研究表明褪黑素促进了葡萄果实的成熟,乙烯很可能在此过程中起关键作用.

芸薹根肿菌是一种土传性致病菌,严重时可导致作物死亡.利用荧光定量PCR的方法研究褪黑素诱导拟南芥对根肿病的抗病效果及分子机制.结果显示:不同的褪黑素诱导浓度对根肿病的诱抗效果不同,其中,10 μmol/L的褪黑素溶液为最佳抗菌浓度,抗诱效果达到47.57％.褪黑素处理后的拟南芥根部的发病程度减轻并且根肿菌孢子囊数目减少.荧光定量PCR技术检测发现,褪黑素诱导拟南芥后,茉莉酸(JA)途径中的标记基因PR3、PR4有明显的过量表达,同时水杨酸(SA)途径中的PR1、PR2和PR5的表达量也呈上升趋势,但上调幅度不明显,表明褪黑素诱导拟南芥产生的抗病过程主要是以JA信号途径为主,SA途径起辅助作用.本研究认为褪黑素可有效抑制由芸薹根肿菌引起的根肿病,为褪黑素在植物防治中的作用提供了新认识.

实时观测根瘤及根系形态对于豆科植物研究具有重要意义,但目前还缺乏一个便于观测根系、高效结瘤、适宜生长且经济实用的豆科植物培养体系.以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)为植物材料,建立了一种可实时观测根瘤及根系形态的纸袋水培法,并与其它常用方法进行对比.结果表明,依赖于石英砂等固体介质栽培蒺藜苜蓿对根瘤和根系形态的实时观测造成障碍,而水培和喷雾培养等方法的根瘤菌接种效率不高,且不便观测侧根发育情况.采用纸袋水培法探讨了褪黑素对蒺藜苜蓿根系发育的影响,发现褪黑素具有降低根瘤形成效率、抑制侧根伸长、增加侧根数目以及增大侧根与主根之间夹角等作用.因此,纸袋水培法能够高效接种根瘤菌且为实时无损伤观测根瘤及根系形态提供了可能,是一种适用于豆科植物简单有效的培养方法.

褪黑素是一种色氨酸衍生物.植物中褪黑素可参与植株的生长与发育,生物与非生物胁迫应答,成熟与衰老.根据近年来研究进展,本文重点对植物中褪黑素的生物合成途径及其调控植物响应干旱、盐害、高温和重金属胁迫的机理进行归纳总结;同时,对今后植物中褪黑素可能的研究方向进行预测.