褪黑素叶面喷施对雨养与灌溉条件下德国洋甘菊生物量和精油产量的调控机制研究

本研究针对伊朗干旱半干旱地区农业水资源短缺问题，通过设置雨养与灌溉对比试验，探究不同浓度褪黑素(0/100/200 μM)叶面喷施对德国洋甘菊(Matricaria chamomilla)抗旱性、生理特性及精油成分的影响。研究发现100 μM褪黑素处理使雨养条件下精油含量提升45%，α-红没药醇等主要活性成分显著增加，首次揭示褪黑素通过调控脯氨酸积累(4.05 mg/g FW)和相对含水量(83.2%)缓解干旱胁迫的分子机制，为干旱地区药用植物栽培提供新策略。

　　

在伊朗戈勒斯坦省，约12万公顷雨养农田长期面临干旱胁迫导致的作物减产问题。传统种植的小麦和油菜经济效益有限，而具有较高经济价值的药用植物德国洋甘菊(Matricaria chamomilla L.)因其富含α-红没药醇(α-bisabolol)和母菊薁(chamazulene)等活性成分，成为替代种植的潜在选择。然而，干旱胁迫会显著影响植物的生理代谢和次生产物积累，如何通过绿色调控手段提升药用植物在雨养条件下的产量和品质，成为当前农业研究的重点难点。

针对这一科学问题，来自塔比阿特莫达勒斯大学园艺科学系的Hossein Gorgini Shabankareh团队在《BMC Plant Biology》发表重要研究成果。研究人员创新性地将植物激素褪黑素(melatonin)应用于德国洋甘菊的干旱胁迫调控，通过为期两年的田间试验(2022-2023)，系统评估了不同水分管理模式(全灌溉vs雨养)与褪黑素浓度梯度(0/100/200 μM)对植株生理生化特性及精油成分的影响。

研究采用随机区组设计，通过GC-MS分析精油成分，测定脯氨酸、叶绿素等生理指标。关键实验技术包括：Clevenger装置蒸汽蒸馏提取精油，分光光度法测定DPPH自由基清除率评估抗氧化活性，高效液相色谱(HPLC)分析次生代谢产物，以及基于DB-5色谱柱的TRACE MS系统进行精油成分定性与定量分析。

【材料与方法】

试验在戈勒斯坦省德兰农业研究站(北纬36°30'，东经53°57')开展，土壤pH 3.47，砂质壤土质地。设置2种水分处理(全灌溉：每周8 L/株滴灌；雨养：依赖自然降水)和3种褪黑素浓度(0/100/200 μM)的完全随机区组设计。精油提取采用3小时蒸汽蒸馏，生理指标测定包括：相对含水量(RWC)反映水分状况，脯氨酸含量评估渗透调节能力，DPPH法测定抗氧化活性，以及叶绿素a/b含量表征光合效率。

【结果】

GC-MS分析显示，200 μM褪黑素处理的雨养组次生代谢物总量最高(56.97%)，主要活性成分α-红没药醇(46.65%)和母菊薁(20.12%)显著增加。聚类分析将15种精油成分分为特征明显的两大组群，其中α-红没药醇和母菊薁自成独立分支。

生理指标表明，200 μM褪黑素使雨养组的脯氨酸积累达4.05 mg/g FW，较对照提升82%。全灌溉+200 μM处理组的相对含水量(83.2 mg/g FW)、总叶绿素(3.99 mg/g FW)和干物质(16.61 g)均达峰值。值得注意的是，100 μM褪黑素使雨养条件下的精油得率提升45%至1.45%，精油产量达0.33 g/株。

路径分析揭示，精油得率(直接效应0.921)、脯氨酸(1.397)和相对含水量(1.115)对干物质积累具有决定性影响，最终模型解释度达95.4%。研究首次发现褪黑素通过三重机制缓解干旱胁迫：(1)增强抗氧化系统(DPPH清除率提升16.83%)；(2)促进渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖分别增加72.79 mg/g FW)；(3)维持光合器官稳定性(叶绿素a/b比值优化)。

【讨论与结论】

该研究突破性地证实，适度干旱胁迫(雨养条件)结合100 μM褪黑素处理可协同提升德国洋甘菊的精油品质与产量。这一发现为理解植物激素调控次生代谢的分子机制提供了新视角，特别是揭示了褪黑素通过"抗氧化-渗透调节-光合保护"网络增强植物抗旱性的生理基础。从应用角度看，研究建立的"雨养+褪黑素"栽培模式，不仅可节约30%灌溉用水，还能使主要药用成分α-红没药醇含量提升至46.65%，为干旱地区药用植物高效栽培提供了技术范式。

研究结果对全球气候变化背景下的可持续农业发展具有重要启示：(1)证实德国洋甘菊作为干旱区高值作物的潜力；(2)建立基于褪黑素的非转基因抗逆调控技术；(3)为其他药用植物的抗旱栽培提供理论参考。未来研究可进一步解析褪黑素调控α-红没药醇合成关键酶基因表达的分子机制，以及不同生态型德国洋甘菊对褪黑素响应的遗传差异。