褪黑素通过调控氮代谢与光合作用缓解烟草硝酸盐胁迫的分子机制

本研究揭示了褪黑素（50 μM）通过双重调控氮代谢（NR/NiR/GS/GOGAT/GDH）和光合效率（NtMDH1/2）缓解高硝酸盐（235 mM）胁迫的新机制，首次发现转录因子NtbHLH96介导褪黑素对氮代谢基因的调控，为农业硝酸盐污染治理提供了分子靶点。

　　

Highlight

褪黑素通过调控植物生长增强烟草对硝酸盐胁迫的耐受性

高硝酸盐（HN）胁迫显著抑制烟草生长（图1）。与对照（CK）相比，HN使地上部鲜重（FW）、干重（DW）、株高（SH）、茎粗（SD）等参数降低20-30%，根系参数降低30-40%（图2A-F）。50 μM褪黑素处理使HN胁迫下的烟草生物量恢复至CK水平，其中根冠比（R/S）提升最显著（图S5），表明褪黑素通过协调地上-地下资源分配增强胁迫适应性。

Discussion

现代农业中硝酸盐累积对生态系统和作物产量构成双重威胁。本研究结合已有案例[1,4,5等]，提出褪黑素通过以下协同途径发挥作用：1）上调氮代谢关键酶（NR、NiR、GS、GOGAT、GDH）活性；2）稳定叶绿素含量并激活苹果酸脱氢酶（NtMDH1/2）以维持光合效率；3）通过转录因子NtbHLH96介导氮代谢基因的转录重编程。该发现为气候变暖背景下的农业氮污染治理提供了新思路。

Conclusion

本研究证实50 μM褪黑素通过"氮代谢-光合作用"双通路协同调控（图8），显著提升烟草对高硝酸盐胁迫的耐受性。首次揭示NtbHLH96转录因子在褪黑素介导的氮代谢基因调控中的枢纽作用，为开发绿色氮肥增效剂提供了理论依据。

Environmental Implications

褪黑素通过提高氮利用效率（NUE）减少肥料需求，从源头缓解硝酸盐引发的富营养化、地下水污染和N₂O排放问题，兼具农业增产与生态保护双重价值。