硫化氢介导褪黑素增强番茄幼苗耐冷性的关键作用与机制研究

本研究揭示褪黑素（MT）通过激活抗氧化系统和冷响应通路增强番茄耐冷性，并首次证实硫化氢（H2S）作为下游信号介导该过程。遗传学实验（过表达SlDCD1与CRISPR/Cas9敲除）直接验证H2S的核心作用，为作物抗冷育种提供新靶点。

　　

Section snippets

Experimental materials and experimental designs

番茄品种Micro Tom作为野生型（WT）。种子在28°C生长室萌发后移栽至腐殖土与蛭石1:1混合的盆中，在可控环境（25°C，60%-80%湿度，16小时光照/8小时黑暗）培养四周。选用生长一致的幼苗进行实验。

MT improves cold tolerance by enhancing morphological and physiological properties

如图1A-B所示，低温胁迫显著诱发番茄幼苗萎蔫症状，降低叶片细胞活性，并导致丙二醛（MDA）过度积累。而外源褪黑素（MT）预处理可部分缓解冷害，增强叶绿素荧光强度，改善低温下的细胞活性，同时有效抑制MDA累积。此外，叶片电解质渗漏（EL）和MDA含量在冷胁迫下显著上升，但MT处理显著逆转了这一趋势。

Discussion

低温胁迫通过降低膜流动性、诱导脂质过氧化及膜蛋白结构功能异常，破坏细胞内环境稳定性和细胞活性（Aslam et al., 2022）。冷胁迫还会抑制线粒体和叶绿体等能量代谢器官功能，诱导活性氧（ROS）过度积累，并破坏氧化还原稳态。本研究证实，MT处理通过增强抗氧化酶（如SOD、POD、CAT）活性和抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环效率，显著减轻冷诱导的氧化损伤。更重要的是，H₂S作为MT的下游信号分子，通过正反馈调节放大抗氧化响应和冷适应基因表达网络。

Conclusion

综上所述，外源褪黑素（MT）通过强化抗氧化防御和激活冷响应信号通路，增强番茄幼苗的耐冷性。硫化氢（H₂S）是该过程中的关键下游介质：过表达H₂S生物合成基因SlDCD1显著增强MT的保护效应，而CRISPR/Cas9介导的基因敲除则削弱该效应。