全 文 ：黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 27 卷
叶片是植物进行光合作用的重要器官， 在植物
生长发育过程中起重要作用。 在农业生产中，由于叶
片早衰造成许多作物减产[1]。 水稻开花结实期内叶片
衰老快慢会直接影响水稻的产量， 水稻叶片如果推
迟衰老 1 d，可使水稻增产 1%左右[2]。 棉花早衰一般
导致产量损失 10%左右， 严重早衰的产量损失达
20%以上[3]。因此，探究延缓衰老进程的方法和外源物
质，防止早衰的发生对提高作物产量具有重要意义。
褪黑素（ N-乙酰基-5-甲氧基色胺）是广泛存在
于包括人类在内的动物、原核生物、植物中的一种吲
哚类小分子，自 1958 年在牛的松果体中被发现后一
直广受关注[4]。 在动物体内，褪黑素具有改善睡眠、减
缓衰老、提高机体免疫力、预防和治疗抑郁症等多重
功效 [5]。 在植物体内，褪黑素具有清除自由基保护细
胞免受伤害，提高植物抗逆能力，如抗重金属胁迫 [6]、
抗寒[7]、抗衰老[8]、抗盐[9]、抗病[10]、抗旱[11]、抗紫外[12]能力
等。 然而，关于褪黑素在红小豆上的应用至今未见报
道。 因此，对褪黑素在延缓红小豆叶片衰老中的作用
褪黑素延缓红小豆叶片衰老的作用研究
柯希望，徐鹏，殷丽华，王志辉，张盼盼，刁静静，左豫虎，郑殿峰
（ 国家杂粮工程技术研究中心/黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）
摘 要：为了明确褪黑素对红小豆叶片衰老的延缓作用，为提高红小豆产量和品质提供理论依据，试验分别采用 2、20、200
μg·mL-1浓度的褪黑素处理离体的红小豆复叶，用 SPAD502 手持式叶绿素仪和 OSp+叶绿素荧光仪分别于处理后第 0、2、4、6、
8 d 测定各处理叶片的叶绿素含量和光系统Ⅱ最大光化学效率（ Fv/Fm） 。 结果表明，褪黑素处理的红小豆叶片中叶绿素含量
和 Fv/Fm 明显高于对照，且随着褪黑素浓度的升高作用效果呈上升趋势。说明褪黑素可有效维持叶片中叶绿素的含量及叶片
光系统 II 的完整性，进而推迟红小豆叶片的衰老进程。
关键词：红小豆；褪黑素；叶绿素含量；叶绿素荧光参数
中图分类号：S521 文献标识码：A 文章编号：1002-2090（ 2015）05-0052-04
Exogenous Application of Melatonin Delays Leaf Senescence in Adzuki Bean
Ke Xiwang，Xu Peng，Yin Lihua，Wang Zhihui，Zhang Panpan，Diao Jingjing，Zuo Yuhu，Zheng Dianfeng
（ National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）
Abstract:The potential effects of melatonin on delay leaf senescence of adzuki bean were tested in the current study，which could be
benefit to improve the quality and yields of adzuki bean. Detached compound leaves were treated with 2，20 and 200 μg·mL -1
melatonin solutions，respectively. The chlorophyll content and the maximum potential photosystem II efficiency（ Fv/Fm）were detected
by using the SPAD502 and OSp + after 0，2，4，6 and 8 days treatment，respectively. The results showed that both of chlorophyll
content and Fv/Fm of leaves by the melatonin treatment were significantly higher than the control，and the effect was positively
correlated with its concentrations. It was suggested that the melatonin could delay adzuki bean leaf senescence by slowing down the
chlorophyll content decrease and maintaining the photosystem II function.
Key words：adzuki bean；melatonin；chlorophyll content；maximum potential photosystem II efficiency
收稿日期：2015-02-14
基金项目：国家科技支撑计划项目（ 2014BAD07B05） ；国家科技支撑计划项目子课题（ 2014BAD07B05-06） ；黑龙江八一农垦大学
引进人才科研启动基金（ 2030010001） ；国家杂粮工程技术研究中心组建项目（ 2011FU125X07） 。
作者简介：柯希望（ 1983-） ，男，讲师，西北农林科技大学毕业，现主要从事植物病理学方面的教学与研究工作。
通讯作者：郑殿峰，男，教授，博士研究生导师，E-mail：zdffnj@263.net。
doi:10.3969/j.issn.1002-2090.2015.05.012
第 27 卷 第 5 期
2015 年 10 月
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报
Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University
27（ 5） ：52~55
Oct. 2015
第 5 期
研究，对于提高红小豆的产量和品质，具有重要的理
论和实践意义。
1 材料方法
1.1 供试红小豆叶片及其处理
供试红小豆品种为宝清红，2014 年 5 月 23 日播
种于黑龙江八一农垦大学杂粮试验田， 正常水肥管
理，播种后 30 d，取植株顶部完全展开的三出复叶，
用牛皮纸袋带回实验室备用。 取回的离体红小豆叶
片用双蒸水冲洗后置于 70%乙醇中浸泡 3~5 s 进行
表面消毒，然后用无菌水冲洗 4 次，用灭菌的脱脂棉
将叶柄包裹，置于托盘中，分别往包裹叶柄的脱脂棉
上滴加 2 mL 浓度分别为 2、20、200 μg·mL-1 的褪黑
素，每处理设置 5 次重复，以滴加无菌水作为对照。
处理好的叶片置于 25 ℃相对湿度 90%的条件下黑
暗培养，培养期间每隔 1 d 补充处理液，对照补充无
菌水。
1.2 叶绿素含量的测定
叶绿素含量测定采用 SPAD502 手持式叶绿素
仪，于处理后第 0、2、4、6、8 d对各处理叶片进行叶绿
素含量测定，每个叶片测定 3个不同部位。
1.3 叶绿素荧光（ Fv/Fm）测定
叶绿素荧光测定采用 OS5p+（ OPTI-SCIENCES，
USA）叶绿素荧光仪，于处理后第 0、2、4、6、8 d 对各
处理叶片进行 Fv/Fm 测定。 并按照 Fv/Fm 变化率=
（ 第 0天的 Fv/Fm-第 n天的 Fv/Fm） /第 0天的 Fv/Fm，
以此判断褪黑素对于延缓红小豆叶片最大光量子效
率下降的作用。
2 结果分析
2.1 褪黑素处理对叶绿素含量变化的影响
如图 1 所示，处理后 8 d，无菌水处理的叶片出
现明显的黄化甚至白化现象， 而褪黑素处理的离体
叶片仍能保持绿色， 表明褪黑素可有效的延缓红小
豆叶片中叶绿素含量的下降。
叶绿素含量的测定结果表明（ 图 2） ，在叶片离体
的前 4 d，不同处理间的相对叶绿素含量基本保持在
30以上。 从处理后 6 d开始，各处理叶片的叶绿素含
量均出现了一个明显的下降，到处理后 8 d，无菌水
处理的叶片中叶绿素含量下降最为显著， 其次为
2 μg·mL-1 褪黑素处理，20 μg·mL-1 和 200 μg·mL-1
褪黑素处理的叶片叶绿素含量下降幅度最小。 无菌
水处理的叶片中平均叶绿素相对含量在第 8 d 时仅
有 7.73，与初始的 34.56相比，下降幅度为 77.6%。 而
褪黑素处理的叶片中，叶绿素含量也有所下降，但下
降幅度明显小于无菌水的对照，2 μg·mL-1褪黑素处
理后 8 d 叶绿素含量下降了 46.34%， 下降幅度最小
的为 200 μg·mL-1褪黑素处理，仅下降了 36.7%。 以
上结果表明， 褪黑素可以有效的维持红小豆叶片中
的叶绿素含量，且效果与褪黑素浓度呈正相关。
A.无菌水处理；B.2 μg·mL-1褪黑素处理；C.20 μg·mL-1褪黑素处理；D.200 μg·mL-1褪黑素处理
图 1 不同浓度褪黑素及无菌水处理后 8 d 的红小豆叶片
Fig. 1 Adzuki bean leaves of different concentration of melatonin and distilled water after treatment 8 days
A
B
C
D
柯希望等：褪黑素延缓红小豆叶片衰老的作用研究 53
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 27 卷
注：表中数据同一列中标有相同字母的表示差异不显著，标有不同字母的表示差异显著，（ P=0.05） 。
2.2 褪黑素处理对红小豆叶片光系统Ⅱ最大光化学
效率（ Fv/Fm）的影响
采用 OS5p+叶绿素荧光仪对不同浓度褪黑素处
理的红小豆叶片的最大光量子效率 Fv/Fm 进行了测
定，结果表明，处理前期叶片的 Fv/Fm 值基本稳定在
0.8左右， 无菌水和褪黑素处理的红小豆叶片 Fv/Fm
值之间没有明显差异（ 图 3） 。 从处理后第 4 d 开始，
Fv/Fm值出现明显的下降，以无菌水处理下降最为明
显，由最初的 0.81 下降到第 8 d 的 0.27，其变化幅度
近 67%。而 200 μg·mL-1褪黑素处理的叶片 Fv/Fm值
下降最为缓慢，第 8 d 时还维持在 0.69，下降幅度仅
12.7%（ 表 1） 。 表明褪黑素可以有效的维持光系统 II
的完整性，进而延缓叶片的衰老进程。
图 3 不同浓度褪黑素处理对红小豆叶片
最大光量子效率的影响
Fig. 3 Effects of different concentration of melatonin
on chlorophyll of adzuki bean leaves
表 1 不同浓度褪黑素处理红小豆叶片最大光量子效率 Fv/Fm变化率
Table 1 Effects on the maximum potential photosystem II efficiency（ Fv/Fm）of
adzuki bean leaves under different concentration of melatonin
处理
200 μg·mL-1褪黑素
20 μg·mL-1褪黑素
2 μg·mL-1褪黑素
0 μg·mL-1褪黑素（ 对照）
2 d
0.46a
1.83a
1.59a
2.21a
4 d
4.47a
5.67a
5.26a
5.10a
6 d
8.69b
12.9b
15.46b
36.97a
8 d
13.07c
27.14b
31.90b
66.83a
不同浓度褪黑素处理不同时间的 Fv/Fm 变化率/%
3 讨论
植物衰老时最明显的外表变化就是叶片颜色从
绿变黄直到脱落， 而在细胞水平上表现为叶绿体的
解体，叶绿素含量下降，蛋白质等多种内容物的释放
等。 叶片衰老预示着植物光合系统的破坏和同化能
力的丧失[13]。叶片叶绿素含量的消长规律是反映叶片
生理活性变化的重要指标之一， 与叶片光合能力的
大小具有密切关系， 经常用叶绿素的降解速率来度
量光和作用的衰退， 叶绿素含量降低越快表明叶片
衰老越快[14]。 聂先舟等 [15]报道，水稻离体叶片随离体
天数的增加，叶绿素含量下降，衰老加深，并且在衰
老过程中，叶绿体逐渐解体。 因而有人提出叶绿素分
解是衰老的原发内部因素， 而叶片的光合效率则是
在衰老程序启动前反映叶片寿命的重要指标[16]。一些
外部因素诸如遮光处理、 温度变化以及病原菌侵染
等会导致叶片衰老提前出现 [16-17]，离体黑暗处理作为
一种均一且高效的衰老诱导方法已被广泛应用，其
诱发叶片衰老的典型特征就是导致叶绿素含量下
降。 研究就利用了离体黑暗处理会导致叶片衰老这
一方法， 检测了外源施加褪黑素对红小豆叶片衰老
的影响。 褪黑素是高亲脂性和亲水性的化合物，可以
自由出入植物细胞，因此能在植物组织中发挥功能。
研究结果首次证实了外源褪黑素可以明显的延缓红
小豆叶片黄化的进程（ 图 1） ，有效的延缓了叶片中叶
绿素的降解。 且这种延缓作用有随着褪黑素浓度增
加呈升高的趋势，以 200 μg·mL-1浓度的褪黑素作用
效果最为明显。
图 2 不同处理红小豆叶片叶绿素相对含量随时间的变化趋势
Fig. 2 Content variation of chlorophyll in adzuki
bean leaves with different treatments










   







 
 














   
 



 

 


54
第 5 期
同时，研究在处理后不同时间检测了叶片的 Fv/
Fm的变化情况。 Fv/Fm反映叶片光合系统 II最大光
化学的效率， 光合系统 II 的受损程度则直接预示着
叶片在逆境下光合系统被破坏的程度[18]。实验结果表
明，与无菌水处理的对照相比，褪黑素处理的红小豆
叶片在黑暗处理后 8 d仍然保持着较高的 Fv/Fm 值，
说明经褪黑素处理的叶片光合系统 II 仍然具有较为
完整的功能。这一研究结果与 WangP等[8]在苹果离体
叶片上的应用效果一致， 研究也是首次在红小豆上
证实了褪黑素对于红小豆叶片叶绿体结构和功能完
整的积极作用。
然而， 对于外源褪黑素是通过何种途径延缓红
小豆叶片衰老，实验并没有给出直接的证据。 前期研
究表明，褪黑素可以影响植物叶绿酸 a 加氧酶（ Phei－
de a oxygenase，PAO）基因的表达，在处理苹果叶片
后，苹果叶片中的 PAO 被明显抑制[8]，而 PAO 基因的
表达受抑制是植物衰老的一个重要特征[19-21]。 褪黑素
是否通过相同的途径来影响红小豆叶片的衰老进
程，还需要进一步的实验证实。 研究结果将有助于在
红小豆生长中后期通过外源施加褪黑素来延缓叶片
衰老，从而达到提高作物产量的效果，也为其他作物
延缓衰老的研究提供借鉴。
4 结论
该研究通过外源施加褪黑素的方法， 首次证实
了外源褪黑素可以延缓红小豆叶片的衰老进程，具
体表现为延缓叶片中叶绿素含量和最大光量子效率
的下降速率。 表明褪黑素是通过保持叶绿素含量、维
持叶片光系统 II 的完整性， 进而延缓红小豆叶片衰
老。
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黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报 第 27 卷
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