外源褪黑素对玫瑰花香的影响.pdf

园艺学报 2026 53 2 574 584 Acta Horticulturae Sinica 574 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2025 1059 http www ahs ac cn 收稿日期 2025 10 30 修回日期 2026 01 27 基金项目 国家自然科学基金项目 32274749 通信作者 Author for correspondence E mail lgfeng 外源褪黑素对玫瑰花香的影响 徐 勇 杨 阳 王若彤 毛一茹 冯立国 扬州大学园艺园林学院 江苏扬州 225009 摘 要 以二年生 丰花 玫瑰 Rosa rugosa Fenghua 为材料 通过叶面喷施 0 1 0 3 和 0 5 mmol L 1 的褪黑素 研究其对玫瑰挥发性有机化合物的影响 结果表明 0 3 和 0 5 mmol L 1 褪黑素处理花朵直径 分别显著增加 21 3 和 22 2 0 3 mmol L 1 处理后 花蕾期香叶醇 香茅醇和甲基丁香酚的含量显著提 升 分别提高 100 0 39 1 和 52 2 盛花期香茅醇及单萜衍生物乙酸香茅酯和乙酸香叶酯的含量显著 提升 分别提高 50 7 102 2 和 108 2 同时 2 苯乙醇及其衍生物乙酸苯乙酯分别显著提升 71 9 和 164 8 以上结果表明 两个花期主要香气成分的含量均随褪黑素浓度增加呈先升后降趋势 在 0 3 mmol L 1 下达到峰值 qRT PCR 分析表明 0 3 mmol L 1 处理 4 个萜类以及 1 个 2 苯乙醇合成关键 基因 RrAADC 芳香族氨基酸脱羧酶 显著上调 病毒诱导基因沉默 VIGS 实验进一步表明 在沉默 RrAADC 的花瓣中 褪黑素处理可使其表达量以及 2 苯乙醇的含量恢复至对照水平 证实 RrAADC 是褪 黑素调控 2 苯乙醇积累的关键靶基因 关键词 玫瑰 褪黑素 挥发性有机化合物 萜类 2 苯乙醇 RrAADC 中图分类号 S 685 12 文献标志码 A 文章编号 0513 353X 2026 02 0574 11 Effects of Exogenous Melatonin on Rose Fragrance XU Yong YANG Yang WANG Ruotong MAO Yiru and FENG Liguo College of Horticulture and Landscape Architecture Yangzhou University Yangzhou Jiangsu 225009 China Abstract Using two year old Rosa rugosa Fenghua plants we investigated the effects of foliar applied melatonin 0 1 0 3 and 0 5 mmol L 1 on floral volatile organic compound VOC emission Treatment with 0 3 or 0 5 mmol L 1 melatonin significantly increased flower diameter by 21 3 and 22 2 respectively Application of 0 3 mmol L 1 melatonin markedly enhanced the contents of key aroma compounds at the bud stage geraniol citronellol and methyleugenol increased by 100 0 39 1 and 52 2 respectively at full bloom citronellol and the monoterpene esters citronellyl acetate and geranyl acetate rose by 50 7 102 2 and 108 2 respectively Concurrently 2 phenylethanol and its derivative phenylethyl acetate increased by 71 9 and 164 8 These results indicated a nonlinear dose response relationship where VOC levels peaked at 0 3 mmol L 1 melatonin and declined at higher concentrations qRT PCR analysis showed that 0 3 mmol L 1 melatonin significantly upregulated four terpenoid biosynthesis related genes and the key 2 phenylethanol synthesis gene RrAADC aromatic amino acid decarboxylase Virus induced gene silencing VIGS of RrAADC confirmed its central role melatonin 徐 勇 杨 阳 王若彤 毛一茹 冯立国 外源褪黑素对玫瑰花香的影响 园艺学报 2026 53 2 574 584 575 application in silenced petals restored both RrAADC expression and 2 phenylethanol accumulation to wild type levels demonstrating that RrAADC is a critical target gene in melatonin mediated regulation of 2 phenylethanol biosynthesis Keywords rose melatonin volatile organic compounds terpenoids 2 phenylethanol RrAADC 玫瑰 Rosa rugosa 是蔷薇科蔷薇属落叶灌木 兼具观赏和经济价值 玫瑰花富含多种对人体 有益的功能性成分 其中包括精油 类黄酮 多酚和多糖等多种小分子化合物 Nowak et al 2014 Cendrowski et al 2017 玫瑰精油从新鲜玫瑰花朵中提取 主要包含萜类 二苯乙醇等挥发性有 机化合物 构成其独特香气 广泛应用于食品 化妆品和制药行业 Bora et al 2020 丰花 玫 瑰 R rugosa Fenghua 具有产量高 香气浓郁 出油率高的特点 已经成为我国主要的食用玫 瑰品种 在山东平阴等多个地区广泛种植 张磊 等 2024 然而 肥料过量或栽培管理不当易导 致花朵品质下降 香气减弱等问题 张诗瑶 等 2023 严重制约玫瑰产业的可持续发展 亟需探 索有效的栽培策略以提升玫瑰品质 褪黑素 N 乙酰基 5 甲氧基色胺 melatonin 的结构与生长素相似 是一种新型植物生长 调节剂和生物刺激剂 Arnao et al 2022 研究表明 褪黑素在调节园艺植物生长发育 次级代谢 采后保鲜及缓解逆境胁迫等方面具有广泛的应用潜力 赵雨晴 等 2021 Cano et al 2024 外源 施用褪黑素能提高园艺作物中的酚类 类黄酮 花青素和精油等功能成分的含量 且呈现浓度依赖 Zhang et al 2019 Xu et al 2024 此外 叶面喷施褪黑素还能够减少叶绿素降解并促进叶片 光合作用 从而改善植物生长和品质 Li et al 2020 李恭峰 等 2022 在香气合成方面 单萜 类香气成分的合成主要依赖于细胞质中的甲羟戊酸 MVA 途径和质体中的甲基赤藓醇 4 磷酸 MEP 途径 而 2 苯乙醇等芳香物质则主要通过苯丙烷代谢途径合成 Sakai et al 2007 Raymond et al 2018 研究显示褪黑素能够显著提升柠檬马鞭草 Lippia citriodora 叶片精油含量 Hosseini et al 2021 姜花 Hedychium coronarium 中萜类和苯丙素类物质 Abbas et al 2021 以及酸 柠檬 Citrus aurantifolia 精油 主要为柠檬烯 的积累 Jafari Shahsavar 2021 其作用机制 可能与调控萜类合成关键基因 如 TPS DXS GGPS 及转录因子 如 MYB bHLH 的表达有关 Di et al 2019 Abbas et al 2021 2 苯乙醇是赋予玫瑰特征花香的主要挥发性物质 也是评 估玫瑰精油品质的关键指标 Hirata et al 2012 研究表明 甘蓝和葡萄中褪黑素与苯丙氨酸代谢 存在正相关关系 Pang et al 2020 但褪黑素对玫瑰花中 2 苯乙醇合成的影响及其分子机制尚不 明确 本研究旨在筛选提升玫瑰花朵香气品质的最佳褪黑素处理浓度 并系统解析褪黑素处理下玫瑰 花朵中关键挥发性香气成分 尤其是单萜类和 2 苯乙醇 的变化 以及香气合成通路中关键基因 的表达响应 为深入解析褪黑素对玫瑰主要香气合成的调控网络的影响 选取已报道的在玫瑰或其 近缘物种香气合成中起关键作用的基因作为分子靶点 如 MEP 途径中的关键限速酶基因 RrDXS RrDXR RrMCT MVA 途径中蔷薇属重要的萜类合成酶基因 RrNUDX1 萜类骨架合成关键基因 RrGPPS 以及 2 苯乙醇合成通路中的候选关键基因 RrAADC RrPPDC 和 RrPAR 最后 利用病 毒诱导基因沉默 VIGS 技术对核心响应基因进行功能验证 以期初步阐明褪黑素调控玫瑰香气生 物合成的分子机制 Xu Yong Yang Yang Wang Ruotong Mao Yiru Feng Liguo Effects of exogenous melatonin on rose fragrance 576 Acta Horticulturae Sinica 2026 53 2 574 584 1 材料与方法 1 1 材料及其处理 以扬州大学玫瑰种质资源圃 北纬 32 23 27 64 东经 119 25 10 23 中的两年生盆栽 丰花 玫瑰为材料 选择长势一致的玫瑰 24 株 分为 4 组 分别使用 0 1 0 3 0 5 mmol L 1 褪黑素 纯 度 98 Sigma 美国 褪黑素溶液配置过程均需避光操作 进行叶面喷施处理 以喷施蒸馏水作 为对照 2023 年 4 月 5 日 于花蕾初现时进行第 1 次叶面喷施处理 之后每 3 d 喷施 1 次 共计 5 次 处理时间为当日完全黑暗后的 20 00 左右 每次喷施至玫瑰叶片完全湿润为止 每株用量约 600 mL 试验期间 及时摘取花蕾期和盛花期的花朵 除部分盛花期花朵用于切片制备外 其余全 部用 50 mL 离心管封装 液氮速冻 于 80 超低温保存用于后续试验 1 2 测定项目及测定方法 叶绿素含量采用乙醇 丙酮混合提取法测定 Liu et al 2023 于上午 10 00 时左右 从各 处理植株中上部 取最新完全展开的成熟叶 从上往下数复叶的第 3 或第 4 片小叶 每株选取 10 片小叶混合后作为 1 个生物学重复 每处理 3 个生物学重复 叶片经超纯水洗净并吸干表面水分后 将其剪成 0 2 mm 0 2 mm 的小块 精确称取 0 4 g 样品置于 25 mL 试管中 加入 12 5 mL 80 丙酮 与 12 5 mL 95 乙醇 充分混匀后于室温黑暗条件下静置提取 24 h 使用分光光度计在波长 663 nm 和 645 nm 处测定溶液吸光度 以等体积 80 丙酮与 95 乙醇混合液作为空白对照 玫瑰叶片鲜样 FW 叶绿素含量 mg g 1 计算公式如下 叶绿素 12 72A 663 2 59A 645 22 88A 645 4 63A 663 V 1 000 m 其中 A 663 A 645 分别为提取液在 663 645 nm 处的吸光度值 V 为提取液体积 mL m 为所 用鲜叶质量 g 1 3 花朵大小的测定及透射切片观察花瓣上表皮细胞结构 采用直尺测量玫瑰花朵的直径 透射电镜切片制备方法如下 取对照和 0 5 mmol L 1 处理 花 朵最大 的半开期花朵 以由外向内的第 3 轮花瓣作为材料 按 House 和 Balkwill 2013 方法进 行固定 脱水与 Spurr 树脂包埋 参照徐勇等 2024 的方法 经半薄切片甲苯胺蓝染色定位上表 皮分泌细胞后 制备 50 nm 超薄切片 铀 铅双重染色 于透射电镜观察并拍摄超微结构 照片中 花瓣上表皮分泌细胞的截面面积采用 Fiji v2 17 0 进行测量并导出各细胞的面积数据 Schindelin et al 2012 1 4 花瓣总挥发性有机物成分及含量的测定 首先 从 80 超低温冰箱中取出花蕾期和盛花期玫瑰花样品进行液氮研磨 设 3 个重复 称取 0 2 g 样品粉末置于 20 mL 的顶空瓶中 先后分别加入 500 L NaCl 溶液 25 和 0 1 g 的固 体 NaCl Yahyaa et al 2015 待样品溶解后 滴加 10 L 正己烷稀释后的 3 壬酮内标液 0 1 L mL 1 并用隔膜 PTFE 丁基合成橡胶 快速密封 采用固相微萃取结合 Thermo Fisher Scientific Trace ISO 气相色谱 质谱 SPME GC MS 提取与测定玫瑰挥发性有机化合物 具体 色谱和质谱程序等参照 Sheng 等 2021 的 将得到的质谱通过美国国家标准与技术研究所计算机 普库进行检索并参考相关文献 Feng et al 2010 确定挥发性芳香物质成分 然后 将各物质的 徐 勇 杨 阳 王若彤 毛一茹 冯立国 外源褪黑素对玫瑰花香的影响 园艺学报 2026 53 2 574 584 577 GC 峰图与内标物峰图进行比对 采用峰面积归一化法计算玫瑰花中各挥发性有机物含量 FW 1 5 qRT PCR 验证 选择 8 个香气合成相关基因进行 qRT PCR 采用 RNAprep Pure Plant Plus Kit 天根 北京 从 花瓣中提取总 RNA 操作步骤参照试剂盒说明书 取 2 g 总 RNA 使用 PrimeScript 第一链 cDNA 合成试剂盒 TaKaRa 日本 进行反转录 合成第一链 cDNA qRT PCR 反应以 HiScript qRT SuperMix 和 ChamQ SYBR Color qPCR Master Mix 诺唯赞 南京 为体系 在 Bio Rad CFX96 实 时荧光定量 PCR 仪 Bio RAD 美国 上进行 每个样本设置 3 个独立生物学重复 基于 CFX manager 软件获取的 Ct 值 采用 2 Ct 方法计算基因相对转录水平 以 5 8S rRNA 作为内参基因 所有基因 的特异性引物均使用 NEB Tm Calculator 设计 并送至南京擎科生物科技有限公司合成 具体引物 序列见表 1 表 1 用于 qRT PCR 分析及基因克隆的特异性引物 Table 1 Primers for qRT PCR analysis or gene cloning 基因 ID Gene ID 基因 Gene 编码的酶 Encoded enzyme 引物序列 Primer sequences Rru04G032370 1 RrDXS 1 脱氧 D 木酮糖 5 磷酸合酶 1 Deoxy D xylulose 5 phosphate synthase F CAAGTTGTTTCCGGTACCCAA R ATCCATAGCCCAAGAGTGCAA Rru07G014880 1 RrDXR 1 脱氧 D 木酮糖 5 磷酸还原异构酶 1 Deoxy D xylulose 5 phosphate reductoisomerase F ATTTGTTCTTCCTCTTGCACAC R GCTGTCAAAATGATACGCCGAA Rru07G036650 1 RrMCT 2 C 甲基 D 赤藓糖醇 4 磷酸胞苷转移酶 2 C Methyl D erythritol 4 phosphate cytidylyltransferase F TTTTAAGCCAGCCTATTGCAT R GCAACGTGAATTTAAGTTCCG Rru06G031540 1 RrGPPS 香叶基焦磷酸合酶 Geranyl diphosphate synthase F GCCTTCAGATCTTGTGCCAG R TTCAACCGCATTAGGCCCTC Rru02G052860 1 RrNUDX 核苷酸二磷酸水解酶 Nucleoside diphosphate hydrolase F GCGCACCTATCCGAACGCGA R GCGCACCTATCCGAACGCGA Rru05G045820 1 RrPAR 苯乙醛还原酶 Phenylacetaldehyde reductase F AGCTGTACCCTGATTTGCAACTTCC R ACCCAAGCTCTTTGCCTTTTCTTTGG Rru01G008380 1 RrAADC 芳香族氨基酸脱羧酶 Aromatic amino acid decarboxylase F ACGCCGAATTGGTAGCGAGA R GGCCCGGAAGTTCTCCATGT F ATGGGTAGCCTCCCATTCCAC R TGAGAGTTCGGGTATCAAATTGACC Rru03G012520 1 RrPPDC 苯丙酮酸脱羧酶 Phenylpyruvate decarboxylase F GCAACTTGGCCGGGATTCCT R TGCCTCCACTGCAGCCTCTA 5 8S 内参基因 Reference 5 8S 核糖体 RNA 5 8S rDNA F CGGCAACGGATATCTCGG R TGTGACGCCCAGGCAGACG 注 表示用于基因克隆 其他的用于 qRT PCR 分析 Note indicates primers used for gene cloning while the others are used for qRT PCR analysis 1 6 基因克隆及进化树分析 基于前期 RT qPCR 分析结果 从 8 个香气合成通路候选基因中选取在褪黑素处理下表达上调最 显著 且为 2 苯乙醇合成关键酶的基因 RrAADC 用于后续功能验证 利用 Geneious 4 8 4 从玫瑰蛋 白质组中鉴定候选基因 RrAADC 并基于其氨基酸序列通过 TBtools Chen et al 2023 进行比 对 使用 NEB Tm Calculator 在线工具 v 1 16 9 设计覆盖 RrAADC 全长开放阅读框两侧的引物 表 1 采用 2 KeyPo Master Mix Dye Plus 诺唯赞 南京 进行 ORF 的克隆 PCR 产物经 FastPure Gel DNA Extraction Mini Kit 诺唯赞 南京 纯化后 将其亚克隆至 5 min TA Blunt Zero 克隆载体 诺唯赞 南京 并转化至大肠杆菌 DH5 感受态细胞中 通过 2 Rapid Taq Master Mix 诺唯赞 南京 对阳性克隆进行 PCR 验证 扩增产物委托上海生工生物工程有限公司进行测序 并使用 1 琼脂糖凝胶电泳对产物进行检测 Xu Yong Yang Yang Wang Ruotong Mao Yiru Feng Liguo Effects of exogenous melatonin on rose fragrance 578 Acta Horticulturae Sinica 2026 53 2 574 584 为阐明玫瑰 AADC 的进化关系 从拟南芥信息资源数据库 TAIR http www arabidopsis org 下载拟南芥 Arabidopsis thaliana 的 AADC 蛋白序列 并从蔷薇科基因组数据库 GDR https www rosaceae org 下载玫瑰和月季 R chinensis 的注释同源序列 将所有候选序列与本研究鉴定 的 RrAADC 序列使用 ClustalW 进行多序列比对 基于比对结果 采用 MEGA 7 0 软件 以邻接法构 建系统发育树 为评估分支可靠性 设置 Bootstrap 重复抽样 1 000 次 进化距离计算采用 P 距离 模型 对缺失和空位数据采用 部分删除 处理方式 1 7 病毒诱导的基因沉默 VIGS 为探究响应外源褪黑素调控 2 苯乙醇合成的关键基因 以 墨红 月季 R chinensis Crimson Glory 花瓣为材料 参照 Wei 等 2024 的方法 采用 VIGS 技术进行瞬时转化 已有研究证明 玫瑰和月季中 2 苯乙醇合成通路具有保守性 Hirata et al 2012 Sheng et al 2018 且 墨红 是研究蔷薇属植物花香代谢的理想材料 因此利用其成熟的 VIGS 体系有助于确保基因功能验证的 可靠性 首先 通过 ClonExpress One Step Cloning Kit Vazyme 南京 扩增获得 RrAADC 特异 性片段 长度 300 bp 并插入 pTRV2 病毒载体 RrAADC 的 VIGS 载体 正向引物序列为 TGTCTTCG GGACATGCCCGGGTCACCTGAGATGCTAAGATTGAC 反向引物序列为 AGAAGGCCTCCATGGG GATCCTTCTTAACCCAAAGGCAGCAG 然后 将构建好的载体导入根癌农杆菌 Agrobacterium tumefaciens 菌株 GV3101 于含 50 mg L 1 卡那霉素和 25 mg L 1 利福平的 LB 培养基中 28 以 200 r min 1 的振荡速度培养 18 h 收集农杆菌菌液 用渗透缓冲液 10 mmol L 1 MgCl 2 10 mmol L 1 2 吗啉乙磺酸 200 mol L 1 乙酰丁香酮 重悬至 OD 600 值为 1 0 针对 RrAADC 基 因的沉默实验 将含 pTRV1 的农杆菌菌液分别与含 pTRV2 RrAADC 或空载 pTRV2 的菌液按 1 1 体积比混合 最后 取完全盛开的月季花瓣 在室温暗室内放置 3 4 h 后 从每片花瓣对称位置打 取两个直径 1 cm 的圆片 置于去离子水中平衡 随后将花瓣圆片在浸泡缓冲液中进行两次真空渗透 每次 60 s 压力 25 kPa 真空释放后 用去离子水短暂冲洗圆片 吸干水分后于 4 黑暗条件 下培养 3 d 后 置于 80 保存 用于挥发性成分分析 2 结果与分析 2 1 外源褪黑素对花朵形态与叶片叶绿素含量的影响 花朵直径随着外源褪黑素喷施浓度的增加而增大 其中 0 3 和 0 5 mmol L 1 处理与对照相比分 别显著增加 21 3 和 22 2 图 1 A 与对照相比 0 5 mmol L 1 褪黑素处理后的盛花期花瓣上表皮分泌细胞的截面积显著增加 48 8 细胞形状由边缘略有凹陷的长椭圆形转变为边缘更为饱满的椭圆形 图 1 B C 叶片叶绿素 a 和叶绿素 b 含量也随喷施浓度的增加呈现上升趋势 其中 0 5 mmol L 1 处理分别 比对照显著提高 增加了 133 9 和 157 3 图 1 D E 2 2 外源褪黑素对玫瑰主要挥发性有机物含量的影响 在花蕾期花瓣中检测到主要挥发性有机物共 7种 且整体含量较低 图 2 A 其中 0 3 mmol L 1 处理的香叶醇和香茅醇含量显著高于对照 分别提高 100 0 和 39 1 甲基丁香酚和 2 己烯醛含 量也显著提升 分别高 52 2 和 27 8 徐 勇 杨 阳 王若彤 毛一茹 冯立国 外源褪黑素对玫瑰花香的影响 园艺学报 2026 53 2 574 584 579 图 1 不同浓度褪黑素处理对玫瑰花朵大小 A 花瓣表皮细胞形态及大小 B C 和叶片叶绿素 a b 含量 D E 的影响 采用单因素方差分析差异显著性 P 0 05 P 0 01 P 0 001 下同 Fig 1 Effects of different concentrations of melatonin treatment on rose flower size A petal epidermal cell morphology and area B C and chlorophyll a and b content D E Analysis of variance was used to assess the significance of differences P 0 05 P 0 01 P 0 001 The same below 盛花期 花瓣中主要香气成分增加至 12 种 以单萜类 2 苯乙醇及其酯类衍生物为主 图 2 B 其中 0 3 mmol L 1 处理的香茅醇含量较对照显著提高 50 7 萜类的酯类衍生物乙酸香茅酯 乙酸香叶酯均在 0 3 mmol L 1 处理下含量最高 分别较对照显著提高 102 2 108 2 0 1 mmol L 1 处理的乙酸香茅酯和乙酸香叶酯也分别较对照显著提高 83 1 和 86 8 此外 2 苯乙醇作为 香气的重要组成 其含量在盛花期随着喷施褪黑素浓度的增加亦呈现先增加后降低的趋势 在 0 3 mmol L 1 处理下达到最高 且与对照相比显著提高 71 9 其衍生物乙酸苯乙酯也显著提高 164 8 甲基丁香酚含量没有显著变化 总体而言 在花蕾期和盛花期 玫瑰花瓣中香气含量均随着喷施的褪黑素浓度增加整体呈现先 增加后降低的趋势 在 0 3 mmol L 1 处理下达到最大值 2 3 外源褪黑素对玫瑰花香气合成途径关键基因表达的影响 由图 3 可知 0 3 mmol L 1 处理显著提升了萜类合成途径中的 4 个关键基因的表达 RrDXS RrDXR RrMCT 和 RrGPPS 的表达量分别为对照的约 3 9 2 4 2 5 和 1 5 倍 RrNUDX 与对照差异 不显著 在苯丙氨酸代谢途径中 2 苯乙醇合成的关键基因 RrAADC 上调至对照的约 3 5 倍 RrPAR 和 RrPPDC 与对照差异不显著 Xu Yong Yang Yang Wang Ruotong Mao Yiru Feng Liguo Effects of exogenous melatonin on rose fragrance 580 Acta Horticulturae Sinica 2026 53 2 574 584 图 2 不同浓度褪黑素处理对玫瑰花蕾期 A 和盛花期 B 主要香气成分含量 FW 的影响 Fig 2 Effects of different concentrations of melatonin on the content of major aroma components FW in rose buds A and full blooming stage B 图 3 外源褪黑素处理对玫瑰萜类和 2 苯乙醇合成途径关键基因表达量的影响 Fig 3 Effect of exogenous melatonin on expression of key genes in rose terpenoid and 2 phenylethanol biosynthesis 徐 勇 杨 阳 王若彤 毛一茹 冯立国 外源褪黑素对玫瑰花香的影响 园艺学报 2026 53 2 574 584 581 2 4 响应外源褪黑素调控 2 苯乙醇合成的关键基因 RrAADC 的验证 RrAADC Rru01G008380 1 的开放阅读框长度为 1 605 bp 编码 535 个氨基酸 系统进化树 图 4 A 分析显示 玫瑰与月季 AADC 候选基因高度保守 形成 5 对一一对应的直系同源关系 表 明其在物种分化前已保持稳定 拟南芥同源基因则聚为一独立分支 并与玫瑰和月季基因所在分支 形成显著分化 符合科间系统发育关系 该保守性为后续在玫瑰与月季间进行 AADC 基因的功能比 较与互补研究提供了分子基础 VIGS 试验表明 沉默花瓣中的 RrAADC 表达量较对照显著降低 63 4 外源褪黑素处理后 RrAADC 的表达量恢复至与对照无显著差异 图 4 B 相应地 RrAADC 沉默导致花瓣中 2 苯乙 醇含量降低 26 6 外源褪黑素处理使沉默花瓣中 2 苯乙醇的含量恢复至对照水平 图 4 C 以上结果证明 RrAADC 在玫瑰 2 苯乙醇合成中具有重要功能 并响应外源褪黑素的调控 图 4 玫瑰 Rr 月季 RC 与拟南芥 At AADC 基因家族系统进化树 A 及基于 VIGS 的褪黑素响应验证 B 和 C Fig 4 Phylogenetic tree A of the AADC gene family in Rosa rugosa Rr R chinensis RC and Arabidopsis thaliana At and melatonin response validation based on VIGS B and C 3 讨论 褪黑素作为一种多效性植物调节物质 外源施用可通过影响植物的生理状态 代谢网络及基因 表达 综合调控园艺作物的品质形成 本研究中 0 3 和 0 5 mmol L 1 褪黑素能显著增加 丰花 玫瑰的花朵直径 这一形态改良可能源于褪黑素类似生长素的活性 促进了花瓣上表皮细胞的扩张 Ruiz et al 2005 Zhao et al 2022 玫瑰香气物质主要储藏于花瓣上表皮细胞 其增大有利于 Xu Yong Yang Yang Wang Ruotong Mao Yiru Feng Liguo Effects of exogenous melatonin on rose fragrance 582 Acta Horticulturae Sinica 2026 53 2 574 584 玫瑰花香的积累 徐勇 等 2024 此外 0 5 mmol L 1 褪黑素处理显著提高了叶片叶绿素含量 这可能与褪黑素能够激活抗氧化系统 保护光系统 II PSII 进而减少叶绿素降解 维持光合结构 稳定的作用相符 且其效果在一定范围内随浓度增加而增强 Arnao Hern ndez Ruiz 2009 Chen et al 2018 这表明 褪黑素可能通过改善玫瑰的光合性能 为花朵中香气物质等次级代谢产物的 合成提供了更充足的碳骨架和能量供应 GC MS 分析表明 萜类与苯丙素类化合物是玫瑰花中的主要挥发性化合物 且在盛花期含量 最高 与 Yeon 和 Kim 2020 的报道一致 玫瑰挥发性化合物在发育过程中呈现动态变化 其峰 值通常出现在盛花期 可能与 NUDX GPPS PA R 等花香合成相关基因的差异表达有关 Kong et al 2022 李园子 等 2024 Shang et et al 2024 相较于花蕾期 褪黑素在盛花期对香气的调控效 果更为显著 尤其体现在 2 苯乙醇和香茅醇及二者衍生物的积累上 这可能是由于褪黑素作为信 号分子 在不同发育阶段对花瓣中代谢网络具有差异化的调控效应 Abbas et al 2021 褪黑素在 玫瑰花朵挥发性成分与叶片叶绿素上的浓度效应差异 进一步表明其作为一种系统性信号分子 在 调控植物生长发育与次生代谢中 具有复杂的器官特异性与浓度依赖性调控机制 前期研究已经表明 施用外源褪黑素可提高玫瑰内源褪黑素水平 Xu et al 2024 但其具体 积累途径有待进一步明析 与其他激素类似 褪黑素可能通过气孔吸收并依赖膜受体蛋白 如 PMTR1 2 进行跨膜转运 进而影响细胞内源褪黑素含量 Liu et al 2025 同时 外源褪黑素还 可能通过上调 TDC COMT 等合成基因的表达 促进内源激素及其他激素的合成 Zhao et al 2022 在多种植物中 如姜花和罗勒 外源褪黑素可调控香气合成通路关键基因的表达 进而影响挥发性 物质的合成 Bahcesular et al 2020 Abbas et al 2021 本研究中 褪黑素处理显著上调了玫瑰 花香合成通路中的多个关键基因 其中 MEP 途径的限速酶基因 RrDXS RrDXR RrMCT 及萜 类骨架合成基因 RrGPPS 的表达上调 为单萜类物质 如香茅醇 的合成提供了前体保障 值得注 意的是 RrAADC 是玫瑰中 2 苯乙醇合成通路上的关键酶 Sakai et al 2007 其表达受外源褪 黑素显著诱导 并且 VIGS 沉默 RrAADC 导致 2 苯乙醇含量大幅下降 外源褪黑素处理使沉默花 瓣中 2 苯乙醇的含量恢复至对照水平 证实 RrAADC 是介导褪黑素调控 2 苯乙醇合成的关键基 因 综上 外源褪黑素通过直接调控花瓣中香气合成关键基因 并间接增强叶片光合作用 叶绿素 含量提升 与花朵大小以提供代谢支持 从而显著促进了主要特征香气物质单萜类及 2 苯乙醇的 积累 然而 褪黑素是否可通过激活特定转录因子和相关激素 如 ABA 和乙烯 Xia et al 2021 从而形成更广泛的调控网络以协同提升玫瑰花香 仍需进一步研究 本研究结果可为外源褪黑素在 玫瑰品质调控中的应用及其作用机制解析提供理论依据 并为优化玫瑰栽培技术提供参考 References Abbas F Zhou Y W He J J Ke Y G Qin W Yu R C Fan Y P 2021 Metabolite and transcriptome profiling analysis revealed that melatonin positively regulates floral scent production in Hedychium coronarium Frontiers in Plant Science 12 808899 Arnao M B Cano A Hernandez Ruiz J 2022 Phytomelatonin an unexpected molecule with amazing performances in plants Journal of Experimental Botany 73 17 5779 5800 Arnao M B Hern ndez Ruiz J 2009 Protective effect of melatonin against chlorophyll degradation during the senescence of barley leaves Journal of Pineal Research 46 1 58 63 Bahcesular B Yildirim E D Karacocuk M Kulak M Karaman S 2020 Seed priming with melatonin effects on growth essential oil compounds and antioxidant activity of basil Ocimum basilicum L under salinity stress Industrial Crops and Products 146 112165 Bora