Melatonin Alleviates Cinnamic Acid Autotoxicity in Melon Seedlings by Modulating Physiological and Biochemical Processes

抗氧化剂 活性氧 苗木 光合作用 过氧化氢酶 氧化应激 褪黑素 超氧化物歧化酶 甜瓜 化学 肉桂酸 生物 园艺 植物 超氧化物 光合效率 氧化磷酸化 光抑制 生物化学 丙二醛 氧化损伤 谷胱甘肽还原酶 下胚轴
作者
Jingrong Wang,Zhengda Zhang,Gefu Wang‐Pruski,Jinghua Wu
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:178 (1): e70753-e70753
标识
DOI:10.1111/ppl.70753
摘要

Autotoxicity, primarily mediated by cinnamic acid (CA), is a major contributor to continuous cropping obstacles in melon (Cucumis melo L. cv. Xin Yinhui), severely inhibiting plant growth. Melatonin (MT), a pleiotropic signaling molecule, enhances plant stress tolerance. This study investigated the protective role of exogenous MT against CA-induced autotoxicity in melon seedlings by comprehensively assessing growth, photosynthesis, reactive oxygen species (ROS) accumulation, and antioxidant enzyme activities. Exposure to 0.4 mM CA severely inhibited seedling growth, reducing the relative growth rate of plant height, leaf area, and fresh weight by up to 67.71%, 59.60%, and 74.47%, respectively, and causing significant root damage. CA severely impaired photosynthesis, depressing the net photosynthetic rate (Pn) and the maximum photochemical efficiency of PSII by 69.52% and 5.27%, respectively. CA also induced severe oxidative stress, as evidenced by substantial ROS accumulation and marked decreases (21.78%, 40.45%, and 47.41%, respectively) in the activities of key antioxidant enzymes: superoxide dismutase, catalase, and ascorbate peroxidase. Exogenous application of 4 μM MT effectively mitigated these stresses. MT treatment promoted root recovery, increased leaf area and fresh weight by 40.24% and 88.25% compared to the CA-stressed group, and alleviated oxidative damage by directly scavenging ROS and restoring root antioxidant enzyme activities to near-control levels. Furthermore, MT enhanced the quantum efficiency of PSII reaction centers and electron transport, culminating in a substantial recovery of Pn. Collectively, our findings demonstrate that exogenous MT comprehensively alleviates CA-induced autotoxicity in melon seedlings through coordinately improving growth, antioxidant capacity, and photosynthetic function.
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