褪黑素(melatonin,N-乙酰基-5-甲氧基-色胺)是色氨酸的吲哚类衍生物,研究表明,植物中的褪黑素不仅可以作为生长调节剂调节植物的生长,还可以作为一种抗氧化剂,抵抗逆境胁迫造成的氧化损伤。菘蓝(Isatisin digotica Fort.)属十字花科二年生草本植物,其根与叶均可入药,是我国常用的一种中药,具有抑菌,抗病毒、抗氧化和抗肿瘤等作用。本实验以秋水仙素处理菘蓝根段诱导多倍体,测定其抗低温胁迫性能,确定四倍体幼苗生长特性；在此基础上,外源褪黑素处理低温胁迫下四倍体及二倍体植株,以及二倍体菘蓝种子萌发,检测相关生理指标,评价褪黑素对菘蓝低温胁迫抗氧化保护作用。主要研究成果如下：(1)通过秋水仙素处理菘蓝根段,获得四倍体菘蓝。试验了0.005%,0.1%,0.2%和0.5%秋水仙素与6h,24h和48h处理时间对菘蓝根段外植体的诱变效果,结果显示,外植体经0.2%秋水仙素,浸泡处理24h,多倍体变异率高达66.7%,分化再生率达到60%,为最佳处理组。诱导加倍后的菘蓝植株两个株系表现出多倍体的特征：植株分化较对照缓慢；整株茎杆粗壮,叶片肥大增厚,叶缘锯齿状。显微观察四倍体植株气孔明显大于二倍体植株；保卫细胞中叶绿体数量多且大。流式细胞法显示,加倍植株细胞中DNA含量与对照增加1倍。(2)比较低温胁迫下四倍体与二倍体的抗逆性,结果表明,四倍体植株在非胁迫状态下,具有比二倍体相对低的MDA含量,高的POD与CAT活性。低温胁迫2-6d时,四倍体和二倍体MDA含量逐步增加,POD, CAT活性下降,表现出胁迫伤害。但2d和4d时,四倍体和二倍体株系在测定的三项生理指标上差异显著,四倍体表现优于二倍体的生理特性。6d时,测定指标没有差异,说明长时间低温处理对菘蓝植株已形成伤害。去除胁迫后,四倍体较二倍体恢复生长快,生理指标又表现明显差异。实验结果显示其自身具有较强的抗逆境胁迫的特性。500μmol/L外源褪黑素处理四倍体植株与二倍体植株,正常生长状态下可使其MDA含量较未处理材料进一步降低,使POD和CAT酶活增强,但相互间没有显著差异。低温胁迫4d和6d时,两者之间三项生理指标测定呈现显著差异,四倍体植株抗性水平明显高于二倍体植株,MDA含量增幅小,CAT和POD活性下降平缓,说明经过外源褪黑素处理的四倍体植物更能降低膜脂过氧化,提高抗氧化酶的活性,从而减轻低温胁迫损伤。(3)测定菘蓝四倍体和二倍体植株中褪黑素含量。四倍体植株在正常生长状态和低温环境下都比二倍体褪黑素含量高。正常培养时四倍体植株与二倍体内源褪黑素含量分别为6.28ng/gFW和5.37ng/gFW,表明植株经秋水仙素诱导成多倍体后,体内的激素水平增加；胁迫过程中四倍体株系褪黑素含量是二倍体的1.17-1.41倍。500μmol/L褪黑素处理菘蓝植株,由于外源褪黑素被植物吸收,正常生长状态时二倍体和四倍体植株体内褪黑素含量均高于相应对照组,分别提高11.5%和30.9%；低温胁迫下,四倍体植株褪黑素含量是二倍体植株的1.37-1.60倍。表明四倍体植株具有更强的吸收褪黑素的能力。四倍体植株中较高的褪黑素水平以及外源吸收的褪黑素相互作用,不仅保护其在低温胁迫时具有比二倍体强的抵抗氧化损伤能力,与上述实验中生理指标显示结果相符,也验证了褪黑素的抗氧化植物保护功能,但其具体作用机理不清。(4)通过不同的低温处理方法以及不同浓度的褪黑素处理菘蓝种子,测定菘蓝幼苗生理指标,结果表明,10-500μmol/L适宜浓度的外源褪黑素可降低低温处理后菘蓝幼苗中的MDA含量,增强CAT和POD活性,增加内源激素IAA的含量并促进幼苗根的伸长,其中500μmol/L褪黑素作用最显著。研究表明外源褪黑素可减轻低温胁迫对菘蓝幼苗生长过程中的氧化损伤,并可能具有类生长素活性刺激植物生长。