综述：机器学习辅助的荟萃分析揭示了褪黑素在重金属胁迫下调节植物生长可塑性的作用机制

摘要

重金属（HM）污染是一个长期存在的全球性生态问题，需要持续关注。尽管已有研究探讨了植物如何应对重金属压力，但这些研究结果在促进植物修复和控制重金属毒性方面效果不佳。褪黑素（MT）作为一种多功能信号分子，在减轻作物中重金属毒性方面具有显著潜力。在这项荟萃分析中，研究人员整合了来自140项研究的2476个观测数据，评估了褪黑素在重金属压力下调节植物生长的作用机制。结果表明，外源性褪黑素显著提升了植物的整体表现，增幅达18%（95%置信区间为19.5%–14.8%），具体体现在植物生长（41.4%）、形态（51.3%）和生理功能（44.4%）方面；同时，褪黑素通过促进地上部和根部生物量的增长（分别提高了45.5%和39.5%），有效缓解了氧化损伤（降低了23.5%）。叶绿素含量（增加了33.6%）和抗氧化活性（提高了31.8%）。此外，褪黑素还提高了养分吸收率（24%）和内源性褪黑素水平（59%），并使代谢物含量增加了24.2%，同时减少了重金属的吸收量（降低了19.4%）。随机森林机器学习分析显示，植物种类、褪黑素作用时间和重金属浓度是影响生物量的主要因素，而重金属类型和暴露时间以及褪黑素水平和作用时间也对植物株高和氧化应激有显著影响。这些效应与褪黑素介导的基因响应以及剂量或暴露时间密切相关：当褪黑素浓度≤100 μM且暴露时间≤15天时，效果最为显著；而过高的重金属浓度和过长的暴露时间则会降低褪黑素的效力。这些发现凸显了褪黑素介导机制在减轻重金属对植物伤害方面的巨大潜力。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。

重金属（HM）污染是一个长期存在的全球性生态问题，需要持续关注。尽管已有研究探讨了植物如何应对重金属压力，但这些研究结果在促进植物修复和控制重金属毒性方面效果不佳。褪黑素（MT）作为一种多功能信号分子，在减轻作物中重金属毒性方面具有显著潜力。在这项荟萃分析中，研究人员整合了来自140项研究的2476个观测数据，评估了褪黑素在重金属压力下调节植物生长的作用机制。结果表明，外源性褪黑素显著提升了植物的整体表现，增幅达18%（95%置信区间为19.5%–14.8%），具体体现在植物生长（41.4%）、形态（51.3%）和生理功能（44.4%）方面；同时，褪黑素通过促进地上部和根部生物量的增长（分别提高了45.5%和39.5%），有效缓解了氧化损伤（降低了23.5%）。叶绿素含量（增加了33.6%）和抗氧化活性（提高了31.8%）。此外，褪黑素还提高了养分吸收率（24%）和内源性褪黑素水平（59%），并使代谢物含量增加了24.2%，同时减少了重金属的吸收量（降低了19.4%）。随机森林机器学习分析显示，植物种类、褪黑素作用时间和重金属浓度是影响生物量的主要因素，而重金属类型和暴露时间以及褪黑素水平和作用时间也对植物株高和氧化应激有显著影响。这些效应与褪黑素介导的基因响应以及剂量或暴露时间密切相关：当褪黑素浓度≤100 μM且暴露时间≤15天时，效果最为显著；而过高的重金属浓度和过长的暴露时间则会降低褪黑素的效力。这些发现凸显了褪黑素介导机制在减轻重金属对植物伤害方面的巨大潜力。

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