Мелатонин — вещество, которое у людей отвечает за сон и суточные ритмы. Но оказалось, что растения тоже его производят, и работает он у них ничуть не проще, чем у нас. Учёные из Чжэцзянского аграрно-лесного университета (Китай) собрали в одном обзоре всё, что известно науке о мелатонине в жизни растений — от прорастания семени до созревания плода. Разбираем главное простым языком.

Откуда у растений вообще мелатонин

Мелатонин открыли ещё в 1958 году — но сначала только у животных, в шишковидной железе коров. У растений его нашли гораздо позже. Сегодня известно, что мелатонин вырабатывается практически у всех растений и участвует буквально во всех этапах их жизни: прорастании семени, росте корней и побегов, цветении, созревании плодов и старении листьев. А ещё он помогает растению справляться со стрессом — засухой, холодом, жарой, засолением почвы и атаками вредителей.

По сути, мелатонин у растений — это универсальный «антикризисный менеджер»: он не просто ускоряет рост в спокойных условиях, а особенно ярко проявляет себя, когда растению плохо.

Прорастание семян: топливо и защита сразу

Прорастание — это первый и самый уязвимый момент в жизни растения. Мелатонин здесь работает в связке с другими гормонами: он снижает уровень гормона покоя (абсцизовой кислоты) и одновременно повышает уровень гиббереллина — гормона, который «будит» семя к прорастанию. Проще говоря, мелатонин помогает семени быстрее выйти из спящего режима.

Кроме того, обработка семян мелатонином перед посевом действует как антиоксидантная защита: она снижает количество агрессивных молекул (так называемых активных форм кислорода), которые повреждают клетки на старте роста, и одновременно увеличивает запас доступного сахара — то есть энергии для первых ростков.

Корневая система растения в почве — рост корней под действием мелатонина

Корни: становятся длиннее и разветвлённее

У множества растений — риса, томата, яблони — обработка мелатонином приводила к тому, что корневая система становилась крупнее и разветвлённее. Механизм здесь довольно тонкий: мелатонин запускает работу определённых ферментов, которые, в свою очередь, подстёгивают формирование боковых корешков. Он также стимулирует укоренение черенков и даже способствует образованию каллуса (заживляющей ткани) при культивировании растений в пробирке.

Любопытный нюанс: у некоторых злаковых культур (например, у канареечника и овса) мелатонин, наоборот, тормозит рост главного корня — то есть эффект не универсален и зависит от вида растения.

Рост и биологические часы

Мелатонин оказался напрямую завязан на внутренние «часы» растения — тот самый циркадный ритм, который определяет, когда растению «утро», а когда «ночь». У большинства изученных растений (арабидопсис, рис, ячмень) концентрация мелатонина ночью выше, чем днём. За синтез мелатонина отвечает целая цепочка генов, и она тесно связана с работой светочувствительных белков-рецепторов (фитохромов) — то есть мелатонин помогает растению «понимать», сколько сейчас света, и подстраивать под это свой рост.

Есть и практическая сторона: мелатонин влияет на то, как растение усваивает азот — ключевой элемент питания, — а значит, косвенно определяет, сколько боковых побегов образуется и насколько эффективно растение использует удобрения.

Комнатное растение в темноте — иллюстрация к разделу о суточных ритмах и мелатонине

Цветение: не просто ускоритель, а тонкий регулятор

Здесь начинается самое интересное для нас как для цветоводов. Мелатонин участвует сразу в нескольких «маршрутах», которые приводят растение к цветению — эти маршруты запускаются в зависимости от температуры, длины светового дня, возраста растения и других факторов. В одном из таких маршрутов мелатонин работает в связке с гиббереллином: он стабилизирует особые белки-тормоза (DELLA-белки), которые обычно сдерживают рост, и тем самым тонко регулирует, когда именно растению «включать» цветение.

Учёные заметили, что ген, отвечающий за синтез мелатонина, особенно активно работает именно в цветках — причём на пике активности находится в репродуктивных органах и постепенно затихает по мере того, как цветок раскрывается и стареет. То есть растение как будто специально концентрирует мелатонин именно там, где идёт формирование цветка.

Есть и конкретный практический результат: у львиного зева при обработке разными концентрациями мелатонина увеличивалось количество цветков, улучшалось их качество и размер. Отдельно отмечается влияние мелатонина на выработку ароматических веществ — то есть он может менять и запах цветка.

Ещё одна важная роль — поддержка пыльцы. При стрессе (например, из-за засухи) пыльца часто теряет жизнеспособность и хуже прорастает. Мелатонин помогает восстановить этот процесс, улучшая транспорт сахаров к пыльникам — то есть буквально подкармливая пыльцу энергией в критический момент. У хлопчатника, пшеницы и томата это подтверждено на уровне работы конкретных ферментов, отвечающих за обмен сахаров.

Плоды: качество, цвет и вкус

Мелатонин влияет и на созревание плодов — причём разнонаправленно. Он повышает содержание органических кислот, флавоноидов (природных антиоксидантов, влияющих на цвет) и защитных белков. Одновременно с этим он ускоряет фотосинтез и увеличивает содержание сахаров и пигментов — а значит, влияет и на вкус, и на окраску плода.

Конкретные цифры из исследований: у растений, обработанных мелатонином, плоды были не только качественнее, но и крупнее и многочисленнее — например, у ежевики количество плодов выросло на 6,6%, а у груши масса плодов увеличилась почти на 48%.

После сбора урожая мелатонин тоже продолжает работать — он замедляет производство этилена (гормона старения и созревания), из-за чего плоды дольше хранятся, медленнее портятся и лучше переносят холодное хранение.

Спелые плоды на ветке в саду — иллюстрация к разделу о влиянии мелатонина на созревание плодов

Защита от стресса: главный талант мелатонина

Если резюмировать всю статью одной мыслью — то это она: мелатонин ярче всего проявляет себя именно тогда, когда растению плохо. Вот основные механизмы:

  • Фотосинтез. При стрессе (жара, засоление, недостаток света) страдает в первую очередь механизм фотосинтеза. Мелатонин защищает его «начинку» — например, восстанавливает повреждённые солью белки в фотосистемах листа, помогая растению сохранять эффективность даже в неблагоприятных условиях.
  • Антиоксидантная защита. Это, пожалуй, ключевая суперспособность мелатонина. Он не просто запускает выработку защитных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы и других), но и сам напрямую нейтрализует агрессивные молекулы — одна молекула мелатонина способна обезвредить до десяти молекул повреждающих веществ.
  • Работа с другими гормонами. Мелатонин не действует в одиночку — он «дирижирует» целым оркестром других гормонов растения (ауксин, абсцизовая кислота, гиббереллин, цитокинины, этилен, салициловая и жасмоновая кислоты), подстраивая их баланс под конкретный тип стресса.
  • Накопление защитных веществ. Под действием мелатонина растение активнее производит флавоноиды, полиамины и фенольные соединения — вещества, которые укрепляют клеточные мембраны и помогают тканям быстрее восстанавливаться после повреждений.
  • Защита от болезней и вредителей. Отдельная тема — иммунитет. Мелатонин помогает растению бороться даже с вирусами (например, у яблони он способствовал очищению побегов от вируса бороздчатости древесины), а также усиливает выработку защитных химических барьеров против патогенов.

Что в итоге

Главный вывод авторов обзора: мелатонин — это не узкоспециализированный гормон «для одной задачи», а универсальный регулятор, который сопровождает растение на каждом этапе жизни и особенно ценен в стрессовых условиях. Именно поэтому исследователи считают перспективным использование мелатонина как «чистой» альтернативы части химических стимуляторов и удобрений — вещество полностью природного происхождения, но с очень широким спектром действия.

Для практического цветоводства это пока направление, которое активно изучается, а не готовый рецепт с точными дозировками для комнатных растений — но, судя по темпам исследований, ждать масштабного применения мелатонина в садоводстве и цветоводстве осталось не так долго.

Это вольный перевод и адаптация статьи: Pan Y., Xu X., Li L., Sun Q., Wang Q., Huang H., Tong Z., Zhang J. Melatonin-mediated development and abiotic stress tolerance in plants // Frontiers in Plant Science. — 2023. — Vol. 14. — Art. 1100827. — DOI: 10.3389/fpls.2023.1100827.