出品：科普中國

作者：張應超（生態學碩士）

監制：中國科普博覽

我，褪黑素，估計很多人聽說我是因為我對人類的助眠功效。但我可不僅僅存在于人類體內——從深海藻類到參天大樹，從嗡嗡作響的蜜蜂到破浪巡游的鯨群，我的身影遍布所有生命體，我是穿梭萬物的“生命調節器”。

2025年，恰逢植物褪黑素被發現30周年。中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員陳奇團隊系統梳理了我（褪黑素）在植物體內的合成、信號和功能。現在，就讓我帶你全面認識真正的我吧！

褪黑素的誕生與發現：細菌→動物→植物

我的故事始于35億年前的原始海洋。那時地球還沒有臭氧層，紫外線像利劍一樣刺穿海水，原始細菌為了活下去，演化出了我這個“抗氧化衛士”——我的分子結構能精準捕捉并中和自由基，保護DNA不被破壞（參考文獻[1][2]）。后來，生命從單細胞變成多細胞，我也解鎖了新技能。

1915年，科學家McCord和Allen在牛的松果體（位于大腦中部神經內分泌器官）里發現了我，他們注意到我能讓蝌蚪的皮膚變淺，這是人類第一次“認識”我（參考文獻[3]）。1958年，Lerner團隊正式給我取名為melatonin（MT），名稱來源于希臘語的 “melano”（意為 “黑色或黑暗”）以及 “serotonin（血清素）”—— 因其與血清素具有結構上的相似性。中文名為“褪黑素”，意思是“讓黑色變淺的物質”。

那么，這是不是意味著我具有美白的功效呢？先別急，因為科學家很快發現，我讓皮膚變白的特性僅適用于與兩棲動物，而不適用于哺乳動物。

同一只蝌蚪在接受松果體喂食前和松果體喂食后45min的狀態

（圖片來源：參考文獻[3]）

但他們不知道，此時的我早已在植物界開枝散葉——直到1995年，科學家才在番茄、香蕉等植物中發現我的蹤跡，給我起了個新名字“植物褪黑素（PMT）”（參考文獻[4]）。

在植物褪黑素被發現之初，人們還一度否認植物中存在PMT，即便是在公認我在植物中的存在之后，對于PMT的研究也聚焦在其對動物和人類的營養價值。對此，我只能說他們把植物想得太無私了，從邏輯上講，植物產生褪黑素是應為自身服務，而非為攝食它們的動物！

現在你知道了吧？我不是動物的專屬，而是所有生命共同的“老朋友”。

動物界的褪黑素：“晝夜節律指揮官”

在你們人類和其他動物體內，我主要在松果體“辦公”，核心任務是調節睡眠。白天，陽光通過眼睛給大腦發信號：“別讓褪黑素出來！”我就乖乖待著；當夜幕降臨，大腦切換到“夜間模式”，我便開始加班——濃度飆升，讓你打哈欠、體溫下降，幫你順利滑入夢鄉（參考文獻[5]）。

此外，我還在晝夜節律同步調節、增強免疫、抑制腫瘤等方面發揮著作用。因此，對人類來說，我還是“時差救星”。跨時區旅行時，體內的“生物鐘”會被打亂，吃我，就能幫你快速適應新時區——這也是為什么夜班族和倒時差的人總把我放在床頭。

植物界的褪黑素：“抗逆生存盾牌”

植物不能跑不能躲，就得靠我來應對一些“風吹雨打”。無論是極端寒冷、高溫、干旱還是有毒土壤，統統不在話下：當干旱來襲，小麥會緊急合成大量我，關閉葉片氣孔減少水分蒸發；遭遇鎘污染時，水稻中的我能增加20-60倍，像“解毒劑”一樣中和重金屬（參考文獻[5]）。

在面對各種環境脅迫時，都得靠我挺身而出，并且我的戰績可查：在土壤中銅含量過高導致豌豆Pisum sativum L.死亡時，有我的加入就能讓豌豆渡過難關。而在非環境脅迫的時候，我也并非毫無用武之地，而是在促進植物正常生長中發揮著重要的作用。

豌豆（Pisum sativum L.）植株的代表性照片。

（A）銅處理前的豌豆植株；（B）銅處理15天后的同一植株。左邊的植株僅用自來水澆灌（15天后死亡）；右邊的植株每隔一天用100毫升含5微摩爾褪黑素的自來水澆灌（15天后依然存活）

（圖片來源：參考文獻[6]）

植物合成我的方式比動物復雜多了——內質網、葉綠體、線粒體和細胞質都可能是我出生的地方。通過合成基因表達調節和細胞區室化作用，植物能夠在不同生長條件下精細調控內源褪黑素水平，就像建了多個“應急工廠”。正常時候，我低調促進生長；危機一來，立刻切換到“防御模式”迅速擴大“族群”幫助植物抵御不良環境（參考文獻[7]）。

褪黑素合成途徑：動物（a）相對簡單、線性的合成途徑；植物（b）相對復雜的合成途徑

（圖片來源：參考文獻[5]）

有趣的是，我在植物界和動物界的“作息”完全相反：在人類體內，我夜晚濃度最高；而在擬南芥、金絲桃中，我在清晨達到峰值，幫它們迎接白日的光照挑戰（參考文獻[5]）。

同一分子的雙重身份：褪黑素跨界守護

要知道，動物體內的PM和植物體內的PMT，實際上是同一個我的不同名字，相同的結構讓我在你們人類的醫療保健領域表現出應用潛力，你吃的蔬菜、水果都可能藏著我的“分身”。

我既能提高植物的抗逆性，又能幫助動物調節晝夜節律、治療睡眠障礙，那是不是都要越多越好呢？其實不然。不同植物乃至于同一植物中，我的濃度也有很大的差異：例如，每克番茄果實中僅含0.1皮克（萬億分之一克），甘草根卻能達到34微克（百萬分之一克），相差8個數量級（參考文獻[4]）。

科學家還發現，紅光補充能提高番茄果實中的褪黑素含量，這既能增強番茄的農藝特性，還能帶來額外的健康益處。基于這一調控機制，通過基因編輯修改番茄的基因，可以讓番茄多合成我。

不同發育階段番茄果實中褪黑素的含量，IMG為未成熟綠色期，MG為成熟綠色期，BR為轉色期

（圖片來源：參考文獻[9]）

我是褪黑素，從原始細菌到兩棲動物再到人類，我見證了生命演化的奇跡，也是一個永遠在平衡中守護各類生命的“老朋友”——我是抗氧化的衛士，是晝夜的信使，是植物的盾牌，也是你們的睡眠助手。

參考文獻

[1]TAN D X, REITER R J. An evolutionary view of melatonin synthesis and metabolism related to its biological functions in plants[J/OL]. JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, 2020, 71(16): 4677-4689. DOI:10.1093/jxb/eraa235.

[2]TAN D X, HARDELAND R, MANCHESTER L C, et al. The changing biological roles of melatonin during evolution: from an antioxidant to signals of darkness, sexual selection and fitness[J/OL]. BIOLOGICAL REVIEWS, 2010, 85(3): 607-623. DOI:10.1111/j.1469-185X.2009.00118.x.

[3]MCCORD C P, ALLEN F P. Evidences associating pineal gland function with alterations in pigmentation[J/OL]. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY, 1917, 23(1): 207-224. DOI:10.1002/jez.1400230108.

[4]DUBBELS R, REITER R, KLENKE E, et al. Melatonin in Edible Plants Identified by Radioimmunoassay and by High-Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry[J/OL]. JOURNAL OF PINEAL RESEARCH, 1995, 18(1): 28-31. DOI:10.1111/j.1600-079X.1995.tb00136.x.

[5]CHEN Q, CHEN Y, LI X, et al. Phytomelatonin: Biosynthesis, Signaling, and Functions[J/OL]. Annual Review of Plant Biology, 2025, 76(1): 171-195. DOI:10.1146/annurev-arplant-053124-045147.

[6]TAN D X, MANCHESTER L C, HELTON P, et al. Phytoremediative capacity of plants enriched with melatonin.[J/OL]. Plant signaling & behavior, 2007, 2(6): 514-516. DOI:10.4161/psb.2.6.4639.

[7]CHEN Q, ARNAO M B. Phytomelatonin: an emerging new hormone in plants[J/OL]. JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, 2022, 73(17): 5773-5778. DOI:10.1093/jxb/erac307.

[8]PIGEON W R, CARR M, GORMAN C, et al. Effects of a Tart Cherry Juice Beverage on the Sleep of Older Adults with Insomnia: A Pilot Study[J/OL]. Journal of Medicinal Food, 2010, 13(3): 579-583. DOI:10.1089/jmf.2009.0096.

[9]ZHANG Z, ZHANG X, CHEN Y, et al. Understanding the mechanism of red light-induced melatonin biosynthesis facilitates the engineering of melatonin-enriched tomatoes[J/OL]. Nature Communications, 2023, 14(1)[2025-07-15]. https://www.nature.com/articles/s41467-023-41307-5. DOI:10.1038/s41467-023-41307-5.

來源: 中國科普博覽

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