纳米TiO2 与盐生益生菌Brevibacterium sediminis协同增强大豆抗旱性及产量蛋白合成的机制研究

本研究针对干旱胁迫导致大豆减产的核心问题，创新性地联合应用二氧化钛纳米颗粒(TiO2 NPs)和盐生益生菌Brevibacterium sediminis(Bs)，系统评估了其对大豆抗旱性及产量品质的影响。结果表明400 ppm TiO2 NPs与Bs联用可显著提升大豆株高(30.7%)、种子产量(74.4%)和蛋白质含量(11.1%)，同时降低氧化损伤标志物MDA(28.5%)和H2 O2 (58%)，为农业纳米生物技术应用提供了新范式。

　　

全球气候变化加剧导致的干旱胁迫已成为威胁大豆生产的首要环境因素。作为重要的粮油兼用作物，大豆在开花结荚期对水分缺失极为敏感，可造成高达50%的产量损失。传统灌溉策略虽能缓解干旱影响，但面临水资源短缺和成本高昂的困境。与此同时，大豆种子富含40%蛋白质和20%油脂的营养特性，使其在保障粮食安全中具有不可替代的地位。如何通过绿色技术提升大豆抗旱性，成为农业可持续发展亟待解决的重大课题。

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman农业大学的科研团队在《Heliyon》发表创新研究，首次将光催化纳米材料TiO₂
NPs与耐盐益生菌Brevibacterium sediminis(Bs)相结合，系统探究了二者单用及联用对干旱胁迫下大豆生理生化及产量品质的调控效应。研究采用双因素实验设计，设置80%和40%田间持水量(FC)两种水分处理，结合6种生物纳米处理方案，通过测定28项生长生理指标，揭示了纳米-微生物协同增效的作用机制。

关键技术方法包括：(1)采用完全随机设计(CRD)的盆栽实验体系；(2)叶面喷施200/400 ppm TiO₂
NPs溶液；(3)Bs菌液种子 priming处理；(4)Li-COR 6400光合仪测定气体交换参数；(5)紫外分光光度法检测MDA、H₂
O₂
等氧化应激标志物；(6)凯氏定氮法测定种子蛋白含量。

生长参数改善
研究发现400 ppm TiO₂
NPs+Bs处理使干旱条件下大豆株高、叶片干重和总干物质分别提升30.7%、98.4%和83.0%。值得注意的是，单独Bs处理虽促进根系发育(根干重增加51.4%)，但抑制地上部生长，暗示微生物可能优先引导资源向胁迫防御分配。

水分关系优化
联合处理使叶片相对含水量(RWC)较干旱对照提高43.4%，水饱和亏缺(WSD)降低71%。主成分分析(PCA)显示该处理与Dim1(65.9%方差)正相关，紧密关联于气孔导度(提升81%)和蒸腾速率(增加27%)等水分利用效率关键指标。

光合系统保护
叶绿素a、b和总叶绿素含量在联合处理下分别增加60.1%、43.6%和55.2%。研究首次发现TiO₂
NPs能显著缓解干旱导致的胞间CO₂
浓度升高现象，表明其可能通过维持卡尔文循环酶活性来保护光合机构。

氧化应激调控
联合处理使膜稳定性指数(MSI)提升45%，同时显著降低MDA(28.5%)和H₂
O₂
(58%)含量。DPPH自由基清除活性增加66.6%，与类黄酮(20.5%)和类胡萝卜素(22.2%)含量上升共同构成抗氧化防御网络。

产量品质提升
400 ppm TiO₂
NPs+Bs处理使单株荚数、粒数和百粒重分别增加44.6%、30.3%和25.5%，最终产量提高74.4%。种子蛋白含量在干旱条件下逆势增长11.1%，突破性解决了干旱通常导致品质下降的产业难题。

该研究揭示了纳米材料与益生菌协同作用的"三重防护"机制：(1)TiO₂
NPs通过光催化效应清除ROS；(2)Bs分泌的胞外多糖(EPS)形成物理保水屏障；(3)二者共同激活渗透调节物质(脯氨酸47.9%、总糖17.5%)的生物合成。研究创新点在于首次将源于水稻根际的耐盐菌株Bs与纳米TiO₂
结合应用，为解决作物抗旱问题提供了可操作性强的技术方案。尽管未明确分子通路，但作者建议后续研究应聚焦ABA(脱落酸)信号转导和抗氧化酶基因表达调控等分子机制。值得注意的是，TiO₂
NPs的田间安全性和成本效益仍需评估，这将是该技术能否产业化的关键考量。