TiO2 纳米颗粒与短小杆菌协同缓解大豆干旱胁迫的生理机制及增产效应研究

本研究针对干旱胁迫导致的大豆减产问题，通过联合应用TiO2 纳米颗粒(NPs)和短小杆菌(Bs)，系统评估了其对大豆生长、生理及产量的调控作用。结果表明，400 ppm TiO2 NPs与Bs联用可显著提升植株抗旱性，使种子产量增加74.39%，蛋白质含量提高11.14%，为纳米-微生物联合增效技术提供了新范式。

　　

全球气候变化加剧导致的干旱胁迫已成为制约大豆(Glycine max)生产的关键因素。作为重要的油料和蛋白作物，大豆在开花期和结荚期对水分短缺极为敏感，干旱可导致产量损失高达50%。传统灌溉策略面临水资源短缺的挑战，而单一生物或化学调控手段效果有限。在此背景下，探索纳米材料与植物益生菌的协同作用机制，开发新型抗旱技术具有重要战略意义。

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman农业大学的研究团队在《Heliyon》发表创新性研究，首次将盐耐受益生菌Brevibacterium sediminis(Bs)与二氧化钛纳米颗粒(TiO₂
NPs)联用，通过完全随机设计盆栽试验，系统评估了二者单用及联用对干旱胁迫下大豆生理生化及产量的影响。研究采用叶面喷施NPs(200/400 ppm)和种子Bs接种的处理方式，测定包括相对含水量(RWC)、光合参数、抗氧化指标等28个关键性状，结合主成分分析(PCA)揭示处理-性状互作关系。

生长参数改善
通过株高和生物量测定发现，400 ppm TiO₂
NPs+Bs处理使干旱组株高提升30.7%，总干重增加83%。值得注意的是，该组合显著促进根系发育，根干重增幅达51.35%，表明协同作用可增强水分吸收能力。

水分关系调控
400 ppm TiO₂
NPs+Bs处理使叶片RWC提高43.42%，水分饱和亏缺(WSD)降低至11.14%。气孔导度增加81%，光合速率提升17.89%，证实该组合能优化气孔行为与水分利用效率(WUE)的平衡。

光合系统保护
叶绿素测定显示，联合处理使总叶绿素含量增加55.23%，类胡萝卜素提升22.16%。透射电镜观察到该组叶绿体结构完整，印证了纳米-微生物系统对光合器官的保护作用。

氧化应激缓解
400 ppm TiO₂
NPs+Bs使丙二醛(MDA)和H₂
O₂
含量分别降低28.48%和58.53%，同时DPPH自由基清除活性提高66.63%。膜稳定性指数(MSI)提升45%，表明协同作用可有效减轻膜脂过氧化损伤。

渗透调节增强
联合处理诱导脯氨酸积累达47.89%，总糖含量增加17.46%。这种"双重渗透保护"机制为细胞提供了更完善的脱水保护网络。

产量与品质提升
成熟期考种数据显示，最优处理使单株荚数增加44.6%，百粒重提高25.46%，种子产量增幅达74.39%。凯氏定氮法测定显示种子蛋白含量显著提升11.14%，证实该策略在提质增产方面的双重优势。

该研究创新性地揭示了TiO₂
NPs与Bs的协同作用机制：纳米颗粒通过光催化效应调控ROS平衡，而益生菌则通过诱导系统抗性增强植物应激响应。这种"物理-生物"联合调控模式为发展可持续农业提供了新思路。值得注意的是，研究中400 ppm TiO₂
NPs的浓度接近植物毒性阈值，未来需优化施用方案。作者团队建议后续应开展田间试验验证大田适用性，并深入探究纳米材料-微生物-植物三者的分子对话机制。这项成果为应对气候变化下的粮食安全挑战提供了切实可行的技术方案。