叶面喷施钛和纳米钛增强姜薄荷耐盐性及其对次生代谢产物的调控机制

本研究针对盐胁迫严重抑制药用植物生长及次生代谢的问题，通过叶面喷施不同浓度钛(Ti)和纳米钛(nano-Ti)，系统评估了姜薄荷(Mentha x gracilis)在盐胁迫下的形态生理响应。研究发现100 mg/L nano-Ti处理显著提升株高(47.01 cm)、生物量及精油产量(0.639 g/盆)，使50 mM盐胁迫下精油含量提升212%，并通过激活APX(176%)和SOD(237%)等抗氧化酶缓解氧化损伤。GC-MS分析揭示linalool、trans-caryophyllene等主要成分的动态变化，为纳米材料作为生物刺激剂增强植物耐盐性提供新策略。

　　

在全球约20%耕地受盐渍化影响的背景下，药用植物栽培面临严峻挑战。盐胁迫不仅会破坏植物细胞膜结构、抑制光合作用，更会导致具有药用价值的次生代谢产物如精油含量下降。姜薄荷(Mentha x gracilis)作为重要的药用植物，其富含的linalool、1,8-cineole等精油成分在食品和制药领域具有广泛应用，但盐胁迫会导致其生物量减少40-52%，严重制约产业化生产。如何通过绿色技术提升药用植物耐盐性，同时保障次生代谢产物品质，成为当前研究的焦点问题。

为解决这一难题，马拉盖大学园艺科学系的研究人员创新性地采用叶面喷施技术，在温室条件下系统研究了钛(Ti)及其纳米形态(nano-Ti)对盐胁迫姜薄荷的调控作用。通过设置0/50/100 mM NaCl三个盐梯度与0/50/100 mg/L nano-Ti等处理的四因素组合实验，研究人员综合运用生理生化分析（包括光合色素测定、MDA/H₂O₂含量检测）、抗氧化酶活性测定（SOD/APX/GPX）以及GC-MS精油成分分析等技术手段，首次揭示了纳米钛通过双重机制——增强抗氧化防御系统和重构次生代谢网络来提升植物耐盐性的分子生理机制。该成果发表于《BMC Plant Biology》，为纳米材料在药用植物抗逆栽培中的应用提供了重要理论依据。

关键技术方法包括：（1）采用完全随机设计进行四重复盆栽实验；（2）使用紫外分光光度法测定光合色素和氧化应激指标；（3）通过Bradford法检测可溶性蛋白；（4）运用Clevenger装置进行3小时水蒸气蒸馏提取精油；（5）采用GC-MS/GC-FID联用技术分析精油组分。

研究结果

植物形态特征：100 mM盐胁迫使株高降低72%，而100 mg/L nano-Ti处理使非胁迫组株高提升155%。盐胁迫下干重降低51%，但nano-Ti处理使其恢复65%。

光合系统响应：盐胁迫导致叶绿素a下降52%，而50 mg/L nano-Ti处理使类胡萝卜素含量在50 mM盐胁迫下提升93%，表明纳米颗粒可保护光合器官。

氧化应激调控：100 mM盐胁迫使H₂O₂和MDA含量分别增加56%和92%，而100 mg/L nano-Ti处理使APX和SOD活性最高提升176%和237%，有效清除活性氧。

渗透调节物质：100 mM盐胁迫下50 mg/L nano-Ti处理使脯氨酸含量提升151%，可溶性糖增加47%，维持细胞渗透平衡。

次生代谢产物：50 mM盐胁迫配合100 mg/L nano-Ti使精油含量达1.84%（较对照提升212%），GC-MS显示linalool占比最高达46.49%，trans-caryophyllene在盐胁迫下增加至17.99%。

讨论与意义

该研究首次阐明纳米钛通过"抗氧化防御-代谢流重分配"双途径调控机制：一方面通过激活SOD/APX/GPX抗氧化酶系统，降低MDA等氧化损伤指标；另一方面重构碳流向，促进脯氨酸等渗透调节物质积累，同时将更多光合产物导向linalool等精油成分的生物合成。特别是在50 mM中度盐胁迫下，100 mg/L nano-Ti处理实现精油产量与品质的协同提升，这一" hormesis效应"为药用植物抗逆栽培提供了新思路。

从应用角度看，研究证实叶面喷施100 mg/L nano-Ti可使盐渍条件下姜薄荷精油产量提升140%，且主要药用成分含量显著提高。这种纳米生物刺激剂技术具有成本低（TiO₂纳米颗粒市场价格约$50/kg）、操作简便（叶面喷施3次/生长季）等优势，在伊朗东部等盐渍化严重地区具有重要推广价值。未来研究可进一步解析nano-Ti与植物激素信号通路的互作机制，以及不同晶体形态（如锐钛矿型与金红石型）纳米钛的效应差异。