IJBM | 壳聚糖载茉莉酸甲酯显著提升茶树抗旱能力

研究背景

全球气候变化加剧导致干旱胁迫成为制约茶树生长和茶叶品质的重要环境因素。作为重要的经济作物，茶树对水分条件高度敏感，长期干旱不仅导致叶片萎蔫、光合效率下降，还会影响次生代谢产物积累，造成儿茶素、氨基酸等风味物质含量降低。传统外源植物激素茉莉酸甲酯（MJ）虽能增强植物抗旱性，但其挥发性强、使用浓度高的问题限制了田间应用。该研究创新性地将壳聚糖纳米颗粒（CNPs）作为递送载体，开发出茉莉酸甲酯纳米复合物（MJ-CNPs），针对抗旱性差的茶树品种"中茶108"开展系统研究。此方案通过纳米技术解决了植物激素稳定性和利用率问题，同时整合生理生化、代谢组学和分子生物学多维度分析手段，首次揭示了纳米载体递送植物激素在茶树抗旱中的协同作用机制。

研究结果

生理指标改善方面，该研究证实干旱胁迫导致叶片相对含水量（RWC）从71.6%骤降至40.7%，光合色素总量降低92.7%。经低浓度MJ-CNPs（LMJ-CNPs）处理后，RWC恢复至64.3%，叶绿素a含量提升47.8%，类胡萝卜素增加23.5%。值得注意的是，可溶性糖含量在胁迫下异常升高74 mg/g的现象得到有效调控，表明纳米处理可优化渗透调节系统，恢复植物正常代谢节律。

抗氧化系统激活是该研究的核心发现。通过DPPH、FRAP等四种评价体系证实，MJ-CNPs处理使铁离子还原能力（FRAP值）提升56.6%，超氧阴离子清除率提高至72%。特别在儿茶素组分中，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）含量从干旱组的13.4 mg/g恢复至17.6 mg/g，揭示纳米载体不仅能递送外源激素，还可通过维持黄酮类化合物含量增强内源抗氧化防御。

代谢调控层面，研究首次发现干旱胁迫下总氨基酸含量异常升高至82.7 mg/g，其中脯氨酸含量激增11.5倍，而谷氨酰胺等关键风味氨基酸显著下降。经HMJ-CNPs处理后，总氨基酸含量优化至64.3 mg/g，茶氨酸维持10.55 mg/g的正常水平，说明纳米处理在维持渗透保护的同时，有效保护了茶叶品质形成的关键代谢通路。

分子机制解析方面，该研究突破性地揭示了ABA-JA信号通路的协同调控网络。定量PCR结果显示，干旱胁迫下ABA合成关键基因CsNCED4表达上调1.5倍，茉莉酸信号抑制因子CsJAZ3表达量增加2.4倍。经LMJ-CNPs处理后，ABA受体基因CsPYL8表达量提升2倍，同时MYC2转录因子家族成员表达显著激活，证实纳米载体通过双重调控激素信号增强抗旱相关基因表达。特别在抗氧化相关基因方面，过氧化物酶基因CsPOX表达量提升6倍，热激蛋白CsHSP上调27.4倍，从分子层面解释了处理组抗氧化能力显著增强的内在机制。

技术应用价值层面，该研究建立的离子交联法制备工艺实现MJ包封率95.08%，载药量达48.7%。电镜分析显示130-225 nm的纳米颗粒可有效穿透植物角质层，缓释特性解决传统叶面喷施易挥发的技术瓶颈。通过田间表型、生理生化到分子网络的多尺度验证，为纳米载体在茶树逆境管理中的应用提供了完整技术范式，对发展精准农业和应对气候变化具有重要实践价值。

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