Новости

Mar 09, 2024

Фе

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 11040 (2023) Цитировать эту статью 515 Доступов 2 Подробности об альтметрических метриках Было проведено исследование для оценки эффекта графеновых квантовых точек.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11040 (2023) Цитировать эту статью

515 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Было проведено исследование для оценки влияния графеновых квантовых точек (GQD) и их нанокомпозитов на прорастание, рост, биохимические, гистологические и активность основных антиоксидантных ферментов, детоксицирующих АФК, участвующих в устойчивости пшеницы к засоленному стрессу. Саженцы выращивали на песке, не содержащем питательных веществ, и обрабатывающие растворы применялись посредством грунтовки твердой матрицей и опрыскивания листьев. Контрольные сеянцы в условиях засолевого стресса демонстрировали снижение фотосинтетического пигмента, содержания сахара, роста, повышенную утечку электролитов и перекисное окисление липидов, тогда как сеянцы, обработанные GQD (FM_GQD), обработанные нанокомпозитами железа и марганца, были хорошо адаптированы и работали лучше по сравнению с контролем. Было отмечено увеличение ферментативных антиоксидантов, таких как каталаза, пероксидаза, глутатионредуктаза и НАДФН-оксидаза, на 40,5, 103,2, 130,19 и 141,23% соответственно при применении FM_GQD. Гистологические данные подтвердили меньшую степень перекисного окисления липидов и сохранение целостности плазматической мембраны за счет накопления осмолитов и окислительно-восстановительного гомеостаза. Все эти интерактивные явления приводят к увеличению роста рассады пшеницы на 28,06% благодаря применению FM_GQD. Эти результаты подчеркивают, что такие микроэлементы, как железо и марганец, легированные GQD, могут быть многообещающими наноудобрениями для роста растений, и эта статья будет служить справочным материалом, поскольку это самый первый отчет о мелиоративной роли GQD в смягчении солевого стресса.

В течение своей жизни растения сталкиваются с множеством экологических аномалий. Ряд защитных механизмов, включая биохимические, молекулярные и физиологические процессы, играют синхронную роль в противодействии и адаптации к соответствующему абиотическому и биотическому стрессу1. Среди основных зерновых культур пшеница (Triticum aestivum) занимает важное место в обеспечении продовольственной и пищевой безопасности. В странах Юго-Восточной Азии, таких как Индия, Пакистан, Непал и Бангладеш, пшеница является второй основной сельскохозяйственной культурой после риса. Однако быстро растущая засоленность почвы и воды создает серьезную угрозу урожайности пшеницы во всем мире2. По прогнозам, 20% обрабатываемых земель в мире находятся под угрозой солевого стресса3. В то время как в Индии площадь составляет около 6,727 млн ​​га, что составляет примерно 2,1% от общей географической площади страны4. Среди различных полевых культур пшеница, как правило, более восприимчива к засолению, что отрицательно влияет на рост и развитие растений пшеницы, приводя к снижению урожайности и качества зерна или даже к полному неурожаю в условиях экстремального засоления2.

Считается, что наноматериалы являются потенциалом для борьбы с возникшими проблемами в сельскохозяйственном секторе. В последние десятилетия было обнаружено большое количество наноматериалов, которые можно использовать для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, борьбы с болезнями и вредителями, повышения эффективности удобрений и пестицидов, мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур и, что наиболее важно, для управления экологическим стрессом5,6. Различные исследования также выявили защитную роль наночастиц в смягчении биотического стресса, особенно в смягчении солевого стресса7,8,9. Как член категории углеродных наноматериалов, графеновые квантовые точки (которые представляют собой небольшие кусочки двумерного графена размером менее 100 нм) стали восходящей звездой в этом классе благодаря их значительной биосовместимости и таким особенностям, как оптические и флуоресцентные свойства и собственная способность фотолюминесценции10. В дополнение к этому, сообщалось, что наночастицы на основе углерода смягчают неблагоприятные последствия, вызванные засолением и связанными с ним абиотическими стрессами11. Некоторые недавние исследования показали, что GQD обладает сравнительно меньшей токсичностью или вообще не токсичен для биологических материалов, имеет достаточную биосовместимость и легко функционализируется с другими биомолекулами и химическими соединениями12,13,14,15. Кроме того, высокая гидрофильность и значительная проницаемость для клеток этого типа материалов делают их пригодными для применения на водной основе в биологических системах16,17. ГКТ имеют плоскосопряженную структуру с одним атомным слоем, большую площадь поверхности и кислородсодержащую группу, которая обеспечивает активный сайт связывания для загрузки и/или переноса лекарственного средства и других типов молекул10. Уже сообщалось о легировании GQD специфическими молекулами, гетероатомами, наноматериалами, нитями ДНК и ферментами18. Гетероатомы, легированные внутрь наноматериалов на основе углерода, таких как GQD, могут эффективно регулировать их фундаментальные свойства, включая поверхностные и локальные химические характеристики19,20. Например, графен, легированный азотом, может эффективно модулировать ширину запрещенной зоны молекулы-хозяина (GQD), придавая ему новые свойства21. Многие исследователи также сообщили о способности наночастиц, таких как серебро, оксид титана, оксид цинка и углеродные нанотрубки, способствовать прорастанию и росту проростков пшеницы22,23. В связи с этим мы предположили, что GQD в сочетании с незаменимыми микроэлементами, такими как железо и марганец, будет действовать как эффективное средство, облегчающее рост растений, смягчая неблагоприятные последствия, вызванные солевым стрессом.