A comprehensive review on mitigating abiotic stresses in plants by metallic nanomaterials: prospects and concerns

Resumo

A nanotecnologia parece ter potencial para melhorar o rendimento das colheitas e ajudar a cumprir o Objetivo 2 das Nações Unidas para 2030: Fome Zero. A literatura está atualizada com numerosos relatos sobre a aplicação de várias nanopartículas (NPs) metálicas, não metálicas e outras que foram administradas a várias espécies de culturas na última década com resultados frutíferos. A aplicação de NPs foi recentemente considerada uma opção viável para aliviar os efeitos adversos dos estresses abióticos na produção agrícola. Normalmente, as condições de estresse abiótico incluem salinidade, radiação, inundações, calor, metais pesados e seca. Ao influenciar o estado fisiológico das plantas em diferentes níveis de sua organização, a aplicação das NPs tem mostrado resultados promissores na mitigação dos efeitos negativos dos estresses abióticos. Em contraste, muitos relatórios enfatizam os efeitos tóxicos das NPs nas plantas, especialmente em concentrações mais elevadas. Portanto, é necessária pesquisa adequada para compreender os efeitos de diferentes concentrações de NPs antes que a nanotecnologia possa ser utilizada com sucesso em sistemas agrícolas comerciais. Simultaneamente, é igualmente importante promulgar os regulamentos legais associados ao uso, descarte e estudos de toxicidade judiciais e seguros de NPs, bem como à aprovação e liberação dos nanoprodutos. Na presente revisão, nos detivemos nos aspectos mencionados acima relacionados à aplicação de NPs, além de resumir um relato atualizado do status da mitigação mediada por NPs dos principais estresses abióticos nas culturas.

Abstract

Nanotechnology seems to have the potential to improve crop yields and help to meet the United Nations 2030 Goal 2: Zero Hunger. The literature is abreast with numerous reports on the application of various metallic, non-metallic, and other nanoparticles (NPs) that have been administered to various crop species over the last decade with fruitful results. The application of NPs has recently been considered as a viable option to alleviate the adverse effects of abiotic stresses on agricultural production. Typically, abiotic stress conditions include salinity, radiation, floods, heat, heavy metals, and drought. By influencing the physiological state of plants at different levels of their organization, NPs’ application has shown promising results in mitigating the negative effects of abiotic stresses. In contrast, many reports emphasize upon the toxic effects of NPs on plants, especially at higher concentrations. Therefore, adequate research is required to understand the effects of different concentrations of NPs before nanotechnology can be successfully used in commercial agricultural systems. Simultaneously, it is equally important to promulgate the statutory regulations associated with the judicial and safe use, disposal, and toxicity studies of NPs as well as approval and release of the nano-products. In the present review, we have dwelled upon the forementioned aspects related to NPs application besides summarizing an updated account of the status of NPs-mediated mitigation of major abiotic stresses in crops.