Effect of Foliar Treatment with Aqueous Dispersions of Silver Nanoparticles on Legume-Rhizobium Symbiosis and Yield of Soybean (Glycine max L. Merr.)

Resumo

O interesse pelo uso de prata como componente de produtos de proteção de plantas e reguladores de crescimento surgiu relativamente recentemente com o desenvolvimento de métodos para a estabilização eficaz de sistemas coloidais contendo nanopartículas deste metal. No presente trabalho, estudamos o efeito de tratamentos foliares com dispersões aquosas de nanopartículas de prata estabilizadas por poliexametileno biguanida cloridrato com um diâmetro médio de 6 ± 1 nm e um potencial zeta de +47,4 ± 1,3 mV na simbiose rhizobium-leguminosa, que determina em grande parte a eficiência da assimilação de nitrogênio do solo e o rendimento da soja (Glycine max L. Merr.). Com base nos resultados de um experimento de campo de dois anos, foi demonstrado que tratamentos com baixas doses de nanopartículas de prata levam a um aumento significativo no número de nódulos radiculares e a um aumento na produtividade da soja. A eficácia biológica observada das dispersões de nanopartículas de prata é explicada por um aumento na atividade enzimática das peroxidases e oxidases de polifenóis na parte terrestre das plantas. É muito provável que o tratamento com nanopartículas de prata e o aumento da atividade da peroxidase nas partes não infectadas da planta levem a uma prevenção mais eficaz da penetração de rizobactérias nos órgãos aéreos da soja, o que, por sua vez, pode ser a razão para a diminuição observada na atividade da peroxidase e da polifenol oxidase nas partes das raízes da planta suscetíveis a rizóbios. O último, como é sabido, contribui para um fluxo mais fácil do processo de nodulação e para o desenvolvimento da simbiose rhizobium-leguminosa.

Abstract

Interest in the use of silver as a component of plant protection products and growth regulators appeared relatively recently with the development of methods for the effective stabilization of colloidal systems containing nanoparticles of this metal. In the present work, we studied the effect of foliar treatments with aqueous dispersions of silver nanoparticles stabilized by polyhexamethylene biguanide hydrochloride with an average diameter of 6 ± 1 nm and a zeta-potential of +47.4 ± 1.3 mV on legume-Rhizobium symbiosis, which largely determines the efficiency of soil nitrogen assimilation and the yield of soybean (Glycine max L. Merr.). Based on the results of a two-year field experiment, it was shown that treatments with low doses of silver nanoparticles lead to a significant increase in the number of root nodules and an increase in soybean yield. The observed biological effectiveness of silver nanoparticles dispersions is explained by an increase in the enzymatic activity of peroxidases and polyphenol oxidases in the terrestrial part of plants. It is very likely that the treatment with silver nanoparticles and the increase in peroxidase activity in non-infected parts of the plant lead to a more effective prevention of the penetration of rhizobacteria into the aboveground soybean organs, which, in turn, may be the reason for the observed decrease in the activity of peroxidase and polyphenol oxidase in parts of plant roots susceptible to rhizobia. The latter, as is known, contributes to an easier flow of the nodulation process and the development of legume–Rhizobium symbiosis.