Regulation Mechanisms of Carbon Dots in the Development of Lettuce and Tomato

Resumo

A regulação do crescimento e dos processos de desenvolvimento vegetal por carbon dots (CDs) tem sido frequentemente relatada. No entanto, pouco se sabe sobre como os CDs estão relacionados ao rendimento e à qualidade nutricional. Neste estudo, CDs obtidos por método hidrotérmico com L-cisteína e glicose foram caracterizados sistematicamente e aplicados em alfaces e tomates em solução nutritiva hidropônica para investigar de forma abrangente o mecanismo de regulação do desenvolvimento vegetal pelos CDs. Observou-se que os CDs aceleram a germinação das sementes, promovem o alongamento das raízes e do hipocótilo das plântulas por meio da ativação da expressão de genes que codificam proteínas aquaporinas, e melhoram o rendimento e as qualidades nutricionais das plantas maduras ao promover a absorção de elementos minerais juntamente com o aumento da fotossíntese. Esses resultados fornecem uma visão sistemática dos mecanismos pelos quais os CDs regulam o desenvolvimento vegetal.

Abstract

The regulation of plant growth and developmental processes by carbon dots (CDs) has been frequently reported. However, little is known about how CDs are related to the yield and nutritional quality. In this study, carbon dots, obtained by the hydrothermal method with l-cysteine and glucose, were systematically characterized and applied to lettuces and tomatoes in a hydroponic nutrient solution to comprehensively investigate the mechanism of regulation of plant development by CDs. We found that CDs could accelerate seed germination, promote root and hypocotyl elongation of seedlings by activating the expression of genes encoding aquaporin proteins, and enhance the yield and nutritional qualities of mature plants by promoting the absorption of mineral elements together with the enhancement of photosynthesis. These results provide systematic insights into the mechanisms by which CDs regulate plant development.