Functions and strategies for enhancing zinc availability in plants for sustainable agriculture

Resumo

O zinco (Zn), considerado um micronutriente crucial para as plantas, é considerado um micronutriente vital para as plantas. O Zn tem um papel significativo na bioquímica e no metabolismo das plantas devido à sua importância e toxicidade para sistemas biológicos em concentrações específicas de Zn, ou seja, insuficiente ou acima da faixa ótima é prejudicial. Ele contribui para várias atividades celulares e fisiológicas das plantas e promove o crescimento, desenvolvimento e rendimento das plantas. O Zn é um importante componente estrutural, enzimático e regulador de muitas proteínas e enzimas. Consequentemente, é essencial compreender a interação e a química do Zn no solo, sua absorção, transporte e a resposta das plantas à deficiência de Zn, bem como desenvolver estratégias sustentáveis para a deficiência de Zn nas plantas. A deficiência de Zn parece ser um problema generalizado e prevalente em culturas em todo o mundo, resultando em perdas severas de produção que comprometem a qualidade nutricional. Considerando isso, aumentar a eficiência do uso de Zn é a estratégia mais eficaz, o que implica melhorar a arquitetura do sistema radicular, a absorção de complexos de Zn por ácidos orgânicos e os mecanismos de absorção e translocação de Zn nas plantas. Aqui, fornecemos uma visão geral de várias técnicas biotecnológicas para melhorar a eficiência de utilização do Zn e garantir a qualidade da cultura. À luz do estado atual, um esforço foi feito para analisar mais detalhadamente a absorção, transporte, assimilação, função, deficiência e sintomas de toxicidade causados pelo Zn nas plantas. Como resultado, descrevemos as informações potenciais sobre diversas soluções, como alteração da estrutura radicular, o uso de bioestimuladores e nanomateriais, que podem ser usados de forma eficiente para a absorção de Zn, garantindo assim a agricultura sustentável.

Abstract

Zinc (Zn), which is regarded as a crucial micronutrient for plants, and is considered to be a vital micronutrient for plants. Zn has a significant role in the biochemistry and metabolism of plants owing to its significance and toxicity for biological systems at specific Zn concentrations, i.e., insufficient or harmful above the optimal range. It contributes to several cellular and physiological activities of plants and promotes plant growth, development, and yield. Zn is an important structural, enzymatic, and regulatory component of many proteins and enzymes. Consequently, it is essential to understand the interplay and chemistry of Zn in soil, its absorption, transport, and the response of plants to Zn deficiency, as well as to develop sustainable strategies for Zn deficiency in plants. Zn deficiency appears to be a widespread and prevalent issue in crops across the world, resulting in severe production losses that compromise nutritional quality. Considering this, enhancing Zn usage efficiency is the most effective strategy, which entails improving the architecture of the root system, absorption of Zn complexes by organic acids, and Zn uptake and translocation mechanisms in plants. Here, we provide an overview of various biotechnological techniques to improve Zn utilization efficiency and ensure the quality of crop. In light of the current status, an effort has been made to further dissect the absorption, transport, assimilation, function, deficiency, and toxicity symptoms caused by Zn in plants. As a result, we have described the potential information on diverse solutions, such as root structure alteration, the use of biostimulators, and nanomaterials, that may be used efficiently for Zn uptake, thereby assuring sustainable agriculture.