A comprehensive review of impacts of diverse nanoparticles on growth, development and physiological adjustments in plants under changing environment

Resumo

A aplicação da nanotecnologia na agricultura inclui o uso de nanofertilizantes, nanopesticidas e nanoherbicidas, que melhoram a nutrição das plantas sem alterar a textura do solo e o protegem contra infecções microbianas. Assim, a nanotecnologia mantém a saúde da planta ao manter a saúde do solo. O uso de nanopartículas (NPs) na agricultura reduz a dispersão de produtos químicos e a perda de nutrientes e aumenta o rendimento e a produtividade das culturas. O efeito das NPs varia com as concentrações aplicadas, as propriedades físico-químicas e a espécie vegetal. Diversas NPs atuam na planta aumentando a produtividade de biomassa, a taxa de germinação e a sua fisiologia. As NPs também alteram os mecanismos moleculares da planta ao modificar a expressão gênica. Óxidos metálicos e não metálicos de NPs (Au, Ag, ZnO, Fe2O3, TiO2, SiO2, Al2O3, Se, nanotubos de carbono, pontos quânticos) exercem papel importante no crescimento e desenvolvimento das plantas e desempenham função essencial na atenuação de estresses. Por outro lado, outros efeitos das NPs também foram bem investigados, observando-se seu papel na supressão do crescimento e na inibição da clorofila e da eficiência fotossintética. Nesta revisão, apresentamos uma descrição dos estudos realizados para compreender os efeitos de diversos tipos de NPs, sua translocação e interação com as plantas. Também são abordadas as abordagens de fitorremediação de solos contaminados com o uso combinado de NPs para uma agricultura sustentável.

Abstract

The application of nanotechnology in agriculture includes the use of nanofertilizers, nanopesticides, and nanoherbicides that enhance plant nutrition without disturbing the soil texture and protect it against microbial infections. Thus, nanotechnology maintains the plant’s health by maintaining its soil health. The use of nanoparticles (NPs) in agriculture reduces the chemical spread and nutrient loss and boosts crop yield and productivity. Effect of NPs varies with their applied concentrations, physiochemical properties, and plant species. Various NPs have an impact on the plant to increase biomass productivity, germination rate and their physiology. Also, NPs change the plant molecular mechanisms by altering gene expression. Metal and non-metal oxides of NPs (Au, Ag, ZnO, Fe2O3, TiO2, SiO2, Al2O3, Se, carbon nanotubes, quantum dots) exert an important role in plant growth and development and perform an essential role in stress amelioration. On the other hand, other effects of NPs have also been well investigated by observing their role in growth suppression and inhibition of chlorophyll and photosynthetic efficiency. In this review, we addressed a description of studies that have been made to understand the effects of various kind of NPs, their translocation and interaction with the plants. Also, the phytoremediation approaches of contaminated soil with combined use of NPs for sustainable agriculture is covered.