Advances in Plant-Based Nanoparticles: From Biosynthesis to Abiotic Stress Resilience in Crops

Resumo

O estresse abiótico, é o impacto desfavorável de materiais não vivos em organismos vivos, em um ambiente particular. Os principais desafios globais incluem possíveis pressões, ou seja, salinidade, seca, temperaturas altas ou baixas, metais pesados e outros limites ecológicos. As plantas são mais propensas ao estresse abiótico à medida que o clima muda globalmente. As plantas reagem a esses desafios ativando vários sistemas complexos que modificam os cursos bioquímicos e morfo-fisiológicos nelas. Portanto, para criar sistemas agrícolas sustentáveis para a produção de culturas, e para combater os impactos prejudiciais das restrições ambientais abióticas, se necessita do desenvolvimento tecnológico das nanopartículas (NPs). As várias NPs usadas para tratar plantas para superar desafios ambientais incluem TiO2, Zn, ZnO, Ce, Co, Cu, Se, Ag, Si, Au, SiO2, FeO, Fe2O3, CaCO3, Mg, MgO, Mn, etc. Estas prometem impulsionar a produtividade das culturas, aumentando os mecanismos de tolerância ao estresse abiótico nas culturas. O aprimoramento do crescimento radicular, a ativação de aquaporinas, a alteração do metabolismo da água intracelular, o equilíbrio iônico e o acúmulo de solutos, foram os processos primários através dos quais as NPs reduziram o estresse osmótico devido à escassez de água. Como nanofertilizantes, as NPs têm atraído considerável interesse, por terem uma elevada razão de área superficial para volume, serem ecológicas, baratas, terem características físico-químicas distintivas e produção vegetal aprimorada. Numerosas pesquisas especificaram a função prospectiva das NPs no controle do estresse abiótico. Esta revisão destacou a síntese verde, a caracterização das NPs e sua função na mitigação de estresses abióticos e na promoção do desenvolvimento para construir uma abordagem lucrativa e ecológica para a futura sustentabilidade da agricultura.

Abstract

Abiotic stress is the unfavorable impact of nonliving materials on living organisms in a particular environment. Major global challenges include possible pressures i.e. salinity, drought, high or low temperatures, heavy metals and other ecological limits. Plants are more prone to abiotic stress as the climate changes globally. The plants react to these challenges by activating several complex systems that modify the biochemical and morpho-physiological courses in them. Therefore, to create sustainable agricultural systems for crop production, technological progress of nanoparticles (NPs) necessitates the development to combat the harmful impacts of abiotic environmental restrictions. The various NPs used to treat plants to overcome environmental challenges include TiO2, Zn, ZnO, Ce, Co, Cu, Se, Ag, Si, Au, SiO2, FeO, Fe2O3, CaCO3, Mg, MgO, Mn, etc. These promise to boost crop productivity by enhancing abiotic stress tolerance mechanisms in crops. Enhancement of root growth, aquaporins activation, altered intra-cellular water metabolism, ionic equilibrium and accumulation of solutes were the primary processes through which NPs reduced osmotic stress due to water scarcity. As nano-fertilizers, NPs have attracted considerable interest hiving elevated ratio of surface area to volume, eco-friendliness, inexpensive, distinctive physicochemical characteristics and enhanced plant production. Numerous investigations had specified the prospective function of NPs in the control of abiotic stress. This review highlighted green synthesis, characterization of NPs and their function in mitigating abiotic stresses and promoting development to build a lucrative and environment-friendly approach to future sustainability of agriculture.