Ameliorating Seed Germination and Seedling Growth of Nano-Primed Wheat and Flax Seeds Using Seven Biogenic Metal-Based Nanoparticles

Resumo

Recentemente, a agricultura em larga escala levou ao aumento da produção agrícola. Para aumentar a produtividade agrícola em sistemas de cultivo em larga escala, foram feitas tentativas para fazer nanofertilizantes e entregá-los às culturas por extensão da nanotecnologia. Portanto, nanofertilizantes podem ser definidos como nanopartículas que podem auxiliar diretamente no fornecimento de nutrientes essenciais para a produtividade das culturas. A germinação de sementes é o primeiro e mais suscetível estágio nas fases de crescimento da planta, portanto, pode ser considerada um índice para avaliar o efeito de materiais recém-desenvolvidos, como nanopartículas (NPs), fornecendo informações úteis para pesquisadores. Em nossos experimentos, testes de germinação foram realizados em placas de Petri contendo papel de filtro úmido e sementes nano-primeradas. Tínhamos biossintetizado sete nanopartículas em nossos estudos anteriores, incluindo nanopartículas de óxido de zinco calcinadas e não calcinadas, zinco, óxido de magnésio, prata, cobre e ferro. O efeito dessas nanopartículas biogênicas e seus sais metálicos correspondentes, incluindo acetato de zinco, sulfato de magnésio, nitrato de prata, sulfato de cobre e cloreto de ferro (III), foi estudado em duas plantas cultivadas popularmente, trigo e linho, em condições de laboratório para obter informações preliminares para futuros experimentos de campo. A porcentagem de germinação, comprimento do broto, comprimento da raiz, comprimento das mudas, razão raiz-broto, índice de vigor da muda (SVI), índice de tolerância ao estresse do comprimento do broto (SLSI) e índice de tolerância ao estresse do comprimento da raiz (RLSI) foram calculados no segundo e sétimo dias do experimento. De acordo com os resultados, a resposta das plantas às nanopartículas contendo metal e aos sais metálicos depende principalmente do tipo de metal, espécie da planta, concentração da suspensão de NP ou solução salina, condição de exposição e estágio de crescimento.

Abstract

Recently, large-scale agriculture has led to increasing crop production. To increase crop productivity in large-scale cropping systems, attempts have been made to make nano-fertilizers and deliver them to the crops by extension of nanotechnology. Hence, nano-fertilizers might be defined as nanoparticles that may directly assist in supplying essential nutrients for crop productivity. Seed germination is the first and the most susceptible stage in the plant’s growing phases, so could be considered as an index to evaluate the effect of newly developed materials such as nanoparticles (NPs), providing useful information for researchers. In our experiments, germination tests have been carried out in Petri dishes containing wet filter paper and nano-primed seeds. We had biosynthesized seven nanoparticles in our previous studies including calcinated and non-calcinated zinc oxide, zinc, magnesium oxide, silver, copper, and iron nanoparticles. The effect of these biogenic nanoparticles and their counterpart metallic salts including zinc acetate, magnesium sulfate, silver nitrate, copper sulfate, and iron (III) chloride was studied on two popularly grown plants, wheat and flax, in laboratory conditions to obtain preliminary information for future field experiments. Germination percentage, shoot length, root length, seedlings length, root–shoot ratio, seedling vigor index (SVI), shoot length stress tolerance index (SLSI), and root length stress tolerance index (RLSI) were calculated on the second and seventh days of the experiment. According to the results, the response of the plants to metal containing nanoparticles and metal salts mainly depend on the type of the metal, plant species, concentration of the NP suspension or salt solution, condition of the exposure, and the stage of growth.