Carbon Nanomaterials in Agriculture: A Critical Review

Resumo

Há um crescente interesse na utilização de nanomateriais de carbono (CNMs) na agricultura. No entanto, a literatura existente revela efeitos mistos da exposição aos CNMs em plantas, variando de aumento na produtividade agrícola até citotoxicidade aguda e alterações genéticas. Esses resultados inconsistentes, somados às limitações tecnológicas atuais para detecção in situ dos CNMs, representam obstáculos significativos para seu uso em larga escala na agricultura. Este artigo tem como objetivo avaliar criticamente a literatura atual, incluindo estudos com efeitos positivos e negativos de diferentes CNMs (como nanotubos de carbono, fulerenos, nanopartículas de carbono e nano-chifres) sobre plantas terrestres e microrganismos do solo. Também são discutidos os efeitos dos CNMs na absorção de diversos co-contaminantes. Por fim, os autores destacam lacunas críticas de conhecimento, como a necessidade de mais investigações em solo sob condições ambientalmente relevantes, além de esforços para compreender melhor os mecanismos subjacentes das interações entre CNMs e plantas.

Abstract

There has been great interest in the use of carbon nano-materials (CNMs) in agriculture. However, the existing literature reveals mixed effects from CNM exposure on plants, ranging from enhanced crop yield to acute cytotoxicity and genetic alteration. These seemingly inconsistent research-outcomes, taken with the current technological limitations for in situ CNM detection, present significant hurdles to the wide scale use of CNMs in agriculture. The objective of this review is to evaluate the current literature, including studies with both positive and negative effects of different CNMs (e.g., carbon nano-tubes, fullerenes, carbon nanoparticles, and carbon nano-horns, among others) on terrestrial plants and associated soil-dwelling microbes. The effects of CNMs on the uptake of various co-contaminants will also be discussed. Last, we highlight critical knowledge gaps, including the need for more soil-based investigations under environmentally relevant conditions. In addition, efforts need to be focused on better understanding of the underlying mechanism of CNM-plant interactions.