Co application of biofertilizer and zinc oxide nanoparticles upregulate protective mechanism culminating improved arsenic resistance in maize
- M. A. Khan
- H. Yasmin
- Z. A. Shah
- J. Rinklebe
- M. N. Alyemeni
- P. Ahmad
Resumo
Durante este estudo, foi investigado o potencial de biorremediação de nanopartículas de óxido de zinco (NPs-ZnO) e biofertilizante (BF) misturado com BPCP em plantas de milho sob estresse induzido por arsênio (As) de 50 ppm e 100 ppm. As plantas tratadas mostraram aumento da resistência ao As para mitigar os efeitos adversos do estresse, aumentando a biomassa fresca e seca, o teor relativo de água, o teor de proteína, açúcares solúveis, prolina, e os mecanismos de defesa antioxidante enzimática, incluindo as atividades de catalase (CAT), peroxidase (POD), ascorbato peroxidase (APX), superóxido dismutase (SOD) e o conteúdo de malondialdeído (MDA). No experimento em vaso, os parâmetros estudados mostraram que os tratamentos integrados de NPs-ZnO e BF causam um aumento notável no teor relativo de água (43%–50%) e na biomassa das plantas. Além disso, o mesmo tratamento mostrou uma regulação positiva acentuada na atividade das enzimas (APX, SOD, APX e CAT) que oxidaram as EROS danosas às células, produzidas em resposta ao estresse por As. Da mesma forma, o tratamento combinado mostrou uma redução máxima no conteúdo de MDA (46%–57%) e no extravasamento de eletrólitos em plantas tratadas com As em comparação com as plantas estressadas. Por outro lado, o açúcar solúvel total (114%–170%) e o teor de proteína total (117%–241%) aumentaram. A análise de MEV revelou uma redução acentuada dos danos nas células tratadas causados pela toxicidade do arsênio. Assim, o uso de BF composto por rizobactérias juntamente com NPs-ZnO pode ser uma fonte biológica muito eficaz para melhorar o crescimento de plantas de milho sob estresse por As. No estudo in silico, a rede de proteínas mediada por As mostrou regulação positiva e negativa da atividade do As que leva à geração de estresse para o genoma de manutenção.
Abstract
During this study, the bioremediation potential of zinc-oxide nanoparticles (ZnO-NPs) and PGPR mixed biofertilizer (BF) on maize plants under induced arsenic (As) stress of 50 ppm and 100 ppm was investigated. The treated plants showed increased As resistance to mitigate the adverse effects of stress by enhancing fresh and dry biomass, relative water content, protein content, soluble sugars, proline content, enzymatic antioxidant defense mechanisms including activities of catalase (CAT), peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX), superoxide dismutase (SOD), and malondialdehyde (MDA) content. In the pot experiment, the parameters studied have shown that the integrated treatments of ZnO-NPs and BF cause a notable enhancement in relative water content 43%–50% and plant biomass. Moreover, the same treatment showed a marked upregulation in enzymes activity (APX, SOD, APX, and CAT) which oxidized the cell-damaging ROS, produced in response to As stress. Likewise, the combined treatment showed a maximum reduction in MDA content 46%–57% and electrolyte leakage in As treated plants as compared to stressed plants. On the other hand, total soluble sugar 114%–170% and total protein content 117%–241% escalated. SEM analysis revealed marked damage reduction in the treated cells caused by arsenic toxicity. Thus, the use of BF comprised of rhizobacteria along with ZnO-NPs could be a very effective bio source for improving maize plant growth under As stress. In in silico study, As mediated network of proteins showed positive and negative regulation of As activity that leads to stress generation for housekeeping genome.
