Comparative effects of copper nanoparticles and copper oxide nanoparticles on physiological characteristics and mineral element accumulation in Brassica chinensis L

Resumo

Neste estudo, a toxicidade de curto prazo de NPs de Cu, NPs de CuO e CuSO4 em acelga chinesa (Brassica chinensis L.) sob condições hidropônicas foi avaliada usando indicadores como biomassa, taxa líquida de fotossíntese, morfologia radicular, atividade enzimática e acúmulo Cu e distribuição subcelular. Os resultados mostraram que a exposição aos NPs de CuO aumentou notavelmente a biomassa, o comprimento da raiz e o número de pontas da raiz em 22,0%, 22,7% e 82,9%, respectivamente, enquanto os NPs de Cu e CuSO4 reduziram significativamente a biomassa da raiz, a taxa fotossintética líquida (PN) e a raiz. comprimento em 31,2% e 44,2%, 24,5% e 32,2% e 43,4% e 40,6%, respectivamente. Além disso, a exposição a NPs de Cu, NPs de CuO e CuSO4 aumentou a distribuição de Cu no componente solúvel e na parede celular. Além disso, a exposição de curto prazo a diferentes formas de Cu afetou significativamente o acúmulo de elementos minerais na acelga chinesa. Por exemplo, a exposição às NPs de Cu reduziu as concentrações de Mg, Ca e Mn na parte comestível em 21,7%, 16,1% e 23,2%, respectivamente. A exposição ao CuSO4 reduziu as concentrações de Mg e Ca na parte comestível em 12,3% e 50,1%, respectivamente. As NPs de CuO causaram aumento significativo de 30,4% na concentração de Ca na raiz, 34,5% e 34,5% na concentração de K e Mn na parte comestível. Acima de tudo, a exposição aos NPs de CuO foi benéfica para o crescimento das plantas. Essas descobertas ajudam a compreender o efeito fitotóxico de diferentes formas de Cu na acelga chinesa, e os NPs de CuO têm potencial para serem aplicados para melhorar a nutrição e estimular o crescimento em plantas comestíveis.
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Abstract

In this study, the short–term toxicity of Cu NPs, CuO NPs, and CuSO₄ on bok choy (Brassica chinensis L.) under hydroponic conditions was evaluated using indicators such as biomass, net photosynthesis rate, root morphology, enzyme activity, and Cu accumulation and subcellular distribution. Results showed that CuO NPs exposure notably increased the biomass, root length, and root tip number by 22.0%, 22.7%, and 82.9%, respectively, whereas Cu NPs and CuSO₄ significantly reduced root biomass, net photosynthetic rate (P_N), and root length by 31.2% and 44.2%, 24.5% and 32.2%, and 43.4% and 40.6%, respectively. In addition, Cu NPs, CuO NPs and CuSO₄ exposure increased the distribution of Cu in soluble component and cell wall. Moreover, short–term exposure to different Cu forms significantly affected mineral element accumulation in bok choy. For instance, Cu NPs exposure reduced the concentrations of Mg, Ca and Mn in edible part by 21.7%, 16.1% and 23.2%, respectively. CuSO₄ exposure reduced the concentrations of Mg and Ca in edible part by 12.3% and 50.1%, respectively. CuO NPs caused a significant increase of 30.4% for Ca concentration in root, 34.5% and 34.5% for K and Mn concentration in edible part. Over all, CuO NPs exposure was beneficial for plant growth. These findings help understand the phytotoxic effect of different Cu forms on bok choy, and CuO NPs has the potential to be applied to improve nutrition and prompt growth in edible plants.