Effect of foliar application of NPK nanoparticle fertilization on yield and genotoxicity in wheat (Triticum aestivum L.)

Resumo

Dois experimentos de campo foram conduzidos na fazenda experimental da Faculdade de Agricultura (Saba Basha), Região de Abess, Universidade de Alexandria, Egito, durante duas safras (2016/2017 e 2017/2018) para estudar o efeito de um fertilizante de nanopartículas (Hyper Feed Amino, NPs, siglas em inglês) na produtividade e genotoxicidade em duas cultivares de trigo, comparado com fertilizante mineral convencional. O rendimento total, seus componentes e os componentes do rendimento foram medidos. Após a colheita, os grãos de ambas as cultivares foram coletados e germinados para produzir ponta de raiz. A divisão mitótica e as aberrações cromossômicas foram observadas. Os índices mitóticos (%) foram obtidos a partir da análise de cerca de 2000 células. As pontas de raiz dos tratamentos de controle mostraram estágios mitóticos normais, e o índice mitótico variou de 61,67 ± 8,40 a 68,49 ± 11,23%. Embora a fertilização com NPK NPs tenha produzido um aumento no rendimento, as células da ponta da raiz mostraram vários tipos de aberrações cromossômicas, como multinúcleos, micronúcleos, metáfase anormal, aderência, erosão do núcleo, alongamento do núcleo, fragmentos, c-metáfase, deleção cromossômica, c-cromossomo, cromossomo gab, cromossomo retardatário, anáfase distribuída, ponte, telófase anormal, telófase com divisão desigual, dano à membrana celular, alongamento celular e aumento do conteúdo nuclear. O tratamento com 100% NPK NPs produziu 35,79 ± 9,32% e 38,98 ± 4,22% de células anormais em Sids 12 e Al-Rasheed, respectivamente. Nossos resultados demonstram que as células da ponta da raiz do trigo internalizam prontamente NPK NPs, o que pode interferir na função celular normal.

Abstract

Two field experiments were conducted at the experimental farm of the Faculty of Agriculture (Saba Basha), Abess Region, Alexandria University, Egypt, over two harvest seasons (2016/2017 and 2017/2018) to study the effect of a nanoparticle fertilizer (Hyper Feed Amino NPs) compound on productivity and genotoxicity in two wheat cultivars compared with conventional mineral fertilizer. Total yield, its components, and yield components were measured. After harvest, grains of both cultivars were collected and germinated to produce root tip. Mitosis division and chromosomal aberrations were observed. Mitotic indexes (%) were obtained from an analysis of about 2000 cells. Root tips of control treatments showed normal mitotic stages, and the mitotic index ranged from 61.67 ± 8.40 to 68.49 ± 11.23%. Although fertilization with NPK NPs produced an increase in yield, and root-tip cells showed various types of chromosomal aberrations such as multinuclei, micronuclei, abnormal metaphase, stickiness, nucleus erosion, nucleus elongation, fragments, c-metaphase, chromosome deletion, c-chromosome, gab chromosome, lagging chromosome, distributed anaphase, bridge, abnormal telophase, telophase with unequal division, cell membrane damage, cell elongation, and increased nuclear content. The 100% NPK NPs treatment produced 35.79 ± 9.32% and 38.98 ± 4.22% abnormal cells in Sids 12 and Al-Rasheed, respectively. Our results demonstrate that wheat root tip cells readily internalize NPK NPs which can interfere with normal cell function.