Engineered Fe-Mo nanomaterial for dual suppression of pollutant accumulation in lettuce (Lactuca sativa L.) and root-zone remediation: Mechanisms and implications for safer crop production

Resumo

Os nanomateriais projetados (NMs) surgiram como ferramentas promissoras para melhorar a sustentabilidade agrícola. No entanto, sua dupla capacidade de restringir a bioacumulação de poluentes enquanto melhora a remediação ambiental permanece um desafio. Neste estudo, desenvolvemos um novo nanocomplexo Fe-Mo (Fe@Mo-5) que aborda simultaneamente ambos os desafios críticos em sistemas agroambientais. Caracterização abrangente indicou que o Fe@Mo-5 exibiu forte estabilidade, alta atividade redox e excelentes propriedades miméticas de nanozima, formando um filme protetor na superfície das raízes da alface (Lactuca sativa L.). Esta barreira reduziu efetivamente a absorção de múltiplos poluentes, incluindo atrazina (ATZ), ibuprofeno e bisfenol A. Notavelmente, o acúmulo de ATZ foi reduzido em 60,7 % nas raízes e 65,7 % nas folhas comestíveis, enquanto diminuía seu fator de translocação de 0,177 para 0,111, reduzindo significativamente os riscos de exposição alimentar. Paralelamente, o Fe@Mo-5 participou ativamente da degradação da ATZ, aumentando a eficiência de remoção em 42,5 %, com uma concentração segura e geração sustentada de EROS que equilibrou a remoção eficiente de ATZ com fitotoxicidade mínima. Além disso, a aplicação de Fe@Mo-5 melhorou significativamente os parâmetros de crescimento da alface, incluindo a promoção do acúmulo de biomassa, fotossíntese e metabolismo do nitrogênio sem induzir danos oxidativos. Este trabalho estabelece uma estratégia inovadora habilitada por nano que combina sinergicamente a proteção de culturas com a remediação ambiental, oferecendo uma solução viável para a agricultura sustentável e a segurança alimentar em ambientes contaminados.

Abstract

Engineered nanomaterials (NMs) have emerged as promising tools for improving agricultural sustainability. However, their dual capacity to restrict pollutant bioaccumulation while enhancing environmental remediation remains a challenge. In this study, we developed a novel Fe-Mo nanocomplex (Fe@Mo-5) that concurrently addresses both critical challenges in agro-environmental systems. Comprehensive characterization indicated that Fe@Mo-5 exhibited strong stability, high redox activity and excellent nanozyme-mimetic properties, formed protective film on the surface of lettuce (Lactuca sativa L.) roots. This barrier effectively reduced the uptake of multiple pollutants, including atrazine (ATZ), ibuprofen and bisphenol A. Notably, the accumulation of ATZ was decreased 60.7 % in roots and 65.7 % in edible leaves, while decreasing its translocation factor from 0.177 to 0.111, significantly lowering dietary exposure risks. Parallelly, Fe@Mo-5 actively participated in ATZ degradation by increasing removal efficiency by 42.5 %, with a safe concentration and sustained ROS generation that balanced efficient ATZ removal with minimal phytotoxicity. Additionally, the application of Fe@Mo-5 significantly improved lettuce growth parameters, including promoting biomass accumulation, photosynthesis and nitrogen metabolism without inducing oxidative damage. This work establishes a breakthrough nano-enabled strategy that synergistically combines crop protection with environmental remediation, offering a viable solution for sustainable agriculture and food safety in contaminated environments.