Lighting up agricultural sustainability in the new era through nanozymology: an overview of classifications and their agricultural applications

Resumo

Com o conceito de agricultura sustentável recebendo atenção crescente da humanidade, os nanozimas ( nanomateriais com atividade similar à enzimática, porém com maior resistência ambiental e estabilidade de longo prazo em comparação com as enzimas naturais) têm permitido que as tecnologias agrícolas sejam inovadoras, econômicas e portáteis. Beneficiando-se de suas múltiplas atividades catalíticas e características nano renováveis, as nanozimas podem brilhar em cenários agrícolas através da engenharia de enzimas e da nanociência, atuando como ferramentas sustentáveis para melhorar a produção agrícola e reduzir os riscos para os sistemas agrícolas. Neste trabalho, discutimos de forma abrangente as classificações dos nanozimas aplicados na agricultura atual, incluindo nanozimas do tipo peroxidase, oxidase, catalase, superóxido dismutase e lacase, bem como seus mecanismos biocatalíticos. Especialmente, são revisadas em profundidade as diferentes aplicações dos nanozimas na agricultura, abrangendo proteção e nutrição de culturas, remediação e monitoramento agroambiental, e monitoramento da qualidade de produtos agropecuários. Finalmente, são propostos os desafios enfrentados pelas nanozimas nas aplicações agrícolas, e esperamos que nossa revisão possa aprimorar ainda mais a sustentabilidade agrícola por meio da nanobiotecnologia.

Abstract

With the concept of sustainable agriculture receiving increasing attention from humankind, nanozymes, nanomaterials with enzyme-like activity but higher environmental endurance and longer-term stability than natural enzymes, have enabled agricultural technologies to be reformative, economic, and portable. Benefiting from their multiple catalytic activities and renewable nanocharacteristics, nanozymes can shine in agricultural scenarios using enzyme engineering and nanoscience, acting as sustainable toolboxes to improve agricultural production and reduce the risk to agricultural systems. Herein, we comprehensively discuss the classifications of nanozymes applied in current agriculture, including peroxidase-like, oxidase-like, catalase-like, superoxide dismutase-like, and laccase-like nanozymes, as well as their biocatalytic mechanisms. Especially, different applications of nanozymes in agriculture are deeply reviewed, covering crop protection and nutrition, agroenvironmental remediation and monitoring, and agroproduct quality monitoring. Finally, the challenges faced by nanozymes in agricultural applications are proposed, and we expect that our review can further enhance agricultural sustainability through nanozymology.