Nano-Priming for Inducing Salinity Tolerance, Disease Resistance, Yield Attributes, and Alleviating Heavy Metal Toxicity in Plants

Resumo

Nos tempos atuais, a produtividade agrícola é severamente afetada pelas mudanças climáticas e pela crescente poluição. Por isso, várias abordagens biotecnológicas, incluindo estratégias genéticas e não genéticas, foram desenvolvidas e adaptadas para aumentar a produtividade agrícola. Uma delas é o nano-priming, ou seja, o condicionamento de sementes com nanomateriais. Até o momento, os métodos de nano-priming têm sido usados com sucesso para montar respostas fisiológicas desejadas e atributos de produtividade nas culturas. Nesta revisão, é resumida a literatura sobre a utilidade dos métodos de nano-priming para aumentar o vigor das sementes, a germinação, a produção fotossintética, a biomassa, o crescimento inicial e o rendimento das culturas. Além disso, é revisado o conhecimento disponível sobre o uso de métodos de nano-priming na modulação das defesas antioxidantes e redes hormonais das plantas, na indução de tolerância à salinidade e resistência a doenças, bem como na alleviação da toxicidade por metais pesados em plantas. Também foi discutida a significância dos métodos de nano-priming no contexto da fitotoxicidade e segurança ambiental. Para perspectivas futuras, as lacunas de conhecimento na literatura atual são destacadas, e a necessidade de otimização e validação dos métodos de nano-priming e é enfatizado seus resultados fisiológicos nas plantas, do laboratório para o campo.

Abstract

In today’s time, agricultural productivity is severely affected by climate change and increasing pollution. Hence, several biotechnological approaches, including genetic and non-genetic strategies, have been developed and adapted to increase agricultural productivity. One of them is nano-priming, i.e., seed priming with nanomaterials. Thus far, nano-priming methods have been successfully used to mount desired physiological responses and productivity attributes in crops. In this review, the literature about the utility of nano-priming methods for increasing seed vigor, germination, photosynthetic output, biomass, early growth, and crop yield has been summarized. Moreover, the available knowledge about the use of nano-priming methods in modulating plant antioxidant defenses and hormonal networks, inducing salinity tolerance and disease resistance, as well as alleviating heavy metal toxicity in plants, is reviewed. The significance of nano-priming methods in the context of phytotoxicity and environmental safety has also been discussed. For future perspectives, knowledge gaps in the present literature are highlighted, and the need for optimization and validation of nano-priming methods and their plant physiological outcomes, from lab to field, is emphasized.