Nickel oxide nanoparticles improve soybean yield and enhance nitrogen assimilation
- P. Zhou
- Y. Jiang
- M. Adeel
- N. Shakoor
- W. Zhao
- Y. Liu
- Y. Li
- M. Li
- I. Azeem
- Y. Rui
- Z. Tan
- J. C. White
- Z. Guo
- I. Lynch
- P. Zhang
Resumo
O níquel (Ni) é um elemento traço benéfico para o crescimento e desenvolvimento das plantas e pode melhorar o rendimento das culturas ao estimular a decomposição da ureia e a atividade de enzimas fixadoras de nitrogênio. Um estudo de ciclo de vida completo foi conduzido para comparar os efeitos de longo prazo da aplicação no solo de nanopartículas de NiO (n-NiO), NiO em massa (b-NiO) e NiSO₄; nas doses de 10–200 mg kg⁻¹ no crescimento e no teor nutricional da soja. As n-NiO na dose de 50 mg kg⁻¹ promoveu significativamente o rendimento de sementes em 39%. Apenas 50 mg kg⁻¹ de n-NiO promoveu o teor total de ácidos graxos e o teor de amido em 28 e 19%, respectivamente. O aumento no rendimento e na nutrição pôde ser atribuído aos efeitos regulatórios do n-NiO, incluindo sobre a fotossíntese, homeostase mineral, fitormônios e metabolismo do nitrogênio. Além disso, o n-NiO manteve um suprimento de Ni²⁺ por períodos mais longos do que o NiSO₄, reduzindo potenciais preocupações com fitotoxicidade. A espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado em partícula única (sp-ICP-MS) confirmou, pela primeira vez, que a maioria do Ni nas sementes está na forma iônica, com apenas 28–34% como n-NiO. Essas descobertas aprofundam nossa compreensão do potencial do Ni em nanoescala e não nanoescala para se acumular e ser translocado na soja, bem como do destino de longo prazo desses materiais em solos agrícolas como uma estratégia para a agricultura nano-habilitada.
Abstract
Nickel (Ni) is a trace element beneficial for plant growth and development and could improve crop yield by stimulating urea decomposition and nitrogen-fixing enzyme activity. A full life cycle study was conducted to compare the long-term effects of soil-applied NiO nanoparticles (n-NiO), NiO bulk (b-NiO), and NiSO4 at 10–200 mg kg–1 on plant growth and nutritional content of soybean. n-NiO at 50 mg kg–1 significantly promoted the seed yield by 39%. Only 50 mg kg–1 n-NiO promoted total fatty acid content and starch content by 28 and 19%, respectively. The increased yield and nutrition could be attributed to the regulatory effects of n-NiO, including photosynthesis, mineral homeostasis, phytohormone, and nitrogen metabolism. Furthermore, n-NiO maintained a Ni2+ supply for more extended periods than NiSO4, reducing potential phytotoxicity concerns. Single-particle inductively coupled plasma mass spectrometry (sp-ICP-MS) for the first time confirmed that the majority of the Ni in seeds is in ionic form, with only 28–34% as n-NiO. These findings deepen our understanding of the potential of nanoscale and non-nanoscale Ni to accumulate and translocate in soybean, as well as the long-term fate of these materials in agricultural soils as a strategy for nanoenabled agriculture.
