Plant development and crop protection using phytonanotechnology: A new window for sustainable agriculture

Resumo

A maioria das economias dos países em desenvolvimento baseia-se na agricultura, e a maioria de seus cidadãos depende dela para sobreviver. Os sistemas agrícolas globais enfrentam desafios difíceis e sem precedentes na era das mudanças climáticas. A cada ano, a população mundial cresce, exigindo maior produtividade agrária. Como resultado, tem havido um movimento em direção à utilização de tecnologias emergentes, como a nanotecnologia. A nanotecnologia com sistemas vegetais tem despertado grande interesse no cenário atual em áreas em desenvolvimento que se enquadram na agricultura e desenvolvem estratégias de remediação ambiental. As nanopartículas sintetizadas mediadas por plantas (NPs) são ecologicamente corretas, consomem menos tempo, são mais baratas e proporcionam segurança ao produto a longo prazo. Simultaneamente, fornecem ferramentas com potencial como “balas mágicas” contendo nutrientes, fungicidas, fertilizantes, herbicidas ou ácidos nucleicos que têm como alvo tecidos vegetais específicos e entregam sua carga útil ao local de destino da planta para alcançar os resultados pretendidos para monitoramento ambiental e resistência à poluição. Nessa perspectiva, a classificação e as atividades biológicas de diferentes NPs no agroecossistema são focadas. Além disso, a absorção, o transporte e a modificação de NPs em plantas foram examinados exaustivamente. Algumas das novas tecnologias mais promissoras, como a nanotecnologia para aumentar a eficiência dos insumos agrícolas e reduzir os estresses bióticos e abióticos, também são discutidas. Potenciais desafios de desenvolvimento e implementação foram explorados, destacando a importância do uso de uma abordagem sistêmica na criação das nanotecnologias propostas.

Abstract

Most developing nations’ economies are built on agriculture and most of their citizens rely on it for survival. Global agricultural systems are experiencing tough and unprecedented challenges in the age of changing climate. Every year, the world’s population grows, necessitating increased agrarian productivity. As a result, there has been a movement toward utilizing emerging technologies, such as nanotechnology. Nanotechnology with plant systems has inspired great interest in the current scenario in developing areas that come under the umbrella of agriculture and develop environmental remediation strategies. Plant-mediated synthesized nanoparticle (NPs) are eco-friendly, less time consuming, less expensive, and provide long-term product safety. Simultaneously, it provides tools that have the potentiality as “magic bullets” containing nutrients, fungicides, fertilizers, herbicides, or nucleic acids that target specific plant tissues and deliver their payload to the targeting location of the plant to achieve the intended results for environmental monitoring and pollution resistance. In this perspective, the classification and biological activities of different NPs on agroecosystem are focused. Furthermore, absorption, transport, and modification of NPs in plants were thoroughly examined. Some of the most promising new technologies e.g., nanotechnology to increase crop agricultural input efficiency and reduce biotic and abiotic stresses are also discussed. Potential development and implementation challenges were explored, highlighting the importance of using a systems approach when creating suggested nanotechnologies.