Titanium and Zinc Based Nanomaterials in Agriculture: A Promising Approach to Deal with (A)biotic Stresses?

Resumo

Os estresses abióticos, como os induzidos por fatores climáticos ou contaminantes, e os estresses bióticos, causados por fitopatógenos e pragas, provocam enormes perdas na agricultura e são grandes ameaças à segurança alimentar mundial. Além disso, as mudanças climáticas agravarão esses fatores e seu impacto negativo sobre as culturas. Seca, salinidade, metais pesados, pesticidas e fármacos são grandes problemas ambientais que exigem atenção, sendo necessário desenvolver estratégias eficazes e sustentáveis para mitigar seus efeitos sobre o ambiente. Também é preciso desenvolver soluções sustentáveis de controle agrícola como alternativas aos agroquímicos convencionais. Nesse sentido, a nanotecnologia oferece soluções promissoras para mitigar os efeitos dos estresses ambientais sobre as plantas, aumentando sua tolerância ao agente estressor, para a remediação de contaminantes ambientais e para proteger as plantas contra patógenos. Nesta revisão, o TiO2 (nTiO2) e o ZnO (nZnO) em escala nanométrica são examinados, com ênfase em seu potencial para atenuar os efeitos de seca, salinidade e xenobióticos nas plantas, além de seu potencial antimicrobiano para o manejo de doenças. Compreender o nível de atenuação de estresses proporcionado por esses nanomateriais (NM) e relacioná-lo às condições/métodos de aplicação é imprescindível para definir as abordagens mais sustentáveis e eficazes a serem adotadas. Embora existam revisões de amplo espectro, este artigo fornece informações focadas em nTiO2 e nZnO para ampliar a compreensão de seu potencial atenuador, abordando lacunas da literatura.

Abstract

Abiotic stresses, such as those induced by climatic factors or contaminants, and biotic stresses prompted by phytopathogens and pests inflict tremendous losses in agriculture and are major threats to worldwide food security. In addition, climate changes will exacerbate these factors as well as their negative impact on crops. Drought, salinity, heavy metals, pesticides, and drugs are major environmental problems that need deep attention, and effective and sustainable strategies to mitigate their effects on the environment need to be developed. Besides, sustainable solutions for agrocontrol must be developed as alternatives to conventional agrochemicals. In this sense, nanotechnology offers promising solutions to mitigate environmental stress effects on plants, increasing plant tolerance to the stressor, for the remediation of environmental contaminants, and to protect plants against pathogens. In this review, nano-sized TiO2 (nTiO2) and ZnO (nZnO) are scrutinized, and their potential to ameliorate drought, salinity, and xenobiotics effects in plants are emphasized, in addition to their antimicrobial potential for plant disease management. Understanding the level of stress alleviation in plants by these nanomaterials (NM) and relating them with the application conditions/methods is imperative to define the most sustainable and effective approaches to be adopted. Although broad-spectrum reviews exist, this article provides focused information on nTiO2 and nZnO for improving our understanding of the ameliorative potential that these NM show, addressing the gaps in the literature.