Potential role of biosynthesized zinc oxide nanoparticles in counteracting lead toxicity in Solanum lycopersicum L.

Resumo

Nanopartículas de óxido de zinco são sintetizadas por meio de uma rota ecologicamente correta usando extrato de folha de Vernonia cinerea (L.). O extrato obtido das folias atua como agente redutor, estabilizante e tamponador. Os NPs de ZnO bio-sintetizados foram caracterizados por viz. Espectro ultravioleta-visível, espectro infravermelho com transformada de Fourier, análise de difração de raios X e microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo. O presente estudo explorou o papel plausível das NPs de ZnO biossintetizadas na mitigação do estresse oxidativo induzido pelo chumbo, investigando os parâmetros de crescimento, pigmentos fotossintéticos, conteúdo proteico, atividade da nitrato redutase, enzimas antioxidantes, etc. no tomate (Solanum lycopersicum L.) mudas. As mudas de Solanum lycopersicum foram tratadas com dose única (50 mg L⁻¹) de NPs de ZnO biossintetizadas e/ou em combinação com chumbo. Os NPs de ZnO biossintetizados aumentaram notavelmente a taxa de germinação, o índice de vigor das plântulas, o teor relativo de água, o teor de clorofila, proteínas, açúcares, atividade da nitrato redutase isoladamente e em combinação com chumbo em mudas de tomate. Além disso, os NPs de ZnO biossintetizados mitigaram o impacto deletério do estresse induzido por Pb pela regulação positiva da maquinaria fotossintética e estimulando os marcadores de estresse antioxidante, como superóxido dismutase, catalase e ascorbato peroxidase no estresse induzido por chumbo. O presente estudo concluiu que os NPs de ZnO biossintetizados aumentam o desempenho do crescimento e melhoram o estresse por chumbo em mudas de tomate.

Abstract

Zinc oxide nanoparticles are synthesized through an eco-friendly route by using Vernonia cinerea (L.) leaf extract. The extract obtained from leaf functions acts as a reducing, stabilizing, and capping agent. The bio-synthesized ZnO NPs were characterized by viz. Ultraviolet-visible spectrum, Fourier transforms infrared spectrum, X-ray diffraction analysis, and Field emission scanning electron microscope. The present study explored the plausible role of bio-synthesized ZnO NPs in the mitigation of lead induced oxidative stress by investigating the growth parameters, photosynthetic pigments, protein content, nitrate reductase activity, antioxidant enzymes, etc in the tomato (Solanum lycopersicum L.) seedlings. The seedlings of Solanum lycopersicum were treated with single dose (50 mg L⁻¹) of bio-synthesized ZnO NPs and/or in combination with lead. The bio-synthesized ZnO NPs remarkably increased germination rate, seedling vigor index, relative water content, chlorophyll content, protein, sugars, nitrate reductase activity alone, and in the combination with lead in tomato seedlings. Furthermore, the bio-synthesized ZnO NPs mitigated the deleterious impact of Pb-induced stress by up-regulation of photosynthetic machinery and stimulating the antioxidant stress markers such as superoxide dismutase, catalase, and ascorbate peroxidase in lead-induced stress. The present study concluded that the bio-synthesized ZnO NPs boost the growth performance and ameliorate the lead stress in tomato seedlings.