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Mar 09, 2024

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Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 11040 (2023) Cita questo articolo 515 Accessi 2 Dettagli metriche altmetriche È stata condotta un'indagine per valutare l'effetto dei punti quantici del grafene

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11040 (2023) Citare questo articolo

515 accessi

2 Altmetrico

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È stata condotta un'indagine per valutare l'effetto dei punti quantici del grafene (GQD) e dei suoi nanocompositi sulla germinazione, crescita, attività biochimiche, istologiche e degli enzimi antiossidanti disintossicanti dai ROS coinvolti nella tolleranza allo stress salino del grano. Le piantine sono state coltivate su sabbia priva di nutrienti e le soluzioni di trattamento sono state applicate tramite primerizzazione a matrice solida e spray fogliare. Le piantine di controllo sotto stress da salinità hanno mostrato una riduzione del pigmento fotosintetico, del contenuto di zucchero, della crescita, di una maggiore perdita di elettroliti e della perossidazione lipidica, mentre le piantine trattate con nanocompositi di ferro-manganese drogati con GQD (FM_GQD) erano ben adattate e funzionavano meglio rispetto al controllo. È stato notato che gli antiossidanti enzimatici come catalasi, perossidasi, glutatione reduttasi e NADPH ossidasi aumentano rispettivamente del 40,5, 103,2, 130,19 e 141,23% mediante l'applicazione di FM_GQD. L'evidenza istologica ha confermato un grado inferiore di perossidazione lipidica e la salvaguardia dell'integrità della membrana plasmatica attraverso l'accumulo di osmoliti e l'omeostasi redox. Tutti questi fenomeni interattivi portano ad un incremento della crescita delle piantine di grano del 28,06% attraverso l'applicazione FM_GQD. Questi risultati evidenziano che micronutrienti come il GQD drogato con ferro e manganese possono essere un promettente nano-fertilizzante per la crescita delle piante e questo articolo servirà da riferimento in quanto è il primo rapporto in assoluto sul ruolo migliorativo del GQD nella mitigazione dello stress salino.

Nel corso della loro vita, le piante affrontano una moltitudine di anomalie ambientali. Una serie di meccanismi difensivi tra cui processi biochimici, molecolari e fisiologici svolgono ruoli sincroni per contrastare e adattarsi allo stress abiotico e biotico interessato1. Tra i principali cereali, il grano (Triticum aestivum) conquista una posizione essenziale per garantire la sicurezza alimentare e nutrizionale. Nei paesi del sud-est asiatico come India, Pakistan, Nepal e Bangladesh, il grano rappresenta la seconda coltura di base dopo il riso. Tuttavia, il rapido aumento della salinità del suolo e dell’acqua costituisce una grave minaccia per la produttività del grano a livello globale2. Si prevede che il 20% della terra coltivabile globale sia minacciata dallo stress salino3. Mentre in India la superficie è di circa 6.727 milioni di ettari, pari a circa il 2,1% della superficie geografica totale del Paese4. Tra le varie colture di campo, il grano è generalmente più suscettibile alla salinità che influisce negativamente sulla crescita e sullo sviluppo delle piante di grano portando a una diminuzione della resa e della qualità del grano o addirittura al completo fallimento del raccolto in condizioni saline estreme2.

Si ritiene che i nanomateriali abbiano il potenziale per combattere le sfide emergenti nel settore agricolo. Negli ultimi decenni è stato scoperto un ampio numero di nanomateriali da prendere in considerazione per migliorare la produttività delle colture, combattere malattie e parassiti, aumentare l’efficacia di fertilizzanti e pesticidi, monitorare la salute delle colture e, soprattutto, per gestire gli stress ambientali5,6. Vari studi hanno inoltre rivelato il ruolo difensivo delle nanoparticelle nella mitigazione dello stress biotico, in particolare nell’attenuazione dello stress salino7,8,9. In quanto membri della categoria dei nanomateriali di carbonio, i punti quantici di grafene (che sono piccoli pezzi di grafene bidimensionale di dimensioni inferiori a 100 nm) sono diventati una stella nascente in questa classe grazie alla loro apprezzabile biocompatibilità e a caratteristiche come proprietà ottiche e di fluorescenza e capacità intrinseca di fotoluminescenza10. In aggiunta a ciò, è stato dimostrato che le nanoparticelle a base di carbonio alleviano gli effetti avversi causati dalla salinità e dagli stress abiotici associati11. Alcune ricerche recenti hanno riportato che il GQD ha una tossicità relativamente minore o nulla sui materiali biologici, ha un'adeguata biocompatibilità e una facile funzionalizzazione con altre biomolecole ed entità chimiche12,13,14,15. Inoltre, l'elevata idrofilicità e l'apprezzabile permeabilità cellulare di questo tipo di materiali li rendono idonei per applicazioni a base acqua in sistemi biologici16,17. I GQD hanno una struttura coniugata piana a strato atomico singolo, un'ampia area superficiale e un gruppo contenente ossigeno che offre un sito di legame attivo per caricare e/o trasportare il farmaco e altri tipi di molecole10. È già stato segnalato il drogaggio di GQD con molecole specifiche, eteroatomi, nanomateriali, filamenti di DNA ed enzimi18. Gli eteroatomi drogati all'interno di nanomateriali a base di carbonio come i GQD possono regolare efficacemente le loro proprietà fondamentali, comprese le caratteristiche chimiche superficiali e locali19,20. Ad esempio, il grafene drogato con azoto potrebbe modulare in modo efficiente il band gap della molecola ospite (GQD) per introdurre nuove proprietà21. Numerosi ricercatori hanno inoltre segnalato la capacità delle nanoparticelle come argento, ossido di titanio, ossido di zinco e nanotubi di carbonio nella germinazione e nella crescita delle piantine di grano22,23. A questo proposito, abbiamo ipotizzato che la GQD in combinazione con micronutrienti essenziali come ferro e manganese agirà come un efficace elicitore nell’alleviare la crescita delle piante mitigando gli effetti avversi generati dallo stress salino.