Metalen nanodeeltjes dienen als plantengroeiregulatoren

Fe₃O₄ en ZnO-nanodeeltjes verlichten de cadmiumtoxiciteit in tabak. Krediet: Wan Jinpeng

Engineered nanomaterialen (EM’s) hebben een negatief of positief effect op de groei en ontwikkeling van planten die worden toegeschreven aan hun fysiochemische eigenschappen, toepassing en concentraties. Eerdere studies hebben aangetoond dat ferroferrioxide (Fe₃O₄) nanodeeltjes beïnvloeden de zaadkieming van tabak (Nicotiana tabacum) op grootte- en doseringsafhankelijke manieren. Er is echter weinig aandacht besteed aan de door EM’s gemedieerde reactie van tabak op zware metalen.

In een studie gepubliceerd in Tijdschrift voor nanobiotechnologieonderzochten onderzoekers van de Xishuangbanna Tropical Botanical Garden (XTBG) van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Shanxi Agricultural University de mechanismen van door nanodeeltjes gemedieerde cadmium (Cd) tolerantie in planten.

Met de tabakscultivar Yunyan 87 (N. tabacum) onderzochten de onderzoekers de effecten van Fe₃O₄ of zinkoxide nanodeeltjes (ZnO NP’s) op plantengroei en Cd-reacties in tabakszaailingen.

Ze bepaalden eerst de effecten van Cd op de groei van tabakszaailingen en ontdekten dat Cd-behandeling duidelijk groeiremming induceerde in planthoogte, versgewicht van de scheuten, wortellengte en versgewicht.

Om te bevestigen of Fe₃O₄ en ZnO NP’s een rol speelden bij het bemiddelen van Cd-respons, ze pasten bladblootstelling verder toe aan Fe₃O₄, ZnO NP’s en ionenoplossingen voor tabakszaailingen. Bladblootstelling aan Fe₃O₄ of ZnO NP’s toonden een groot potentieel in het verlichten van plantengroei onder Cd-stress.

Vergeleken met alleen Cd-behandelde zaailingen, is Fe₃O₄, ZnO NP’s en ionen bevorderden de wortelgroei en het versgewicht aanzienlijk. Fe₃O₄ of ZnO NP’s herprogrammeerde kritieke metabole routes, waaronder alkaloïden, aminozuren, flavonoïden, en de differentieel geaccumuleerde metabolieten die betrokken zijn bij deze routes waren significant gecorreleerd met plantengroei.

“Onze resultaten geven gezamenlijk aan dat metalen nanodeeltjes kunnen dienen als plantengroeiregulatoren en inzicht kunnen geven in het gebruik ervan voor het verbeteren van gewassen in met zware metalen verontreinigde gebieden”, zegt Wan Jinpeng van XTBG.