Grafeno ir augalo šaknų sąveikos molekuliniai procesai

The Molecular Processes Behind Graphene-Plant Root Interactions

Neseniai žurnale ACS Agricultural Science & Technology paskelbtame tyrime buvo nagrinėjamas apdorojimo grafenu poveikis augalų augimui ir kvėpavimui.

Tyrimas: grafeno sukeltas antioksidantų fermentų aktyvumas ir kvėpavimas augalų šaknyse. Vaizdo kreditas: Lidiane Miotto / Shutterstock.com

Grafenas: svarbi nanomedžiaga

Grafenas yra anglies nanokompozitas, pasižymintis puikiomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, todėl jis yra tinkamiausia medžiaga optoelektronikai, bioinžinerijai, pažangiai gamybai, aplinkos apsaugai ir žemės ūkio gamybai.

Grafeno poveikis augalų metabolizmui, sodinukų augimui, produktyvumui, produkto kokybei ir embriono šaknų vystymuisi yra naujausių tyrimų dėmesio centre. Remiantis daugeliu išvadų, grafenas turi ir teigiamą, ir neigiamą poveikį augalų šaknų augimui.

Teigiamas grafeno poveikis augalų augimui

Manoma, kad grafeno įtaka augalų vystymuisi yra susijusi su jo biofizinėmis ypatybėmis, paskirstymo technika, poveikio laipsniu ir laiku bei tiriamų pasėlių tipu.

Nustatyta, kad esant mažoms 10–200 mg/l koncentracijoms, grafenas pagerina grūdų, kalendrų, imbiero stiebų, kukurūzų, salotų, pipirų, Gossypium hirsutum, Catharanthus roseus, Arabidopsis, melionų ir alavijo vystymąsi.

Grafenas gali padėti augalams vystytis įvairiais procesais. Grafenas veikia vandens įsisavinimą šaknyse ir sėklose, nes yra vandens nešiklis. Grafeno tarpininkavimas taip pat pagerina gebėjimą pašalinti reaktyviąsias deguonies rūšis (ROS), sumažina oksidacinį stresą, padidina prieinamų baltymų kiekį ir sumažina ląstelių pažeidimus. Be to, grafenas padidina trąšų panaudojimo greitį ir daro įtaką dirvožemio mikrobų funkcionavimui, netiesiogiai reguliuodamas augalų vystymąsi.

Galimas augalų apdorojimo grafenu pavojus

Didelis grafeno kiekis gali trukdyti augti ir vystytis augalų šaknims, nes jo šiurkštūs kraštai gali perpjauti ląstelių membranas, keldami pavojų jų sveikatai.

Grafenas taip pat skatina sunkiųjų metalų, tokių kaip kadmis ir arsenas, įsisavinimą per augalų šaknis, padidindamas jų žalingą poveikį.

Be to, grafeno poveikis gali paveikti pH ir metabolines funkcijas, sukelti įvairaus masto oksidacinį stresą ir sukelti ląstelių mirtį. Šie nepalankūs šalutiniai poveikiai pabrėžia tolesnį tyrimą, kol grafenas gali būti naudojamas žemės ūkio reikmėms.

Genetinis grafeno poveikis šaknų augimui

Grafeno funkciniai procesai augalų šaknyse buvo nuodugniai ištirti naudojant grafenu apdorotų sodinukų metabolinius ir morfologinius duomenis. Iki šiol nebuvo atliktas joks grafeno molekulinio ar genetinio poveikio augalų šaknų vystymuisi tyrimas.

Šiame tyrime mokslininkai ištyrė grafeno poveikį 48 augalų rūšių šaknų vystymuisi ir cheminiam procesui, per kurį veikia grafenas.

Transkripto analizė atskleidė, kad apdorojimas grafenu paveikė augalų šaknų nukenksminimą ir gliukozės metabolizmą. Grafenui apibūdinti buvo naudojamos ultravioletinių spindulių matomos ir Ramano spektroskopijos, o skenuojančioji elektroninė mikroskopija (SEM) ir perdavimo elektronų mikroskopija (TEM) įvertino jo morfologiją.

48 vienodo dydžio augalų rūšių sodinukai buvo suskirstyti į dvi kategorijas. Sėklos buvo auginamos vazoninėje dirvoje, o gauti daigai buvo laikomi kontroliuojamoje aplinkoje. Kartą per savaitę grafeno tirpalai (25 mg/l) buvo purškiami ant 48 augalų sodinukų.

Po 60 dienų apdorojimo grafenu šaknys buvo kruopščiai nuvalytos distiliuotu vandeniu, išdžiovintos naudojant sugeriamąjį popierių, kad pašalintų drėgmės perteklių, nedelsiant laikomos skystame azote ir laikomos -80 ° C temperatūroje RNR izoliacijai.

Svarbios tyrimo išvados

Šiame tyrime grafenas buvo naudojamas 48 augalų embrionų šaknims gydyti ir parodė, kad jis padidina šaknų ilgį 65% gaubtasėklių ir trukdo šaknų ilgiui 22% gaubtasėklių. Tyrėjai sukūrė genų ekspresijos žemėlapį 32 augalų rūšių šaknyse po grafeno poveikio, naudodami RNR seką.

Buvo nustatytos šešios genų kategorijos, skirtingai išreikštos grafenu apdorotose augalų šaknyse. Tarp jų, su metabolizmu susiję genai, su endocitoze susiję genai, su gliukozės ir sacharozės metabolizmu susiję genai ir su kvėpavimo metabolizmu susiję genai buvo aktyvuoti po grafeno poveikio, o tai rodo teigiamą ir slopinamąjį poveikį.

Fermentų aktyvumo skirtumai dažniausiai pasireiškia didesniu arba sumažėjusiu mitochondrijų kvėpavimu ir didesniu ar mažesniu augalų šaknų išsiplėtimu. Šie atradimai suteikia supratimo apie molekulinius procesus, susijusius su augalų šaknų jautrumu grafenui.

Nuoroda

Chen, Z. ir kt. (2022). Grafeno sukeltas antioksidantų fermentų aktyvumas ir kvėpavimas augalų šaknyse. ACS žemės ūkio mokslas ir technologijos. Galima rasti adresu: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsagscitech.2c00074

Atsakomybės apribojimas: čia išsakytos nuomonės yra autoriaus, išreikštos privačiai, ir nebūtinai atspindi AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, šios svetainės savininko ir operatoriaus, nuomonę. Šis atsakomybės atsisakymas yra šios svetainės naudojimo sąlygų dalis.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.