Эффективность наночастиц ZnO в обогащении Zn и разделении зерен пшеницы и риса в условиях солевого стресса

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 2022 (2023) Цитировать эту статью

1210 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Дефицит цинка (Zn) является серьезной проблемой для здоровья в развивающихся странах из-за зависимости от рациона, основанного на зерновых. Зерновые по своей природе содержат мало цинка, и неизбежное использование земли, подвергающейся стрессу, еще больше обостряет проблему. Целью текущих исследований было повышение концентрации Zn в зернах пшеницы и риса, выращенных на засоленных почвах, с помощью наночастиц оксида цинка (ZnO-NP) из-за их перспективной высокой доступности. ZnO-NP были приготовлены методом соосаждения и охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующего электронного микроскопа (SEM). Два отдельных эксперимента на пшенице и рисе были проведены для проверки относительной эффективности ZnO-NP по сравнению с другими источниками Zn, т.е. гептагидратом сульфата цинка (ZnSO4·7H2O) и ZnO. Результаты показали, что солевой стресс отрицательно повлиял на тестируемые параметры. Произошло значительное (p ≤ 0,05) улучшение роста, солеустойчивости, поглощения Zn растениями и концентрации Zn в зерне при внесении Zn через источники Zn. ZnO-NP показали максимальное улучшение параметров сельскохозяйственных культур по сравнению с другими источниками благодаря их более высокому поглощению и транслокации в растениях как в нормальных, так и в стрессовых почвенных условиях. Таким образом, наночастицы ZnO оказались более эффективными для обогащения цинком зерна как тестируемых посевов пшеницы, так и риса в нормальных и засоленных условиях.

Засоленность является серьезной проблемой для мирового сельского хозяйства и стала наиболее угрожающим абиотическим экологическим стрессом, приводящим к потере плодородия и продуктивности сельскохозяйственных культур1. Повышенные концентрации натрия (Na+) и хлоридов (Cl-) и осмотический стресс приводят к снижению всасывания необходимых питательных веществ, снижению доступности воды и функциональным нарушениям ряда физиологических процессов растений2,3. В результате урожайность и качество урожая значительно ухудшаются. Ионный дисбаланс и высокая концентрация Na+ в растениях приводят к замедлению роста и низкому содержанию питательных веществ в зерновых4, включая пшеницу и рис. Наличие нескольких или всех факторов, таких как засушливый климат, высокая региональная температура, приводящая к чистому движению воды вверх и накоплению поверхностных солей, несбалансированное и недостаточное использование удобрений, низкий уровень органического вещества (ОВ), высокий уровень pH, известковая почва и вода для орошения с высоким содержанием карбонатов и т. д. приводит к засолению почв и дефициту большинства питательных веществ, в том числе Zn5.

Цинк считается наиболее дефицитным микроэлементом в большинстве известковых почв после N и P6. В развивающихся странах от дефицита цинка чаще всего страдают широко распространенные зерновые культуры, пшеница и рис7. Zn является жизненно важным компонентом нескольких ферментов и действует как кофактор более чем 300 ферментов. У растений Zn необходим для транслокации, транскрипции и регуляции большинства ферментативных активностей, а также жизненно важен для структурной стабильности некоторых белков8 и структурных компонентов рибосом7.

Около половины населения стран Азии и Африки подвергается риску дефицита цинка, и этот показатель растет в тревожных масштабах9. Дефицит цинка чаще встречается у женщин и детей из-за тяжелого недоедания. Зависимость от рациона на основе злаков с очень низкой концентрацией Zn и низкой биодоступностью является основной причиной этого сценария. Все более ухудшающиеся почвы еще больше усугубляют проблему и не могут удовлетворить потребности человека в достаточном потреблении цинка. Засоленные и/или натриевые почвы имеют пониженную растворимость микроэлементов, поэтому растениям, выращиваемым на таких почвах, приходится сталкиваться с дефицитом микроэлементов, особенно Zn10. Сообщается, что Zn играет важную роль в снижении стресса и помогает снизить содержание Na+ в растениях и повысить накопление K+ в растениях в засоленных условиях11.

Дефицит цинка и солевой стресс обычно рассматриваются как два отдельных фактора, ограничивающих рост, хотя эффект их взаимодействия подробно не изучен и недостаточно описан. Однако лишь немногие исследователи задокументировали влияние солевого стресса на усвоение цинка. Почвы с высоким SAR и pH имеют очень низкую растворимость микроэлементов12. Высокая ионная сила питательной среды оказывает сильное негативное влияние на усвоение цинка растениями.