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Mar 09, 2024

鉄

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11040 (2023) この記事を引用 515 アクセス 2 Altmetric Metrics の詳細 グラフェン量子ドットの効果を評価するために調査が実施されました

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11040 (2023) この記事を引用

515 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

小麦の塩分ストレス耐性に関与する発芽、成長、生化学的、組織学的、および主要な ROS 解毒抗酸化酵素活性に対するグラフェン量子ドット (GQD) とそのナノ複合体の影響を評価する調査が行われました。 苗は栄養のない砂の上で生育し、処理溶液は固体マトリックスプライミングおよび葉面散布によって適用されました。 塩分ストレス下にある対照苗木は、光合成色素、糖分、成長の減少、電解質漏出の増加、脂質過酸化を示しましたが、鉄マンガンナノ複合材ドープGQD（FM_GQD）処理苗木はよく適応し、対照と比較して良好な成績を収めました。 カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、グルタチオンレダクターゼ、NADPH オキシダーゼなどの酵素的抗酸化物質は、FM_GQD の適用によりそれぞれ 40.5、103.2、130.19、141.23% 増加することが認められました。 組織学的証拠により、脂質過酸化の程度が低く、オスモライトの蓄積と酸化還元恒常性を通じて細胞膜の完全性が保護されていることが確認されました。 これらのインタラクティブな現象はすべて、FM_GQD アプリケーションを通じて小麦苗の成長を 28.06% 増加させます。 これらの発見は、鉄、マンガンをドープした GQD のような微量栄養素が植物成長にとって有望なナノ肥料となり得ることを強調しており、この記事は塩ストレス緩和における GQD の改善的役割に関する最初の報告であるため、参考になるでしょう。

植物は一生を通じて、さまざまな環境異常に直面します。 生化学的、分子的、生理学的プロセスを含む一連の防御機構は、関連する非生物的および生物的ストレスに対抗し、それに適応するために同期的な役割を果たします1。 主要な穀物の中で、小麦 (Triticum aestivum) は食料と栄養の安全を確保するために不可欠な地位を占めています。 インド、パキスタン、ネパール、バングラデシュなどの東南アジア諸国では、小麦は米に次ぐ第二の主食作物となっています。 しかし、土壌と水の塩分濃度が急速に上昇すると、世界的に小麦の生産性に重大な脅威が生じます2。 世界の耕作可能な土地の 20% が塩分ストレスの脅威にさらされていると予測されています3。 一方、インドではその面積は約 672 万 7000 ヘクタールで、これは国の総地理的面積の約 2.1% に相当します4。 さまざまな畑作物の中でも、小麦は一般に塩分の影響を受けやすく、小麦の成長と発育に悪影響を及ぼし、極端な塩分条件下では穀物の収量と品質の低下、さらには作物の完全な不作につながります2。

ナノマテリアルは、農業分野で生じている課題に対処できる可能性があると考えられています。 ここ数十年で、作物の生産性の向上、病気や害虫との闘い、肥料や殺虫剤の有効性の向上、作物の健康状態の監視、そして最も重要なことに環境ストレスの管理を考慮した多数のナノマテリアルが発見されてきました5,6。 さまざまな研究により、生物ストレスの緩和、特に塩分ストレスの軽減におけるナノ粒子の防御的役割も明らかになりました 7,8,9。 カーボンナノマテリアルカテゴリーの一員として、グラフェン量子ドット（サイズ範囲が 100 nm 未満の二次元グラフェンの小片）は、その優れた生体適合性と、光学特性や蛍光特性などの特徴により、このクラスの新星となりました。固有のフォトルミネッセンス能力10. それに加えて、炭素ベースのナノ粒子は、塩分および関連する非生物的ストレスによって引き起こされる悪影響を軽減することが報告されています11。 最近のいくつかの研究では、GQD は生物材料に対する毒性が比較的低いか全くなく、適切な生体適合性を持ち、他の生体分子や化学物質と容易に官能化できることが報告されています 12、13、14、15。 さらに、この種の材料の高い親水性とかなりの細胞透過性により、生物系における水ベースの用途に適しています 16,17。 GQD は、単一原子層平面共役構造、大きな表面積、および薬物や他の種類の分子をロードおよび/または運ぶための活性結合部位を提供する酸素含有基を備えています10。 特定の分子、ヘテロ原子、ナノマテリアル、DNA 鎖、酵素による GQD のドーピングはすでに報告されています 18。 GQD のような炭素ベースのナノ材料内にドープされたヘテロ原子は、表面および局所の化学的特性を含む基本的な特性を効果的に制御できます 19,20。 たとえば、窒素をドープしたグラフェンは、ホスト分子 (GQD) のバンドギャップを効率的に調整して、新しい特性を導入する可能性があります 21。 また、多くの研究者が、小麦の発芽と苗の成長における銀、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンナノチューブなどのナノ粒子の能力を報告しています22,23。 これに関して、我々は、鉄やマンガンなどの必須微量栄養素と組み合わせたGQDが、塩ストレスによって生じる悪影響を軽減することにより、植物の成長を緩和する効果的な誘発物質として機能するのではないかという仮説を立てました。