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Mar 16, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11040 (2023) Citer cet article

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Une enquête a été menée pour évaluer l'effet des points quantiques de graphène (GQD) et de ses nanocomposites sur la germination, la croissance, les activités biochimiques, histologiques et les principales activités enzymatiques antioxydantes détoxifiantes des ROS impliquées dans la tolérance au stress de salinité du blé. Les semis ont été cultivés sur du sable sans éléments nutritifs et les solutions de traitement ont été appliquées par application d'une matrice solide et par pulvérisation foliaire. Les semis témoins soumis à un stress de salinité présentaient une réduction du pigment photosynthétique, de la teneur en sucre, de la croissance, une augmentation des fuites d'électrolytes et de la peroxydation lipidique, tandis que les semis traités aux nanocomposites fer-manganèse dopés au GQD (FM_GQD) étaient bien adaptés et fonctionnaient mieux que les semis témoins. Les antioxydants enzymatiques comme la catalase, la peroxydase, la glutathion réductase et la NADPH oxydase ont augmenté respectivement de 40,5, 103,2, 130,19 et 141,23 % par l'application de FM_GQD. Les preuves histologiques ont confirmé un degré plus faible de peroxydation lipidique et la sauvegarde de l'intégrité de la membrane plasmique grâce à l'accumulation d'osmolytes et à l'homéostasie rédox. Tous ces phénomènes interactifs conduisent à une augmentation de la croissance des semis de blé de 28,06 % grâce à l'application FM_GQD. Ces résultats mettent en évidence que les micronutriments comme le fer et le GQD dopé au manganèse peuvent être un nano-engrais prometteur pour la croissance des plantes et cet article servira de référence car il s'agit du tout premier rapport concernant le rôle améliorateur du GQD dans l'atténuation du stress salin.

Au cours de leur vie, les plantes sont confrontées à une multitude d’anomalies environnementales. Une série de mécanismes défensifs, notamment des processus biochimiques, moléculaires et physiologiques, jouent des rôles synchrones pour contrecarrer et s'adapter au stress abiotique et biotique concerné1. Parmi les principales céréales, le blé (Triticum aestivum) occupe une place essentielle pour assurer la sécurité alimentaire et nutritionnelle. Dans les pays d’Asie du Sud-Est comme l’Inde, le Pakistan, le Népal et le Bangladesh, le blé constitue la deuxième culture de base après le riz. Cependant, l’augmentation rapide de la salinité des sols et de l’eau constitue une menace sérieuse pour la productivité du blé à l’échelle mondiale2. On estime que 20 % des terres cultivables mondiales sont menacées de stress salin3. En Inde, la superficie est d'environ 6,727 millions d'hectares, soit environ 2,1 % de la superficie géographique totale du pays4. Parmi les diverses cultures de plein champ, le blé est généralement plus sensible à la salinité, ce qui affecte négativement la croissance et le développement des plants de blé, entraînant une diminution du rendement et de la qualité des grains, voire une perte totale des récoltes dans des conditions de salinité extrême2.

Les nanomatériaux sont considérés comme un potentiel pour relever les défis qui se posent dans le secteur agricole. Au cours des dernières décennies, un grand nombre de nanomatériaux ont été découverts pour améliorer la productivité des cultures, lutter contre les maladies et les ravageurs, améliorer l'efficacité des engrais et des pesticides, surveiller la santé des cultures et, surtout, gérer les stress environnementaux5,6. Diverses études ont également révélé le rôle défensif des nanoparticules dans l’atténuation du stress biotique, notamment dans l’atténuation du stress salin7,8,9. En tant que membre de la catégorie des nanomatériaux de carbone, les points quantiques de graphène (qui sont de petits morceaux de graphène bidimensionnel d'une taille inférieure à 100 nm) sont devenus une étoile montante dans cette classe en raison de leur biocompatibilité appréciable et de leurs caractéristiques telles que les propriétés optiques et de fluorescence. capacité de photoluminescence inhérente10. En plus de cela, il a été rapporté que les nanoparticules à base de carbone atténuent les effets néfastes causés par la salinité et les stress abiotiques associés11. Certaines recherches récentes ont indiqué que le GQD présente comparativement moins ou pas de toxicité sur les matériaux biologiques, présente une biocompatibilité adéquate et une fonctionnalisation facile avec d'autres biomolécules et entités chimiques12,13,14,15. De plus, le caractère hydrophile élevé et la perméabilité cellulaire appréciable de ce type de matériau les rendent appropriés pour les applications à base d’eau dans les systèmes biologiques16,17. Les GQD ont une structure conjuguée plane à couche atomique unique, une grande surface et un groupe contenant de l'oxygène qui offrent un site de liaison actif pour charger et/ou transporter le médicament et d'autres types de molécules10. Le dopage des GQD avec des molécules spécifiques, des hétéroatomes, des nanomatériaux, des brins d'ADN et des enzymes a déjà été rapporté18. Les hétéroatomes dopés à l’intérieur de nanomatériaux à base de carbone comme les GQD peuvent réguler efficacement leurs propriétés fondamentales, notamment les caractéristiques chimiques de surface et locales19,20. Par exemple, le graphène dopé à l’azote pourrait moduler efficacement la bande interdite de la molécule hôte (GQD) pour introduire de nouvelles propriétés21. Un grand nombre de chercheurs ont également signalé la capacité des nanoparticules comme l’argent, l’oxyde de titane, l’oxyde de zinc et les nanotubes de carbone à germer et à faire croître les semis de blé22,23. À ce propos, nous avons émis l’hypothèse que le GQD, associé à des micronutriments essentiels comme le fer et le manganèse, agirait comme un déclencheur efficace pour ralentir la croissance des plantes en atténuant les effets indésirables générés par le stress salin.