Efficacia delle nanoparticelle di ZnO nella fortificazione dello Zn e nella ripartizione dei chicchi di grano e riso sotto stress salino

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2022 (2023) Citare questo articolo

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La carenza di zinco (Zn) è un grave problema sanitario nei paesi in via di sviluppo a causa della dipendenza dalla dieta a base di cereali. I cereali sono intrinsecamente a basso contenuto di Zn e l’inevitabile utilizzo di terreni stressati ha ulteriormente aggravato il problema. Lo scopo della ricerca attuale era quello di migliorare la concentrazione di Zn nei chicchi di grano e riso coltivati ​​in terreni salini attraverso nanoparticelle di ossido di zinco (ZnO-NP) a causa della loro elevata disponibilità. Le ZnO-NP sono state preparate mediante il metodo della co-precipitazione e caratterizzate mediante diffrazione di raggi X (XRD) e microscopio elettronico a scansione (SEM). Sono stati condotti due esperimenti separati in vaso per grano e riso per verificare l'efficacia relativa delle ZnO-NP rispetto ad altre fonti di Zn sfuse, ovvero solfato di zinco eptaidrato (ZnSO4·7H2O) e ZnO. I risultati hanno mostrato che lo stress salino ha avuto un impatto negativo sui parametri testati. Si è verificato un miglioramento significativo (p ≤ 0,05) nella crescita, nella tolleranza al sale, nell'assorbimento di Zn da parte delle piante e nelle concentrazioni di Zn nei cereali mediante l'applicazione di Zn attraverso fonti di Zn. Le ZnO-NP hanno mostrato il massimo miglioramento nei parametri delle colture rispetto ad altre fonti grazie al loro maggiore assorbimento e traslocazione nelle piante sia in condizioni di terreno normali che stressate. Pertanto, le nanoparticelle di ZnO si sono rivelate più efficaci per l’arricchimento dello Zn nel grano sia nelle colture di grano che di riso testate in condizioni normali e saline.

La salinità è stata una delle principali preoccupazioni per l’agricoltura globale ed è diventata lo stress ambientale abiotico più minaccioso con conseguente perdita di fertilità e produttività delle colture1. L'aumento delle concentrazioni di sodio (Na+) e cloruro (Cl−) e lo stress osmotico portano ad un ridotto assorbimento di nutrienti essenziali, una ridotta disponibilità di acqua e disturbi funzionali di diversi processi fisiologici delle piante2,3. Pertanto la resa e la qualità del raccolto sono notevolmente compromesse. Lo squilibrio ionico e l'elevata concentrazione di Na+ nelle piante provocano una crescita ritardata e uno scarso contenuto di nutrienti dei cereali4, inclusi grano e riso. Presenza di alcuni o tutti i fattori come clima arido, elevata temperatura regionale con conseguente movimento netto dell'acqua in salita e accumulo di sale superficiale, utilizzo sbilanciato e insufficiente di fertilizzanti, bassa materia organica (OM), pH elevato, terreno calcareo e acqua di irrigazione ad alto contenuto di carbonato, ecc. porta alla salinità del suolo e alla carenza della maggior parte dei nutrienti compreso Zn5.

Lo zinco è stato valutato come il micronutriente più comunemente carente nella maggior parte dei terreni calcarei dopo N e P6. Le colture di cereali, grano e riso comunemente coltivate hanno maggiori probabilità di soffrire di carenza di Zn nei paesi in via di sviluppo7. Lo Zn è un componente vitale di numerosi enzimi e agisce come cofattore di oltre 300 enzimi. Nelle piante lo Zn è necessario per la traslocazione, la trascrizione e la regolazione della maggior parte delle attività enzimatiche ed è vitale per la stabilità strutturale di numerose proteine8 e dei componenti strutturali dei ribosomi7.

Circa la metà della popolazione dei paesi asiatici e africani è a rischio di carenza di zinco e il tasso sta aumentando a ritmi allarmanti9. La carenza di Zn è più comune nelle donne e nei bambini a causa della grave malnutrizione. La dipendenza dalla dieta a base di cereali con una concentrazione di Zn molto bassa e una bassa biodisponibilità è la ragione principale di questo scenario. Il crescente deterioramento dei suoli aggrava ulteriormente il problema e non può soddisfare il bisogno umano di un sufficiente assorbimento di Zn. I terreni salini e/o sodici hanno una ridotta solubilità dei micronutrienti, quindi le piante coltivate su tali terreni devono affrontare la carenza di micronutrienti, in particolare Zn10. È stato riferito che lo Zn ha un ruolo importante nell'alleviamento dello stress e aiuta a ridurre il Na+ nelle piante e ad aumentare l'accumulo di K+ nelle piante in condizioni saline11.

La carenza di zinco e lo stress salino vengono solitamente discussi come due fattori limitanti la crescita separati, mentre il loro effetto di interazione non è studiato in dettaglio e non è ben riportato. Tuttavia, pochi ricercatori hanno documentato l’effetto dello stress salino sull’assorbimento di Zn. I terreni con SAR e pH elevati hanno una solubilità dei micronutrienti molto bassa12. L'elevata forza ionica del mezzo di crescita ha un effetto fortemente negativo sull'assorbimento dello Zn da parte delle piante.