Biogenic silicon nanoparticles mitigate cadmium (Cd) toxicity in rapeseed (Brassica napus L.) by modulating the cellular oxidative stress metabolism and reducing Cd translocation

过氧化氢酶 氧化应激 超氧化物歧化酶 油菜籽 芸苔属 化学 抗氧化剂 食品科学 毒性 光合作用 活性氧 生物化学 植物 生物 有机化学
作者
Temoor Ahmed,Hafiza Ayesha Masood,Muhammad Noman,Arwa Abdulkreem AL‐Huqail,Suliman MS Alghanem,Muhammad Munem Khan,Sher Muhammad,Natasha Manzoor,Muhammad Rizwan,Xingjiang Qi,Amany H. A. Abeed,Bin Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:459: 132070-132070 被引量:139
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132070
摘要

Nano-enabled strategies have emerged as promising alternatives to resolve heavy metals (HMs) related harms in an eco-friendly manner. Here, we explored the potential of biogenic silicon nanoparticles (SiNPs) in alleviating cadmium (Cd) stress in rapeseed (Brassica napus L.) plants by modulating cellular oxidative repair mechanisms. Biogenic SiNPs of spherical shapes with size ranging between 14 nm and 35 nm were synthesized using rice straw extract and characterized through advanced characterization techniques. A greenhouse experiment results showed that SiNPs treatment at 250 mg kg-1 significantly improved growth parameters, including fresh weight (33.3 %) and dry weight (32.6 %) of rapeseed plants than Cd-treated control group. Photosynthesis and leaf gas exchange parameters were also positively influenced by SiNPs treatment, indicating enhanced photosynthetic efficiency. Additionally, SiNPs treatment at 250 mg kg-1 increased the activities of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (19.1 %), peroxidase (33.4 %), catalase (14.4 %), and ascorbate peroxidase (33.8 %), which may play a crucial role in ROS scavenging and reduction in Cd-induced oxidative stress. TEM analysis revealed that SiNPs treatment effectively mitigated Cd-induced damage to leaf ultrastructure, while qPCR analysis showed that SiNPs treatment changed the expressions of the antioxidant defense and stress related genes. Moreover, SiNPs treatment significantly influenced the Cd accumulation and Si contents in plants. Overall, our findings revealed that biogenic SiNPs have great potential to serve as a sustainable, eco-friendly, and non-toxic alternative for the remediation of Cd toxicity in rapeseed plants.
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