Mitigating Metal Toxicity in Plants Using Nanoparticles: Mechanisms and Implications for Sustainable Agriculture

作物生产力 农业 环境科学 生物技术 纳米技术 生化工程 生物 生态学 材料科学 工程类
作者
Venuste Munyaneza,Wen Zhang,Sharjeel Haider,Lulu Ren,Ayaz Ali,Surya Kant,G.L. Ding
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (28): 17374-17386 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c04693
摘要

Conventional agriculture's reliance on chemical inputs poses risks to human health and the environment. Nanotechnology offers a promising alternative through engineered nanoparticles (NPs) that have a high surface area, solubility, and reactivity. This review highlights how NPs mitigate metal toxicity and soil acidification by enhancing nutrient delivery and reducing phytotoxicity. We discuss NP-soil-plant interactions, including uptake, translocation, and physiological responses, at the cellular and molecular levels. Ecotoxicological concerns, such as NP accumulation, microbial disruption, and long-term effects, are addressed. Innovative strategies like stimuli-responsive release systems and NP-microbiome co-delivery platforms are explored to improve efficacy and safety. NPs significantly enhance plant resilience by increasing antioxidant enzyme activities by up to 60%, improving nutrient uptake efficiency, and boosting plant growth by 15-55% under aluminum stress conditions across various species, including Brassica napus. This perspective identifies key knowledge gaps and offers future perspectives, positioning nanotechnology as a sustainable tool to enhance crop productivity under metal stress while maintaining ecological balance.
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