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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2700 (2023) Citare questo articolo

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Le nanoparticelle di silicio (Si-NP) hanno mostrato il loro potenziale per l'uso nell'agricoltura in condizioni di carenza idrica. Pertanto, l'esperimento è stato portato a termine per esplorare gli impatti dell'innesco del seme delle Si-NP sulla crescita e sulla resa del grano (Triticum aestivum L.) in diversi livelli di siccità. Le piante sono state coltivate in vaso in condizioni ambientali ecologiche naturali e sono state raccolte il 25 aprile 2020. I risultati hanno rivelato che l'innesco dei semi di Si-NP (0, 300, 600 e 900 mg/L) è migliorato in modo suggestivo, la lunghezza delle punte , grani per spiga, peso di 1.000 grani, altezza della pianta, resa in grani e resa biologica del 12–42%, 14–54%, 5–49%, 5–41%, 17–62% e 21–64%, rispettivamente, rispetto al controllo. Le Si-NP hanno migliorato gli attribuiti al commercio di gas fogliari e le concentrazioni di clorofilla a e b, sebbene abbiano diminuito la pressione ossidativa nelle foglie, come dimostrato dalla ridotta perdita di elettroliti e dall'aggiornamento delle attività di superossido dismutasi e perossidasi nelle foglie sotto i rimedi Si-NP sul controllo . I risultati hanno suggerito che le Si-NP potrebbero migliorare la resa del grano in periodi di siccità. In questo modo, l’utilizzo di Si-NP mediante la tecnica del seed priming è una metodologia pratica per controllare lo stress da siccità nel grano. Questi risultati forniranno la base per la ricerca futura e saranno utili per migliorare la sicurezza alimentare in caso di sfide legate alla siccità e al caldo.

La siccità rappresenta uno stress ecologico tra gli altri stress abiotici, che influenzano negativamente la crescita e la resa dei raccolti in tutto il mondo1. La produttività delle colture sta diminuendo a causa delle riserve limitate di acqua2, del minore apporto di nutrienti e della scarsa fotosintesi3. Anche se la siccità influisce sulle prestazioni del grano in tutte le fasi di crescita, è più rudimentale durante le fasi di fioritura e riempimento dei chicchi (stagione secca terminale), il che si traduce in una notevole perdita di rendimento. Le principali spiegazioni alla base di queste perdite sono la diminuzione del tasso di fotosintesi netta dovuta a limitazioni metaboliche, il deterioramento ossidativo dei cloroplasti e della chiusura stomatica, e l'abbandono della formazione e del miglioramento dei grani4. Tuttavia, lo stress da siccità stimola la creazione di etilene5,6 che ritarda e rallenta la crescita e l'allungamento delle radici2,7. Tutto sommato, le piante hanno messo a punto diversi meccanismi versatili per acclimatare la carenza d'acqua provocando una successione di reazioni fisiologiche e biochimiche8. Tra questi componenti, gli antiossidanti svolgono un ruolo fondamentale nel ridurre il danno ossidativo causato dalla siccità9.

L’impatto della siccità in Pakistan è più significativo a causa della sua massiccia dipendenza dall’agroindustria. Oltre a ciò, il Pakistan diventa più vulnerabile alla siccità a causa della mancanza di consapevolezza dello stress e di pratiche di controllo10, e ad alto rischio in futuro a causa dei recenti cambiamenti climatici11,12. Il grano è un'importante coltura stagionale della rabi che contribuisce per l'8,7% all'espansione del valore del settore agroalimentare e per l'1,7% al PIL del Pakistan. Il territorio interessato dalla crescita del grano in Pakistan nel periodo 2019-2020 è stato di 8.825.000 ettari, con una crescita dell'1,7% rispetto allo spazio di un anno fa che era di 8.678.000 ettari. Inoltre, la produzione stimata di grano è stata di 24.946 milioni di tonnellate nel 2019, ovvero il 2,5% in più rispetto all'anno precedente13,14.

Oltre la metà dei campi di grano del mondo sono colpiti da periodici stress siccitosi15. Il rapido cambiamento climatico e il riscaldamento globale avranno l’impatto peggiore sui raccolti futuri perché aumentano la frequenza e l’intensità della siccità a causa delle minori precipitazioni e delle alte temperature sulla terra16. Di conseguenza, per migliorare la resa e preservare il grano da tali stress è necessario sviluppare una maggiore comprensione e approcci per superare questi problemi17.

Nell'ultimo decennio, le nanoparticelle hanno svolto un ruolo fondamentale in agricoltura grazie alle loro proprietà uniche, come una maggiore capacità di assorbimento, una maggiore area superficiale, un metodo di distribuzione efficiente per un punto specifico e tale tecnologia utilizzata in molti modi come additivi, stimolatori della crescita delle piante, nanofertilizzanti e agenti fitosanitari18,19. Sedghi et al.20 hanno affermato che l'utilizzo di nanoparticelle di silicio sta assumendo un ruolo significativo nella resistenza delle piante contro la carenza di acqua rispetto all'espansione di aminoacidi, contenuto di clorofilla b, lipidi e proteine. Tra le altre NP, le Si-NP sono utili per aumentare la crescita delle piante e la fotosintesi in un'atmosfera intensa21,22.