Repositorio
Institucional

Inostroza-Blancheteau, Claudio

Tighe-Neira, Ricardo

Carmora, Erico

Recio, Gonzalo

Nunes-Nesi, Adriano

Reyes-Diaz, Marjorie

Alberdi, Miren

Rengel, Zed

Metallic nanoparticles influence the structure and function of the photosynthetic apparatus in plants

ELSEVIER FRANCE-EDITIONS SCIENTIFIQUES MEDICALES ELSEVIER

PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY

en

The applications of nanoparticles continue to expand into areas as diverse as medicine, bioremediation, cosmetics, pharmacology and various industries, including agri-food production. The widespread use of nano particles has generated concerns given the impact these nanoparticles mostly metal-based such as CuO, Ag, Au, CeO2, TiO2, ZnO, Co, and Pt - could be having on plants. Some of the most studied variables are plant growth, development, production of biomass, and ultimately oxidative stress and photosynthesis. A systematic appraisal of information about the impact of nanoparticles on these processes is needed to enhance our understanding of the effects of metallic nanoparticles and oxides on the structure and function on the plant photosynthetic apparatus. Most nanoparticles studied, especially CuO and Ag, had a detrimental impact on the structure and function of the photosynthetic apparatus. Nanoparticles led to a decrease in concentration of photosynthetic pigments, especially chlorophyll, and disruption of grana and other malformations in chloroplasts. Regarding the functions of the photosynthetic apparatus, nanoparticles were associated with a decrease in the photosynthetic efficiency of photosystem H and decreased net photosynthesis. However, CeO2 and TiO2 nanoparticles may have a positive effect on photosynthetic efficiency, mainly due to an increase in electron flow between the photo systems II and I in the Hill reaction, as well as an increase in Rubisco activity in the Calvin and Benson cycle. Nevertheless, the underlying mechanisms are poorly understood. The future mechanistic work needs to be aimed at characterizing the enhancing effect of nanoparticles on the active generation of ATP and NADPH, carbon fixation and its incorporation into primary molecules such as photo-assimilates.

Las aplicaciones de las nanopartículas se expanden continuamente a áreas tan diversas como la medicina, la biorremediación, la cosmética, la farmacología y diversas industrias, incluyendo la producción agroalimentaria. El uso generalizado de nanopartículas ha generado preocupación debido al impacto que estas, principalmente de base metálica, como CuO, Ag, Au, CeO₂, TiO₂, ZnO, Co y Pt, podrían tener en las plantas. Algunas de las variables más estudiadas son el crecimiento, el desarrollo y la producción de biomasa de las plantas, así como el estrés oxidativo y la fotosíntesis. Es necesario un análisis sistemático de la información sobre el impacto de las nanopartículas en estos procesos para comprender mejor los efectos de las nanopartículas y óxidos metálicos en la estructura y función del aparato fotosintético de las plantas. La mayoría de las nanopartículas estudiadas, especialmente CuO y Ag, tuvieron un impacto negativo en la estructura y función del aparato fotosintético. Las nanopartículas provocaron una disminución en la concentración de pigmentos fotosintéticos, especialmente clorofila, y la alteración de los granos y otras malformaciones en los cloroplastos. En cuanto a las funciones del aparato fotosintético, las nanopartículas se asociaron con una disminución de la eficiencia fotosintética del fotosistema H y una disminución de la fotosíntesis neta. Sin embargo, las nanopartículas de CeO₂ y TiO₂ podrían tener un efecto positivo en la eficiencia fotosintética, principalmente debido a un aumento del flujo de electrones entre los fotosistemas II y I en la reacción de Hill, así como a un aumento de la actividad de la Rubisco en el ciclo de Calvin y Benson. No obstante, los mecanismos subyacentes son poco conocidos. El estudio futuro de los mecanismos debe centrarse en caracterizar el efecto potenciador de las nanopartículas en la generación activa de ATP y NADPH, la fijación de carbono y su incorporación a moléculas primarias como los fotoasimilados.

Artículo de revisión

Este trabajo fue financiado por el Grupo de Investigación en Bio-Nanomateriales No201GI-CI-01, VIP Universidad Católica de Temuco y becas CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional/2016-21160984.

This work was funded by the Bio-Nanomaterials Research Group No201GI-CI-01, VIP Universidad Catolica de Temuco and CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional/2016-21160984 scholarships.

10.1016/j.plaphy.2018.07.024

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Photo catalysis

Oxidative stress

Photosystems

Electron transport chain

Fotocatálisis

Estrés oxidativo

Fotosistemas

Cadena de transporte de electrones

Plant Sciences

Photo catalysis

Oxidative stress

Photosystems

Electron transport chain

Fotocatálisis

Estrés oxidativo

Fotosistemas

Cadena de transporte de electrones

Nanomateriales (Producción y Propiedades)

Biotecnología agrícola

Agricultura

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WOS:000444789200040

Metallic nanoparticles influence the structure and function of the photosynthetic apparatus in plants

Artículo de revisión

ELSEVIER FRANCE-EDITIONS SCIENTIFIQUES MEDICALES ELSEVIER

PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY

Ciencias de las plantas

0981-9428

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Bio-Nanomaterials Research Group 201GI-CI-01

UCT VIP

ANID CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional 2016 21160984

This work was funded by the Bio-Nanomaterials Research Group No201GI-CI-01, VIP Universidad Catolica de Temuco and CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional/2016-21160984 scholarships.

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Bio-Nanomaterials Research Group 201GI-CI-01#UCT VIP#ANID CONICYT-PCHA/Doctorado Nacional 2016 21160984