Gibberellic acid (GA3) and indole-3-acetic acid (IAA) role on Cd2+ and Cd-QDs uptake by 𝘓𝘦𝘶𝘤𝘢𝘦𝘯𝘢 𝘭𝘦𝘶𝘤𝘰𝘤𝘦𝘱𝘩𝘢𝘭𝘢

Abstract

At present, there is no regulations for NMs disposal and living organisms are in contact day-to-day to these new small materials. Despite the benefits of nanotechnology, there are issues about the safety and toxicity of NMs that researchers are interested to address. The aim of this research is to compare Cd uptake from Cd2+ and Cd-QDs sources by Leucaena leucocephala plants, as well as to study the effect of exogenous phytohormones on Cd absorption. In this research, a capping agent thioglycolic acid (TGA) was used for the stabilization of QDs avoiding aggregation. HRTEM image for TGA-capped CdS-QDs showed a spherical morphology with a face-centered cubic structure. XRD patterns confirmed 5 nm QDs crystalline structure according to their characteristic planes. FTIR confirmed the functionalization of QDs with TGA. ICP - OES was used for Cd quantification and to evaluate macro/micronutrients content in L. leucocephala tissues. Physical and chemical parameters analyzed show the effect of Cd speciation inside plants as well as water deficit stress in leaves from plants exposed to 5 ppm Cd2+ (82 ± 3 %). Root elongation decreased 35% in plants exposed to Cd2+ + IAA compared to control group. Total dry weight was lower in plants exposed to Cd2+ (29%) compared to controls. A significant increase in Cd uptake by roots in presence of QDs (1.0 ± 0.4 mg/g) was observed compared with Cd2+ uptake (0.15 ± 0.02 mg/g). A decrease on the uptake of Zn, Mg, K, and Fe in roots was observed in plants exposed to Cd2+, but no significant difference was observed in Mg, Ca, and Fe content in roots of plants exposed to QDs treatment. Catalase (CAT) activity in plant leaves exposed to Cd2+ and phytohormones show an average increase of 97% compared to controls. However, CAT in roots exposed to Cd2+ decreased 84% compared to controls. CAT activity in plant roots exposed to QDs + IAA increased 195% and 50% in leaves of plants exposed to Cd-QDs + GA3 + IAA. This study will contribute to a better understanding about the effect of the metal chemical speciation on Cd accumulation in plants.

Actualmente, no hay regulaciones para el manejo de los desperdicios generados por el uso NMs, y los organismos vivos se ven expuestos día a día con estos materiales. A pesar de los beneficios de la nanotecnología, existen problemas sobre la seguridad y la toxicidad de los NMs que los investigadores están interesados en abordar. El objetivo de esta investigación es comparar la absorción de Cd2+ y Cd-QDs por la planta Leucaena leucocephala, así como estudiar el efecto de la adición exógena de fitohormonas en la absorción de Cd. En este proyecto de investigación se utilizó el agente encapsulante ácido tioglicólico (TGA) para estabilizar los QDs y evitar la aglomeración. Las imágenes de HRTEM de los QDs cubiertos con TGA mostraron una morfología esférica con una estructura cúbica centrada en caras. El patrón de XRD confirmó la estructura cristalina de los QDs (~ 5 nm) de acuerdo con sus planos característicos. La funcionalización de los QDs fue confirmada por FTIR. La cuantificación de Cd y el contenido de macro/micronutrientes en los tejidos de la planta L. leucocephala fue evaluado mediante la técnica de ICP – OES. Los parámetros físicos y químicos analizados muestran el efecto de la especiación de Cd en el interior de las plantas, así como el estrés por déficit de agua en hojas de plantas expuestas a 5 ppm de Cd2+ (82 ± 3 %). La elongación de la raíz disminuyó un 35% en las plantas expuestas a Cd2+ + IAA en comparación con el grupo control. El peso seco total se redujo 29% respecto al control. Las plantas expuestas a los QDs de CdS cubiertos con TGA (1.0 ± 0.4 mg/g) mostraron un aumento significativo en la absorción de Cd por el sistema de raíces en comparación con la absorción de Cd2+ (0.15 ± 0.02 mg/g). Se observó una disminución en la absorción de Zn, Mg, K y Fe en las raíces de las plantas expuestas a Cd2+, pero no hubo diferencias significativas en el contenido de Mg, Ca y Fe en las raíces de las plantas expuestas a Cd-QDs. La actividad de la enzima catalasa (CAT) en las hojas de las plantas expuestas a Cd2+ + fitohormonas mostraron en promedio un aumento de 97% en comparación con el control. Sin embargo, las raíces expuestas a Cd2+ mostraron una disminución de 84% respecto al grupo control. La actividad de CAT aumentó un 195 % en las raíces de las plantas expuestas a Cd-QDs + IAA y un 50 % en las hojas de las plantas expuestas a Cd-QDs + GA3 + IAA. Los resultados de este estudio contribuirán a una mejor comprensión sobre el efecto de la especiación química de metales en la acumulación de Cd en las plantas.