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Synthesis and characterization of Zn-based nanomaterials to be used as nanofertilizers on the growth in Ocimum basilicum plants
Luciano Velázquez, Josian
Luciano Velázquez, Josian
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Abstract
Studies have reported that nanoparticles may increase crop growth and yield. However, the use of nanoparticles larger than 10 nm can cause toxicity in some plant species, and many are not water-soluble or chemically stable. The objective of this study was to synthesize Zn-based nanomaterials (ZnO Nanoparticles and water-stable Thioglycolic acid coated ZnS Quantum Dots) and evaluate the effects of ZnS Quantum Dots on the growth of basil plants. Quantum Dots are known for their small size (<10 nm) and potential biocompatibility, depending on their organic coating. In this research, ZnO nanoparticles were synthesized using a reflux system. Absorbance analyses showed shoulder peaks at 360–364 nm, and photoluminescence spectra revealed a broad, high-intensity emission peak at ~400 nm. ZnO nanoparticles exhibited a wurtzite hexagonal crystalline structure, ~10 nm average size, and elemental composition of ~35% Zn and ~65% O. Furthermore, Thioglycolic acid coated ZnS Quantum Dots (~2.4 nm) with a zinc blende structure and elemental composition of ~49% Zn and 51% S were also synthesized, exhibiting a photoluminescence peak at 423 nm. These quantum dots were added to basil seedlings to promote plant growth and development. Results showed an 11% increase in total chlorophyll content in plants exposed to 250 ppm of Quantum Dots and 12% in plants exposed to 500 and 1000 ppm. Highest concentration of Mg (21% more than control plants) was found in plants exposed to 500 ppm of Quantum Dots. An increase in K and Ca uptake was observed in plants exposed to 750 ppm Quantum Dots (by about 15% and 24% respectively). Plants exposed to Quantum Dots at 1000 ppm increased Cu, Mn, and Fe by about 36%, 86%, and 523% respectively. Additionally, plants exposed to 500 ppm Quantum Dots increased Zn concentration in leaves by about 89%. Quantum Dots, covered with thioglycolic acid and measuring 2.4 nm, enhanced nutrient absorption in roots due to the high contact surface between the Quantum Dots and roots. The small size of the Quantum Dots enables transport within plants, traveling across both the xylem and phloem.
Estudios previos han informado que las nanopartículas pueden aumentar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, el uso de nanopartículas más grande de 10 nm puede causar daño y toxicidad en algunas especies de plantas, y algunos de estos nanopartículas no son solubles en agua o no son químicamente estables. El objetivo de este estudio es sintetizar nanomateriales a base de Zinc (Nanopartículas de ZnO y Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico) y evaluar el efecto de los Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico sobre el crecimiento de las plantas de albahaca. Los Puntos Cuánticos son conocidos por su pequeño tamaño (menos de 10 nm) y su potencial de biocompatibilidad, dependiendo de su recubrimiento orgánico. En esta investigación, Nanopartículas de ZnO fueron sintetizadas utilizando un sistema de reflujo. El análisis de absorbancia muestra una banda entre 360-364 nm y el espectro de fotoluminiscencia muestra una banda de alta emisión en ~400 nm. Las nanopartículas de ZnO exhiben una estructura cristalina hexagonal wurtzita, un tamaño promedio de ~10 nm y una composición elemental de 35% Zn y 65% O. Por otra parte, los puntos cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico (2.4 nm) con una estructura cristalina Blenda de Zinc y una composición elemental de 49% de Zn y un 51% de S, y el espectro de fotoluminiscencia exhibió un banda de florescencia en 423 nm. Estos Puntos Cuánticos fueron añadidos a plantas de albahaca para promover su crecimiento y desarrollo. Los resultados mostraron un aumento de 11% en el contenido total de clorofila en las plantas expuestas a 250 ppm de Puntos Cuánticos y del 12% en las plantas con tratamientos de 500 y 1000 ppm. La mayor concentración de Mg (21% más que en las plantas de control) se encontró en plantas con los tratamientos de 500 ppm de Puntos Cuánticos. Se observó un aumento en la absorción de K y Ca en plantas expuestas a Puntos Cuánticos de 750 ppm (aproximadamente un 15% y 24%, respectivamente). Las plantas expuestas con tratamientos de Puntos Cuánticos a 1000 ppm aumentaron el Cu, Mn y Fe en aproximadamente un 36%, 86% y 523%, respectivamente. Además, las plantas expuestas a 500 ppm de Puntos Cuánticos aumentaron la concentración de Zn en las hojas en aproximadamente un 89%. Los Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico y con un tamaño de 2.4 nm, mejoraron la absorción de nutrientes en las raíces debido a la alta superficie de contacto entre los Puntos Cuánticos y las raíces. El pequeño tamaño de los Puntos Cuánticos permite su transporte dentro de las plantas, viajando a través tanto del xilema como del floema.
Estudios previos han informado que las nanopartículas pueden aumentar el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, el uso de nanopartículas más grande de 10 nm puede causar daño y toxicidad en algunas especies de plantas, y algunos de estos nanopartículas no son solubles en agua o no son químicamente estables. El objetivo de este estudio es sintetizar nanomateriales a base de Zinc (Nanopartículas de ZnO y Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico) y evaluar el efecto de los Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico sobre el crecimiento de las plantas de albahaca. Los Puntos Cuánticos son conocidos por su pequeño tamaño (menos de 10 nm) y su potencial de biocompatibilidad, dependiendo de su recubrimiento orgánico. En esta investigación, Nanopartículas de ZnO fueron sintetizadas utilizando un sistema de reflujo. El análisis de absorbancia muestra una banda entre 360-364 nm y el espectro de fotoluminiscencia muestra una banda de alta emisión en ~400 nm. Las nanopartículas de ZnO exhiben una estructura cristalina hexagonal wurtzita, un tamaño promedio de ~10 nm y una composición elemental de 35% Zn y 65% O. Por otra parte, los puntos cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico (2.4 nm) con una estructura cristalina Blenda de Zinc y una composición elemental de 49% de Zn y un 51% de S, y el espectro de fotoluminiscencia exhibió un banda de florescencia en 423 nm. Estos Puntos Cuánticos fueron añadidos a plantas de albahaca para promover su crecimiento y desarrollo. Los resultados mostraron un aumento de 11% en el contenido total de clorofila en las plantas expuestas a 250 ppm de Puntos Cuánticos y del 12% en las plantas con tratamientos de 500 y 1000 ppm. La mayor concentración de Mg (21% más que en las plantas de control) se encontró en plantas con los tratamientos de 500 ppm de Puntos Cuánticos. Se observó un aumento en la absorción de K y Ca en plantas expuestas a Puntos Cuánticos de 750 ppm (aproximadamente un 15% y 24%, respectivamente). Las plantas expuestas con tratamientos de Puntos Cuánticos a 1000 ppm aumentaron el Cu, Mn y Fe en aproximadamente un 36%, 86% y 523%, respectivamente. Además, las plantas expuestas a 500 ppm de Puntos Cuánticos aumentaron la concentración de Zn en las hojas en aproximadamente un 89%. Los Puntos Cuánticos de ZnS cubiertos con ácido tioglicólico y con un tamaño de 2.4 nm, mejoraron la absorción de nutrientes en las raíces debido a la alta superficie de contacto entre los Puntos Cuánticos y las raíces. El pequeño tamaño de los Puntos Cuánticos permite su transporte dentro de las plantas, viajando a través tanto del xilema como del floema.
Description
Date
2024-12-12