Efectos de nanotubos de carbono sintéticos y naturales biotransformadas por Trichoderma sp. en el desarrollo de Zea mays L a través de la estimulación de la fotosíntesis y la activación de la vía TOR

Abstract

Currently Zea mays is an important food source for livestock and human consumption in Mexico. In the production of maize, chemical inputs that contaminate the environment are used indiscriminately. An alternative to reduce the use of agrochemicals is through nanoparticles such as natural or synthetic multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), plant growth-promoting nanoparticles (NPs). However, the effects of these nanoparticles have not been elucidated in others physiological processes of plant development. On the other hand, it has been documented that fungal-based biosynthetic processes can modify the physical-chemical properties of carbon nanotubes (CNTs). Therefore, the objective of this work was to evaluate the effects of stubble NPs, natural and synthetic MWCNTs with and without biotransformation by Trichoderma sp. on the stimulation of the growth of maize. Basidiomycetes have been widely studied as fungi capable of biodegrading carbon-based NPs. However, little is known about the ability to biotransforming MWCNT by fungi such as Trichoderma sp. To this end, stubble NPs and synthetic and natural MWCNTs were exposed to the growth of Trichoderma sp. through in vitro bioassays. The nanomaterials were characterized by FTIR, Raman Spectroscopy, and scanning electron microscopy to evaluate the structural changes caused by the exposure to the fungus. Subsequently, Z. mays seeds were inoculated with this material (Nanoparticles-Trichoderma sp.). The response variables to be evaluated were speed and percentage of germination; biomass, phenotypic variables of the aerial part, main root, and chlorophyll were evaluated in seedlings, and the S6K protein was analyzed by western blot. Trichoderma sp. biotransformed the structure and characteristics of carbon-based nanomaterials, demonstrating that the biotransformation of these nanoparticles contributed to the plant growth promotion, from germination stages, development of aerial and underground parts and the biomass of Z. mays, stimulating the production of chlorophyll.

En la actualidad el maíz (Zea mays L) es una fuente de alimento importante para el ganado y consumo humano en México. En la producción de maíz se emplean de forma indiscriminada insumos químicos que contaminan el ambiente. Una alternativa para reducir el uso de agroquímicos es mediante nanopartículas como los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) naturales o sintéticos, nanopartículas (NPs) promotoras del crecimiento vegetal. Sin embargo, no se han elucidado los efectos de estas nanopartículas, en otros procesos fisiológicos del desarrollo vegetal. Por otro lado, se ha documentado que procesos biosintéticos a base de hongos, pueden modificar las propiedades físico-químicas de los nanotubos de carbono (NTC). Por lo que, en este trabajo el objetivo fue evaluar los efectos de NPs de rastrojo, MWCNTs naturales y sintéticos con y sin biotransformación por Trichoderma sp. en la estimulación del crecimiento de plantas de maíz. Por otro lado, se han estudiado ampliamente los basidiomicetes como hongos capaces de biodegradar NPs a base de carbono, sin embargo, poco se sabe sobre la capacidad para biotransformar MWCNT de hongos como Trichoderma sp. Para ello, se expusieron NPs de rastrojo y MWCNTs sintéticos y naturales al crecimiento de Trichoderma sp. en bioensayos in vitro. Se caracterizaron los nanomateriales mediante Espectroscopía FTIR y Raman, y microscopía electrónica de barrido para evaluar los cambios estructurales causados por la exposición al hongo. Posteriormente se inocularon las semillas de maíz con este material (Nanopartículas-Trichoderma sp.). Las variables a evaluar fueron velocidad y porcentaje de germinación, biomasa en plantulas, variables fenotípicas de la parte aérea, raíz principal y clorofila, y se analizó a la proteína S6K mediante western blot. Trichoderma sp. biotransformó las estructura y características de los nanomateriales a base de carbono, demostrando que la biotransformación de estas nanopartículas contribuyó a la promoción del crecimiento vegetal, desde estadios de germinación, desarrollo de partes aéreas como subterráneas y la biomasa de Z. mays, al mismo tiempo que estimulan la producción de la clorofila.