Interacción entre nanopartículas y material fotosintético. Fotoquímica ambiental y nanobiónica de plantas

• Autores: Torres, Rocío
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Lagorio, María Gabriela; Diz, Virginia Emilse
• Materia: FOTOSINTESIS; NANOPARTICULAS; FLUORESCENCIA DE CLOROFILA; NANOMATERIALES; IMAPCTO AMBIENTAL; FOTOQUIMICA; PHOTOSYNTHESIS; NANOPARTICLES; CHLOROPHYLL FLUORESCENCE; NANOMATERIALS; ENVIRONMENTAL IMPACT; PHOTOCHEMISTRY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las nanopartículas se utilizan actualmente con diversos fines industriales y domésticos, lo que se refleja en su volumen de producción en constante aumento. Este éxito económico viene acompañado de su presencia en el ambiente y el riesgo de efectos potencialmente adversos en los sistemas naturales. Durante la última década, se han logrado avances sustanciales con respecto a la comprensión de las fuentes, el destino y los efectos de las nanopartículas en los sistemas acuáticos y terrestres. El debate sobre su acción a corto y largo plazo está cada vez más presente en la bibliografía actual. Por un lado, múltiples evidencias sugieren que su liberación en el ecosistema ha provocado serios problemas ambientales debido a su posible efecto tóxico en los organismos vivos, particularmente en las plantas. Por otro lado, la nanotecnología ha llamado recientemente la atención en el campo de la agricultura por sus diferentes aplicaciones en la liberación de nutrientes, pesticidas, nanosensores, detección de deficiencias de nutrientes, etc. De esta forma, mediante la nanotecnología es posible alcanzar una agricultura de precisión y así utilizar de manera eficiente el agua, los fertilizantes y otros insumos. Las plantas constituyen la base tanto del ecosistema como de la cadena alimentaria, y están sometidas continuamente a materiales liberados y acumulados en el medio ambiente por la actividad humana, por lo que es crucial estudiar los efectos de las nanopartículas en ellos. Si bien en los últimos años se han incrementado las publicaciones relacionadas a dicho tema, la mayoría de estos trabajos realizan una evaluación a nivel fisiológico o registran parámetros de estrés celular, pero no evalúan el efecto sobre la actividad fotosintética. En contraste con las técnicas anteriores, el análisis de la fluorescencia de la clorofila es una metodología confiable, no invasiva y no destructiva, conectada íntimamente con el rendimiento fotosintético y que permite la evaluación de la salud vegetal. En esta tesis se estudió el efecto de tres tipos de nanopartículas (metálica, óxido metálico y de carbono) con diferentes propiedades fisicoquímicas, en la actividad fotosintética y propiedades fotofísicas de plantas. Los resultados obtenidos ponen en evidencia la capacidad de las nanopartículas de introducirse en los cloroplastos - debido a su pequeño tamaño - y afectar de manera diferenciada los procesos de captación de luz y/o el transporte electrónico, según sus propiedades fisicoquímicas. Estas investigaciones se encuentran entre los primeros estudios sobre el efecto de nanopartículas en la cadena de transporte electrónico fotosintético desde una perspectiva fotoquímica de los procesos involucrados.
Nanoparticles serve various industrial and domestic purposes evidenced by their cons- tantly increasing production volume. This economic success comes along with their presence in the environment and the risk of potentially adverse effects in natural systems. Over the last decade, substantial progress has been made with respect to understanding the sources, fate and effects of nanoparticles in aquatic and terrestrial systems. The debate on their short- and long-term action is increasingly present in the current literature. There are multiple evidences suggesting their release into the ecosystem has caused serious environmental problems due to their possible toxic effect on living organisms, particularly plants. On the other hand, nanotechnology has recently drawn attention in the field of agriculture for its diverse applications in the release of nutrients, pesticides, nanosensors, detection of nutrient deficiencies, etc. In this way, by means of nanotechnology it is possible to achieve precision agriculture and thus make efficient use of water, fertilizers and other inputs. Plants are the basis of both the ecosystem and the food chain and are continually subjected to materials released and accumulated in the environment by human activity, soit is crucial to study the effects of nanoparticles on them. Although in recent years there has been an increase in publications related to the study of the effect of nanoparticles in plants, most of these works carry out an evaluation at the physiological level or record cellular stress parameters, but do not evaluate the effect on photosynthetic activity. In contrast to previous techniques, the analysis of chlorophyll fluorescence is a reliable, non-invasive and non-destructive methodology for photosynthesis and plant health evaluation. In this thesis, the effect of three types of nanoparticles (metallic, metallic oxide and carbon), with distinctive physicochemical properties, on the photosynthetic activity and photophysical properties of plants, was evaluated. The obtained results highlight the ability of nanoparticles to enter chloroplasts — due to their small size — and differentially affect the processes of light uptake and/or electronic transport, according to their physicochemical properties. These investigations are among the first studies about the effect of nanoparticles on the photosynthetic electron transport chain from a photochemical perspective of the underlying processes involved.
Fil: Torres, Rocío. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.