Intelligentes Nanomaterial und Nanokomposit mit fortschrittlichen agrochemischen Aktivitäten

Einführung

Weltweit werden Menschen in der Landwirtschaft für den Anbau grundlegender Nahrungspflanzen und verschiedener lebenswichtiger Produkte wie Fasern, Treibstoffe, Futtermittel und Rohstoffe eingesetzt. Begrenzte Ressourcen und eine exponentiell wachsende Bevölkerung, die bis 2050 auf 9,6 Milliarden geschätzt wird, erzwingen die daraus abgeleiteten Gebiete, die die Entwicklung einer sehr nachhaltigen Landwirtschaft fordern und gleichzeitig eine Verringerung des globalen Hungers und der Armut ermöglichen [1, 2]. Um diesen Bedarf der unaufhaltsam wachsenden Bevölkerung zu decken, ist es dringend erforderlich, die Nahrungsmittelproduktion um mehr als 50 % zu steigern [2, 3]. Aufgrund der begrenzten Anzahl natürlicher Ressourcen (Wasser, Land, Boden, Wald usw.) und der Begrenzung der Pflanzenproduktivität besteht ein großer Bedarf an effektiven landwirtschaftlichen Ansätzen, die wirtschaftlich und umweltfreundlich tragfähig und verträglich sind. Um diese Dilemmata zu überwinden, wurden synthetische Agrochemikalien (Herbizide, Insektizide, Fungizide und Düngemittel) entwickelt und zur Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge eingesetzt [4, 5]. Die Anwendung solcher Agrochemikalien war jedoch in den letzten Jahrzehnten von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Lebensmittelqualität und -quantität, um die langfristigen negativen Auswirkungen solcher Agrochemikalien auf die Bodengesundheit und das Ökosystem zu bewerten [6]. Die Forschung zur Anwendung von Nanopartikeln als chemische Alternativen für den Nutzen in der Landwirtschaft hat jedoch in den letzten zehn Jahren an Popularität gewonnen, später als Nanoagrochemikalien bezeichnet [7]. Die absichtliche und gerichtete Abgabe von Nanoagrochemikalien in die Umwelt kann im Hinblick auf zu erwartende Umweltprobleme als spezifisch angesehen werden, da sie die einzige diffuse Ursache von technisch hergestellten Nanopartikeln (NPs) darstellen würden [8, 9]. Vor diesem Hintergrund ist eine dieser Initiativen die Vorreiterrolle bei intelligenten Nanomaterialien zur Revolutionierung aktueller landwirtschaftlicher Praktiken, die aufgrund ihres beträchtlichen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und außergewöhnlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften eine gute Reaktivität aufweisen und den neuen Vorteil der Modifikation entsprechend der steigenden Nachfrage bieten [2].

Die moderne Landwirtschaft verwandelt sich in eine nachhaltige Landwirtschaft mit der Verwendung dieser modernen Materialien, die es ermöglichen, mit begrenzten Ressourcen maximale Erträge zu erzielen [10]. Im Allgemeinen sind Agrochemikalien für die Steigerung der Pflanzenproduktivität unerlässlich, aber im Gegenteil, ihre Anwendung verringert die Bodenfruchtbarkeit, indem sie den Bodenmineralhaushalt behindert [11]. Darüber hinaus kann die direkte Blatt- oder Spritzapplikation kostengünstig und sehr hoch sein, die ablaufen und kontrolliert werden müssen [12]. Die in der Landwirtschaft entwickelten auf Nanomaterialien basierenden Chemikalien regulieren die Nährstoffverarmung, die Ertragsminderung, die Kosten für den Pflanzenbau, den Schutz, die Produktion und minimieren den Nachernteverlust [3]. Nanokomposite sind aufgrund ihrer intrinsischen einzigartigen thermischen, elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften zu einer Schlüsselkomponente von Nanomaterialien geworden, um den Lebenszyklus von Pflanzen zu untersuchen und zu stimulieren. Die größenabhängige Translokation liegt im Bereich von 0,1–1000 nm innerhalb von Pflanzenteilen und verändert sich je nach Oberflächenzusammensetzung, einer Ladung von NPs (stark negativ geladen zeigt mehr Translokation) und der Ausschlussgrenze der Pflanzengröße [10, 13]. Diese Penetrationswege werden durch verschiedene In-vitro- (Filterpapier, Hydrokultur, Agarmedien, Hoagland-Lösung, Mursashige- und Skoog-Medien, Nährlösung) und In-vivo-Experimente (Blattaufnahme, Verzweigung, Stamminjektion und Wurzelaufnahme) unter Verwendung von Nanopestiziden bestätigt , Nanoherbizide, Nanoherbizide und nanowachstumsfördernde Verbindungen [2, 9]. In bestimmten Fällen ist der Größenausschluss jedoch hoch, sodass es schwierig ist, den spezifischen Durchgang und die Konzentration zu begrenzen, die die Wachstumsphase von Pflanzen sowohl positiv als auch negativ beeinflussen (Abb. 1).

Schematische Darstellung des Nanopartikeltransports und ihrer Wechselwirkungen in Nutzpflanzen

In den letzten Jahren wurden viele erfolgreiche Beispiele für den Einsatz intelligenter Nanomaterialien in der Landwirtschaft beschrieben, darunter mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren [5, 14], metallbasierte Nanokomposite [15], Silber hemmt die Pilzkeimung [16] und viele mehr. Diese Nanoformulierung des neuen Zeitalters hat das Potenzial, die Physiologie, die gerade in den Boden-Pflanzen-Komplex eindringt, zu verfeinern, die allein genutzt werden kann, um den seitlichen Effekt zu erkennen [17].

Die Produkte auf Nanopartikelbasis (NMs), einschließlich intelligenter agrochemischer Abgabesysteme mit Nanokompositen als Hauptbestandteile, werden ständig weiterentwickelt. Es ist noch viel intensive Forschung erforderlich, um die praktischen Vorteile von Nanoagrochemikalien durch ein verbessertes Arbeitsdesign, eine Regulierung der Kommerzialisierung und eine Risikobewertung von Nanodüngemitteln, Nanopestiziden und Nanoherbiziden zu erreichen [18, 19]. Neue Kulturpflanzensorten, die Hitze, Trockenheit, Salzgehalt und andere ungelöste Herausforderungen in Anbausystemen ertragen können, stören das gesamte Spektrum der wichtigsten Anbaupraktiken weltweit. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Einführung von NMs in die natürliche Umwelt das chemikalienbasierte Gefährdungsniveau senkt [12]. Wir glauben sicher, dass ihre Anwendung in der Landwirtschaft die Kluft zwischen nachhaltigen und chemiebasierten Landwirtschaftssystemen verringern wird. Darüber hinaus steigert es auf umweltfreundliche Weise die Nahrungsmittelproduktion und -qualität weltweit, indem es Wasser- und Bodenverschmutzungen beseitigt [20]. Somit könnten sie praktisch neue Wege zur Entwicklung neuer NM-basierter Produkte bieten [14]. Herkömmliche Agrochemikalien haben zahlreiche Nachteile in Bezug auf die Nichtselektivität und die Adsorptionsrate von Wirkstoffen (AIs) geboten.

Es wurde berichtet, dass mehr als 99,9 % der Pestizide nicht an den Zielstandorten abgegeben werden und gefährliche Auswirkungen auf die Gesundheit von Boden, Wasser und Luft haben, was die Resistenz gegen Krankheitserreger und den Verlust der biologischen Vielfalt erhöht [12, 21, 22]. Insgesamt wollten wir die aktuellen Informationen zu Fakten hervorheben, dass Nanomaterialien oder Nanocomposite eine effiziente Lösung zur Aufwertung und Weiterentwicklung von landwirtschaftlichen Innovationen, Lebensmittelsystemen, nachhaltigem Pflanzenschutz und Produktion bieten. Darüber hinaus werden in der vorliegenden Übersicht auch Informationen über das kontrollierte Freisetzungssystem, die Rolle bei der Interaktion mit Boden und Mikrobiom, die vielversprechende Rolle von Nanokompositen als Nanopestizid, Nanoherbizid, Nanodünger und die Einschränkung agrochemischer Aktivitäten diskutiert.

Nanostrukturverbindungen mit dem Controlled Release System (CRS)

Aufgrund mehrerer Vorteile gegenüber herkömmlichen chemischen Anwendungsansätzen haben viele Forscher das Modell des kontrollierten Freisetzungssystems [15, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29] vorgeschlagen, um Ersatzstoffe zur Reduzierung der Umweltverschmutzung anzubieten. Die kontrollierte Freisetzung (CR) ermöglicht eine wirksamere Abgabe eines AI im Boden und in der Pflanze für das gewünschte Zeitintervall, was zu einer Verringerung der eingesetzten Mengen an Agrochemikalien, Energie, Arbeitskraft oder anderen Ressourcen, die für den Betrieb der Anwendungsinstrumente unerlässlich sind, wie sowie zur Erhöhung der Sicherheit für den Menschen, der sich mit ihrer Anwendung befasst [26, 29, 30, 31, 32]. Darüber hinaus weist CR viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden auf, darunter die Verringerung der Phytotoxizität, die Verringerung der agrochemischen Verluste durch Verflüchtigung, Auslaugung, Abdrift, unsachgemäße Handhabung und Abbau im Boden und die kontrollierte Abgabe fällt mit einer geeigneten Konzentration in der Pflanze zusammen, um unvorhersehbare Verluste in Form von Verdunstung zu verhindern , Auslaugung und Wetter ( Abb. 2) [16, 33].

Arten von Nanopartikel-Abgabesystemen

Eine umfassende Charakterisierung ist eine wesentliche Voraussetzung, um die Effizienz und das Verhalten von intelligenten nanobeladenen Agrochemikalien vorherzusagen oder zu erklären. Als wichtige Eigenschaften werden insbesondere die Retention von AIs, das Verhalten, die Zusammensetzung und Phase, das Zetapotential und die innere Struktur von polymeren Nanoträgern und ihre Freisetzung unter Partikelumgebungsbedingungen zusammengefasst [30, 34, 35, 36]. Die Beladungs- und Freisetzungsrate von AIs von Nanocarriern spielt eine zentrale Rolle bei der Vorhersage oder Bewertung ihrer Wirksamkeit. Diese können anhand der in der Polymermatrix verbleibenden Konzentration der Inhaltsstoffe und der Menge der freigesetzten Inhaltsstoffe bewertet werden [37, 38]. Der Freisetzungsmechanismus kann über verschiedene Modi erreicht werden, wie zum Beispiel:

Diffusion durch Relaxation/Schwellung von NPs

Bei Konzentrationsgradientenphänomenen (oder Fickian-Diffusion) würde die Freisetzung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, wenn Nanoträger entweder mit konzentrierten oder festen Formulierungen verdünnt werden, selbst bei Bewässerungs- oder Regenereignissen. Die Diffusion kann verlangsamt werden, indem die Nanopartikelgröße oder der Abstand innerhalb von Medien vergrößert wird, in denen die Diffusion von AI auftritt, beobachtet in Polymilchsäure (PLA) beladenem Metazachlor [32, 39, 40]. In ähnlicher Weise wurde eine verstärkte Vernetzung als effiziente Methode zur Verzögerung der Diffusion durch Erhöhung der Tortuosität oder Verringerung der Porosität über die Polymermatrix vorgeschlagen, wie das Methomyl-beladene Chitosan (Azidobenzaldehyd-Carboxymethyl)-Pestizid vor und nach der Polymervernetzung zeigt [40, 41,42,43].

Burst-Release

Die gebräuchlichste Methode mit schneller Freisetzung, bei der AI unerwünscht freigesetzt wird, wenn eine anfänglich hohe Menge an AI für die Anwendung des Targets nicht günstig ist. Das Phänomen würde zeigen, dass eine erhöhte Konzentration von AIs, die in der Nähe oder auf der Oberfläche der NPs vorhanden sind, eine hochsignifikante Burst-Freisetzung anzeigt. Zum Beispiel wurde eine PLA-beladene Metazachlor (Herbizide)-Nanokapsel oder eine Oberflächenbeschichtung empfohlen, um den anfänglichen schnellen Burst zu verhindern, der häufig bei Nanokugeln beobachtet wird [35].

Abbau

Die Freisetzung von Nanopartikeln kann durch physikalische, chemische und biologische Zersetzung ausgelöst oder beschleunigt werden, die durch Hydrolyse mit Wasser, Lichteinwirkung, Temperatur, pH-Wert, spezifische Reize und enzymatische Aktivitäten erreicht werden kann. Zum Beispiel zeigen PLGA-NPs (Poly milchig-co-glycolic Acid) einen erhöhten hydrolytischen Abbau mit einem verbesserten Oberflächen-Volumen-Verhältnis für Wasser, und ihre Diffusionsrate könnte mit geeigneten Nanoträgern fein abgestimmt werden [44]. Darüber hinaus erhöht das in PLGA-NPs eingebaute mPEG (Methoxypolyethylenglykol) die Abbaugeschwindigkeit von NPs durch verbesserte Hydrophilie und letztendlich Zugänglichkeit für die Hydrolyse beim hydrolytischen Abbautyp. Beim enzymatischen Abbau werden die Ereignisse, die durch die Aktivitäten von Phosphatasen, Glykosidasen und Proteasen angeführt werden, nämlich:PCL (Poly(ε-Caprolacton)-Abbau verstärkt sich mit der Aktivität der Lipase-Aktivität [44]. Säure)-Abbau, der durch γ-GTP (γ-Glutamyl-Transpeptidase) vermittelt wird, gilt als das am häufigsten vorkommende Enzym, das einen schnellen Abbau verursacht [38]. Trypsin-Enzym als Collagenase [37].

In einigen Fällen kann eine Stimulus-Response-Freisetzung beobachtet werden, wenn lichtempfindliche Polymere verwendet werden, wie z. B. mizellare oder UV-labile (Ultraviolett)-labile Kern-Schale-NPs wurden zu PEG und Nitrobenzyl zu Carboxymethylchitosan hergestellt. Somit kann ein stimulibasiertes Nanokomposit intelligent auf den vom Ziel oder der angrenzenden Umgebung erzeugten Reiz reagieren, der schließlich die Freisetzung von AIs auslöst, um den Schädling effektiv zu regulieren [45, 46]. Die physikalische Stabilität in einigen NPs wird jedoch durch den pH-Wert verändert, wenn das Polymer schwach basisch oder sauer ist, sodass elektrostatische Ladung und Ladung zuverlässig auf den pH-Wert eingestellt sind [40, 41, 47]. Beispielsweise wurden Carboxymethylcellulose und Federkeratin mit Avermectin beladen. Es wurde beobachtet, dass die Diffusionsrate bei niedrigem pH (Fickian Transport) und höherem pH (non-Fickian) schneller ist [46].

Nanoformulierungen als vielversprechendes Werkzeug in einem landwirtschaftlichen System

Agrochemikalien umfassen Pestizide, Herbizide, Fungizide, Bakterizide, Nematizide, Rodentizide, die gegen Schädlinge, Unkraut, pathogene Pilze, Bakterien, Nematoden und Nagetiere eingesetzt werden (Abb. 3) [48,49,50]. Weltweit expandiert der Herbizidmarkt und wird im erwarteten Zeitraum 2016–2022 auf 27,21 bis 39,15 Milliarden US-Dollar bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6,25% geschätzt. Darüber hinaus soll der globale Pestizidmarkt bis 2021 70,57 Milliarden US-Dollar erreichen, bei einer CAGR von 5,15%, die zwischen 2016 und 2021 geschätzt wird. Darüber hinaus wächst der globale Markt für eingekapselte Pestizide exponentiell und erreicht bis 2025 erwartet eine Benchmark von 800 Millionen US-Dollar und legt zu 11,8 % CAGR in der Amtszeit 2019–2025 [18, 19, 48, 49].

Anwendungen verschiedener Nanopartikel zur Regulierung des Pflanzenwachstums, des Pathogenmanagements und der Nährstoffaufnahme in einer nachhaltigen Landwirtschaft

Die durch anorganische Chemikalien repräsentierten Familien sind Triazine, Phenoxy und Benzoesäurechloracetanilide, die Herbizide repräsentieren, Phenylpyrrol, Benzimidazole, Dithiocarbamate und Nitriale für Fungizide, Carbamat, Organophosphate, Organochlorine in Bezug auf Insektizide. Intelligente Nanoagrochemikalien mit Nanoformulierungen müssen eine Vielzahl von Vorteilen bieten, einschließlich verbesserter Haltbarkeit, Wirksamkeit, Benetzbarkeit, guter Dispersion, geringerer Toxizität, guter biologischer Abbaubarkeit in Boden und Umwelt und photogenerativer Natur mit den geringsten Rückständen im Vergleich zu herkömmlichen Chemikalien [51,52,53 ]. In der Vergangenheit wurden umfangreiche Studien zu Nanoagrochemikalien durchgeführt, um ihre bedeutende Rolle und ihr Kontaminationsspektrum bei der Beeinflussung der Boden-Pflanzen-Nährstoffkreisläufe zu ermitteln [19].

Nanopestizid

Der potenzielle Nutzen von Nanochemikalien im integrierten Pflanzenschutz (IPM) hängt von der gezielten Verabreichung von AIs mit erhöhter Aktivität mindestens der Wirkstoffkonzentration und einer kompetenten Überwachung der Wechselwirkungen von Pestiziden mit der Umgebung ab. Unter rauen Bedingungen kann die chemische Stabilität durch effiziente Nanoträger mit verbesserter Ausbreitungsreichweite, Benetzbarkeit und mehr Schutz gegen Pestizide ohne Abflussrisiko erreicht werden [54,55,56,57]. Andere bemerkenswerte Eigenschaften von Pestizid-Nanozusammensetzungen können in der thermischen Stabilität, der großen Oberfläche, der erhöhten Zielaffinität und der biologisch abbaubaren Natur nach erfolgreicher Abgabe beobachtet werden. Diese Abgabesysteme können für einzelne Ziele oder mehrere Kombinationen reguliert werden, nämlich; räumlich gezielte Freisetzung, zeitgesteuerte Freisetzung, ferngesteuerte oder selbstregulierte Freisetzung, um die biologischen Barrieren im erfolgreichen Ziel zu überwinden [21, 58, 59, 60]. Die Wirksamkeit von Nanoverkapselung oder Nanoträgern besteht jedoch darin, (1) den Vorabbau von AI im Träger vor ihrer Freisetzung im Ziel zu verhindern (2) die Penetration zu verbessern und die Löslichkeit von AI im Zielort zu erleichtern (3) zu überwachen oder zu regulieren der Abbau von AIs an der gewünschten Stelle [61, 62].

Nach Kremer et al. [63] die adsorptive Wechselwirkung zwischen Pestiziden und Nanopartikeln mit diskreter Molekulardynamik. Solche Wechselwirkungen sollten über physiologische Morphologie, Bindungsfähigkeit, antioxidative Systeme und Transportfähigkeit von Pestiziden in Pflanzen einen positiven Einfluss auf die Adsorptionsstellen haben [64]. Bei Arabidopsis thaliana , die antagonistische Wirkung zwischen Silber-NPs und Diclofop-Methyl (Nachauflauf-Herbizid), bei der das Vorhandensein von Herbiziden die Ag ⁺ . verringert oder beeinflusst aus Silber-NPs. Darüber hinaus ist eine Verringerung der Pestizidkonzentration zwingend erforderlich, um deren Toxizität auf nicht ausgewählte Organismen zu vermeiden und das Kontaminationsrisiko einzugrenzen [65,66,67]. Es wurden mehrere Nanozusammensetzungen von Pestiziden entwickelt, wie beispielsweise Nanoemulsionen, Nanosuspensionen und Nanokapseln. Solche Nanomaterialien werden spezifisch hergestellt, um die regulierte Freisetzung von AIs auf verschiedene Weise aufrechtzuerhalten, einschließlich magnetische Freisetzung, Ultraschall-Freisetzung, pH-Freisetzung, Wärmefreisetzung, Feuchtigkeitsfreisetzung, DNA-basierte Freisetzung, spezifische Freisetzung, schnelle und langsame Freisetzung [19].

In einigen Fällen wird die Abgabe von Nanopartikeln in hohlen Siliziumdioxid-NPs verwendet, um Avermectin vor UV-Strahlung zu schützen und Nanopestiziden Photostabilität zu verleihen, die langfristige Auswirkungen auf den Zielorganismus haben. Mehrere NPs verwendeten verschiedene Formen der Einkapselung, einschließlich (1) Einkapselung auf Lipid-Nanomaterial-Basis. (2) Metall-organische Gerüst-basierte Verkapselung. (3) Polymer-basierte Verkapselung. (4) Einkapselung auf Basis von Tonnanomaterialien. (4) Grünere Kapselung [9, 42, 43, 45, 47, 68, 69, 70].

Nanodünger

Neben dem Pflanzenschutz werden diese intelligenten NPs in großem Umfang zur Regulierung des physiologischen Prozesses eingesetzt. Zum Beispiel SiO₂ NPs (Siliciumdioxid-NPs) erhöhen die Samenkeimungsrate in Lycopersicon esculentum [71, 72], Chitosan-Polymethacryl-NPK erhöhen Biomasse, Nährstoffaufnahme und antioxidative Enzyme in Phaseolus vulgaris [73, 74], Au-NPs (Gold-NPs) fördern die Samenkeimung, das Keimlingswachstum, die enzymatische Aktivität und die Nährstoffaufnahme in Zea mays [75, 76], SiO₂ -NPs verbessern die Aufnahme von NPK, erhöhen die enzymatische Aktivität und die Samenkeimungsrate bei Hyssopus officinalis und Z. mays [77,78,79] Chitosan-CuNPs (Kupfer-NPs) verbessern die Samenkeimung, die Aktivierung von α-Amylase, Protease und die Aktivität verschiedener antioxidativer Enzyme in Z. mays [2, 80, 81], Chitosan-ZnNPs (Zink-NPs) erhöhen die Akkumulation des Zinkgehalts und der Abwehrenzyme in Triticum durum [82, 83], Chitosan-γ-Polyglutaminsäure-Gibberellinsäure-NPs fördern die Samenkeimung, Wurzelentwicklung, Blattfläche, hormonelle Effizienz, extrazelluläre Enzyme und Nährstoffeffizienz [83, 84], Chitosan-Polymethacrylsäure-NPK-NPs fördern den Proteingehalt und Nährstoffaufnahme [74, 85], ZnO-NPs (Zinkoxid-NPs) erhöhen die Aktivität der Katalase (60,7%), Superoxiddismutase (22,8%) und die Nährstoffaufnahme [86, 87], CeO₂ -NPs (Ceroxid-NPs) verbessern die Samenkeimung und Vitalität, die enzymatische Aktivität und die Nährstoffaufnahme bei Spinacia oleracea und Z. mays [88,89,90,91] AuNPs erhöhen den Chlorophyllgehalt und die antioxidativen Enzymaktivitäten in Brassica juncea [92] und TiO₂ NPs (Titanoxid-NPs) verbessern den Chlorophyllgehalt, die Nährstoffaufnahme, die Aktivität von Rubisco und antioxidative Enzyme in S. oleracea und Cicer arietinum [89, 93] (Tabelle 1).

Nanoinsektizide

Da die Trends und die Nachfrage nach verkapselten NPs exponentiell anstiegen, nahm gleichzeitig auch der regulatorische Druck für deren Management zu. Verkapselte Insektizide machen bis 2017 mehr als 42 % des gesamten Pestizidumsatzes aus [60, 94, 95]. Kürzlich im Jahr 2019 enthalten im Pestizidhandbuch online klassifizierte verkapselte Insektizide gefährliche toxische AIs wie Pendimethalin, Acetochlor, Dichlobenil, Tefluthrin, Etofenprox, Chlorpyrifos, Carbosulfan und Furathiocarb auf kommerzieller Ebene [19]. Der Toxizitätsgrad von AI hängt nicht nur vom Einkapselungsmaterial ab, sondern hilft auch bei der Anpassung der Dynamik der AI-Exposition der Zielspezies unter In-vivo-Bedingungen [21, 25, 96]. Die Verwendung von Styrol und Methylmethacrylat als Verkapselungswandmaterial steigerte die nematizide Aktivität, um das Wachstum des Weizenrost verursachenden Krankheitserregers Puccinia reconditea . zu unterdrücken . In ähnlicher Weise berichteten Zhang et al. [97]. In einer anderen Studie wurden eine verbesserte Schädlingseffizienz und eine schlechte Zytotoxizität der Einkapselung von Natriumalginat-Imidachloroprid beobachtet, die eine direkte Anwendung von Imidachloroprid begünstigten [68].

Eine andere Studie zeigt eine Abnahme der Picloram-Toxizität für die Bodenmikrobiota mit Silicagel-Einkapselung im Vergleich zu Picloform in freier Form. Die Bioverfügbarkeit von Silica-NPs für den nicht ausgewählten Organismus kann durch die Anpassung der Wandeigenschaften der Silica-Hülle verbessert werden [98]. In einer Studie haben Jacques et al. [99] berichteten über die Atrazin-Toxizität in verkapselten Polymer- und Lipid-Nanozusammensetzungen gegen Nematoden, Caenorhabditis elegans , jedoch wurde bei der Verkapselung auf Tripolyphosphat/Chitosan-Basis vergleichsweise keine Toxizität beobachtet, die selbst auf eine geringe Toxizität zurückgeführt werden kann. Darüber hinaus zeigte die ölverkapselte, von PCL-Neem abgeleitete Nanoverkapselung keine nachteiligen Auswirkungen auf die stomatale Leitfähigkeit, die Photosynthesefähigkeit von Mais nach einer Exposition von bis zu 300 Tagen. Diese Ergebnisse legen die sorgfältige Auswahl des Wandmaterials/der Einkapselung und der physikalisch-chemischen Eigenschaften von AI sowie ihrer Zusammensetzung und Anwendungsorte nahe [19, 100].

Von den Si-NPs (Silizium-NPs) wurde berichtet, dass sie den Befall durch gelagerte Käfer Callosobruchus maculatus . schützen in Hülsenfrüchten wie Vigna unguiculata, V. mungo, V. radiate, Macrotyloma uniflorum, C. arietinum, und Cajanus cajan [101]. Trotz ihrer hervorragenden Leistung zeigen Nanopestizide eine schlechte Kommerzialisierung und Stabilität. pH, Temperatur, Feuchtigkeit, UV-Strahlung beeinflussen die Verfügbarkeit von AI und beeinflussen die physikalisch-chemischen Eigenschaften. Neben dieser Quantität, Qualität, strengen Gesetzgebung, Kosten und Abbauzeit von KI sind neue Probleme beim Einsatz von Nanopestiziden [19, 54, 79].

Nanofungizide

Über die Anwendung von Nanocarriern hinaus ist Nanomaterial als KI für den Pflanzenschutz ein wichtiger Aspekt der Forschung. Das breite Spektrum an antimykotischen Eigenschaften von Nanofungiziden kann ihre Wirksamkeit als Pestizid verbessern. Zum Beispiel lösen Kupfer-, Silber- und Zink-NPs die Nachteile von chemischen AIs für die pathogene Resistenz mit scharfer antimikrobieller Aktivität und Nichttoxizität [19]. Darüber hinaus zeigten NPs auf Chitosanbasis (Ch-NPs) eine wirksame antimykotische Aktivität und schränkten das Wachstum ein, über das viele Forscher im letzten Jahrzehnt berichtet haben. Zum Beispiel Ch-NPs gegen Alternaria alternata, Macrophomina phaseolina , Rhizoctonia solani [102], Pyricularia grisea, Alternaria solani , Fusarium oxysporum [102, 103], Pyricularia grisea, Kupfer-Chitosan-NPs gegen Fusarium solani [104], Cu-Chitosan-NPs- gegen R. solani und Sclerotium rolfsii [105], Chitosan-Saponin-NPs [102], Oleoyl-Chitosan-NPs gegen Verticillium dahaliae [106], Salicylsäure-beladene Chitosan-NPs gegen Fusarium verticillioides [107], Ag-Chitosan-NPs gegen R. solani, Aspergillus flavus und A. alterneta [108], Silica-Chitosan-NPs gegen Phomopsis asparagi [109] Chitosan-Pfefferbaum (Schinus molle .) ) ätherisches Öl (CS-EO) NPs gegen Aspergillus parasiticus [110], Chitosan-Böhmit-Aluminiumoxid-Nanokompositfilme und Thymianöl gegen Monilinia laxa [111] Fungizid Zineb (Zb) und Chitosan-Ag-NPs gegen Neoscytalidium dimidiatum [112], Chitosan-Thymian-Oregano, Thymian-Teebaum und Thymian-Pfefferminze EO-Mischungen gegen Aspergillus niger, A. flavus, A. parasiticus , und Penicillium chrysogenum, [113], Chitosan-Thymol-NPs gegen Botrytis cinerea [39], Chitosan-Cymbopogon martinii ätherisches Öl gegen Fusarium graminearum [114]

Im Vergleich zu herkömmlichen Agrochemikalien wurde dem Nanopartikel eine hohe Wirksamkeit im Pflanzenschutz selbst bei einer minimalen Konzentration von 0,43 und 0,75 mg/Platte von Ag-dotiertem hohlem Titanoxid (TiO₂ .) bestätigt ) Nanoformulierung gegen Kartoffelpathogene wie Venturia inaequalis und F. solani [115] (Tabelle 2). Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren mehrere erfolgreiche Beispiele von NPs auf abiotische Stresstoleranz untersucht [116,117,118]. Zur Bewältigung der Trockenheitstoleranz wurden in den letzten Jahrzehnten mehrere Berichte über die Anwendung von Nanopartikeln wie TiO₂ . veröffentlicht Bewerbung im Linum usitatissimum durch Erhöhung der Pigmentierung und Verringerung der Aktivität von Malondialdehyd (MDA) und Wasserstoffperoxid (H₂ .) O₂ ) [119], ZnO fördert die effektive Samenkeimung in Glycine max [120] verbessern CuNPs die Pigmentierung, Biomasse und Kornausbeute in Z. mays [121]. Bei Salzstress werden Saatguteinweichung, Nährlösungen und Saatgutvorbereitungsmethoden zur Auswertung in G verwendet. max, S. lycopersicum und Gossypium hirsutum bzw. [122,123,124].

Die Anwendung verbessert die Stresstoleranz durch Erhöhung des Chlorophyllgehalts, der Biomassezahl, des Gehalts an löslichem Zucker und der Samenkeimung [125,126,127]. Nach Shoemaker [128] Anwendung von AgNPs (Silber-NPs) in Triticum aestivum erhöht das Wachstum der Sämlinge und die Blattfläche, während die Blattanwendung von SeNPs (Selen-NPs) die antioxidative Enzymaktivität und die Stabilität der Thylakoidmembran bei Sorghum bicolor improve verbessert unter Hitzestress [129] (Tabelle 3).

Nanoherbizid

Diese NPs hemmen die physiologischen Prozesse und Wachstumsphasen bei mehreren Unkrautarten. Ch-NPs verzögern beispielsweise die Keimungs- und Wachstumsphasen in Bidens pilosa [130, 131] NPs Atrazin unterbricht die PSII-Aktivität in Amaranthus viridus [132], Fe₃ O₄ NPs (Eisenoxid-NPs) + gereinigte Kieselgur + Glyphosat senken den pH-Wert in Cynodon Dactylon [133], Nullvalente Fe-NPs (Eisen-NPs) verzögern die Keimung in Lolium perenne [32]. Die Wirksamkeit von Metribuzan (einem kommerziellen Herbizid) wurde durch die Verwendung von NPs verbessert, um das Wachstum der Unkrautpopulation aufrechtzuerhalten, einschließlich Melilotus album, T. aestivum, Agrostis stolonifera, und Setaria macrocheata [19].

Die mit Atrazin beladenen Nanocarrier werden verwendet, um die Stomataregion, Hydathoden zu durchdringen und deren direkten Eintritt in das Gefäßgewebe sicherzustellen. Es gewährleistet das Targeting, die zelluläre Aufnahme und überwindet den intrazellulären Transport aufgrund bestimmter Eigenschaften von NPs:(1) Interaktionsaffinität. (2) Mechanische Wirkung von Form und Größe. (3) katalytische Wirkung. (4) Oberflächenladungen/Hydrophobie. Fracetoet al. [19] beschreibt eine verringerte Toxizität von Paraquat in nicht gezielten Pflanzen, die die Anwendung von Triphosphat/Chitosan-Nanoträgern gegenüber einem herkömmlichen Sprühsystem in Brassica bevorzugen sp. Ebenso in B. pilosa und C. Daktylon Die Sterblichkeitsrate von Sämlingen wurde durch die Verwendung von eingekapselten magnetischen Glyphosat-Nanocarriern erhöht [19, 131]. Die Nanoverkapselung verwendet niedrige Herbiziddosen und könnte die langfristige Restwirkung von Herbiziden in Zielarten sowie in landwirtschaftlichen Flächen effektiv reduzieren. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Nanoherbizide die Freisetzung von AIs in Pflanzengewebe verbessern können und das Risiko einer Umwelttoxizität vergleichsweise verringert wird [60, 94, 95].

Auswirkungen auf das Pflanzen-Boden-Mikrobiom

NPs unterliegen zahlreichen Erfahrungen mit Transformation, Auflösungsaggregation in der Bodenmikrobiota, Adsorption mit Schlüsselregulatoren, die das Schicksal des Abbaus von organischem Gehalt, pH-Wert, zweiwertigen Kationen und Ton (am wichtigsten für die Retention von NPs) bestimmen. Gemäß Asadishad et al. [134] hängt die Toxizität von AgNPs von der mikrobiellen substratabhängigen Atmung gegenüber ammoniakoxidierenden Bakterien ab, die mit steigendem pH- und Tongehalt abnimmt. Ein niedriger pH-Wert verursacht die Auflösung von AgNPs, während ein hoher pH-Wert des Bodens die Anzahl der negativen Ladungsstellen erhöht und zu einer erhöhten Ag-Sorption führt [19]. In einer Studie wurden ähnliche Ergebnisse zu CuONPs (Kupferoxid-NPs) bei niedrigem Tongehalt und organischer Substanz mit grober Bodentextur berichtet. Solch saurer Boden begünstigt die Auflösung von Ag und CuNPs mit freier Ionenfreisetzung, was die kurzzeitige Wirkung von NPs erhöhen kann [9]. Zhaiet al. [135] kamen auch zu dem Schluss, dass Nanoformulierungen ionischer Pestizide die unterschiedliche Wirkung zeigen können, die häufiger mit der fraktionierten Ionenfreisetzung in Verbindung gebracht wird. Other authors noted the difference and similarities of ionic and nanoforms of AgNPs with variation in antibacterial activity or the effect on a soil-borne microbial community and their response in in-vitro conditions [19, 136, 137].

In long-term studies, Guilger et al. [66], ensuring routes predictably depend on biogenic NPs, that show the least effect on human cells and denitrification process but are likely to show more impact on plant fungus relationship. At the microscale level, denitrification is a prime microbial activity that gets affected by AgNPs by modulating hydric conditions, pH and creating a devoid zone for fundamental accessories (carbon, nitrate, and oxygen). However, by high soil redox potential value and sandy texture soil favored denitrification, whereas textured clay soils provided offers low redox potential and lies in range for biological transformation [19]. Such impact is correlated by the affinity of AgNPs to denitrification and physicochemical properties ex:surface charge, coating, size, sedimentation rate, dispersibility, and solubility [138]. The biogenic AgNPs are derived from the green process and have no effect on N-cycle reported by Kumar et al. [67]. While the effect of nanocapsules, nanogels, nanometal, and nonmetal particles on soil microbiota as non-selected microbes has been documented. Li et al. [139] evidenced the negative impact of nanopesticide CM-β-CD-MNPs-Diuron complex (carboxymethyl-hdroxypropyl-β-cyclodextrin magnetic NPs) on the activity of the urease enzyme.

The Diuron NPs complex causes declined in the population status of soil bacteria except for actinobacteria with an increase in reactive oxygen species. All these indicate toxicity of CM-β-CD-MNPs-Diuron exert stress on soil microbes and did not reduce even by using Diuron nanoencapsulation [12, 19]. The bionanopesticides treatment was confirmed to improve soil microbiome including weight gain and survival percentages in beneficial earthworm Eudrilus eugeniae . It also shows excellent larvicidal, antifeedant, and pupicidal activities against Helicoverpa armigera and Spodoptera sp. at 100 ppm nanoformulation dose [19, 50, 55].

Drawbacks using nanoagrochemicals on plants

The nanopesticides are also showing some adverse effects on crop plants directly or indirectly. The most favorable and used AgNPs and their complex nanoparticle have been attributed to their diverse range in each class of pesticides due to low toxicity but still many reported published that explained the drawback of these smart nanoagrochemicals [61, 140, 141] (Table 4). For example, In Vicia faba , the AgNPs internalization in leaves can abrupt the stomatal conductance CO₂ assimilation rate and photosystem II [142]. Furthermore, the binding of AgNPs attaches with Chlorophyll forming a hybrid, that excites electrons 10 times due to fast electron–hole separation and plasmon resonance effect. In another study, AgNPs and AgNPs-graphene oxide GO (Ag@dsDNA GO) effect also observed in L. esculentum exhibit antibacterial activity toward Xanthomonas perforans [143]. Various reports were submitted in recent years such as ZnO NPs reduced root growth in Allium cepa [89], Ch-NPs + paraquat biomass reduction, lipid peroxidation, genotoxicity and leaf necrosis in Brassica sp. [144], SiO2NPs affect biomass, germination, protein content, photosynthetic pigment in Taraxacum officinale and Amaranthus retroflexus [76], AgNPs cause lipid peroxidation, leaf damages and alters catalase activity in G. max [145], NPP ATZ + AMZ Raphanus raphanistrum suppresses plant growth [146].

Besides these, NPs show an adverse impact on plant physiology, soil microbiota, and declined enzymatic population. For instance; Al₂ O₃ (Aluminium oxide) reduces bacterial growth and reduces seedling growth [147, 148], C60 fullerene restricts bacterial growth up to 20–30% [149], ZnNPs decrease enzymatic activities in soil and reduces transpiration rate and photosynthetic rate in Z. mays [150]. Conclusively, NPs are very reactive and variable in nature, so always a concerning risk for workers who may come across during their application.

Limitation and challenges at commercial scale implementation

As with documentation, the lack of finding on behavior and fate in the environment of nanoagrochemicals and their impact on faunal diversity may put challenges on their incorporation in agriculture. Instead of the benefits of using nanoencapsulation systems, their implementation requires caution, since it is mandatory to calculate their behavior in the environment and non-targeted communities to develop safer product development policies [54]. Although, it needs to develop smart nanoagrochemicals that are focused on biological nanoformulation and that offer a simple handling process, low cost, more AIs persistence with a sharp release system, and high degradation rate without leaving any residue [148]. Besides these, poor demonstrations at field conditions, cost-effectiveness, consumer acceptance, and feasibility of technology are major constraints on commercial implementation [152].

The limited management guidelines, inconsistence legislative framework, and regulatory models, and lack of public awareness campaign creates inconsistent marketing of such incipient nanoagricultural products. The national and international arrangement that fits at ground level is the only way that supports Nanotechnological development [49]. However, the community seeking approval for nanoagrochemicals must demonstrate the precautionary uses of these new products by proposing unjustifiable safety risks to the user and environment. Thus regulatory guidelines and frameworks are becoming primarily important to resolve the emerging issues of nanoagrochemicals [153]. Moreover, the need for collaboration, discussion, and information exchange forums among countries to ensure threat mitigating strategies should be considered as a milestone in nanoagrochemicals. So consolidates efforts of governmental organizations, scientists, and social communities are needed to preventing the adverse effect of nanoagrochemicals on humans and the environment [59].

In this scenario, the toxicity measuring instrumental setup is used in the characterization of toxicity type and their level to access the potential intrinsic hazards [59]. Currently, the main focus of experimental investigation on nanomaterial translocation in biotic/abiotic systems, monitoring and revealing interaction Among nanotoxicity and nanomaterial in the physical and chemical environment [48, 54, 151,152,153].

Transformation

Due to high reactivity, the interaction of nanocomponents with organic and inorganic components in the soil as well as for plants is undetermined and unregulated. The changing in physiochemical properties and transformation behavior after implementation creates chances of heavy metal toxicity. Biotransformation was demonstrated in Cucumis sativa, using CeO₂ bioavailability cause 20% to Ce(III) in the shoots and 15% of Ce(IV) being reduced to Ce(III) in the roots [154]. In another study, AgNPs were oxidized and forming the Ag-glutathione complex in the lettuce plant [154].

Accumulation of NPs

Because of variability in binding, the accumulation of NPs causes toxicity in plants, humans, and animals. In soybean, CeO₂ application shut down the Nitrogen fixation cycles and causes toxicity. However, ROS production, growth inhibition, cellular toxicity, and other phytotoxic effect were reported in Amaranthus tricolor . The application of C60 fullerene enhanced DDT accumulation in soybean, tomato, and zucchini plants [155].

Time to switch toward more sustainability

Most agrochemicals are not fully utilized by plants or seep off into the soil, air and water unintendedly causes toxic ill effects and accumulated through biomagnification. Moreover, global pesticide rise threatened biodiversity and led to the adverse effect on human intelligence quotient and fecundity in recent years. Still, it’s also enhancement the resistance in weeds and plant pathogen against agrochemical turn them to super pathogen/weed. New doses after the changing in strategies of pathogens or new strain resurgence enhance cost-effectiveness and put the question on existing regulatory recommendations. [14, 106, 156,157,158].

The chemicals persist in soil particles, agricultural residues, irrigation water and migrates into the different layers of soils turns into a serious threat to the ecosystem. Leaching of synthetic pesticides, abrupting soil-pest, soil-microbe activities, algal blooms formation, eutrophication, altering soil physiochemical properties [159], and salt toxicity via creating salt buildup in soil [160].

Low-cost oxides of Mg, Al, Fe, Ti, Ce, and Zn (Magnesium, Aluminium, Iron, Titanium, Cerium, Zinc) are ideal candidates and provides greater affinity, a large number of active sites, minimum intraparticle diffusion distance, and maximum specific surface area [160]. NP implementation help to successfully chase down the inorganic residues of various chemicals such as permethrin, 2–4 Dichlorophenoxy acetic acid (2–4-D), Dichlorodiphenyltrichloroethane (DCPT), Diuron (Adsorption), Chlorpyrifos, Chloridazon, Methomyl (Photocatalysis) from the soil. Some nanocomposites are used for complete degradation of lethal agrochemicals for example silver- doped TiO₂ and gold doped TiO₂ , Zerovalent Fe (nZVI), endosulfan, TiO₂ , nZVI for atrazine, Ag for chlorpyrifos, Pd–Mg, Ni–Fe bimetallic system, nZVI for DDT, nZVI, nitrogen-doped TiO₂ , Fe–Pd (iron–palladium), Fe–S (Iron-sulfur) for Lindane [161] (Table 5).

Smart agrochemical:a step ahead toward more sustainability

Al-Barly et al. reported the slow release of nanocomposite fertilizers to depend upon phosphate and nitrogen content availability in soil [162]. TiO₂ NPs derived from Moringa oleifera leaf extract are used to control the red palm weevil (Rhynchophorus ferrugineus) and exhibits antioxidant and larvicidal activities. In the case of Zanthoxylum rhoifolium , nano-encapsulated essential oil was reported to maintain the population of Bemisia tabaci [19, 163]. Nanopesticides derived from pyrethrum insecticides cause an impact on the population status of honey bees. Except for these studies, agrochemical degradation can also be accomplished using adsorption, membrane filtration, catalytic degradation, oxidation, and biological treatment. Since, adsorption using smart Nanosorbents also relies on environmental factors including pH, temperature, and competitive adsorbing molecules [19]. At low pH, the protonated charged active site of NPs disturbs the binding ability of positively charge agrochemical whereas, high temperature creates hinders the electrochemical interactions between active sites and agrochemicals due to elevated vibrate energy of active site of adsorbent and kinetic energy of agrochemicals [79]. Moreover, chitosan-coated and cross-linked chitosan-Ag NPs used as composite microbeads that incorporated into reverse osmosis filters help in the effective removal of atrazine content from the water. According to Aseri et al. [164] integration of membrane filters and magnetic NPs-based beads enhances microbial elimination and resonance activation of water, respectively.

Secondly, targeting a not selected species with possible adverse effect is a key issue emerging that put a loophole of criticism for these smart nanoagrochemicals. For example; 1–10 mg L ⁻¹ of Polyhydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate (PBHA) encapsulation for atrazine in lactuca sativa for 24 h reduced genotoxicity in plants [165], PCL atrazine nanocapsules ill effect on Daphnia similis and Pseudokirchneriella subcapitata, after exposure up to 24 h [166], Solid lipid NPs encapsulating simazine 0.025–0.25 mg mL ⁻¹ exhibits Caenorhabditis elegans Induction of mortality and decrease in the body length after exposure of 48 h [167]. The uncontrolled non-targeted release of AIs in plant cells causes lysosomal damage with increasing pH. After the cellular compartment, nanoagrochemicals may bind or channelization into cell organelles and causes damage to protein, pigments, and DNA [98].

The binding ability of nanocompositions with selected and non-selected binding helps to recognize its distribution, bioavailability, toxicity level, and exclusion from the plant cell. Several proteins acquire a wide range of functional and structural properties including ligand boding, metabolite production, catalysis, cellular and molecular reorganization [19]. The protein- nanopesticide complex can cause minor structural configuration and denaturation of proteins. Similarly, conformational changes and movement of the genomic DNA mediated through NPs also induced cytogenetic abnormalities. These nanopesticide toxicity are solely dependent upon the balance between key factors like biodegradability, concentration, and size of incorporated AIs. In Prochilodus lineatus 20 μg L ⁻¹ concentration using PCL nanocapsules containing atrazine up to 24–48 h declined toxicity, as they did not induce carbonic anhydrase activity, alterations in glycemia and antioxidant response [168], in Enchytraeus crypticus causes a decrease in hatching due to the delayed number of adults and juveniles [19, 158, 169].

No doubt, intervention of nanoagrochemicals, resolve many threats mitigation put forward by the implementation of agrochemical but still more validation is required to lowering the agroecological risks. The persistent use of novel monitoring applications always knocks down the door of improvement of sustainable crop production and protection without creating the threats of NPs as a new contaminant.

Conclusion and future perspectives

During the entire course of million years of evolution, the green plants had evolved without any interference from other eukaryotes. However, for the last fifty years, continuous human activities have introduced many contaminants in the environment that altered the ecological balance and raised the eye-brows of researchers towards combating the new pathovars and pathotypes. These thrusting biological stresses have severely damaged global crop production. Concerning, the environmental penalty of conventional agrochemicals at present, nanoformulations seem to be a potential applicant for plant protection. The use of controlled biodegradable polymers especially polyhydroxyalkanoates shows significant and attractive properties of biocompatibility, biosorption rate, low-cost synthesis, thermoplastic nature, and ease in biodegradation rate that have popular advantages conventional chemical delivery systems. However, sustainable and efficient utilization with promising target delivery and low toxic effects are prerequisites of commercial implementation. Although, the studies on the soil–plant microbiome and nanoscale characterization highlight the impact of chemical agrochemical on the environment.

The use of nanocoated AIs biopesticides is expected to surpass the challenges of chemical residual management gap and premature degradation of AIs. Instead, these, applying new nanocomponents along with existing chemicals should follow regular checks on resistance strategies of targeted organisms, new resistance pathways, and revolutionized pest strains. Although, smart agrochemicals or nanoagrochemicals resolve so many issues and gives an instant solution.

To ensure these, it is essential to develop more international and national risk assessment, management, and mitigating strategies. Beyond these challenges, social acceptance with reduced environmental cost chiefly soil deterioration, microbiome disruption, depleted water resources need keen monitoring. Ecologically, the continuum uses of agrochemical put the question on survival challenges result in more resistance races creating a vicious loop in which pesticides concentration help to revolutionizing the organism more toward superiority.

For this, alternative strategies with strong monitoring are required, together recommendations of IPM practices help to eliminate shortcomings in individual practices. Despite the advancement in studies on nanoformulation and plant response more extensions in genomic, proteomics, physiological, and metabolic studies help to understand the interaction in the mechanism.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Not applicable.

Abkürzungen

NPs:

Nanoparticles

NMs:

Nanomaterils-based products

AIs:

Active ingreadents

CRS:

Controlled release system

CR:

Controlled release

PLA:

Poly lactic acid

PLGA:

Poly(lactic-co-glycolic acid)

mPEG:

Methoxy polyethylene glycol

PCL:

Poly(ε-caprolactone

γ-PGA:

(Poly (γ-glutamic acid)

γ-GTP:

(γ-Glutamyl transpeptidase)

UV:

Ultraviolet

PEG:

Polyethylene glycol

CAGR:

Compound annual growth rate

IPM:

Integrated pest management

Ag ⁺ :

Silver

SiO₂ NPs:

Silicon dioxide nanoparticles

Ch-polymethacrylic NPK:

Chitosan polymethacrylic nitrogen phosphorus potassium

Au-NPs:

Gold nanoparticles

ZnO NPs:

Zinc oxide nanoparticles

CeO₂ -NPs:

Cerium dioxide nanoparticles

TiO₂ NPs:

Titanium oxide nanoparticles

S. oleracea :

Spinacia oleracea

Si NPs:

Silicon nanoparticles

V. mungo :

Vigna mungo

V. radiate :

Vigna radiate

C. arietinum :

Cicer arietinum

Ch-NPs:

Chitosan nanoparticles

CS-EO:

Chitosan essential oil

MDA:

Malondialdehyde

H₂ O₂ :

Hydrogen peroxide

PS II:

Photosystem II

Fe₃ O₄ NPs:

Iron oxide nanoparticles

Fe NPs:

Iron nanoparticles

T. aesitivum :

Triticum aestivum

B. pilosa :

Bidens pilosa

C. dactylon :

Cynodon dactylon

AgNPs:

Silver nanoparticles

CM-β-CD-MNPs-Diuron complex:

Carboxymethyl-hdroxypropyl-β-cyclodextrin magnetic nanoparticles diuron complex

Ag@dsDNA GO:

Ag@dsDNA-graphene oxide

L. esculemtum :

Lycopersicon esculentum

Z. mays :

Zea mays

CeO₂ :

Cerium dioxide

ROS:

Reactive oxygen species

Mg:

Magnesium

Al:

Aluminium

Fe:

Iron

Ti:

Titanium

Ce:

Cerium

Zn:

Zinc

2-4-D:

2-4 Dichlorophenoxy acetic acid

DCPT:

DDT- Dichlorodiphenyltrichloroethane

nZVI:

Zerovalent iron

Fe-Pd:

Iron-palladium

Fe-S:

Iron-Sulphur

PBHA:

Polyhydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate

P. vulgaris :

Phaseolus vulgaris

C. annum :

Capsicum annum

S. oleracea :

Spinacia oleracea

B. juncea :

Brassica juncea

CNTs:

Carbon nanotubes

Cu₃ (PO₄ )₂ :

Copper(II) phosphate

X. perforans :

Xanthomonas perforans

B. sorokiniana :

Bipolaris sorokiniana

X. alfalfa :

Xanthomonas alfalfa

C. riparius :

Chironomus riparius

CrBR2.2:

Balbiani ring protein gene

CrGnRH1:

Gonadotrophin-releasing hormone gene

D. melanogaster :

Drosophila melanogaster

L. usitatissimum :

Linum usitatissimum

G. max :

Glycine max

SLN:

Solid lipid nanoparticles

G. hirusutum :

Gossypium hirusutum

PVA:

Poly vinyl alcohol

S. lycopersicum :

Solanum lycopersicum

S. bicolor :

Sorghum bicolor

PVC:

Polyvinyl chloride

PHSN:

Polystyrene nanoparticles

O. sativa :

Oryza sativa

SnO₂ :

Stannic oxide

H. vulgare:

Hordeum vulgare

A. cepa :

Allium cepa

T. repens :

Trifolium repens

H. vulgare :

Hordeum vulgare

S. tuberosum :

Solanum tuberosum

MSN:

Mesoporous silica nanoparticles

C. sativus :

Cucumis sativus

B. cinerea :

Botrytis cinerea