Nanobiophotonics. Effect of Carbon nanoparticles on the optical and spectroscopic properties of Cichorium intybus leaves

TORRES, ROCIO; DIZ, VIRGINIA; LAGORIO; M. G.

Rosario

Congreso; VI Reunión de Fotobiólogos Moleculares Argentinos (VI GRAFOB); 2022

Grupo Argentino de Fotobiología

El efecto de diferentes tipos de nanopartículas en las plantas ha sido de gran interés en los últimos años debido al creciente empleo de sistemas nanoparticulados en diversas tecnologías1. Dentro de este contexto general, el propósito específico del presente trabajo fue estudiar la interacción entre las nanopartículas de carbono y la cadena de electrones fotosintéticos, para determinar si inducían un efecto benéfico o tóxico en los pasos primarios de la fotosíntesis. Para ello se utilizaron técnicas de fluorescencia de clorofila, las cuales poseen la ventaja de ser no destructivas, no invasivas y rápidas, respecto a otras técnicas que estiman la salud vegetal y la actividad fotosintética de las plantas2. Se sintetizaron y caracterizaron fisicoquímicamente dos tipos de nanopartículas de carbono, nano-CB sintetizadas a partir de negro de humo, y puntos cuánticos de grafeno (GQD) sintetizados a partir de ácido glutámico. Se rociaron suspensiones de 1 g/L de nanopartículas en hojas de Cichorium intybus y se estudió su efecto sobre la cadena fotosintética mediante análisis de fluorescencia de clorofila, respecto a un grupo control. Los sistemas de nanopartículas mostraron propiedades luminiscentes y el rendimiento cuántico defluorescencia para GQD resultó unas seis veces mayor que el valor para nano-CB. Ambos tipos denanopartículas presentaron efectos similares en las hojas de las plantas, pero la acción de las nanopartículas más pequeñas, GQD, fue más pronunciada. Indujeron una clara disminución en el contenido de pigmentos fotosintéticos, un ciclo de xantofilas reducido y una menor capacidad para disipar el exceso de energía mediante quenching no fotoquímico. Los cambios en las proporciones de concentración de clorofilas a y b, así como el de clorofilas y carotenoides totales fueron similares a los encontrados previamente para hojas sombreadas3. Se obtuvo un quenching de la fluorescencia de la clorofila en hojas y cloroplastos, y una disminución de la actividad fotosintética del fotosistema II (PSII), así como un aumento de la energía disipada por el PSII, mediante el registro de la cinética de Kautsky. Del análisis del transiente OJIP se identificó una fuerte disminución o bloqueo del transporte electrónico fotosintético sobre el fotosistema I, disminuyendo así la actividad fotoquímica de este fotosistema y la cantidad de electrones transportados en la cadena. Se demostró así la fitotoxicidad de las nanopartículas de carbono ensayadas sobre Cichorium intybus, al nivel de las etapas primarias de la fotosíntesis, especialmente a nivel del PSI, lo que condujo a una disminución de la actividad fotosintética global. Los cambios inducidos por GQD fueron más significativos que los observados por nano-CB, posiblemente debido a su menor tamaño, ya que las propiedades fisicoquímicas de ambas nanopartículas fueron similares.Bibliografía1. A. Rastogi, M. Zivcak, et al., Front. Chem. 5 (2017) 782. K. Maxwell, G. Johnson. J. Exp. Bot. 51 (2000) 659.3. R. Torres, J.M. Romero, M.G. Lagorio. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 218 (2021) 112182.