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Accès ouvert déclaré 2025 preprint

Foliar Application of Polymer-coated Manganese Dioxide Nanoparticles: Mechanisms of Uptake and Metabolic Responses in Manganese Deficient Barley

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Rattachement africain : dk. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract The application of nanotechnology in plant science is unlocking innovative approaches to enhance nutrient use efficiency in crops, particularly through foliar fertilization. This study demonstrates that colloidally stable, pH-responsive polyacrylic acid (PAA)-coated manganese dioxide (MnO 2 ) nanoparticles (nPAA-MnO 2 ) can be designed to significantly restore key metabolic functionalities in manganese (Mn)-deficient barley ( Hordeum vulgare ) within a few days. Using a combination of advanced bioimaging techniques - including confocal laser scanning microscopy (CLSM), laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS), and X-ray nano-computed tomography (nano-CT), we mapped the uptake and distribution pathways of nPAA-MnO 2 compared to ionic Mn. While soluble Mn 2+ ions primarily enter through hydrophilic cuticular pores, nPAA-MnO 2 penetrates leaves via stomata, facilitated by the application of an organosilicone surfactant and glycerol to enhance wetting and hydraulic activation of stomatal pores. Within a few hours, nPAA-MnO 2 accumulated in the sub-stomatal cavity and mesophyll apoplast, gradually releasing bioavailable Mn ions in the acidic apoplast environment. Moreover, labeling experiments with tracer ions revealed nPAA-MnO 2 hot-spots around the vascular bundles and a limited but significant basipetal translocation of intact nanoparticles out of the foliar application zone, a pivotal step towards converting immobile nutrients such as Mn into mobile ones. Importantly, and unlike ionic Mn solutions, nPAA-MnO 2 could be applied at high doses without causing leaf scorching and cytotoxicity, paving the way for more sustainable and efficient foliar fertilization practices. These novel aspects of nanoparticle uptake, translocation, and assimilation underscores the potential of nanotechnology to address nutrient mobility challenges in agriculture, representing an important contribution to the green transition of modern crop production.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Foliar Application of Polymer-coated Manganese Dioxide Nanoparticles: Mechanisms of Uptake and Metabolic Responses in Manganese Deficient Barley
Date Crossref
13/08/2025
Éditeur
openRxiv
Type
posted-content

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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