DOI: https://doi.org/10.1007/s44372-025-00215-2
تاريخ النشر: 2025-04-28
المؤلف: Bouzid Nedjimi
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تناقش هذه القسم الدور المفيد للسيلينيوم (Se) وجزيئات السيلينيوم النانوية (Se-NPs) في تعزيز نمو النباتات والتخفيف من الآثار السامة للكادميوم (Cd). يُعترف بأهمية Se في عمليات فسيولوجية مختلفة، بما في ذلك توازن الأيونات وآليات الدفاع، وقد أظهرت الدراسات أنه يحسن من تحمل النباتات للمعادن الثقيلة. إن تطبيق Se-NPs، بسبب حجمها الصغير ودرجة تفاعلها العالية، يمثل استراتيجية واعدة للتخفيف البيئي، خاصة في تقليل امتصاص Cd وآثاره الضارة على نمو النباتات، مثل تثبيط الجذور وضعف عملية التمثيل الضوئي.
تؤكد الخاتمة على الاهتمام المتزايد بـ Se وSe-NPs لتطبيقاتهما المحتملة في الزراعة وإدارة البيئة. يُعتبر Cd ملوثًا كبيرًا يسبب الإجهاد التأكسدي ويعطل امتصاص المغذيات، مما يؤدي إلى تقليل الكتلة الحيوية للنباتات والشيخوخة المبكرة. يقترح المخطوط أن التطبيق الخارجي لـ Se وSe-NPs يمكن أن يعزز بشكل فعال تحمل المحاصيل للإجهاد الناتج عن Cd من خلال تحسين النمو والتغذية المعدنية والنشاط الضوئي، بالإضافة إلى تنشيط إنزيمات مضادة للأكسدة مثل سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، أسكوربات بيروكسيداز (APX)، كاتالاز (CAT)، وديهيدروأسكوربات ريدوكتاز (DHAR) لمكافحة أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). يتم تقديم هذه الطريقة كوسيلة مستدامة لزيادة إنتاجية النباتات في البيئات الملوثة.
مقدمة
يُعتبر الكادميوم (Cd) واحدًا من أكثر المعادن الثقيلة سمية، مما يشكل مخاطر كبيرة على صحة النباتات والحيوانات والبشر. إن امتصاصه بواسطة النباتات، جنبًا إلى جنب مع العناصر الغذائية الأساسية، يؤدي إلى تأخير النمو وتقليل غلة المحاصيل. إن تراكم Cd في الأجزاء القابلة للأكل من المحاصيل يهدد صحة الإنسان من خلال سلاسل الغذاء، مما يثير القلق بشأن الصحة العامة واستدامة الزراعة على مستوى العالم.
على النقيض من ذلك، يُعتبر السيلينيوم (Se) عنصرًا غير معدني حيويًا ضروريًا لوظائف الكائنات الحية بشكل صحيح. يوجد في أشكال مختلفة في الطبيعة ويلعب دورًا حاسمًا في العديد من العمليات البيولوجية والفسيولوجية. تم ربط نقص Se بعدة اضطرابات صحية، بما في ذلك مرض كيشان، مرض كاشين-بيك، مرض باركنسون، ومرض الزهايمر. يعمل Se كمضاد للأكسدة، حيث يحمي الخلايا من الأضرار الناتجة عن الجذور الحرة وهو جزء لا يتجزأ من تخليق إنزيمات مثل الجلوتاثيون بيروكسيداز (GPX) وثيوريدوكسين ريدوكتاز، والتي تعتبر حيوية للدفاع المضاد للأكسدة وتنظيم الأكسدة والاختزال.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة الضوء على الدور المتعدد الأوجه للسيلينيوم (Se) وجزيئات السيلينيوم النانوية (Se-NPs) في التخفيف من سمية الكادميوم (Cd) في النباتات. يُعترف بـ Se لوظائفه التنظيمية في استقلاب هرمونات الغدة الدرقية، والاستجابة المناعية، وصحة الإنجاب، وقد برز كمعزز حيوي يعزز نمو النباتات تحت الضغط غير الحيوي، خاصة ضغط Cd. لقد أظهرت الإضافات من Se أنها تحسن من استقرار الأغشية، والتغذية المعدنية، وعملية التمثيل الضوئي، مما يعزز نمو النباتات وإنتاجيتها حتى في البيئات الملوثة بـ Cd. يمكن أن يحد Se أيضًا من امتصاص Cd وانتقاله داخل النباتات، وهو أمر حاسم لتطوير آليات تحمل ضغط Cd.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة الديناميات البيئية لـ Se، بما في ذلك أشكاله المختلفة وتوافره الحيوي المتأثر بظروف التربة والأنشطة البشرية. لقد حظيت Se-NPs، بسبب خصائصها الفريدة، باهتمام كبير لتطبيقاتها المحتملة في الزراعة والتخفيف البيئي. يمكنها إزالة الملوثات بفعالية وتعزيز تحمل النباتات للمعادن الثقيلة مثل Cd من خلال تحسين النمو، ومقاومة الإجهاد التأكسدي، وتوازن المغذيات. تؤكد المراجعة على أهمية فهم الآليات التي يعمل بها Se وSe-NPs، بما في ذلك آثارها على النشاط الضوئي، وعلاقات المياه، وسلامة الأغشية، فضلاً عن قدرتها على تنظيم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والحفاظ على توازن الأيونات. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن Se وSe-NPs يمكن أن تكون استراتيجيات فعالة لتخفيف الإجهاد الناتج عن Cd في المحاصيل، مما يسهم في ممارسات زراعية مستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44372-025-00215-2
Publication Date: 2025-04-28
Author(s): Bouzid Nedjimi
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This section discusses the beneficial role of selenium (Se) and selenium nanoparticles (Se-NPs) in enhancing plant growth and mitigating the toxic effects of cadmium (Cd). Se is recognized for its importance in various physiological processes, including ion homeostasis and defense mechanisms, and has been shown to improve heavy metal tolerance in plants. The application of Se-NPs, due to their small size and high reactivity, presents a promising strategy for environmental remediation, particularly in reducing Cd uptake and its detrimental effects on plant growth, such as root inhibition and impaired photosynthesis.
The conclusion emphasizes the growing interest in Se and Se-NPs for their potential applications in agriculture and environmental management. Cd is identified as a significant pollutant that induces oxidative stress and disrupts nutrient uptake, leading to reduced plant biomass and premature senescence. The manuscript proposes that exogenous application of Se and Se-NPs can effectively enhance crop tolerance to Cd stress by improving growth, mineral nutrition, and photosynthetic activity, as well as activating antioxidant enzymes like superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), and dehydroascorbate reductase (DHAR) to combat reactive oxygen species (ROS). This approach is presented as a sustainable method to boost plant productivity in contaminated environments.
Introduction
Cadmium (Cd) is recognized as one of the most toxic heavy metals, posing significant risks to plant, animal, and human health. Its absorption by plants, alongside essential nutrients, results in growth retardation and reduced crop yields. The accumulation of Cd in the edible parts of crops further threatens human health through food chains, raising concerns for public health and agricultural sustainability globally.
In contrast, Selenium (Se) is a vital non-metallic element essential for the proper functioning of living organisms. It exists in various forms in nature and plays a critical role in numerous biological and physiological processes. Se deficiency has been linked to several health disorders, including Keshan disease, Kashin-Beck disease, Parkinson’s disease, and Alzheimer’s disease. Acting as an antioxidant, Se protects cells from damage by free radicals and is integral to the synthesis of enzymes such as glutathione peroxidase (GPX) and thioredoxin reductase, which are crucial for antioxidant defense and redox regulation.
Discussion
The discussion section of the paper highlights the multifaceted role of selenium (Se) and selenium nanoparticles (Se-NPs) in mitigating cadmium (Cd) toxicity in plants. Se is recognized for its regulatory functions in thyroid hormone metabolism, immune response, and reproductive health, and it has emerged as a biofortifier that enhances plant growth under abiotic stress, particularly Cd stress. The addition of Se has been shown to improve membrane stability, mineral nutrition, and photosynthesis, thereby enhancing plant growth and productivity even in Cd-contaminated environments. Se can also limit Cd uptake and translocation within plants, which is crucial for developing Cd stress tolerance mechanisms.
Furthermore, the paper discusses the environmental dynamics of Se, including its various forms and bioavailability influenced by soil conditions and human activities. Se-NPs, due to their unique properties, have gained attention for their potential applications in agriculture and environmental remediation. They can effectively remove contaminants and enhance plant tolerance to heavy metals like Cd by improving growth, oxidative stress resistance, and nutrient balance. The review emphasizes the importance of understanding the mechanisms by which Se and Se-NPs function, including their effects on photosynthetic activity, water relations, and membrane integrity, as well as their ability to regulate reactive oxygen species (ROS) and maintain ion homeostasis. Overall, the findings suggest that Se and Se-NPs could serve as effective strategies for alleviating Cd-induced stress in crops, thereby contributing to sustainable agricultural practices.