A multi-technique approach for nanoherbicide tracking: uptake and translocation pathways of the metribuzin nanocarrier in weed plants

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Takeshita, Vanessa ; Preisler, Ana Cristina ; Munhoz-Garcia, Gustavo Vinicios ; Carvalho, Lucas Braganca ; Pinacio, Camila de Werk ; Oliveira, Halley Caixeta ; Tornisielo, Valdemar Luiz ; Cardoso, Brian Cintra ; Ramalho, Eduardo Fonte Boa ; Pimpinato, Rodrigo Floriano ; Dionisio, Amanda Martins ; Verri Jr, Waldiceu Aparecido ; Fraceto, Leonardo Fernandes

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ENVIRONMENTAL SCIENCE-NANO; v. 11, n. 11, p. 15-pg., 2024-09-03.

Resumo

Understanding the strategies of delivering active ingredients with nanoparticles to plant species is crucial to implement a safe-by-design approach for pesticides. Here, we used metribuzin (MTZ) as a study model to understand the plant uptake and distribution pathways of polymeric nanocarriers. We investigated the weed-control efficacy, uptake, internalization, and distribution of the (nano) herbicide MTZ in Amaranthus viridis (C4 species) and Bidens pilosa (C3 species) after soil and foliar application. A radiolabeled herbicide and a fluorescent probe were used as complementary tools to track both MTZ and nanoparticles in plants. The weed-control results indicated significant dose reductions with MTZ nanoencapsulation (from 1/2 to 10-fold doses). Root uptake was an efficient pathway for A. viridis and the B. pilosa entry of nanoMTZ occurred preferentially in the stomata and was internalized in leaf mesophyll cells. No differences in herbicide uptake were observed in the soil, and the nanoMTZ distribution was 1.3-1.5 lower than MTZ. After foliar application, nanoMTZ was absorbed 2.5 times more than MTZ in A. viridis and was similar in B. pilosa. NPs were concentrated in the vascular cells after soil application and in the stomata entrance after foliar application. For B. pilosa, the internalization in the leaf mesophyll was more evident than that in A. viridis. Our findings indicated that consideration of the target weed species and application mode will increase the efficacy of control using nanoformulations. A multi-technique approach indicated that the target weed species and application mode can determine the control efficacy and uptake of PCL nanoparticles, and the distribution of the metribuzin herbicide in plants, depending on NP-plant interactions. (AU)

• Processo FAPESP: 22/12221-0 - Absorção e distribuição de nanoformulações de metribuzin em plantas-alvo em solos de diferentes sistemas de cultivo
• Beneficiário: Camila de Werk Pinácio
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 17/21004-5 - Agricultura, micro/nanotecnologia e ambiente: da avaliação dos mecanismos de ação a estudos de transporte e toxicidade
• Beneficiário: Leonardo Fernandes Fraceto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 21/10639-5 - Centro de Pesquisa em Biodiversidade e Mudanças do Clima
• Beneficiário: Leonor Patricia Cerdeira Morellato
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/04758-1 - Nanopartículas como sistema carreador de herbicidas aplicados em pré-emergência em solos oriundos de sistema de plantio direto e convencional
• Beneficiário: Vanessa Takeshita
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 21/03455-5 - Interação palhada-herbicida em sistema de plantio direto: efeitos de herbicidas pré-emergentes no controle de caruru
• Beneficiário: Camila de Werk Pinácio
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/01554-9 - Impactos da aplicação de uma nanoformulação de metribuzin sobre organismos não-alvo de solo
• Beneficiário: Brian Cintra Cardoso
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/16554-4 - Aplicação das técnicas radiométricas na caracterização da retenção, mobilidade, toxicidade e degradação de sistemas nanocarreadores de herbicidas no ambiente
• Beneficiário: Valdemar Luiz Tornisielo
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/12200-3 - Rastreamento da entrega de nanoformulações de metribuzin usando marcadores fluorescentes
• Beneficiário: Brian Cintra Cardoso
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/00718-8 - Nanosistemas carreadores de glifosato: do desenvolvimento à aplicação no manejo de plantas daninhas
• Beneficiário: Gustavo Vinícios Munhoz Garcia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/00509-0 - Distribuição e efeitos de nanopartículas de metribuzin no solo, comunidades do solo e plantas em um experimento de mesocosmo do solo: uma comparação de dois sistemas de nanocarreadores poliméricos
• Beneficiário: Vanessa Takeshita
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado