In this study, various constraints of Cd toxicity on growth, morpho-anatomical characters along with physiological and biochemical metabolic processes of Solanum melongena L. plants were analyzed. Conversely, ameliorative role of iron oxide nanoparticles (FeONPs) was examined against Cd stress. For this purpose, the following treatments were applied in completely randomized fashion; 3 mM CdCl2 solution applied with irrigation water, 40 and 80 ppm solutions of FeONPs applied via foliar spray. Regarding the results, Cd caused oxidative damage to plants' photosynthetic machinery, resulting in elevated levels of stress-markers like malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2), and electrolytic leakage (EL) along with slight increase in antioxidants activities, including glutathione (GsH), ascorbate (AsA), catalases (CAT), peroxidases (POD), superoxide dismutase (SOD), and ascorbate peroxidases (APX). Also, high Cd level in plants disturb ions homeostasis and reduced essential minerals uptake, including Ca and K. This ultimately reduced growth and development of S. melongena plants. In contrast, FeONPs supplementations improved antioxidants (enzymatic and non-enzymatic) defenses which in turn limited ROS generation and lowered the oxidative damage to photosynthetic machinery. Furthermore, it maintained ionic balance resulting in enhanced uptake of Ca and K nutrients which are necessary for photosynthesis, hence also improved photosynthesis rate of S. melongena plants. Overall, FeONPs foliar spray effectively mitigated Cd toxicity imposed on S. melongena plants.

 The influence of environmental contamination on different ecosystems has become a major problem worldwide. Pollution of heavy metals in soil has become a serious global concern. The purpose of the present experimental work was to assess the effect of silica nanoparticles (SiNPs) on the growth, biochemical parameters, and physiological responses of Tagetes erecta L. plants under chromium (Cr) stress. In the current investigation, we implemented the CRD experiment, and three sets of replicates were employed, each comprising nine unique treatments; control, Cr-I (50 mg kg^− 1), Cr-II (100 mg kg^− 1), SiNPs-I (100 mg L^− 1), SiNPs-II (200 mg L^− 1), Cr-I + SiNPs-I, Cr-I + SiNPs-II, Cr-II + SiNPs-I, Cr-II + SiNPs-II). When plants were exposed to Cr, the oxidative damage was noticeable. Cr contamination markedly decreased the growth characters of the plants including shoot and root length, fresh and dry weights as well as photosynthetic pigment but increased the level of proline, hydrogen-peroxide (H₂O₂), malondialdehyde (MDA) and relative membrane permeability in plants. Significantly, the impacts of Cr on plants were avoided by SiNPs application. SiNPs applied externally lessened the concentrations of H₂O₂, MDA, and relative membrane permeability. Conversely, SiNPs enhanced the content of chlorophyll a, b, carotenoid and improved the growth of plant. They also elevated the antioxidant enzyme activity. Furthermore, SiNPs promote the defensive mechanisms of plants against the stress of toxic metals by boosting the absorption of particular elements such as Ca²⁺ and K⁺. Based on our research, treating plants with SiNPs can potentially help them to overcome abiotic stresses. Our findings suggest that SiNPs have the potential to effectively regulate stress indicators and antioxidants, which can significantly lower the adverse impact of abiotic stresses in plants.

Abstract In many countries with wastewater irrigation and intensive use of fertilizers (minerals and organics), heavy metal deposition by crops is regarded as a major environmental concern. A study was conducted to determine the impact of mineral fertilizers, cow manure, poultry manure, leaf litter, and sugarcane bagasse on soil’s trace Pb content and edible parts of vegetables. It also evaluated the risk of lead (Pb) contamination in water, soil, and food crops. Six vegetables ( Daucus carota, Brassica oleracea, Pisum sativum, Solanum tuberosum, Raphanus sativus, and Spinacia oleracea ) were grown in the field under twelve treatments with different nutrient and water inputs. The lead concentrations in soil, vegetables for all treatments and water samples ranged from 1.038–10.478, 0.09346–9.0639 mg/kg and 0.036–0.26448 mg/L, The concentration of lead in soil treated with wastewater in treatment (T6) and vegetable samples was significantly higher, exceeding the WHO’s permitted limit. Mineral and organic fertilizers combined with wastewater treatment reduced lead (Pb) concentrations in vegetables compared to wastewater application without organic fertilizers. Health risk indexes for all treatments except wastewater treatment (T 6 ) were less than one. Pb concentrations in mineral fertilizers, cow manure, poultry manure, leaf litter, and sugarcane bagasse treated were determined to pose no possible risk to consumers.

Drought stress significantly retards the plant production. Melatonin is a vital hormone, signaling molecule, and bio-regulator of diverse physiological growth and development processes. Its role in boosting agronomic traits under diverse stress conditions has received considerable attention. However, the underlying molecular mechanism of action and how they increase drought stress tolerance has not been fully interpreted. The current study aimed to ascertain the protective role of melatonin in fortifying the antioxidant defense system, modulating the phytohormone profile, and improving agronomic traits of tomato seedlings under drought stress. After the V1 stage (1st leaf fully emerged), tomato seedlings were exposed to PEG-6000 to mimic drought-induced stress (DR 10% and DR 20%), followed by exogenous application of 100 µM soil drench. Drought-induced stress negatively impacted tomato seedlings by reducing growth and development and biomass accumulation, diminishing salicylic acid (SA) and chlorophyll levels, and dramatically lowering the antioxidant defense ability. However, melatonin protected them by activating the defense system, which decreased the oxidative burst and increased the activities of SOD, CAT, and APX. Administration of 100 µM melatonin by soil drench most remarkably downregulated the transcription factors of SlDREB3 and SlNCED3. This study has validated the moderating potential of melatonin against drought-induced stress by maintaining plant growth and development, enhancing hormone levels, elevating antioxidant enzyme activities, and suppressing the relative expression of drought-responsive genes. These findings also provide a basis for the potential use of MT in agricultural research and other relevant fields of study.

Bacillus pumilus plays an essential role in agricultural applications as a beneficial microbe and for sustainable agriculture production. However, the underlying mechanisms of B. pumilus strains remain unclear as to how they are beneficial for plants as stress tolerant and growth promoters. Bacillus pumilus was isolated from the rhizosphere soil of Artemisia vulgaris. NGS (next-generation sequencing) was performed for the strain to gain new insights into the molecular mechanisms underlying plant-microbial interactions. NGS revealed 3,910 genes, 3294 genes with protein-coding, and 11 functional genomic regions related to diverse agronomic traits including stress tolerance. We identified the two possible phytohormone biosynthesis approaches from metabolic regions1(terpense→diterpense→betacarotene→xanthoxin→ABA)2(terpense→diterpense→geranyl diphosphate →C20 →GA). Several gene clusters related to the biosynthesis of phytohormones, stress tolerance, and agricultural diversification were predicted. The genome provides insights into the possible mechanisms of this bacterium for stress tolerance and its future applications. The genomic organization of B. pumilus revealed several hallmarks of its plant growth promotion and pathogen suppression activities. Our results provide detailed genomic information for the strain and reveal its potential stress tolerance mechanisms, laying the foundation for developing effective stress tolerance strategies against abiotic stress.

The present study was designed to highlight the ameliorative role of iron nanoparticles (FeNPs) against drought stress in spinach (Spinacia oleracea L.) plants. A pot experiment was performed in two-way completely randomize design with three replicates. For drought stress three levels were used by maintaining field capacity of the soil. This included control (100% field capacity), moderate drought stress (D1; 50% field capacity) and severe drought stress (D2; 25% field capacity). FeNPs synthesized by green method using rice straw were applied along with precursor FeCl3, used as Fe source for the synthesis of FeNPs, through foliar spray (40 mg L− 1 for both). Growth parameters, efficiency of photosynthetic machinery, gas exchange attributes, total soluble proteins, and inorganic ions (Ca2+, K+ & Fe2+) were significantly reduced at both D1 and D2 stress levels, compared to control plants. Fe supplements in the form of FeCl3 and FeNPs improved these attributes in both control and drought conditions. Malondialdehyde, H2O2, relative membrane permeability (stress indicators) and the activities of antioxidants were increased in response to drought stress. Fe supplements further improved the antioxidant defense activities and efficiently lowered the effects of stress indicators. These effects of FeCl3 and FeNPs resulted in improved growth of S. oleracea plants in control and drought conditions. Results showed that FeNPs had more prominent effects on growth of S. oleracea plants compared to FeCl3. These findings suggest that FeNPs could be a helpful tool for lessening the harmful consequences of drought stress and this can be used for abiotic stress alleviation in other crops as well.