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La nanotecnología ayuda a los productores de soja y al medio ambiente


Los agricultores de Louisiana confían en los herbicidas, pesticidas y fungicidas para proteger sus cultivos contra malezas, insectos y enfermedades. 


por la Universidad Estatal de Luisiana


Aunque la mayoría de los agricultores tratan de ser buenos administradores del medio ambiente, algunos de esos productos químicos terminan inevitablemente en las vías fluviales o en otros lugares, en lugar de beneficiar a las plantas. Para abordar este problema, la profesora de LSU, Cristina Sabliov, está trabajando en tecnologías para una entrega más específica de agroquímicos a los cultivos, para evitar el desperdicio, un problema de costo para los agricultores, al tiempo que protege las plantas, los rendimientos y el medio ambiente.

Sabliov desarrolla nanopartículas que son más pequeñas de lo que el ojo puede ver, unas mil veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano. Estos diminutos sistemas de entrega pueden adherirse a partes específicas de una planta, como la raíz o las hojas, y depositar una pequeña pero significativa carga útil que se liberará de inmediato o con el tiempo.

La mayor parte del trabajo de Sabliov hasta la fecha se ha centrado en la soja, un cultivo importante en Luisiana y en todo el mundo. Ha recibido apoyo continuo para su investigación de la Junta de Promoción e Investigación de Granos y Soja de Luisiana y del Departamento de Agricultura de EE. UU. a lo largo de su carrera.

«Los agricultores de soya de Luisiana ven un gran valor en apoyar la investigación que puede generar soluciones a los desafíos que son exclusivos de nuestro estado», dijo Charles Cannatella, presidente de la Junta de Promoción e Investigación de Granos y Soya de Luisiana y agricultor en Melville en St. Landry Parish, donde cultiva soja, maíz y caña de azúcar junto con su familia. «Estamos entusiasmados de que la Dra. Cristina Sabliov esté haciendo precisamente eso. La soja de Luisiana prospera en gran parte debido a nuestras condiciones climáticas, que también presentan desafíos únicos, como enfermedades y hongos que prosperan en estas mismas condiciones».

Muchos habitantes de Luisiana se sorprenden al saber que su estado natal produce más soja que arroz. La soja ocupa el cuarto lugar entre los principales productos agrícolas de Luisiana, después de la silvicultura, las aves de corral y la caña de azúcar. En el momento de la cosecha, el 80 % de toda la soja se convierte en harina de soja , que a menudo se utiliza como alimento para el ganado, ya que es rica en proteínas. La mayor parte de esa comida se alimenta a los pollos, por lo que se podría argumentar que la investigación de Sabliov respalda no solo una, sino dos, de las principales industrias agrícolas del estado.

Su trabajo más reciente convierte un producto de desecho de la industria papelera llamado lignina en algo útil como «nanovehículos» biodegradables. La lignina está presente en la mayoría de las plantas para dar rigidez a las células. Sin lignina, los árboles estarían flácidos y combados. Este polímero natural es barato y seguro. A través de ingeniería y química avanzadas, Sabliov y su equipo pueden envolver moléculas de lignina alrededor de otros materiales, como agroquímicos. Mediante el uso de tensioactivos, pueden mantener los compuestos dispersos homogéneamente, de forma similar a una vinagreta que nunca se separa, y luego secar las nanopartículas resultantes hasta convertirlas en polvo, lo que prolonga su vida útil.

«Tengo experiencia en ciencias de los alimentos, ingeniería biológica e ingeniería química, por lo que me encantan las interfaces y aprender cómo se conectan las cosas», dijo Sabliov, quien es el profesor Roy Paul Daniels y el Richard R. & Betty S. Fenton Alumni Professor en el Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola de LSU en la Facultad de Ingeniería de LSU con un nombramiento conjunto en LSU AgCenter.

«Es bueno prestar atención a lo que les gusta hacer a las moléculas», continuó Sabliov. «Pienso mucho en cómo a las moléculas les gusta estar unas con otras, o les gusta repelerse entre sí, o les gusta autoensamblarse de cierta manera: sus características y relaciones. Si creas el entorno adecuado para una determinada molécula, se comportará de una manera que conduzca a la formación de nanopartículas, lo que en nuestro caso significa que se autoensamblará en una bola alrededor de un agroquímico».

Cuando llega el momento de probar las nanopartículas, para ver adónde van y cómo se mueven cuando se aplican a las plantas, Sabliov utiliza la hidroponía, que consiste en cultivar plantas sin suelo. La razón es que el suelo introduce una gran cantidad de variables desconocidas.

«La hidroponía es nuestro trampolín para las aplicaciones de campo e invernadero porque es un sistema mucho más simple sin todos los químicos y microorganismos que están naturalmente presentes en la materia orgánica», dijo Sabliov. «Si comienza probando las nanopartículas en el suelo, estará allí durante mucho, mucho tiempo antes de que pueda responder a su pregunta de investigación con certeza».

Una vez que Sabliov está segura de que las nanopartículas cargadas son seguras y efectivas, colabora con los especialistas de LSU AgCenter para probarlas en plantas en el suelo. Trey Price, patólogo de plantas en la Estación de Investigación Macon Ridge en Winnsboro, Louisiana, recientemente cosechó soya de una prueba de campo inicial donde las semillas habían sido tratadas con nanopartículas de lignina envueltas en fungicida de Sabliov antes de ser expuestas a un hongo y soya común. patógeno llamado Rhizoctonia solani.

«Plantamos las semillas tratadas en dos experimentos de invernadero y una pequeña prueba de campo», dijo Price. «Las semillas de soja que fueron tratadas con nanopartículas cargadas con fungicida funcionaron tan bien como las que fueron tratadas con una formulación más amplia de fungicida comercial, mientras que las plantas que no recibieron fungicida se enfermaron y produjeron mucho menos».

«Los fungicidas ofrecen un seguro contra las enfermedades de las plántulas durante las dos o tres semanas críticas posteriores a la siembra y representan un costo anual significativo para muchos agricultores», continuó Price. «Los ensayos de campo aquí en la estación de investigación están orientados a justificar o reducir esos costos y mantener a los agricultores en el negocio».

Los hongos causan la mayoría de las enfermedades en la soya y la mayoría de ellos prosperan en ambientes cálidos y húmedos. Debido al clima subtropical, los agricultores de Luisiana se enfrentan a más problemas que los agricultores de otras partes de los EE. UU. para proteger sus cultivos de enfermedades, según Price. La soja a menudo se cultiva en rotación con otros cultivos para el control de malezas y enfermedades y para maximizar las ganancias. Los precios de los cultivos fluctúan de una temporada a otra. En Luisiana, esos cultivos tienden a ser pastos de trigo, maíz, sorgo, arroz y caña de azúcar o, alternativamente, algodón, una hoja ancha. La producción de soja en el estado saltó radicalmente durante la revolución agrícola en las décadas de 1960 y 1970 de aproximadamente 100 000 acres a más de 2 millones. Hoy en día, más de 2200 agricultores cultivan soja en aproximadamente 1,1 millones de acres en Luisiana.

«Sin una investigación imparcial de terceros de instituciones de concesión de tierras como LSU, los agricultores tendrían que incurrir en pérdidas en su producción para encontrar soluciones a los hongos problemáticos como los que está investigando el Dr. Sabliov», dijo Cannatella. «No solo es más eficiente para nosotros dejar que alguien con su experiencia descubra estas cosas y nos permita hacer la transición de regreso a nuestras granjas, sino que también nos permite ser más conscientes del medio ambiente y, en general, sostenibles al generar soluciones en un laboratorio o en un granja de investigación en lugar de en nuestra escala mucho mayor. La investigación es una buena inversión de los dólares de los agricultores de Luisiana».

Los productores de soya de Luisiana gastan un total de alrededor de $164 millones en herbicidas, pesticidas y fungicidas para sus cultivos cada año. Eso es casi la mitad de todos los costos directos de la producción de soja. Cualquier reducción en la cantidad de estos insumos, como los llaman los agricultores, ayudaría a proteger la industria agrícola y el medio ambiente.

«Los insumos agrícolas, como los tratamientos de semillas, continúan aumentando en gastos, reduciendo su disponibilidad y enfrentan preguntas constantes de aquellos que no entienden la inversión en tiempo y recursos que se dedican a producir un cultivo seguro y abundante», continuó Cannatella. «Creemos que el trabajo del Dr. Sabliov y la asociación entre la Junta de Promoción e Investigación de Granos y Soja de Luisiana y LSU pueden brindar respuestas válidas a todos estos desafíos. Y los agricultores, los consumidores y todos los habitantes de Luisiana se benefician».

«Estoy muy agradecido y orgulloso de que los productores de soja de Luisiana y la Junta de Promoción e Investigación de Granos y Soja de Luisiana crean en nuestra tecnología y continúen apoyando nuestro trabajo, incluso si el desarrollo de nuestras fórmulas en un producto comercial aún podría llevar muchos años». dijo Sabliov.

Sabliov posee actualmente cuatro patentes estadounidenses sobre nanotecnologías para aplicaciones agrícolas y biomédicas.



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