El uso de pesticidas y fertilizantes ha aumentado dramáticamente durante las últimas dos décadas. El uso excesivo de fertilizantes y pesticidas no solo infla los precios de los productos agrícolas, sino que también daña el suelo y contamina el medio ambiente.
Este artículo fue publicado originalmente en azonano.com , escrito por Shaheer Rehan
Durante el crecimiento de las plantas, están presentes tanto el estrés abiótico como el biótico. Como resultado, encontrar soluciones para ayudar a las plantas a sobrellevar el estrés es fundamental para una agricultura ingeniosa y sostenible, así como para disminuir la gran dependencia de los tratamientos químicos.
Papel de la nanotecnología en la agricultura
La agricultura habilitada con nanotecnología está progresando, y los nanomateriales se han mostrado prometedores en la agricultura, especialmente en la mejora de la nutrición de los cultivos, la disminución de plagas y enfermedades, el aumento de la resistencia al estrés y la medición del estado fisiológico de las plantas.
El papel principal de la nanotecnología en la agricultura incluye nanofertilizantes y nanopesticidas para monitorear productos y niveles de nutrientes para impulsar la producción sin desinfectar tierras y vías fluviales, así como proporcionar un escudo contra una variedad de plagas de insectos y enfermedades microbiológicas.
Beneficios de los nanomateriales basados en carbono en la agricultura
Los nanomateriales a base de carbono (CNM) se utilizan como fertilizantes, lo que es importante para el crecimiento de la industria agrícola. Los fertilizantes tradicionales son solubles en agua y se filtran rápidamente en el suelo, lo que genera contaminación ambiental y mayores gastos. Investigaciones anteriores sugieren que los nanofertilizantes superan a los fertilizantes convencionales en términos de efectividad entre un 18 y un 29 por ciento.
Los nanomateriales de carbono (CNM) se pueden utilizar como excelentes portadores de fertilizantes debido a su disposición molecular estable, dispersión uniforme y baja toxicidad en los medios de aplicación. Por ejemplo, las nanopartículas de óxido de grafeno son transportadores de oligoelementos eficaces.
Los pesticidas, a diferencia de los fertilizantes, son una parte importante de los productos químicos agrícolas. No obstante, los pesticidas tradicionales crean preocupaciones sobre bioseguridad y contaminación entre el público en general debido a su facilidad de lixiviación, volatilización y pérdida.
Los nanoinsecticidas, nanoherbicidas y nanofungicidas son parte de los nanopesticidas que tienen el potencial de reducir la volatilización y degradación de plaguicidas, mejorar la eficiencia del uso, reducir el consumo de plaguicidas y aliviar los problemas ambientales.
El óxido de grafeno, por ejemplo, tiene una alta capacidad de adsorción de pesticidas que está casi en el rango de 1200 mg/g para el clorpirifos. Además, la toxicidad moderada y la fuerte actividad antibacteriana son insensibles a las variaciones del valor de pH, lo que lo hace aún más confiable.
Ventajas de los nanotubos de carbono en la agricultura
Entre todos los nanomateriales a base de carbono, los nanomateriales más efectivos para aplicaciones agrícolas son los nanotubos de carbono (CNT).
Estudios recientes muestran que los nanotubos de carbono (CNT) modificados químicamente con el alcohol alifático 1-octadecanol (C18H38O) demostraron capacidades antibacterianas excepcionales porque las largas cadenas de carbono contribuyeron a una mayor absorción de microondas por parte de los nanotubos de carbono (CNT). Además, debido a su alta estabilidad de fluorescencia y larga vida, los CNT se usan ampliamente en plantas bajo estrés abiótico y biótico para detectar moléculas de señalización como H2O2, Ca2+ y NO.
Ha sido bien establecido que dentro de la matriz física de 10 a 100 micrones en las plantas, la fluorescencia del infrarrojo cercano generada por los nanotubos de carbono (CNT) puede ser suprimida por H2O2, que puede utilizarse para informar a distancia el estado de estrés de la planta sin infligir hojas mecánicas. daño.
Aparte de eso, las semillas de tomate pueden crecer más rápido y convertirse en brotes más grandes y pesados cuando se exponen a nanotubos de carbono (CNT), en comparación con otras semillas.
Cómo se utilizan los nanomateriales basados en carbono en aplicaciones agrícolas
Los nanomateriales de carbono (CNM) se utilizan como convertidores de luz para complementar la fotosíntesis de las plantas. A través de la fotosíntesis de los cloroplastos, las plantas transforman la energía solar en energía química.
La luz solar utilizada por los cloroplastos se limita principalmente a las regiones azul y roja del espectro visible. Por lo tanto, pueden usarse como materiales de conversión de luz para maximizar la energía solar para expandir el espectro de luz para la fotosíntesis de las plantas. Dicho esto, para usar nanomateriales de carbono (CNM) como convertidores de luz en las plantas, algunos factores importantes, como la eficiencia de conversión de luz, la biocompatibilidad y la citotoxicidad de los nanomateriales de carbono que convierten la luz (CNM) en las plantas, y el calor producido durante la transformación de luz habilitada por nanomateriales de carbono en las plantas hay que tenerlo en cuenta.
Recientemente, Zhu et al. reveló que los nanomateriales a base de carbono con características antifúngicas podrían usarse para generar nuevos fungicidas. Entre los diferentes nanomateriales de carbono (CNM) probados contra dos hongos patógenos de plantas, incluidos los nanotubos, los fullerenos y el óxido de grafeno, los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) tuvieron la acción antifúngica más potente.
Se destaca el uso de nanomateriales de carbono (CNM) en la aplicación de biosensores, convertidores de luz, fertilizantes, pesticidas y agroquímicos. Sin embargo, su impacto puede cambiar según la especie vegetal, el tipo de nanomaterial de carbono (CNM) y sus dosis.
En aplicaciones agrícolas, los nanomateriales a base de carbono pueden hacer las siguientes contribuciones:
- Mayor rendimiento agrícola con el uso de potenciadores del crecimiento de las plantas y fertilizantes innovadores basados en nanomateriales.
- Productos fitosanitarios a base de nanomateriales, como insecticidas y herbicidas.
- El uso de fitosanitarios nanoencapsulados y fertilizantes de liberación lenta para reducir el número de agroquímicos utilizados.
- Nanotecnologías para la optimización de prácticas agrícolas mediante agricultura de precisión.
Desafíos en el sector agrícola resueltos por nanomateriales basados en carbono
La durabilidad, la adaptabilidad, la salud y la exposición decente son desafíos que experimentan la agricultura, la agricultura y los activos ambientales.
En la agricultura, los nanomateriales a base de carbono intentan disminuir la cantidad de pesticidas distribuidos, minimizar la lixiviación de nutrientes en la fertilización y aumentar el control de plagas y enfermedades. La nanotecnología tiene el potencial de ayudar a las industrias agrícola y ambiental mediante la producción de productos novedosos para la reducción de plagas y una mayor capacidad de absorción de nutrientes, entre otras aplicaciones.
Referencias y lecturas adicionales
Zhu, L., Chen, L., Gu, J., Ma, H. y Wu, H. (2022). Nanomateriales a base de carbono para la agricultura sostenible: su aplicación como convertidores de luz, nanosensores y herramientas de suministro. Plants , 11(4), 511. Disponible en: https://doi.org/10.3390/plants11040511
Husen, A. (2020). Nanomateriales a base de carbono y sus interacciones con los cultivos agrícolas. En Nanomateriales para aplicaciones agrícolas y forestales (págs. 199-218). Elsevier. Disponible en: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817852-2.00008-1
Aacharya, R. y Chhipa, H. (2020). Fertilizantes de nanocarbono: implicaciones de los nanomateriales de carbono en la producción agrícola sostenible. En Nanomateriales de Carbono para Aplicaciones Agroalimentarias y Ambientales (pp. 297-321). Elsevier. Disponible en:https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819786-8.00015-3
Cherati, SR, Shanmugam, S., Pandey, K. y Khodakovskaya, MV (2021). Respuestas del transcriptoma completo al estrés ambiental en cultivos agrícolas tratados con nanomateriales a base de carbono. Biomateriales aplicados de ACS, 4(5), 4292-4301. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acsabm.1c00108
Fuente: AZO Nano
