Esta imagen de un microscopio electrónico de transmisión representa el ciclo de vida de los nanonutrientes utilizados en las plantas de tomate, de semilla a planta a fruto.
Dado que se espera que la población mundial alcance los 9 mil millones en 2050, Los ingenieros y científicos están buscando formas de satisfacer la creciente demanda de alimentos sin aumentar también la presión sobre los recursos naturales. como el agua y la energía, una iniciativa conocida como nexo entre alimentos, agua y energía.
Ramesh Raliya, Doctor, un investigador postdoctoral, y Pratim Biswas, Doctor, la profesora Lucy &Stanley Lopata y presidenta del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, ambos en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis, están abordando este problema mediante el uso de nanopartículas para aumentar el contenido de nutrientes y el crecimiento de las plantas de tomate. Tomando una pista de su trabajo con células solares, el equipo descubrió que al usar nanopartículas de óxido de zinc y dióxido de titanio, las plantas de tomate absorben mejor la luz y los minerales, y la fruta tenía un mayor contenido de antioxidantes.
"Cuando una planta crece, le indica al suelo que necesita nutrientes, "Biswas dice." El nutriente que necesita no está en una forma que la planta pueda tomar de inmediato, por lo que segrega enzimas, que reaccionan con el suelo y desencadenan microbios bacterianos para convertir los nutrientes en una forma que la planta puede utilizar. Estamos tratando de ayudar en esta vía agregando nanopartículas ".
El zinc es un nutriente esencial para las plantas, ayuda a que otras enzimas funcionen correctamente y es un ingrediente de los fertilizantes convencionales. El titanio no es un nutriente esencial para las plantas, Raliya dice:pero aumenta la absorción de luz al aumentar el contenido de clorofila en las hojas y promueve la fotosíntesis, propiedades que el laboratorio de Biswas descubrió mientras creaba células solares.
El equipo utilizó un rociado muy fino utilizando técnicas novedosas de aerosolización para depositar directamente las nanopartículas en las hojas de las plantas para una máxima absorción.
"Descubrimos que nuestra técnica de aerosol resultó en una absorción de nutrientes mucho mayor por parte de la planta en comparación con la aplicación de nanopartículas al suelo, "Dice Raliya." Una planta solo puede absorber alrededor del 20 por ciento de los nutrientes aplicados a través del suelo, con el resto formando complejos estables con los componentes del suelo o siendo lavados con agua, causando escorrentía. En los dos últimos casos, los nutrientes no están disponibles para las plantas ".
En general, las plantas tratadas con las nanopartículas a través de rutas de aerosol produjeron casi un 82 por ciento (en peso) más de fruta que las plantas sin tratar. Además, los tomates de la planta tratada mostraron un aumento de licopeno, un antioxidante relacionado con la reducción del riesgo de cáncer, enfermedades del corazón y trastornos oculares relacionados con la edad, de entre el 80 por ciento y el 113 por ciento.
Esta ilustración muestra los diferentes efectos de la aplicación de nano nutrientes en una planta de tomate. Crédito:Ramesh Raliya, Pratim Biswas
Estudios anteriores de otros investigadores han demostrado que el aumento del uso de la nanotecnología en la agricultura en países densamente poblados como India y China ha tenido un impacto en la reducción de la desnutrición y la mortalidad infantil. Estos tomates ayudarán a abordar la desnutrición, Raliya dice:porque permiten que las personas obtengan más nutrientes de los tomates que los cultivados convencionalmente.
En el estudio, publicado en línea el mes pasado en la revista Metalómica , el equipo descubrió que las nanopartículas en las plantas y los tomates estaban muy por debajo del límite del USDA y considerablemente más bajas que las que se utilizan en los fertilizantes convencionales. Sin embargo, todavía tienen que ser cautelosos y seleccionar la mejor concentración de nanopartículas para usar para obtener el máximo beneficio, Dice Biswas.
Raliya y el resto del equipo ahora están trabajando para desarrollar una nueva formulación de nanonutrientes que incluya los 17 elementos requeridos por las plantas.
"En 100 años, habrá más ciudades y menos tierras de cultivo, pero necesitaremos más comida, "Raliya dice". Al mismo tiempo, el agua será limitada debido al cambio climático. Necesitamos una metodología eficiente y un entorno controlado en el que las plantas puedan crecer ".
