Nanopartículas de óxido de hierro; nueva generación de fertilizantes

Erick Daniel Aguilar Vela y Nicolaza Pariona Mendoza

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, el crecimiento de la población exige un aumento de casi el 70% en la producción agrícola actual para 2050. En vista de que los fertilizantes tradicionales no son absorbidos o aprovechados de manera eficiente por la planta, será necesario grandes cantidades de fertilizantes para alcanzar este objetivo. En este sentido, es necesario desarrollar estrategias sostenibles de fertilizantes de alta eficiencia y así disminuir la perdida de fertilizantes al medio ambiente.

En los últimos años, la aplicación de la nanotecnología en la agricultura ha emergido como una herramienta de gran aprovechamiento sustentable para la mejora del cultivo. Las nanopartículas, caracterizadas por ser extremadamente pequeñas (cuya escala se establece en el orden de los nanómetros (nm)) y tener una gran superficie específica, pueden proporcionar una mejor absorción y transporte de los nutrientes en las plantas.

El hierro es un micronutriente esencial que participa en numerosas funciones biológicas, los cuales son importantes para el crecimiento y desarrollo de la planta. A pesar de ser el cuarto elemento más común en la corteza terrestre, es el tercer nutriente más limitante para el crecimiento de las plantas. La baja disponibilidad del hierro se debe porque en algunos suelos este se encuentra en forma de Fe3+ insoluble y las plantas generalmente absorben en forma de Fe2+. Por lo tanto, la aplicación de fertilizante de hierro es el método más eficaz para mejorar la deficiencia de Fe en las plantas (Figura 1).

Las nanopartículas de óxido de hierro (por ejemplo: magnetita, hematita y ferrihidrita) empleadas como nanofertilizantes podrían asegurar que las plantas absorban el hierro de manera óptima. De acuerdo con investigaciones realizadas, las nanopartículas de óxido de hierro han demostrado tener potencial para mejorar la producción de varios cultivos, incluidos arroz, trigo, tomate, maní, soja y espinaca. La aplicación de estas nanopartículas además de incrementar la germinación y crecimiento de la planta estimula los procesos metabólicos (fotosíntesis, respiración, producción de proteínas, etc.). Así mismo, se ha reportado que las nanopartículas de magnetita mejoran la formación de nódulos fijadores de nitrógeno, la proliferación de hongos micorrícicos y en el aumento de la actividad fijadora de nitrógeno de las bacterias. En nuestro grupo de investigación, venimos trabajando en el desarrollo diferentes nanopartículas de óxido de hierro, tales como la hematita, magnetita, ferrihidrita, entre otros (Figura 2). En trabajos previos, se ha demostrado que nanopartículas de magnetita incrementaron la germinación y crecimiento de un encino (Quercus macdougallii), especie que se encuentra en estado vulnerable. También, se ha demostrado que las nanopartículas de hematita y ferrihidrita promovieron la germinación de semillas y el crecimiento de plantas de maíz y de rábanos (Figura 3).

Por lo tanto, las nanopartículas de óxido de hierro empleados como nanofertilizantes podrían ser un sustituto ideal del fertilizante tradicional de hierro. Sin embargo, aún se necesitan más estudios ya que sus efectos dependen principalmente de la concentración, tipo de óxido de hierro, tamaño y forma de partícula, así como la especie de planta. Por ello, en nuestro grupo de trabajo se desarrollan estrategias para el uso y potencial aplicación de nanopartículas de óxido de hierro para su uso en apoyo al campo.

 

Pie de figuras

Fig. 1. Disponibilidad del hierro (Fe) y nanopartículas de óxido de hierro (hematita y magnetita) para el crecimiento de la planta. (Créditos: Erick Aguilar y Nicolaza Pariona)

Fig. 2. Preparación de nanopartículas de magnetita. (Créditos: Nicolaza Pariona)

Fig. 3. Germinación y crecimiento de rábanos en presencia de nanopartículas de magnetita (Créditos: Nicolaza Pariona).

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