El sector agrícola enfrenta importantes desafíos derivados del cambio climático, como el aumento de las temperaturas, las lluvias impredecibles y la degradación del suelo, todo lo cual pone en peligro la seguridad alimentaria de una población mundial en rápido crecimiento. Las tensiones abióticas como la sequía, la salinidad, las temperaturas extremas y la contaminación por metales pesados causan importantes pérdidas de cultivos; la sequía por sí sola es responsable de aproximadamente el 70 por ciento de las pérdidas potenciales. Estos factores estresantes interrumpen la germinación de las semillas, el crecimiento de las raíces y la fotosíntesis, lo que provoca daño oxidativo debido a las especies reactivas de oxígeno (ROS), moléculas altamente reactivas que pueden dañar las células vegetales y afectar el crecimiento.
La nanotecnología, que manipula la materia a nanoescala (de 1 a 100 nanómetros), ofrece soluciones prometedoras. Las nanopartículas poseen características distintas. Estos incluyen una alta relación superficie-volumen y una mayor reactividad, lo que refuerza las defensas de las plantas contra el estrés abiótico. Al afectar los procesos fisiológicos, bioquímicos y moleculares, las nanopartículas pueden mejorar la resiliencia y la productividad de las plantas.
Así es como diversos tipos de nanopartículas ayudan a las plantas a combatir factores estresantes específicos:
Mitigación del estrés por sequía
Las nanopartículas desempeñan un papel crucial en la mejora de la tolerancia de las plantas a las condiciones de sequía:
· Las nanopartículas de óxido de hierro mejoran el contenido de clorofila y los niveles de azúcar soluble en plantas estresadas por la sequía, mejorando la producción de fotoasimilados (los productos de la fotosíntesis).
· Las nanopartículas de selenio aplicadas foliarmente reducen la fuga iónica y la peroxidación lipídica, minimizando el daño celular causado por la sequía.
· Las nanopartículas de sílice fortalecen las paredes celulares, mejoran la tolerancia al acame y ayudan al ajuste osmótico, mejorando la germinación de las semillas, el peso de las plántulas y el crecimiento de las plantas en condiciones de sequía.
Alivio del estrés por salinidad
Las nanopartículas han demostrado un potencial significativo para ayudar a las plantas a afrontar el estrés salino:
· Bajas dosis de nanopartículas de plata estimulan el crecimiento de las raíces y la salud de las plantas en condiciones salinas al reducir el estrés oxidativo y regular el metabolismo de la prolina.
· Las nanopartículas de óxido de zinc mejoran la tolerancia al estrés al mejorar los rasgos fisiológicos, mejorar la expresión genética relacionada con la tolerancia al estrés y aumentar los niveles de Zn en las plantas.
· Las nanopartículas de oro mejoran la producción y la germinación de las semillas al influir en la expresión de microARN vinculada a la respuesta al estrés.
Manejo del estrés por temperatura
Las nanopartículas se han mostrado prometedoras para ayudar a las plantas a afrontar el estrés por calor y frío:
· La aplicación foliar de nanopartículas de óxido de zinc alivia el estrés por calor al aumentar los antioxidantes y los osmolitos. Esto mejora el contenido de clorofila, el intercambio de gases y el rendimiento de grano al tiempo que reduce las ROS y la peroxidación lipídica.
· Las nanopartículas de dióxido de titanio mejoran la expresión genética del metabolismo energético y fotosintético, mejorando la estabilidad de la membrana y la fotosíntesis bajo estrés por frío.
Mitigación del estrés por metales pesados
Las nanopartículas ofrecen soluciones innovadoras para plantas que crecen en suelos contaminados con metales pesados:
· Las nanopartículas de óxido de calcio reducen la toxicidad del arsénico al reducir la expresión del gen transportador de arsénico, mejorar la absorción de calcio y mejorar la eliminación de ROS.
· Las nanopartículas de cobre biogénicas sintetizadas a partir de Shigella flexneri reducen la translocación de cadmio al aumentar la biomasa y la adquisición de nutrientes.
· Las nanopartículas de sílice protegen contra la toxicidad de los metales pesados al mejorar el peso del grano y aumentar la biomasa y la absorción de minerales, al tiempo que reducen la expresión de genes responsables del transporte de cadmio.
El papel de los antioxidantes y las fitohormonas.
Un mecanismo clave por el cual las nanopartículas mejoran la tolerancia al estrés de las plantas es mediante la modulación de los sistemas antioxidantes y la actividad de las fitohormonas:
· Mejora de los antioxidantes: Las nanopartículas aumentan la actividad de las enzimas antioxidantes (superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT), peroxidasa), ayudando a las plantas a controlar el estrés oxidativo causado por las especies reactivas de oxígeno (ROS).
· Regulación de fitohormonas: Las nanopartículas influyen en la actividad de hormonas vegetales vitales (ácido abscísico (ABA), giberelinas (GA)) para mejorar las respuestas al estrés.
Nanofertilizantes: un enfoque dual para la nutrición y la tolerancia al estrés
Los nanofertilizantes representan un avance significativo en la tecnología agrícola. Ofrecen el doble beneficio de una mejor entrega de nutrientes y una mayor tolerancia al estrés.
· Las nanopartículas de CeO2 mejoran la anatomía radicular y la fotosíntesis, aumentando la tolerancia al estrés salino en Brassica napus.
· Los nanofertilizantes combinados con enmiendas orgánicas, como nanopartículas de óxido de hierro con ácido salicílico, pueden mejorar aún más la resistencia al estrés, como mitigar los efectos de la sequía en las plantas de fresa.
Avances de la nanotecnología para la resiliencia de los cultivos en la India
La revolución nanotecnológica de la India está mejorando la resiliencia agrícola. El Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) y la Cooperativa de Fertilizantes de Agricultores de la India (IFFCO) lideran el camino con nanofertilizantes como Nano-urea y Nano-DAP, que mejoran la absorción de nutrientes y la tolerancia al estrés. Empresas emergentes como Bio Prime Agri Solutions también están contribuyendo con tecnología innovadora como SNIPR (Respuesta fisiológica inducida por nanomoléculas inteligentes). Estos avances son cruciales para abordar la sequía, la salinidad y otros desafíos ambientales que enfrenta la agricultura india.
Conclusión: una revolución verde basada en la nanotecnología
La nanotecnología ofrece una solución prometedora para la agricultura sostenible frente al cambio climático. Al mejorar la tolerancia de las plantas al estrés, las nanopartículas permiten que los cultivos y las plantas sean resistentes a la sequía y prosperen en suelos salinos o contaminados. A medida que avanza la investigación, estamos al borde de una nueva revolución verde, aprovechando la nanotecnología para abordar los desafíos ambientales y de seguridad alimentaria global. Con innovaciones como los cultivos mejorados con nanopartículas, estamos dando pasos significativos hacia un futuro agrícola sostenible, resiliente y productivo que pueda nutrir al mundo y al mismo tiempo preservar el planeta para las generaciones futuras.
El autor es analista de investigación senior, investigación y asesoría tecnológica, Aranca.
