Rociar nanopartículas en las hojas para entregar con eficiencia agroquímicos en las raíces.

La agricultura en todo el mundo requiere nuevas soluciones para la sostenibilidad de los alimentos y el agua. Debido a los cambios climáticos frecuentes, el aumento de la población, la mayor demanda de alimentos y las amenazas globales a los cultivos, se están buscando soluciones para administrar la producción de alimentos para el futuro. La cantidad de recursos utilizado por la agricultura es asombrosa. Se producen más de 3.000 millones de toneladas métricas de cultivos cada año en el planeta, lo cual requiere 187 millones de toneladas métricas de fertilizantes, 4 millones de toneladas de pesticidas, 2,7 billones de metros cúbicos de agua (el 70% de todo el consumo de agua dulce a nivel mundial) y más de 504 millones de kilocalorías de energía. Con las prácticas actuales nunca llegan a destino y se desperdicia hasta el 95 por ciento de los micronutrientes y el 99.9 por ciento de los pesticidas aplicados. Se acumulan en la tierra o se escurren en el agua subterránea y causan daños ambientales colaterales, degradan el suelo, se desperdicia el agua y la energía utilizada en su producción y aplicación. 
En el artículo Nanoparticle Size and Coating Chemistry Control Foliar Uptake Pathways, Translocation, and Leaf-to-Rhizosphere Transport in Wheat, publicado en la revista ACS Nano, el Dr. Gregory V. Lowry y colaboradores de la Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania, han descubierto con éxito una forma de aplicar nanopartículas (con el agroquímico adsorbido)  a las hojas de la planta para que viajen hasta la raíz con lo que se podría lograr una entrega de nutrientes, antibióticos y psticidas con una eficiencia de casi 100%.

Crédito: Gregory V. Lowry y col. Carnegie Mellon University

Una agricultura eficiente en la cual cada átomo colocado en los cultivos se utilice y no se desperdicie, todo un cambio en la forma de entregar los agroquímicos a las plantas. Por primera vez han estudiado sistemáticamente cómo las nanopartículas se mueven a través de la hoja, a la planta, a la raíz y exudan al suelo. Los investigadores rociaron nanopartículas de oro, con un recubrimiento del polímero PVP (polivinilpirrolidona) y con un recubrimiento de citrato, sobre las hojas de las plantas de trigo jóvenes. Las plantas no necesitan oro, pero como el oro no existe en ninguna parte de la planta, pudieron identificar fácilmente a dónde viajaba. Usaron plantas de trigo porque es un cultivo importante y susceptible a la deficiencia de nutrientes. Una vez  rociadas sobre la hoja se mueven a través de la cutícula (capa externa cerosa que cubre la hoja) y luego atraviesan la epidermis.  Las nanopartículas se abren camino hacia el tejido interno de la hoja o mesófila. Finalmente, se mueven hacia la vasculatura, las “venas” de la planta. Desde allí puede viajar por todo el tallo hasta la raíz. Al llegar a las raíces son  exudadas al suelo, a la rizosfera. La rizosfera es donde la planta interactúa con el suelo, absorbe nutrientes, libera pequeños ácidos, dióxido de carbono, proteínas y donde las bacterias y los hongos pueden ingresar a ella. El seguimiento de las nanopartículas en el cultivo se realizo mediante mapeos de fluorescencia de rayos X. 
Los métodos disponibles actualmente para llegar a la rizosfera consisten en mezclar agroquímicos en el suelo o aplicarlos en solución. En ambos casos se pierde una gran cantidad de los productos químicos. La utilización de nanopartículas con tamaño menor a 50 nm  podría ser una clave muy importante para alimentar de manera sostenible a los 7.500 mil millones de habitantes del planeta. Las posibilidades son infinitas, y esta investigación tal vez se constituya en el inicio de un camino para la utilización eficiente de los agroquímicos.

Información complementaria: 

Nanoparticle Size and Coating Chemistry Control Foliar Uptake Pathways, Translocation, and Leaf-to-Rhizosphere Transport in Wheat