Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Nanotecnologia na fertilização de plantas

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Pesquisa investiga mecanismo de absorção e transporte de nanopartículas de zinco


Na produção agrícola, diversos dos nutrientes necessários para o crescimento e desenvolvimento das plantas são fornecidos ou suplementados através de fertilizantes. Alguns nutrientes, como fósforo ($\rm P$) e potássio ($\rm K$), são necessários em grandes quantidades, mas obtidos de fontes minerais limitadas. Outros – como manganês ($\rm Mn$), cobre ($\rm Cu$) ou zinco ($\rm Zn$) – são necessários apenas em pequenas quantidades e sua aplicação excessiva pode ser tóxica para as plantas ou para importantes microrganismos presentes no solo.

Figura 1: Espectros de absorção de raios X na borda de K do Zn registrados no tronco de plantas de feijão comum (Phaseolus vulgaris) cujas raízes não foram danificadas (gráfico superior) e cujas raízes foram danificadas (gráfico inferior). Na primeira situação, Zn foi encontrado principalmente associado a malato. Na segunda situação, quando as raízes foram intencionalmente danificadas, as nanopartículas de ZnO foram detectadas no caule.

Por isso, há uma intensa busca por novos fertilizantes que permitam a entrega racional dos nutrientes necessários para a agricultura, evitando seu uso excessivo, ineficiente ou potencialmente nocivo ao ambiente. Os nanomateriais, por poderem ter suas propriedades ajustadas para as mais variadas aplicações, são também candidatos para essa fertilização inteligente.

Assim, Tatiana N.M. da Cruz e colaboradores [1], do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (USP), utilizaram as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para investigar os mecanismos de absorção e transporte de nanopartículas por plantas. Em especial, foi investigada a utilização de nanopartículas de óxido de zinco ($\rm ZnO$) para o fornecimento de zinco, um elemento químico essencial para diversos processos enzimáticos.

Os pesquisadores submeteram plantas de feijão comum (Phaseolus vulgaris) a dispersões de nanopartículas, com o objetivo de analisar o efeito tanto do tamanho das nanopartículas e de sua concentração quanto da presença de surfactantes na absorção de $\rm Zn$.

Entre as análises, experimentos de absorção de raios X in vivo realizados na linha de luz XAFS2 do LNLS mostraram que o zinco não é transportado dentro da planta na forma de nanopartículas de $\rm ZnO$, m02as associado a moléculas orgânicas como malato, citrato e histidina.

Os resultados indicam que as nanopartículas são primeiramente dissolvidas no solo antes de sua absorção, e que nanopartículas inteiras são absorvidas apenas quando as raízes das plantas são danificadas. Foi observado também que as nanopartículas de menor tamanho e associadas a surfactantes apresentaram a maior taxa de absorção.

Assim, segundo o grupo, por meio do controle do tamanho das nanopartículas e da adição de surfactante seria possível controlar a entrega de nutrientes, reforçando a perspectiva da utilização de nanomateriais na agricultura.

Fonte: [1] Tatiana N. M. da Cruz, Susilaine M. Savassa, Marcos H. F. Gomes, Eduardo S. Rodrigues, Nádia M. Duran, Eduardo de Almeida, Adriana P. Martinellia and Hudson W. P. de Carvalho, Shedding light on the mechanisms of absorption and transport of ZnO nanoparticles by plants via in vivo X-ray spectroscopy, Environ. Sci.: Nano, 2017, 4, 2367-2376. DOI:10.1039/C7EN00785J.