Jorge Arturo Mejía-Barajas Nabanita Dasgupta-Schubert Actualmente, la agricultura enfrenta un gran reto con el cambio climático, ya que las bajas y altas temperaturas generan aumentos en la cantidad de tierras áridas, en la frecuencia de sequías y en las pérdidas en la producción de los cultivos en todo el mundo. Lo anterior, aunado a la exponencial demanda de alimentos, ha obligado a los agricultores, así como a los investigadores agrícolas, a la búsqueda de métodos y técnicas para incrementar la producción de cultivos de granos, frutas y verduras. Las plantas son uno de los organismos más importantes en el desarrollo de la vida, tal cual la conocemos, ya que sin ellas no tendríamos oxígeno para respirar, ni la mayoría de los alimentos para nutrirnos, porque un gran porcentaje de estos los obtenemos de la agricultura. En el desarrollo de las plantas, las semillas son una pieza clave, pues son el almacén genético de las mismas, por lo que es importante conocerlas y estudiarlas con el fin de maximizar sus cualidades y superar sus debilidades. Las semillas son producidas por las plantas conocidas como superiores, las cuales desarrollaron este método de reproducción mediante un proceso evolutivo. Estas semillas, aunque las solemos identificar como pequeñas esferas ovaladas o circulares, de consistencia blanda o rígida, en una diversa variedad de colores, presentan diferentes características en su estructura y hasta partes bien definidas que permiten clasificarlas de diferentes maneras. Biológicamente, las semillas se consideran un óvulo maduro del que, una vez fecundado, nacerá una nueva planta mediante el proceso llamado germinación. Aunque este proceso suele durar unas cuantas horas como máximo, es la etapa más crítica en el ciclo de vida de una planta, por lo anterior, es que actualmente se llevan a cabo diferentes investigaciones alrededor del mundo, con el objetivo de mejorar las condiciones de esta primera etapa de la vida de una planta. Tradicionalmente, los agricultores realizan un proceso conocido como «cebado», en el cual las semillas son hidratadas con compuestos naturales o químicos, y expuestas a condiciones estresantes parciales, todo con el fin de ayudar a que el embrión de la semilla pueda brotar de mejor manera. Este proceso de cebado funciona como una señal que la semilla reconoce para estar alerta y reaccionar en menor tiempo a futuras condiciones estresantes, acelerando de esta manera su nacimiento o germinación, y mejorando la productividad y calidad de sus frutos. A lo anterior, se ha sumado la nanotecnología, con la que los investigadores combinan la física, la química y la biología, con la meta de optimizar este proceso mediante técnicas de cebado con nanopartículas, proceso que es conocido como «nano-priming». Las nanopartículas son aquellas que tienen un tamaño menor a 100 nanómetros (<100 nm) y aunque de manera general se pueden clasificar en cuatro tipos en función de sus propiedades, destacan por su composición orgánica las nanopartículas de carbono, también conocidas como nanotubos de carbono (NTC). Los nanotubos de carbono son singulares estructuras de reciente descubrimiento, basadas estructuralmente en carbono que suelen encontrarse con un tamaño menor a 100 nm. Estos nanotubos de carbono se pueden organizar molecularmente de diferentes maneras, lo que modifica radicalmente sus propiedades físicas y químicas. Aunque a simple vista no podemos apreciar los nanotubos de carbono de manera individual, al agregarse en grandes cantidades los podemos encontrar en diamantes, grafito o carbón. Los nanotubos de carbono presentan propiedades térmicas, mecánicas, ópticas, eléctricas y electrónicas muy inusuales, por lo que el efecto de su interacción con otros organismos es todavía una incógnita. Aunque la investigación sobre nanotubos de carbono inició en 1991, actualmente existen diferentes reportes que indican una función benéfica de estas estructuras en las semillas de las plantas, alterando desde la expresión de genes en el transporte de agua hasta la detección de estrés celular. Los nanotubos de carbono además de contribuir en la resistencia de la semilla al estrés, se ha observado que inducen un mayor crecimiento y número de raíces, contribuyendo al aumento de follaje, flores y frutos. Por lo anterior, tal vez, la próxima ocasión que siembres una planta ornamental o un cultivo, debas considerar adicionar unos cuantos nanotubos de carbono, ya que estos resultados benéficos se han reportado para las semillas y plantas de tomate, zanahoria, trigo, lechuga, cebolla, soya y maíz. De los cultivos en los que se ha investigado el nano-priming destaca el tomate, ya que el cebado de sus semillas con nanotubos de carbono mejora hasta en un 90 % la germinación, aumentando la biomasa de la planta en un 50 %. Debido a su importancia cultural, social y alimentaría en México, ya se han llevado a cabo estudios del efecto de los nanotubos de carbono en el maíz, observando una recuperación de las semillas al sufrir un estrés térmico, que simula el efecto generado por las altas temperaturas del cambio climático. Hasta el momento los estudios en maíz se han realizado solo en semillas, por lo que se desconocen los efectos fisiológicos en la planta y sus futuros frutos. Los efectos del nano-priming con nanotubos de carbono han sido muy variados, tanto para el maíz como para otros cultivos, ya que aparentemente estos resultados son dependientes del tamaño, concentración y tipo de nanotubos de carbono utilizados, así como de la planta en estudio. Aunado a lo anterior, actualmente se desconoce el efecto de estas estructuras de carbono sobre el entorno microbiológico de la planta, ya que se ha considerado que los nanomateriales pudieran acumularse afectando la comunidad microbiológica del suelo. Por lo tanto, aunque en la mayoría de los estudios los nanotubos de carbono han ejercido un efecto benéfico en el nacimiento de una planta, existe una gran cantidad de preguntas tales como: ¿cuál es el tiempo de permanencia de los nanotubos de carbono en la semilla, planta o suelo?, ¿existe una biodegradación o acumulación en los tejidos de las plantas?, ¿los nanotubos de carbono generan un efecto benéfico o tóxico para los microorganismos circundantes? Por estas y otras importantes preguntas que faltan por responder, aún es necesario profundizar en el estudio del efecto de los nanotubos de carbono en el nacimiento de una planta; asimismo, tales investigaciones nos permitirán reducir el impacto negativo del cambio climático en los cultivos de consumo humano. Para conocer más sobre el potencial de los nanotubos de carbono, así como de otras nanomoléculas en diferentes áreas de la vida como la alimentaria y la salud, se recomienda la lectura de artículos de divulgación descritos en referencias.
Contreras-Chávez R.C. y Martínez-Flores H.E. (2020). Nanoalimentos: La tecnología de hoy. Saber Más, 54, 63-66. https://www.sabermas.umich.mx/archivo/tecnologia/483-numero-54/935-nanoalimentos-la-tecnologia-de-hoy.html Info Agro. (2016). Mejorando la vida de las plantas con nanopartículas. https://mexico.infoagro.com/mejorando-la-vida-de-las-plantas-con-nanoparticulas/ Kandhol N., Singh V.P., Ramawat N., Prasad R., Chauhan D.K., Sharma S., Grillo R., Sahi S., Peralta-Videa J. y Tripathi D.K. (2022) Nano-priming: Impression on the beginner of plant life. Plant Stress, 5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667064X22000367 Salgado-Garciglia, R. (2016). Nanovehículos: Fármacos inteligentes. Saber Más, 26, 45-47. https://sabermas.umich.mx/archivo/tecnologia/230-numero-26/413-nanovehiculos-farmacos-inteligentes.html
Posdoctorante en el Laboratorio de Biofísicoquímica y Estudios de Radiación,
Facultad de Física y Matemáticas,
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Morelia, Michoacán.
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Profesora e investigadora, Laboratorio de Biofísicoquímica y Estudios de Radiación,
Facultad de Física y Matemáticas,
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Morelia, Michoacán.
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