Introducción
⌅La creciente población mundial demanda alimentos y otros insumos, por lo cual el desafío que enfrentan los investigadores agrícolas en el siglo XXI es innovar y generar tecnologías para producir la cantidad de comida suficiente y con calidad para alimentar a la creciente población mundial, pero sin degradar la salud del suelo y los agroecosistemas (11. Bharadwaj DN. Chapter 2. Sustainable agriculture and plant breeding. En Al-Khayri JM, Mohan S, Johnson D (Eds.) Advances in plant breeding strategies: agronomic, abiotic and biotic stress. 2016, pp.3-34, Estados Unidos: Springer International Publishing. ISBN:978-3-319-22517-3 doi:10.1007/978-3-319-22518-0_1.). Se ha estimado que la producción mundial de alimentos debe aumentar entre 70 y 100% para el año 2050 para poder satisfacer la demanda cada vez mayor de la población que continúa en constante aumento (22. OCDE/FAO Perspectivas Agrícolas 2019-2028, OECD Publishing, París/Organización de las Naciones Unidas para la alimentación y la agricultura (FAO), Roma. 2019 https://doi.org/10.1787/7b2e8ba-es ). Sin embargo, la producción agrícola sigue estando afectada por una gran cantidad de plagas de insectos, enfermedades y malezas (33. Fried G, Chauvel B, Reynaud P, Sache I. Decreases in crop production by non-native weeds, pest and pathogen. En Vila M nd Hulme P. Impact of biological Invasions on Ecosystem Service. 2017; pp.83-101, Estados Unidos: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45121-3-6 ).
En las últimas décadas, se ha incrementado el uso de agroquímicos (sustancias como fungicidas, insecticidas, herbicidas, rodenticidas, fertilizantes, estimulantes del crecimiento de las plantas, etc.) en diferentes cultivos donde China, Estados Unidos de América y Argentina son los principales consumidores de estos productos (44. Sharma A, Kumar V, Shahzad B, Tanveer M, Sidhu GPS, Handa N, et al. Worldwide pesticide usage and its impacts on ecosystem. SN Applied Sciences. 2019; 1, 1446. doi: https://dx.doi.org/10.1007/s42452-019-1485-1 ).
El arroz es uno de los cultivos de mayor demanda en el mundo y su consumo ha aumentado en las últimas décadas, con el consiguiente incremento en la aplicación de herbicidas, insecticidas y fungicidas, durante diversas fases del cultivo para incrementar su producción.
En Cuba, el arroz constituye el alimento básico de la dieta de los cubanos y el consumo de la población está en más de 75 kg per cápita. Tiene una gran dependencia de los productos químicos para su producción que son altamente costosos y tóxicos para el hombre y el medio ambiente. Es por ello, que se investiga en la búsqueda de nuevos productos naturales, más económicos, biodegradables y no tóxicos.
Entre los compuestos de origen natural y con una gama amplia de aplicaciones relacionada directamente con la agricultura se encuentra la quitina y, especialmente, su derivado más conocido: el quitosano. Este principio activo ha sido utilizado en la protección fúngica de semillas y plántulas, como bioestimulante del crecimiento e inductor de mecanismos de defensa en plantas, en la protección post-cosecha de flores y frutos, en la fabricación de películas para embalaje de productos agropecuarios, etc (55. Lárez-Velásquez C. Algunas potencialidades de la quitina y el quitosano para usos relacionados con la agricultura en Latinoamérica. Revista UDO Agrícola. 2008; 8(1):1-22. ISSN-e 1317-9152). En el arroz, este compuesto ha demostrado tener actividad antimicrobiana sobre patógenos de importancia económica, ser inductor de resistencia y ha estimulado la germinación de la semilla, variables del crecimiento y los componentes del rendimiento (66. Rodríguez AT, Ramírez MA, Cárdenas RM, Hernández AN, Velázquez MG, Bautista S. Induction of defense response of Oryza sativa L. against Pyricularia grisea (Cooke) Sacc. by treating seeds with chitosan and hydrolyzed chitosan. Pesticide Biochemistry and Physiology. 2007; 89(3):206-15, ISSN 0048-3575. https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2007.06.007 -99. Toan NV, Hanh TT. Application of chitosan solutions for rice production in Vietnam. African Journal of Biotechnology. 2013;12(4), 382-384, ISSN:1684-5315. https://doi.org/10.5897/AJB12.2884 ).
Es por ello, que la aplicación de nanopartículas contribuye a que las plantas tengan una mejor absorción de nutrientes, resistencia a los daños, además de una mejor producción y calidad en las cosechas. Existen diferentes métodos de síntesis de nanomateriales, estos pueden ser físicos, químicos o donde se depositan nanopartículas sobre soportes como son: adsorción iónica, precipitación, de coloides y fotoquímico (1010. Borja-Borja JM, Rojas-Oviedo BS. Nanomateriales: Métodos de síntesis. Polo Científico. 2020; 5(08) agosto: 426-445, ISSN:2550-682X. https://doi.org/10.23857//pc.v5i8.1597 ).
Debido al conocimiento derivado de la utilidad de este biocompuesto, se busca la forma de optimizar sus aplicaciones en el área agrícola mediante la nanotecnología como una estrategia integral hacia la sostenibilidad en la productividad, en la obtención de altos rendimientos y la protección vegetal. Es objetivo de esta revisión documentar sobre las potencialidades de esta nueva tecnología en cultivos de importancia económica como es el arroz.
Desarrollo
⌅La nanotecnología y sus aplicaciones en la agricultura
⌅Las llamadas nanociencias y nanotecnologías se han ido constituyendo en las principales áreas del desarrollo científico tecnológico en los últimos veinte años (1111. Gulín-González. Tercer seminario internacional de nanociencias y nanotecnologías. Revista CENIC Ciencias Químicas. 2010;41(2) mayo-agosto:144-145, ISSN:1015-8553, http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181620526008 ). La nanotecnología es una nueva ciencia que involucra la manipulación y uso de materiales con tamaños inferiores al micrómetro.
La palabra nano es un prefijo cuyo significado es enano, adjetivo que se aplica para indicar tamaño más pequeño que el promedio, generalmente de una persona. Cuando se usa como prefijo de alguna unidad de medida significa la milmillonésima parte de ésta (1 nano= 1x10-9) (1212. Lárez-Velásquez C, Koteich-Khatib S, López-González F. Capítulo 8. Quitosano y nanopartículas. En: Nanotecnología y aplicaciones. Editores: Lárez-Velásquez C, Koteich-Khatib S, López-González F. 2015, 203-223. ISBN 978-980-12-8382-9. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.02.039 ). Según la definición de la Organización Internacional de Estandarización (ISO, International Organization for Standarización) se consideran como nanopartículas (NPs) aquellas porciones de materia cuyas tres dimensiones externas caen dentro del rango de la nanoescala (entre 1-100 nm) (1313. ISO/DTS 80004-2:2015. Nanotechnologies-Vocabulary-Part 2: Nano-objects. Disponible en: https://www.iso.org/standard/54440.html ). La fortaleza de la nanotecnología reside, básicamente, en hacer productos más eficientes, multifuncionales y ahorradores de materia prima. Dentro del mercado mundial, en la nanotecnología, está en aumento el interés por las NPs y los nanocompuestos. Durante los últimos años se ha extendido el estudio de los llamados nanomateriales (NMs) y los materiales nanoestructurados, cuya característica principal es el tamaño de las fases involucradas, que se encuentra en el orden de los nanómetros (1414. Sotelo Boyás ME, Bautista Baños S, Aldana Llanos L, Solorza Feria J, Jiménez Aparicio A, Barrera Necha LL, et al. Capítulo 12. La nanotecnología en el control de microorganismos patógenos e insectos de importancia económica. En: Nanotecnología y aplicaciones. Editores: Lárez-Velásquez C, Koteich-Khatib S, López-González F. 2015, 203-223. ISBN 978-980-12-8382-9. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.02.039. 2015. 295-309 ).
Dentro de las aplicaciones que la nanotecnología está considerando en el sector agrícola se encuentra el desarrollo de químicos como fertilizantes, herbicidas y reguladores del crecimiento, para incrementar la producción agrícola. Otras aplicaciones en este sector son: los nanosensores para la detección de patógenos de plantas y la utilización de NMs para la estabilización de bioplaguicidas, entre otras (1515. Chen H, Yada R. Nanotechnologies in agriculture: New tools for sustainable development. Trends Food Technology. 2011.22, 585-94. doi: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2011.09.004 ,1616. Ghormade V, Deshpande M, Paknikar. Perspectives for nano-biotecnology enable protection and nutrition of plants. Biotecnology Advances. 2011. 29(6):792-803. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.06.007 ). Como ventajas permite reducir al mínimo las pérdidas de nutrientes en la fertilización y mejorar la productividad de los cultivos a través de la optimización del uso del agua y los nutrientes (1717. Dubey A, Mailapalli DR. Nanofertilizers, nano pesticides, nanosensors of pest and nanotoxicity in agricultore. En Lichtfouse E.(ed) Sustainable Agriculture Reviews. 2016;307-30. Springer International Publishing Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26777-7_7 ,1818. Rameshaiah G, Pallavi J, Shabnam S. Nano fertilizers and nano sensors an attempt for developing smart agriculture. International Journal of Engineering Research and General Science. 2015; 3(1);314-20.ISSN 2091-2730).
Se ha demostrado que la encapsulación de los ingredientes activos en NPs aumenta la eficacia de sus ingredientes químicos, ya que se permiten reducir su volatilización, lixiviación y se puede reducir la toxicidad y contaminación de los agroecosistemas usando estos nanoproductos (1919. Cota O, Cortez M, Burgos A, Ezquerra J, Plasencia M. Controlled release matrices and micro/nanoparticles of chitosan with antimicrobial potential: development of new strategies for microbial control in agriculture. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2013;93(7):1525-36. https://doi.org/10.1002/jsfa.6060 ). Las NPs que se utilizan para mejorar la eficiencia de los plaguicidas permiten aplicar en el campo menores dosis del producto (2020. Patil C, Borase H, Patil S, Salunkhe R, Salunke H. Larvicidal activity of silver nanoparticles synthesized using Pergularia daemia plant latex against Aedes aegypt and Anopheles stenphense and nontarget fish Poecillia reticulate. Parasitology Research. 2012; 111(2), 555-62. https://doi.org/10.1007/s00436-012-2867-0 ).
Aplicaciones de nanopartículas de quitosano en la agricultura
⌅En los últimos años numerosos biopolímeros tales como almidón, celulosa, alginato, quitina y quitosano han sido utilizados para el desarrollo de nuevos materiales con sostenibilidad ambiental y funcionalidad deseable (2121. Babu RB, O'Connor K, Seeram R. Current progress on bio-based polymers and their future trends. Progress in Biomaterials 2. 2013;8. doi: http://dx.doi.org/10.1186/2194-0517-2-8 ).
En cuanto al quitosano, es una forma desacetilada de la quitina, el cual es un copolímero lineal de 2-acetamida-e-deoxy-β-D-glucopiranosa y 2-amino-2-deoxy-β-D-glucopiranosa. Este polímero es el segundo más abundante de la naturaleza después de la celulosa y se encuentra en el exoesqueleto de crustáceos, cutícula de insectos y pared celular de los hongos (2222. Piras AM, Maisettab G, Sandreschia S, Esinb S, Gazzarria M, Batonib G, et al. Preparation, physical-chemical and biological characterization of chitosan nanoparticles loaded with lysozyme. International Journal of Biological Macromolecules. 2014;67:124-31. https://doi.org/10.1016/j.ibiomac.2014.03.016 ). Entre sus propiedades ventajosas están: la abundancia, biocompatibilidad, biodegrabilidad, seguridad y no toxicidad. Además de sus características físico químicas, como tamaño, área superficial, naturaleza catiónica, grupos funcionales activos, mayor eficiencia de encapsulación, facilidad de mezcla con otros componentes, etc (2323. Oh JW, Chun SC, Chandrasekaran M. Preparation and in vitro characterization of chitosan nanoparticles and their broad-spectrum antifungal action compared to bacterial activities against phytopathogens of tomato. Agronomy. 2019;9(21):2-12. https://doi.org/10.3390/agronomy9010021 ). Es por ello, que las nanopartículas de quitosano (NPQ) pueden ser aplicadas como antifúngicas (2424. Saharan V, Mehrotra A, Khatik R, Rawal P, Sharma SS, Pal A. Synthesis of chitosan based nanoparticles and their in vitro evaluation against phytopathogenic fungi. International Journal of Biological Macromolecules. 2013;62:677-83. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.10.012 ), antibacteriales (2525. Qi L, Xu Z, Jiang X, Hu C, Zou X. Preparation and antibacterial activity of chitosan nanoparticles. Carbohydrate Research. 2004;339:2693-2700. https://doi.org/10.1016/j.carres.2004.09.007 -2727. Ali SW, Rajendran S, Joshi M. Synthesis and characterization of chitosan and silver loaded chitosan nanoparticles for bioactive polyester. Carbohydrate Polymers. 2011;83(2):438-46. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.08.004 ), promotoras del crecimiento en las plantas (2828. Van SN, Minh HD, Anh DN. Study on chitosan nanoparticles on biophysical characteristics and growth of Robusta coffe in green house. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2013;2(4):289-94. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2013.06.001 -3030. Saharan V, Kumaraswamy RV, Choudhary RC, Kumari, Pal A, Raliya P et al. Cu-chitosan nanoparticle mediated sustainable approach to enhance seedling growth in maize by mobilizing reserved food. Journal Agricultural and Food Chemistry. 2016;64(31):6148-55. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b02239 ) y nano fertilizantes (3131. Corradini E, de Moura MR, Mattoso LHC. A preliminary study of the incorporation of NPK fertilizer into chitosan nanoparticles. Express Polymer Letters. 2010;4(8):509-15. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2010.64 ).
Las NPQ han demostrado impactar en las características biofísicas de las plántulas de café incrementando el contenido de pigmentos, la velocidad de la fotosíntesis y la absorción de nutrientes, etc (3232. Dzung NA, Khanh VTP, Dzung TT. Research on impact of chitosan oligomers on biophysical characteristics growth, development and drought resistance of coffe. Carbohydrate Polymers. 2011;84(2):751-55. doi: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.07.066 ).
Aunque existen muchos trabajos sobre la aplicación de quitosano en la agricultura, no se han realizado muchos utilizando las NPQ. En la siguiente tabla se aprecian varias aplicaciones de los NPQ en diferentes cultivos (Tabla 1).
| Compuestos | Cultivos | Aplicaciones | Referencia |
|---|---|---|---|
| Nanopartículas de quitosano | Fresa | Protección postcosecha | (3333. García-García DJ, Pérez -Sánchez GF, Hernández-Cocoletzi H, Sánchez-Arzubde MG, Luna-Guevara ML, Rubio-Rosas E, Krishnamoortthy R, Morán-Raya C. Chitosan coatings modified with nanostructured ZnO for the preservation of strawberries. Polymers (Basel). 2023 sep 15;15(18):3772. https://doi.org/10.3390/polym15183772 ) |
| Nanopartículas de quitosano | Café robusta | Estimulación del crecimiento | (2828. Van SN, Minh HD, Anh DN. Study on chitosan nanoparticles on biophysical characteristics and growth of Robusta coffe in green house. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2013;2(4):289-94. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2013.06.001 ) |
| Nanopartículas de quitosano | Manzana | Protección postcosecha | (3434. Pilon L, Spricio PC, Miranda M, Moura MR, Assis OBG, Mattoso LHC. Chitosan nanoparticle coatings reduce microbial growth on fresh-cut apples while not affecting quality attributes. International Journal of Food Science and Technology. 2014;50(2):440-48. https://doi.org/10.1111/ijfs.12616 ) |
| Nanopartículas de quitosano-NPK | Trigo | Estimulación del crecimiento y rendimiento | (3535. Abdel-Aziz HM, Hasaneen MN, Omer AM. Nano chitosan-NPK fertilizer enhances the growth and productivity of wheat plants grown in sandy soil. Spanish Journal Agricultural Research. 2016;14(1),e0902, eISSN:2171-9292. doi: http://dx.doi.org/10.5424/sjar/2016141-8205 ) |
| Nanopartículas de quitosano | Chile | Actividad antifúngica | (3636. Chookhongkha N, Sopondilok T, Photchanachai S. Effect of chitosan and chitosan nanoparticles on fungal growth and chilli seed quality. Acta Horticulturae. 2013;973:231-37. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2013.973.32 ) |
| Nanopartículas de quitosano con cobre (Cu) | Tomate | Estimulador de la germinación, crecimiento y antifúngico | (2929. Saharan V, Sharma G, Yadav M, Choudhary MK, Sharma SS, Pal A, et al. Synthesis and in vitro antifungal efficacy of Cu-chitosan nanoparticles against pathogenic fungi of tomato. International Journal of Biological Macromolecules. 2015;75:346-53. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.01.027 ) |
| Nanopartículas de quitosano/tripolifosfato | Herbicida | (3737. Grillo R, Pereira AE, Nishisaka CS, de Lima R, Oehlke K, Greiner R et al. Chitosan/tripolyphosphate nanoparticles loaded with paraquat herbicide: an environ-mentally safer alternative for weed control. Journal of Hazardous Materials. 2014; 278, 163-71. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.05.079 ) | |
| Nanopartículas de quitosano-Cobre (Cu) | Maíz | Estimulador del crecimiento | (3030. Saharan V, Kumaraswamy RV, Choudhary RC, Kumari, Pal A, Raliya P et al. Cu-chitosan nanoparticle mediated sustainable approach to enhance seedling growth in maize by mobilizing reserved food. Journal Agricultural and Food Chemistry. 2016;64(31):6148-55. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b02239 ) |
Obtención de nanopartículas de quitosano
⌅Las nanopartículas de quitosano (NPQ) fueron descritas, por primera vez, en 1994 (3838. Ohya Y, Shiratani M, Kobayashi H, Ouchi T. Release behavior of 5-Fluorouracil from chitosan-gel nanospheres immobilizing 5-fluorouracil coated with polysaccharides and their cell specific cytotoxicity. Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chemistry. 1994;31(5):629-42. https://doi.org/10.1080/10601329409349743 ). Desde entonces, muchos métodos han sido empleados para la síntesis de nanopartículas de quitosano. Entre los diversos métodos se encuentran: gelación ionotrópica, pulverización/secado, coacervación/precipitación, emulsificación reversa y complejación polielectrolítica (Tabla 2).
| Método | Solución Problema | Medio (Con) | Agente de Formación de nanopartículas | Separación de nanopartículas |
|---|---|---|---|---|
| Gelación Inotrópica (3939. Nasti A, Zaki NM, Leonardis PD, Ungphaiboon S, Sansongsa P, Rimoli MG, et al. Chitosan/TPP and chitosan/TPP-hyaluronic acid nanoparticles: systematic optimization of the preparative process and preliminary biological evaluation. Pharmaceutical Research. 2009;26(8):1918-30. https://doi.org/10.1007/s11095-009-9908-0 ) | Solución de Quitosano | Ácido acuoso (1mg/mL) | Polianión de bajo peso molecular Tripolifosfato Pentasódico (TTP), Adenosintrifosfato (ATP) | Centrifugación |
| Pulverización/Secado (4040. Kim LT, Wang SL, Hiep DM, Luoung PM, Vui NT, Dihn TM, Dzung NA. Preparation of chitosan nanoparticles by spray drying, and their antibacterial activity. Research on Chemical Intermediates. 2014;40(6):2165-75. https://doi.org/10.1007/s11164-014-1594-9 ) | Solución de Quitosano | Ácido acuoso (HAc-0.5%v/v) | Pulverización/ Gas de Secado | Filtro |
| Coacervación/ Precipitación (4141. Tavares IS, Caroni ALPF, Neto AD, Pereira MR, Fonseca JLC. Surface charging and dimensions of chitosan coacervated nanoparticles. Colloids Surfaces B: Biointerfaces. 2012;90:254-58. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2011.10.025 ) | Solución de Quitosano (Empleo de Surfactantes) | Ácido acuoso | Solución de Sulfato de Sodio | Filtración con membranas de 400 nm. Centrifugación |
| Emulsificación Reversa (4242. Mitra S, Gaur U, Ghosh PC, Maitra AN. Tumour targeted delivery of encapsulated dextran-doxorubicin conjugate using chitosan nanoparticles as carrier. Journal Controlled Release. 2001;74(1-3):317-323. https://doi.org/10.1016/s0168-3659(01)00342-x ) | Solución de Quitosano | Acuoso | Agente Entrecruzante Covalente | Decantación/ Dialización/ Liofilización |
| Complejación Polielectrolítica (4343. Agirre M, Zarate J, Ojeda E, Puras G, Desbrieres J, Pedraz JL. Low Molecular Weight Chitosan (LMWC)-based polyplexes for pDNA delivery: From bench to bedside. Polymers. 2014;6(6):1727-55. https://doi.org/10.3390/polym606172 ) | Solución de Quitosano | Ácido acuoso | Polianión de naturaleza macromolecular | Centrifugación |
Aplicaciones de las nanopartículas de quitosano en el cultivo del arroz
⌅Las dificultades para controlar las plagas, junto a la preocupación por el uso indiscriminado de pesticidas en la agricultura han sido objeto de intenso debate y discusión. Actualmente, se trabaja en buscar métodos alternativos de control de plagas, para reducir la dependencia de pesticidas sintéticos (4444. Kashya PL, Xiang X, Heiden P. Chitosan nanoparticle based delivery systems for sustainable agriculture. International Journal of Biological Macromolecules. 2015;77:36-51. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.02.039 ). Es el caso de las nanopartículas de quitosano (NPQ) que se utilizaron como un vehículo del ácido protocatecuico (APC) para inducir la resistencia contra Pyricularia oryzae, donde las NPQ transportaban las moléculas de APC dentro de las células fúngicas, exhibiendo un fuerte efecto antimicrobiano sobre el hongo. Por lo que, se recomienda realizar pruebas en plantas de arroz in vitro para reafirmar esta posibilidad (4545. Pham TT, Nguyen TH, Thi TV, Nguyen TT, Le TD, Hoang Vo DM, et al. Investigation of chitosan nanoparticles loaded with protocatechuic acid (PCA) for resistance of Pyricularia oryzae fungus against rice blast. Polymers. 2019;11(177):1-10. https://doi.org/10.3390/polym110177 ). También, otros investigadores (4646. Sathiyabama M, Muthukumar S. Chitosan guar nanoparticle preparation and its in vitro antimicrobial activity towards phytopathogens of rice. International Journal of Biological Macromolecules. 2020,153:297-304. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.001 ) obtuvieron nanopartículas de quitosano guar (NPQG) por el método de gelación iónica, la aplicaron a semilla de arroz y observaron estimulación en la germinación y crecimiento de las plántulas. Además, de demostrar la inhibición del crecimiento de dos patógenos que provocan daños al arroz: Pyricularia grisea y Xanthomonas oryzae, en condiciones in vitro. Estos mismos autores, trataron hojas de arroz de 30 días de edad con una solución de 0.1 % de NPQG, se incubaron por 24 h y, posteriormente, se inocularon con 0.5 mL por hoja de una concentración de 1x105 esporas/mL de P. grisea y, a los 14 días se evalúo la incidencia de la enfermedad y no se observaron síntomas de la misma.
Otras NPQ sintetizadas también por el método de gelificación iónica a la concentración de 0,0065 % se aplicaron en arroz de trasplante y después se inoculó con Xanthomonas oryzae pv. Los resultados mostraron que la aplicación de NPQ fue capaz de aumentar la expresión de genes de resistencia con respecto al control; sin embargo, no fue capaz de suprimir el desarrollo de la infección (4747. Siswanti S, Joko T, Subandiyah S. The role of nanochitosan on the expression of rice resistance genes against bacterial leaf blight. Journal Perlindungan Tanaman Indonesia, 2020, 24(2): 115-121 DOI: 10.22146/jpti.44418 Available online at http://jurnal.ugm.ac.id/jpti ISSN 1410-1637 (print), ISSN 2548-4788 (online)).
También otros investigadores (4848. Parthasarathy R, Jayabaskaran C, Manikandan A, Anusuya S. Synthesis of Nickel-Chitosan Nanoparticles for Controlling Blast Diseases in Asian Rice. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2023, 195:2134-2148. https://doi.org/10.1007/s12010-022-04198-8 ) prepararon nanopartícula de quitosano-níquel (NPQ-Ni) utilizando cloruro de níquel y evaluaron el crecimiento e inhibición de Pyricularia oryzae. Para ello aplicaron de NPQ-Ni a semillas de arroz las cuales mostraron un aumento significativo en la germinación y longitud de brotes y raíces y número de raíces laterales sobre el control. Además, el tratamiento con nanopartículas en plantas en condiciones de invernadero demostró una mejora notable en las condiciones de crecimiento de las plantas y no mostró toxicidad. Además, se exhibieron síntomas reducidos de piriculariosis en hojas tratadas con nanopartículas sobre el control en condiciones de invernadero, mientras que mostraron una inhibición del micelio del 64 % en Placas de Petri. Todos estos resultados sugieren que las NPQ-Ni podrían utilizarse como promotor del crecimiento de las plantas y para controlar la enfermedad del añublo del arroz.
La estimulación del crecimiento de plántulas de arroz también fue apreciada por Panatda y Duangdao (4949. Panatda J, Duangdao C. Synthesized nanochitosan induced rice chitinase isoenzyme expression; application in brown planthopper (BPH) control. NU. International Journal of Science. 2015;12(1):25-37), quienes, primeramente, obtuvieron las NPQ y trataron las semillas de arroz a diferentes concentraciones (10, 50, 100 y 500 ppm) de este compuesto, a las dos semanas comprobaron que la mayor estimulación del crecimiento fue lograda con las concentraciones de 100, 50 y 10 ppm. Sin embargo, las plántulas obtenidas a partir de semillas tratadas a las concentraciones de 500 y 1000 ppm no sobrevivieron. Estas mismas plántulas fueron expuestas a saltamontes marrones (Chorthippus brunneus) y se le evaluó la actividad quitinasa. Observando un incremento moderado en la actividad de esta enzima en las plántulas que fueron tratadas con las concentraciones de 10, 50 y 100 ppm, y mostraron resistencia al ataque del patógeno con respecto al control, el cual consistió en plántulas obtenidas a partir de semillas tratadas con agua.
Divya y colaboradores (5050. Divya K, Vijayan S, Janardanan S, Jisha MS. Optimization of chitosan nanoparticle synthesis and its potential application as germination elicitor of Oryza sativa L. International Journal of Biological Macromolecules. 2018. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.185 ) prepararon NPQ utilizando el método de gelación ionotrópica. Posteriormente, trataron semillas de arroz con diferentes concentraciones de NPQ (0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 mg.mL-1) a diferentes tiempos de imbibición (15, 30, 60, 90 y 120 min). Los resultados mostraron que todos los tratamientos con NPQ fueron mejores que el control (sin tratamiento). El tratamiento de 1mg.mL-1 con 120 minutos de imbibición logró el más elevado porcentaje de germinación y mayores tasas de crecimiento (número de hojas, altura, masa y vigor de la planta) a los 21 días después de sembradas. Aplicando la misma concentración de NPQ (1mg mL-1) a la semilla de arroz, suelo, foliar y la combinación, el colectivo de autores (5151. Divya K, Thampi M, Vijayan S, Shabanamol S, Jisha MS. Chitosan nanoparticles as a rice growth promoter: evaluation of biological activity. Archives of Microbiology. 2021 Dec 29;204(1):95. https://doi.org/10.1007/s00203-021-02669-w . PMID: 34964906.) encontraron que el tratamiento combinado de semilla, suelo y aplicación foliar era el más eficiente. También se estudió la toxicidad de NPQ en el suelo antes de su aplicación y se encontró que no era tóxico. Por su parte, Soni, Rookes, Arya (5252. Soni AT, Rookes JE, Arya SS. Chitosan nanoparticles as seed priming agents to alleviate salinity stress in rice (Oryza sativa L.) seedlings. Polysaccharides. 2023; 4(2):129-141; https://doi.org/10.3390/polysaccharides4020010 ) sintetizaron NPQ utilizando un método de gelificación iónica y aplicaron estos compuestos en semillas de arroz las cuales se cultivaron en concentraciones crecientes de NaCl. Donde se mostró un efecto significativamente mayor sobre la germinación, el vigor de las plántulas y las respuestas bioquímicas y antioxidantes en comparación con las semillas de control.
Nanopartículas de oligosacáridos de quitosano modificado con lantano fueron preparados por reticulación iónica y se aplicó a semillas de arroz a las concentraciones de 6.25, 12.5, 25, 50 y 100 μg mL-1 y sembradas en un hidropónico, a los 15 días se determinó la altura y la masa fresca de la parte área. Los resultados evidenciaron el incremento de estas variables con la aplicación del nanocompuesto con respecto al control (5353. Liang W, Yu A, Wang G, Zheng F, Hu P, Jia J et al. A novel water-based chitosan-La pesticide nanocarrier enhancing defense responses in rice (Oryza sativa L) growth. Carbohydrate Polymers. 2018;199:437-44. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.07.042 ).
Conclusiones
⌅En las investigaciones realizadas se demuestra que las NPQ tienen efecto positivo sobre diferentes cultivos, tanto in vitro como en condiciones semicontroladas. En el caso del arroz, han demostrado tener efecto bioestimulante y protector contra Pyricularia oryzae, por lo que estos compuestos pudieran ser utilizados en la agricultura haciéndola más sostenible.