Um novo estudo para a produção de nutrientes complexados e encapsulados em escala nanométrica para melhorar o crescimento das plantas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11100 (2023) Citar este artigo

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A complexação de micronutrientes com agentes complexantes reduz reações indesejáveis ​​de fertilizantes no sistema hídrico do solo. Na forma de estrutura complexa, os nutrientes permanecem disponíveis para as plantas na forma utilizável. O fertilizante nanoformado aumenta a área de superfície das partículas e reduz a quantidade de contato do fertilizante com uma grande área das raízes das plantas, o que reduz o custo do fertilizante. Controlar a liberação de fertilizantes usando material polimérico como o alginato de sódio torna as práticas agrícolas mais eficientes e econômicas. Vários fertilizantes e nutrientes são utilizados em larga escala para melhorar o rendimento das culturas a nível mundial e quase mais de metade vai para o lixo. Portanto, existe uma extrema necessidade de melhorar os nutrientes disponíveis para as plantas no solo, utilizando tecnologias viáveis ​​e amigas do ambiente. Na presente pesquisa, micronutrientes complexados foram encapsulados com sucesso utilizando uma nova técnica em escala nanométrica. Os nutrientes foram complexados com prolina e encapsulados com alginato de sódio (polímero). O manjericão foi submetido a sete tratamentos durante três meses em ambiente moderadamente controlado (25 °C de temperatura e 57% de umidade) para estudar os efeitos de nanofertilizantes de micronutrientes complexados sintetizados. As modificações estruturais das nanoformas complexadas de micronutrientes de fertilizantes foram examinadas, através de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O tamanho dos fertilizantes fabricados estava entre 1 e 200 nm. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) que alonga os picos de vibração em 1600,9 cm-1 (C=O), 3336 cm-1 (N-H) e em 1090,2 cm-1 (N-H em uma torção e balanço) corresponde à pirrolidina anel. Cromatografia gasosa-espectrometria de massa foi utilizada para analisar a composição química do óleo essencial das plantas de manjericão. O rendimento de óleo essencial das plantas de manjericão aumentou de 0,0035 para 0,1226% após os tratamentos. Os resultados da presente pesquisa mostram que a complexação e o encapsulamento melhoram a qualidade da colheita, o rendimento do óleo essencial e o potencial antioxidante do manjericão.

Devido à lixiviação, às culturas intensas, à calagem do solo ácido e à erosão da camada superficial do solo, os défices de micronutrientes nas culturas aumentaram significativamente durante os últimos anos1. Baixa qualidade e rendimento da colheita, infestação generalizada de diferentes pragas e doenças, estrutura morfológica imperfeita da planta (como tamanho pequeno, menos pequenos vasos de xilema), baixa ativação de fitosideróforos e diminuição da eficiência no uso de fertilizantes são alguns dos efeitos negativos causados ​​pela deficiência de micronutrientes. em plantas2. Embora as plantas cultivadas necessitem de micronutrientes em concentrações mais baixas, eles são essenciais para o crescimento e também para o rendimento de muitas culturas3. Os problemas acima mencionados podem ser resolvidos através da utilização de fertilizantes com micronutrientes em formas quelatadas3. Os nós das raízes das plantas possuem carga ligeiramente negativa e os íons metálicos dos micronutrientes são de natureza eletropositiva, portanto, eles se ligam aos locais dos nós das raízes e não fluem para os tecidos da planta. À medida que esses nutrientes se combinam com um agente complexante, eles se tornam neutros ou ligeiramente negativos, passando facilmente pelos tecidos vegetais. A prolina é um ligante bidentado4 eficaz. Protege a planta de uma variedade de desafios e ajuda na sua recuperação mais rápida do estresse. A prolina aumenta o crescimento das plantas, bem como outras características fisiológicas, quando administrada exogenamente a plantas estressadas5. Os nutrientes que são fornecidos às plantas na forma de fertilizantes são cruciais para o crescimento adequado das plantas e o seu metabolismo, mas o fornecimento inadequado de fertilizantes às culturas provoca uma drenagem de cerca de 40-70% do fertilizante, causando contaminação de metais pesados ​​em reservatórios de água doce e subterrânea. Os nanofertilizantes fornecem nutrientes precisamente de acordo com as necessidades da planta e, assim, reduzem a perda ambiental de nutrientes6. A técnica mais importante e poderosa é o desenvolvimento da nanotecnologia para a liberação controlada de fertilizantes e pesticidas nas áreas agrícolas. O desenvolvimento de nanotransportadores, nanofertilizantes e nanosensores melhorou a eficiência dos fertilizantes com desperdício mínimo7. Descobriu-se que a nanotecnologia tem bastante sucesso na síntese de formulações de liberação controlada de agroquímicos8. Os benefícios da tecnologia de liberação controlada incluem menor necessidade de agentes ativos e maior persistência de agentes ativos no sistema água-solo, o que torna os métodos agrícolas mais econômicos. Além disso, isto protege as águas subterrâneas dos perigosos pesticidas, insecticidas e outros produtos químicos que têm sido utilizados9. O uso de nanocarreadores, que se comportam como veículos dos micronutrientes necessários e os entregam na quantidade e duração necessárias, é uma das técnicas viáveis ​​para combater a deficiência de micronutrientes10. O uso de polímeros naturais aumentou significativamente nos últimos anos devido à não toxicidade, abundância na natureza11, fácil disponibilidade12, baixo custo13, natureza ecologicamente correta14, biodegradabilidade15 e facilidade de funcionalização. Os estudos que relatam o uso de biopolímeros como alginato de sódio, quitosana, amido e polissacarídeo estão bem documentados na literatura16. As plantas aromáticas são utilizadas em diversas indústrias17,18 e plantas como o manjericão respondem rapidamente às aplicações de fertilizantes.