Forskare från Universidad Politécnica de Madrid (UPM) och National Institute for Agricultural Research and Experimentation (INIA) har studerat effekterna av att använda zinkoxidnanopartiklar på jordbruket.

Forskare vid Jordbrukshögskolan, Food and Biosystems Engineering (ETSIAAB) från UPM i samarbete med Ecotoxicology group of INIA, har studerat hur zinkoxidnanopartiklar påverkar tomat- och bönväxter. Effekterna berodde på typen av gröda, exponeringstid, och markens pH.

Resultaten, som har publicerats i Vetenskap om den totala miljön tidning, tyder på att användningen av dessa nanopartiklar inte utgör en toxicitetsrisk för dessa grödor och detta skulle göra det möjligt för oss att använda deras goda gödningsegenskaper som en källa till zinkmikronäringsämnen.

Den avsiktliga tillämpningen av nanopartiklar i jordbruket, fastän begynnande, är lovande. På grund av sin lilla storlek, nanopartiklarna har olika egenskaper från samma material i sin vanliga storlek. Väsentligen, de har en hög specifik yta och en hög ytenergi som ger förändringar i dess fysikalisk -kemiska, optiska och elektriska egenskaper, samt en hög reaktivitet.

Dessa egenskaper kan vara till hjälp för att uppnå förbättringar inom agronomområdet, till exempel, att utveckla mer effektiva formuleringar av gödningsmedel och fytosanitära. Mer specifikt, det finns ett växande intresse för användningen av zinkoxid -nanopartiklar i jordbruksformuleringar genom att antingen använda deras goda egenskaper som ett ultraviolett ljusblockerande ämne eller genom att använda deras gödningsegenskaper som en källa till zinkmikronäringsämnen. Detta mikronäringsämne är väsentligt för utvecklingen av växter eftersom dess brist skulle minska både prestanda och näringsvärdet hos grödorna.

Dock, användningen av nanopartiklar är inte fri från vissa risker som bör bedömas, till exempel, dess eventuella toxicitet och dess potentiella ackumulering i foder och livsmedel som kan innebära dess inträde i näringskedjan. En av de främsta orsaksmekanismerna för nanopartiklars toxicitet är dess förmåga att utveckla fria radikaler eller reaktiva syrearter som kan orsaka oxidativ stress i organismer.

Dessa förändringar i cellmetabolismen kan mätas med hjälp av biomarkörer, till exempel, aktiviteter av olika antioxidantenzymer.

För att studera fördelarna och bedöma risken med att använda zinkoxidnanopartiklar i grödor, ett team av forskare från UPM och INIA har genomfört en studie som börjar ge resultat. Ett experiment gick ut på att odla tomat- och bönväxter i två jordbruksjordar med mycket olika egenskaper (en sur jord och en kalkrik jord med ett basiskt pH) och applicera olika doser av zinkoxidnanopartiklar för att studera dess effekter på växter.

Den potentiellt biotillgängliga andelen zink som ges i nanopartiklar uppskattades genom en kemisk extraktion av jord med en blandning av svaga organiska syror som simulerade blandningen av syror som utsöndras av växternas rotsystem. Förutom, forskare tog bladprover vid olika tidpunkter för att fastställa ackumuleringen av zink, samt fastställa möjliga förändringar av olika biokemiska parametrar (innehåll i fotosyntetiska pigment och proteiner) och prover av biomarkörer för oxidativ stress.

Förutom nanopartiklarna av zinkoxid, två andra produkter som traditionellt används som gödningsmedel användes för att leverera zink till grödor:zinkoxidpulver med en konventionell partikelstorlek och zinksulfat, som tillhandahåller mikronäringsämnet jon.

Resultat visar att zinkoxidnanopartiklar kan påverka biomarkörer för oxidativ stress, men effekterna beror på växtarterna, exponeringstid och markens pH. I allmänhet, effekterna på grödor var mer uttalade på sura jordar än på kalkhaltiga jordar när det gäller böngrödan och det motsatta när det gäller tomatgrödan.

En framhävd effekt var att det inte fanns några signifikanta skillnader mellan de två jordarna vad gäller den traditionella behandlingen (konventionell zinkoxid och zinksulfat), varken i mängden zink är potentiellt biotillgängligt på marken, varken i ansamlingen av mineralet i bladet och inte heller i den eventuella toxiciteten för båda växtarterna.

Ana Obrador, den kvinnliga forskaren som ansvarar för UPM-projektet säger:"från de experiment som hittills har genomförts, vi kan fortfarande inte dra slutsatsen att användningen av zinkoxidnanopartiklar som gödningsmedel ger ytterligare fördelar jämfört med de föreningar som traditionellt används. Det är nödvändigt att fortsätta studera andra variabler såsom fördelningen av zink som används i marken och växten samt att utföra andra tester med olika jordar och typer av nanopartiklar (andra storlekar och beläggningar)."