Por la Dra. Mae-Wan Ho, 3 de septiembre de 2012
Una nueva investigación sugiere que las nanopartículas son una amenaza para la producción agrícola, así como para la salud, dice la Dra. Mae-Wan Ho.
Los riesgos potenciales para la salud de las nanopartículas se conocen desde hace casi una década ([1] Nanotoxicidad; una nueva disciplina, SiS 28). Una amplia variedad de nanopartículas está inundando el mercado, y la consecuente acumulación de nanopartículas en el medio podría tener también efectos sobre la ecología y la agricultura.
Un estudio publicado por PNAS Early Edition señala que la planta de soja es susceptible a algunas de las nanopartículas más utilizadas en el mercado (4).
El equipo de investigación dirigido por Patricia Holden de la Universidad de Texas en El Pasos cultivó plantas de soja en suelos rociados con nanopartículas fabricadas actualmente en grandes cantidades para numerosas aplicaciones industriales: óxido de cerio (CeO2), que se utiliza como catalizador y el óxido de zinc (ZnO), como aditivo, ampliamente utilizado en los protectores solares. Descubrieron que las nanopartículas de CeO2 afectan al crecimiento de la planta y disminuye el rendimiento, disminuyendo la fijación de nitrógeno en los nódulos de las raíces de las leguminosas a altas concentraciones. En el caso de las nanopartículas de ZnO, el metal se distribuye a través de los tejidos de la planta, lo que puede provocar una sobredosis de zinc para las personas y animales que se alimenten de soja.
Se trata de una mala noticia. Ambas nanopartículas también se ha descubierto que son tóxicas para las células. Las nanopartículas de CeO2 inducen la apoptosis ( muerte celular programada) y la autofagia en células sanguíneas humanas periféricas a dosis relativamente bajas (5), mientras que las células de la piel humana expuestas a ZnO sufrieron estrés oxidativo y daño en el ADN después de 6 horas (6). El estrés oxidativo era evidente incluso a bajas concentraciones, entorno de 0,008 a 0,8 mg/litro. El estrés oxidativo está implicado en el desarrollo del cáncer (Véase (7) El cáncer, una enfermedad epigenética y otros artículos relacionados, SiS 54).
Cómo penetran en el suelo las nanopartículas
Los científicos están preocupados desde hace algún tiempo sobre la rápida expansión de las nanopartículas al medio, pudiéndose acumular en los suelos y contaminar nuestro suministro de alimentos. Las nanopartículas pueden entrar en los suelos a través de la atmósfera; las nanopartículas de CeO2 usadas como aditivo a los combustibles se libera en los gases de combustión de los vehículos diésel (8). Las nanopartículas también pueden entrar en el suelo a partir de los biosólidos de las plantas de tratamiento de las aguas residuales. Es una importante vía de penetración, ya que la mitad de los biosólidos de los Estados Unidos se esparcen por el suelo (9). La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos aconseja el tratamiento previo de los residuos industriales para limitar la descarga de metales desde las plantas de tratamiento (10). Pero las nanopartículas que se fabrican se hace bajo ningún tipo de regulación ni supervisión, y se sabe que tienen una alta afinidad por las bacterias de los lodos activados (11).
La soja es uno de los principales cultivos básicos y es muy sensible a las nanopartículas
Los investigadores decidieron estudiar la soja ya que es el quinto cultivo de mayor superficie del mundo y el segundo en los Estados Unidos (12). La soja se cultiva intensamente para la fabricación de combustibles en los motores, lo que provoca la deposición de las nanopartículas desde los tubos de escape. Se han tratado los biosólidos de las aguas residuales como una cuestión rutinaria. Estudios previos han demostrado que las plantas de soja bioacumulan productos farmacéuticos (13) y metales (14) a partir de los biosólidos tratados.
Las plantas de soja se desarrollaron hasta la fase de producción de semillas en suelos tratados con nanopartículas de CeO2, en una cantidad entre 0,01 a 0,5 g/kg, de ZnO entre 0,05 a 0,5 g/kg (4). Estas concentraciones ya se observó con anterioridad que afectaban a las plantas cultivadas hidropónicamente y a los microorganismos, pero los efectos sobre las plantas cultivadas en suelo todavía eran desconocidos.
Las plantas que crecían en suelos tratados con ZnO parecían normales, pero el recuento del número de hojas en las plantas cultivadas en suelos con ZnO era significativamente menor que las de control. El número de vainas también variaba con las concentraciones, con un mayor número de vainas a mayores concentraciones que a una concentración menor. Se observaron diferencias significativas en el contenido de agua: los tallos con un alto contenido cuando los suelos fueron tratados con nanopartículas de ZnO; las hojas y las vainas con un menor contenido de agua que las plantas de control. El peso seco de la biomasa que creció por encima del nivel de suelo no difería significativamente de las plantas de control.
Las plantas cultivadas en suelos tratados con CeO2 presentaban un menor número de hojas en todas las concentraciones en comparación con las de control, con un mayor impacto a bajas concentraciones de CeO2. Por otra parte, las plantas cultivadas en suelos con presencia de nanopartículas de CeO2, incluso a bajas concentraciones, dieron cosechas significativamente menores que las plantas de control. Todas estas plantas produjeron menos biomasa en comparación con las de control y la diferencia fue muy significativa en los suelos tratados con altas concentraciones de CeO2.
Las raíces de las plantas cultivadas en suelos con concentraciones medias o altas, tanto de ZnO como de CeO2, estaban considerablemente más secas que las de control. La biomasa de raíz seca se incrementó con altas concentraciones de nanopartículas de ZnO, en comparación con las plantas de control.
El número de nódulos de las raíces era similar en todos los tratamientos y no difería significativamente de las de control. Los nódulos también estaban más secos a concentraciones medias y altas de nanopartículas de ZnO, mientras que la biomasa de nódulos secos fue significativamente mayor a altas concentraciones de ZnO, en comparación con los controles.
El potencial de fijación de nitrógeno por los nódulos era similar en todos los tratamientos de ZnO y plantas de control, y no significativamente diferente a bajas concentraciones de nanopartículas de CeO. Sin embargo, disminuyó en más de un 80% en comparación con las plantas de control a medias y altas concentraciones de nanopartículas de CeO2. El efecto fue similar a una alta concentración de cadmio ( un metal muy tóxico), recogido en estudios realizados con anterioridad.
En resumen, tanto la biomasa por encima del nivel del suelo como subterránea era más abundante, pero más seca, en las plantas cultivadas en presencia de nanopartículas de ZnO, siendo la diferencia significativa para altas concentraciones de ZnO. Sin embargo, en el caso del CeO2, se atrofió el crecimiento de las plantas, tanto por encima como por debajo del nivel del suelo, a todas las concentraciones. Aunque pequeñas cantidades de nanopartículas de CeO2 no alteraban significativamente la fijación del nitrógeno en los nódulos radiculares, sí se observó a altas y medias concentraciones de nanopartículas de CeO2.
Acumulación de cerio y zinc
Se analizaron los tejidos de las plantas secas, tanto cultivadas en presencia de Ce como de Zn. Los resultados mostraron que ambos metales se acumulaban en los tejidos de las plantas. El Ce se acumuló en las raíces. Las nanopartículas de CeO2 también se observaron en los nódulos de las raíces. Las concentraciones de Ce en los diferentes tejidos vegetales se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1: concentración de Ce en los tejidos de las plantas.
* Las unidades actuales son mg Ce.kg-1
La acumulación de Zn es bastante diferente (tabla 2). Se produce tanto por encima como por debajo del nivel de suelo. Para altas concentraciones de nanopartículas de ZnO, el Zn se acumula casi 4 veces más en las raíces y 2 en los nódulos que en las plantas de control, 6 veces más en el tallo, 4 veces en las hojas y de 2 a 3 veces en las vainas. Tales acumulaciones altas de Zn podrían tener repercusión a largo plazo en la salud humana y de las plantas.
Tabla 2: Concentraciones de Zn en los tejidos de las plantas
Conclusión
El estudio muestra que dos nanopartículas que se fabrican actualmente en grandes cantidades pueden afectar de manera significativa en la producción de alimentos, tal que un cultivo de tanta importancia como la soja. En el caso de las nanopartículas de ZnO, la calidad de los alimentos se puede ver afectada por la bioacumulación; en el caso del CeO2, la fertilidad del suelo se ve comprometida. Los autores destacan la importancia de las gestión de los flujos de residuos para controlar la exposición de los suelos agrícolas a las nanopartículas que se fabrican actualmente.
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