Las nanopartículas interactúan con las plantas causando cambios morfológicos y fisiológicos. Sus efectos dependen del tipo y de las dosis aplicadas, porque varían en composición química, tamaño y reactividad. Pueden provocar efectos positivos y negativos sobre el crecimiento y el desarrollo vegetal, dependiendo, tanto de la especie vegetal como de la nanopartícula que se utilice. Se han aplicado diferentes tipos de nanopartículas en plantas, incluyendo las de plata, dióxido de titanio, dióxido de silicón, óxido de zinc, así como nanotubos de carbón, de oro, etcétera.
         A continuación, describiremos los efectos de algunas de ellas.
Nanopartículas de dióxido de silicón
Tienen efectos sobre la germinación, dependiendo de la concentración aplicada. Una baja concentración mejora la germinación de semillas de tomate y maíz; al parecer, debido a que incrementa la absorción de nutrientes por las semillas. En algunas plantas se activa el crecimiento, lo que incluye altura y longitud de la raíz, además de inducir la síntesis de clorofila; incluso, puede mejorar la tolerancia a altas concentraciones de salinidad debido a la acumulación de aminoácidos y enzimas antioxidantes.
Nanopartículas de óxido de zinc
Bajas concentraciones benefician la germinación en semillas de cacahuate, frijol soya, trigo y cebolla; sin embargo, altas concentraciones la disminuyen, por lo tanto, su efecto depende de la concentración aplicada; además, éste varía de una planta a otra, porque estas nanopartículas han sido aplicadas también en semillas de pepino, alfalfa y tomate, pero sólo incrementaron la germinación en semillas de pepino. Además, se ha observado que las plántulas las absorben por la raíz y promueven su aumento en cuanto a longitud y peso (biomasa), además de acrecentar el tamaño del brote.Nanotubos de carbón
Éstos tienen gran importancia, debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas únicas, aunque existe poca información sobre su efecto en células vegetales y el metabolismo de éstas. Debido a sus propiedades, pueden penetrar la pared y la membrana celular, por ello logran funcionar como un sistema para la liberación de compuestos químicos al interior de la célula. Por otro lado, mejoran la eficiencia en la toma de calcio y hierro, lo que conduce a un incremento en la germinación, así como en el crecimiento y desarrollo vegetal. Asimismo, estimulan la producción de las proteínas que forman canales para transportar agua al interior de la célula en frijol soya, maíz y cebada. En algunas plantas, además, regulan la floración y la producción de frutos.
Nanopartículas de oro
Existe poca información sobre su interacción con las plantas. Algunas investigaciones dan cuenta del surgimiento de un efecto tóxico en ellas, porque las nanopartículas inhiben el desarrollo de un grupo de proteínas que ayudan en el transporte de moléculas a través de la membrana de la célula; sin embargo, se ha documentado que mejoran la germinación en lechuga y pepino. En algunas plantas se incrementa el número de hojas, el peso de la planta, el contenido de clorofila y de azúcares, lo que conduce a una mejor productividad de las plantas.
Toxicidad de las nanopartículas en las plantas
Si bien las nanopartículas llegan utilizarse en la agricultura, algunos estudios demuestran que pueden causar toxicidad en las plantas; dentro de los efectos tóxicos observados está la disminución en: crecimiento, biomasa, producción y calidad de los granos.
         Los mecanismos de esta toxicidad pueden deberse a su liberación en el suelo o a su contacto con las plantas. En el suelo, las nanopartículas pueden alterar los ciclos biológicos de las comunidades de microorganismos que viven ahí, por su interacción con ellos, lo cual puede afectar indirectamente el crecimiento de las plantas. En las plantas, las nanopartículas pueden dañar su material genético (lo que conocemos como genotoxicidad), alterar el proceso de asimilación de minerales y generar moléculas tóxicas derivadas del oxígeno, lo cual, a su vez, puede reducir el proceso de fotosíntesis y, consecuentemente, disminuir el crecimiento y la biomasa.

Las propiedades de las nanopartículas, como su composición química, su tamaño, su estabilidad, etc., determinan su capacidad para entrar en las células vegetales. Resulta que la pared celular de las células vegetales —formada por celulosa, carbohidratos y proteínas— es el sitio inicial de interacción con las nanopartículas, y su composición química también es importante para seleccionar el tipo de ellas que puede entrar a la célula. Además, debido a la capacidad semipermeable de la pared celular, algunas nanopartículas aún más pequeñas pueden pasar a través de ella, no así las de mayor tamaño.

         La dimensión de los poros de la pared celular es de cinco a 20 nm, así que las nanopartículas en este rango pueden penetrar la pared celular para alcanzar la membrana de la célula y, una vez que llegan a ésta, penetrar su interior a través de diversos mecanismos. Éstos pueden incluir el proceso de transporte conocido como endocitosis, el cual consiste en la formación de pequeñas vesículas de membrana que se introducen en la célula, o mediante proteínas localizadas en la membrana, las cuales transportan las nanopartículas al interior. Dentro de la célula, las nanopartículas pueden unirse a diferentes moléculas como proteínas, lípidos o carbohidratos o, incluso, interactuar con diferentes organelos y afectar el metabolismo celular de forma positiva o negativa.
         Cuando las nanopartículas son administradas por la superficie de las hojas, entran por los estomas y los pueden obstruir al acumularse ahí, causando alteración en el intercambio de gases y en la fotosíntesis.

Sabemos que la aplicación masiva de pesticidas y fertilizantes provoca contaminación ambiental y la proliferación de plagas resistentes a éstos, pero la nanotecnología ofrece nuevas posibilidades para el manejo de los cultivos, además de combatir la aparición de plagas. Los agroquímicos basados en nanopartículas permiten la aplicación de dosis adecuadas y una liberación controlada más efectiva; son fáciles de usar y, aparentemente, menos tóxicos al ambiente que los métodos acostumbrados; además, no se ha demostrado que causen un impacto negativo en humanos y tampoco producen residuos tóxicos. La aplicación de agroquímicos se realiza mediante nanopartículas encapsuladas, las cuales se difunden a través de la cubierta de las cápsulas, de una forma sostenida y controlada en el tiempo.
         También se han utilizado varios tipos de nanopartículas, como las de plata, de óxido de zinc y de dióxido de titanio, para analizar su potencial antimicrobiano, las cuales inhiben el crecimiento de hongos y bacterias patógenas.
         Las nanopartículas pueden ser utilizadas para generar nuevas tecnologías orientadas a mejorar la productividad de cultivos de interés agrícola; sin embargo, se requiere más investigación para conocer los mecanismos celulares que afectan el crecimiento y el desarrollo de las plantas.

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