NM para el crecimiento y desarrollo de los cultivos

En el tomate (Solanum lycopersicum Mill.) se ha observado que las NP de Cu aplicadas en el sustrato y vía foliar aumentan parámetros de calidad del fruto y variables como el contenido de clorofila en hojas; además, se menciona que las NP de Ag a dosis bajas pueden promover el crecimiento en plantas de arroz (Oryza sativa L.). De igual manera, se reporta que las NP de Zn promueven el incremento de la biomasa total. Las NP de Se y Si a bajas concentraciones promueven el crecimiento y en consecuencia se obtiene una mayor concentración de compuestos fenólicos en cultivos como chile (Capsicum annuum L.) y avena (Avena sativa L.) (^{Sotoodehnia-Korani et al., 2020}; ^{Asgari et al., 2018}). Por su parte, con los NM de óxidos metálicos, como TiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, ZnO y SiO₂, se ha demostrado ampliamente que brindan múltiples beneficios a las plantas a través del suministro de micronutrientes y la estimulación de los mecanismos de defensa, que impactan en el crecimiento y desarrollo de las plantas (^{Hussain et al., 2018}). Por ejemplo, aplicaciones foliares de NP de óxido de cobalto (C₃O₄) y ZnO en plantas como colza (Brassica napus L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) aumentaron el crecimiento y peso fresco, además de un incremento en el rendimiento (^{Jahani et al., 2020}; ^{Salama et al., 2019}). De forma similar, la aplicación de NP de óxido de hierro (25 mg L^-1) en semillas de trigo (Triticum aestivum L.) promovió la longitud de los brotes, aumentó el contenido de hierro en el grano, demostrando que el tratamiento de semillas con NP representa un enfoque fácil de usar para la fortificación (^{Sundaria et al., 2019}). Un resumen de ejemplos se observa en la Tabla 1.

Los NM basados en carbono (como fullerenos y nanotubos de carbono de pared múltiple y simple (MWCNT y SWCNT, respectivamente, por sus siglas en inglés)) poseen diferentes propiedades, incluyendo conductividad, propiedades mecánicas, estabilidad química y propiedades térmicas que provocan efectos en plantas (^{Saleh, 2020}). La Tabla 1 muestra cómo los SWCNT promovieron la producción de biomasa y un mayor crecimiento en arroz (Oryza sativa L.) (^{Zhang et al., 2017}); a su vez, los MWCNT promovieron el crecimiento, mayor acumulación de biomasa y un mayor rendimiento en trigo (Triticum aestivum L.) (^{Joshi et al., 2018}). Además, los fullerenos demostraron tener un efecto positivo en el crecimiento de plantas y compuestos antioxidantes (^{Shafiq et al., 2019}). Sin embargo, el uso de NM a dosis altas puede causar toxicidades y alteraciones en los componentes fisiológicos y genéticos de las plantas (^{Rico et al., 2015}; ^{Tripathi et al., 2015}).

NM para el control de arvenses, plagas y enfermedades

Las plagas agrícolas amenazan la seguridad alimentaria con pérdidas que pueden ir desde el 26 al 80%, mientras que los desafíos del planeta en general son aumentar la producción del alimento en un 4% para satisfacer la demanda de la población. En cuanto a la disminución de la producción por insectos plaga, existen casos sorprendentes que son dignos de observación detenida y solución inmediata. Por ejemplo, en China, la especie Spodoptera litura o gusano de tabaco consume más de 112 especies de plantas, generando pérdidas del 10 al 30%. En el caso de la plaga del algodón (Helicuverpa armígera) genera 5,000 millones de dólares en pérdidas al atacar a 200 especies de plantas correspondiente a 40 familias. Myzus persicae o pulgón verde de melocotonero se alimenta de 40 familias de plantas. Ante ello, investigadores afirman que la nanotecnología tiene el potencial para desarrollar formulaciones con NM y liberar de forma controlada el compuesto activo, estos NM ayudan a mejorar la estructura y función de los plaguicidas (^{Hernández-Tenorio y Orozco-Sánchez, 2020}).

Es bien sabido que las arvenses son fuentes principales para la propagación de plagas, vectores de virus y enfermedades, por lo cual, los nanoherbicidas están siendo utilizados para atacar arvenses y banco de semillas del suelo (^{Lira-Saldívar et al., 2018b}). En el caso de los nanoplaguicidas (insecticidas, fungicidas y bactericidas) han sido evaluados y aplicados para destruir totalmente las plagas o hacer resistentes a las plantas. Además, mediante la síntesis verde o ecológica se han generado los bioplaguicidas bacterianos, de los cuales se obtienen las NP a partir de metabolitos secundarios obtenidos de plantas con actividad biocida, que atacan el sistema digestivo de la plaga. Las NP pueden estar transportadas en nanoemulsiones, nanoencapsulaciones o nanodispersiones (^{Hernández-Tenorio y Orozco-Sánchez, 2020}; ^{Ayala et al., 2020}). La nanoemulsión es la dispersión de dos líquidos inmiscibles multi y bifásicos, dinámica de gotas (efecto cizalla), integrado por un surfactante apropiado, con un tamaño que va de 10 a 100 nm. La nanoencapsulación es el empaquetamiento de sustancias activas dentro de otro material, donde la NP se encuentra en un tamaño de 1-100 nm en al menos una dimensión, pueden ser NP de lípidos sólidos, bases poliméricas, hidróxidos dobles laminar (LDH, siglas en inglés) y aceites nano encapsulados. Las nanodispersiones consisten en la dispersión de nanocristales en medios líquidos, suelen ser 100% el compuesto activo en forma de partículas cristalinas o amorfas, con el objetivo de maximizar el área superficial (^{Hernández-Tenorio y Orozco-Sánchez, 2020}) (Figura 1).

Fuente: ^{Hernández-Tenorio y Orozco-Sánchez (2020)}.

Figura 1 Distribución de los NM utilizados en la agricultura como pesticidas, nanoformulaciones y las NP más utilizadas. 

Los pesticidas en nanoportadores son comercializados y están aprobados por la Agencia de protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés). Entre los más destacados se encuentra el Poridon, aprobado desde 1985, Command, un herbicida aprobado desde 1995, mientras que, el Fenuvastar es un insecticida, y RightLine consiste en un fungicida, mismos que fueron aprobados en 2018. También se encuentran aprobados los liposomas de 35 a 1000 nm, micelas de 20 a 80 nm, albúmina de 130 nm, y en desarrollo se destacan las NP de sílice, NP metálicas, CNT, polímeros naturales (quitosano), dendrímeros, bacteriófagos, entre otros (^{Chariou et al., 2020}).

Las NP pueden atravesar tejidos vivos de las plantas, en el suelo sufren una serie de bio-geo-transformaciones que determinan su biodisponibilidad y toxicidad, se pueden translocar a la parte aérea de la planta después de interactuar con las raíces y acumularse en las células o en los organelos. En la raíz, ocurre la bioacumulación y una serie de biotransformaciones las cuales dependen del tamaño de la NP para después entrar a través de la pared celular o estoma de la planta, esto determina el proceso de transporte. Al mismo tiempo, las propiedades como el área superficial, la morfología y la carga superficial de las NP, también determinan las rutas e interacciones en la planta, la carga negativa de la pared celular atrae la carga positiva de las NP, las NP de 3 a 5 nm pueden atravesar la pared de las raíces por presión osmótica, fuerzas capilares o a través de células epidérmicas; las NPs < 5 nm pueden entrar por las hojas a través de estomas o cutículas de las hojas; > 10 nm entran a través del estoma; entre 10 y 50 nm toman una ruta simplástica; de 50 a 200 nm toman una ruta apoplástica (^{Ali et al., 2021}). En suelo, la interacción que se da entre las NP y la matriz del suelo ocurre en las fases de líquido y sólido de los componentes del suelo, los poros existentes en el suelo pueden hacer la función de sitios de adsorción. Además de la biotransformación de las NP, los micro y macrorganismos del suelo intervienen en la biotransformación, transporte y descarga de NP (^{Saleem y Zaidi, 2020}).

Hay diversas NP de óxidos metálicos que han sido utilizadas en muchos campos como la medicina, agricultura, etc., pero es poco común demostrar cómo impactan e interaccionan con diversos factores del suelo, humanos o animales, sobre todo en la cadena trófica. La manufactura de los NM a gran escala necesita ser estudiada y esclarecer la disposición final de estos materiales, entre las NP más utilizadas están las de ZnO, Ag, TiO₂, Fe₂O₃, CuO (^{Zhu et al., 2019}). Estas NP son utilizadas por sus propiedades antimicrobianas. En efecto, el Cu posee propiedad antibacterial y antifúngica debido a la capacidad para aceptar y donar electrones, nivel alto de oxidación catalítica y una reducción potencial alta. Las NP de Ag dañan la pared celular en tamaños de 10 a 20 nm, así como algunos elementos del citoplasma. En otros casos, los CNT han sido probados y aplicados como portadores de agroquímicos y plaguicidas, estos NM son considerados eficientes para el depósito controlado de ingredientes activos (^{Lira-Saldívar et al., 2018b}).

Las NP metálicas son consideradas activas ya que por sí mismas pueden causar un efecto biológico actuando como estimulante, antipatógeno o ambos, una de las NP principales a considerar son las NP de ZnO al estimarse que el 30% de los suelos son deficientes en zinc. También son utilizadas como compuestos con titanato de plata o en conjunto con TiO ₂ para fungir como plaguicida (^{Do Espirito Santo Pereira et al., 2021}; ^{Kőrösi et al., 2020}). Las NP de ZnO promueven el crecimiento de las plantas, la elongación de raíz, y a tal grado son consideradas promotoras del crecimiento, así como utilizadas como pesticidas, herbicidas o plaguicidas por su actividad antimicrobiana (^{Surendranath y Mohanan, 2021}). Las NP de Ag son aproximadamente el 50% de los NM consumidos en distintos nano productos, asimismo, estas NP tienen diversas aplicaciones antimicrobianas, eléctricas y ópticas, en el suelo son liberadas a partir de distintos procesos, desde su manufactura hasta el uso propio como parte de nanofertilizantes. Hasta donde se sabe, estas NP sufren transformaciones dependiendo de las propiedades fisicoquímicas del suelo (^{Temizel-Sekeryan y Hicks, 2020}). Las NP de Ag tienen propiedades antifúngicas contra la Cladosporium fulvum, causante de la enfermedad cladosporiosis en plantas de tomate, por ello, las NP de Ag son utilizadas como antifúngico (el cual dirige su acción al DNA del organismo objetivo) cuando están soportadas en óxido de grafeno, así pues, cuando se encuentran en nanopolímeros, nanoconchas o en combinación con otras NP, son utilizadas como herbicidas, pesticidas y nanoportadores (^{Chaudhry et al., 2018}). Por ejemplo, algunos estudios revelaron que las NP de Ag muestran alteraciones morfológicas en bacterias como Bacillus cereus y Pseudomonas stutzeri, sin embargo, el óxido de esta NP no mostró toxicidad significativa. De hecho, algunos informes han destacado que, las NP de Ag son significativamente influenciadas por factores como la funcionalización, concentración, tiempo de exposición y la textura del suelo. Adicionalmente, también ha sido reportado que las NP de Ag reducen las actividades enzimáticas, mientras que el uso de NP de ZnO incrementa significativamente la abundancia de B. cereus y P. stutzeri (^{Amrane et al., 2020}). La luz es otro factor importante cuando se aplican NP de TiO₂, el efecto de la NP potencializa su acción antibacterial a una mayor exposición de luz, en consecuencia, se ha observado una inhibición en el crecimiento de bacterias como E. coli y B. subtilis (^{Hou et al., 2019}).

Ejemplos de la aplicación de NM

Existen hongos que atacan cultivos de trigo (Triticum spp.), produciendo infecciones en la corona y raíz, particularmente por Fusarium spp. Estos hongos inhiben la síntesis de proteínas de las células eucariotas. No obstante, el uso de NP de Se (utilizando microrganismos como nanofábricas) con un promedio de 46 nm de tamaño reveló que se suprimió de un 88 a un 92% el crecimiento de los hongos a una dosis de 40 mg mL^-1 en condiciones de invernadero. Asimismo, mejoró la tolerancia a la sequía y al estrés por calor (^{El-Saadony et al., 2021}).

Otros estudios demostraron que el nanobiochar (NB) es utilizado para el manejo de enfermedades, su efectividad se atribuye a la alta área superficial, la cual presenta un gran número de grupos funcionales o sitios activos. También, el NB combinado con otras NP ayuda a mejorar la biodisponibilidad de pesticidas (^{Chausali et al., 2021}).

Las NP de quitosano de tamaño entre 100-300 nm son utilizadas contra la enfermedad Anna o podredumbre azul causada por Penicillium expansum (afecta a las manzanas). Estas NP en conjunto con NP de agentes microbianos han dado excelentes resultados, debido a que el quitosano es un ‘elicitor’ abiótico potente de resistencia de plantas a diferentes ataques de patógenos (^{Abdel-Rahman et al., 2021}).

Para el combate de patógenos durante la etapa de postcosecha en mango, causantes de enfermedades por Colletotrichum gloesporides, Cladosporium oxysporum y Penicillium steckii, se han utilizado compuestos de quitosano con TiO₂ y CNT para inhibir el crecimiento fúngico (^{Xing et al., 2021}).

NM para reducir factores de estrés en los cultivos

El estrés vegetal se presenta cuando una planta se desarrolla en condiciones no ideales, provocando que las plantas presenten un crecimiento deficiente, se reduzca el rendimiento o incluso se induzca la muerte de las plantas si el estrés supera los límites de tolerancia. Se reconocen dos tipos de estrés, el estrés abiótico, aquel causado por factores no vivos, y el estrés biótico, causado por organismos vivos (^{Mosa et al., 2017}; ^{Verma et al., 2013}). Recientemente, para dar solución o evitar daños causados por estos factores, la aplicación de la nanotecnología en la agricultura ha recibido gran atención debido a que el uso de NM podría emplearse en la adsorción de compuestos contaminantes, disminución de los impactos por el estrés por sequía y en la eliminación de especies reactivas de oxígeno (ROS) debido a las diferentes interacciones y efectos ejercidos cuando logran penetrar las paredes celulares y desencadenar cambios en los procesos fisiológicos y bioquímicos en las plantas (^{Memari-Tabrizi et al., 2021}; ^{Adrees et al., 2020}).

Ante factores abióticos

La salinidad es un factor estresor relacionado con el exceso de especies iónicas. La presencia de sales en el suelo puede producir perturbaciones a nivel celular afectando la nutrición vegetal, la síntesis de pigmentos fotosintéticos o la reducción de la actividad antioxidante, teniendo como consecuencia alteraciones en el crecimiento de las plantas y disminución en el rendimiento de los cultivos (^{Pérez-Labrada et al., 2019}). Por lo anterior, ^{Alabdallah y Alzahrani (2020)} encontraron que la aplicación de NP de ZnO a una concentración de 10 mg L^-1 de manera foliar a plantas de Abelmoschus esculentus (L.) Moench, que fueron regadas con agua de mar a diferentes concentraciones (0, 10, 25, 50, 75 y 100 %), aliviaron el estrés ocasionado por el alto contenido de sal; de tal manera, la aplicación de las NP de ZnO aumentaba el contenido de clorofila a y b, y carotenoides en las hojas de la planta, además de mejorar la actividad antioxidante, y, en consecuencia, un aumento en la producción de la actividad SOD y CAT. De igual manera, ^{Farouk y Al-Amri (2019)} encontraron que la aplicación foliar de NP de ZnO a 10 mg L^-1 aumentó la concentración de pigmentos fotosintéticos en plantas de Brassica napus L. cv. Pactol expuestas a 6,000 mg L^-1 de NaCl en comparación con las plantas no tratadas con NP. Además, el porcentaje de N, P y K aumentó considerablemente en las plantas que fueron tratadas con NP en relación con las no tratadas.

^{Alsaeedi et al. (2018)} reportaron que las NP de SiO₂ a una dosis de 200 ppm aumentaron los parámetros de germinación y crecimiento vegetativo en plantas de Cucumis sativus L., expuestas a una concentración de 5,000 mg L^-1 de Na⁺. En otro caso, el pretratamiento de semillas de Pennisetum glaucum L. con NP de Ag a concentraciones de 0, 10, 20 y 30 mM, expuestas a dosis de 0 a 150 mM de NaCl, aumentó la altura de planta, el contenido de agua y la producción de masa fresca y seca, También promovió la actividad antioxidante, reduciendo así, el daño oxidativo (^{Khan et al.,2020}).

El estrés por sequía afecta drásticamente el desarrollo de plantas y está asociado principalmente con altas temperaturas, dado que hay mayor pérdida de agua por evapotranspiración. Esto trae como consecuencia la disminución del crecimiento de la planta lo que, a su vez, se relaciona con la reducción del área foliar, disminución del potencial hídrico, reducción en la absorción de nutrientes y una reducción del metabolismo vegetal, impidiendo la síntesis de enzimas esenciales para las plantas, generado a través de un estrés oxidativo. En este sentido, diversas investigaciones proponen el uso de NM como enmiendas en los suelos, como medida para mitigar el estrés por sequía. Por ejemplo, ^{Dimkpa et al. (2019)} evaluaron concentraciones de 1, 3 y 5 mg L^-1 de NP de ZnO como enmienda en el suelo y estudiaron el comportamiento del cultivo de Glycine max L. en condiciones de sequía, obteniendo como resultados la reducción en el retraso de germinación de semillas, un aumento en la absorción N y K, un aumento en el rendimiento del grano, en comparación con los tratamientos no tratados con NP. También, se ha estudiado la aspersión foliar de NM. ^{Zahedi et al. (2020)}, quienes emplearon NP de SiO₂, NP de Se y NP de Se soportadas en NP de SiO₂ (Se/SiO₂), demostraron que los tres tipos de NP mejoraron el crecimiento y rendimiento en el cultivo de fresa. No obstante, las NP de Se/SiO₂ presentaron mejores resultados, puesto que mejoraron la concentración de pigmentos fotosintéticos, la eficiencia del uso del agua y un aumento en la cantidad de agua por planta. Además, se detectó un aumento en la actividad antioxidante, lo cual se relacionó con una mayor tolerancia a la sequía; en cuanto al fruto, estos presentaron mejor calidad pues contenían mayor proporción de compuestos fenólicos, vitamina C, antocianina, entre otros.

Otro de los factores abióticos que afectan el desarrollo vegetal y reproductivo de los cultivos es la presencia de metales pesados, los cuales son depositados y acumulados a lo largo del tiempo en el suelo. No obstante, a pesar de que algunos metales como el Fe, Cu, Zn, entre otros, son benéficos en pequeñas cantidades para el desarrollo de las plantas, se vuelven perjudiciales si estos se encuentran en exceso, influyendo drásticamente en el crecimiento, desarrollo y metabolismo de las plantas, siendo así que en la actualidad se están evaluando los NM para la remediación de sitios agrícolas y así reducir los efectos de los metales pesados sobre los cultivos. En esta línea, ^{Li et al. (2020)} evaluaron la adición de NP de SiO₂ a concentraciones de 0, 100, 500, 1000 y 2000 mg L^-1 sobre las respuestas del cultivo de Glycine max L. expuesto a concentraciones de 0, 1 y 5 mg L^-1 de Hg. También demostraron que la adición de NP mejoró el crecimiento de plantas y disminuyó el contenido de Hg en el tejido de los organismos, del mismo modo, se vio favorecida la síntesis de clorofila y se redujo la actividad SOD inducida por el Hg. Por otro lado, ^{Bidi et al. (2021)} encontraron que las NP de Fe₃O₄ a concentraciones de 25 y 50 mg L^-1 mejoran la altura y producción de masa seca en plantas de Oryza sativa L. en presencia de As, además, se observó un incremento en el contenido de pigmentos fotosintéticos y se redujo la acumulación de As en las raíces y hojas, de tal manera que se mejoró el índice de tolerancia a los metales por las plantas de arroz. De igual manera, se han realizado investigaciones evaluando la aplicación foliar de nanopartículas tales como NP de TiO₂ (^{Lian et al., 2020}) y NP de Se y Si (^{Hussain et al., 2020}) como una estrategia para mejorar la resistencia de las plantas a los metales pesados.

Ante factores bióticos

Como ya se mencionó, el estrés biótico es aquel provocado por diferentes organismos vivos, como bacterias, hongos insectos, entre otros, amenazando la productividad de los cultivos, y, a su vez, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria. Por lo anterior, existen evidencias del uso de NM en la protección de los cultivos. Por ejemplo, ^{El-Gazzar e Ismail (2020)} evaluaron, bajo condiciones de laboratorio, invernadero y campo, la eficacia de las NP de TiO₂, Se y Ag sobre la enfermedad mancha foliar y tizón en Solanum lycopersicum L., causada por el hongo Alternaria alternata. A nivel laboratorio, los autores encontraron que las NP de TiO₂ y Se redujeron el desarrollo del hongo, mientras que en invernadero y campo, se observó la reducción de la enfermedad en las hojas por la aspersión de NP de TiO₂ y Se, mientras que con las NP de Ag se observó un efecto moderado tanto en el ensayo de laboratorio como en condiciones de invernadero y campo. ^{Quiterio-Gutierrez et al. (2019)}, mediante aspersión foliar, evaluaron la acción conjunta de NP de Se y Cu en un cultivo de Solanum lycopersicum L. infectado con Alternaria solani. Encontraron una disminución de la enfermedad sobre las hojas de la planta, además, se observó un incremento en la cantidad de pigmentos fotosintéticos, se indujo la actividad enzimática en las hojas e incrementó la concentración de la vitamina C, compuestos fenólicos y otros compuestos no enzimáticos en los frutos.

^{Hussain et al. (2019)} sintetizaron NP de Ag mediante síntesis verde y se aplicaron de manera exógena sobre plantas de Citrus reticulata L., infectadas con Xanthomonas axonopodis pv. citri (enfermedad de cancro de los cítricos), se encontró que a una concentración de 30 ppm promovió la resistencia contra la enfermedad, aliviando considerablemente el estrés inducido por la infección. Asimismo, se observó que el contenido de jugo en los frutos fue mayor cuando las plantas fueron tratadas con NP de Ag, además de exhibir mayor peso del fruto y mayor rendimiento por planta. Los autores sugieren que el uso de NP de Ag biosintetizadas podrían ser empleadas como un novedoso agente de control biológico en enfermedades de los cítricos.

El uso de NM puede ser una alternativa novedosa para aliviar los efectos inducidos tanto por el estrés abiótico y biótico, sin embargo, hace falta plantear, evaluar y validar con numerosos estudios los posibles efectos de ecotoxicidad que las NP puedan provocar en las interacciones a nivel celular con el fin de no comprometer la seguridad alimentaria, la salud humana y el ambiente.

Sensores basados en NM para la detección de contaminantes en áreas agrícolas

Dentro de la agricultura, el uso excesivo y descontrolado de pesticidas ha provocado la contaminación del suelo, productos alimenticios, organismos (plantas comestibles, no comestibles, animales superiores terrestres, incluyendo humanos, y microbiota del suelo) y del ambiente, entre otros (^{Umapathi et al., 2021}). No obstante, en la última década, diversas investigaciones han demostrado los avances de la nanotecnología para la descontaminación y monitoreo de suelos en áreas agrícolas. En particular, se han diseñado nanosensores y nanobiosensores basados en NM, los cuales, posteriormente, son probados y aplicados para la detección de contaminantes orgánicos e inorgánicos en suelos y aguas (riegos agrícolas), detención de enfermedades en plantas y frutos, envasado de alimentos, entre otras actividades (^{Srivastava et al., 2018}; ^{Gaviria-Arroyave et al., 2020}; ^{Umapathi et al., 2021}).

En sí, un sensor químico se define como un dispositivo que transforma la información química desde la concentración de un componente de muestra hasta el análisis de la composición total, en una señal analíticamente útil. No obstante, en nanotecnología se describe como dispositivo nanométrico capaz de conectarse a cualquier organismo, metal o compuesto, que necesite ser detectado y transmitir una señal eléctrica, mecánica, acústica, colorimétrica, térmica u óptica (^{Heikal y Abdel-Aziz, 2021}; ^{Thangadurai et al., 2021}). En este sentido, se reporta que el uso de nanosensores es una estrategia de detección rápida, fácil fabricación, con alta selectividad y sensibilidad, además de que su efecto es legible a simple vista. Por lo cual, el uso de nanosensores basados con NM simples o híbridos para la detección de contaminantes se ha convertido en una propuesta tecnológica de avanzada para la agricultura (^{Umapathi et al., 2021}).

En la literatura se cita la preocupación por una regulación y calidad del agua de riego para uso agrícola, pues se informa que la presencia de metales pesados, compuestos orgánicos y diversos contaminantes pueden acumularse en los cultivos, después de que los contaminantes son absorbidos por las raíces (Rizwan et al., 2018). ^{He et al. (2019)} estudiaron el efecto de NP de Au para la detección de clorpirifos (CPF), los resultados mostraron que utilizando la espectroscopía Raman, las NP de Au presentaron una ultrasensibilidad, reproducibilidad y estabilidad química para la detección de CPF, con un límite de detección del contaminante por debajo de los 10 μg L^-1. Con la intención de detectar, monitorear y predecir la calidad del agua, ^{Lu et al. (2021)} reportaron que el nanocompuesto ZrO2/ZnO/MWCNTs/tetrahidrato de molibdato de amonio (TMA) a través de una reacción redox, condujo a una detección de fosfato hasta un límite de detección de 2.0 × 10^-8 mol L^-1. Sugieren que el uso de los NM probados son prometedores para la detección de fosfatos a nivel de campo. En un estudio similar, ^{Tümay et al. (2021)} reportaron que al utilizar los NM ferroceno-tiofeno modificados por nanotubos de carbono (FT @ CNT), mostraron una sensibilidad para la detección de los plaguicidas paratión y clorantraniliprol en tomates, manzanas y muestras de suelo. Los autores sugieren que el método electroquímico fue de fácil operación, rápido, sensible y selectivo al utilizar el material híbrido de FT @ CNT.

Desde 1970, el glifosato ha sido un herbicida que se ha utilizado en casi todo el mundo, lo cual, resulta en una preocupación para la salud pública. En efecto, diversos estudios han demostrado que este pesticida puede alojarse en células animales incluyendo las de los humanos, lo cual puede producir efectos irreversibles en el páncreas, piel e incluso genéticos (^{Schimpf et al., 2021}). En esta línea, la propuesta del uso de nanosensores es una nueva alternativa para la detención de glifosato en aguas de riego. ^{Aparna et al. (2021)} reportan una revisión de nano conglomerados (nanoclusters), las cuales consisten en NM protegidos con ligandos nanométricos orgánicos-orgánicos, destacan su potencial para la detección de pesticidas, contaminantes en alimentos, metales pesados en suelos y para el monitoreo de plantas comestibles. Por ejemplo, ^{Hong et al. (2020)}, utilizando nanoconglomerados de oro estabilizados con papaína, por el método de detección de fluorescencia, encontraron que el nanomaterial permitió la detección visual y semicuantitativa in situ de residuos de glifosato en muestras de agua del grifo. No obstante, algunos nanosensores son considerados específicos para la detección de pesticidas. ^{Alvandi et al. (2021)} demostraron que los puntos de carbono (en inglés carbon dots (CD)), únicamente fueron capaces de detectar los pesticidas Confidor, Dialen Super y Suplosan, pero no para los conocidos como broxoxinilo, diazinón, glifosato y deltametrina. Además, los autores afirmaron que el nanosensor a base de carbono es ultra capaz de detectar hasta 10^-8 ppm. Diversos casos como el que se mencionó con anterioridad son reportados por ^{He et al. (2021)} para la detección de pesticidas en alimentos, mientras que en los reportes de ^{Sharma et al. (2021)} se presenta una discusión amplia sobre el uso de biosensores y nanosensores para la detección de pesticidas, metales pesados y patógenos en suelo y agua.

Los nanosensores aplicados en el seguimiento de la nutrición de los cultivos, monitoreo del estrés en plantas también se ha reportado. ^{Wu et al. (2020)} diseñaron SWCNT fluorescentes a través de los cuales, interconectados con hojas de plantas de Arabidopsis thaliana, se obtienen señales a cambios en la concentración de peróxido de hidrógeno (H₂O₂), en este caso, una molécula asociada con el estrés provocado por patógenos. Relacionado con lo anterior, una discusión más amplia se puede leer en el trabajo de ^{Kashyap et al. (2019)}. Si bien la nanotecnología aplicada a la agricultura ha mostrado avances para el desarrollo de una agricultura ecológica y sustentable, el desarrollo y propuestas de investigación deben continuar para permitir un incremento en el conocimiento sobre el desarrollo de nanosensores y sus aplicaciones, a tal grado de poder reducir los daños ambientales y efectos tóxicos en plantas y biota del suelo.

Obstáculos y desafíos de los NM en la biota y ecología del suelo

La diversidad de microrganismos que habitan en el suelo se considera altamente influenciada por las propiedades físicas y químicas que el mismo suelo presenta (^{Callaham y Stanturf, 2021}), siendo esto un factor determinante en el destino de los NM una vez que se depositan en el suelo. Los suelos agrícolas se han convertido en uno de los principales receptores de NP metálicas, ya sea de manera directa o indirecta, por ejemplo, a través de la adición de lodos residuales. Un caso de ello es la transferencia de las NP de Ag, cuyos usos industriales las conducen a las descargas de aguas residuales, y, a través de los lodos, se transfieren a los ecosistemas del suelo (^{Chen, 2018}). Durante el proceso de tratamiento de aguas residuales, las NP de Ag están sujetas a diversas transformaciones, tales como la generación de sulfuros de plata amorfos (AgS) con propiedades diferentes a su contraparte cristalina Ag₂S, lo cual los hace biodisponibles para los microrganismos, traduciéndose en la inhibición del proceso de oxidación del amonio presente en el suelo (^{Kraas et al., 2017}).

La naturaleza multifacética del suelo influye en el destino de los NM, principalmente en características como el pH y la fuerza iónica, debido a que la introducción de OH- afecta directamente el potencial Zeta en las NP.

Por otro lado, existen procesos fisicoquímicos que ocurren cuando los coloides migran en medios porosos, como la adsorción que implica adhesión, deposición y liberación. No obstante, son las propias características de los coloides las que dirigen su transporte en medios porosos, dependiendo del tamaño y la forma. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas, más fácil resulta su migración a través del medio poroso (^{Jiang et al., 2017}). ^{Wang et al. (2015)} estudiaron el transporte de nanopartículas de plata cubiertas de polivinilpirrolidona (AgNP-PVP) a través de tres tipos de suelo: franco arcilloso rojo (RS), franco arenoso fluvoácuico (FS), y, franco huangni (HS); utilizando la técnica de columnas saturadas de agua, evaluaron principalmente los efectos de los cationes Ca⁺² y K⁺ presentes en el suelo, con efecto acoplado de Ca⁺² con ácido húmico (AH), a concentraciones de 10 mg L^-1 de AgNP a una velocidad de Darcy de 0.182 cm min^-1. Los resultados indicaron que existe mayor retención de AgNP-PVP en presencia de Ca⁺² en comparación con K⁺, sin embargo, la presencia de ácido húmico debilitó la movilidad de las AgNP-PVP conforme el aumento de Ca⁺², efecto adjudicado a la formación de agregados (AH-Ca-AgNP-PVP), más aún, la movilidad de las nanopartículas se correlacionó positivamente con el pH. La movilidad de AgNP-PVP se mantuvo en el orden RS < FS < HS.

Efectos de los NM en el suelo

Los NM en el ecosistema del suelo interrumpen la arquitectura del suelo y las actividades rizosféricas, influyen de manera dinámica sobre las propiedades fisicoquímicas del suelo como el pH, la presencia de carbón orgánico disuelto, la disponibilidad de nutrientes y las actividades enzimáticas. En el caso de las NP de hierro, estas se han caracterizado por su capacidad redox. En particular, los óxidos de hierro tienden a hidratarse en el sistema acuoso del suelo, formando grupos Fe-OH que cubren la superficie de las partículas. Los óxidos de hierro hidratados presentan un carácter anfótero, es decir, son capaces de ionizarse, dependiendo del pH de la solución, de esta manera, los suelos tienden hacia la acidificación o alcalinización (^{Illés y Tombácz, 2006}). Las NP de Fe0 (nZVI) desempeñan un doble papel en el suelo al aumentar el carbón orgánico disponible, así como la disponibilidad del nitrógeno; por otra parte, las nanopartículas de Fe₃O₄ y Fe₂O₃ inducen una ligera acidificación y reducen la disponibilidad de nutrientes del suelo (^{Zhou et al., 2012}). Dentro de las interacciones con los componentes orgánicos del suelo, la materia orgánica disuelta tiene un papel importante en los procesos biogeoquímicos terrestres; sin embargo, por la presencia de grupos funcionales, tales como OH^-, cetonas, quinonas, carboxilos, metoxilos y aldehídos, tiende a adsorberse en la superficie de las nanopartículas de hierro, cuya tasa de adsorción varia de la siguiente manera: Fe₃O₄ > Fe₂O₃ > nZVI. Desde otro punto, esta adsorción de componentes orgánicos en la superficie de las NP de hierro es conocida como envejecimiento de los nanomateriales de hierro, donde la corrosión de nZVI se traduce en la presencia de Fe₃O₄, γ-Fe₂O₃ y α-FeOOH (^{Hui et al., 2021}).

En el caso de las NP de ZnO, se ha observado que afectan directamente el pH del suelo, en el entendido de que, el pH aumenta mientras que la disponibilidad del Zn disminuye, efecto que puede ser explicado por los procesos de absorción de iones en la fase sólida de los suelos, sobre todo de aquellos ricos en carbonatos. De esta manera, en los suelos donde el pH es bajo se incrementa su disponibilidad y, a su vez, se relaciona con bajo contenido de materia orgánica (^{Romero-Freire et al., 2017}), siendo las sustancias poliméricas extracelulares (SPE) un tipo de materia orgánica presente en el suelo, afectan directamente la agregación de NM, al exhibir cargas superficiales y grupos funcionales capaces de cambiar la interacción entre NM y partículas minerales del suelo, definiendo la heteroagregación. A fin de evaluar este efecto, ^{Zhao et al. (2022)} estudiaron la heteroagregación de las nanopartículas de CeO₂ a diferentes partículas minerales, como goethita (GO) y montmorillonita (ML) ante la presencia de SPE. Donde la superficie de la goethita es de carácter liso y contrariamente la superficie de la montmorillonita, que suele ser rugosa, lo que puede proporcionar mayor área de contacto. Los resultados indicaron que la adición de SPE logra inhibir la combinación CeO₂ y GO, al no detectar NP de CeO₂ en la superficie del mineral, mientras que, para la montmorillonita, la adición de SPE provocó agregados más aislados y pequeños, presentando el cambio morfológico de las heteroagregaciones en el sistema binario nanomaterial-mineral. Por ende, la presencia de SPE puede promover la migración de NP de CeO₂ en el ecosistema del suelo. Por otra parte, se ha observado el aumento significativo de titanio en suelos de textura arenosa y arenolimosa después de la adición de NP TiO₂, teniendo, estos suelos de textura gruesa, menor contenido de carbono orgánico y menor capacidad de intercambio catiónico, donde las NP de TiO₂ se muestran mayormente disponibles, contrario a los suelos con mayor contenido de arcilla, al tender a presentar un tamaño de poro más pequeño y un área de superficie más grande, lo cual aumenta tanto las interacciones electrostáticas, traduciéndose en menor transporte de los NM hacia a los lixiviados del suelo (^{Wang et al., 2016}). ^{Larue et al. (2018)} evaluaron el efecto de traslocación de las NP de TiO₂ dentro de un agroecosistema observando que en suelos con un contenido de arcilla superior al 6% junto con un contenido de materia orgánica superior al 1.5% conduce a un factor de translocación del suelo a las hojas de las plantas por debajo del 2.5% (es decir, por debajo de 13 mg Ti kg^-1 hojas secas), lo que sugiere un bajo riesgo de contaminación del cultivo de trigo evaluado.

Los NM y los organismos del suelo

Los atributos biológicos del suelo son quizás el aspecto más complejo y difícil de abordar desde la ecología de los suelos. La calidad del suelo se relaciona ampliamente con la microbiota que alberga, pues esta desempeña acciones que le permiten al suelo funcionar como un ecosistema vivo, capaz de sustentar las plantas (^{Stevens, 2018}). Por ello, la biota del suelo ha sido relegada al papel de “indicador” de la calidad de los suelos (^{Callaham y Stanturf, 2021}). El efecto negativo de los NM sobre los microrganismos benéficos del suelo aún no se ha descrito ni comprendido totalmente, por ser los efectos tan diversos como lo son los diseños y usos de estos materiales. Las NP metálicas se utilizan principalmente como agentes antimicrobianos en diversos giros industriales, en consecuencia, su ingreso al ecosistema del suelo puede llegar a generar cambios en la diversidad taxonómica (^{Abbas et al., 2020}). Estos cambios, presentes después de la acción potencial de los NM, se pueden evaluar en dos direcciones: la primera, hacia la diversidad funcional, es decir, la suma de los procesos ecológicos o la capacidad de utilizar diferentes sustratos, como el carbón mineral, y, en una segunda dirección, hacia la diversidad genética, en tres niveles: especie, número de especie y diversidad comunitaria (^{Griffiths et al., 2016}). Estudios previos han evaluado la sensibilidad de las bacterias y hongos ante la presencia de NP de Ag, dentro de un intervalo de exposición de 1 a 100 mg kg^-1, donde el filo bacteriano más abundante suele ser Protobacteria, con las clases Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria y Deltaproteobacteria, mientras que los hongos del filoAscomycota permanecen abundantes, contrariamente a la reducción que sufre el filo Oomycota. En cuanto a la funcionalidad, se ha observado que este NM produce la inhibición de la actividad deshidrogenasa a concentraciones de NP de Ag ≥ 1 mg kg⁻¹ (^{Macůrková et al., 2021}). Por otra parte, la presencia de NP de Ag en concentraciones de 20 mg g^-1 tiene un efecto nulo en cuanto a la población bacteriana, según los filos: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes y Firmicutes (^{Abdulsada et al., 2021}). En cuanto a las especies promotoras del crecimiento vegetal, tales como, Bacillus thuringiensis, Pseudomonas mosselii, Azotobacter chroococcum y Sinorhizobium meliloti se muestran tolerantes ante dosis de hasta 3,000 µg mL^-1 de NP de CuO, TiO₂ y Al₂O₃, no obstante, se manifiestan sensibles ante dosis menores a 1,500 µg mL^-1 de NP de Ag y ZnO (^{Ahmed et al., 2020}). A fin de estudiar el impacto de AgNP en protistas del suelo, se han evaluado las reacciones de Acanthamoeba, misma que presenta pérdida de la actividad metabólica ante dosis en el intervalo de 600 µg L^-1 a 20 mg L^-1 de NP de Ag (^{Grün et al., 2017}). Se ha reportado que la adición de NP de TiO₂ en suelos de textura arcillosa afecta directamente la respuesta de los taxones pertenecientes a Acidobacteria y Verrucomicrobia, asimismo, irrumpe en la actividad enzimática tras reducir la actividad de la deshidrogenasa (^{Zhai et al., 2021}). De manera contraria, se han encontrado unidades taxonómicas operativas (OTU) centrales promovidas por las altas concentraciones de TiO₂, tal es el caso de las OTU Planomicrobium, Exiguobacterium y Catellatospora, filos Firmucutes y Acidobacteria que podrían sobrevivir en condiciones contaminadas por un alto rendimiento de limo extracelular y sideróforos (^{Zhai et al., 2019}).

Los NM, las enzimas y los ciclos biogeoquímicos

Las enzimas del suelo son un componente intracelular y extracelular (cuando son liberadas) de los organismos del suelo. La evaluación de las enzimas en suelo ha demostrado potencial para la detección temprana de alteraciones dentro de los ciclos biogeoquímicos, claves en la ecología de los suelos (^{Peyrot et al., 2014}). Por caso, la ureasa, la fosfatasa y la β-glucosidasa son enzimas producidas por plantas y microrganismos de importancia primordial por su papel en los ciclos del C, N y P en varios ecosistemas del suelo. Donde la ureasa es una enzima extracelular sensible a la contaminación, usada como un indicador del estrés en ambientes hostiles para los microrganismos, principalmente aquellos involucrados en el ciclo del nitrógeno (^{Qian et al., 2016}). ^{Li et al. (2017)} han dado a conocer que un incremento en la concentración de NP de CeO₂ en el suelo presenta resultados negativos referidos a la actividad de la enzima ureasa, observándose un efecto de inhibición a concentraciones ≥100 mg kg^-1; contrariamente, se ha demostrado que la actividad de la fosfatasa incrementa en presencia de NP de CeO₂ (^{Li et al., 2017}). También, se ha observado que las NP de CuO tienden a disminuir las actividades de la peroxidasa y el polifenol oxidasa como efecto de la liberación de los iones de Cu, mismos que se conocen como catalizadores de la generación de ROS, lo cual resulta en estrés oxidativo de los microrganismos y, en consecuencia, disminuye la secreción de enzimas en el suelo (^{Qu et al., 2022}). Por lo anterior, se deduce que la reducción de la actividad enzimática es la respuesta esperada ante la presencia de unas sustancias sumamente tóxicas (^{Kim et al., 2011}).

Se sabe que la nitrificación es un proceso esencial, en la cual, las comunidades de bacterias nitrificantes han sido de utilidad para estudiar los efectos tóxicos de los NM. Las propiedades microbiológicas y bioquímicas del suelo, incluida la biomasa microbiana, bajo el análisis de concentraciones del C y N, la tasa de respiración basal, el cociente metabólico microbiana y las actividades enzimáticas son indicadores importantes de metabolismos microbiológicos, relacionados con el estrés ambiental (^{Xin et al., 2020}). Al respecto, ^{Nishu et al. (2020)} evaluaron la respuesta de las comunidades microbianas del suelo ante NP de ácido láctico -coglicólico (PLGA), con diferencia de carga positiva y negativa, observando que estas últimas tendían a presentar menor unión a las células bacterianas en comparación con las PLGA de carga positiva, más aún, el potencial Zeta de los NM no mostró impacto sobre la nitrificación. La oxidación del amoníaco y nitrito se inhibió más del 50% bajo concentraciones de 0.05 mg NM L^-1. Se ha reportado que la eutroficación en humedales es un estado que se intensifica cuando las NP de Au y Cu se combinan con el enriquecimiento de nutrientes, presentándose mayor floración de algas (^{Simonin et al., 2018}). Caso contrario, la presencia de NP de Ag en concentraciones >100 mg kg^-1 inhibe la actividad enzimática durante el ciclo del nitrógeno (^{Xiaohong et al., 2021}). La disminución de la mineralización del nitrógeno y el carbono también ha estado presente en tratamientos de suelo con NP de óxidos de hierro, donde las espinacas, como cultivo control, logran recuperar entre el 32 y 53% del nitrógeno aplicado (^{Kamran et al., 2020}), siendo la desnitrificación un proceso de biorreducción secuencial que mantiene el equilibrio del nitrógeno, proceso mayormente catalizado por cuatro enzimas: nitrato reductasa (NAR), nitrito reductasa (NIR), óxido nítrico reductasa (NOR) y óxido nitroso reductasa (NOS). Otros estudios han demostrado que, las NP de óxido de Cu a concentraciones de 10 y 100 mg kg^-1 no inhiben significativamente la desnitrificación, mientras que, con dosis superiores a ≥ 500 mg kg^-1 provocan un aumento de la acumulación de NO₃-, lo cual disminuye la tasa de emisión del N₂O (^{Zhao et al., 2020}).

Por otra parte, el ciclo biogeoquímico del azufre en el sistema del suelo está estrechamente relacionado con los procesos de migración de los metales pesados, resultando de interés estudiar su influencia en la migración de las NP de CuO depositadas en el suelo. Se ha observado también la formación de diversos compuestos de cobre en los coloides, predominando Cu₂S. ^{Sun et al. (2020)} observaron que la fertilización con azufre tuvo efecto en el potencial Z de los coloides al incrementar su valor en la región de la rizosfera, reportando coloides de Cu-Citraton en los poros del suelo. ^{Baysal y Saygin (2018)} estudiaron la disponibilidad de los oligoelementos en suelos tratados con NP ZnO bajo concentraciones de 0, 1.0 y 20 mg, observando diferentes respuestas según el elemento. El contenido de Al disminuyó en un 40% en la concentración de 20 mg de ZnO, por el contrario, la concentración de Ca incrementó, mientras que las concentraciones del Cu y el Fe disminuyeron. En este último, el efecto se correlacionó negativamente con el contenido de ZnO. La disponibilidad del Mg disminuyó aproximadamente en un 50% debido a un aumento en la concentración de iones de Zn y Ca en el suelo.

Los NM en la cadena trófica: interacciones suelo-planta-humanos

De acuerdo con ^{Cota-Sánchez et al. (2015)}, es y será difícil conocer el destino final de los NM manufacturados e incluso su comportamiento, debido, principalmente, a la falta de información acerca de los fenómenos y mecanismos involucrados en la cadena trófica o en cualquier vía de interacción entre el suelo, las plantas y los humanos, por ejemplo, en sistemas acuáticos o en agricultura. Los seres humanos se encuentran también expuestos de manera natural o inducida y no intencional, y probablemente hasta intencional; sin embargo, ese tipo de exposiciones no es el objetivo de esta sección. En diversas situaciones, a los NM se les considera como materiales peligrosos debido a trabajos que los han reportado con efectos adversos (^{Cota-Sánchez et al., 2015}; ^{Brown et al., 2001}), como es el caso de algunos polímeros, como el poliestireno a diferentes tamaños de partículas, al estudiar sus efectos. De acuerdo con ^{Brown et al. (2001)}, se reporta un incremento en la entrada de neutrófilos en el pulmón de las ratas después de una instilación de partículas de 64 nm en comparación con las NP de 202 y 535 nm (^{Brown et al., 2001}), esto se debe no solo al efecto del tamaño del material, sino, muy probablemente, al efecto de la naturaleza del material y sus propiedades; por un lado, es un material sintetizado, químicamente desconocido para la naturaleza de las células (corriendo siempre el riesgo de que estos materiales sean reconocidos como cuerpos extraños e invasores), y, por otro, son estudios en condiciones cerradas, esto es, se trata de un evento inducido y, en cierto grado, forzado para las células, de manera que carecen de la información completa como sistema para reconocer un cuerpo extraño como lo es un NM. En el caso de las NP metálicas, como Cu, ZnO y CeO₂, donde se tiene la preocupación de su acumulación o depósito en suelo, se especula que para el Cu (más del 95%) utilizado a nivel mundial, termina en ambientes como el suelo y sedimentos de cuerpos acuáticos en concentraciones de hasta 500 μg kg^-1, para el ZnO se estima en 16 μg kg^-1, y para el CeO₂, desde < 0.01 hasta 4.3 mg kg^-1 (^{Rajput et al., 2020}), sin mencionar que sean un verdadero problema para la salud o para la cadena trófica. ^{Rajput et al. (2020)} señalan que la acumulación de algunas NP puede alterar algunos procesos fisiológicos de las plantas y pueden afectar la integridad celular y subcelular de la organización de los organelos, modificación de proteínas, lípidos u ácidos nucleicos por la generación de radicales hidroxilos (^{Rajput et al., 2020}), no obstante, solo presentan asunciones como parte de una postulación de posibles efectos.

Las NP metálicas han sido ampliamente aplicadas en el uso de celdas solares, catálisis, semiconductores, tratamientos médicos, tratamiento de aguas residuales, y remediación ambiental por sus propiedades fisicoquímicas (^{Peng et al., 2020}). Según ^{Peng et al. (2020)}, se estimó una producción mundial de NP de óxidos metálicos en más de 260,000 toneladas. Por otro lado, se asume que la mayoría de las NP se pueden aglomerar en el suelo, liberar iones metálicos y ROS, que pueden ser absorbidas por las plantas suponiendo una potencial amenaza para la salud humana vía cadena trófica, según ^{Peng et al. (2020)}, y, citan que aplicar NP de ZnO y CuO al suelo promueve la acumulación de Zn y Cu en papa dulce, sin realmente mencionar los posibles efectos adversos para la salud.

Por otro lado, se han investigado los efectos de las NP con microplásticos (MP) en el crecimiento de las plantas y las comunidades de hongos micorrícicos arbusculares (HMA) en suelo adicionado con NP de ZnO, donde ^{Yang et al. (2021)} justifican que los micro plásticos y las NP han sido una preocupación ambiental a nivel mundial y que, sin embargo, poco se sabe de los sistemas suelo-planta. Ellos estudiaron los efectos de dos MP, polietileno de alta densidad (HDPE, no degradable) y ácido poliláctico (PLA, biodegradable) en el crecimiento del maíz y las comunidades de HMA del suelo enriquecido o no con NP de ZnO. Sus resultados mostraron que, tanto HDPE como bajas dosis de PLA promueven el crecimiento de las plantas de maíz, a diferencia de las altas dosis de PLA, que disminuyen significativamente el desarrollo de la parte aérea, desde el 16 al 40% y la biomasa de la raíz (20 a 50%), demostrando que a altas dosis de PLA se presenta una fuerte fitotoxicidad, mientras que las NP no mostraron efectos significativos en el crecimiento de las plantas, pero sí registraron acumulación de Zn en ellas. Con la presencia de los microplásticos, se incrementó la concentración de Zn en raíces, pero disminuyó la traslocación en la parte aérea. En cuanto a las comunidades de micorrizas, los micro plásticos y las NP de ZnO influyeron individual y conjuntamente en la composición y diversidad de la comunidad de hongos AM, en particular la abundancia relativa de los géneros dominantes. Con respecto al pH del suelo, este incrementó debido a la producción de ácido láctico por degradación de PLA, hecho que representa claramente efectos no previstos por quienes fabrican polímeros orgánicos, sin importar que sean biodegradables y a que llevasen a alterar un nicho ecológico favoreciendo bacterias u organismos degradadores de lactatos. ^{Yang et al. (2021)} concluyen que el incremento de MP y NP (como contaminantes) puede tener un importante impacto ecológico en las plantas, en la calidad de las mismas, y en la constitución y diversidad de las comunidades microbianas, siendo las consecuencias inciertas para los agroecosistemas.

El trabajo de ^{Wei et al. (2021)} revela la interacción y acumulación de Au, dos estructuras atómicas de oro, NPAu & Au⁺³, a diferentes concentraciones en interacción con plantas de mostaza y lechuga vía raíz. Los resultados fueron: a) las NP de Au se acumularon intactas, es decir, sin un cambio de estado de oxidación o algún otro tipo de transformación; b) ambas plantas, lechuga y mostaza, presentan una toma diferencial y los mecanismos de “bioacumulación” son diferentes, y, c) las eficiencias de acumulación para ambas plantas son diferentes para las dos diferentes formas alotrópicas del Au (NP e iónica), donde las plantas fueron más dadas a acumular la forma iónica que las NPAu. El estudio no revela o establece alguna hipótesis en cuanto a lo concerniente a la cadena trófica, pero aporta hechos que nos permiten ver los mecanismos de acumulación de las diferentes alotropías al adicionar un metal.

Bajo la asunción de la extendida o amplia exposición de ecosistemas acuáticos a las NP metálicas con impactos adversos en la salud humana como una colosal preocupación a nivel mundial, ^{Agayeva et al. (2020)} han estudiado la “bioacumulación” y localización de las NP de magnetita (Fe₃O₄) en los orgánulos celulares de la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss, Walbaum, 1792), donde las NP fueron asimiladas por Elodea (Elodea canadensis, planta acuática común de acuarios de agua dulce), que a su vez alimentó a caracoles (Melanopsis praemorsa, caracol de agua dulce) y estos a las truchas; como seguimiento de las NP como parte de una cadena trófica, se examinaron los intestinos e hígados por microscopía electrónica de transmisión y luz. Los resultados muestran que las NP se encontraron en el citoplasma y otros organelos de las células (mitocondrias y lisosomas) que fueron absorbidos a través de las vellosidades de las células epiteliales de la túnica mucosa del intestino y otras NP pasaron a través por los vasos de la lámina propia de la túnica mucosa, alcanzando los sinusoides del hígado a través del torrente sanguíneo, por lo que la acumulación fue en el endotelio de los sinusoides al citoplasma de los hepatocitos del hígado, también se registró acumulación en células epiteliales, las mitocondrias y los lisosomas, que de acuerdo con los autores, revela un grado de transparencia del patrón con ligera “indecisión” y aunque aseveran que contribuye en el entendimiento de los efectos fisiológicos de las NP de Fe₃O₄ en la trucha arcoíris, no se muestran evidencias de daños toxicológicos o algún otro tipo, debido a que es un estudio enfocado a determinar la acumulación de NP en condiciones determinadas; dado lo cual, ellos mismos proponen seguir las investigaciones sobre las vías de paso en la cadena trófica de estas NP e identificar los factores que influencian dichos mecanismos como para evitar tales “drásticas” preocupaciones de salud, como ellos afirman (^{Agayeva et al., 2020}). Incluso, con la información reportada sobre los beneficios y riesgos de los NM en los dos últimos años, se indica que la preocupación es latente, dado el número elevado de resultados contrastantes sobre plantas, organismos del suelo y los daños que pueden ocurrir en los humanos. En una revisión detallada que antecede el presente trabajo, realizado por nuestro grupo de investigación, demostramos que, de 182 artículos seleccionados (siguiendo la metodología Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis, PRISMA, por sus siglas en inglés), 73 artículos sobre plantas mostraron el 34.24% de efectos negativos y 43.83% efectos positivos. Además, de 58 y 51 artículos que evaluaron los efectos de NMs sobre la mesofauna y macrofauna del suelo, el 79.31% y el 54.9% de esos estudios, respectivamente, ocasionaron efectos dañinos en los organismos del suelo (^{Pérez-Hernández et al., 2021}).

Por lo anterior, en la literatura se encontrarán casos desde su toxicidad hasta efectos positivos y benéficos de los NM, esto podría tener una explicación, los estudios se realizan tomando partes del complejo universo al que pertenecen los NM y las NP, por lo cual no se han podido encajar en un modelo general por ahora. Otro importante factor es que la nano escala es un reto para poder dar seguimiento a estos materiales (NM y NP) para su análisis y monitoreo en tiempo real en cualquier sistema de estudio. Sin duda, la escala del tamaño también trae consigo cambios en las propiedades y características químicas, físicas, fisicoquímicas y biologías con respecto a las propiedades que presentan en masa los mismos materiales, lo que complica un reto en el modelo de entendimiento. Se requiere de una investigación más sistemática y multidisciplinaria en condiciones ecológicamente relevantes. Por lo que solo podemos hacer asunciones e hipótesis para experimentos de corto alcance.