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Introducción
El desarrollo de insumos agrícolas basados en nanomateriales, como nanofertilizantes y nanopesticidas ofrecen un gran potencial para mejorar la administración de insumos agrícolas suprimiendo la actividad patógena, mejorando el rendimiento y la calidad de los cultivos. Las NPsAg actualmente se incorporan a diversos productos de consumo, como textiles, cosméticos, pinturas y envases de alimentos (Zhang et al., 2019). Actualmente, el sector agrícola debe producir de manera más factible económicamente y con el menor impacto ambiental siendo la nanotecnología una alternativa en la agricultura sostenible (Singh et al., 2020).
Ciertos reportes destacan que, las nanopartículas biosintetizadas presentan un menor nivel de toxicidad que, las nanopartículas sintetizadas por métodos químicos debido a la estabilidad que muestran con compuestos orgánicos reduciendo así, los residuos tóxicos tanto en su síntesis como en su aplicación agronómica (Sadak, 2019). Las plantas superiores emplean las propiedades químicas de las NPsAg para la catálisis de reacciones claves, como centros activos de muchas enzimas o para mantener la estructura proteínica, por lo que son requeridas en cantidades mínimas para un buen metabolismo celular (Adisa et al., 2019).
En aspectos de nutrición vegetal el proceso de acceso sucede cuando las NPsAg se encuentran potencialmente biodisponibles a nivel de raíz, a su vez, la absorción ocurre cuando las NPsAg atraviesan la membrana celular y así también, el transporte de dichas nanopartículas de plata ocurre en los sistemas vasculares; es decir, a nivel de xilema y floema y finalmente, la asimilación es cuando las NPsAg se incorporan al metabolismo vegetal generando determinado efecto (Ur Rahim et al., 2021).
En un estudio en el cultivo de frijol de castilla (Vigna sinensis) y trigo (Triticum aestivum) se demostró que, la aplicación de 50 mg L-1 y 70 mg L-1 NPsAg respectivamente, aumentó el crecimiento y la biomasa, al estimular la actividad fisiológica, bioquímica y agronómica, por lo que, las NPsAg estimulan el crecimiento en diferentes cultivos (Yan y Chen, 2019).
Recientemente se investigó la actividad citotóxica y genotóxica en el cultivo de cebolla (Allium cepa) mediante el uso de NPsAg Bionag ArgovitTM donde, se evaluó en un rango de concentración de 5 a 100 µg ml-1; es decir, de 10 a 17 veces mayor que el utilizado para otras formulaciones de nanopartículas de plata con polivinilpirrolidona NPsAg-PVP en otros cultivos.
Se obtuvo como resultado que, no existió daño citotóxico ni genotóxico en las concentraciones evaluadas, destacando que, la relación metal-agente de recubrimiento juega un papel fundamental en esta respuesta y debe considerarse dentro de los parámetros fisicoquímicos clave para el diseño y fabricación de nanomateriales más seguros en la agricultura (Casillas-Figueroa et al., 2020).
En México, en el año 2022 la superficie destinada a la producción de este cultivo fue de 12 913 ha; es decir, aproximadamente el 1% de la superficie nacional con una producción de 578 141 t (SIAP, 2024). Por lo que es de suma importancia incrementar el rendimiento y las características nutricionales del fruto de fresa. Se han realizado trabajos de investigación limitados sobre los efectos de las NPsAg en el crecimiento de fresa. Esta investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de la aplicación de NPsAg vía foliar y vía raíz a dosis crecientes en el crecimiento de plantas de fresa (Fragaria x ananassa Duch.) cultivar Festival.
Materiales y métodos
El experimento se realizó en el campo agrícola experimental de la Universidad Autónoma Chapingo, Texcoco, Estado de México, durante los años 2022 y 2023. El campo agrícola experimental está ubicado en 19.4661° de latitud norte y -98.8538° de longitud oeste a una altitud de 2 250 m.
Nanopartículas de plata
Se utilizó la formulación comercial Bionag ArgovitTM de NPsAg (Centro de Investigación y producción vector-Vita, Novosibirsk, Rusia), que contienen 12 mg ml-1 de plata metálica y 188 mg ml-1 de PVP de 15-30 kD en agua, un contenido promedio de 20% NPsAg (200 mg L-1 NPsAg) con un diámetro promedio hidrodinámico de la plata metálica con PVP de 70 nm (Juárez-Moreno et al., 2016).
Material vegetal
Se emplearon plántulas de fresa cultivar Festival provenientes de Zamora, Michoacán, con características morfológicas iniciales de hojas (5), altura de planta (11.2 cm) y diámetro de corona (1.3 cm).
Manejo del experimento
Se emplearon bolsas de polietileno de 30 x 30 cm donde se utilizó como sustrato tezontle con una granulometría de 4 mm. La nutrición de las plantas se realizó con la solución nutritiva universal de Steiner (1984), la cual en forma completa está constituida por (en mol cm-3): 12 de NO3 - , 1 de H2PO4 - , 7 de SO4 -2, 7 K+, 9 de Ca+2 y 4 de Mg+2. El proceso de establecimiento de los experimentos de aplicación de NPsAg que fueron vía foliar y vía raíz se inició con la desinfección del sustrato tezontle con hipoclorito de sodio a una dosis de 40 ml L-1, sumergiendo el tezontle en la solución desinfectante por 60 minutos y después se extrajo dicho sustrato y se enjuagó con agua durante tres veces finalizando con su solarización durante tres días.
Posteriormente, se establecieron sistemas de riego por goteo para proseguir con el trasplante de plantas de fresa cultivar Festival que se realizó el 2 de septiembre de 2022. La distancia entre las plantas fue de 30 cm y entre bloques de 1 m colocando una malla sombra durante los primeros 15 días para alcanzar niveles de temperatura (18 °C) y humedad relativa (70 %). A los siete días después del trasplante se aplicó la solución nutritiva universal de Steiner a una concentración de 30% para contribuir a uniformizar las plantas de fresa.
A los 45 días después del trasplante se aplicó la solución nutritiva de Steiner a una concentración de 60%. A los 90 días después del trasplante en la etapa fenológica de fructificación, se aplicó la solución nutritiva de Steiner a una concentración de 100%. Las plantas de fresa se irrigaron tres veces por día durante 7 min por cada riego a lo largo del ciclo biológico del cultivo.
Aplicación de nanopartículas de plata
Los experimentos de aplicación de nanopartículas de plata vía foliar y vía raíz consistieron en cinco tratamientos cada uno que fueron 0, 40, 80, 120 y 160 mg L-1 y 0, 5, 10 15 y 20 mg L-1 NPsAg respectivamente, aplicados en ocho intervalos diferentes; es decir, a los 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 y 56 días después del trasplante. Las dosis aplicadas se seleccionaron después de una revisión exhaustiva de literatura de investigaciones previas sobre la aplicación de NPsAg en plantas.
Los tratamientos con las dosis más altas de los experimentos de aplicación de nanopartículas de plata vía foliar y vía raíz fueron 160 mg L-1 y 20 mg L-1 respectivamente y se seleccionaron teniendo en cuenta la toxicidad de los metales en plantas superiores (Rezvani et al., 2012).
Diseño experimental
Se utilizó un diseño experimental de bloques completamente al azar (DBCA), estableciendo cinco bloques con cinco tratamientos donde se ensayó cada tratamiento cuatro veces por experimento donde se diferenciaron por la forma de aplicación de NPsAg que fue vía foliar y vía raíz dando un total de 100 unidades experimentales por experimento. La unidad experimental fue una bolsa de polietileno negro 30 x 30 cm conteniendo una planta de fresa cultivar Festival.
Medición de rasgos morfológicos
Para los experimentos de aplicación de nanopartículas de plata vía foliar y vía raíz se seleccionaron al azar 25 plantas de cada experimento para la recolección de datos. Se marcaron cinco plantas por tratamiento de cada respectivo experimento para estimar crecimiento. A los 56 días después de la primera aplicación de NPsAg, se recopilaron datos para las siguientes variables de crecimiento.
Resultados y discusión
Variables de crecimiento mediante la aplicación de nanopartículas de plata vía foliar y vía raíz
La aplicación vía foliar y raíz de nanopartículas de plata influyó en las variables de crecimiento de fresa, por lo cual a continuación se presentan los resultados de las pruebas de comparación de medias (Cuadro 1 y 2 ).
Cuadro 1 Altura de planta (cm), diámetro de corona (cm), número de hojas, número de flores, número de frutos y número de estolones de fresa cultivar Festival, asperjadas con 0, 40, 80, 120 y 160 mg L-1 NPsAg Bionag ArgovitTM, a 56 días después del inicio de tratamientos vía foliar.
| Tto. de NPsAg (mg L-1) | Altura de planta (cm) | Diámetro de corona (cm) | Núm. de hojas | Núm. de flores | Núm. de frutos | Núm. de estolones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 17.5 ±0.8a | 1.8 ±0.1c | 10.8 ±0.6b | 6.9 ±1c | 6.7 ±0.7c | 1.6 ±0.3b |
| 40 | 18.4 ±0.1a | 1.9 ±0.1bc | 10.9 ±0.6b | 7.7 ±0.6ab | 8.6 ±0.4a | 2.1 ±0.3a |
| 80 | 18.2 ±1a | 1.9 ±0.2b | 12.6 ±1.1a | 7.3 ±0.6bc | 7.6 ±0.5b | 2.4 ±0.3a |
| 120 | 18.1 ±0.3a | 2.2 ±0.1a | 13 ±1.1 | 8.1 ±0.9a | 7.9 ±0.9ab | 2.2 ±0.4a |
| 160 | 18.1 ±0.8a | 2.0 ±0.1b | 11.6 ±0.6b | 8.2 ±0.4a | 7.8 ±0.4b | 2.1 ±0.4a |
| DMSH | 0.939 | 0.174 | 0.921 | 0.774 | 0.752 | 0.449 |
| R2 | 0.228 | 0.3 | 0.443 | 0.385 | 0.292 | 0.184 |
| CV | 8.255 | 13.997 | 12.447 | 16.139 | 15.502 | 34.04 |
Medias con letras diferentes en cada columna indican diferencias estadísticas entre tratamientos (Tukey, p≤ 0.05). NPsAg= nanopartículas de plata.
Cuadro 2 Altura de planta (cm), diámetro de corona (cm), número de hojas, número de flores, número de frutos y número de estolones de fresa cultivar Festival, asperjadas con 0, 5, 10, 15 y 20 mg L-1 NPsAg Bionag ArgovitTM, a 56 días después del inicio de tratamientos vía raíz.
| Tto. de NPsAg (mg L-1) | Altura de planta (cm) | Diámetro de corona (cm) | Núm. de hojas | Núm. de flores | Núm. de frutos | Núm. de estolones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 17.3 ±0.8c | 1.9 ±0.2a | 10.3 ±0.6b | 7.3 ±0.9b | 5.5 ±0.9b | 2 ±0.7b |
| 5 | 18.3 ±0.9b | 2.1 ±0.2a | 10.6 ±1.1b | 8.6 ±0.6a | 7.2 ±1.3a | 2.7 ±0.4a |
| 10 | 18.5 ±0.9b | 2.1 ±0.2a | 11.9 ±0.9a | 8.1 ±0.8ab | 7.1 ±1.1a | 3 ±0.3a |
| 15 | 19.4 ±0.5a | 2 ±0.2a | 11.1 ±1.2ab | 8.9 ±1.4a | 7 ±0.6a | 2.6 ±0.2a |
| 20 | 19.1 ±0.5ab | 2 ±0.1a | 11.1 ±0.6ab | 8 ±0.7ab | 7.2 ±1.3a | 2.8 ±0.2a |
| DMSH | 0.769 | 0.199 | 1.116 | 0.851 | 1.312 | 0.483 |
| R2 | 0.506 | 0.333 | 0.226 | 0.512 | 0.182 | 0.32 |
| CV | 6.611 | 15.538 | 16.13 | 16.506 | 30.796 | 29.26 |
Medias con letras diferentes en cada columna indican diferencias estadísticas entre tratamientos (Tukey, p≤ 0.05). NPsAg= nanopartículas de plata.
Altura de planta
La altura de planta no tuvo efecto mediante la aplicación vía foliar de 40, 80, 120 y 160 mg L-1 NPsAg con respecto al tratamiento testigo de 0 mg L-1 (Cuadro 1). Por otro lado, la altura de planta (19.38 cm) tuvo efecto a través de la aplicación vía raíz de 15 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en la altura de planta al aplicar vía raíz 5, 10 y 20 mg L-1 (Cuadro 2).
Al respecto, Rezvani et al. (2012) en azafrán (Crocus sativus) y Sadak (2019) en fenogreco (Trigonella foenum-graecum) encontraron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 40 mg L-1 acrecentaron la altura de plantas y mencionan que, las NPsAg actúan estimulando el incremento de los niveles del ácido indol-3-acético que es precursor de las auxinas y la disminución de los niveles del etileno.
Diámetro de corona
El tratamiento que generó mayor diámetro de corona (2.24 cm) fue la aplicación vía foliar de 120 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el diámetro de corona al aplicar vía foliar 0, 40, 80 y 160 mg L-1 (Cuadro 1). Por otra parte, el diámetro de corona no tuvo efecto mediante la aplicación vía raíz de 5, 10, 15 y 20 mg L-1 NPsAg con respecto al tratamiento testigo de 0 mg L-1 (Cuadro 2).
Incrementos en el diámetro de tallo (cm) fueron reportados por Gupta et al. (2018) en arroz (Oryza sativa), Das et al. (2018) en frijol (Phaseolus vulgaris), Byczyńska et al. (2019) en tulipán (Tulipa gesneriana L.) y Alkaç et al. (2022) en lilis hallaron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 40, 50, 100 y 50 mg L-1 respectivamente, aumentaron el diámetro de tallo.
Se destaca que, las NPsAg intervienen mediante múltiples vías de señalización hormonal optimizando el proceso de síntesis y translocación de carbohidratos y proteínas y a su vez, eficientizan el proceso de absorción del macroelemento nitrógeno que optimiza la síntesis de proteínas, específicamente de glicoproteínas que son componentes esenciales de la pared celular en plantas superiores.
Número de hojas
Las plantas que tuvieron mayor número de hojas (12.6 y 13) fueron aquellas tratadas con la aplicación vía foliar de 80 y 120 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el número de hojas al aplicar vía foliar 0, 40 y 160 mg L-1 (Cuadro 1). Ahora bien, el tratamiento que también generó mayor número de hojas (11.9) fue la aplicación vía raíz de 10 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el número de hojas al aplicar vía raíz 0, 5, 15 y 20 mg L-1 (Cuadro 2).
Aumentos en número de hojas fueron reportados por El-Batal et al. (2016) en frijol (Phaseolus vulgaris L.), Vinkovik et al. (2017) en chile pimiento (Capsicum annuum L.) y Sarmast y Salehi (2021) en tabaco (Nicotiana tabacum) descubrieron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 10, 0.01 y 50 mg L-1 respectivamente, acrecentaron el número de hojas recalcando que, las NPsAg aplicadas actúan como supresores de los genes y de las vías de señalización del etileno inhibiendo la absición de hojas y en consecuencia, se bioestimulan los genes y las vías de señalización de las auxinas y citocininas que estimulan la división celular.
Número de flores
El tratamiento que generó mayor número de flores (8.1 y 8.16) fue la aplicación foliar de 120 y 160 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el número de flores al aplicar vía foliar 0, 40 y 80 mg L-1 (Cuadro 1). Por otro lado, el número de flores (8.65 y 8.9) tuvo efecto también mediante la aplicación vía raíz de 5 y 15 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el número de flores al aplicar vía raíz 0, 10 y 20 mg L-1 (Cuadro 2).
Al respecto, Safa et al. (2015) en gerbera (Gerbera jamesonii cv. ‘Balance’) y Salachna et al. (2019) en lirios orientales (Lilium cv. Mona Lisa) detectaron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 10, 50 y 100 mg L-1 respectivamente, acrecentaron el número de flores por planta mencionando que, las NPsAg actúan como un tratamiento preventivo a la presencia de bacterias y hongos.
Así también, las NPsAg se correlacionan con la acumulación de proteínas asociadas al ciclo celular y al metabolismo de los carbohidratos y con cambios en la expresión de los genes involucrados en múltiples procesos celulares como la proliferación celular, la fotosíntesis y las vías de señalización de hormonas como las auxinas, el ácido abscísico y el etileno.
Número de frutos
El número de frutos (8.6) tuvo efecto a través de la aplicación vía foliar de 40 mg L-1 NPsAg. No hubo diferencias estadísticas significativas en el número de frutos al aplicar vía foliar 80, 120 y 160 mg L-1 (Cuadro 1). Por otra parte, el tratamiento que también generó mayor número de frutos (7.25, 7.1, 7.05 y 7.16) fue la aplicación vía raíz de 5, 10, 15 y 20 mg L-1 NPsAg con respecto al tratamiento testigo de 0 mg L-1 (Cuadro 2).
Incrementos en número de frutos fueron reportados por Shams et al. (2013) en pepino (Cucumis sativus cv. ‘Negeen’) y Younes y Nassef (2016) en jitomate (Solanum lycopersicum Mill.) hallaron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 300 y 10 mg L-1 acrecentaron el número de frutos por planta destacando que, las NPsAg intervienen activando la enzima superóxido dismutasa (SOD) que disminuye los niveles de estrés favoreciendo el óptimo crecimiento y desarrollo.
Asimismo, las NPsAg actúan aumentando la concentración del complejo de cisteína mediante la activación de la enzima sintetizadora de fitoquelatinas (gamma-glutamilcisteína dipeptidil transpeptidasa) haciendo más eficiente la protección de las células vivas, disminuyendo el estrés oxidativo y generando como resultado la optimización de la fotosíntesis y la respiración.
Número de estolones
Las plantas que tuvieron mayor número de estolones (2.1, 2.4, 2.25 y 2.1) fueron aquellas tratadas con la aplicación vía foliar de 40, 80, 120, y 160 mg L-1 con respecto al tratamiento testigo de 0 mg L-1 (Cuadro 1). Ahora bien, el tratamiento que también generó mayor número de estolones (2.75, 3, 2.6 y 2.79) fue la aplicación vía raíz de 5, 10, 15 y 20 mg L-1 NPsAg con respecto al tratamiento testigo de 0 mg L-1 (Cuadro 2).
Al respecto, Abbas y Abdulhussein (2021); Tung et al. (2021) en fresa (Fragaria x ananassa Duch.) encontraron que, aplicaciones de nanopartículas de plata de 10 mg L-1 acrecentaron el número de estolones mencionando que, las NPsAg conforme a su tamaño y forma se da la capacidad por parte de la planta superior para poder accesarlas, absorberlas, translocarlas y asimilarlas para activar diversos mecanismos enzimáticos implicados en procesos anabólicos y catabólicos como la fotosíntesis y respiración.
Así también, las NPsAg actúan inhibiendo la formación y actividad de etileno retrasando la senescencia mediante la supresión de la actividad de las enzimas hidrolíticas celulasas y pectinasas y en consecuencia, se bioestimula la síntesis de los reguladores de crecimiento auxinas y citocininas para la generación de nuevos brotes.
Conclusiones
Bajo los recientes reportes del presente trabajo de investigación y conforme al efecto de nanopartículas de plata, las aplicaciones de NPsAg vía foliar de 40 a 120 mg L-1 mejoraron considerablemente las variables de crecimiento diámetro de corona (cm), número de hojas, flores, frutos y estolones; de la misma manera, la aplicación de NPsAg vía raíz de 10 a 15 mg L-1 mejoraron las variables de crecimiento altura de plantas (cm), número de hojas, flores, frutos y estolones. Esto demuestra que las NPsAg pueden lograr un aumento en el rendimiento, disminuir los costos y el tiempo de producción de fresa cultivar Festival y ser una alternativa viable en la agricultura y en consecuencia, en la soberanía alimentaria de México.
