Introducción

El girasol (Helianthus annuus L.) es originario del norte de América y se cultiva principalmente para la producción de semillas (^{Yegorov et al. 2019}) usadas como botanas, ensaladas y para la producción de aceite; son fuente importante de lípidos insaturados, proteínas, antioxidantes como la vitamina E, folatos, niacina, fitonutrientes, calcio, cobre, hierro, manganeso, fósforo, selenio, magnesio y zinc (^{USDA 2020}, ^{Khurana y Singh 2021}). A nivel mundial el girasol es una de las cuatro oleaginosas más importantes por volumen de producción de aceite junto con la soya (Glicine max), la palma (Elaeis guineensis) y la colza (Brassica napus) (^{Khurana y Singh 2021}). El aceite de girasol es utilizado principalmente para cocinar y como materia prima en la industria de los alimentos, para la elaboración de margarinas, mantequilla, pan y aperitivos (^{Adeleke et al. 2020}).

En México para el año 2024 el girasol se cultivó en 5 821 ha que produjeron 5 344 t, esta producción cubre alrededor del 8.1% del requerimiento nacional, que es completado con importaciones principalmente de Estados Unidos (47%), Argentina (35%) y Bulgaria (8.3%) (^{SE 2024}, ^{SIAP 2024}). Esto hace dependiente a México de la producción extranjera, por lo que es necesario buscar alternativas para fomentar su producción nacional y satisfacer la demanda creciente de esta oleaginosa, debido al aumento poblacional (^{FAO 2017}), en un contexto de agotamiento de suelos, agua y la fertilidad del suelo (^{Ditta et al. 2015}). Actualmente el rendimiento de girasol en México es de 0.92 t ha^-1 (^{SIAP 2024}), que podría incrementarse y hacer al cultivo más rentable y favorecer su producción. Dentro de las alternativas para mejorar la producción agrícola destaca la nutrición, que se suministra principalmente mediante fertilizantes inorgánicos, los cuales presentan bioconversión, volatilización y lixiviación, y tienen eficiencias de utilización del 10 al 60%, con el consecuente aumento en los costos de producción (^{Chhipa 2017}, ^{Zulfiqar et al. 2019}) e impacto negativo en el ambiente, ya que contribuyen a la eutrofización y acidificación del agua, degradación y salinización de los suelos y emisión de gases con efecto invernadero (^{Skowroñska y Filipek 2014}).

Esto hace necesario buscar alternativas más eficientes y con menor impacto ambiental (^{FAO 2017}, ^{Zulfiqar et al. 2019}). En este sentido, la nanotecnología que se basa en el uso de materiales con tamaños de partículas de hasta 100 nm (^{Chhipa et al. 2017}) está surgiendo como una alternativa que podría complementar la nutrición vegetal y representa pocos riesgos ambientales por las bajas dosis de aplicación que reducen la posibilidad de acumulación en el ecosistema (^{Atanda et al. 2025}).

Existen nanopartículas de Au, CeO₂, TiO, SiO₂, y de nutrientes esenciales en la nutrición vegetal como el CuO, FeO y ZnO (^{Chhipa et al. 2017}). El Cu es componente y activador de enzimas principalmente la superóxico dismutasa (SOD) y constituyente de la plastocianina. El Fe es componente de enzimas y es importante en la transferencia de electrones (reacciones redox) como en los citocromos y en las cadenas transportadoras de electrones, interviene en procesos como la fotosíntesis, respiración, reducción del nitrato y sulfatos, el Zn es componente esencial y activador de enzimas necesario en la biosíntesis de clorofila y ácido indolacético; necesario también en la síntesis de proteínas (^{Alcántar-González et al. 2016}). Las plantas presentan deficiencias de estos micronutrientes en suelos con textura gruesa, pH alcalinos y pobres en materia orgánica (^{Wang et al. 2022}).

En aplicaciones foliares de nanopartículas, se ha encontrado que las plantas pueden aumentar la eficiencia de absorción, como consecuencia de su pequeño tamaño, mayor solubilidad y adsorción (^{Morales-Díaz et al. 2017}, ^{Zulfiqar et al. 2019}). Se han realizado estudios de aplicación individual de nanopartículas, principalmente de Zn, Cu y Fe a las dosis desde 5 hasta 1 000 mg kg^-1, con variación en la respuesta de las plantas en función del tipo de nanopartícula y la dosis. Pero en la mayoría de los casos se han encontrado efectos benéficos, por el incremento en el contenido de clorofilas (^{Parveen et al. 2016}, ^{Faizan et al. 2019}, ^{Singh et al. 2024}), en la tasa fotosintética y en el rendimiento agronómico (^{Seleiman et al. 2020}, ^{Ahmed et al. 2021}). Así mismo, existe evidencia que indica un efecto mayor en el rendimiento agrícola cuando se suministra de forma conjunta y foliar el Zn+Fe+Cu como nanopartículas (^{Olivarez-Rodríguez et al. 2024}). En el cultivo de girasol son escasos los estudios al respecto, por lo que se planteó como objetivo determinar el efecto de la aplicación foliar conjunta de nanopartículas de Zn+Fe+Cu a distintas dosis y número de aplicaciones sobre la producción de girasol aceitero.

Materiales y métodos

Resultados

Ninguno de los tratamientos tuvieron cambios estadísticos significativos en la altura de la planta ni en la cantidad de hojas por planta, pero de manera general, la aplicación de nanopartículas favoreció el aumento del diámetro del tallo de las plantas de girasol desde 10 hasta 27%. Las plantas que presentaron el diámetro de tallo mayor fueron a las que se suministraron cuatro veces las nanopartículas a la dosis de 20 mg kg^-1, al presentar tallos 0.65 cm más gruesos (Tabla 2).

La aplicación de las nanopartículas Zn+Fe+Cu con la mayoría de los tratamientos favorecieron el aumento en el rendimiento de grano de girasol a acepción del suministro a la dosis de 10 mg kg^-1 en dos aplicaciones, tratamiento con el que las plantas presentaron similar rendimiento de grano que las plantas del testigo absoluto. El suministro conjunto de nanopartículas cada una a 20 mg kg^-1 fue más efectivo para aumentar el rendimiento de grano en comparación con la dosis de 10 mg kg^-1. El incremento en el rendimiento de grano no fue proporcional al número de aplicaciones, ya que, con cuatro y seis aplicaciones para una misma dosis, las plantas presentaron similar rendimiento de grano. Aunque, el suministro foliar de las nanopartículas a la dosis de 20 mg kg^-1 en cuatro y seis aplicaciones logró los incrementos mayores en el rendimiento de grano, que fueron de 35 y 28%, respectivamente; en comparación con las plantas del testigo absoluto sin aplicación. Por lo que, con 20 mg kg^-1 suministradas cuatro veces es el tratamiento más apropiado para favorecer más la producción de girasol con un gasto de producto de $2 160 ha^-1 (Figura 1).

Figura 1 Rendimiento de grano (RG) de girasol con aplicación de nanopartículas a distintas concentraciones y número de aplicaciones. DMSH_0.05 = diferencia mínima significativa honesta. A = número de aplicaciones, D = dosis en mg kg^-1. 

Además de la respuesta positiva del suministro de nanopartículas sobre el rendimiento de grano, también con la mayoría de los tratamientos de nanopartículas las plantas aumentaron el área del capítulo, el peso del receptáculo, el índice de cosecha y la biomasa total. A excepción del tratamiento de 10 mg kg^-1 suministradas dos veces, con todos los otros tratamientos las plantas lograron capítulos de mayores áreas. Con relación al peso del capítulo, fue con 10 mg kg^-1 suministradas en dos y seis aplicaciones los tratamientos con los que las plantas presentaron similares valores respecto a las plantas del testigo sin aplicación, mientras que con todos los otros tratamientos se mejoró está variable de respuesta. Así mismo, similar índice de cosecha respecto al testigo se registró con 10 y 20 mg kg^-1, ambas dosis en dos aplicaciones. Mientras que las plantas que presentaron aumentos significativos en la biomasa total fueron las que recibieron 20 mg kg^-1 en cualquier número de aplicaciones (Tabla 3).

Por lo que el mayor rendimiento de grano en las plantas con suministro de 20 mg kg^-1 en cuatro y seis aplicaciones fue consecuencia de que produjeron los capítulos con mayor área y peso. Así mismo, estas plantas presentaron de los mayores índices de cosecha y biomasa total (Tabla 3). A pesar de que la altura de la planta no se incrementó, ni tampoco el número de hojas, pero si se mejoró el diámetro del tallo, lo que pudo haber contribuido al vigor de la planta con la aplicación de las nanopartículas (Tabla 2).

Discusión

La respuesta positiva de la aplicación de nanopartículas de Zu+Cu+Fe se puede atribuir a que son micronutrientes esenciales de las plantas, requeridos a concentraciones aproximadas de 100 mg kg^-1, necesarios para procesos metabólicos principalmente como nutrientes funcionales y que en tamaño de nanopartículas mejoran su biodisponibilidad y aumentar el aprovechamiento por las plantas (^{Morales-Díaz et al. 2017}). Su pequeño tamaño (<100 nm) incrementa su eficiencia para entrar y translocarse en la planta, debido a su gran relación superficie por volumen en comparación con las fuentes convencionales (fertilizantes) ampliamente utilizados. Las nanopartículas ingresan al espacio intercelular vía apoplasto y se mueven desde la epidermis a la endodermis, donde se cumulan uniformemente y forman agregados (^{Ahmed et al. 2021}). También se propone la unión de las nanopartículas con proteínas transportadoras útil para la internalización celular lo que facilita el movimiento a través de los canales iónicos, acuaporinas y endocitosis (^{Rico et al. 2011}).

Se consideran a los materiales en tamaño de nanopartícula más eficientes que las fuentes convencionales. Al respecto, la aplicación foliar de ZnO en tamaños mayores a las nanopartículas fue más limitado su aprovechamiento y traslocación en el cultivo de girasol (^{Li et al. 2019}) en comparación con el Zn en nanopartícula, esta última presentó mayor estabilidad y mejoró sus efectos positivos sobre las plantas, además reduce su toxicidad potencial (^{Šebesta et al. 2021}). Por lo que este estudio a pesar de que en seis aplicaciones se suministraron en total 120 mg kg^-1 de cada uno de los elementos, se lograron rendimientos de grano mayores a los de las plantas del testigo. Esta respuesta puede explicarse por las condiciones edáficas del sitio experimental, donde el suelo presentó un pH de 7.7, valor que de acuerdo con ^{Sturikova et al. (2018)} limita la disponibilidad de Zn, Cu y Fe. A ello se suman los bajos contenidos iniciales de estos micronutrientes en el suelo (0.67, 1.83 y 4.2 mg kg^-1 para Zn, Cu y Fe, respectivamente), y en el agua de riego (<0.05 mg L^-1). En este contexto, la aplicación foliar de las nanopartículas Zn, Cu y Fe resultó determinante para incrementar la producción de girasol.

El rendimiento de grano obtenido en las plantas con suministro de 20 mg kg^-1 de las tres nanopartículas en cuatro aplicaciones (3.61 t ha^-1), es superior al rendimiento máximo (3.5 t ha^-1) encontrado por ^{Arenas-Julio et al. (2021)} en girasol cultivar victoria establecido bajo condiciones de lluvia estacional, con manejo de la nutrición con base en fertilización química y establecido en condiciones de clima árido con temperaturas máximas durante el ciclo del cultivo de 21 a 31 °C, que de acuerdo con ^{Escalante-Estrada et al. (2015)} son temperaturas más apropiadas para el girasol que las del presente estudio. También, ^{Arenas-Julio et al. (2021)} registraron ciclo de cultivo de 130 días con 100 kg ha^-1 de N. Mientras que, en este estudio, las temperaturas máximas ocurridas en el sitio de estudio variaron de 35.4 a 38.6 °C, el ciclo del cultivo fue de 67 días y se suministraron solo 80 kg ha^-1 de N. Esto indica que las nanopartículas pueden ser una opción adecuada para lograr aumentar el rendimiento de grano de girasol aun en condiciones de temperaturas elevadas, por arriba de las temperaturas recomendadas para el cultivo de girasol, con ciclos de cultivo cortos y menor aporte de fertilización nitrogenada. Sobre lo mismo, ^{Morales-Díaz et al. (2017)} reportan que elementos químicos como Zn incrementan la expresión génica relacionada con tolerancia al estrés. Lo anterior, puede explicar que bajo condiciones de temperaturas elevadas que en algunos días alcanzaron los 40 °C, el aporte conjunto de nanopartículas pudo haber contribuido a la reducción del estrés en la planta, disminuyendo el gasto de energía, incrementando la fotosintética y, en consecuencia, mejorando el rendimiento de grano. Resultados positivos de la aplicación de nanopartículas de Zu, Fe y Cu también se han encontrado en cultivos de diversas familias como las solanáceas, gramíneas, aliáceas y cucurbitáceas con dosis desde 5 hasta 1 100 mg kg^-1 en función del cultivo (^{Zulfiqar et al. 2019}) aunque en todos estos estudios las nanopartículas fueron evaluadas de forma individual, lo que puede explicar la respuesta que en algunas ocasiones ocurren con dosis altas como en leguminosas que requirieron 1 100 mg kg^-1 de Fe para lograr la mejor respuesta en el rendimiento de grano (^{Palchoudhury et al. 2018}). En este estudio fue menor la dosis de Fe suministrada y mostró mejoras en la producción, pero fue acompañado con el Cu y Zn en todas las aplicaciones, lo que pudo potencializar la respuesta como se evidenció también en tomate (Solanum lycopersicum L.) por ^{Olivarez-Rodríguez et al. (2024)}, quienes, con el suministro individual de nanopartículas de Zn, Cu, Fe aplicadas a 10 mg kg^-1 no encontraron mejora en el rendimiento. Pero al suministrar de forma conjunta estos tres nutrientes lograron mejorar el rendimiento, reportando que con la aplicación de nanopartículas de Zn+Cu+Fe en dosis de 10 mg kg^-1 con siete aplicaciones incrementaron un 68% el rendimiento de fruto, que fue mayor al aumento en el rendimiento de grano de girasol de 18% cuando se aplicaron las tres nanopartículas a 10 mg kg^-1 con seis aplicaciones, y con la dosis de 20 mg kg^-1 en cuatro aplicaciones, lo que indica diferencias en requerimiento y respuesta entre especies de plantas.

Por otra parte, el rendimiento de grano obtenido con la aplicación de 10 mg kg^-1 de nanopartículas en cuatro y seis aplicaciones y 20 mg kg^-1 en cualquier número de aplicaciones evaluado superan al rendimiento de grano promedio nacional del 235 al 292% que, de acuerdo con el ^{SIAP (2024)} es de 0.92 t ha^-1, esto indica que la aplicación de nanopartículas son una alternativa eficaz para mejorar el rendimiento y hacer más atractiva la siembra de este cultivo y con ello contribuir a reducir en México el déficit de oleaginosas.

Conclusiones

Con 10 mg kg^-1 de nanopartículas de Zn+Fe+Cu en cuatro y seis aplicaciones, así como con 20 mg kg^-1 en dos, cuatro y seis aplicaciones, se incrementa el rendimiento de grano, área y peso del capítulo del girasol. El suministro de nanopartículas también mejoró el diámetro del tallo, el índice de cosecha y la biomasa total de girasol, principalmente con la dosis alta. El suministro foliar de 20 mg kg^-1 de nanopartículas en cuatro aplicaciones generó el mayor rendimiento de grano, e incrementos en el diámetro del tallo, área foliar, peso de capítulo, índice de cosecha y biomasa total. Por lo que es una alternativa para mejorar la producción de este cultivo.