Green Synthesis of Silver Nanoparticles Using Tagetes erecta Flower Extract: Structural Characterization and Dose-Dependent Antifungal Efficacy Against Fusarium oxysporum and Rhizoctonia solani of chickpea

En los trópicos semiáridos, donde el garbanzo es una fuente vital de proteínas para millones de personas, el cultivo se enfrenta a un enemigo silencioso y persistente bajo el suelo. Dos patógenos fúngicos, uno que causa una marchitez que drena la vida de la planta desde las raíces hacia arriba y otro que pudre el propio sistema radicular, pueden devastar campos enteros, aniquilando los rendimientos de los que los agricultores dependen para su sustento. Durante décadas, la solución han sido los fungicidas químicos, potentes compuestos sintéticos que matan a estos invasores pero conllevan sus propios costes pesados: pueden dejar residuos en el medio ambiente, dañar a organismos no objetivo y, eventualmente, perder su poder a medida que los hongos desarrollan resistencia a ellos. Esto ha impulsado a los científicos a buscar un tipo diferente de escudo, uno que trabaje con la naturaleza en lugar de contra ella. El campo de la síntesis verde ofrece un camino prometedor, utilizando la química natural que se encuentra en las plantas para construir partículas diminutas y poderosas llamadas nanopartículas. Estas no son los grandes granos de arena o polvo que vemos a simple vista, sino estructuras tan pequeñas que miles podrían caber en la cabeza de un alfiler. Cuando se fabrican con plata, estas partículas tienen la capacidad única de romper las paredes celulares de los hongos, deteniendo su crecimiento y reproducción. La pregunta que los investigadores se han estado haciendo es si una flor simple y común podría utilizarse para fabricar estos defensores microscópicos de manera lo suficientemente eficaz como para proteger un cultivo alimentario importante.

Un equipo de científicos de la Jawaharlal Nehru Krishi Vishwa Vidyalaya en la India se propuso responder a esto recurriendo al cempésuchil o flor de muerto, una flor de color naranja brillante conocida localmente como Tagetes erecta. No utilizaron maquinaria compleja ni productos químicos industriales agresivos para crearlas. En su lugar, tomaron flores frescas de cempésuchil, las picaron y las hirvieron en agua para crear un extracto sencillo similar a un té. Este líquido, rico en compuestos naturales como flavonoides y fenoles, se mezcló después con una solución de nitrato de plata. Casi de inmediato, la mezcla clara comenzó a cambiar de color, pasando de transparente a un marrón intenso. Este cambio visual fue la primera señal de que el extracto de la planta estaba haciendo su trabajo, actuando como un agente reductor para convertir los iones de plata en metal sólido y como un agente de recubrimiento para evitar que las nuevas partículas se agruparan. El resultado fue una suspensión de nanopartículas de plata, diminutas esferas de metal suspendidas en agua, listas para ser probadas.

Para comprender exactamente qué habían creado, los investigadores examinaron las partículas bajo potentes microscopios y con difracción de rayos X, una técnica que revela la disposición interna de los átomos. Descubrieron que las partículas eran, en efecto, cristalinas, con una estructura típica de la plata metálica, y midieron un tamaño promedio de unos 19 nanómetros. Aunque la mayoría de las partículas eran esféricas, no eran perfectamente uniformes; algunas eran ligeramente ovaladas y tendían a agruparse, envueltas en una fina capa del material orgánico vegetal que las había ayudado a crearse. Este recubrimiento es crucial, ya que estabiliza las partículas y probablemente ayuda a que interactúen con las células fúngicas. El análisis también reveló una pequeña cantidad de cloruro de plata mezclada con la plata, algo común cuando se utilizan extractos vegetales que contienen sales naturales, pero que no impidió la eficacia de las partículas.

Con las nanopartículas caracterizadas, el equipo pasó a la prueba real: ¿podrían detener a los hongos que plagan los campos de garbanzo? Comenzaron con un experimento controlado de laboratorio, colocando los hongos en placas de Petri que contenían un gel nutritivo mezclado con diferentes cantidades de las nanopartículas de plata. Probaron concentraciones de 50, 100 y 200 partes por millón. Los resultados fueron claros y consistentes: cuanto más añadían de nanopartículas, menos crecían los hongos. Con la dosis más baja, el crecimiento del hongo causante de la marchitez se redujo aproximadamente un 32 por ciento, mientras que el hongo de la podredumbre radicular fue frenado en casi un 42 por ciento. A medida que la concentración aumentó a 200 partes por millón, la inhibición fue mucho más fuerte, deteniendo casi el 70 por ciento del hongo de la marchitez y más del 77 por ciento de la podredumbre radicular. Para comparar, también probaron un fungicida comercial estándar llamado azoxistrobina, que es ampliamente utilizado por los agricultores. Aunque el fungicida químico fue ligeramente más eficaz en las dosis más altas, las nanopartículas de plata fabricadas con flores de cempésuchil funcionaron notablemente bien, logrando resultados estadísticamente muy cercanos al estándar químico.

Los investigadores llevaron entonces el experimento fuera del laboratorio y al invernadero, simulando las condiciones que enfrentaría un agricultor. Plantaron semillas de garbanzo en suelo que había sido infectado con los dos hongos y trataron las semillas con la solución de nanopartículas de plata antes de la siembra. También incluyeron un grupo de plantas sanas y un grupo tratado con el fungicida químico estándar. Después de sesenta días, midieron la salud de las plantas. Las plantas infectadas y no tratadas sufrieron una enfermedad grave, con la mayoría de las plantas mostrando signos de marchitez o podredumbre radicular. Sin embargo, las semillas tratadas con la solución de 200 partes por millón de nanopartículas de plata mostraron una mejora drástica. La severidad de la enfermedad de la marchitez se redujo en casi un 65 por ciento, y la podredumbre radicular se redujo en más del 72 por ciento. Estas reducciones fueron casi idénticas a las logradas por el fungicida químico a una dosis inferior, demostrando que las nanopartículas fabricadas con plantas podían proteger el cultivo en un entorno vivo, no solo en una placa de Petri.

Uno de los hallazgos más interesantes fue que los dos hongos no reaccionaron exactamente de la misma manera. El hongo de la podredumbre radicular, Rhizoctonia solani, fue consistentemente más sensible a las nanopartículas de plata que el hongo de la marchitez, Fusarium oxysporum. En cada concentración probada, el hongo de la podredumbre radicular fue frenado con mayor eficacia. Esto sugiere que la estructura de las paredes celulares fúngicas podría diferir de tal manera que hace que uno sea más fácil de penetrar o de alterar que el otro. Si bien el fungicida químico siguió siendo el tratamiento más eficaz en general, las nanopartículas de plata ofrecieron una alternativa convincente que se acercaba a su rendimiento sin los mismos riesgos de residuos ambientales o el potencial de que los hongos desarrollen resistencia. El estudio concluye que el uso de flores de cempésuchil para sintetizar nanopartículas de plata es una estrategia viable y sostenible para el manejo de estas enfermedades transmitidas por el suelo. Ofrece una forma de aprovechar el poder de la nanotecnología utilizando materiales que son fáciles de cultivar y procesar, proporcionando una herramienta potencial para que los agricultores protejan sus cultivos de garbanzo reduciendo su dependencia de los productos químicos sintéticos.