Selenium nanoparticles as slow-release fertilizers for mustard plants

El selenio es un nutriente diminuto que desempeña un papel masivo en la salud humana, actuando como un ayudante vital para la reproducción, la función muscular y la defensa del cuerpo contra el daño. Sin embargo, a pesar de su importancia, millones de personas en todo el mundo no reciben suficiente cantidad debido a que el suelo de sus regiones carece de este elemento. Los agricultores han intentado solucionar esto durante mucho tiempo añadiendo selenio al terreno, pero la forma tradicional de hacerlo es profundamente defectuosa. Las sales químicas comunes utilizadas para este propósito se disuelven instantáneamente en el agua. Cuando llueve o cuando se irrigan los campos, estas sales se lavan antes de que las plantas puedan utilizarlas, llevando el nutriente hacia los ríos y las aguas subterráneas donde puede dañar la fauna. Esto deja el suelo agotado y el medio ambiente contaminado, creando un ciclo en el que el fertilizante no logra alimentar a los cultivos ni a las personas que los consumen.

Investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Delhi y del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf en Alemania han explorado un camino diferente, uno que convierte un producto de desecho tóxico en una fuente de alimento de liberación lenta para las plantas. En lugar de utilizar productos químicos disueltos, utilizaron organismos microscópicos para construir pequeñas esferas sólidas de selenio. Estas esferas, conocidas como nanopartículas biogénicas, no son solo selenio puro; están envueltas en un recubrimiento natural de proteínas y azúcares producidos por los microbios que las crearon. Esta capa exterior actúa como una cáscara protectora, manteniendo el selenio en su interior y liberándolo lentamente con el tiempo, de forma muy similar a una cápsula de liberación prolongada. El equipo probó si estas esferas creadas por seres vivos podían permanecer en el suelo el tiempo suficiente para ser consumidas por plantas de mostaza, un cultivo de crecimiento rápido que se utiliza a menudo para estudiar cómo las plantas absorben nutrientes.

Para ver si esta idea funcionaba, los científicos primero crearon estas esferas de selenio utilizando dos tipos diferentes de microbios: una bacteria común llamada E. coli y una mezcla de microbios encontrados en el lodo de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Limpiaron cuidadosamente las partículas resultantes para asegurar que fueran puras y examinaron su estructura. Descubrieron que las esferas fabricadas por E. coli eran más pequeñas, mientras que las de los microbios del lodo eran más grandes, pero ambas estaban cubiertas por el recubrimiento biológico protector que les otorga sus propiedades únicas. Los investigadores colocaron estas partículas en macetas con tierra y las regaron regularmente, imitando un entorno agrícola real. Compararon cuánto selenio se lavaba del suelo al utilizar estas nuevas partículas frente a las sales químicas tradicionales de disolución rápida.

Los resultados fueron impactantes. Cuando el equipo utilizó las sales tradicionales, la gran mayoría del selenio —más del 60 por ciento para un tipo y más del 86 por ciento para el otro— se lavó del suelo y pasó al agua en un plazo de ocho semanas. En marcado contraste, las esferas de selenio se quedaron en su lugar. Las partículas fabricadas por E. coli retuvieron el 96.7 por ciento del selenio en el suelo, mientras que las fabricadas a partir del lodo retuvieron el 91.7 por ciento. El recubrimiento protector logró ralentizar la liberación, evitando que el nutriente se perdiera en el medio ambiente. Esto significó que el selenio permaneció disponible en la tierra para que las plantas lo encontraran, en lugar de desaparecer por el drenaje.

El equipo cultivó entonces plantas de mostaza de la India en estas macetas para ver si las plantas podían realmente "comer" el selenio de estas esferas de liberación lenta. Después de ocho semanas, las plantas habían crecido significativamente más altas y desarrollaron raíces más largas en comparación con aquellas cultivadas sin selenio. Más importante aún, las plantas absorbieron con éxito el selenio de las esferas. Las plantas de mostaza absorbieron aproximadamente el 28 por ciento del selenio proporcionado por las esferas de E. coli y cerca del 24 por ciento de las esferas fabricadas con lodo. Si bien las sales químicas tradicionales se absorbían rápidamente, también se lavaban demasiado rápido para ser plenamente utilizadas. Las esferas, sin embargo, proporcionaron un suministro constante que las plantas pudieron acceder a lo largo del tiempo. El estudio demostró que el selenio no solo se quedó estancado en las raíces, sino que se desplazó hacia los brotes y las hojas, que es donde sería más útil para el consumo humano si estas plantas se cultivaran como alimento.

Este trabajo sugiere que el uso de microbios para crear esferas de selenio podría ser una herramienta poderosa para la agricultura. Ofrece una forma de fertilizar los cultivos sin el pesado costo ambiental de la escorrentía, manteniendo el nutriente en el suelo donde pertenece. Los investigadores señalaron que estas esferas son menos tóxicas que las alternativas químicas y podrían producirse de forma económica utilizando materiales de desecho. Al convertir un potencial contaminante en una fuente constante de nutrición, este enfoque aborda tanto el problema de la deficiencia de selenio en los humanos como el problema de la contaminación por selenio en las vías fluviales. El estudio no afirma haber resuelto la crisis alimentaria mundial, pero proporciona una demostración clara y medida de que estas partículas creadas por seres vivos pueden permanecer en el suelo y alimentar a las plantas de manera efectiva, ofreciendo una alternativa prometedora a los viejos y derrochadores métodos de fertilización.