Selenium nanoparticles synthesized using the native Saudi Arabian succulent Aizoon canariense enhance salinity tolerance in maize and soybean

Nas regiões áridas e semiáridas do mundo, o solo frequentemente retém sal em excesso. Isso não é meramente uma questão de solo seco; é um desequilíbrio químico que dificulta o consumo de água pelas plantas. Quando a água no solo está muito salgada, as plantas lutam para absorver a umidade em suas raízes, de forma muito semelhante a uma pessoa tentando beber de um copo de água do mar. À medida que o sal se acumula, ele interrompe a delicada química interna da planta, substituindo nutrientes essenciais por íons tóxicos e danificando as minúsculas estruturas dentro das células que são responsáveis por transformar a luz solar em alimento. Para culturas como o milho e a soja, que são vitais para os suprimentos globais de alimentos, mas possuem apenas uma tolerância moderada ao sal, esse estresse pode retardar o crescimento, arruinar colheitas e deixar os campos estéreis. Cientistas há muito buscam maneiras de ajudar essas plantas a sobreviver a tais condições adversas sem recorrer a tratamentos de solo caros ou engenharia genética.

Uma equipe de pesquisadores na Arábia Saudita explorou recentemente uma abordagem diferente, recorrendo ao mundo natural em busca de uma solução. Eles se concentraram em um tipo específico de selênio, um mineral que as plantas podem usar em quantidades ínfimas para reforçar suas defesas, mas que se torna prejudicial se a dose for muito alta. Os pesquisadores imaginaram se poderiam criar uma versão especial e ultrafina deste mineral usando uma planta desértica local chamada Aizoon canariense. Esta suculenta, nativa da região, é conhecida por conter compostos naturais poderosos que podem agir como antioxidantes. Ao utilizar um extrato desta planta para transformar um sal de selênio comum em nanopartículas — partículas tão pequenas que são medidas em bilionésimos de metro — a equipe esperava criar um tratamento que fosse mais seguro e eficaz do que as formas químicas padrão. Eles testaram essa ideia em plantas de milho e soja que estavam sendo cultivadas em condições salinas, visando observar se esse tratamento de origem "verde" poderia ajudar as culturas a beber melhor, manter seus nutrientes e continuar crescendo apesar do estresse.

Os pesquisadores começaram coletando a suculenta do deserto e fervendo suas folhas e caules para criar um extrato líquido. Eles misturaram esse extrato com uma solução de selenito de sódio, uma forma comum de selênio, e observaram enquanto a mistura mudava de cor de um amarelo pálido para um vermelho tijolo profundo. Essa mudança sinalizou que o extrato da planta havia convertido com sucesso o selênio em nanopartículas. A equipe então caracterizou cuidadosamente essas novas partículas, confirmando que eram uniformes em tamanho e revestidas com os compostos naturais da planta. Com seu novo tratamento pronto, eles montaram um grande experimento em uma estufa. Eles cultivaram milho e soja em vasos, submetendo-os a diferentes níveis de estresse salino. Algumas plantas receberam nenhum sal, outras receberam sal moderado e outras receberam sal severo. Dentro de cada nível de sal, as plantas foram tratadas com diferentes quantidades das novas nanopartículas de selênio, variando de nenhuma até uma concentração específica de 1,0 miligrama por litro. Para garantir que os resultados fossem verdadeiramente devidos às nanopartículas e não apenas ao extrato da planta ou ao sal de selenito de sódio bruto, a equipe também incluiu grupos de plantas tratadas apenas com o extrato da planta ou com o sal de selenito de sódio padrão.

Os resultados mostraram que o estresse salino era, de fato, devastador para as culturas. Plantas expostas a altos níveis de sal cresceram muito menos, desenvolveram menos folhas e perderam mais da metade de seu peso seco total em comparação com plantas saudáveis. Seus níveis internos de água caíram, suas membranas celulares tornaram-se permeáveis e elas acumularam quantidades tóxicas de sódio enquanto perdiam nutrientes essenciais como o potássio. As plantas também sofreram danos oxidativos, um processo onde moléculas prejudiciais se acumulam dentro de suas células e começam a destruir seus tecidos. No entanto, a aplicação das nanopartículas de selênio alterou significamente o resultado. O tratamento funcionou de maneira dependente da dose, o que significa que a quantidade aplicada importava muito. A dose mais eficaz foi de 1,0 miligrama por litro. Nesta concentração, as nanopartículas ajudaram as plantas a se recuperar de forma notável. No milho severamente estressado, a massa seca total aumentou 46,0% em comparação com as plantas salinas não tratadas, e na soja, o aumento foi de 45,3%. As plantas não estavam apenas sobrevivendo; elas estavam prosperando.

Além de apenas crescerem mais, as plantas tratadas mostraram melhorias fisiológicas profundas. As nanopartículas ajudaram as culturas a reter água de forma mais eficaz, mantendo as folhas túrgidas e saudáveis mesmo quando o solo estava salino. Elas também fortaleceram as membranas celulares, prevenindo o vazamento de fluidos vitais e reduzindo o dano causado por íons tóxicos. Dentro das plantas, o tratamento agiu como um escudo contra o estresse oxidativo. Ele aumentou a atividade das enzimas antioxidantes naturais das plantas, que é a forma do corpo de limpar moléculas prejudiciais, e reduziu os níveis de compostos nocivos como o peróxido de hidrogênio e o malondialdeído. Essa proteção permitiu que as plantas mantivessem sua maquinaria fotossintética. As plantas tratadas mantiveram mais de sua clorofila verde, o pigmento essencial para capturar a luz solar, e foram capazes de realizar trocas gasosas com a atmosfera de forma muito mais eficiente do que suas contrapartes não tratadas. Consequentemente, elas puderam continuar a produzir alimento e energia apesar do ambiente hostil.

O estudo também revelou que as nanopartículas eram superiores aos outros tratamentos. Embora o extrato da planta sozinho e o selenito de sódio padrão tenham proporcionado alguma proteção, eles não foram nem de longe tão eficazes quanto a formulação de nanopartículas. O extrato sozinho melhorou o crescimento em apenas cerca de 12% sob estresse severo, e o sal padrão melhorou-o em aproximadamente 28%, enquanto as nanopartículas alcançaram mais de 45%. Isso sugere que as propriedades únicas das nanopartículas, provavelmente devido ao seu tamanho minúsculo e à maneira específica como o extrato da planta as revestiu, permitiram que elas interajam com as culturas de uma forma mais benéfica do que as matérias-primas puras. Os pesquisadores descobriram que as nanopartículas ajudaram as plantas a regular sua química interna, mantendo o sódio tóxico fora das folhas e garantindo que nutrientes essenciais como potássio, cálcio e magnésio permanecessem disponíveis. Esse equilíbrio foi crucial para que as plantas mantivessem sua estrutura e função.

Curiosamente, os pesquisadores observaram que aplicar excesso de selênio não era melhor. Quando aumentaram a dose para 1,5 miligramas por litro, os benefícios não melhoraram mais e, em alguns casos, foram ligeiramente inferiores ao nível de 1,0 mg/L. Isso confirma que, embora o selênio possa ser uma ferramenta poderosa para a tolerância ao estresse, ele deve ser usado com precisão, pois o excesso pode ser prejudicial. O estudo concluiu que as nanopartículas de selênio sintetizadas de forma verde, criadas usando a suculenta nativa da Arábia Saudita, oferecem um método promissor e dependente da concentração para aumentar a tolerância à salinidade em culturas principais. Ao coordenar a retenção de água, o equilíbrio de nutrientes e as defesas antioxidantes das plantas, essas nanopartículas ajudaram o milho e a soja a superar os efeitos prejudiciais do sal. Embora os achados sejam robustos dentro do ambiente controlado da estufa, os autores observam que pesquisas adicionais são necessárias para confirmar como essas nanopartículas se comportam em campos abertos e para entender exatamente como elas se movem através dos tecidos vegetais. Por ora, o trabalho serve como uma demonstração clara de que a nanotecnologia inspirada na natureza pode desempenhar um papel significativo na segurança da produção de alimentos em solos cada vez mais salinos.