Novel polymeric nanoparticles as nanofertilisers for alkaline iron-deficient conditions

Resumo

A clorose por deficiência de ferro (IDC, do inglês “Iron deficiency chlorosis”) é uma condição nutricional que afeta negativamente a saúde das plantas e os rendimentos das culturas, particularmente nos solos alcalinos calcários, que correspondem a cerca de 30% de terras aráveis do mundo. Esta condição impede a absorção eficaz de ferro em culturas como a soja (Glycine max), levando à clorose e a uma diminuição no crescimento das plantas. Este estudo introduz uma nova intervenção com recurso à nanotecnologia, nomeadamente no uso de nanopartículas (NPs) carregadas com quelatos de ferro (III) de 3-hidroxi-4-piridinonas (3,4-HPO) para tratar a IDC, o que permitirá uma libertação controlada e sustentável de ferro, demonstrando eficácia na melhoria da saúde das plantas e no aumento do conteúdo em clorofila. Ao contrário dos quelatos de ferro tradicionais como o EDTA, que apresentam baixa biodegradabilidade e potenciais riscos ambientais, os quelatos de 3,4-HPO, como o Fe(mpp)3 e o Fe(dmpp)3, surgem como uma alternativa sustentável, mostrando uma maior biodisponibilidade de ferro com toxicidade mínima. A análise comparativa destaca a eficiência superior destes quelatos em relação aos tratamentos convencionais na prevenção dos sintomas da IDC, promovendo um crescimento de plantas mais verde e robusto, e uma maior acumulação de ferro. Foram desenvolvidas NPs inovadoras para a administração de fertilizantes, aproveitando a estrutura porosa das raízes e folhas das plantas à nanoescala, aumentando assim a absorção de nutrientes e a consequente correção da IDC. A investigação prosseguiu no sentido da produção, otimização e caracterização de NPs poliméricas marcadas com rodamina B. A sua absorção por plantas de soja foi avaliada, identificando as características mais favoráveis para o efeito esperado. Com base nestes estudos preliminares, a metodologia foi adaptada para encapsular os quelatos de ferro Fe(dmpp)3 e Fe(mpp)3 nas NPs. Estudos in vivo subsequentes utilizaram NPs de Fe(dmpp)3 para o tratamento de sementes, antes da sua inoculação no solo, evidenciando melhorias significativas no conteúdo em clorofila, nas taxas de crescimento e na biomassa em condições de deficiência de ferro. Além disso, foi realizada uma análise da expressão genética, que revelou que genes relacionados ao ferro foram regulados positivamente, apontando para um impacto molecular positivo do tratamento com NPs e melhorias no mecanismo da planta para o transporte e armazenamento de ferro. Os resultados indicam que as NPs carregadas com Fe(dmpp)3 não só aliviam a IDC, mas também apresentam uma potencial mudança de paradigma na indústria de fertilizantes, promovendo práticas agrícolas mais sustentáveis e eficientes. As implicações vão além do aumento dos rendimentos das culturas, sugerindo que tratamentos com NPs poderiam ser instrumentais no futuro da agricultura, integrando responsabilidade ambiental com uma maior produtividade.

Data de atribuição	25 jan. 2024
Idioma original	English
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Marta Vasconcelos (Supervisor) & Tânia Alexandra Fernandes de Sousa Moniz Abreu (Co-Orientador)