Síntese e aplicação de nanopartículas de lignina contendo auxina vegetal como nanopriming de sementes visando uma agricultura sustentável

Abstract

Fatores abióticos e bióticos, atrelados às mudanças climáticas, têm sido uma preocupação crescente para a produção agrícola, uma vez que causam estresses no desenvolvimento das culturas e acabam inibindo o seu crescimento e produtividade. Essas condições adversas, como secas, temperaturas extremas e a ocorrência de pragas, estão se tornando mais frequentes e severas, tornando necessária a busca por novas tecnologias que possam mitigar seus impactos. Nesse contexto, as nanopartículas têm atraído cada vez mais atenção no setor agrícola, devido ao seu potencial para melhorar a absorção de nutrientes pelas plantas, estimular o crescimento, aumentar a resistência a pragas e doenças, além de atuar na mitigação dos efeitos negativos das mudanças climáticas. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver nanopartículas orgânicas de lignina (NPsLig) contendo o sal de potássio de sódio do ácido indol-3-butírico (KAIB), para sua aplicação como nanopriming em sementes de alface (Lactuca sativa L. cv. Stella - Asteraceae). A lignina, sendo um polímero natural, oferece vantagens ambientais, como biodegradabilidade e disponibilidade, tornando esse tipo de nanopartículas uma solução sustentável. As nanopartículas foram preparadas pela metodologia de nanoprecipitação, e apresentaram distribuição de tamanho médio de 123 nm, sendo aplicadas em sementes de alface nas concentrações de 10, 20 e 40 µg/mL antes da germinação. Os resultados do experimento mostraram um aumento significativo na taxa de crescimento das sementes tratadas com as nanopartículas em comparação com o grupo controle. Em particular, as concentrações menores (10 e 20 µg/mL) apresentaram um crescimento radicular até 50 % superior ao controle, com diferenças estatisticamente significativas. Além disso, as plantas tratadas com NPsLig com e sem a auxina vegetal exibiram um aumento de 10 % nos índices de clorofilas totais em todas as concentrações testadas, indicando uma maior eficiência fotossintética. Outro aspecto relevante observado foi o aumento da resistência das culturas a estresses bióticos, especialmente em relação à incidência de fungos. As sementes tratadas com NPsLig, tanto com quanto sem o KAIB, apresentaram menor incidência de fungos em comparação ao controle. Esses resultados indicam que o uso das LigNPs não só promove o crescimento das plantas, mas também melhora sua defesa natural contra patógenos, reduzindo potencialmente a necessidade de outras aplicações químicas, como a de fungicidas. Portanto, este estudo sugere que as nanopartículas de lignina contendo KAIB podem ser uma ferramenta eficaz para promover uma agricultura mais sustentável, mesmo aplicando baixas doses deste produto. Essas nanopartículas, ao proporcionarem uma liberação gradual de ativos, têm o potencial de reduzir a dependência de insumos agrícolas convencionais, oferecendo uma abordagem ecológica para mitigar os desafios que o setor agrícola enfrenta devido às mudanças climáticas e à crescente demanda por produtividade.

Abiotic and biotic factors, linked to climate change, have become an increasing concern for agricultural production, as they cause stress during crop development and ultimately inhibit growth and productivity. These adverse conditions, such as droughts, extreme temperatures, and pest outbreaks, are becoming more frequent and severe, making it necessary to seek new technologies to mitigate their impacts. In this context, nanoparticles have been gaining increasing attention in the agricultural sector due to their potential to enhance nutrient uptake by plants, stimulate growth, increase resistance to pests and diseases, and mitigate the negative effects of climate change. This study aimed to develop organic lignin nanoparticles (LigNPs) containing the potassium-sodium salt of indole-3-butyric acid (KAIB) for their application as nanopriming in lettuce seeds (Lactuca sativa L. cv. Stella - Asteraceae). Lignin, being a natural polymer, offers environmental advantages such as biodegradability and availability, making these nanoparticles a sustainable solution. The nanoparticles were prepared using the nanoprecipitation method and showed an average size distribution of 123 nm. They were applied to lettuce seeds at concentrations of 10, 20, and 40 µg/mL before germination. Experimental results demonstrated a significant increase in the growth rate of seeds treated with the nanoparticles compared to the control group. Specifically, lower concentrations (10 and 20 µg/mL) showed root growth up to 50% higher than the control, with statistically significant differences. Additionally, plants treated with LigNPs, with and without the plant auxin, exhibited a 10% increase in total chlorophyll indices at all tested concentrations, indicating greater photosynthetic efficiency Another noteworthy aspect observed was the increased resistance of the crops to biotic stress, particularly fungal incidence. Seeds treated with LigNPs, both with and without KAIB, showed lower fungal incidence compared to the control. These results indicate that the use of LigNPs not only promotes plant growth but also enhances their natural defense against pathogens, potentially reducing the need for other chemical applications, such as fungicides. Therefore, this study suggests that lignin nanoparticles containing KAIB can be an effective tool for promoting more sustainable agriculture, even at low doses of the product. By providing a gradual release of active compounds, these nanoparticles have the potential to reduce dependency on conventional agricultural inputs, offering an ecological approach to mitigating the challenges faced by the agricultural sector due to climate change and the growing demand for productivity.