A agricultura enfrenta hoje um grande desafio: aumentar a produção de alimentos para atender à crescente demanda mundial, sem comprometer a preservação do meio ambiente e a qualidade dos alimentos. Para isso, é indispensável elevar sua eficiência produtiva.

Nesse cenário, a nanotecnologia na agricultura surge como uma aliada inovadora e promissora. Essa ciência utiliza partículas em escala microscópica – muito menores que um fio de cabelo – para criar soluções avançadas, como fertilizantes mais eficientes (nanofertilizantes) e pesticidas mais seguros (nanopesticidas), que tornam o campo mais produtivo e sustentável.

Quer entender quais os benefícios da nanotecnologia para o segmento agrícola? O que são nanosensores, nafertilizantes, nanopesticidas e quais as principais oportunidades de inovação e lucratividade que a nanotecnologia oferece para o desenvolvimento de bioprodutos?

Acompanhe este artigo e descubra!

O que é Nanotecnologia e qual sua aplicação na agricultura?

A nanotecnologia é uma área da ciência que estuda a manipulação de materiais em uma escala extremamente reduzida, conhecida como escala nanométrica, que vai de 1 a 100 nanômetros e que envolve a criação e o uso de nanopartículas com propriedades únicas devido ao seu tamanho.

Para se ter uma ideia de dimensão, um nanômetro é equivalente a um milímetro dividido por um milhão, ou seja, cerca de 100 mil vezes menor do que a espessura de um fio de cabelo humano.

Dentre as propriedades das nanopartículas podemos citar: maior reatividade química, maior resistência mecânica e capacidade de transportar nutrientes ou substânciasativas de forma mais eficiente.

Na agricultura, essas características tornam a nanotecnologia uma aliada poderosa, permitindo avanços como o desenvolvimento de:

• Nanofertilizantes: fertilizantes de liberação controlada que otimizam o uso de nutrientes, reduzindo perdas e impacto ambiental
• Nanopesticidas, nanoherbicidas e nanofungicidas: que utilizam doses menores de ingredientes ativos, diminuindo a contaminação do solo e da água;
• Nanosensores: dispositivos que monitoram estresses abióticos, como seca ou salinidade, em tempo real, auxiliando nas tomadas de decisão mais precisas.

As nanopartículas têm a capacidade de interagir com células vegetais em nível molecular, podendo alterar a expressão de genes relacionados às respostas como o estresse, por exemplo.

Elas são absorvidas pelas plantas, alterando características bioquímicas como fotossíntese, metabolismo de carboidratos e proteínas, atividade de enzimas antioxidantes, eliminação de radicais livres e modificações macromoleculares. Esses processos levam à melhoria da qualidade da cultura e à proteção contra diversos tipos de estresses.

Três categorias de Nanopartículas

As nanopartículas são partículas com pelo menos uma de suas dimensões inferior a 100 nanômetros (< 100 nm). Elas existem em várias formas e podem ser classificadas com base em sua composição, propriedades e potencial de aplicação. Com base em sua composição química, as nanopartículas podem ser classificadas em três categorias principais: orgânicas, à base de carbono e inorgânicas (Figura 1).

Nanopartículas orgânicas

As nanopartículas (NPs) orgânicas são compostas por materiais biodegradáveis, como proteínas, polissacarídeos, polímeros, lipídios e outras substâncias orgânicas.

Por serem biocompatíveis, são frequentemente usadas na agricultura para liberação controlada de substâncias ativas e redução de impactos ambientais.

Alguns dos principais exemplos:

• NPs Poliméricas: Feitas de materiais como quitosana e lipídios sólidos, são usadas para encapsular fertilizantes e pesticidas, garantindo liberação gradual e maior eficiência.
• NPs Lipídicas: Incluem lipossomos, estruturas que transportam compostos bioativos diretamente para os alvos, reduzindo perdas.

Aplicações práticas das nanopartículas orgânicas:

• Nanoencapsulados de fertilizantes para melhorar a absorção pelas plantas e evitar perdas no solo.
• Transporte eficiente de pesticidas bioativos, reduzindo a quantidade necessária de produto aplicado.

Nanopartículas Inorgânicas

Formadas por metais, óxidos metálicos ou cerâmicas, essas nanopartículas se destacam por suas propriedades antimicrobianas, resistência mecânica e eficiência na entrega de nutrientes (Figura 1).

Alguns dos principais exemplos:

• NPs Metálicas: Como nanopartículas de zinco, ferro e cobre, usadas para corrigir deficiências nutricionais em plantas.
• Óxidos Metálicos: Como ZnO (óxido de zinco) e TiO₂ (dióxido de titânio), que aumentam a tolerância das plantas a condições de estresse, como salinidade e seca.

Aplicações práticas das nanopartículas inorgânicas:

• Fertilizantes que aumentam a eficiência de uso de nutrientes, reduzindo perdas e custos.
• Proteção contra estresses abióticos, como seca ou toxicidade por salinidade.

Nanopartículas à Base de Carbono

Formadas exclusivamente por carbono em diferentes estruturas, essas nanopartículas possuem propriedades excepcionais de condução elétrica e mecânica, tornando-se ferramentas valiosas para a agricultura de precisão.

Alguns dos principais exemplos:

• Nanotubos de carbono: Estruturas tubulares que ajudam a estimular o crescimento radicular e melhoram a absorção de nutrientes.
• Pontos quânticos de carbono: Pequenas partículas usadas para monitoramento ambiental e detecção de condições adversas.

Aplicações práticas:

• Sensores para monitorar em tempo real a saúde das plantas e condições do solo.
• Estímulo ao crescimento radicular, aumentando a eficiência no uso de água e nutrientes.

Aplicações práticas da nanotecnologia na agricultura

O uso de nanopartículas na agricultura oferece aplicações práticas que vão desde o aumento da eficiência de insumos agrícolas até o monitoramento de condições ambientais, sempre com o objetivo de aumentar a produtividade e reduzir impactos ambientais (Figura 2). Abaixo, exploramos algumas das principais inovações que essa tecnologia proporciona no campo.

Nanofertilizantes e o aumento de eficiência nutricional

Os fertilizantes convencionais sofrem com perdas significativas de nutrientes devido à lixiviação e volatilização. Os nanofertilizantes resolvem esse problema ao promoverem a liberação controlada e direcionada de nutrientes.

E como os nanofertilizantes funcionam? Os nanofertilizantes são nutrientes minerais produzidos principalmente por encapsulamento com nanopartículas, como óxidos metálicos (ZnO, Fe₂O₃), que penetram facilmente nas plantas e maximizam a absorção de nutrientes, reduzindo perdas por lixiviação ou volatilização.

Um exemplo é o uso de nanopartículas de ureia e hidroxiapatita, que demonstraram grande potencial para prolongar o tempo de liberação e reduzir o consumo de fertilizantes nitrogenados. Estudos indicam um aumento de 30% na eficiência do uso de nitrogênio em comparação com a ureia convencional (KOTTEGODA et al., 2017). A ureia aproveita as propriedades das nanopartículas ao interagir com os grupos amina e carbonila presentes nas nanopartículas de hidroxiapatita.

Em estudos com plantas de café, o carregamento de N, P e K em nanopartículas de quitosana aumentou a absorção desses nutrientes em 17%, 16% e 67%, respectivamente (HA et al. 2018).

Em algodão, a pulverização de nanopartículas de óxido de magnésio (MgO) aumentou significativamente o rendimento de sementes em 42,2% em relação ao controle não tratado (KANJANA et al. 2020).

Micronutrientes como ferro (Fe), boro (B), manganês (Mn), cobre (Cu), zinco (Zn) e molibdênio (Mo) também podem ser encapsulados em nanomateriais como quitosana, nanopartículas de óxido de zinco (ZnO NPs), nanopartículas de cobre (Cu NPs) e nanopartículas de cálcio (Ca NPs), sendo capazes de melhoram a absorção de micronutrientes pelas plantas (LIU et al., 2021).

Nanopesticidas e o controle de pragas

Os nanopesticidas, criados pela encapsulação ou nanoformulação de inseticidas, herbicidas, fungicidas e bactericidas com nanomateriais, mostram um grande potencial para reduzir as doses de pesticidas químicos necessárias, aumentar a produtividade das culturas e promover práticas agrícolas mais sustentáveis.

Os nanopesticidas são formulações avançadas que utilizam nanopartículas como veículos para ingredientes ativos, aumentando a estabilidade e eficiência dos pesticidas e reduzindo as doses necessárias​

Os nanocarregadores usados nos nanopesticidas incluem:

• nanopartículas poliméricas: como quitosana e lipídios sólidos,
• nanopartículas inorgânicas não metálicas: como nanopartículas de sílica e argila, e
• nanopartículas metálicas: como nanopartículas de óxido de cobre (CuO) e óxido de zinco (ZnO).

Nanopartículas de cobre são usadas em produtos para controle de pragas, como uma alternativa eficaz aos pesticidas tradicionais. Além disso, nanopartículas de óxido de zinco são aplicadas para fortalecer as defesas naturais das plantas contra doenças bacterianas e fúngicas.

Os nanoinseticidas são mais eficazes na eliminação de pragas com doses menores, resultando em uma redução da toxicidade para os seres humanos. Além disso, a encapsulação com nanopartículas também resulta em partículas menores e mais concentradas, o que aumenta a estabilidade e a liberação controlada dos inseticidas. Isso retarda sua liberação, aumentando a eficácia e minimizando a toxicidade para os seres humanos (LIU et al. 2021).

Nanosensores e o monitoramento em tempo real

Nanosensores representam uma revolução na agricultura de precisão, permitindo o monitoramento contínuo e em tempo real de variáveis críticas para a saúde das plantas e do solo.

Como funcionam? Baseados em nanopartículas de carbono ou metais, os nanosensores detectam mudanças químicas ou físicas no ambiente agrícola em tempo real, como estresse hídrico, salinidade ou a presença de pragas.

Os benefícios da utilização de nanosensores incluem precisão e capacidade de detecção em níveis extremamente baixos, permitindo decisões mais informadas.

Como exemplo de utilização dos nanosensores podemos elencar:

• Biossensores baseados em grafeno detectam resíduos de pesticidas e condições do solo com alta sensibilidade.
• Monitoramento de estresses abióticos e bióticos em plantas, ajudando no manejo preventivo e na preservação do rendimento agrícola.

Sensores nano habilitados têm se mostrado úteis na detecção de pesticidas, poluentes e outros compostos químicos, promovendo a agricultura de precisão ao fornecer dados precisos e auxiliar na tomada de decisões.

Nanopartículas para proteção contra estresses abióticos e bióticos

Nanopartículas como óxido de ferro, óxido de zinco, quitosanas, nanopartículas de prata e dióxido de silício têm sido usadas para melhorar a resiliência das plantas a condições adversas, como seca, salinidade, estresse térmico, presença de metais pesados e ataques de pragas e patógenos, como fungos, bactérias e vírus.

Como funcionam? Atuam no nível molecular, promovendo respostas fisiológicas e bioquímicas que aumentam a tolerância das plantas.

As nanopartículas interagem quimicamente ou mecanicamente com as plantas. Sob estresse abiótico, elas provaram aliviar a dormência de sementes, melhorar a germinação e o vigor em culturas agrícolas ao atingir o tegumento da semente, acumulando espécies reativas de oxigênio (EROS), o que ativa processos bioquímicos que quebram a dormência e promovem a germinação.

Diversos estudos comprovam a eficácia de nanopartículas no controle de pragas e doenças superior ao controle realizado com produtos convencionais, em várias culturas.

Remediação do solo e da água

A nanotecnologia também tem aplicações importantes na recuperação de solos contaminados e na purificação de água para irrigação.

Como funcionam? Nanopartículas magnéticas (ex.: Fe₃O₄) removem contaminantes, como metais pesados, do solo e da água​.

Como benefícios práticos tem-se a redução de contaminantes como arsênio e chumbo em fontes de irrigação e melhoria na qualidade do solo.

Como as Nanopartículas são aplicadas nas Plantas?

As nanopartículas (NPs) podem ser aplicadas nas plantas por meio de diversos métodos: biolística, incubação de sementes ou raízes, injeção direta, aplicação em pólen, células isoladas e protoplastos, tratamento hidropônico, pulverização foliar e irrigação com NPs. Também podem ser aplicadas diretamente ao solo via irrigação ou como nano fertilizantes (Figura 3).

Após a aplicação, as NPs interagem com as raízes, translocando-se através dos pelos radiculares, epiderme, córtex, endoderme e periciclo, chegando aos vasos do xilema pelos caminhos apoplástico e simplástico. Nas folhas, elas entram pelos estômatos e por cutículas danificadas, sendo distribuídas pelos tecidos da planta para exercer suas funções de proteção e melhoria do desempenho fisiológico.

Considerações Ambientais e de Segurança

Embora as nanopartículas ofereçam vantagens consideráveis, é essencial adotar uma abordagem cautelosa quanto ao seu uso, especialmente devido aos potenciais impactos ambientais.

Estudos indicam que a aplicação de nanopartículas pode alterar a composição microbiana do solo e afetar organismos não-alvo. Além disso, a bioacumulação de metais pesados provenientes de nanopartículas inorgânicas levanta preocupações sobre a entrada dessas partículas na cadeia alimentar, exigindo regulamentações rigorosas e práticas responsáveis de aplicação​.

Perspectivas Futuras para o Uso de Nanotecnologia no Campo

O futuro da nanotecnologia na agricultura é promissor, com pesquisas focando no desenvolvimento de nanopartículas multifuncionais e biocompatíveis. Algumas áreas em destaque incluem:

• Nano-fertilizantes inteligentes: Produtos que liberam nutrientes de forma controlada em resposta às condições do solo e das plantas, maximizando a eficiência e minimizando perdas.
• Nanossensores: Dispositivos capazes de detectar alterações na saúde da planta em tempo real, ajudando os produtores a tomar decisões mais informadas sobre o manejo das culturas.
• Aplicações em Agricultura de Precisão: O uso de drones equipados com pulverizadores de nanopartículas para tratamentos direcionados, reduzindo o desperdício e aumentando a eficiência dos insumos aplicados.

Vantagens e Desafios do Uso de Nanopartículas na Agricultura

Os benefícios das nanopartículas na agricultura são claros: aumento da produtividade, redução de custos, menor impacto ambiental e maior eficiência no uso de insumos. No entanto, o uso dessa tecnologia também levanta preocupações quanto à segurança e aos possíveis impactos ambientais. Estudos indicam que o uso excessivo de nanopartículas metálicas pode alterar a microbiota do solo e afetar organismos benéficos.

Assim, é essencial que o desenvolvimento e a aplicação de nanopartículas sejam acompanhados por regulamentações e práticas responsáveis. A pesquisa contínua é necessária para entender os impactos a longo prazo e garantir o uso seguro dessa tecnologia emergente.

O desafio é integrar essa tecnologia de forma segura e eficaz, garantindo benefícios a longo prazo para os produtores e para o meio ambiente.

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Referências

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Sobre a autora 

Beatriz Nastaro Boschiero

Especialista em Conteúdo na Agroadvance

• Pós-doutora pelo CTBE/CNPEM e CENA/USP
• Mestra e Doutora em Solos e Nutrição de Plantas (ESALQ/USP)
• Engenheira Agrônoma (UNESP/Botucatu)

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Como citar este artigo:

BOSCHIERO, B.N. Uso da nanotecnologia na agricultura. Blog Agroadvance. 2025. Disponível em: https://agroadvance.com.br/blog-nanotecnologia-na-agricultura/. Acesso: xx Xxx 20xx.