Plants de haricots utilisés dans l'étude. Crédit :Demetrio González Rodríguez
Des chercheurs de l'Universidad Politécnica de Madrid (UPM) et de l'Institut national de recherche et d'expérimentation agricoles (INIA) ont étudié les effets de l'utilisation de nanoparticules d'oxyde de zinc sur l'agriculture.
Chercheurs à l'École d'agriculture, Food and Biosystems Engineering (ETSIAAB) de l'UPM en collaboration avec le groupe Ecotoxicologie de l'INIA, a étudié comment les nanoparticules d'oxyde de zinc affectent les plants de tomates et de haricots. Les effets dépendent du type de culture, temps d'exposition, et le pH du sol.
Les résultats, qui ont été publiés dans Science de l'environnement total journal, suggèrent que l'utilisation de ces nanoparticules ne présente pas de risque de toxicité pour ces cultures et cela nous permettrait d'utiliser leurs bonnes propriétés fertilisantes comme source de micronutriment zinc.
L'application délibérée de nanoparticules en agriculture, bien que naissant, est prometteur. En raison de leur petite taille, les nanoparticules ont des propriétés différentes du même matériau dans leur taille régulière. Essentiellement, ils ont une surface spécifique élevée et une énergie de surface élevée qui produisent des changements dans sa physico-chimie, propriétés optiques et électriques, ainsi qu'une grande réactivité.
Ces caractéristiques peuvent être utiles pour réaliser des améliorations dans le domaine de l'agronomie, par exemple, développer des formulations plus efficaces d'engrais et de phytosanitaires. Plus précisement, il existe un intérêt croissant pour l'utilisation de nanoparticules d'oxyde de zinc dans les formulations agricoles en utilisant soit leurs bonnes propriétés en tant que substance bloquant la lumière ultraviolette, soit en utilisant leurs propriétés d'engrais comme source de micronutriment de zinc. Ce micronutriment est essentiel au développement des plantes car sa carence réduirait à la fois les performances et la valeur nutritionnelle des cultures.
Cependant, l'utilisation des nanoparticules n'est pas exempte de certains risques qu'il convient d'évaluer, par exemple, sa toxicité possible et son accumulation potentielle dans les aliments pour animaux et les denrées alimentaires qui pourraient signifier son entrée dans la chaîne alimentaire. L'un des principaux mécanismes à l'origine de la toxicité des nanoparticules est sa capacité à développer des radicaux libres ou des espèces réactives de l'oxygène qui peuvent provoquer un stress oxydatif chez les organismes.
Plants de tomates utilisés dans l'étude. Crédit :Demetrio González Rodríguez
Ces changements dans le métabolisme cellulaire peuvent être mesurés à l'aide de biomarqueurs, par exemple, activités de différentes enzymes antioxydantes.
Afin d'étudier les bénéfices et d'évaluer le risque d'utiliser des nanoparticules d'oxyde de zinc dans les cultures, une équipe de chercheurs de l'UPM et de l'INIA a mené une étude qui commence à donner des résultats. Une expérimentation a consisté à cultiver des plants de tomate et de haricot dans deux sols agricoles aux caractéristiques très différentes (un sol acide et un sol calcaire à pH basique) et à appliquer différentes doses de nanoparticules d'oxyde de zinc pour étudier ses effets sur les plantes.
La fraction potentiellement biodisponible du zinc contenue dans les nanoparticules a été estimée grâce à une extraction chimique du sol avec un mélange d'acides organiques faibles qui simulait le mélange d'acides sécrétés par le système racinaire des plantes. Outre, les chercheurs ont prélevé des échantillons de feuilles à différents moments afin d'établir l'accumulation de zinc, ainsi que la détermination d'éventuelles altérations de différents paramètres biochimiques (teneur en pigments et protéines photosynthétiques) et des échantillons de biomarqueurs du stress oxydatif.
En plus des nanoparticules d'oxyde de zinc, deux autres produits traditionnellement utilisés comme engrais ont été utilisés pour fournir du zinc aux cultures :la poudre d'oxyde de zinc de granulométrie conventionnelle et le sulfate de zinc, qui fournit l'ion micronutriment.
Les résultats montrent que les nanoparticules d'oxyde de zinc peuvent affecter les biomarqueurs du stress oxydatif, mais les effets dépendent de l'espèce végétale, temps d'exposition et pH du sol. En général, les effets sur les cultures ont été plus marqués sur les sols acides que sur les sols calcaires dans le cas de la culture de haricot et l'inverse dans le cas de la culture de tomate.
Un effet mis en évidence était qu'il n'y avait pas de différences significatives entre les deux sols concernant le traitement traditionnel (oxyde de zinc et sulfate de zinc conventionnels), ni dans la quantité de zinc potentiellement biodisponible dans le sol, ni dans l'accumulation du minéral dans la feuille ni dans la toxicité possible pour les deux espèces végétales.
Ana Obrador, la chercheuse responsable du projet UPM déclare :« d'après les expériences menées jusqu'à présent, on ne peut pas encore conclure que l'utilisation de nanoparticules d'oxyde de zinc comme engrais apporte des avantages supplémentaires par rapport aux composés utilisés traditionnellement. Il est nécessaire de continuer à étudier d'autres variables telles que la répartition du zinc utilisé dans le sol et la plante ainsi que de réaliser d'autres tests avec différents sols et types de nanoparticules (autres tailles et revêtements)."
