Recent advances in nano-enabled fertilizers and pesticides: a critical review of mechanisms of action

Resumo

O uso de nanomateriais na agricultura como nanofertilizantes, nanopesticidas ou sensores habilitados por nanotecnologia para aumentar a produtividade das culturas está ganhando interesse crescente. Nanomateriais engenheirados (NME) podem melhorar a produtividade das culturas influenciando a disponibilidade de nutrientes dos fertilizantes no solo e a absorção pelas plantas. Esses materiais podem suprimir doenças das culturas agindo diretamente sobre os patógenos através de uma variedade de mecanismos, incluindo a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS). Os NME também podem suprimir doenças indiretamente, melhorando a nutrição das culturas e aprimorando as vias de defesa das plantas. O uso eficiente de NME pode complementar ou substituir fertilizantes e pesticidas convencionais, reduzindo subsequentemente o impacto ambiental das práticas agrícolas. Esta revisão avalia a literatura atual sobre NME usados como pesticidas e fertilizantes, e destaca lacunas críticas de conhecimento que devem ser abordadas para garantir a aplicação sustentável da nanotecnologia na agricultura, a fim de alcançar a segurança alimentar global.

Abstract

The use of nanomaterials in agriculture as nanofertilizers, nanopesticides, or nano-enabled sensors to increase crop yield is gaining increasing interest. Engineered nanomaterials (ENMs) can improve crop productivity by influencing fertilizer nutrient availability in soil and uptake by plants. These materials can suppress crop diseases by directly acting on pathogens through a variety of mechanisms, including the generation of reactive oxygen species (ROS). ENMs may also suppress disease indirectly by improving crop nutrition and enhancing plant defense pathways. Efficient use of ENMs may complement or replace conventional fertilizers and pesticides, subsequently reducing the environmental impact of agricultural practices. This review evaluates the current literature on ENMs used as pesticides and fertilizers, and highlights critical knowledge gaps that must be addressed to ensure sustainable application of nanotechnology in agriculture so as to achieve global food security.