Beyond agrochemicals: potential of nanoparticles as nanofertilizer and nanopesticide in legumes

Resumo

Nas práticas agrícolas convencionais, os agroquímicos incluindo fertilizantes sintéticos, pesticidas e outros condicionadores de solo, otimizam a produção agrícola e combatem danos de insetos-praga para satisfazer as demandas alimentares globais em constante crescimento das populações humanas. O uso de longo prazo de agroquímicos caros contamina os solos e destrói a biodiversidade, deteriorando a fertilidade do solo e os ecossistemas microbioma-planta. Neste contexto, a nanotecnologia oferece uma ferramenta eficaz e poderosa contra os fatores que limitam a produção de leguminosas, devido ao tamanho compacto, facilidade de transporte e manuseio, longa vida útil e alta eficiência dos nanomateriais. Assim, a aplicação de nanopartículas nos setores agrícolas está ganhando impulso no desenvolvimento de nano-biosensores, e nanoformulações (nanofertilizantes/nanopesticidas – NPs) no manejo de nutrientes vegetais. De fato, a nanotecnologia está preparada para transformar os sistemas de produção agrícola, porque as NPs reduzem significativamente a liberação ambiental de ingredientes ativos. Ao contrário dos fertilizantes e pesticidas convencionais, que muitas vezes não atingem seus locais-alvo e contribuem para a contaminação ambiental, as NPs oferecem uma solução mais precisa e ecológica. Esta revisão fornece uma visão ampla das complexas interações entre nanopartículas e o fitomicrobioma das leguminosas, focando tanto nos benefícios potenciais quanto nos riscos associados ao uso generalizado de nanopartículas. O campo emergente da nanotecnologia, especialmente as nanoformulações, oferece uma alternativa verde aos fertilizantes e pesticidas convencionais, otimizando os rendimentos e gerenciando doenças das leguminosas.

Abstract

In conventional agricultural practices, agrochemicals, including synthetic fertilizers, pesticides, and other soil conditioners optimize crop production and combat insect-pest damage to satisfy the food demands of constantly growing global human populations. Long-term usage of expensive agrichemicals contaminates the soils and destroys biodiversity, deteriorating soil fertility, and microbiome-plant ecosystems. In this context, nanotechnology offers effective and powerful tool against factors that limit the legume production due to the compact size, ease of transport and handling, long shelf life, and high efficiency of nanomaterials. Thus, the application of nanoparticles in agricultural sectors are gaining momentum in developing nano-biosensors, nanoformulations (nanofertilizers/nanopesticides— NPs), and plant nutrient management. Indeed, nanotechnology is set to transform crop production systems, because NPs significantly reduce the environmental release of active ingredients. Unlike conventional fertilizers and pesticides, which often fail to reach their target sites and contribute to environmental contamination, NPs offers a more precise and eco-friendly solution. This review provides a broad view of the complex interactions between nanoparticles and phytomicrobiome-legumes, focusing both on the potential benefits and risks associated with the widespread use of nanoparticles. The emerging field of nanotechnology, especially nanoformulations, offers a green alternative to conventional fertilizers and pesticides, optimizing yields and managing legume diseases.