A aposta da ciência para blindar as plantações no contexto do aquecimento global

Enquanto o planeta esquenta e os organismos considerados pragas agrícolas encontram condições cada vez mais favoráveis para se espalhar, uma equipe de pesquisadoras e pesquisadores do Rio Grande do Sul debruçou-se sobre uma das fronteiras mais promissoras da agricultura sustentável: o uso de nanopartículas para fortalecer a resistência das plantas a doenças e pragas. 

O trabalho, publicado na revista científica Physiologia Plantarum, sob o título “Nanoparticles as tools for enhancing plant resistance to biotic stress in the context of climate change” (“Nanopartículas como ferramentas para aumentar a resistência das plantas ao estresse biótico no contexto das mudanças climáticas”), reúne e organiza as descobertas mais recentes da área, servindo como um mapa para entender onde a ciência está e para onde ela caminha.

O estudo é assinado por Kettlin Ruffatto e Luana Vanessa Peretti Minello, além de Bárbara Gottardi Furtado, Liana Johann e Raul Antonio Sperotto, autor correspondente da pesquisa. A investigação nasceu da parceria entre o Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Universidade do Vale do Taquari - Univates e o Programa de Pós-Graduação em Fisiologia Vegetal da Universidade Federal de Pelotas (UFPel). 

A pesquisa contou com financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (Fapergs).

Por que isso importa agora

O ponto de partida da pesquisa é uma preocupação concreta: as mudanças climáticas estão tornando as plantações mais vulneráveis. Segundo os autores, o aumento da temperatura, a elevação da concentração de CO₂, a alteração dos padrões de chuva e os eventos climáticos extremos criam condições mais favoráveis para infestações de pragas e reduzem a imunidade natural das plantas. O controle desses problemas ainda depende, majoritariamente, de agrotóxicos, substâncias que, embora eficazes em parte, têm eficácia limitada, afetam a microbiota benéfica do solo e representam riscos à saúde animal e humana, além de favorecer o surgimento de pragas resistentes.

É nesse cenário que as nanopartículas surgem como alternativa. Por terem tamanho reduzido, entre 1 e 100 nanômetros, o equivalente a uma fração minúscula da espessura de um fio de cabelo humano, e alta reatividade química, essas estruturas conseguem interagir de forma mais precisa com células vegetais e patógenos. Suas propriedades ajustáveis de superfície, porosidade e formato permitem que sejam usadas para entregar nutrientes, hormônios e agentes de defesa diretamente aos tecidos-alvo das plantas, algo que os métodos convencionais de aplicação não conseguem fazer com a mesma exatidão.

Como a pesquisa foi conduzida

Diferentemente de um experimento de bancada, o trabalho de Ruffatto, Minello, Furtado, Johann e Sperotto é uma revisão de literatura. Isso significa que a equipe não cultivou plantas nem aplicou nanopartículas em laboratório, mas mapeou, selecionou e analisou criticamente as pesquisas mais recentes publicadas sobre o tema, com os objetivos de sintetizar o estado da arte do conhecimento científico e apontar lacunas que ainda precisam ser preenchidas.

Como recorte metodológico da pesquisa, os autores buscaram estudos publicados exclusivamente em 2024 que utilizassem nanopartículas para aumentar a resistência de plantas contra três tipos de estresse biótico: infecções fúngicas, infecções bacterianas e infestação por herbívoros (insetos-praga). Ao final da triagem, foram selecionados 15 estudos, organizados em uma tabela comparativa para reunir informações como o tipo de cultura agrícola testada, o tipo de nanopartícula utilizada, o método de aplicação, o organismo-alvo (fungo, bactéria ou inseto) e os resultados obtidos em termos de resistência da planta.

Um dado chamou a atenção da equipe. Todos os 15 experimentos analisados foram conduzidos em condições de casa de vegetação (ambiente controlado), não em campo aberto. Para os autores, isso é um indicativo de que “a pesquisa nesta área ainda está em estágios iniciais” e que são necessários ensaios de campo para avaliar a real efetividade dessas nanotecnologias nas condições variáveis e imprevisíveis da lavoura comercial. Do total de estudos, seis tratavam de resistência a fungos, sete a bactérias e apenas dois a herbívoros, e a maior parte (11 dos 15) aplicou as nanopartículas por pulverização foliar, ou seja, borrifando a solução diretamente sobre as folhas da planta.

Os tipos de nanopartículas em jogo

A revisão detalha as principais categorias de nanopartículas empregadas na agricultura para esse fim. As mais usadas são as de base metálica, como prata (Ag-NPs), óxido de zinco (ZnO-NPs), cobre (Cu-NPs), sílica (SiO₂-NPs) e selênio (Se-NPs), além de formulações orgânicas baseadas em quitosana, um biopolímero natural derivado da quitina (substância presente no exoesqueleto de crustáceos e na parede celular de fungos).

Cada tipo de nanopartícula age de um jeito. As de prata são reconhecidas por sua potente atividade antimicrobiana, pois, ao liberar íons de prata, elas rompem as membranas celulares de patógenos, danificam seu DNA, inibem enzimas vitais e geram espécies reativas de oxigênio (ROS) que induzem estresse oxidativo nos micro-organismos invasores. Segundo o estudo, partículas menores que 20 nanômetros são ainda mais eficazes, por terem maior proporção de área de superfície em relação ao volume.

Já as nanopartículas de óxido de zinco combinam efeito antimicrobiano com estímulo ao crescimento das plantas, contribuindo tanto para o combate a pragas quanto para a absorção de nutrientes. 

As de selênio, por sua vez, atuam como antioxidantes, neutralizando o excesso de espécies reativas de oxigênio gerado quando a planta sofre ataque de herbívoros ou patógenos. O selênio é ao mesmo tempo um micronutriente e um agente de proteção celular. 

As nanopartículas de sílica têm um papel mais estrutural. Fortalecem as paredes celulares das plantas, dificultando fisicamente a penetração de insetos e ácaros nos tecidos vegetais, além de ativar vias de sinalização de defesa mediadas por hormônios, como o ácido salicílico e o ácido jasmônico. 

Por fim, as nanopartículas de quitosana se destacam pela biodegradabilidade e biocompatibilidade, sendo capazes de induzir a chamada resistência sistêmica adquirida (RSA), um mecanismo de defesa que “liga” genes de proteção em toda a planta.

O que os 15 estudos revelaram

Entre as pesquisas voltadas ao combate de fungos, três delas testaram nanopartículas em arroz infectado por Magnaporthe oryzae (causador da brusone) e por Rhizoctonia solani (causador da queima da bainha), enquanto outras três avaliaram trigo atacado por Fusarium graminearum, tomate infectado por Alternaria solani (causador da pinta-preta) e pepino acometido por Podosphaera fusca (causador do oídio). 

Em todos os seis casos, houve relato de aumento da resistência das plantas, evidenciado pela redução do crescimento, da integridade e da colonização dos fungos, além de menor gravidade da doença. As nanopartículas de prata, aplicadas em arroz e tomate, mostraram efeito antimicrobiano forte por meio da geração de espécies reativas de oxigênio, que rompem a parede celular e o DNA dos patógenos e ativam genes de defesa ligados à sinalização do ácido jasmônico.

No campo das infecções bacterianas, a categoria com maior número de estudos, três pesquisas trataram de tomateiros atacados por Pseudomonas syringae (mancha bacteriana), Clavibacter michiganensis (cancro bacteriano) e Ralstonia solanacearum (murcha bacteriana); duas investigaram plantas de arroz infectadas por Xanthomonas oryzae (queima bacteriana das folhas); e outras duas analisaram amendoim e cenoura também atacados pela bactéria Ralstonia solanacearum. Nos tomateiros, nanopartículas de prata e de cobre provocaram aumento do metabolismo do ácido salicílico, hormônio importante para reforçar as respostas imunológicas da planta. Os sete estudos, no conjunto, relataram redução da área foliar doente e dos sintomas, acompanhada de aumento da capacidade antioxidante, da estabilidade das membranas celulares e dos níveis de clorofila, carotenoides, prolina e açúcares solúveis totais.

Já na frente mais incipiente, o combate a herbívoros, dois estudos se destacaram: um usou nanopartículas de prata e cobre, aplicadas via priming de sementes (tratamento prévio antes do plantio) e pulverização foliar, contra o gorgulho Callosobruchus chinensis (praga do feijão-mungo), com efeito inseticida forte, incluindo mortalidade total dos insetos em determinadas condições. O outro trabalho testou nanopartículas de quitosana (puras e combinadas com prata ou cobre) contra tripes em pimentões, obtendo proteção de até 85% contra a praga, associada ao aumento de compostos como clorofila, carotenoides, fenólicos, flavonoides e capsaicinoides, substâncias ligadas tanto à defesa da planta quanto à sua qualidade nutricional.

Os mecanismos por trás da proteção

A revisão também organiza, de forma didática, os quatro principais mecanismos pelos quais as nanopartículas agem dentro das plantas. O primeiro é a ativação das respostas imunológicas vegetais: nanopartículas como as de óxido de zinco e sílica disparam vias de sinalização que levam à resistência sistêmica adquirida, preparando a planta para reagir mais rapidamente a futuros ataques. 

O segundo é a atividade antimicrobiana direta, típica das nanopartículas metálicas, que rompem estruturas celulares e o material genético de fungos e bactérias, um efeito que pode ser sistêmico, beneficiando até partes da planta que não tiveram contato direto com o produto. 

O terceiro mecanismo é a neutralização de espécies reativas de oxigênio, papel desempenhado sobretudo pelas nanopartículas de selênio, que protegem os tecidos vegetais do dano oxidativo causado por pragas e doenças. 

E o quarto é o reforço estrutural, exercido principalmente pela sílica, que se incorpora à parede celular das plantas e cria uma barreira física contra a penetração de insetos, ácaros e patógenos.

Nanopartículas e mudanças climáticas

Um dos aspectos mais relevantes do artigo é a conexão explícita que os autores fazem entre a tecnologia e o cenário climático. Segundo o texto, o aquecimento acelera o ciclo de vida de insetos e facilita a disseminação de doenças vegetais, enquanto a escassez hídrica em algumas regiões impõe às plantas uma combinação de estresses abióticos (seca, calor) e bióticos (pragas, doenças) ao mesmo tempo. Nesse contexto, as nanopartículas surgem como ferramenta de dupla função: além de reduzir a necessidade de agrotóxicos e fertilizantes convencionais, cuja produção e uso contribuem para emissões de gases de efeito estufa, algumas formulações também ajudam a planta a suportar melhor as condições ambientais adversas. É o caso das nanopartículas de selênio, cujo uso já demonstrou favorecer a tolerância à seca, além de combater patógenos.

O trabalho cita ainda experimentos com nanoformulações combinadas, como a de quitosana com ácido salicílico e a de sulfato de zinco, capazes de controlar o fungo causador da ferrugem-da-folha em duas variedades de trigo ao potencializar enzimas de defesa da planta. Outro exemplo mencionado é o uso de nanocápsulas de quitosana com eugenol, composto extraído do cravo-da-índia, que ativaram genes de defesa em batata e, ao mesmo tempo, suprimiram genes de virulência da bactéria causadora da murcha bacteriana, uma das doenças mais destrutivas para culturas solanáceas como batata, tomate e pimentão.

Nem tudo são flores: os riscos ambientais

Apesar do entusiasmo com os resultados, os pesquisadores dedicam uma seção inteira do artigo às preocupações ambientais e de segurança envolvidas no uso dessas tecnologias. Nanopartículas metálicas, em particular, podem se acumular no solo e na água, com potencial para afetar organismos que não são o alvo do tratamento e perturbar comunidades microbianas benéficas. Um exemplo citado no estudo é o de plantas de pepino tratadas com nanopartículas de cobre, que acumularam altos níveis de íons de cobre nas raízes, causando fitotoxicidade, estresse oxidativo, dano às membranas celulares e alterações genéticas indesejadas.

Há também o alerta sobre o uso excessivo de nanopartículas antimicrobianas, como as de prata e óxido de zinco, que poderia favorecer o surgimento de cepas de micro-organismos resistentes, um fenômeno já bem documentado em relação ao uso abusivo de antibióticos na Medicina e que, segundo os autores, merece atenção redobrada no campo agrícola. 

Diante desse quadro, os pesquisadores recomendam cautela na aplicação de nanopartículas metálicas e de óxidos metálicos, defendendo mais estudos de campo para avaliar seus efeitos tóxicos reais. Uma das saídas apontadas é o investimento em métodos de “síntese verde”, que utilizam extratos de plantas ou outros materiais naturais para produzir nanopartículas mais biodegradáveis e com menor toxicidade a organismos não-alvo, uma estratégia que poderia ser combinada a práticas de manejo integrado de pragas, unindo eficácia e responsabilidade ambiental.

O que ainda falta descobrir

Na seção final do artigo, batizada pelos autores de “Percepções pessoais” (“Personal Insights”), a equipe reconhece que, apesar dos avanços, os mecanismos exatos por trás dos efeitos das nanopartículas ainda não são totalmente compreendidos. Uma das questões em aberto é se os benefícios observados decorrem de um efeito tóxico direto sobre pragas e patógenos, de um estímulo indireto às defesas naturais da planta ou de uma combinação dos dois. 

Faltam, segundo os pesquisadores, comparações diretas entre o efeito das nanopartículas isoladamente sobre a praga e o efeito no sistema completo planta-praga, o que ajudaria a refinar as estratégias de controle. Os autores defendem que estudos futuros combinem abordagens moleculares, como transcriptômica e metabolômica, com avaliações de segurança ambiental, em uma perspectiva interdisciplinar capaz de unir biotecnologia, ecologia e ciências agrárias.

Referência 

RUFFATTO, Kettlin et al. Nanoparticles as tools for enhancing plant resistance to biotic stress in the context of climate change. Physiologia Plantarum, v. 177, n. 2, p. e70227, 2025. DOI: https://doi.org/10.1111/ppl.70227. 

Glossário

Nanopartícula (NP): partícula com dimensões extremamente pequenas, entre 1 e 100 nanômetros, usada em diferentes áreas da ciência e tecnologia, inclusive na agricultura, por sua alta reatividade e capacidade de interação em nível molecular.

Nanômetro: unidade de medida equivalente a um bilionésimo de metro; um fio de cabelo humano tem, em média, 80.000 nanômetros de espessura.

Estresse biótico: conjunto de danos ou pressões sofridas pelas plantas causados por seres vivos, como fungos, bactérias, vírus, insetos e outros herbívoros.

Estresse abiótico: danos sofridos pelas plantas causados por fatores não vivos do ambiente, como seca, calor excessivo, salinidade do solo e frio.

Espécies reativas de oxigênio (ROS): moléculas instáveis derivadas do oxigênio que, em excesso, causam danos celulares (estresse oxidativo), mas que também podem ser usadas pelas plantas e por certas nanopartículas como mecanismo de defesa contra patógenos.

Resistência sistêmica adquirida (RSA): mecanismo de defesa em que a planta, após ser exposta a um agente indutor (como uma nanopartícula ou um patógeno), passa a responder mais rapidamente e de forma mais eficaz a futuros ataques, mesmo em partes do organismo que não tiveram contato direto com o estímulo inicial.

Ácido salicílico e ácido jasmônico: hormônios vegetais que atuam como mensageiros químicos na regulação das respostas de defesa das plantas contra patógenos e herbívoros.

Quitosana: biopolímero natural derivado da quitina, substância encontrada no exoesqueleto de crustáceos e na parede celular de fungos, usado na produção de nanopartículas biodegradáveis.

Priming de sementes: técnica de tratamento prévio das sementes, geralmente por imersão em soluções específicas, realizada antes do plantio para melhorar a germinação e o vigor inicial das plântulas.

Pulverização foliar: método de aplicação de substâncias diretamente sobre as folhas da planta, geralmente por meio de borrifamento, permitindo absorção rápida pelos estômatos ou pela cutícula.

Fitotoxicidade: efeito tóxico de uma substância sobre os tecidos e o metabolismo das plantas, podendo causar dano celular, estresse oxidativo e prejuízo ao crescimento.

Bioacumulação: processo pelo qual substâncias, como metais presentes em nanopartículas, se acumulam progressivamente nos tecidos de organismos vivos ao longo do tempo, podendo representar risco ambiental.

Síntese verde: método de produção de nanopartículas utilizando extratos vegetais ou outros materiais naturais, em substituição a processos químicos convencionais, com o objetivo de reduzir a toxicidade ambiental.

Manejo integrado de pragas (MIP): estratégia agrícola que combina diferentes métodos de controle de pragas e doenças (biológicos, culturais, físicos e químicos) de forma equilibrada, buscando reduzir impactos ambientais.

Transcriptômica e metabolômica: técnicas de análise molecular que estudam, respectivamente, o conjunto de genes ativos (transcritos) e o conjunto de metabólitos produzidos por um organismo em determinada condição, usadas para entender mecanismos biológicos em detalhe.