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Nanopartículas de óxido de zinc y dióxido de titanio para control de bactericera cockerelli sulc. (hemiptera: triozidae) en tomate

JOSE ANGEL GUTIERREZ RAMIREZ (2020)

"El psilido de la papa/tomate Bactericera cockerelli Sulc. (Hemiptera: Triozidae) afecta la productividad del cultivo de tomate Solanum lycopersicum L. (Solanaceae), ocasionado por alimentación directa e indirecta al ser vector de Candidatus Liberibacter solanacearum, agente causal de la enfermedad permanente del tomate. El progreso de la nanotecnología ha generado nuevas alternativas de control, el uso de nanopartículas (NPs) incide en el crecimiento, estructura celular y funciones fisiológicas y bioquímicas de la planta. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto insecticida de nanopartículas de óxido de zinc (NPs ZnO), dióxido de titanio (NPs TiO2) y su combinación sobre ninfas de B. cockerelli en tomate bajo condiciones de laboratorio e invernadero. La investigación en laboratorio se realizó con el método de bioensayo de inmersión de hoja bajo un diseño completamente al azar, con seis concentraciones por cada nanopartícula y su combinación, en invernadero por aspersión directa en planta bajo un diseño en bloques al azar con tres concentraciones por cada nanopartícula y su combinación; en ambos diseños se agregó un testigo sin NPs y en todos los casos con seis repeticiones cada una. La mortalidad se evaluó cada 24 horas durante cuatro días. Ambas NPs bajo condición de laboratorio e invernadero mostraron toxicidad sobre ninfas de B. cockerelli. En laboratorio las NPs causaron significativamente 88, 99 y 100% de mortalidad a 96 horas después de la aplicación (dda) de NPs ZnO, NPs TiO2 y su combinación respectivamente. La aspersión directa en plantas, aunque significativa; presento baja mortalidad con 27, 32, 23% a 96 horas dda de NPs ZnO, NPs TiO2 y su combinación respectivamente. Estos resultados son un primer avance del control de B. cockerelli con NPs, las cuales son muy prometedoras para su desarrollo, requiriendo mayor investigación, aumento de concentración principalmente para pruebas de semicampo y campo, lo que posibilita su futura integración en un manejo de plagas, aunado a que comparado con los insecticidas tradicionales son relativamente seguras para los humanos y medio ambiente"

"The potato / tomato psyllid Bactericera cockerelli Sulc. (Hemiptera: Triozidae) affects the productivity of the tomato crop Solanum lycopersicum L. (Solanaceae), caused by direct and indirect feeding as it is a vector of Candidatus Liberibacter solanacearum, the causal agent of permanent tomato disease. The progress of nanotechnology has generated new control alternatives, the use of nanoparticles (NPs) affects the growth, cell structure and physiological and biochemical functions of the plant. The objective of this study was to evaluate the insecticidal effect of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs), titanium dioxide (TiO2 NPs) and their combination on B. cockerelli nymphs in tomato under laboratory and greenhouse conditions. The laboratory research was carried out with the leaf immersion bioassay method under a completely random design, with six concentrations for each nanoparticle and its combination, in a greenhouse by direct plant spraying under a random block design with three concentrations per each nanoparticle and its combination; in both designs a control without NPs was added and in all cases with six repetitions each. Mortality was assessed every 24 hours for four days. Both NPs under laboratory and greenhouse conditions showed toxicity on nymphs of B. cockerelli. In the laboratory, NPs significantly caused 88, 99 and 100% mortality at 96 hours after the application (dda) of NPs ZnO, NPs TiO2 and their combination respectively. The direct aspersion in plants, although significant; presents low mortality with 27, 32, 23% at 96 hours a day of ZnO NPs, TiO2 NPs and their combination respectively. These results are a first advance in the control of B. cockerelli with NPs, which are very promising for its development, requiring further investigation, increased concentration mainly for semi-field and field tests, which enables its future integration in pest management, in addition to the fact that compared to traditional insecticides they are relatively safe for humans and the environment"

Master thesis

Tomate Nanotecnología Cultivo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Comportamiento fisiológico de semillas y plantas de capsicum annuum por efecto de nanopartículas de óxido de hierro

ENRIQUE ANTONIO ADAME LEON (2018)

"El uso de las nanopartículas (NPs) en la agricultura es una opción para aplicar compuestos en pequeñas cantidades sin afectar el ambiente. El objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto de las NPs de óxido de fierro (NPsFe2O3) y micropartículas de sulfato de hierro (MPsFeSO4), en la fisiología de la germinación y en el desarrollo de plantas de chile poblano (Capsicum annuum). Los objetivos específicos son: 1) Evaluar el efecto de diferentes dosis de NPsFe2O3, en semillas de chile poblano (Capsicum annuum), para determinar su acción como promotor o inhibidor (fitotoxicidad) en la germinación y desarrollo de plántulas, 2) Comparar la respuesta a la aplicación de MPsFeSO4 con las NPsFe2O3, para dilucidar si el efecto es causado por el tamaño de partícula, 3) Caracterizar las respuestas morfofisiológicas del cultivo de chile poblano a la aplicación de NPsFe2O3 y MPsFeSO4, bajo condiciones de casa sombra (altura de planta, fecha de floración, tasa fotosintética, conductancia estomática, tasa de transpiración y CO2 intercelular). Las NPsFe2O3 fueron proporcionadas por el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA). Se realizaron estudios preliminares para determinar la calidad fisiológica del material genético en estudio. Se obtuvo además una curva de imbibición, para determinar el periodo de imbibición. Posteriormente se realizaron dos estudios: 1) Estudio I. Ensayo de germinación con la aplicación de NPsFe2O3 y MPsFeSO4, en altas y bajas concentraciones, a semillas de Capsicum annuum. 2) Estudio II. Aplicación de NPsFe2O3 y MPsFeSO4, en altas y bajas concentraciones, para el desarrollo de la planta en casa sombra. Se obtuvieron los resultados siguientes: Estudio I. Se encontraron diferencias altamente significativas (P≤0.01) en la variable peso seco de plánula, longitud media de vástago y longitud media de radícula, así como diferencias significativas (P≤0.05) en las variables vigor de germinación y porcentaje de germinación. Se obtuvo un vigor de germinación superior estadísticamente con las NPsFe2O3 (47%) en comparación con las MPsFeSO4 (38%), el porcentaje de germinación presentado por el efecto de las NPsFe2O3 (94%), fue estadísticamente superior a la presentada por las MPsFeSO4 (90%). x Estudio II. En la fuente de variación tipo de partícula no se presentaron diferencias significativas, lo cual indica que la aplicación de NPsFe2O3 y MPsFeSO4 tuvieron el mismo efecto en el desarrollo del cultivo. En lo que respecta a la fuente de variación concentración, se presentaron diferencias altamente significativas (P≤0.01) en las variables diámetro de tallo (DT), índice de clorofila (IC), número de hojas y número de frutos, indicando que la concentración puede tener un efecto promotor o inhibidor del crecimiento, en el cultivo de chile poblano. También se reportaron diferencias altamente significativas (P≤0.01) en la fuente de variación tipo de partícula para las variables tasa fotosintética, conductancia estomática, transpiración, Cond/CO2 y humedad relativa (RHS), lo cual indica que las NPsFe2O3 y MPsFeSO4 tienen un efecto en la conversión de materia inorgánica en materia orgánica, así como en la presión de vapor y el flujo de vapor sobre la superficie de la hoja ya que la conductancia estomática permite el intercambio físico activo entre las partes aéreas de la planta y la atmósfera. "

"The use of nanoparticles (NPs) in agriculture is an option to apply compounds in small quantities without affecting the environment. The objective of this work was to determine the effect of iron oxide NPs (NPsFe2O3) and iron sulphate microparticles (MPsFeSO4) on the physiology of germination and on the development of Capsicum annuum plants. The specific objectives were: 1). To evaluate the effect of different concentrations of NPsFe2O3, on seeds of Capsicum annuum, and to determine its function as a promoter or inhibitor (phytotoxicity) in the germination process and the development of seedlings. 2). To compare the response to the application of MPsFeSO4 with the NPsFe2O3, to elucidate if the effect is caused by the particle size or the composition of the particle. 3) To characterize the morphophysiological response of Capsicum annuum plants, to the application of NPsFe2O3 and MPsFeSO4, under shaded greenhouse conditions (plant height, flowering date, biomass, photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate and intercellular CO2). The NPsFe2O3 were provided by the Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA). Preliminary studies were conducted to determine the physiological quality of the seed, in addition to an imbibition curve, to determine the imbibition time. Then two studies were carried out: 1). Study I. Capsicum annuum seed germination test with the application of NPsFe2O4 and MPsFeSO4, in high and low concentrations. 2). Study II. Application of NPsFe2O4 and MPsFeSO4, in high and low concentrations, to plants grown in the shadehouse. Results: Study I. Highly significant differences (P≤0.01) were found for seedling dry weight, stem and radicle average length, as well as significant differences (P≤0.05) for vigor of germination and germination percentage. Higher germination vigor was obtained when seed was imbibed with NPsFe2O3 (47%), in comparison with the MPsFeSO4 (38%), the germination percentage with NPsFe2O3 (94%) was statistically superior to that presented by the MPsFeSO4 (90%). Study II. There were no significant differences for the particle type, which indicates that the application of NPsFe2O3 and MPsFeSO4 had the same effect in the crop development. Regarding the particle concentration, there were highly significant differences xiii (P≤0.01) in the variables stem diameter (DT), chlorophyll index (CI), number of leaves and number of fruits, indicating that the concentration may have a promoter or growth inhibitory effect, in the Capsicum annuum crop. Highly significant differences (P≤0.01) were also reported in the source of variation particle type, for photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration, stomatal conductance/CO2 and relative humidity (RHS). Indicating that the NPsFe2O3 and the MPsFeSO4 had an effect in the conversion of inorganic into organic matter, as well as in the vapor pressure and the vapor flow on the surface of the leaf, since the stomatal conductance allows the active physical exchange between the aerial parts of the plant and the atmosphere"

Master thesis

Nanopartículas Germinación Vigor CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Aplicación foliar en nanoparticulas zinc, cobre y hierro como estimuladores en el desarrollo de plántulas de tomate

KARINA MORENO LEON (2017)

"El uso de la nanotecnología en distintos campos ha tenido un repunte en los últimos años, y en la agricultura no es la excepción, ya que existen diversos reportes del uso de nanomateriales en beneficio de los cultivos agrícolas, destacando sus efectos en la nutrición y protección de los cultivos. Ante este panorama, el presente trabajo de investigación tiene como objetivo estudiar el efecto de aplicaciones foliares de nanopartículas (NPs) de zinc, cobre y hierro en las variables agronómicas y fisiológicas en plántulas. Las NPs empleadas fueron sintetizadas por un método de química verde en el Departamento de Materiales Avanzados del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), mientras que la evaluación en campo de las NPs se realizó en el invernadero del Departamento de Horticultura, en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN), utilizando como modelo biológico plántulas de tomate. La aplicación de las NPs en plántulas de tomate 15 días después del trasplante (DDT) constó de cinco tratamientos tal y como se describen a continuación: 1) testigo absoluto, 2) NPs de ZnO a 0.6 mg L-1 3) NPs.de CuO a 0.3 mg L-1, 4) NPs de Fe2O3 a 0.6 mg L-1 y 5) NPs de CuO+ZnO+Fe2O3 a 0.6,0.3 y 0.6 mg L-1. Respectivamente. A los 21 DDT se realizó el primer muestreo de variables agronómicas y fisiológicas, llevando acabo a los 30 DDT el segundo muestreo en el que además de variables mencionadas previamente se determinó la vitamina C, proteínas totales en hoja y la biomasa fresca y seca de la parte aérea y de la raíz. En esta investigación se encontró que la aplicación de las NPs generó el crecimiento e incremento del diámetro del tallo y favoreció la floración."

"The use of nanotechnology in different fields has seen a rebound in recent years, and in agriculture is no exception, as there are various reports of the use of nanomaterials to benefit agricultural crops, highlighting their effects on nutrition and protection of crops. The objective of this research is to study the effect of foliar applications of nanoparticles (NPs) of zinc, copper and iron on the agronomic and physiological variables in seedlings. The NPs used were synthesized by a green chemistry method in the Department of Advanced Materials of the Applied Chemistry Research Center (CIQA), while field evaluation of NPs was carried out in a greenhouse of the Department of Horticulture, University Autonomous Agrarian Antonio Narro (UAAAN), using tomato seedlings as biological model. The application of NPs to tomato seedlings was 15 days after transplantation (DAT) and consisted of five treatments as described below: 1) absolute control, 2) NPs of ZnO 0.6mg L-1, 3) NPs of CuO 0.3 mg L-1, 4) NPs of Fe2O3 0.6 mg L-1 and 5) NPs of CuO + ZnO + Fe2O3 0.6, 0.3 and 0.6 mg L-1 respectively. The first sampling of agronomic and physiological variables was carried out at 21 DAT, and the second sampling was carried out at 30 DAT, taking previously mentioned variables and C vitamin, total leaf proteins and fresh and dry biomass of aerial and root were determined. In this research, we was found that the application of the NPs generated the growth and increase the stem diameter and favored the flowering."

Master thesis

Tomate Plantulas Nanopartículas Desarrollo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Nanopartículas de sio2 para inducir tolerancia al estrés abiótico en plantas de tomate y pepino

ZEUS HUITZILOPOCHTLI PINEDO GUERRERO (2020)

"El tomate y el pepino son cultivos muy importantes por diferentes características. El cultivo de tomate es valioso en todo el mundo gracias a su valor comercial y nutricional. Además, es una buena fuente de vitaminas, minerales y antioxidantes como los carotenoides (licopeno y β-caroteno), compuestos fenólicos, entre otros, con efectos positivos en la salud humana. Su consumo se ha asociado con la reducción de riesgo de procesos inflamatorios, cáncer y enfermedades crónicas no transmisibles, incluidas enfermedades cardiovasculares como enfermedades coronarias, hipertensión, diabetes y obesidad (Canene-Adams et al., 2005; Frusciante et al., 2007). El pepino es una hortaliza que se cultiva alrededor del mundo, los frutos se consideran una buena fuente de minerales y vitaminas, se pueden consumir de forma fresca o como encurtidos (Sarhan y Ismael, 2014). Ambos cultivos se pueden encontrar en zonas áridas con problemas de salinidad (Murillo-Amador et al., 2017). La salinidad es un problema importante para la agricultura, ya que disminuye la productividad, afectando la economía y además origina la erosión del suelo, lo que afecta las propiedades fisicoquímicas del suelo y la ecología del área. Se estima que el 7% de la tierra en el planeta y el 20% de la tierra cultivable son afectados por la salinidad. Se proyecta que el porcentaje de tierra afectada por la salinidad sea casi el 50% a mediados del siglo XXI (Hu et al., 2004). El uso indiscriminado de fertilizantes, el riego no supervisado, la baja precipitación, mayor erosión de la superficie y la contaminación industrial son razones que pueden asociarse a la aparición de salinidad (Shrivastava y Kumar, 2015). Bajo condiciones de salinidad, las plantas tienen dos fases de respuesta; la primera es la denominada fase rápida que es el déficit de agua, mientras que la segunda es la acumulación de sal y toxicidad denominada la fase lenta (Machado y Serralheiro, 2017). En ambas fases la transpiración, conductancia estomática y disponibilidad de CO2 disminuyen alterando el proceso fotosintético. Causando estrés oxidativo por la generación de especies reactivas de oxígeno y/o especies reactivas de nitrógeno (Ashraf y Harris, 2013)"

Doctoral thesis

Tomate Pepino Nanopartículas Plantas CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Actividad antifúngica de nanopartículas de óxido de zinc en el patosistema fusarium oxysporum-solanum lycopersicum bajo condiciones controladas

ANA MARIA GONZALEZ MERINO (2020)

"Se evaluó la actividad antifúngica del Óxido de Zinc (ZnO) y nanopartículas de ZnO (NPs-ZnO) sobre el control de Fusarium oxysporum Schltdl. (Nectriaceae) bajo condiciones controladas de laboratorio e invernadero. Para la evaluación se prepararon medios envenenados y se colocó un explante en el centro del medio sólido. El arreglo experimental fue completamente al azar con 18 tratamientos, incluido el testigo, asignando 4 repeticiones para cada uno. Se evaluaron el crecimiento micelial y la concentración de conidios. Posteriormente se eligieron tres concentraciones (3000, 1500 y 100 ppm) de NPs-ZnO y ZnO para su evaluación bajo invernadero en plantas de tomate de la variedad Floradade, se realizó la inoculación con una suspensión de esporas de 1x107 de F. oxysporum cuando la planta presento el tercer par de hojas verdaderas, posteriormente se realizó la aplicación de las diferentes concentraciones NPs-ZnO y ZnO, en dicho experimento se tomaron en cuenta la incidencia y severidad y altura de planta para determinar el efecto de los tratamientos sobre F. oxysporum. In vitro los mejores tratamientos en la inhibición micelial fueron las concentraciones altas de NPs ZnO de 1600 a 3000 ppm con 81 a 83%, en la esporulación del hongo también fueron las que inhibieron de 82.57 a 83.85%. En invernadero los tratamientos que alcanzaron mayor altura de planta fueron las NPs-ZnO de 1500 a 3000 ppm, con un rango de 166.0 a 175.40 cm, con una severidad en la escala de 0.40 a 0.80 y una incidencia de 20 a 40%. Las NPs de ZnO tienen una potencial aplicación como agente antifúngico y pueden utilizarse para controlar la propagación de F. oxysporum en tomate, además de mejorar el efecto promotor relacionado con la actividad que tiene el ZnO como precursor en la síntesis de auxinas, biosíntesis de citoquininas y giberelinas; así como la inducción de mayor actividad de enzimas antioxidantes útiles en la respuesta al ataque de patógenos"

"The antifungal activity of Zinc Oxide (ZnO) and ZnO nanoparticles (NPs-ZnO) was evaluated on the control of Fusarium oxysporum Schltdl. (Nectriaceae) under controlled laboratory and greenhouse conditions. For evaluation, poisoned media was prepared and an explant was placed in the center of the solid medium. The experimental arrangement was completely randomized with 18 treatments, including the control, assigning 4 repetitions for each one. Mycelial growth and conidia concentration were evaluated. Subsequently, three concentrations (3000, 1500 and 100 ppm) of NPs-ZnO and ZnO were chosen for their evaluation under greenhouse in tomato plants of the Floradade variety, inoculation with a 1x107 spore suspension of F. oxysporum when the plant presented the third pair of true leaves, later the application of the different concentrations NPs-ZnO and ZnO was carried out, in this experiment the incidence and severity and height of the plant were taken into account to determine the effect of the treatments on F. oxysporum . In vitro the best treatments in mycelial inhibition were the high concentrations of NPs ZnO from 1600 to 3000 ppm with 81 to 83%, in the sporulation of the fungus they were also those that inhibited from 82.57 to 83.85%. In the greenhouse, the treatments that reached the highest plant height were the ZnO NPs of 1500 to 3000 ppm, with a range of 166.0 to 175.40 cm, with a severity on the scale of 0.40 to 0.80 and an incidence of 20 to 40%. ZnO NPs have a potential application as an antifungal agent and can be used to control the spread of F. oxysporum in tomato, in addition to improving the promoter effect related to the activity of ZnO as a precursor in the synthesis of auxins, biosynthesis of cytokinins and gibberellins; as well as the induction of higher activity of antioxidant enzymes useful in the response to the attack of pathogens"

Master thesis

Tomate Enfermedad Nanopartículas CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Nanopartículas de selenio aplicadas a plantas de pepino (cucumis sativus l.) como inductoras de tolerancia al estrés salino

CLAUDIA ARIANA PLIEGO ZUÑIGA (2019)

"El pepino es una hortaliza de gran importancia a nivel mundial por la diversidad de usos en el ámbito alimenticio y cosmético, deseado por sus características antioxidantes y minerales. El incremento en la demanda de superficie cultivable a nivel mundial y la sobre explotación de los suelos ya utilizados en la producción ha dado como consecuencia la acumulación de sales en los suelos y agua de riego. Esto afecta la producción de cultivos por lo cual es necesario buscar alternativas para la producción de alimentos en los lugares con afectaciones. La nanotecnología ha contribuido a la ciencia de la agronomía para el desarrollo de nuevas técnicas de mejoramiento, fertilización y bioestimulación de plantas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de las nanopartículas de selenio (NPsSe) en plantas y frutos de pepino (Cucumis sativus L.) bajo estrés salino. Se estableció un diseño de bloques completos al azar con seis tratamientos: un control, (NPsSe) a 20 mg L-1, NPsSe 50 mg L-1, plantas con estrés salino (Sal), Sal+NPsSe 20 mg L-1 y Sal+NPsSe 50 mg L-1. Los resultados muestran que la aplicación de NPsSe a 20 mg L-1 en plantas con estrés salino aumentó la producción sin disminuir el porte de la planta. La aplicación de NPsSe a 20 y 50 mg L-1 no disminuye el rendimiento en las plantas. En plantas con estrés salino aumentó el contenido de sólidos solubles totales (SST) de los frutos. En hojas, aumenta la actividad de superóxido dismutasa (SOD) y ascorbato peroxidasa (APX), la dosis de NPsSe 50 mg L-1 aumentó el contenido de flavonoides en hoja y GPX en el fruto."

"Cucumber is a vegetable of great importance worldwide for the diversity of uses in the food and cosmetic field, desired for its antioxidant and mineral characteristics. The increase in demand for arable land worldwide and the overexploitation of soils already used in production has resulted in the accumulation of sales in soils and irrigation water. This affects crop production so it is necessary to look for alternatives for food production in places with affectations. Nanotechnology has contributed to the science of agronomy for the development of new techniques for plant breeding, fertilization and biostimulation. The objective of this work was to evaluate the effect of selenium nanoparticles (NPsSe) on cucumber plants and fruits (Cucumis sativus L.) under saline stress. A randomized complete block design was applied with six treatments: one control, (NPsSe) at 20 mg L-1, NPsSe 50 mg L-1, plants with saline stress (50 Mm NaCl), Salt+NPsSe 20 mg L-1 and Salt+NPsSe 50 mg L-1. The results found that the application of NPsSe to 20 mg L-1 in plants with saline stress increase production without decreasing the size of the plant. The application of NPsSe at 20 and 50 mg L-1 unspecified yield in plants. In plants with saline stress increases the total soluble solids content (SST) of the fruits. In leaves, the activity of superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) increases, the dose of NPsSe 50 mg L-1 reduces the flavonoid content in leaf and GPX in the fruit."

Master thesis

Nanopartículas Salinidad Selenio CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Producción de microalgas en diferentes condiciones de cultivo y su efecto en la y biosíntesis de nanopartículas de cobre

GERARDO SALAS HERRERA (2019)

"El termino microalgas, se refiere a microorganismos fotosintéticos con características morfológicas, fisiológicas y reproductivas muy variadas. Entre estas tenemos las diatomeas, algas verdes (Chlorophytas), algas rojas (Rodophytas), algas cafés (Phaeophytas) y cianobacterias que se desarrollan en una gran variedad de ambientes (Siezen, 2010). Estos microorganismos han despertado gran interés científico y biotecnológico en las últimas décadas para resolver problemas ambientales como bioremediación de aguas contaminadas (Dwivedi, 2012; Hii et al., 2011; Siriam y Seenivasan 2012), así como para la producción de biocombustibles, productos farmacéuticos, bioreguladores agrícolas y la biosíntesis de nanopartículas metálicas. Las condiciones en que se cultivan las microalgas impactan sobre el flujo del metabolismo celular como respuesta al ambiente en que se desarrollan. Estos cambios en el metabolismo pueden darse por respuesta a condiciones de estrés provocadas por disponibilidad de nutrientes, temperatura, iluminación, salinidad y fase de desarrollo del cultivo. Estas variaciones metabólicas en microalgas, ha sido ampliamente estudiada en la búsqueda de mejorar procesos biotecnológicos para la obtención de productos como lípidos, ácidos grasos poli-insaturados y carotenoides (Yu et al., 2011). La producción de nanopartículas (NPs) metálicas mediante la biosíntesis a través de microalgas se ha explorado para el desarrollo de tecnologías ambientalmente amigables (Li et al. 2011), sin embargo, su producción depende fuertemente de las condiciones experimentales de los cultivos (Sudha et al., 2013), área en la que aún falta mucho por investigar. La capacidad de las microalgas para producir nanopartículas metálicas está relacionada con los procesos de detoxificación por la presencia de metales pesados en el medio (Mohseniazar et al., 2011; Jena et al., 2014), respondiendo con el aumento en el contenido proteico así como un aumento significativo en la actividad de la catalasa, la superóxido dismutasa y en el contenido de glutatión reducido (Sabatini et al., 2009), además de la producción de metalotioninas y fitoquelatinas (Perales-Vela et al., 2006). También se ha encontrado evidencia de la relación que existe con proteínas oxido reductoras involucradas en la síntesis y transporte de ATP (Barwal et al., 2011). Estos compuestos además de moléculas antioxidantes no enzimáticas como pigmentos, polisacáridos y polifenoles también están relacionados con el estrés oxidativo que puede resultar de condiciones ambientales como la salinidad y la iluminación, así como por la presencia de metales o sustancias químicas (Cirulis et al., 2013), por lo que es de esperarse que las variaciones ambientales generen cambios metabólicos que hagan variar la capacidad para la producción de nanopartículas. En este estudio se evaluaron los efectos de las condiciones de salinidad e iluminación en el cultivo de tres cepas de microalgas y en los efectos que estas condiciones tienen sobre la capacidad de estas cepas para la biosíntesis de nanopartículas de cobre. Además, tomando en cuenta que para el cultivo de microalgas se requieren grandes cantidades de agua y nutrientes, se hace una revisión de literatura de los factores que intervienen para la producción de microalgas usando como medio de cultivo aguas residuales urbanas en las diferentes etapas de tratamiento. Por otra parte, como complemento del presente trabajo, se añaden dos capítulos del libro “Agricultural Nanobiotechnology, modern agriculture for a sustainable future”, en los cuales se participó como coautor."

"The treatment and reuse of wastewater represents a strategy for the preservation of the quality of natural waters (Sala and Mujeriego 2001) since the contamination of this resource is a real problem for the current global population (Onda et al. 2012). The treatment of wastewater with the cultivation of microalgae allows the use of pollutants such as nitrogen and phosphorus (Sriram and Seenivasan 2012) when using them as nutrients for their cultivation, decreasing its content. It also has the potential to treat other highly toxic pollutants, such as heavy metals (Das et al. 2009; Dwivedi 2012) and radioactive elements (Potera 2011; Fukuda et al. 2014), depending on the source of the contaminated water that is to be treated. There is a wide field of research regarding the bioremediation of water using these microorganisms. On the one hand, there are studies that focus on the treatment of contaminated or wastewater as the main objective (de-Bashan y Bashan 2010; Hii et al. 2011), either using microalgae in conjunction with bacteria or fungi, or using biomass as a heavy metal adsorbent material (Dwivedi 2012). On the other hand, there are studies where the treatment of wastewater is sought through its use for the production of biomass useful for other purposes (Christenson and Sims 2011). The result is a positive impact on the environment, as well as a profitable activity for the products that could potentially be obtained. This would partially reduce the pressure on this appreciable resource."

Doctoral thesis

Nanopartículas Biosíntesis Cobre CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Disminución del impacto de fusarium oxysporum en tomate utilizando complejos pva-quitosán-nps cu

YOSELIN ATHALIA RIVERA JARAMILLO (2020)

"En la agricultura moderna el uso de los agroquímicos ha permitido un incremento en la producción; sin embargo, el monocultivo y uso indiscriminado de agroquímicos ha reducido la diversidad del agroecosistema, causando una inestabilidad manifestándose así plagas y enfermedades en los cultivos. El objetivo del presente trabajo fue determinar si la aplicación del complejo alcohol polivinílico-quitosán-nanopartículas de cobre (PVA-Cs-NPs Cu) tiene un efecto en los mecanismos de defensa en las plantas de tomate infectadas con Fusarium oxysporum (FOL). En la primera etapa se estableció una prueba de inhibición in vitro usando diferentes concentraciones del complejo PVA-Cs-NPs Cu (2, 4, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384 mg L-1) y alcohol polivinílico-quitosán (PVA-Cs 250, 384 mg L-1). Lo anterior para determinar el poder antifúngico del complejo. Para la segunda etapa se establecieron dos cultivos de tomate híbrido cv. Cid F1, uno sometido a estrés biótico, estas plantas fueron inoculadas con Fusarium oxysporum al trasplante. Para activar el mecanismo de defensa los complejos alcohol polivinílico-quitosán-nanopartículas de cobre (PVA-Cs 500 mg L-1-NPs Cu 500 mg L-1) y alcohol polivinílico-quitosán (PVA-Cs 500 mg L-1) fueron aplicados de manera foliar, las plántulas tuvieron una aplicación dos días previos al trasplante, posterior a esto se aplicaron en intervalos de 20 días iniciando después del trasplante con un total de 7 aplicaciones durante el ciclo. Se evaluaron variables agronómicas, calidad de fruto, severidad e incidencia, actividad de enzimas defensivas y la expresión del gen PR1. En la primera etapa los complejos PVA-Cs-NPs Cu y PVA-Cs controlaron efectivamente el crecimiento in vitro del hongo. Para la segunda etapa las plantas sin estrés biótico y con la aplicación de PVA-Cs-NPs Cu incrementaron las variables relacionadas con el vigor en las plantas, rendimiento, número de frutos, peso promedio de frutos, peso fresco aéreo, peso seco aéreo, peso fresco de raíz, la actividad de PAL en hoja y aumento la expresión del gen PR1. En el cultivo inoculado con Fusarium oxysporum no se encontraron diferencias para las variables severidad e incidencia de la enfermedad provocada por FOL. El tratamiento FOL+PVA-Cs-NPs Cu incrementó el peso promedio de fruto y el peso fresco de la raíz. FOL+PVA-Cs incrementó la actividad de PAL en hojas y la expresión del gen PR1. Se sugiere que PVA-Cs-NPs Cu y PVA-Cs podrían jugar un papel importante como potenciales inductores para mejorar la respuesta de defensa en las plantas"

"In modern agriculture the use of agrochemicals has allowed an increase in production; however, monoculture and indiscriminate use of agrochemicals have reduced the diversity of the agroecosystem, causing instability, thus manifesting pests and diseases in crops. The objective of the present work was to determine if the application of the polyvinyl alcohol-chitosan-copper nanoparticles complex (PVA-Cs-NPs Cu) has an effect on defense mechanisms in tomato plants infected with Fusarium oxysporum (FOL). In the first stage, an in vitro inhibition test was established using different concentrations of the PVA-Cs-NPs Cu complex (2, 4, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384 mg L-1) and polyvinyl alcohol- chitosan (PVA-Cs 250, 384 mg L-1). The above to determine the antifungal power of the complex. For the second stage, two hybrid tomato crops cv. Cid F1, one subjected to biotic stress, these plants were inoculated with Fusarium oxysporum at transplant. To activate the defense mechanism, the complexes polyvinyl alcohol-chitosan-copper nanoparticles (PVA-Cs 500 mg L-1-NPs Cu 500 mg L-1) and polyvinyl alcohol-chitosan (PVA-Cs 500 mg L-1) were applied foliarly, the seedlings had an application two days prior to transplantation, after which they were applied at intervals of 20 days starting after transplantation with a total of 7 applications during the cycle. Agronomic variables, fruit quality, severity and incidence, activity of defensive enzymes and the expression of the PR1 gene were evaluated. In the first stage, the PVA-Cs-NPs Cu and PVA-Cs complexes effectively controlled the in vitro growth of the fungus. For the second stage, plants without biotic stress and with the application of PVA-Cs-NPs Cu increased the variables related to plant vigor, yield, number of fruits, average weight of fruits, fresh air weight, aerial dry weight, fresh root weight, leaf PAL activity and increased expression of the PR1 gene. In the culture inoculated with Fusarium oxysporum, no differences were found for the variables severity and incidence of the disease caused by FOL. The FOL + PVA-Cs-NPs Cu treatment increased the average fruit weight and the fresh root weight. FOL + PVA-Cs increased PAL activity in leaves and expression of the PR1 gene. It is suggested that PVA-Cs-NPs Cu and PVA-Cs could play an important role as potential inducers to improve the defense response in plants"

Master thesis

Tomate Cultivo Nanopartículas CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Aplicación de nanopartículas de selenio, silicio y cobre para inducir tolerancia a estrés salino en el cultivo de pimiento

CLARIBEL CARDENAS ALVAREZ (2019)

"El pimiento morrón (Capsicum annum L.) es una hortaliza con alto contenido de antioxidantes, y su consumo es importante ya que puede prevenir algunas enfermedades del ser humano. Las plantas pueden ser afectadas por diferentes tipos de estrés ya sea biótico o abiótico. Dentro de los factores abióticos, está el estrés salino que afecta el metabolismo y la fisiología de las plantas, lo que produce daño, disminuyendo la productividad y la calidad. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la aplicación de Nanopartículas de selenio, silicio y cobre (NPs, Se, Si y Cu) genera tolerancia al estrés salino en el cultivo de pimiento. Para el presente trabajo, se estableció el cultivo de pimiento variedad Kitrino, las plantas fueron expuestas al estrés salino con la aplicación de NaCl a 25 mM (4 dS m-1) y 50 mM (7.5 dS m-1) en la solución nutritiva durante todo el ciclo del cultivo. Para inducir tolerancia al estrés salino se aplicó NPs de Se (10 y 50 mg L-1), NPs de Si (200 y 1000 mg L-1), NPs de Cu (100 y 500 mg L-1). La aplicación de NPs fue de 10 mL por planta dirigida al suelo en intervalos de 30 días a partir del trasplante, con un total de 5 aplicaciones durante el ciclo. Se evaluaron variables agronómicas, calidad de fruto, compuestos antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos. Los resultados muestran que el estrés salino reduce la altura y rendimiento. La aplicación de NPs disminuyo el ORP. Los compuestos no enzimáticos y enzimáticos fueron modificados por la aplicación de NPs y estrés salino. Las NPs aumentaron la cantidad de GPX en hojas en condiciones de estrés salino de 50 mM de NaCl. Mientras que para los frutos donde no hubo estrés las NPs inhibieron el GPX. Las NPs de Cu en fruto a 25 mM de NaCl aumentó GPX, PAL, y CAT. Las NPs de Si en dosis bajas en fruto a 25 mM de NaCl aumentó APX y GPX, mientras que en la hoja aumento el GPX con y sin estrés salino. Los antioxidantes no enzimáticos en fruto a 50 mM de NaCl aumentaron con la aplicación de NPs, principalmente el contenido de flavonoides, vitamina C y carotenoides amarillos, en las hojas aumentó el contenido de clorofilas a y totales. Mientras que la aplicación de NPs de Se, Si y Cu sin estrés salino aumentó la cantidad de proteínas en hojas, y en fruto los fenoles totales."

"The bell pepper (Capsicum annum L.) is a vegetable with high antioxidant content, and its consumption is important as it can prevent some diseases in humans. Plants can be affected by different types of stress, whether biotic or abiotic. Among the abiotic factors, there is saline stress that affects the metabolism and physiology of plants, which causes damage, decreasing productivity and quality. The objective of this work was to evaluate whether the application of selenium, silicon and copper Nanoparticles generates tolerance to saline stress in pepper cultivation. For the present work, the Kitrino variety pepper crop was established, the plants were exposed to saline stress with the application of 25 mM NaCl (4 dS m-1) and 50 mM (7.5 dS m-1) in the nutrient solution throughout the crop cycle. To induce tolerance to saline stress, NPs of Se (10 and 50 mg L-1), NPs of Si (200 and 1000 mg L-1), NPs of Cu (100 and 500 mg L-1) were applied. The application of NPs was 10 ml per plant directed to the ground at intervals of 30 days from the transplant, with a total of 5 applications during the cycle. Agronomic variables, fruit quality, enzymatic and non-enzymatic antioxidant compounds were evaluated. The results show that saline stress reduces height and performance. The application of NPs decreased the ORP. The non-enzymatic and enzymatic compounds were modified by the application of NPs and saline stress. NPs increased the amount of GPX in leaves under saline stress conditions of 50 mM NaCl. While for fruits where there was no stress, NPs inhibited GPX. Cu NPs in fruit at 25 mM NaCl increased GPX, PAL, and CAT. The NPs of Si in low doses in fruit at 25 mM of NaCl increased APX and GPX, while in the process the GPX increased with and without saline stress. The non-enzymatic antioxidants in fruit at 50 mM NaCl the NPs mainly increased the content of flavonoids, vitamin C and yellow carotenoids, in the leaves the content of a and total chlorophylls increased. While the application of NPs of Se, Si and Cu without saline stress increased the amount of protein in leaves and in total fruit phenols."

Master thesis

Nanotecnología salinidad Capsicum annum L. CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Adición de nano-selenio y nano-cobre para inducir tolerancia a estrés biótico en tomate

TOMASA QUITERIO GUTIERREZ (2018)

"El tizón temprano (Alternaria solani) es una enfermedad que afecta fuertemente a las solanáceas, dañando principalmente a las plantas de tomate, causando grandes pérdidas económicas. Existen métodos de control biológico, pero estos son muy costosos y muchas veces su modo de acción es lento. Debido a esto surge la necesidad de emplear nuevas técnicas que permitan un control más eficiente de los patógenos. La nanotecnología surge como una nueva alternativa de solución, permitiendo crear nuevas herramientas para el tratamiento de enfermedades en plantas, así como el control de patógenos mediante la utilización de nanopartículas (NPs). El objetivo de la presente investigación fue evaluar la aplicación foliar de NPs Se y NPs Cu en el cultivo de tomate afectado por Alternaria solani, para determinar así el efecto en el crecimiento, la capacidad antioxidante y la calidad de los frutos de tomate. Se evaluó la severidad de Alternaría solani, y el rendimiento del cultivo. Se determinaron los compuestos antioxidantes no enzimáticos, enzimáticos y la capacidad antioxidante, esto en respuesta a la defensa a estrés biótico. Las dosis altas de NPs Se + NPs Cu, generó una inducción de la actividad de las enzimas SOD, APX, GPX y PAL en las hojas, y en fruto la enzima GPX. En cuanto a los compuestos no enzimáticos en hojas se vio favorecido el β-caroteno, clorofila a, b y totales y en los frutos aumentaron los fenoles totales y los flavonoides, en cuanto a la capacidad antioxidante ABTS y DPPH se observaron resultados favorables en hoja. En resumen, la aplicación de las NPs generó efectos benéficos en la resistencia al estrés por Alternaría solani, incrementando los compuestos enzimáticos y no enzimáticos"

"The early blight (Alternaria solani) is a disease that strongly affects Solanaceae, damaging mainly tomato plants, causing great economic losses. There are methods of biological control, but these are very expensive and often their mode of action is slow. Due to this, there is a need to use new techniques that allow a more efficient control of pathogens. Nanotechnology emerges as a new alternative solution, allowing to create new tools for the treatment of diseases in plants, as well as the control of pathogens through the use of nanoparticles (NPs). The objective of the present investigation was to evaluate the foliar application of Se NPs and Cu NPs in the tomato crop affected by Alternaria solani, to determine the effect on growth, antioxidant capacity and quality of tomato fruits. The severity of Alternaria solani and the yield of the crop were evaluated. The non-enzymatic, enzymatic antioxidant compounds and the antioxidant capacity were determined, this in response to the defense to biotic stress. The high doses of NPs Se + Cu NPs, generated an induction of the activity of the enzymes SOD, APX, GPX and PAL in the leaves, and in fruit the enzyme GPX. As for the non-enzymatic compounds in leaves, β-carotene, chlorophyll a, b and totals were favored and total phenols and flavonoids increased in fruits, in terms of the ABTS and DPPH antioxidant capacity, favorable leaf results were observed. In summary, the application of the NPs generated beneficial effects in resistance to stress by Alternaria solani, increasing the enzymatic and non-enzymatic compounds"

Master thesis

Nanopartículas selenio cobre Antioxidantes Tomate CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA