Nanomaterial híbrido como bio-fungicida para el sector agrícola

Diego Vaca; Alejandra Santana Cruz; Roberto Guerra González; Jorge Luis Flores Moreno; Homero Reyes de la Cruz; Jesús Salvador López Bucio; Saúl Vázquez Fuentes

doi:10.22201/ceiich.24485691e.2023.30.69736

Diego Vaca Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciencias Básicas de Ingeniería Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Laboratorio de Biotecnología de Plantas. https://orcid.org/0000-0002-1334-9039
Alejandra Santana Cruz Universidad Autónoma Metropolitana–Azcapotzalco, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Área de Química de Materiales. https://orcid.org/0000-0001-8951-8145
Roberto Guerra González Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciencias Básicas de Ingeniería Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Laboratorio de Biotecnología de Plantas. https://orcid.org/0000-0001-7780-8858
Jorge Luis Flores Moreno Universidad Autónoma Metropolitana–Azcapotzalco, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Área de Química de Materiales. https://orcid.org/0000-0001-5001-8004
Homero Reyes de la Cruz Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciencias Básicas de Ingeniería Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Laboratorio de Biotecnología de Plantas. https://orcid.org/0000-0002-6977-0324
Jesús Salvador López Bucio Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciencias Básicas de Ingeniería Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Laboratorio de Biotecnología de Plantas. https://orcid.org/0000-0002-6173-8645
Saúl Vázquez Fuentes Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciencias Básicas de Ingeniería Ambiental, Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Laboratorio de Biotecnología de Plantas. https://orcid.org/0000-0001-6492-469X

DOI: https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2023.30.69736

Palabras clave: fitopatógeno, fungistático, híbrido, hidróxido doble laminar

Resumen

En este trabajo se desarrolló un nanomaterial a base de una estructura de hidróxido doble laminar HDL (ZnAl) impregnado de moléculas orgánicas de timol; se estudió el efecto fungistático in vitro e in vivo ante dos hongos fitopatógenos Colletotrichum gloeosporioides y Botrytis cinerea causantes de enfermedades en plantas como la antracnosis y el moho gris. La síntesis de este nanomaterial se llevó a cabo por el método de reconstrucción del óxido mixto ZnAl-(O) pasando por una combustión; la caracterización fisicoquímica del material se efectuó por difracción de rayos-X XRD, análisis termogravimétrico TGA, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier FTIR y microscopía electrónica de barrido MEB. Se realizó un análisis de conservación de la molécula orgánica timol en presencia del hongo fitopatógeno B. cinerea y sin la acción bioquímica de este, mediante cromatografía líquida de alta eficacia HPLC. Concluyendo que el nanomaterial híbrido sintetizado HDL-T puede ser una alternativa para mitigar problemas agrícolas derivado de hongos fitopatógenos sin dañar el medio ambiente y evitando problemas sanitarios; esto por la protección que el HDL le brinda al timol retardando así su descomposición y haciéndole mucho más manejable.

Citas

Bañuelos-Valenzuela, R. Delgadillo-Ruiz, L. Echavarría-Cháirez, F. Delgadillo-Ruiz, O. y Meza López, C. (2018). Composición química y FTIR de extractos etanólicos de Larrea tridentata, Origanum vulgare, Artemisa ludoviciana y Ruta graveolens. Agrociencia, 52: 309-321. ISSN 2521-9766.

Barcenas, C. (2005). Química y ecotoxicología de los fungicidas. En J. Rendón von Osten, G. Gold-Bouchot y C. Agraz-Hernández A.V. Botello, Golfo de México. Contaminación e impacto ambiental. Coatzacoalcos: Universidad Autónoma de Campeche, 191-198.

Benítez-Leite, S., Macchi, M. L., Fernández, V., Franco, D., Ferro, E. A., Mojoli, A., Cuevas, F., Alfonso, J. y Sales, L. (2010). Daño celular en una población infantil potencialmente expuesta a pesticidas. Pediatr. (Asunción), 37(2). Universidad Nacional de Asunción. https://revistaspp.org/index.php/pediatria/article/view/202.

Benito, P., Labajos, F. y Rives, V. (2009). Microwaves and layered double hydroxides: A smooth understanding. Pure and Applied Chemistry, 81(8): 1459-1471. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-08-07-01.

Bernardo, M. P., Guimarães, G. F. Majaron, V. F. y Ribeiro, C. (2018). Controlled release of phosphate from layered double hydroxide structures: dynamics in soil and application as smart fertilizer. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 6: 5152-5161. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b04806.

Bizuneh, A. (2014). GC-MS and FT-IR analysis of constituents of essential oil from cinnamon bark growing in south-west of Ethiopia. International Journal of Herbal Medicine, 1, (6): 22-31.

Bogdan, S., Deyá, C. y Romagnoli, R. (2015). Evaluación de timol para el control antifúngico sobre películas de pintura. Matéria, 20(3), sept.: 699-704. https://doi.org/10.1590/S1517-707620150003.0073.

Bruneton, J. (2001). Farmacognosia, fitoquímica, plantas medicinales. España: Acribia S. A. ISBN 978-84-200-0956-8.

C. Patil, K. Aruna, S. T. y Mimani, T. (2002). Combustion synthesis: an update. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 6(6): 507-512. https://doi.org/10.1016/S1359-0286(02)00123-7.

Costantino, U. Marmottini, F. Nocchetti, M. y Vivani, R. (1998). New synthetic routes to hydrotalcite-like compounds − Characterisation and properties of the obtained materials. European Journal of Inorganic Chemistry, 1439-1446. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0682(199810)1998.

Costantino, U., Coletti, N. y Nocchetti, M. (1999). Anion exchange of methyl orange into Zn-Al synthetic hydrotalcite and photophysical characterization of the intercalates obtained. Langmuir, 15(13): 4454-4460. https://doi.org/10.1021/la981672u.

Damián G. (2017). Síntesis y caracterización de hidróxidos dobles laminares (HDL) con adición de cationes M4+. Tesis para obtener el grado de doctor en ciencias químicas. México: Universidad Autónoma Metropolitana.

Dean, R., A. L. Van Kan, J., A. Pretorius, Z., E. Hammon-Kosack, K., Di Pietro, A., D. Spanu, P., J. Rudd, J., Dickman, M., Kahmann, R., Ellis, J. y D. Foster, G. (2012). The top 10 fungal pathogens in molecular plant pathol ogy. Molecular Plant Pathology, 13(4): 414-430. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2011.00783.x.

Dias de Castro, R., Pereira Andrade de Souza, T., Dornelas Bezerra, L., Lacet Silva Ferreira, G., Melo de Brito Costa, E., M. M. y Leite Cavalcanti, A. (2015). Antifungal activity and mode of action of thymol and its synergism with nystatin against Candida species involved with infections in the oral cavity: an in vitro study. BMC Complementary and Alternative Medicine, 15-417. https://doi.org/10.1186/s12906-015-0947-2.

FAO. (2010). Biopreparados para el manejo sostenible de plagas y enfermedades en la agricultura urbana y periurbana. Lima, Perú: FAO-Oficina Sub Regional para América del Sur.

Feng, L. y Xua, D. (1998). Applications of layered double hydroxides. Proceedings of the IEEE International Conference on Transmission and Distribution Construction and Live Line Maintenance, 119: 193-223. https://doi.org/1007/430_007.

Fernández Béjar, M. (2016). Síntesis de hidróxidos dobles laminares (HDL) y su aplicación a la eliminación de colorantes aniónicos en disoluciones acuosas. Tesis de pregrado. Madrid: Universidad Politécnica de Madrid.

Fetter, G., Hernández F., Mauber, A. M. V. H., Lara, V. H. y Bosch, P. (1997). Microwave irradiation effect on hydrotalcite synthesis. Journal of Porous Materials, 4: 27-30. https://doi.org/10.1023/A:1009619005529.

García-García, R. M. y Palou-García, E. (2008). Mecanismos de acción antimicrobiana de timol y carvacrol sobre microrganismos de interés en alimentos. Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos, 2(2): 41-51.

Geetanjali, M., Barsha, D., Sony, P., Diptipriya, S. y Chityal, K. (2018). Comparative evaluation of synthetic routes and antibacterial/antifungal properties of Zn-Al layered double hydroxides containing benzoate anion. Environmental Engineering Science, 35(3): 247-260. https://doi.org/10.1089/ees.2017.0062.

He, J., Li, B., G, D. y Duan, D. (2004). Synthesis of layered double hydroxides in an emulsion solution. Colloids and Surfaces A. Physicochemical and Engineering Aspects, 251: 191-196. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.09.032.

Huerta-Palacios, Holguín-Meléndez, F., Benítez-Camilo, F. y Toledo-Arreola, J. (2009). Epidemiología de la antracnosis [Colletotrichum gloeosporioides] (Penz.) Penz. and Sacc.] en Mango (Mangifera indica L.) cv. Ataulfo en el Soconusco, Chiapas, México. Revista Mexicana de Fitopatología, 27 (2): 93-105.

Jáquez Matas, S., González, L. y Campuzano R. (2008). Instituto Politécnico Nacional. https://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/16959 (Consultado, enero 3, 2022).

Juárez-Becerra, G. P., Sosa-Morales, M. E. y López-Malo, A. (2010). Hongos fitopatógenos de alta importancia económica: descripción y métodos de control. Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos, 4(2): 14-23.

Kumar, Ch. A. y Chul Kang, S. (2014). Thymol disrupts the membrane integrity of Salmonella ser. typhimurium in vitro and recovers infected macrophages from oxidative stress in an ex vivo. Research in Microbiology: 165(7): 559-65. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2014.07.001.

Lambert, R. J. W., Skandamis, P. N., Coote, P. J. y Nychas, G. J. E. (2001). A study of the minimum inhibitory concentration and mode of action of oregano essential oil, thymol and carvacrol. Journal of Applied Microbiology, 91: 453-462. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2001.01428.x.

Lemus-Soriano, B. y Pérez-Aguilar, D. (2017). Manejo de la antracnosis del aguacate con biofungicidas. Memorias del V Congreso Latinoamericano del Aguacate, 4-7 de septiembre, 135-139. Cd. Guzmán, Jalisco, México.

Lobo-Sánchez, M., Nájera-Meléndez, G., Luna, G., Segura-Pérez, V., Rivera, J. A. y Fetter, G. (2018). ZnAl layered double hydroxides impregnated with eucalyptus oil as efficient hybrid materials against multi-resistant bacteria. Applied Clay Science, 153: 61-69. https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.11.017.

López Camacho, R. (2007). Productos forestales no maderables: importancia e impacto de su aprovechamiento. Colombia Forestal, 11: 215-231. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.colomb.for.2008.1.a14.

Martínez Goyeneche, L. (2018). Determination of particle size by X-Ray diffraction. Trabajo para obtener el grado en física. Cantabria: Universidad de Cantabria.

Martínez, D. y G Carbajal, G. (2012). Hidróxidos dobles laminares: arcillas sintéticas con aplicaciones en nanotecnología. Revista de la UDLA, Avances en Química, 7 (1): 87-99. http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=93322655011.

Meyn, M., Beneke, K. y Lagaly, G. (1990). Anion-exchange reactions of layered double hydroxides. Inorganic Chemistry, 29: 5201-5207. https://doi.org/10.1021/ic00351a013.

Miao, S., Naumann d’Alnoncourt, R., Reinecke, T., Kasatkin, I., Behrens, M., Schlögl, R. y Muhler, M. A. (2009). Study of the influence of composition on the microstructural properties of ZnO/Al2O3 mixed oxides. European Journal of Inorganic Chemistry, 7: 910-921. https://doi.org/10.1002/ejic.200800987.

Miyata, S. (1975). The syntheses of hydrotalcite-like compounds and their structures and physico-chemical properties: The systems Mg2+, Al3+, NO3-, Mg2+, Al3+, Cl-, Mg2+, Al3+, Cl-. Clays and Clay Minerals, 23: 369-375. https://doi.org/10.1346/CCMN.1975.0230508.

Miyata, S. (1983). Anion-exchange properties of hydrot alcite-like compounds. Clays and Clay Minerals, 31(4): 305-311. https://doi.org/10.1346/CCMN.1983.0310409.

Montoya Cadavid, G. de J. (2010). Aceites esenciales. Una alternativa de diversificación para el Eje cafetero. Colombia: Universidad Nacional de Colombia. ISBN 958-8280-26-4.

Morales-Irigoyen, E., Gómez-y-Gómez, Y., Flores-Moreno, J. Franco-Hernández, M. (2018). A bionanohybrid ZnAl-NADS ecological pesticide as a treatment for soft rot disease in potato (Solanum tuberosum L.). Environmental Science and Pollution Research, 25 (22): 21439. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9875-7.

Newman, P. y Jones, W. (1998). Synthesis, characterization and applications of layered double hydroxides containing organic guests. New Journal of Chemistry, 105-115. https://doi.org/10.1039/A708319J.

Numpaque, M., A. Oviedo, L., H. Gil, J., M. García, C. y L. Durango, D. (2011). Thymol and carvacrol: biotransformation and antifungal activity against the plant pathogenic fungi Colletotrichum acutatum and Botryodiplodia. Tropical Plant Pathology, 36(1): 003-013. https://doi.org/10.1590/S1982-56762011000100001.

Oviedo Berrocal, L. (2014) Biotransformación de los sustratos timol y carvacrol mediante el hongo fitopatógeno Colletotrichum acutatum. Magister en ciencias-química. Medellín, Colombia: Universidad Nacional de Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/21049.

Rajeshwa, K. y R. de Tacconi, N. (2009). Solution combustion synthesis of oxide semiconductors for solar energy conversion and environmental remediation. Chemical Society Reviews, 1984-1988. https://doi.org/10.1039/B811238J.

Ramos Ramírez, E., López Goeme, T. y Gómez, R. (1997). Thermal stability of sol-gel hydrotalcites. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 8: 437-442. https://doi.org/10.1007/BF02436879.

Sabourin, E., Mercedes Patrouilleau, M., François Le Coq, J., Vásquez, L. y Niederle, P. (2017). Políticas públicas y desarrollo de la agroecología en América Latina y el Caribe. FAO.

Sánchez Jiménez, C. y Carbajal Arizaga, G. (2016). Sistema de síntesis de hidróxidos dobles laminares con nitrato para reducir contaminación con carbonato y monitoreo de intercambio de nitrato interlaminar. Avances en Química, 11(1): 11-16. Universidad de los Andes.

Santana Cruz, A. (2014). Materiales híbridos como bactericidas de Escherichia coli. Tesis para obtener el grado de maestra en ciencias e ingeniería de materiales. México: Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Azcapotzalco.

Shapiro, S. y Guggenheim, B. (1995). The action of thymol on oral bacteria. Oral Microbiology and Immunology, 10(4): 241-6. https://doi.org/10.1111/j.1399-302x.1995.tb00149.x.

Simoniello, M., Kleinsorge, E. y Carballo, M. (2010). Evaluación bioquímica de trabajadores rurales expuestos a pesticidas. Medicina (Buenos Aires), 70: 489-498. https://www.researchgate.net/publication/262614558.

Wan, D., Liu, Y., Xiao, S., Chen, J. y Zhan, J. (2015). Uptake fluoride from water by caclined Mg-Al-CO3 hydrotalcite: Mg/Al ratio effect on its structure, electrical affinity and adsorptive property. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 469: 307-314. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.01.045.

Wu, Y., Luo, Y. y Wang, Q. (2012). Antioxidant and antimicrobial properties of essential oils encapsulated in zein nanoparticles prepared by liquid-liquid dispersion method. LWT – Food Science and Technology, 48: 283-290. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.03.027.