Grafeno en la agricultura:

la revolución silenciosa que alimentará al mundo 

Optimizar la producción de alimentos con menos recursos y un mínimo impacto ambiental es un constante desafío para la agricultura ante la creciente demanda global. En este contexto, los expertos en nanotecnología desde hace poco más de 10 años comenzaron a abrir diversas líneas de investigación en torno al grafeno, con la finalidad de generar evidencia sobre sus efectos en las especies vegetales y, en consecuencia, evaluar su viabilidad para el posterior uso en la industria agrícola.  

¿Cuál es la importancia del grafeno para la agricultura? 

Desde el punto de vista fisicoquímico, el grafeno es una lámina bidimensional de átomos de carbono organizados en una red hexagonal, de apenas un átomo de espesor. Esta estructura aparentemente simple, es la responsable de sus extraordinarias propiedades de conductividad eléctrica y térmica, resistencia mecánica, hidrofobicidad, entre muchas otras, que, en conjunto, no se encuentran en ningún otro material.  

“La química superficial, la concentración y el modo de interacción del grafeno son factores críticos para mejorar la productividad agrícola” 

Por otra parte, el óxido de grafeno (GO) es la variante más estudiada por su química superficial, caracterizada por la presencia de grupos hidroxilo, epóxido, carbonilo y carboxilo, que transforman la esencia hidrofóbica del grafeno, en una versión hidrofílica que no solo permite obtener dispersiones acuosas estables y biocompatibles, sino que además lo convierten en una plataforma de intercambio químico para anclar nutrientes, captar contaminantes, e interactuar con otras nanopartículas, moléculas o componentes en general que podrían ser de interés para la agricultura. Un ejemplo práctico es el potencial del GO como coadyuvante de los fertilizantes.  Pues como es bien sabido, una de las importantes problemáticas de estos productos es su baja eficiencia, ya que gran parte de ellos se volatiliza o lixivia, contaminando los cuerpos de agua y/o suelos. En este caso, se presume que los mencionados grupos funcionales distribuidos en toda su superficie del grafeno son capaces de encapsular los nutrientes para posteriormente liberarlos de manera gradual, evitando pérdidas y, en consecuencia, reduciendo la contaminación.  

“Si bien el grafeno aporta la base estructural y propiedades físicas, es el óxido de grafeno el que habilita su uso real en agricultura, porque traduce las propiedades del grafeno a un lenguaje que los sistemas vivos pueden entender” 

A continuación, se describen cronológicamente algunos avances relevantes en la investigación del grafeno aplicado a la agricultura: 

Entre 2010 y 2012, investigadores de China y EE. UU., estudiaron el impacto del GO en cultivos de lechuga, arroz y tomate. Al exponer las semillas a soluciones acuosas con 0.001 hasta 0.1 g/L de GO, el primer objetivo fue determinar su capacidad de penetración y los posibles efectos en la germinación. Sorprendentemente, los científicos notaron que, a bajas concentraciones, el GO potenciaba la germinación, el crecimiento radicular y la fotosíntesis, posiblemente al facilitar la entrada de agua y por alguna activación enzimática.  

Entre 2013 – 2016, las investigaciones continuaron para tratar de explicar mejor estos fenómenos. Por lo que, ahora en lugar de solo exponer y observar únicamente a las semillas en dispersiones de GO, los científicos diseñaron estudios para involucrar al entorno. Es decir, mediante el crecimiento en macetas. Con esto se analizaron otras variables como el agua de las semillas, los nutrientes, entre otras que les ayudaron a concluir que, en efecto, el óxido de grafeno sí era capaz de retener el agua, de mejorar la hidratación de las semillas y de adsorber nutrientes manteniéndolos disponibles cerca de la raíz. Dicho en otras palabras, descubrieron que el GO estaba optimizando el microambiente de las plantas.  

Ante esto era evidente que los estudios debían realizarse en ambientes aún más relevantes. Por lo tanto, entre 2016- 2019 científicos de India y China continuaron los experimentos en invernaderos, sistemas hidropónicos y cultivos completos, especialmente de arroz y trigo. Con ellos evaluaron biomasa, fotosíntesis e incluso cuantificaron las hormonas vegetales. Los resultados consistentemente arrojaron que el GO fungía como un bioestimulante que ayudaba el crecimiento y mejoraba la eficiencia fotosintética.   

Con tantos puntos a favor, el nuevo interés ya no era saber si el grafeno mejoraba el crecimiento de las plantas, sino identificar si el grafeno las ayudaba a sobrevivir en entornos agresivos. Por lo que, entre 2019- 2021, científicos de Estados Unidos y Europa, descubrieron que el GO no solo ayudaba a crecer, sino también a sobrevivir ante sequía y salinidad, explicando lo siguiente:  

Salinidad 

Con el fin de simular un medio salino, para los experimentos se  emplearon soluciones de cloruro de sodio en un rango de concentración de 50 y 120 mM, para promover pérdida de agua en la planta, lograr un desequilibrio iónico y con ello causar estrés oxidativo. Lo importante fue que, en presencia de GO ya sea aplicado en el suelo, por aspersión o en hidroponía, las plantas mantuvieron un buen equilibrio iónico, aumentaron las enzimas antioxidantes y su actividad fotosintética no se vio afectada.   

Sequía 

Generalmente para simular sequía existen distintas metodologías, por ejemplo, reducir o suspender el riego, o bien, se pueden utilizar otras estrategias como el polietilenglicol para reducir el potencial hídrico sin quitar físicamente el agua. En cualquiera de ellas, la integración del GO parece ser la misma, esto es, directamente en el suelo, para posteriormente evaluar los efectos en las plantas. Una primera observación fue que, en sequía el GO no siempre se internaliza, sino que puede permanecer en el suelo reteniendo el agua, reduciendo la evaporación y/o aumentando el tiempo de disponibilidad hídrica. Es decir, el GO puede actuar como un acondicionador de suelo.   

Estrés oxidativo 

En resumen, tanto la salinidad como la sequía son causantes de estrés oxidativo en las plantas, mismo que se define como un desequilibrio por el exceso de especies reactivas de oxígeno o de los conocidos radicales libres causantes de daño o incluso muerte celular. Ante este fenómeno, los estudios señalaron que, si bien el GO no evita la agresión, sí contribuye a que la planta resista más ante la adversidad gracias a la activación de enzimas antioxidantes, retención de agua, ajuste osmótico y regulación hormonal. Por lo que, en el periodo 2022- 2025 y, principalmente en India, surgió el concepto “nano-priming”, la cual es una técnica de pre- acondicionamiento de semillas o plantas, que consiste en una hidratación controlada para activar su metabolismo antes de su crecimiento propiamente dicho, con la finalidad de mejorar la germinación y la resistencia al estrés.  Hasta el momento, el nano- priming con GO ha demostrado mejor germinación, fortalecimiento del sistema radicular, activación del sistema antioxidante y mejor respuesta al estrés.  

Con todos estos antecedentes científicos, cada vez más se consolida el óxido de grafeno como una herramienta agrícola clave para mejorar el microambiente del suelo, optimizar el uso del agua y fortalecer la resistencia de los cultivos.  

Consecuentemente, Energeia-Graphenemex reafirma su compromiso con la innovación mexicana mediante una colaboración con el Laboratorio de Bionanotecnología del Instituto de Física (UASLP), a cargo de la Dra. Daniela Salado. En el marco del Doctorado Institucional en Ingeniería y Ciencia de Materiales (DICIM-UASLP), y con la participación de la alumna Sarahi Josefina Estrada Loredo, en 2025 abrieron una línea de investigación para analizar la interacción de nanomateriales, entre ellos el grafeno y óxido de grafeno (Graphenemex®) con cultivos estratégicos. Esperamos muy pronto poder compartir los resultados de este importante proyecto.  

Redacción: EF/Dania Hernández 

Referencias 

1. Niu, Y.-X., Yao, X.-Y., Won, J. H., Shen, Z.-K., Liu, C., Yin, W., Xia, X., & Wang, H.-L. (2026). Application of graphene oxide nanomaterials in crop plants and forest plants. Forests, 17(1), 94. https://doi.org/10.3390/f17010094 

2. Chen, Z., Zhao, J., Cao, J., Zhao, Y., Huang, J., Zheng, Z., Li, W., Jiang, S., Qiao, J., Xing, B., & Zhang, J. (2022). Opportunities for graphene, single-walled and multi-walled carbon nanotube applications in agriculture: A review. Crop Design, 1, 100006. https://doi.org/10.1016/j.cropd.2022.100006 

3. Yang, Y., Zhang, R., Zhang, X., Chen, Z., Wang, H., & Li, P. C. H. (2022). Effects of graphene oxide on plant growth: A review. Plants, 11(21), 2826. https://doi.org/10.3390/plants11212826