Universidad Central del EcuadorFacultad de Ciencias Agrícolas

Carrera de Ingeniería AgronómicaSociología Rural

Desarrollo y aplicación de nanotecnología y biotecnología en la agricultura

Energía nuclear en la agricultura

Integrantes: Cubi DiegoCifuente FernandaRodríguez YeseniaSarango Ximena

Quito – Ecuador

2017

¿BIOTECNOLOGÍA?

Según la FAO, es toda aplicación

tecnológica que utilice sistemas biológicos

y organismos vivos o sus derivados para

la creación o modificación de productos.

TRADICIONAL

MODERNA

Empleo de organismos para laobtención de un producto útil para laindustria

Aplicación de técnicas invitro deacido nucleico, incluidos el ADNrecombinante y la inyección directade ácidos nucleicos en células uórganos.

HISTORIA BIOTECNOLOGÍA

AGRÍCOLA

Los primeros experimentos con transferencias de genes se realizaron en la década del ’70, y recién en la posterior sucedió que se pudiera realizar una planta transgénica que fue un tabaco particularmente resistente al antibióticos canamicina.

¿Qué es un producto transgénico?

Es un ser vivo creado artificialmentemediante la ingeniería genética, quepermite insertar a una planta o a unanimal genes de virus, bacterias,vegetales, animales e incluso de humanos.

Algunos productos transgénicos La semilla de soja transgénica es resistente a los glifosatos y a los herbicidas basados

en glufosinato. Para conseguir esto, se han extraído genes resistentes a los herbicidas de bacterias y se han insertado en las semillas de soja.

El maíz transgénico. Insertando nuevos genes en el genoma del maíz. Este alimento transgénico es resistente a los glifosatos y a los herbicidas basados en glufosinato, resistente a los insectos. Esto es debido a que el maíz modificado genéticamente, utiliza algunas proteínas utilizadas anteriormente como plaguicidas en la producción de cultivos orgánicos

Los tomates son otro de los alimentos transgénico. Una variedad de tomates transgénicos había sido modificada de forma que la enzima poligalacturonasa era anulada y esto hacía que los tomates tardaran más en pudrirse una vez eran recolectados.

El arroz transgénico ha sido modificado con tener altas cantidades de vitamina A. Para conseguir este alimento transgénico, se han implantado tres nuevos genes al arroz: dos de los narcisos y el tercero de una bacteria Erwinia uredovora.

UH Rainbow, resistente al virus de la mancha anular de la papaya, se produce actualmente en Hawai.

Beneficios de la biotecnología

• Resistencia a las enfermedades

• Alimentos más nutritivos

• Tolerancia a los herbicidas

• Cultivos de crecimiento más rápido

• Mejoras en el sabor y la calidad

Agricultura• Agroquímicos

• Monocultivo.

• Suelos infértiles

• Monopolio de las grandes empresas

Riesgos de la Biotecnología

Sociedad Obesidad

Daños dermatológicos a campesinos (Bromoxynil)

Enfermedades

Etiquetas en los productos que contienen transgénicos

Riesgos de la Biotecnología

Ambiental Produce defoliación de bosques.

Algunos cultivos transgénicos perjudican a las abejas (Neonicotinoides)

Fuentes de agua y suelos contaminadas.

Niveles de resistencia de plagas y malezas

Afectan a organismos benéficos

Procesos y Productos alimenticios

• En la industria del almidón y del azúcar, en la fabricación de jarabes de glucosa y fructuosa de maíz y dextrosa.

• En la industria de la carne, para favorecer su tiernización, facilitar la remoción de la carne de los huesos y en la producción de hidrolizados de proteínas.

• En la elaboración de cerveza, para evitar su enturbiamiento durante el almacenamiento.

Aplicaciones de la biotecnología en la industria alimentaria

• Mejora de la calidad de las materias primas de origen vegetal y animal

• Procesado y conservación de los alimentos• Como cultivos probióticos• Como bioconservantes• Trazabilidad de los organismos modificados

genéticamente Nuevos alimentos funcionales para la

prevención de enfermedades según los diferentes grupos de consumidores (alimentos hipoalergénicos, para diabéticos, etc).

La Nanotecnología en la Agricultura y la Alimentación

La Nanotecnología es la ciencia que trabaja a escala nanométrica, es decir, a niveles tan pequeñoscomo moléculas y átomos. Es el diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación deestructuras y materiales que tienen generalmente un tamaño de 1 y 100 nanómetros de tamañoy su interés radica en que el pequeño tamaño de las partículas conlleva propiedades físicas yquímicas que difieren significativamente de las habituales a mayor escala.

Un nanómetro (nm) es unamillonésima parte de un milímetro(mm) y la mil millonésima parte de unmetro (m). Para poner la nano-escalaen contexto:

-Un de hilo de ADN equivale a 2.5nm-Una molécula de proteína a 5nm,-Glóbulo rojo a 7,000 nm y-Cabello humano a 80,000 nm en suancho.

La investigación con nanotecnología comenzo a nivel

mundial en los años ochenta y noventa, donde se lo

llamaba partículas ultrafinas, hoy en día en Estados

Unidos, Alemania, Japón, Reino Unido y China van a la

vanguardia de la investigación y producción, pero todos

los países desarrollados y una buena cantidad de países

en vía de desarrollo comienzan a producir esas

tecnologías.

La aplicación de la nanotecnología en la agricultura y en la

industria alimentaria, se trató por primera vez en el

Departamento de Agricultura de EEUU (USDA) en

septiembre de 2003.

Para el caso de la agricultura, la nanotecnología puede aplicarse para el tratamiento dealgunas enfermedades de las plantas, para la detección precoz de los patógenos que lasproducen, para la mejora de la asimilación de nutrientes esenciales por las plantas eincluso la construcción de nanobiosensores importantes en determinados procesosbiológicos. Su uso puede incrementar la eficacia de los pesticidas e insecticidascomerciales reduciendo su cantidad de aplicación al suelo a unas dosissignificativamente menores requeridas para los cultivos con la mejora medioambientalque eso implica (Tortosa, 2012)..

La nanotecnologia ya se encuentran en los estantes de los supermercados alimentosque contienen como ingredientes nano-materiales manufacturados comosuplementos nutricionales, alimentos en contacto con estos materiales como sonlos contenedores de almacenamiento y tablas de cortar, y químicos agrícolas quecontienen nano-materiales manufacturados

Tabla 1: Ejemplo de las principales empresas de la

alimentación y agricultura que se dedican a la investigación

y al desarrollo de nanotecnología

Científicos que trabajan en Coahuila, en el Centro de Investigación en Química Aplicada(CIQA) y en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN), trabajan en elanálisis del efecto de nanopartículas de óxidos de zinc y cobre, así como fierro, grafeno ynanotubos de carbón en las respuestas fisiológicas y bioquímica de semillas y plantas encultivos de cucurbitáceas (calabacita y pepino); solanáceas (tomate y chile);leguminosas (frijol y garbanzo) y en gramíneas (maíz y trigo). Estos trabajos se vienenrealizando en el laboratorio en cámaras bioclimáticas y en campo en condiciones deagricultura protegida, es decir, en invernaderos y casas de sombra (Antimio, 2017).

Envases alimentarios

• Las actuales investigaciones sobre ese tipo de superficies tienen por objeto conseguir sensores capaces de detectar la contaminación bacteriana y reacciona contra ella.

Desarrollo de nuevos productos

• Son alimentos reconstituidos a nivel molecular. Estareconstrucción tiene por objeto obtener nano ingredientes paramejorar las propiedades de los alimentos y convertirlos enfuncionales para tratar diferentes enfermedades. Por ejemplo, apartir de la utilización de la nanotecnología, es posible reducir elregular contenido graso de los productos que oscila entre un 25 a35%, a concentraciones menores a 1%.

La microencapsulación de compuestos activos

funcionales en complementos alimenticios

• la encapsulación se aplica para estabilizar y/o proteger numerosos ingredientes o sustancias activas (colorantes, aromas, antioxidantes, antimicrobianos o nutrientes) frente a la oxidación, fotosensibilidad, volatilidad o la reacción con otros compuestos presentes en el alimento

Aaplicaciones en la Industria Alimentaria

• Sensores capaces de detectar contaminación por bacterias.

• Películas comestibles elaboradas con ingredientes con

actividad antimicrobiana.

• Prolongación del tiempo de almacenamiento de los alimentos.

• Mejora de los nutrientes, como vitaminas, antioxidantes o

aceites saludables a través de la microencapsulación.

• Reducción del uso de plaguicidas y otros productos químicos.

• Mejora de la textura de los productos con pequeños cristales de

tamaño nanométrico.

• Potenciación del sabor.

• Incorporación de nuevos sistemas de

identificación/información al usuario.

• Modificación de nanopartículas para desarrollar nuevos

materiales de envasado.

• Nanoestructuración de productos funcionales, ingredientes y

nutracéuticos: nanoemulsiones y nanoencapsulación.

• Nanosensores, nanobiosensores, nanochips de ADN (para

medidas en proceso, producto o envase) (elika, 2012) .

Es difícil identificar los nanoalimentos existentes.Los fabricantes han comprendido que laincertidumbre que hay en torno a estastecnologías puede asustar a los consumidores.No comunican con claridad acerca de su uso. Deacuerdo con las informaciones recibidos de laONG “Amigos de la Tierra”, toda la cadenaalimentaria está actualmente contaminada. Enun informe titulado “Del laboratorio a nuestramesa: nanotecnología en la alimentación y laagricultura”, lista 106 productos alimenticios,como jugos de frutas enriquecidos, osuplementos vitamínicos, o un nano-té.

Existe un vacío legal que dificulta lainvestigación, así como incertidumbres a nivel detoxicidad de las diferentes nanopartículas.

Nuevos riesgos de toxicidad para la salud humana y el medio ambiente

● Las nano-partículas son químicamente másreactivas que las partículas más grandes

● Las nano-partículas tienen un mayor accesoa nuestros órganos que las partículas másgrandes (Partículas de menos de 300nm detamaño pueden ser absorbidas por célulasindividuales, las que miden menos de 70nmpueden ser absorbidas por los núcleos delas células)

● Una mayor biodisponibilidad y mayorbioactividad pueden introducir nuevosriesgos de toxicidad

● Las nano-partículas pueden comprometerla respuesta de nuestro sistemainmunológico

● Las nano-partículas pueden tener a largoplazo efectos patológicos.

La nano-toxicidad sigue siendo muy pococonocida. No sabemos:● Qué niveles de nano-exposición

tenemos en este momento● Qué niveles de exposición podrían

perjudicar la salud humana o almedio ambiente, o si hay algún nivelseguro a la nano-exposición

● Si o no los nano-materiales sebioacumulan a lo largo de la cadenaalimentaria

ENERGÍA NUCLEAR APLICADO EN LA AGRICULTURA

¿Qué es la energía nuclear?

Es la energía en el núcleo de unátomo. Los átomos son laspartículas más pequeñas en que sepuede dividir un material. En elnúcleo de cada átomo hay dostipos de partículas (neutrones yprotones) que se mantienenunidas.

Aplicación de la tecnología nuclear a la alimentación

• La aplicación delos isótopos permiteaumentarconsiderablementela conservación delos alimentos. En laactualidad, más de35 países permitenla irradiación dealgunos alimentos.

Co - 60

Esterilización

DescontaminaciónConservación

Técnica de los Insectos Estériles (TIE), éstatécnica requiere criar insectos de la especieelegida, en un laboratorio y esterilizar a losmachos con dosis bajas de radiaciones. Esosmachos estériles de la mosca luego se liberan enlas zonas infestadas, donde se acoplan con lashembras silvestres. Si la cantidad de machosestériles supera con creces a los machossilvestres, la población silvestre pronto

desaparece.

La proporción de machos estériles respecto alos machos fértiles debe ser por lo menos de10:1.

TIESe aplicó durante

20 años

Gusano barrenador

De América Central y México

Centro América

Se irradian semillas, tras rigurosos estudios, paraobtener algunos cambios enla información genética que como objetivo tiene es laobtención de variedades de especies que tenganuna mejor resistencia a enfermedades, calidad yresistencia.

•Permite la reducción de organismosy microorganismos patógenos presentes en losalimentos de consumo masivo.

•Con respecto a el agua, la energía nuclear, esutilizada en la hidrológica que son estudios de losrecursos hidrópicos. En los estudios deaguas superficiales es posible medir y caracterizar lascorrientes de aguas lluvia y de nieve, caudales deríos, fugas en embalses, lagos y canales, etc.

Algunos de los isótopos que se utilizanson:

• Carbono-14. Con el cual se marcan los plaguicidas. Tiene lacapacidad de determinar el destino ambiental de los mismos,en el suelo, agua, plantas y animales; su concentración endiferentes partes de la planta o del animal; determinar sudegradación y procesos como:

Absorción DesorciónEliminación de sustrato

Percolación

Nitrógeno-15. Se puede cuantificar lafijación de nitrógeno (N) atmosférico porespecies de leguminosas, así comotambién, trazar la absorción de nitrógenopor los cultivos.

Se está utilizando la fitotecnia por mutaciones,basada en una selección de plantas autóctonasque satisfacen las necesidades locales, paramejorar más de 100 especies de plantas quemuestran cierta tolerancia a la salinidad.

Las sondas neutrónicas que miden la humedaddel suelo apoyan prácticas de riego óptimas, ylas técnicas isotópicas permiten determinar eluso sostenible de los recursos agrícolas denutrientes del agua y del suelo.

Conclusiones:

•La radiactividad cubre un abanico tan amplio de aplicaciones,que pocas tecnologías pueden compararse con ella. Elpresente nos puede dar una idea de cual puede ser el futuro,ya que día a día vemos nuevos avances, tanto en las plantasnucleares de generación eléctrica, así como en el uso denuevos métodos radioisotópicos de fechamiento e irradiaciónpara otro tipo de tratamientos.

•Todas las personas pueden aportar contribucionesfundamentales al desarrollo social y económico... y tienenderecho a beneficiarse del acceso equitativo a las tecnologíasnucleares que mejoran la calidad de vida y apoyan los mediosde subsistencia.