AGENTES DE BIOCONTROL BACTERIANOS CONTRA HONGOS FITOPATÓGENOS: UNA ESTRATEGIA COMPATIBLE CON EL AMBIENTE
*Artículo de divulgación publicado en el Nº79 la revista CIAPC (Revista del Colegio de Ingenieros Agrónomos de la provincia de Córdoba). Los resultados presentados forman parte del trabajo de tesis doctoral de Florencia Alvarez, dirigido por los doctores Gladys Mori y Edgardo Jofré y llevado a cabo en la Universidad Nacional de Río Cuarto.
Por: Florencia Álvarez y Edgardo Jofré
Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal
El desarrollo de nuevas alternativas compatibles con el ambiente para mitigar el uso de agroquímicos en el control de pestes que afectan a los cultivos constituye uno de los principales desafíos ecológicos que enfrenta la humanidad. Entre los impactos negativos que ocasionan los pesticidas químicos se encuentran: su alta persistencia, la contaminación de las cadenas tróficas, la aparición de cepas fitopatógenas resistentes y los referidos a la salud (Racca y Risso, 2005). Debido a estas razones, la estrategia de utilizar organismos vivos o productos derivados de ellos está siendo cada vez más considerada en la agricultura.
En la actualidad se comercializan inoculantes formulados con diferentes tipos de bacterias que tienen por objetivo promover el crecimiento de los cultivos; de allí que sean conocidas como PGPR (del inglés “Plant Growth-Promoting Rhizobacteria”) (Kloepper y col. 1980). La promoción del crecimiento vegetal puede realizarse por mecanismos directos ó indirectos. Los mecanismos directos incluyen a los procesos bacterianos que favorecen la disponibilidad de nutrientes para la planta permitiendo que dichos nutrientes puedan ser asimilados o incrementando el volumen de la raíz. Ejemplos de estos mecanismos de promoción son: la fijación biológica de nitrógeno, la solubilización de fósforo, la producción de sideróforos, la síntesis de fitohormonas y la síntesis de la enzima ACC deaminasa implicada en la ruptura del precursor del etileno. Los mecanismos indirectos se basan en prevenir o disminuir los daños en los cultivos provocados por organismos fitopatógenos a través de la producción de compuestos como antibióticos, sideróforos, enzimas y ácido cianhídrico o a través de la inducción de resistencia sistémica en la planta (Glick y Bashan, 1997).
A los mecanismos indirectos se los conoce también como mecanismos de biocontrol y a los microorganismos capaces de ejercer antagonismo sobre el patógeno como agentes de biocontrol. Al incrementar la densidad de un agente de biocontrol se busca lograr un aprovechamiento de ciertos principios ecológicos, como la competencia y el antagonismo, que rigen los procesos de interacción entre seres vivos.
Entre los agentes de biocontrol bacterianos más estudiados se encuentran los géneros Pseudomonas y Bacillus, referentes de bacterias Gram negativas y Gram positivas respectivamente. Diversos mecanismos de biocontrol han sido descriptos en cepas de estos géneros que les permiten actuar contra patógenos presentes en el suelo como así también en hojas y frutos, tanto en las etapas de cultivo como postcosecha. El género Bacillus, y en particular la especie modelo Bacillus subtilis, ha adquirido últimamente mayor relevancia debido a su capacidad de esporular, lo que le permite persistir en el ambiente por largos períodos de tiempo aún bajo condiciones adversas, y a su capacidad de producir una gran variedad de antibióticos con un amplio espectro de acción (Shoda, 2000).
A nivel mundial Bacillus thurigiensis, especialmente utilizado para el control de insectos, representa más del 70% de la venta total de productos bacterianos. Para el control de otros fitopatógenos el 50% de los agentes de biocontrol bacterianos están formulados a base de especies del género Bacillus como B. amyloliquefaciens FZB24 (Abitep GmbH, Alemania), B. licheniformis SB3086 (Novozymes Biologicals, USA) y B. pumilus GB34 (Gustafson, USA) (Ongena y Jacques, 2007). En lo que respecta a América Latina existen empresas vinculadas a la comercialización de agentes de biocontrol en países como México o Colombia. Sin embargo, en nuestro país aún no se comercializan inoculantes destinados exclusivamente al control biológico y las formulaciones a base de Pseudomonas que se encuentran en el mercado son cepas, esencialmente, solubilizadoras de fósforo.
Nuestro planteo
Como grupo de investigación de la Universidad Nacional de Río Cuarto uno de nuestros objetivos es el de abocarnos a la selección y caracterización de bacterias rizosféricas del grupo Bacillus subtilis. Estas bacterias son capaces de inhibir el crecimiento de un amplio rango de hongos fitopatógenos mediante la producción de un grupo particular de antibióticos conocidos como lipopéptidos cíclicos que presentan una marcada actividad antifúngica.
A fin de evaluar la efectividad de las cepas de Bacillus y los compuestos producidos por las mismas en la protección de plantas realizamos ensayos a nivel de invernadero. Para ello, plántulas de soja fueron inoculadas, mediante asperjado, con cultivos de las cepas de Bacillus y posteriormente se les aplicó una suspensión del hongo Sclerotinia sclerotiorum, uno de los principales fitopatógenos que afectan una gran variedad de cultivos en nuestro país.
Como se observa en la figura 1, entre los siete días post-inoculación, las plántulas tratadas con diferentes cultivos de Bacillus presentaron un aspecto saludable y ausencia de síntomas de podredumbre. En contraste, las plántulas que no fueron inoculadas con los cultivos bacterianos mostraron severos síntomas de podredumbre causados por Sclerotinia sclerotiorum.
Teniendo en cuenta que la campaña anterior de soja se caracterizó por una alta incidencia de manchas foliares ocasionadas por hongos fitopatógenos como Septoria glycines y Cercospora sojina decidimos evaluar a campo, conjuntamente con la empresa NITRAP S.R.L., el efecto de la aplicación de Bacillus en esta leguminosa. Estas enfermedades de fin de ciclo disminuyen la tasa fotosintética que conlleva a una maduración anticipada del cultivo, disminución del rendimiento y menor calidad de granos.
Como se observa en la figura 2, el ensayo se basó en la aplicación foliar de cultivos de Bacillus sp. en parcelas de soja en estadío R5.3 con síntomas de mancha marrón y trazas de mancha ojo de rana. Las parcelas inoculadas con los cultivos bacterianos mostraron una disminución en la severidad de los síntomas, menor porcentaje de defoliación y un incremento de hasta el 8% en el rendimiento (kg/ha) respecto de las parcelas testigo (sin inocular). Es de destacar que los valores registrados en el rendimiento de las parcelas inoculadas con Bacillus fueron superiores a los obtenidos en las parcelas tratadas con un fungicida químico (Azoxystrobin-Ciproconazole). Cabe aclarar que para futuros ensayos consideramos necesario optimizar el momento de la aplicación del inoculante porque constituye un factor clave en el logro de mejores efectos. Estos resultados preliminares demuestran que la aplicación foliar de agentes de biocontrol bacterianos, como los formulados a base de cepas del grupo Bacillus subtilis productoras de lipopéptidos, podrían tener un rol potencial en la protección de cultivos contra hongos fitopatógenos.
La FAO y el control biológico
La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) ha considerado la importancia del empleo de agentes de biocontrol a través de un documento emitido en 2007: “la agricultura dependerá mucho del control biológico como componente mayor del manejo integrado de plagas. Los avances en técnicas moleculares y en el conocimiento científico en general serán la base del desarrollo de esta tecnología alternativa. Las presentaciones realizadas en la mesa muestran que en América Latina diferentes patógenos han servido como modelo para la aplicación de técnicas de biocontrol (...). La gama de cultivos a proteger es muy amplia: cultivos extensivos tales como leguminosas forrajeras de clima templado y gramíneas como trigo y cebada, cultivos hortícolas, frutales y forestales. Se ha propuesto una gran diversidad de agentes de biocontrol los cuales constituyen un recurso genético invalorable: bacterias rizosféricas, hongos entomopatógenos y levaduras, aislados de nuestros ecosistemas, que estarían asegurando un control efectivo y no agresivo para el ambiente”. Y, finalmente, agrega: “Para su aplicación comercial se requiere desarrollar estrategias de producción masiva de los microorganismos, normas de calidad para los bioplaguicidas, y marcos legales para registrar y regular el uso de organismos nativos” (FAO, 2007).
Figura 1: Evaluación de la aplicación de inoculantes bacterianos en la protección de plántulas de soja contra Sclerotinia sclerotiorum
A. Plantas controles.
B. Plantas inoculadas con Bacillus sp. y tratadas con Scleorotinia sclerotiorum.
C. Plantas sin inocular tratadas con Sclerotinia sclerotiorum.
Bibliografía:
-FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación). “Recursos genéticos microbianos en el simposio de recursos genéticos para América latina y el Caribe”. Undécima reunión ordinaria. Roma, 11-15 de junio de 2007. www.fao.org/ag/cgrfa/cgrfa11.htm
-Glick, B.R.and Bashan, Y. (1997) Genetic manipulation of plant growth-promoting bacteria to enhance biocontrol of phytopathogens. Biotechnology Advances 15(2): 353-378. --Ongena, M.; Jacques, P. (2007) Bacillus lipopeptides: versatile weapons for plant disease biocontrol. Trends in Microbiology 16 (3): 115-125.
-Principe, A. ; Alvarez, F. ; Castro, M. ; Zacchi, L. ; Fischer, S. ; Mori, G. ; Jofré, E. (2007) Biocontrol and PGPR features in native strains isolated from saline soils of Argentina. Current Microbiology 55 : 314-322.
-Kloepper, J.W., Leong, J., Teintze, M., Schroth, M.N. (1980) Enhanced plant growth by siderophores produced by plant growth-promoting rhizobacteria. Nature 286:885-886.
-Racca, L.; Risso, R. (2005) El ambiente desprotegido frente al uso creciente de agroquímicos. Publicación de la Universidad Nacional de La Pampa. pp. 8.
-Shoda, M. (2000) Bacterial Control of Plant Diseases. Journal of Bioscience and Bioengineering. 89 (6): 515-521.
*Artículo de divulgación publicado en el Nº79 la revista CIAPC (Revista del Colegio de Ingenieros Agrónomos de la provincia de Córdoba). Los resultados presentados forman parte del trabajo de tesis doctoral de Florencia Alvarez, dirigido por los doctores Gladys Mori y Edgardo Jofré y llevado a cabo en la Universidad Nacional de Río Cuarto.
Por: Florencia Álvarez y Edgardo Jofré
Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal
El desarrollo de nuevas alternativas compatibles con el ambiente para mitigar el uso de agroquímicos en el control de pestes que afectan a los cultivos constituye uno de los principales desafíos ecológicos que enfrenta la humanidad. Entre los impactos negativos que ocasionan los pesticidas químicos se encuentran: su alta persistencia, la contaminación de las cadenas tróficas, la aparición de cepas fitopatógenas resistentes y los referidos a la salud (Racca y Risso, 2005). Debido a estas razones, la estrategia de utilizar organismos vivos o productos derivados de ellos está siendo cada vez más considerada en la agricultura.
En la actualidad se comercializan inoculantes formulados con diferentes tipos de bacterias que tienen por objetivo promover el crecimiento de los cultivos; de allí que sean conocidas como PGPR (del inglés “Plant Growth-Promoting Rhizobacteria”) (Kloepper y col. 1980). La promoción del crecimiento vegetal puede realizarse por mecanismos directos ó indirectos. Los mecanismos directos incluyen a los procesos bacterianos que favorecen la disponibilidad de nutrientes para la planta permitiendo que dichos nutrientes puedan ser asimilados o incrementando el volumen de la raíz. Ejemplos de estos mecanismos de promoción son: la fijación biológica de nitrógeno, la solubilización de fósforo, la producción de sideróforos, la síntesis de fitohormonas y la síntesis de la enzima ACC deaminasa implicada en la ruptura del precursor del etileno. Los mecanismos indirectos se basan en prevenir o disminuir los daños en los cultivos provocados por organismos fitopatógenos a través de la producción de compuestos como antibióticos, sideróforos, enzimas y ácido cianhídrico o a través de la inducción de resistencia sistémica en la planta (Glick y Bashan, 1997).
A los mecanismos indirectos se los conoce también como mecanismos de biocontrol y a los microorganismos capaces de ejercer antagonismo sobre el patógeno como agentes de biocontrol. Al incrementar la densidad de un agente de biocontrol se busca lograr un aprovechamiento de ciertos principios ecológicos, como la competencia y el antagonismo, que rigen los procesos de interacción entre seres vivos.
Entre los agentes de biocontrol bacterianos más estudiados se encuentran los géneros Pseudomonas y Bacillus, referentes de bacterias Gram negativas y Gram positivas respectivamente. Diversos mecanismos de biocontrol han sido descriptos en cepas de estos géneros que les permiten actuar contra patógenos presentes en el suelo como así también en hojas y frutos, tanto en las etapas de cultivo como postcosecha. El género Bacillus, y en particular la especie modelo Bacillus subtilis, ha adquirido últimamente mayor relevancia debido a su capacidad de esporular, lo que le permite persistir en el ambiente por largos períodos de tiempo aún bajo condiciones adversas, y a su capacidad de producir una gran variedad de antibióticos con un amplio espectro de acción (Shoda, 2000).
A nivel mundial Bacillus thurigiensis, especialmente utilizado para el control de insectos, representa más del 70% de la venta total de productos bacterianos. Para el control de otros fitopatógenos el 50% de los agentes de biocontrol bacterianos están formulados a base de especies del género Bacillus como B. amyloliquefaciens FZB24 (Abitep GmbH, Alemania), B. licheniformis SB3086 (Novozymes Biologicals, USA) y B. pumilus GB34 (Gustafson, USA) (Ongena y Jacques, 2007). En lo que respecta a América Latina existen empresas vinculadas a la comercialización de agentes de biocontrol en países como México o Colombia. Sin embargo, en nuestro país aún no se comercializan inoculantes destinados exclusivamente al control biológico y las formulaciones a base de Pseudomonas que se encuentran en el mercado son cepas, esencialmente, solubilizadoras de fósforo.
Nuestro planteo
Como grupo de investigación de la Universidad Nacional de Río Cuarto uno de nuestros objetivos es el de abocarnos a la selección y caracterización de bacterias rizosféricas del grupo Bacillus subtilis. Estas bacterias son capaces de inhibir el crecimiento de un amplio rango de hongos fitopatógenos mediante la producción de un grupo particular de antibióticos conocidos como lipopéptidos cíclicos que presentan una marcada actividad antifúngica.
A fin de evaluar la efectividad de las cepas de Bacillus y los compuestos producidos por las mismas en la protección de plantas realizamos ensayos a nivel de invernadero. Para ello, plántulas de soja fueron inoculadas, mediante asperjado, con cultivos de las cepas de Bacillus y posteriormente se les aplicó una suspensión del hongo Sclerotinia sclerotiorum, uno de los principales fitopatógenos que afectan una gran variedad de cultivos en nuestro país.
Como se observa en la figura 1, entre los siete días post-inoculación, las plántulas tratadas con diferentes cultivos de Bacillus presentaron un aspecto saludable y ausencia de síntomas de podredumbre. En contraste, las plántulas que no fueron inoculadas con los cultivos bacterianos mostraron severos síntomas de podredumbre causados por Sclerotinia sclerotiorum.
Teniendo en cuenta que la campaña anterior de soja se caracterizó por una alta incidencia de manchas foliares ocasionadas por hongos fitopatógenos como Septoria glycines y Cercospora sojina decidimos evaluar a campo, conjuntamente con la empresa NITRAP S.R.L., el efecto de la aplicación de Bacillus en esta leguminosa. Estas enfermedades de fin de ciclo disminuyen la tasa fotosintética que conlleva a una maduración anticipada del cultivo, disminución del rendimiento y menor calidad de granos.
Como se observa en la figura 2, el ensayo se basó en la aplicación foliar de cultivos de Bacillus sp. en parcelas de soja en estadío R5.3 con síntomas de mancha marrón y trazas de mancha ojo de rana. Las parcelas inoculadas con los cultivos bacterianos mostraron una disminución en la severidad de los síntomas, menor porcentaje de defoliación y un incremento de hasta el 8% en el rendimiento (kg/ha) respecto de las parcelas testigo (sin inocular). Es de destacar que los valores registrados en el rendimiento de las parcelas inoculadas con Bacillus fueron superiores a los obtenidos en las parcelas tratadas con un fungicida químico (Azoxystrobin-Ciproconazole). Cabe aclarar que para futuros ensayos consideramos necesario optimizar el momento de la aplicación del inoculante porque constituye un factor clave en el logro de mejores efectos. Estos resultados preliminares demuestran que la aplicación foliar de agentes de biocontrol bacterianos, como los formulados a base de cepas del grupo Bacillus subtilis productoras de lipopéptidos, podrían tener un rol potencial en la protección de cultivos contra hongos fitopatógenos.
La FAO y el control biológico
La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) ha considerado la importancia del empleo de agentes de biocontrol a través de un documento emitido en 2007: “la agricultura dependerá mucho del control biológico como componente mayor del manejo integrado de plagas. Los avances en técnicas moleculares y en el conocimiento científico en general serán la base del desarrollo de esta tecnología alternativa. Las presentaciones realizadas en la mesa muestran que en América Latina diferentes patógenos han servido como modelo para la aplicación de técnicas de biocontrol (...). La gama de cultivos a proteger es muy amplia: cultivos extensivos tales como leguminosas forrajeras de clima templado y gramíneas como trigo y cebada, cultivos hortícolas, frutales y forestales. Se ha propuesto una gran diversidad de agentes de biocontrol los cuales constituyen un recurso genético invalorable: bacterias rizosféricas, hongos entomopatógenos y levaduras, aislados de nuestros ecosistemas, que estarían asegurando un control efectivo y no agresivo para el ambiente”. Y, finalmente, agrega: “Para su aplicación comercial se requiere desarrollar estrategias de producción masiva de los microorganismos, normas de calidad para los bioplaguicidas, y marcos legales para registrar y regular el uso de organismos nativos” (FAO, 2007).
A. Plantas controles.
B. Plantas inoculadas con Bacillus sp. y tratadas con Scleorotinia sclerotiorum.
C. Plantas sin inocular tratadas con Sclerotinia sclerotiorum.
Bibliografía:
-FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación). “Recursos genéticos microbianos en el simposio de recursos genéticos para América latina y el Caribe”. Undécima reunión ordinaria. Roma, 11-15 de junio de 2007. www.fao.org/ag/cgrfa/cgrfa11.htm
-Glick, B.R.and Bashan, Y. (1997) Genetic manipulation of plant growth-promoting bacteria to enhance biocontrol of phytopathogens. Biotechnology Advances 15(2): 353-378. --Ongena, M.; Jacques, P. (2007) Bacillus lipopeptides: versatile weapons for plant disease biocontrol. Trends in Microbiology 16 (3): 115-125.
-Principe, A. ; Alvarez, F. ; Castro, M. ; Zacchi, L. ; Fischer, S. ; Mori, G. ; Jofré, E. (2007) Biocontrol and PGPR features in native strains isolated from saline soils of Argentina. Current Microbiology 55 : 314-322.
-Kloepper, J.W., Leong, J., Teintze, M., Schroth, M.N. (1980) Enhanced plant growth by siderophores produced by plant growth-promoting rhizobacteria. Nature 286:885-886.
-Racca, L.; Risso, R. (2005) El ambiente desprotegido frente al uso creciente de agroquímicos. Publicación de la Universidad Nacional de La Pampa. pp. 8.
-Shoda, M. (2000) Bacterial Control of Plant Diseases. Journal of Bioscience and Bioengineering. 89 (6): 515-521.
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