CONTROL BIOLÓGICO DE ENFERMEDADES DE SUELO

Nora Altier

INIA Las Brujas

Reseña

• Introducción

• Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo

• Componentes del sistema

• Estrategias de manejo

Introducción• Manejo de sistemas de producción

sustentables: viabilidad económica, productividad biológica, preservación del ambiente y los RRNN, salud humana

• Sistemas de producción agrícola - ganadera, basados en rotaciones cultivo-pastura

• Sistemas de producción horti-frutícola intensivos

• Sistemas de producción forestal

Introducción• Patosistema vegetal: H - P - A

• Ecosistema natural equilibrio

• Ecosistema agrícola disturbio

• Huésped - uniformidad genética

- uniformidad distribución espacial

- alta densidad de plantas

• > presión de selección sobre Patógeno

EPIDEMIA

¿Qué debemos conocer de una enfermedad?

• Síntomas Diagnóstico

• Efectos en la planta, en el cultivo

• Ecología del agente causal

• Variables epidemiológicas que inciden en el desarrollo de la enfermedad: patógeno - planta - ambiente

• Estrategias de manejo disponibles

Fisiología de la planta sana

• Funciones fisiológicas normales: fotosíntesis, absorción, FBN, traslocación, respiración

• Metab. mantenimiento + Metab. desarrollo

C fijado - Respiración = Rendimiento

Fisiología de la planta enferma

• Alteración de las funciones fisiológicas normales

• Costo energético de reparación

C fijado - Respiración - Reparación = Rendimiento

Muerte de planta

Población de plantas

• Implantación: stand inicial y resiembra

• Producción: Rendimiento

Calidad

• Persistencia: producción sostenida en

el tiempo

Ecosistema del suelo

• Interacción suelo - raíz - población microbiana, meso y macrofauna

• Rizosfera: zona del suelo influenciada por la raíz

• Rizoplano: superficie de la raíz

Interacción en la rizosfera

• Negativa: patógenos radiculares, rizobacterias deletéreas

• Positiva: FBN (Rhizobium), micorrizas, CB de m.o. patógenos y deletéreos, PGPR, disponibilidad de nutrientes, producción de fact. de crecimiento y hormonas

Ciclo de la enfermedad

• Inoculación

• Penetración

• Infección

• Incubación

• Invasión - colonización

• Reproducción

• Diseminación

• Sobrevivencia

Enfermedades de implantación

• Impacto en establecimiento

• Síntomas: pre- y post-emergencia

• Organismos causales: Pythium, Phytophthora, Rhizoctonia

• Ecología- epidemiología - Sobrevivencia: suelo, alta CCS,

esporas de resistencia - Condiciones favorables: exceso de

lluvia, baja tp, alta humedad

Enfermedades de raíz

• Síntomas: marchitamiento, podredumbres

• Org.causales: Fusarium spp. (F. oxysporum) Phytophthora, Colletotrichum, Sclerotinia

• Ecología - epidemiología - Sobrevivencia: suelo, rastrojo, huéspedes

alternativos, semilla. Monocíclicas - Condiciones favorables: estrés por otros

factores (estado nutricional, utilización, malezas, plagas, déficit o exceso hídrico)

Enfermedades de raíz

• Alteran la absorción de agua y nutrientes, la FBN, y la acumulación de sustancias de reserva

• Afectan tejidos de crecimiento, vasculares, y de almacenamiento

• Reducen la sobrevivencia de las plantas

• Disminuyen la persistencia del cultivo

• Proceso gradual y acumulativo

Reseña

• Introducción

• Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo

• Componentes del sistema

• Estrategias de manejo

Componentes del sistema• Población microbiana: m.o.

patógenos y m.o. beneficiosos• Huésped: raíz• Ambiente: suelo• Interacción m.o. - raíz - suelo• Suelo supresivo vs. conducivo

“el P no se establece, o se establece pero no causa enfermedad, o se establece y causa enfermedad por un período - luego del cual disminuye” (Baker and Cook, 1974)

Patógeno

• Tipo de patógeno y síntomas

- Hongos, bacterias, nematodos

• Ecología

- Densidad y potencial de inóculo

- Hábitos nutricionales/sobrevivencia

• Genética

- Variabilidad

Patógeno: ecología

Hábitos nutricionales/sobrevivencia

Saprófito Parásito facultativo P.obligado

Alta CCS Necrotrófico Biotrófico

Suelo RaízPythium, Rhizoctonia Fusarium spp. (F.oxysporum)

aumenta especialización

aumenta especificidad

Patógeno: ecología

• Diseminación y sobrevivencia:

- M.O. descomp., esporas resistencia

- Raíces, rastrojo, huésped alternativo

• Densidad de inóc.: No.propágulos

• Potencial de inóc.: Efectividad, E

• Arreglo espacial: agregado, uniforme, al azar

CCS: características

• Rápida extensión hifal

• Producción de enzimas

• Resistencia a lisis

• Hiperparasitismo

• Escape a fungistasis

• Producción estructuras resistencia

• Producción de antibióticos

• Detoxificación de antibióticos

Patógeno: genética

• Patogenicidad: capacidad de causar enfermedad

• Agresividad: intensidad de los síntomas

• Virulencia: Interacción específica genotipo del P (raza) y del H (cultivar)

• Mecanismos de variabilidad: recombinación, hibridación, mutación

Huésped• Genética

- Variabilidad: resistencia, tolerancia

• Ecofisiología- Estado fenológico, nutricional

- Estructura - arquitectura radicular

- Crecimiento radicular

- Funciones de la raíz

- Densidad y arreglo espacial de la población

Huésped: genética

• Mecanismos de defensa: físicos, químicos

• Resistencia: habilidad para limitar el desarrollo del P

• Tolerancia: habilidad para tolerar el daño, sin afectar el rendimiento

• Variabilidad poblacional: especies

autógamas, alógamas

Huésped: ecofisiología

• Efecto rizósfera:- Suministrar fuente de energía

- Inducir germinación (romper fungistasis)

- Regular elongación del tubo germinal

- Incrementar densidad/potencial de inóculo

- Regular especificidad del huésped

- Regular competencia microbiana

Ambiente

• Biológico: masa microbiana, %M.O.

• Químico, físico: pH, nutrientes,

textura, compactación

• Macro-microclima: temperatura, humedad, radiación

• Prácticas culturales: sistema de laboreo, rotación, uso de abonos

Consideraciones para el manejo de las enfermedades

• Objetivo: prevenir - minimizar pérdidas

• Estrategia: reducir tasa de incremento de la enfermedad Manejo

• Ecología - epidemiología del sistema: clave para un manejo racional

• Manejo Integrado: variedad resistente + prácticas culturales + control biológico + control químico

Estrategias de manejo

• Resistencia genética

• Prácticas culturales

• Control biológico

• Control químico

Eficiencia, costo económico y

costo ambiental

Control Biológico• Aplicación de prácticas que favorecen

los mecanismos de acción de los antagonistas microbianos sobre los P

• antibiosis, competencia, parasitismo y predación

• resistencia inducida, hipovirulencia, promoción del crecimiento

• Prácticas: rotación, laboreo, manejo de residuos, solarización, introducción de antagonistas, manejo de la genética H

Control Biológico

Limitantes:

• Condiciones controladas vs. campo

• inconsistencia

• eficacia y confiabilidad variable

• falta de predicción

• dificultad de integración al sistema de

producción

¿Como potenciar la estrategia del CB?

• Prácticas culturales: inducir supresividad

• Genética del huésped: estimular y

sostener selectivamente una población

de m.o. rizosféricos antagónicos

• Genética del antagonista: modificar

selectivamente mecanismo de acciónAPS 2002: “Creando el ambiente correcto para el CB”,

genotipo del H, nutrición del H, factores del suelo,

genética del P y del ACB, capacidad competitiva

Interacciones microbianas que conducen al CB

• Protección en el sitio de infección: podredumbre de semilla y damping-off (Pythium, Rhizoctonia)

• Reducción del potencial de inóculo: podredumbre de raíz, marchitamiento (Fusarium)

• Inducción de Resistencia: desafío del H con cepas avirulentas o no patógenas, señal sistémica, cascada de reacciones de defensa frente al P (Baker & Paulitz, 1996)

Interacciones microbianas que conducen al CB (caso 1)

• Sitio de infección fijo• germinación de la semilla vs. Pythium

• Ventana de susceptibilidad: <10 hs

• Factores conducivos para P y ACB: nutrientes, tp, %H, M.O., textura y fertilidad

• Mecanismos: antibiosis, competencia• Bacterias: Bacillus, Pseudomonas

• Hongos: Trichoderma, Gliocladium

Interacciones microbianas que conducen al CB (caso 2)

• Sitio de infección no es fijo• sistema radicular vs. Fusarium

• Ventana de susceptibilidad: amplia

• Hongos: Fusarium no patogénicos • Bacterias: Pseudomonas

Mecanismos: • competencia por C en rizósfera, por sitios de

infección en rizoplano, resistencia inducida• competencia por Fe (sideróforos)

Uso de Pseudomonas fluorescentes nativas para el control de enfermedades de implantación

en leguminosas forrajerasIIBCE - Fac.Agronomía - INIA

Objetivo General Controlar las enfermedades de implantación de las leguminosas

forrajeras, causadas por Pythium spp., mediante el uso de cepas nativas de Pseudomonas fluorescentes

¿Porqué?- Una de las limitantes principales para el establecimiento

de las leguminosas: reducen emergencia

- Podredumbre de semillaPre-emergencia: ahogamiento de plántulaPost-emergencia: “damping-off”

- Siembras tempranas vs. tardías, calidad de semilla: RIESGO

Control biológico dePythium spp.: ventajas

• Ambientalmente amigable

• Fácil aplicación (formulación con rizobio)

• Introducción directa en el sitio de acción

• Requiere un período de acción corto

Pseudomonas fluorescentes nativas

* Producción de sideróforos* Producción de HCN* Producción de antibióticos

• Protección

• Promoción de crecimiento

PROCEDIMIENTO

600 cepas

AnáIsis de rizósfera de lotus

Test de antagonismo en placas de Petri

Selección de cepas antagónicas

Test de antagonismo en macetas

Selección de tres cepas

Test en condiciones de campo

Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la emergencia de lotus

(Paysandú 3 y 4, año 2001)

1216CV (%)

0.010.01P>F

6140Base 100 (pl/m)

128 b138 bcUP 148

128 b145 cUP 143

130 b138 bcUP 61

118 b125 bFungicida

100 a100 aControl

Paysandú 4Paysandú 3

ab

b

abab

a

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Testigo Fungicida UP61 UP143 UP148

Pro

du

cc

ión

de

fo

rra

je (

Ba

se

10

0)

Base 100 = 46,7 g MS/mP>F = 0,01CV (%) = 20

Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de lotus

(Paysandú 3, año 2001)

931CV (%)

0.010.05P>F

6536Base 100 (pl/m)

106 ab144 bUP 148

103 ab108 aUP 143

112 bc122 abUP 61

115 c147 bFungicida

100 a100 aControl

Paysandú 3Paysandú 2

Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la emergencia de alfalfa

(Paysandú 2 y 3, año 2001)

a

aa a a

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1

Pro

du

cció

n d

e f

orr

aje

(B

ase

100

)

Testigo Fungicida UP61 UP143 UP148

Base 100 = 32,8 g MS/mP>F = 0,17CV (%) = 30

Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de alfalfa

(Paysandú 2, año 2001)

Conclusiones

• Los resultados indican que existe potencial de estas 3 cepas para suprimir la ocurrencia de enfermedad y promover el crecimiento en lotus y alfalfa bajo condiciones de campo.

• Los experimentos de campo deben ser repetidos para validar la implementación práctica de esta estrategia de manejo.

• Puede ocurrir especificidad del ACB hacia el huésped.

El trabajo actual considera la caracterización de una colección de cepas de Pseudomonas aisladas de la rizósfera de alfalfa (Proyectos IFS 1999 y FCE/Dinacyt 2001) - caracterización molecular por producción de antibióticos- capacidad para inhibir Pythium spp. in vitro- capacidad para controlar la ocurrencia de enfermedades en alfalfa bajo condiciones controladas

Manejo de la genética del H

• Mejoramiento genético: selección por

resistencia a enfermedad (H - P)

supresión de enfermedad (H - ACB)• H: pobl. del ACB, antibiosis, competencia• ACB: inducción R, promoción crecimiento

Smith, K. 2002. Phytopathology 92:S98

• Alfalfa cv. Vernal, 1 ciclo de SFR• Selección y cruzamiento de las 20 plantas

más vigorosas de cada tratamiento• Control, Pythium, Pythium + Bacillus

Manejo de la genética del ACBWeller et al. 2002. Annu. Rev. Phytopathol. 40

• Caracterización molecular (RAPD, RFLP, PCR) de cepas de Pseudomonas fluorescentes, productoras de 2,4-DAPG: 17 genotipos

• Capacidad diferencial de colonizar rizósfera de distintos cultivos

• Genes específicos del ACB serían responsables de establecer interacción con H

Thomashow & Weller. 1996. Managing soilborne plant pathogens (Hall, R. ed.)

• Cepa transgénica de ACB, introducción de genes que codifican para la producción de metabolitos antifúngicos

Consideraciones finales• Importancia de las enfermedades

• Patógeno - Huésped - Ambiente

• Interacción: + ACB

- ambiente conducivo vs. supresivo

• Estrategias de manejo para prevenir y/o minimizar pérdidas

• Estudio y conocimiento de componentes e interacción es esencial para establecer mecanismos eficientes y durables para el control de las enfermedades