gaeumannomyces graminis var. graminis, agente causal del

85
EFECTO DEL SILICIO COMO INDUCTOR DE RESISTENCIA SISTÉMICA ANTE Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL ‘MAL DEL PIE’ EN EL CULTIVO DE ARROZ (Oryza sativa) NÉSTOR FABIÁN PINILLA FORERO Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar por el título de Ingeniero Agrónomo Directora MARÍA BIANNEY BERMÚDEZ CARDONA PhD en Fitopatología Codirectora JOHANNA ECHEVERRI RICO MSc en Fitopatología UNIVERSIDAD DEL TOLIMA FACULTAD DE INGENIERÍA AGRONÓMICA INGENIERÍA AGRONÓMICA IBAGUÉ - TOLIMA 2019

Upload: others

Post on 10-Jul-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

EFECTO DEL SILICIO COMO INDUCTOR DE RESISTENCIA SISTÉMICA ANTE

Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL ‘MAL DEL PIE’

EN EL CULTIVO DE ARROZ (Oryza sativa)

NÉSTOR FABIÁN PINILLA FORERO

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar por el título de

Ingeniero Agrónomo

Directora

MARÍA BIANNEY BERMÚDEZ CARDONA

PhD en Fitopatología

Codirectora

JOHANNA ECHEVERRI RICO

MSc en Fitopatología

UNIVERSIDAD DEL TOLIMA

FACULTAD DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

INGENIERÍA AGRONÓMICA

IBAGUÉ - TOLIMA

2019

Page 2: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

2

Page 3: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

3

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus más sinceros agradecimientos:

A la Dra. María Bianney Bermúdez, directora de este proyecto, por su orientación y

apoyo. Así mismo a la Sra. Johanna Echeverri, por sus aportes y su respaldo, también

por haber propiciado las condiciones necesarias para la implementación y desarrollo de

la fase experimental. Finalmente al personal de asistencia de los laboratorios de

Fitopatología de la Universidad del Tolima y de la Estación Experimental Las Lagunas

de FEDEARROZ.

Page 4: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

4

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 12

1. JUSTIFICACIÓN 14

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17

3. OBJETIVOS 19

3.1. OBJETIVO GENERAL 19

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 19

4. MARCO TEÓRICO 20

4.1. GENERALIDADES DEL ARROZ 20

4.1.1. Descripción morfológica 20

4.1.2. Desarrollo fenológico 23

4.1.3. Requerimientos edafoclimáticos 24

4.2. CARACTERÍSTICAS DEL PATÓGENO 25

4.3. SINTOMATOLOGÍA DE LA ENFERMEDAD 27

4.4. INTERACCIÓN PLANTA-PATÓGENO 29

4.5. SILICIO EN LA INDUCCIÓN DE RESISTENCIA 32

4.6. SILICIO EN ESPECIES ACUMULADORAS 36

4.7. FUENTES DE SILICIO 41

5. MATERIALES Y MÉTODOS 44

5.1. ESTABLECIMIENTO DEL EXPERIMENTO Y APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO

CON SILICIO 45

5.2. PRODUCCIÓN DEL INÓCULO Y PROCEDIMIENTO DE INOCULACIÓN

47

Page 5: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

5

5.3. EVALUACIÓN DE PARÁMETROS EPIDEMIOLÓGICOS Y COMPONENTES DE

RESISTENCIA 49

5.4. EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL SILICIO SOBRE LA FISIOLOGÍA DE

PLANTAS AFECTADAS POR EL PATÓGENO 50

5.5. DISEÑO EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO 51

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 53

6.1. EFECTO DEL SILICIO SOBRE LOS PARÁMETROS EPIDEMIOLÓGICOS DE LA

ENFERMEDAD Y LOS COMPONENTES DE RESISTENCIA AL PATÓGENO

53

6.2. EFECTO DEL SILICIO SOBRE LA FISIOLOGÍA DE LAS PLANTAS DURANTE

SU INTERACCIÓN CON EL PATÓGENO 69

7. CONCLUSIONES 74

RECOMENDACIONES 76

REFERENCIAS 78

Page 6: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

6

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Escala para evaluación de la severidad de la enfermedad ‘mal del pie’, causada

por Gaeumannomyces graminis var. graminis en plantas de arroz 50

Tabla 2. Comparación estadística del efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de

incidencia -a los 75 ddt-, de la enfermedad ‘mal del pie’, causada por G. graminis var.

graminis en plantas de arroz 54

Tabla 3. Efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de incidencia -a los 85 ddt-, de ‘mal

del pie’, enfermedad causada por G. graminis var. graminis en plantas de arroz 55

Tabla 4. Grado promedio de severidad de la enfermedad ‘mal del pie’ en plantas de arroz

-a los 85 ddt- 55

Tabla 5. Efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de incidencia -a los 100 ddt-, de ‘mal

del pie’, enfermedad del arroz causada por G. graminis var. graminis 56

Tabla 6. Parámetros fotosintéticos evaluados en plantas de arroz en función de la

presencia de G. graminis var. graminis 71

Page 7: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

7

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Distribución porcentual -por departamentos-, del área cosechada y la

producción de arroz a nivel nacional 14

Figura 2. Cultivo de arroz (Oryza sativa) 21

Figura 3. Estructura floral de algunas plantas gramíneas 22

Figura 4. Fases del ciclo fenológico del arroz 24

Figura 5. Micelio de Gaeumannomyces graminis var. graminis visto al microscopio 26

Figura 6. Hifopodios en la estructura micelial de G. graminis 27

Figura 7. Ciclo de vida y reproducción de G. graminis 28

Figura 8. Pudrición gradual generada por G. graminis var. graminis en la base de los

tallos de plantas de arroz 29

Figura 9. Ciclo del silicio en el suelo: procesos que aumentan o disminuyen su

disponibilidad en forma soluble (asimilable para las plantas) 33

Figura 10. Casa de mallas al interior de la Estación Experimental Las Lagunas de

FEDEARROZ, Saldaña (Tolima) 44

Figura 11. Aplicación del tratamiento con silicio durante la etapa de plántula 45

Figura 12. Aplicación del tratamiento con silicio durante la etapa de crecimiento

reproductivo 46

Figura 13. Multiplicación de Gaeumannomyces graminis var. graminis en medio de

cultivo a nivel de laboratorio 47

Figura 14. Proceso de inoculación con G. graminis var. graminis en el sustrato 48

Figura 15. Inoculación con G. graminis var. graminis en la base de los tallos 49

Figura 16. Evaluación de parámetros fisiológicos 51

Figura 17. Distribución espacial del experimento 52

Figura 18. Incidencia promedio -a los 100 ddt-, de la enfermedad ´mal del pie’, causada

por G. graminis var. graminis en el cultivo de arroz 57

Figura 19. Progreso de la enfermedad ‘mal del pie’ en plantas de arroz inoculadas con

G. graminis var. graminis 58

Page 8: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

8

Figura 20. Colonización de tejidos por parte de G. graminis var. graminis en plantas de

arroz, lesiones traspasan las vainas y afectan los tallos 59

Figura 21. Lesiones ocasionadas por G. graminis var. graminis en la zona basal de

plantas de arroz 60

Figura 22. Grado más agudo de severidad alcanzado por la enfermedad ‘mal del pie’

(agente causal G. graminis var. graminis), durante la fase experimental del presente

trabajo 61

Figura 23. Tejidos con presencia abundante de peritecios (punteaduras negras a simple

vista), estructuras de supervivencia y reproducción de G. graminis var. graminis 61

Figura 24. Área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC), ´mal del pie’ en

plantas de arroz inoculadas con G. graminis var. graminis 62

Figura 25. Pudrición de tejidos provocada por G. graminis var. graminis en vainas y tallos

de arroz 63

Figura 26. Síntomas de la enfermedad ‘mancha marrón’, causada por B. oryzae en un

cultivar silvestre de arroz que absorbe Si de manera activa a nivel radicular; comparación

entre tratamientos Si+ vs. Si- 67

Page 9: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

9

RESUMEN

La presencia del ‘mal del pie’, enfermedad provocada por el hongo Gaeumannomyces

graminis var. graminis, ha aumentado considerablemente en las zonas arroceras de la

región central de Colombia. Se trata de una afección de difícil manejo, que acarrea

perjuicios sobre el sector en términos de producción y costos. Se ha demostrado que el

silicio (Si), favorece los procesos de defensa de plantas expuestas al ataque de

patógenos. Este proyecto fue planteado con el objetivo de evaluar el efecto del Si como

inductor de resistencia sistémica en plantas de arroz inoculadas con G. graminis var.

graminis. La fase de experimentación se llevó a cabo en instalaciones de FEDEARROZ,

Centro Experimental Las Lagunas. Se realizó un seguimiento de parámetros

epidemiológicos y componentes de resistencia, así como de las alteraciones fisiológicas

que ocurrieron durante la interacción planta-patógeno. La acción favorable del Si permitió

disminuir la infestación hasta en un 36%. Sin embargo, la aplicación de Si no condujo a

contrarrestar significativamente el nivel de daño de la enfermedad, puesto que en plantas

tratadas el grado promedio de severidad al final del ciclo fue el mismo que en aquellas

plantas que no recibieron suministro del elemento. La incidencia de G. graminis var.

graminis afectó negativamente variables relacionadas con la fotosíntesis, indicadores

sobre los que el Si no tuvo un efecto relevante.

Palabras Clave: Silicio, inducción de resistencia, respuestas de defensa, interacción

planta-patógeno.

Page 10: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

10

ABSTRACT

The fungal disease ‘crown sheath rot’, caused by Gaeumannomyces graminis var.

graminis, has increased considerably within the rice production areas of the central region

of Colombia. This disease is really difficult to deal with, and it also has harmful

consequences over the productive and economic aspects of rice cropping systems. It has

been demonstrated that silicon (Si), enhances the defensive process of plants exposed

to pathogens. This project was raised with the aim of evaluating Si effect as a systemic

resistance inductor in rice plants inoculated with G. graminis var. graminis. The testing

period was carried out in ‘Las Lagunas’ Experimental Center, belonging to FEDEARROZ.

Epidemiological parameters and resistance components were observed, as well as

physiological disturbances occurring during the plant-pathogen interaction. The favorable

action of Si led to decrease the infestation up to 36%. Nevertheless, Si supply did not

substantially minimize the level of damage inflicted by the disease, since the average

severity in treated plants remained the same as in non-amended plants at the end of the

trial phase. The incidence of G. graminis var. graminis negatively affected some indicators

associated with photosynthesis, but Si did not have any significant influence over these

measurements.

Keywords: Silicon, induction of resistance, defense responses, plant-pathogen

interaction.

Page 11: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

11

INTRODUCCIÓN

El arroz es un grano de vital importancia en la alimentación humana, pues hace parte de

la dieta de más del 75% de la población mundial (Salazar, 2014), siendo primordial para

la subsistencia de comunidades vulnerables en Asia, África y América Latina. Este cereal

-que de hecho es la segunda planta más cultivada en el mundo-, es fuente de

carbohidratos (que representan aproximadamente un 75% de su composición), vitaminas

y minerales; aunque su contenido de proteínas no es muy elevado (entre 7% y 10%

según la variedad), sí ofrece un aporte energético notable respecto a las demandas

nutricionales de la población: el arroz es la especie cultivable con la más alta contribución

de calorías dentro de la dieta habitual -alrededor de 350 Kcal por cada 100 g- (Acevedo,

Castrillo & Belmonte, 2006; Cuevas, 2018).

Pero además, el arroz también tiene una gran relevancia económica y socio-cultural.

Durante el año 2017 se produjeron unas 770 millones de toneladas de arroz paddy a

nivel mundial. China es el mayor productor, con una participación del 28%, seguido por

India, con un 22%, es decir, estos dos países producen la mitad del arroz que consume

la humanidad; después se encuentran Indonesia, Vietnam, Tailandia, Birmania, Brasil y

Japón (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación FAO,

2018).

En Colombia se sembraron 570 mil hectáreas de arroz durante el año 2016,

correspondientes a un 11% del total del área cultivada en el país a lo largo del mismo

periodo (Departamento Nacional de Estadísticas DANE & Federación Nacional de

Arroceros FEDEARROZ, 2016). Esta nación es la segunda más destacada en relación

con la obtención de arroz en América Latina y el Caribe. El consumo per cápita de arroz

en Colombia se ubica alrededor de los 40 kg/año (Cuevas, 2018). Para suplir tal

demanda, en el último año fue necesario importar más de 125 mil toneladas de arroz

blanco (FEDEARROZ, 2018), lo cual indica que -a pesar de todo-, en el territorio nacional

hay un déficit de producción que de algún modo afecta la suficiencia alimentaria de

Page 12: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

12

millones de pobladores. Esta problemática se debe en parte a la incidencia del cambio

climático, que además de recrudecer condiciones ambientales desfavorables para las

plantaciones, agudiza la aparición de plagas y enfermedades en determinadas regiones.

En efecto, los perjuicios que las mismas ocasionan sobre la sanidad del cultivo deterioran

su productividad.

Debido a ello, el sector arrocero se enfrenta a desafíos crecientes que ciertamente exigen

una búsqueda permanente de conocimiento con el objetivo de mejorar las técnicas de

cultivo, así como la eficiencia productiva y la adaptabilidad de las variedades disponibles.

Con base en tales consideraciones, este trabajo fue planteado con la intención de

profundizar en torno a las alternativas de manejo del ‘mal del pie’, enfermedad causada

por el hongo Gaeumannomyces graminis var. graminis, que en años recientes ha pasado

al primer plano de las alertas fitosanitarias del cultivo de arroz en el interior del país,

como resultado de la variabilidad climática y del mal uso de las estrategias

convencionales de control.

Pese a que aún queda mucho por explorar en materia de inducción de resistencia y

prácticas agronómicas ambientalmente amigables que ayuden a combatir enfermedades

fúngicas y bacterianas, el ánimo de este proyecto no es otro distinto al de arrojar luces

en torno a que existen posibilidades de facilitar a los agricultores métodos inocuos que

les permitan -desde una perspectiva de manejo integrado-, prevenir o atenuar los daños

causados por patógenos que generan cuantiosas pérdidas sobre sus cosechas. En este

sentido, el silicio presenta gran potencial como un elemento benéfico que favorece el

desarrollo de especies cultivables gracias a que contribuye al despliegue de sus

estrategias de defensa, tema que se aborda de manera extensa a lo largo de este

documento.

Page 13: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

13

1. JUSTIFICACIÓN

La región central de Colombia tiene una importante participación en la producción de

arroz a nivel nacional. Los departamentos del Tolima, Huila, Valle y Cauca -entre otros-,

aportaron cerca de 930 mil toneladas de este cereal durante el último año,

aproximadamente un 37% del total producido en el país (FEDEARROZ, 2018). En el

departamento del Tolima se produjeron más de 697 mil toneladas de arroz en el año

2016, correspondientes a un 23,5% del total nacional (DANE & FEDEARROZ, 2016), y

alrededor de 748 mil toneladas a lo largo del año 2017 (DANE & FEDEARROZ, 2017,

2018), lo que posiciona al departamento como el segundo gran productor del país (Figura

1). Por ello, resulta imperativo que los productores dispongan de conocimiento y

herramientas adecuadas para el manejo de enfermedades que llegan a comprometer el

potencial productivo de sus cultivos y la calidad del grano que proveen.

Figura 1. Distribución porcentual -por departamentos-, del área cosechada y la

producción de arroz a nivel nacional

Fuente: DANE & FEDEARROZ (2016)

Page 14: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

14

El arroz es el eje fundamental de la economía en algo más de 210 municipios, en ellos

hay alrededor de 16 mil productores en unas 570 mil hectáreas del territorio nacional

(DANE & FEDEARROZ, 2016). Por otro lado, el arroz es la principal fuente de proteínas

dentro de la alimentación diaria en las regiones colombianas (Cuevas, 2018). Debido a

la trascendencia socioeconómica del cultivo, es determinante redoblar esfuerzos en torno

a la búsqueda e implementación de estrategias que contribuyan de manera efectiva con

el manejo de problemas fitosanitarios y que además sean accesibles para los

agricultores. Es igualmente necesario plantear alternativas frente al uso de sustancias

lesivas y contaminantes, como es el caso de buena parte de los fungicidas de síntesis

química que se encuentran disponibles en el mercado, esto con el fin de preservar el

equilibrio ambiental, los recursos naturales y la salud humana.

Con base en lo anterior, este trabajo evalúa el desempeño del silicio en el tratamiento

del ‘mal del pie’, enfermedad fúngica del arroz ocasionada por Gaeumannomyces

graminis var. graminis. Se ha demostrado que el silicio (Si), restringe de manera efectiva

los niveles de daño que causan diversas plagas y enfermedades en varios cultivos

gracias a que induce respuestas de defensa en las plantas (Rodrigues & Datnoff, 2005).

El Si también promueve cierto grado de tolerancia frente a condiciones de estrés

ambiental, de manera que sus efectos favorables contribuyen a incrementar la

productividad y el rendimiento de las plantaciones. Se cree que los bajos rendimientos

del cultivo de arroz en los trópicos -en contraste con los que se obtienen en países de

zonas templadas-, pueden estar relacionados con suelos degradados que presentan

deficiencias del elemento Si (Rodrigues & Datnoff, 2005).

En el panorama internacional se han realizado estudios sobre el uso de Si en agricultura

desde las primeras décadas del siglo XX, en algunos de ellos se ha encontrado que

mayores concentraciones de Si en plantas de arroz conducen a un menor grado de

incidencia y severidad de varias de las afecciones más comunes del cultivo. En Japón

por ejemplo, se utiliza fertilización para parcelas de arroz basada en Si desde hace más

de medio siglo, primordialmente en forma de silicato de calcio y de magnesio (Rodrigues,

Oliveira, Korndörfer, A. & Korndörfer, G., 2011). Sin embargo, en Colombia las

Page 15: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

15

investigaciones respecto a dicho elemento y su rol en la producción agrícola han sido

relegadas y apenas empieza a difundirse un creciente interés en el tema. Además de

reducir las pérdidas en cosecha tras atenuar la vulnerabilidad de las plantas, el uso

preventivo de Si desestimula las aplicaciones de plaguicidas, lo que conlleva a una

disminución de costos relacionados con el manejo convencional de enfermedades y

también permite mitigar en cierta medida las perturbaciones sobre los agroecosistemas,

así como propender por el cuidado de los suelos.

Con esta investigación se busca fundamentalmente aportar nuevas perspectivas dentro

del manejo alternativo de amenazas fitosanitarias a través del estudio de las respuestas

de defensa que tienen lugar en plantas de arroz inoculadas con G. graminis var. graminis

y tratadas con Si como inductor de resistencia. Más allá de generar conocimiento

científico y material académico, el propósito esencial de este trabajo consiste en brindar

opciones que respalden -en la práctica-, la labor de los agricultores en el contexto local,

en lo referente al mejoramiento de la sanidad vegetal, dentro de un marco de

sostenibilidad.

Page 16: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

16

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El cultivo de arroz en la zona central de Colombia se enfrenta a desafíos apremiantes en

el ámbito fitosanitario. En la actualidad la enfermedad denominada ‘mal del pie’,

ocasionada por el hongo Gaeumannomyces graminis var. graminis, tiene una incidencia

creciente sobre los cultivos a escala regional, con efectos perjudiciales en términos de

producción y calidad que acarrean consecuencias negativas para las utilidades del sector

(Echeverri, 2016). Esta enfermedad, que se ha convertido en limitante para el cultivo de

arroz en Colombia desde su aparición en el año 2006, se presenta a nivel del suelo y

afecta principalmente la porción basal de las plantas; ataques severos pueden llegar a

comprometer seriamente las cosechas (Salazar, 2014).

La enfermedad provocada por Gaeumannomyces graminis ha sido ampliamente

reportada en Asia y Norteamérica, así como en países del Cono Sur, lugares en los que

ha afectado cultivos de trigo y arroz. Condiciones edafoclimáticas tales como ambientes

con alta humedad relativa y suelos compactados resultan favorables para su desarrollo

(Echeverri, 2016). Este patógeno, que sobrevive en residuos de cosecha y arvenses, se

disemina a través del agua y el viento (Salazar, 2014). La influencia del cambio climático

en el país hace que las zonas de producción se encuentren a menudo sometidas a

variaciones drásticas en las temperaturas e irregularidades en la distribución e intensidad

del régimen pluvial, lo cual configura escenarios propicios para la proliferación de

agentes infecciosos que representan una potencial amenaza para los cultivos en distintas

regiones.

El contexto agroambiental favorece en mayor o menor medida la virulencia de un

patógeno y a su vez condiciona el comportamiento y la adaptación de las plantas, así

como sus respuestas de defensa (Higuera & Cuevas, 2015). En el departamento del

Tolima se cultivan variedades de arroz que en su mayoría son susceptibles ante G.

graminis var. graminis. Hasta ahora no se cuenta con un genotipo que exhiba grado

alguno de resistencia frente a este hongo, el cual genera un alto impacto en arroz de

Page 17: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

17

riego cuando el cultivo se encuentra en transición entre las fases vegetativa y

reproductiva, manifestándose de forma especialmente notoria durante la maduración del

grano. Echeverri (2016), reportó una incidencia de hasta 70% en etapa de madurez

fisiológica en plantaciones de la región central de Colombia.

El manejo convencional mediante la aplicación de fungicidas es la manera más común

de combatir las enfermedades del cultivo de arroz. El ‘mal del pie’ es una afección

particularmente difícil de controlar debido a que la mayoría de fungicidas tienen acción

acrópeta en lugar de basípeta, condición que restringe la intervención directa de dichas

sustancias en los sitios en que prolifera la infección (cuello de la raíz y base de los tallos).

Es necesario a su vez considerar los perjuicios que acarrean los fungicidas de síntesis

química sobre la salud humana y el equilibrio ecosistémico. Adicionalmente se debe

tener en cuenta que la utilización reiterativa e indiscriminada de determinadas moléculas,

principios activos o mecanismos de acción, conduce a un incremento en el nivel de

resistencia del agente causal, lo cual puede acrecentar la dispersión y agresividad de la

enfermedad en el mediano plazo. El uso de estos compuestos lesivos tiende igualmente

a elevar los costos de producción para los cultivadores y en muchos casos no

proporciona resultados completamente eficaces (Higuera & Cuevas, 2015).

Otras estrategias de manejo fitosanitario son el empleo de biocontroladores y las

prácticas culturales preventivas. Echeverri (2012), analizó el desempeño de varios

agentes de control biológico y de un fungicida sintético ante G. graminis, concluyendo

que -entre los tratamientos probados-, únicamente Trichoderma viridae restringió

significativamente la presencia y desarrollo del patógeno, así como su nivel de daño.

Este trabajo plantea la evaluación del silicio como un elemento relevante dentro del

manejo integrado de enfermedades del arroz, y busca determinar si su aplicación permite

inducir resistencia sistémica ante el ‘mal del pie’.

Page 18: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

18

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar el efecto del silicio como inductor de resistencia sistémica en arroz ante la

enfermedad ‘mal del pie’, causada por Gaeumannomyces graminis var. graminis.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Evaluar la acción del silicio sobre los parámetros epidemiológicos de la

enfermedad provocada por G. graminis var. graminis en plantas de arroz.

Analizar el desempeño fisiológico de plantas de arroz inoculadas con G. graminis

var. graminis y tratadas con silicio como inductor de resistencia.

Page 19: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

19

4. MARCO TEÓRICO

4.1. GENERALIDADES DEL ARROZ

El arroz (Oryza sativa), es una planta vascular (Traqueophyta), que produce flores

(división Magnoliophyta o Angiospermae), de la clase Monocotyledoneae (Liliopsida), y

perteneciente a la familia Poaceae (Gramineae). Su cultivo es milenario y se inició en el

continente asiático, en regiones tropicales y subtropicales de Indo-China (centro de

origen y diversificación), donde se presume fue domesticada durante los años 7000 a

5000 a. C. Posteriormente surgieron las subespecies índica, japónica y javánica, siendo

las dos primeras las de mayor consumo actualmente. El arroz fue introducido en América

por los colonizadores europeos en el siglo XVI. La dispersión de esta especie ha sido

bastante amplia ya que hoy por hoy se cultiva en más de 110 países en todo el mundo,

en rangos altitudinales que van desde los 0 hasta los 3000 msnm (Acevedo et al., 2006).

4.1.1. Descripción morfológica. La planta de arroz se caracteriza por la producción de

múltiples tallos cilíndricos que alcanzan una longitud de entre 0,6 m y 1,2 m dependiendo

de la variedad. En los nudos de la zona basal de la planta se generan macollos o hijuelos

cuya cantidad varía según la función genotipo por ambiente (Figura 2). Las láminas

foliares son alargadas y de forma lineal, tienen una nervadura central prominente y

venación paralela, se distribuyen de manera alternada, partiendo desde los nudos de los

tallos, de los que se sostienen gracias a cada una de las vainas (peciolos modificados).

Sobre la unión de la vaina con el tallo se localiza una franja protuberante llamada

pulvínulo, que aporta espesor y por tanto firmeza a esta área (Centro Internacional de

Agricultura Tropical CIAT, 2005).

Page 20: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

20

Figura 2. Cultivo de arroz (Oryza sativa); se aprecian múltiples macollos o hijuelos

(primarios y secundarios), partiendo desde la base de cada planta

Fuente: Hablemos de alimentos, portal web (s.f.)

Así mismo, el arroz puede diferenciarse de otras especies -particularmente en estado de

plántula-, por la presencia en el cuello (zona de convergencia entre la vaina y la lámina

foliar), de una pequeña estructura membranosa y un par de apéndices que se conocen

respectivamente como lígula y aurículas, éstas tienen una función protectora. La primera

hoja que brota desde la base del tallo se denomina prófilo, se adhiere a su dorso y carece

de limbo. Por otro lado, la hoja que se ubica justo debajo de la panícula se llama hoja

bandera y se ocupa de almacenar fotoasimilados que libera a lo largo de la etapa de

fructificación (CIAT, 2005).

En la planta de arroz proliferan las raíces adventicias (que sustituyen a las raíces

seminales formadas durante la germinación), las cuales -además de ser fibrosas-, tienen

un alto grado de ramificación y abundantes pelos absorbentes. En variedades flotantes

suelen aparecer verticilos (raicillas de anclaje), en nudos localizados sobre la superficie

del suelo. Las flores se agrupan en inflorescencias como panículas que se despliegan

desde el nudo apical (o ciliar), ubicado en la parte superior del tallo. A partir del eje central

de cada inflorescencia (raquis), emergen -a manera de subdivisiones-, espigas de las

Page 21: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

21

que a su vez brotan las espiguillas, que conforman las unidades florales (Figura 3). Cada

una de ellas está compuesta por tres flores de las que solamente una llega a

desarrollarse, puesto que las otras dos son antecios (casillas florales), estériles o

rudimentarios. Un antecio está constituido por dos glumelas -lemma y pálea-, las cuales

se sitúan rodeando la florecilla y dan lugar posteriormente a la cascarilla que cubre la

semilla. En la base de la raquilla se encuentran las glumas o brácteas de protección

(CIAT, 2005).

Figura 3. Estructura floral de algunas plantas gramíneas

Fuente: Pontificia Universidad Católica de Chile, portal web (s.f.)

La flor propiamente dicha tiene seis estambres cuyos filamentos dan soporte a las

anteras donde se produce el polen, y un único pistilo con doble estigma plumoso que a

través del estilo conduce el polen hacia el ovario. En la zona inferior del ovario se hallan

dos protuberancias llamadas lodículas que tienen la función de regular la apertura floral

(antesis), mediante procesos de turgencia. El arroz es una de las especies cultivables

categorizadas como predominantemente autógamas, vale decir, que se reproducen

mayoritariamente por autofecundación; la polinización puede ocurrir mientras la flor está

cerrada (cleistogamia). La semilla se desarrolla como un grano indehiscente del tipo

Page 22: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

22

cariópside que está compuesto por el embrión, el endospermo y distintas capas de

células: la capa de aleurona (rica en proteínas), el tegumento -o cubierta seminal-, y el

pericarpio. Del embrión se originan la plúmula (hojas embrionarias), y la radícula, que

tras la germinación se convierten en la parte aérea y la raíz primaria de la planta

respectivamente. Ambas estructuras se encuentran protegidas por aglomeraciones de

células (denominadas coleoptilo y coleorriza) (CIAT, 2005).

4.1.2. Desarrollo fenológico. El ciclo de vida del arroz comprende tres etapas a saber

(Figura 4). La fase de crecimiento vegetativo comienza con la germinación y emergencia,

una vez establecida la plántula, empieza el macollamiento. Posteriormente ocurre la

diferenciación del primordio floral, con lo que se da inicio a la fase de crecimiento

reproductivo. Sin embargo, esto no implica que se detenga el desarrollo vegetativo, por

el contrario, durante esta etapa hay una elongación sustancial de tallos, hojas y raíces,

así como una acumulación exponencial de materia seca. Se debe considerar que hasta

75% de los nutrientes requeridos por el cultivo se absorben entre la diferenciación floral

y la floración. A lo largo de esta segunda fase acontece de manera simultánea la

formación de las inflorescencias, aunque las panojas permanecen envainadas hasta el

espigamiento y la subsecuente brotación de flores, fenómeno que da inicio a la fase final

(Dirección de Ciencia y Tecnología Agropecuaria DICTA, 2003).

Page 23: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

23

Figura 4. Fases del ciclo fenológico del arroz

Fuente: Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria INTA (2016)

La maduración es la última fase del ciclo, durante esta tiene lugar el llenado de granos,

los cuales pasan por una secuencia de estados (acuoso, lechoso, pastoso, endurecido),

hasta que alcanzan su madurez. Es a lo largo de este proceso que se lleva a cabo la

translocación de los fotosintatos previamente almacenados en los tejidos vegetativos. La

duración de cada etapa depende de la variedad en cuestión, las hay de ciclo corto, de

ciclo intermedio y de ciclo largo, de manera que la totalidad del ciclo puede abarcar entre

90 y 150 dde (días después de la emergencia) (DICTA, 2003).

4.1.3. Requerimientos edafoclimáticos. El arroz presenta un ciclo productivo de entre 3

y 5 meses según la variedad. En distintos países latinoamericanos las variedades

comerciales se siembran normalmente en un rango altitudinal que va de los 0 hasta los

1000 msnm, puesto que ello garantiza que el cultivo ha de contar con un clima adecuado.

A continuación se enuncian algunas de las condiciones ambientales que resultan

propicias para un buen desarrollo de las plantas de arroz. La temperatura debe oscilar

entre 20 °C y 32 °C, siendo el óptimo entre 23 °C y 28 °C. Temperaturas muy bajas

(inferiores a 15 °C), pueden afectar el enraizamiento y el macollamiento, ir en detrimento

del crecimiento y alterar la formación de panículas, retrasando además la floración,

perjudicando la polinización y llegando a ocasionar esterilidad en los órganos

Page 24: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

24

reproductivos o vaneamiento de granos. La temperatura crítica máxima se ubica a partir

de los 35 °C, en este punto y tras una exposición continua a temperaturas extremas,

puede haber consecuencias negativas -de nuevo-, sobre el macollamiento y la

reproducción (DICTA, 2003; Tinoco & Acuña, 2009).

El arroz precisa de una radiación solar alta, que idealmente debe ser superior a 400

cal/cm2 cada día, a menudo una radiación mayor a 450 cal/cm2 al día se relaciona con

mejores rendimientos (Garcés & Restrepo, 2015). Por otra parte, una humedad relativa

próxima al 80% evita que se presente un déficit de presión de vapor pronunciado, lo cual

permite reducir las pérdidas de agua por transpiración. La producción de arroz se efectúa

disponiendo de sistemas de riego o bien en secano (cuando el suministro de agua

depende exclusivamente del régimen pluvial). Con base en ello, es necesario considerar

que la precipitación promedio indicada para un ciclo completo de cultivo no debe ser

inferior a los 1200 mm -con distribución regular-. Por último, los suelos idóneos para el

cultivo de arroz son aquellos que presentan texturas finas (arcillosa a franco-arcillosa),

ya que recurrentemente se deben procurar condiciones de inundación, de modo que

suelos con buena retención de humedad y lenta infiltración -aunque con un drenaje

apropiado-, resultan muy convenientes. El pH debe estar entre 5.5 y 7.0; así mismo, los

suelos deben ser planos (preferiblemente con una pendiente inferior al 1% y nunca mayor

al 3%), y han de estar bien nivelados (DICTA, 2003; Tinoco & Acuña, 2009).

4.2. CARACTERÍSTICAS DEL PATÓGENO

Las enfermedades fúngicas y bacterianas son uno de los factores con mayor capacidad

de afectación sobre el potencial productivo del cultivo de arroz. Gaeumannomyces

graminis var. graminis es el agente causal de la enfermedad comúnmente conocida como

‘mal del pie’. Gaeumannomyces graminis es un hongo de la división Ascomycota,

perteneciente a la familia Magnaporthaceae, que se caracteriza por una abundante

formación de peritecios -o cuerpos fructíferos-, con presencia de paráfisis (redes

filamentosas de protección), y ascas elongadas, las cuales producen normalmente -por

vía sexual-, ocho ascosporas filiformes y hialinas de tono amarillento que se desempeñan

Page 25: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

25

como estructuras de dispersión y resistencia. El micelio, de color marrón a oliváceo,

presenta hifas septadas y ramificadas (Figura 5), que generan entramados sobre el

organismo que colonizan (Cardona, Rodríguez y Nass, 1995).

Figura 5. Micelio de Gaeumannomyces graminis var. graminis visto al microscopio

Fuente: El autor

Las hifas desarrollan hifopodios a manera de terminales lobulados que funcionan como

mecanismos de penetración en el hospedero (Figura 6), proceso que también puede

darse mediante la formación de apresorios (Cardona et al., 1995). Dichas estructuras se

valen de fenómenos de turgencia hidrostática para producir fuerzas mecánicas que

actúan en puntos específicos y terminan por ocasionar el rompimiento de la cutícula

(capa cerosa de protección), con lo cual las hifas fungosas logran atravesar la epidermis

vegetal (Rodrigues, Benhamou, Datnoff, Jones & Bélanger, 2002). En los extremos de

las hifas se originan igualmente ramificaciones de conidióforos que generan esporas

asexuales (conidias), de forma elipsoidal. G. graminis sobrevive a partir de micelio

saprófito durante periodos de hasta tres años. El micelio constituye a su vez el modo de

infección más común del hongo, sin embargo, el proceso invasivo también puede darse

Page 26: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

26

a través de ascosporas. La formación de micelio es frecuentemente estimulada por

exudados de raíces jóvenes (Salazar, 2014).

Figura 6. Hifopodios en la estructura micelial de G. graminis (ampliación microscópica

de 40x)

Fuente: Echeverri (2016)

4.3. SINTOMATOLOGÍA DE LA ENFERMEDAD

G. graminis es un hongo habitante del suelo que parasita raíces, base de los tallos y

vainas foliares en distintas especies de plantas gramíneas (Figura 7). Este patógeno se

disemina a través del agua y el viento, también por medio de semillas y residuos de

cosecha. La infección que genera se hace evidente en las etapas de elongación de tallos,

macollamiento, floración, y especialmente durante la formación y maduración de granos

(Cardona et al., 1995). La enfermedad provocada por este agente fungoso se caracteriza

por la manifestación de síntomas tales como lesiones o manchas de pigmentación

marrón oscuro a negro que se extienden de forma ascendente en la parte inferior de las

plantas, comenzando desde la línea del agua de riego, lo que conduce a la pudrición de

tejidos en órganos de vital importancia (Figura 8).

Page 27: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

27

Figura 7. Ciclo de vida y reproducción de G. graminis: las ascosporas colonizan tejidos,

la infección se propaga a través de la expansión del micelio, los peritecios se multiplican

en las estructuras necrosadas y liberan ascosporas que dan origen a un nuevo ciclo

Fuente: Thomas (2004)

Adicionalmente se presentan distorsiones en el desarrollo de raíces e inclusive

necrosamiento de las mismas -lo cual limita la absorción de agua y nutrientes-, así como

inhibición del macollamiento al ser infectado el pie o base del tallo principal, lo que en

efecto reduce el número de tallos productivos. Eventualmente tiene lugar el acame o

volcamiento total de las plantas. Por otra parte, infestaciones severas ocasionan

irregularidades en la formación o madurez prematura de las panículas, esterilidad de las

espiguillas, llenado deficiente y vaneamiento de granos. Finalmente puede darse la

marchitez generalizada y muerte de las plantas en estados infecciosos muy avanzados

(Cardona et al., 1995). Deficiencias nutricionales o suelos con bajo contenido de materia

orgánica y débil actividad biológica tienden a agravar los efectos de la enfermedad

(Salazar, 2014).

Page 28: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

28

Figura 8. Pudrición gradual generada por G. graminis var. graminis en la base de los tallos

de plantas de arroz

Fuente: El autor

En los últimos años se ha encontrado que la incidencia de G. graminis var. graminis ha

variado entre un 30% y un 99% en distintos puntos de la zona central de Colombia. Así

lo estableció FEDEARROZ tras evaluar y monitorear más de 500 parcelas productivas

ubicadas en los departamentos del Tolima, Huila, Valle y Cauca. En algunos municipios

del Sur del Tolima, pese a que el porcentaje promedio de incidencia apenas superó el

50% entre 2013 y 2016 (e inclusive ha llegado a disminuir en algunas de estas

localidades en años recientes), la enfermedad ‘mal del pie’ presenta una alta persistencia

y cuenta con un gran potencial de daño. Es bien sabido que esta afección se hace más

notoria a medida que el cultivo entra en la fase reproductiva, especialmente durante la

etapa de madurez fisiológica, circunstancia que restringe seriamente las posibilidades de

llevar a cabo un manejo adecuado y oportuno, sobre todo si se trata de ejercer control

mediante el uso de productos de síntesis química (Echeverri, 2016).

4.4. INTERACCIÓN PLANTA-PATÓGENO

A medida que un patógeno coloniza los tejidos vegetales produce progresivamente

alteraciones sobre el metabolismo celular. La aparición de síntomas varía respecto a la

naturaleza del invasor, ya sea biotrófico o necrotrófico (según su capacidad de

Page 29: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

29

alimentarse de tejidos vivientes o de aquellos que ya se encuentran en descomposición).

De acuerdo con el progreso de la infección las plantas desencadenan respuestas de

defensa modificando sus funciones básicas (Berger, Sinha & Roitsch, 2007). El

despliegue de toxinas por parte del patógeno permite la detección de la amenaza

invasiva a través de proteínas receptoras del hospedero, inmediatamente después se

genera una compleja serie de reacciones de señalización molecular (patrones

moleculares asociados a la patogenicidad, PAMP), que regulan la activación de

mecanismos bioquímicos cuya misión es contener el proceso infeccioso

(desencadenamiento de patrones de inmunización, PTI) (Hutcheson, 1998; Chisholm,

Coaker, Day & Staskawicz, 2006; Berger et al., 2007; Day, Henty, Porter & Staiger, 2011).

Estas respuestas están directamente asociadas con la expresión de genes de resistencia

que codifican actividad enzimática y síntesis de metabolitos secundarios con función

antimicrobiana, tales como fitoalexinas, compuestos fenólicos y flavonoides (derivados

de la ruta de los fenilpropanoides) (Dillon, Overton, Grayer, & Harbornet, 1997; Shetty et

al., 2011). Así mismo, en la inducción de resistencia sistémica tienen un rol determinante

compuestos precursores o activadores de diversas rutas metabólicas que hacen parte

de las estrategias de defensa e inmunización de las plantas, estos son principalmente

ácido salicílico, etileno y jasmonato (Buzi, Chilosi & Magro, 2004; Chisholm et al., 2006).

La capacidad que tiene una especie para limitar la entrada de un patógeno en sus tejidos

se denomina resistencia del hospedero y puede aumentarse mediante la acción de

compuestos endógenos (correspondientes a las células vegetales o a las del patógeno),

que son reconocidos molecularmente y por tanto se clasifican como elicitores, o bien por

el uso de agentes externos que no llegan a alterar el genoma vegetal y se denominan

inductores; ambos impulsan reacciones defensivas de tipo bioquímico y estructural

(Lattanzio, V., Lattanzio, M. & Cardinali, 2006; Da Paz, 2009).

Las respuestas activas están relacionadas esencialmente con la producción de

metabolitos secundarios que dinamizan la inmunización, restringiendo el crecimiento

microbiano y la colonización del patógeno; además de aquellos que han sido

mencionados con anterioridad, se encuentran igualmente las proteínas de resistencia

Page 30: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

30

(PR), propias de la patogénesis (Chisholm et al., 2006; Bolton, 2009). Así mismo, durante

los procesos invasivos se presentan altas concentraciones de especies reactivas de

oxígeno (ROS), que se generan a manera de señales de alerta para poner en marcha

mecanismos de protección. Otro fenómeno relevante es el incremento de la actividad

enzimática con fines defensivos, generalmente enzimas como glucanasas, quitinasas,

catalasa, peroxidasa (POX), polifenol oxidasa (PPO), y fenilalanina amonio liasa (PAL),

cumplen con diversas funciones que tienen el propósito de acrecentar la resistencia de

las plantas (Lattanzio et al., 2006; Camarena & De La Torre, 2007; Ma & Yamaji, 2008).

De este modo se hace posible la síntesis de moléculas con efecto antimicrobiano -que

tienen por ejemplo la capacidad de degradar las paredes celulares del patógeno-, así

como el fortalecimiento de las estructuras propias, al igual que la destoxificación ante la

presencia de sustancias deletéreas, o bien frente a condiciones de estrés oxidativo

(Lattanzio et al., 2006; Camarena & De La Torre, 2007). De la misma manera se logra

provocar la muerte localizada de tejidos (muerte celular programada, PCD, conocida

también como respuesta hipersensible, HR), en torno al sitio de influencia del invasor

(necesariamente biotrófico), para detener la dispersión de la enfermedad (Hutcheson,

1998; Berger et al., 2007).

Las respuestas de tipo estructural comprenden la formación de barreras físicas de

defensa que inhiben la penetración de agentes fungosos mediante procesos de

lignificación y endurecimiento de paredes celulares, así como por engrosamiento de la

cubierta foliar o cutícula, estrategias que -como se ha dicho-, dependen de la acción

enzimática (Bolton, 2009). El fenómeno denominado resistencia sistémica adquirida

(SAR), comprende todo el conjunto de respuestas descritas, las cuales son inducidas

hormonalmente y acontecen de manera generalizada -a través de la transmisión de

señales moleculares-, en un organismo vegetal sometido a condiciones de estrés biótico

o abiótico, con el objetivo de contrarrestar la amenaza invasiva y prevenir el subsecuente

proceso infeccioso, incluso en el largo plazo (Hutcheson, 1998; Zhu et al., 2004; He &

Wolyn, 2005; Lattanzio et al., 2006; Camarena & De La Torre, 2007).

Page 31: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

31

4.5. SILICIO EN LA INDUCCIÓN DE RESISTENCIA

Existen moléculas que pueden promover mecanismos de defensa inherentes a las

células vegetales. Plantas tratadas con inductores de resistencia reaccionan más rápida

y eficientemente ante la presión ejercida por un patógeno determinado (Camarena & De

La Torre, 2007; Da Paz, 2009). Sin embargo, la efectividad en las respuestas de defensa

y el grado de resistencia varían en función de factores externos, tales como condiciones

ambientales favorables o una nutrición adecuada. Difícilmente un inductor logra suprimir

completamente los síntomas de una enfermedad, en la mayoría de casos se llega a un

rango de control máximo de un 85% a 90%, lo que se refleja por ejemplo en la reducción

del número de lesiones o del tamaño de las mismas (Walters, Walsh, Newton & Lyon,

2005).

El silicio (Si), es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. En forma

de dióxido de silicio (SiO2), o bien precipitado como parte de la estructura de silicatos

primarios o secundarios, representa entre un 50% y un 70% de la fracción mineral del

suelo (Ma & Yamaji, 2008). También se encuentra en las plantas en proporciones

similares -incluso superiores-, a las que alcanzan algunos macronutrientes o minerales

esenciales, siendo el mayor constituyente inorgánico de las mismas (Kim, S., Kim, K.,

Park & Choi, 2002; Rodrigues & Datnoff, 2015). El Si no ha sido catalogado comúnmente

como un elemento primordial para las plantas, no obstante, se ha demostrado que su

presencia en forma soluble en el suelo (Figura 9), beneficia el desempeño de algunas

especies vegetales frente a factores adversos del entorno (Ma & Yamaji, 2008).

El Si es absorbido como ácido monosilícico (H4SiO4), por medio de difusión y flujo de

masas, transportado pasivamente a través del xilema mediante corrientes

transpiratorias, o bien de manera activa por transportadores específicos radiales -o de

membrana- (Alves, 2009; Rodrigues et al., 2011), y finalmente es depositado como

polímero de sílica hidratada -sílica gel-, a manera de compuestos organosilicados o

simplemente como ácido silícico coloidal en espacios intra e intercelulares,

principalmente en el apoplasto y las paredes de células epidérmicas, tejidos

Page 32: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

32

subepidérmicos, haces vasculares y en el esclerénquima (Shetty et al., 2011). Cuando

hay deficiencias de Si en el suelo a causa de condiciones como pH tendiente a ácido,

presencia considerable de formas iónicas de hierro (Fe), o aluminio (Al), o bajo contenido

de materia orgánica, una amplia variedad de plantas (sobre todo gramíneas), manifiestan

irregularidades en términos de crecimiento, desarrollo y reproducción (Ma & Yamaji,

2008; Rodrigues & Datnoff, 2015).

Figura 9. Ciclo del silicio en el suelo: procesos de adición, precipitación, disolución,

absorción e infiltración, los cuales aumentan o disminuyen su disponibilidad en forma

soluble (asimilable para las plantas)

Fuente: Rodrigues & Datnoff (2015)

Page 33: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

33

El uso de Si se ha convertido en un método promisorio dentro del manejo alternativo de

problemas fitosanitarios. Concentraciones de entre 3% a 5% de Si en tejidos vegetales

hacen posible combatir eficazmente distintas afecciones de importancia económica

dentro del ámbito de la producción agrícola. El Si interviene en la síntesis de compuestos

antimicrobianos y promueve la activación de genes de resistencia (Fawe et al., 1988,

citados por Kaiser, Van der Merwe, Bekker & Labuschagne, 2005; Rodrigues et al., 2002;

Rodrigues & Datnoff, 2005; Ma & Yamaji, 2008). Por otra parte, el Si ha sido

frecuentemente asociado con el aumento de la actividad enzimática antioxidante, así

como con el incremento de la capacidad fotosintética, esto gracias a que su acción

conduce a un alto contenido de pigmentos como la clorofila. Además proporciona cierto

grado de tolerancia ante situaciones de déficit hídrico ya que favorece el crecimiento

radicular, ampliando así las posibilidades de exploración de las raíces dentro del suelo,

a la vez que limita las pérdidas transpiratorias debido al engrosamiento de la cutícula (Ma

& Yamaji, 2008; Rodrigues et al., 2011).

Se ha corroborado ampliamente que el Si se deposita en una doble capa de sílica

polimerizado -subyacente a la cutícula-, que se comporta como una barrera estructural

que obstaculiza la intrusión de agentes infecciosos (Kim et al., 2002; Rodrigues et al.,

2002; Rodrigues & Datnoff, 2005). El Si brinda a su vez mayor rigidez en lo referente a

la arquitectura de la planta, otorgando resistencia contra daños mecánicos (Rodrigues &

Datnoff, 2015). De manera simultánea, el Si facilita el control de plagas puesto que

fomenta la abundancia de estructuras de protección (como los tricomas), y también el

endurecimiento de tejidos, lo que desgasta la mandíbula de insectos masticadores e

impide la penetración del estilete propio de áfidos y nemátodos (Ma & Yamaji, 2008;

Rodrigues et al., 2011; Rodrigues & Datnoff, 2015); inclusive, el Si puede estar

relacionado con la síntesis de sustancias volátiles atrayentes de enemigo naturales

(Rodrigues et al., 2011).

El Si en el suelo reduce los niveles de fitotoxicidad causada por condiciones de salinidad

(Ma & Yamaji, 2008), por altas concentraciones de aluminio y de hierro en suelos ácidos,

o por metales pesados como arsénico (As), cadmio (Cd), plomo (Pb), o cobre (Cu), esto

Page 34: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

34

debido a que los aniones de silicato contribuyen con la precipitación de las formas libres

de tales elementos en compuestos insolubles, evitando que sean asimilados por las

plantas y reduciendo su acumulación en los tejidos (Rodrigues et al., 2011; Rodrigues &

Datnoff, 2015). Estas reacciones conducen además a la liberación de iones fosfato

(H3PO4), vitales para la nutrición vegetal y cuya disponibilidad es bastante limitada en

distintos tipos de suelos (Rodrigues & Datnoff, 2015).

Si en disolución ha sido empleado para inhibir el crecimiento micelial de hongos

fitopatógenos a nivel de laboratorio con resultados satisfactorios (Kaiser et al., 2005). Así

mismo, la aplicación de Si ha permitido reducir hasta en un 46% la severidad de la

enfermedad ‘mildeo polvoso’ en el cultivo de rosal, limitando la germinación de conidias

y la formación de apresorios, estructuras de dispersión y penetración del hongo (Shetty

et al., 2011). El Si también se ha utilizado como inductor de resistencia en fríjol ante

Colletotrichum lindemuthianum, en fresa contra Pestalotia longisetula y en pimiento

frente a Phytophthora capsici, su efecto ha hecho posible controlar el grado de

infestación, restringir el progreso de la enfermedad, aminorar las lesiones y favorecer el

desarrollo de las plantas (Carré-Missio et al. 2010; French-Monar, Rodrigues, Korndörfer

& Datnoff, 2010; Polanco et al., 2014, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015).

El Si ha mostrado efectividad para disminuir las pérdidas por daños propios de los

géneros Pythium y Fusarium en pepino (Miyaki & Takahashi, 1983; Chérif & Bélanger,

1992, citados por French-Monar et al., 2010). Se ha encontrado además que el Si ha

contribuido significativamente al control de las siguientes enfermedades: ‘mildeo polvoso’

en cebada, calabaza, zucchini y melón (Heckman et al., 2003; Wiese et al., 2005;

Tesfagiorgis & Laing, 2011; Dallagnol et al., 2012, citados por Rodrigues & Datnoff,

2015), marchitez causada por Verticillium en patatas (Millard, Denner & Van der Waals,

2009), pudriciones radiculares en remolacha azucarera a causa de Rhizoctonia solani y

Pythium spp. (Hadebe, Yobo & Laing, 2009), y afecciones bacterianas provocadas por

Pseudomonas syringae y Xanthomonas axonopodis en cultivos de tomate y maracuyá

respectivamente (Brancaglione et al., 2009; Andrade et al., 2013, citados por Rodrigues

& Datnoff, 2015).

Page 35: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

35

Por otra parte, se ha probado la eficacia del Si en la moderación del número de agallas

que ocasiona el nemátodo Meloidogyne exigua en variedades susceptibles de cafeto

(Silva, Oliveira, Nascimento & Rodrigues, 2010). La amplia manifestación de las enzimas

peroxidasa (POX), polifenol oxidasa (PPO), y fenilalanina amonio liasa (PAL), en el

ámbito radicular de los árboles a los que se proporcionó Si, hizo posible combatir el

ataque de este nemátodo; si bien la actividad enzimática fue mayor respecto a plantas

no inducidas con Si, el factor determinante para accionar los mecanismos bioquímicos

de defensa en este caso fue la incidencia del patógeno (Silva et al., 2010). Al igual, se

ha evidenciado un incremento de la resistencia ante Hemileia vastatrix, causante de la

roya del café, por cuenta de la influencia del Si (Pereira, Rodrigues, Carré-Missio, Goreti,

& Zambolim, 2009). Adicionalmente, se ha reportado que el Si retrasa el desarrollo y

reduce los impactos de la ‘sigatoka negra’, enfermedad producida por Mycosphaerella

fijiensis en el cultivo de plátano (Kablan, Lagauche, Delvaux & Legreve, 2012).

4.6. SILICIO EN ESPECIES ACUMULADORAS

Plantas pertenecientes a las familias Equisetaceae, Cyperaceae y Poaceae, algunas de

interés agronómico como caña de azúcar (Saccharum officinarum), maíz (Zea mays),

trigo (Triticum aestivum), y arroz (Oryza sativa), cuentan con gran potencial genético para

la absorción y acumulación de Si, pueden asimilarlo en niveles similares a sus tasas

transpiratorias, llegando a depositar en sus tejidos proporciones que equivalen a más del

1% de su peso seco, por lo cual se clasifican como especies acumuladoras (Rodrigues

& Datnoff, 2005; Ma & Yamaji, 2008; Alves, 2009). Este tipo de plantas extraen entre 300

y 500 kg/ha de Si del suelo -cada año-, en sistemas productivos localizados en

Norteamérica, lo cual implica que pueden fácilmente agotar las reservas disponibles en

un periodo ininterrumpido de cultivo de aproximadamente 5 años, en caso de que no se

realicen los aportes necesarios (Rodrigues & Datnoff, 2015).

El arroz es la especie cultivable con mayor índice de fijación de Si puesto que acumula

hasta un 10% de su peso seco en forma de sílice. Se estima que el arroz absorbe Si

(primordialmente a través de sus raíces laterales), en una proporción dos veces mayor a

Page 36: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

36

su demanda de nitrógeno (N), fósforo (P), o potasio (K), dependiendo -claro está-, de la

disponibilidad de Si en el suelo (Dallagnol, Rodrigues, Mielli, Ma & Datnoff, 2009;

Rodrigues & Datnoff, 2015). Así, para un rendimiento de 5 ton/ha, el cultivo extrae entre

0.23 y 0.47 ton de Si soluble del suelo (Rodrigues & Datnoff, 2005). El Si trae múltiples

ventajas para el cultivo de arroz: mejora la eficiencia fotosintética, permite obtener

plantas más erectas, regula el proceso transpiratorio y favorece el equilibrio de las

relaciones hídricas, disminuyendo la vulnerabilidad durante periodos de estrés por

sequía; contribuye al control de plagas y enfermedades, y brinda una mejor adaptación

ante condiciones ambientales adversas como heladas, radiación UV o fitotoxicidad por

salinidad y metales pesados (Ma & Yamaji, 2008). Inclusive, el Si podría estar

involucrado en el aumento de la cantidad de granos obtenidos por panícula al elevar el

número de espiguillas fértiles (Rodrigues & Datnoff, 2005).

En los cultivos de arroz y trigo el uso de Si ha menoscabado el nivel de infestación y

daño de algunas de las enfermedades de mayor importancia económica, cuyas

consecuencias en términos de rendimiento y calidad resultan devastadoras. En torno a

algunas de ellas los efectos benéficos del Si han sido reportados: ‘añublo de la hoja y de

la panícula’ causado por Pyricularia oryzae (teleomorfo, fase perfecta o forma sexual:

Magnaporthe grisea) (Kim et al., 2002; Rodrigues et al., 2002; Ma & Yamaji, 2008; Santos

et al., 2011; Pagani et al., 2014, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015), ‘añublo o tizón

de la vaina’ por Rhizoctonia solani (Rodrigues, Datnoff, Korndörfer, Seebold, & Rush,

2001), ‘mancha marrón’ ocasionada por Bipolaris oryzae (Dallagnol et al., 2009; Prabhu

et al., 2012, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015), ‘escaldadura de la hoja’ por

Rhynchosporium oryzae (Monographela albescens) (Seebold et al., 2000, citados por

Rodrigues & Datnoff, 2005), y ‘tizón bacteriano de la hoja’ producido por Xanthomonas

oryzae (Chang et al., 2002, citados por Rodrigues & Datnoff, 2005).

En tales disertaciones se establece que el Si ha conducido a prolongar el periodo de

incubación del patógeno, a disminuir tanto la incidencia (porcentaje de plantas

infectadas), como la severidad (grado de afectación), de cada una de las enfermedades

en cuestión, así como a reducir el número y la expansión de lesiones. Se presume

Page 37: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

37

además que el Si puede aumentar la resistencia de cultivares susceptibles ante

enfermedades específicas, incluso al mismo nivel de aquellos que poseen cierta

resistencia genética (Rodrigues et al., 2002; Rodrigues & Datnoff, 2015). Adicionalmente,

el Si ha sido asociado con un buen desarrollo y un crecimiento vigoroso de las plantas

de arroz, y en determinados casos, con una alta productividad de las mismas (Rodrigues

& Datnoff, 2005; Dallagnol, Rodrigues, DaMatta, Mielli, & Pereira, 2010).

A manera de ejemplo, es válido mencionar algunos trabajos con Si en especies de interés

agrícola pertenecientes a la familia de las gramíneas, empezando por el de Seebold et

al. (2000), citados por Rodrigues & Datnoff (2005), en el que se observó que la severidad

de la ‘escaldadura de la hoja’, afección fungosa ocasionada en campos de arroz por

Monographela albescens, fue reducida hasta en un 42% gracias al uso de Si. A su vez,

en el cultivo de trigo, se han reportado -en varias disertaciones-, declives en la severidad

del ‘mildeo polvoso’ (agente causal Blumeria graminis f. sp. tritici), de alrededor de un

35%, e inclusive de hasta un 80%, en comparación con los testigos, como resultado de

aplicaciones de Si efectuadas en la zona de influencia de las raíces (Bélanger et al.,

2003; Guével et al., 2007, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015). Igualmente, Camargo

et al. (2013), referidos por Rodrigues & Datnoff (2015), encontraron que la incidencia de

la enfermedad ‘roya café’, causada por Puccinia melanocephala en sistemas productivos

de caña de azúcar, se pudo mitigar en proporciones de entre 29% y 47% a partir del

suministro de Si; la variación porcentual apreciada en este caso particular dependió de

los tipos de suelo en que se adelantaron los respectivos ensayos.

En especies de plantas monocotiledóneas el tejido epidérmico presenta células

buliformes -de gran tamaño y consistencia acuosa-, que se densifican luego de que el Si

se deposita. A partir de ello tiene lugar la formación de una doble capa de sílice -de

aproximadamente 2.5 µm de espesor-, bajo la cutícula de hojas y vainas. Estos

conglomerados conforman una suerte de barrera que impide -o al menos retrasa-, la

colonización del agente infeccioso, gracias a que limita el número de sitios de

penetración (Rodrigues et al., 2002; Hayasaka et al., 2008, citados por Rodrigues &

Datnoff, 2015). Además, el efecto del Si podría estar vinculado con la abundancia en las

Page 38: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

38

paredes celulares de polímeros vegetales como hemicelulosa, calosa y lignina, así como

con la síntesis de glicoproteínas; la agregación de este tipo de sustancias permite

mejorar las propiedades mecánicas de las membranas, fortificar las paredes e incluso

regenerar tejidos dañados. También es muy probable que el Si participe -junto a otras

moléculas orgánicas-, en la configuración de compuestos complejos que evitan la

degradación de las paredes externas por parte de toxinas y enzimas hidrolíticas liberadas

por patógenos (Perumalla & Heath, 1991; He et al., 2015, citados por Rodrigues &

Datnoff, 2015).

Ante la arremetida de un patógeno, el tratamiento con Si contribuye a impulsar el

metabolismo secundario con efecto antioxidante que inhibe la difusión de toxinas

producidas por el invasor, suprimiendo o moderando su acción deletérea sobre las

células del hospedero. Así mismo, el Si estimula la actividad de enzimas de defensa:

glucanasas, quitinasas, catalasa, peroxidasa (POX), polifenol oxidasa (PPO),

fenilalanina amonio liasa (PAL), y también promueve la síntesis de metabolitos con

propiedades antimicrobianas, algunos de los cuales pueden detectarse por medio de

técnicas de fluorescencia a nivel histoquímico. Debido a sus características, tales

moléculas generan un detrimento agudo del agente infeccioso: tienen la facultad de

alterar la composición de sus membranas, así como el contenido citoplasmático de sus

células, e igualmente de colapsar sus estructuras reproductivas y de dispersión (hifas,

haustorios, apresorios, inclusive conidias), desmantelando sus mecanismos de

colonización, extendiendo su periodo de incubación y socavando su potencial de daño.

En virtud de lo anterior, la influencia benéfica del Si ha sido reportada en múltiples

patosistemas, especialmente en gramíneas como arroz, trigo y avena (Rodrigues et al.,

2002; Dallagnol et al., 2009; Rodrigues & Datnoff, 2015).

Existen enzimas que resultan decisivas en los procesos de defensa de las plantas, PAL

y PPO son indiscutiblemente parte de ellas. Ciertas enzimas y hormonas vegetales,

dentro de las que PAL tiene un papel preponderante, se ocupan de poner en marcha

distintas rutas del metabolismo secundario (ya sea la ruta de los fenilpropanoides, o bien

la ruta de los terpenoides e isoprenoides), que posibilitan la síntesis de compuestos

Page 39: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

39

fenólicos, flavonoides y también fitoalexinas, los cuales constituyen una suerte de arsenal

bioquímico que se libera durante los procesos de defensa activa que tienen lugar en

plantas bajo el ataque de patógenos que intentan colonizar sus células y tejidos (Dillon

et al., 1997; Carver et al., 1998, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015; Rodrigues et al.,

2004; Shetty et al., 2011). Determinados tipos de compuestos fenólicos, no sólo tienen

función antimicrobiana, sino que cumplen con un rol sumamente relevante: evitar la

muerte celular generalizada -amenaza posterior a la invasión de un patógeno-, a través

de la reacción de hipersensibilidad (HR), que busca justamente preservar la integridad

de las células circundantes a un foco de infección, esto gracias al efecto oxidante que la

enzima PPO ejerce sobre ellos -los fenólicos-. Igualmente, PPO participa en fenómenos

de resistencia relacionados con procesos de lignificación y fortificación de paredes

celulares, ya que dinamiza la polimerización -nuevamente-, de fenólicos (Dallagnol et al.,

2010).

En este sentido, se han reportado incrementos en la actividad de PAL relacionados con

el suministro de Si en diversas interacciones planta-patógeno propias del cultivo de arroz

(concretamente infecciones por parte de P. oryzae, R. solani y M. albescens). La intensa

actividad enzimática, junto con una elevada concentración de fenólicos solubles,

condiciones promovidas por el Si, han conducido a contrarrestar el impacto destructivo

de las afecciones estudiadas (Rodrigues & Datnoff, 2015). Adicionalmente, Cai et al.

(2008), citados por Rodrigues & Datnoff (2015), demostraron que la restricción del

desarrollo y la subsecuente mitigación de la severidad del ‘añublo de la hoja’ (agente

causal P. oryzae), en plantas de arroz que recibieron tratamiento con Si, se debieron

principalmente a la actividad de POX, PPO y PAL.

Sin embargo, en algunas ocasiones -por demás inusuales-, el efecto del Si podría no

contribuir de manera importante a promover respuestas de defensa, ni a generar la

movilización de enzimas como PPO y PAL. Así lo plantean Silva et al. (2012), en un

trabajo con plantas de arroz expuestas ante B. oryzae, referenciado por Rodrigues &

Datnoff (2015). La presunta neutralización de las estrategias de protección en situaciones

dadas que involucran el uso de Si puede estar relacionada con algún tipo de deficiencia

Page 40: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

40

en el suministro del elemento, el cual debe ser continuo e ininterrumpido durante el

transcurso del tratamiento, puesto que, cuando no hay en el suelo una reserva suficiente

de Si en forma asimilable para las plantas, se incurre en el riesgo de debilitar su

capacidad como inductor de resistencia (Rodrigues et al., 2004).

4.7. FUENTES DE SILICIO

La aplicación de silicio (Si), como parte de las prácticas de manejo agronómico de

diversos cultivos, aunque aceptada y extendida en algunos lugares del mundo, sigue

siendo limitada y poco difundida. No existe aún un criterio unificado -ni tampoco ninguna

clase de estandarización-, acerca de cómo realizar una interpretación adecuada de los

niveles críticos de Si en el suelo, o acerca de cuáles son los requerimientos particulares

de algunas especies cultivables. Por ende, no se sabe con certeza qué cantidades serían

las indicadas al momento de efectuar aportes de Si, o con qué frecuencia deberían

hacerse los mismos. Todos estos son interrogantes por resolver -en cada contexto

definido-, si se busca llegar a un escenario en el que sea posible formular

recomendaciones específicas. Si bien existen algunos lineamientos claros en cuanto a

métodos confiables de extracción, cuantificación y análisis del contenido de Si en el suelo

(en su forma disponible), estos aún deben ser sometidos a ajustes que conlleven a su

perfeccionamiento (Rodrigues & Datnoff, 2015).

Actualmente se conocen varias fuentes del elemento Si con potencial para uso agrícola.

Algunas de ellas son subproductos (escorias), provenientes de procesos industriales

tales como la producción de hierro o de acero. Estas son a su vez las fuentes más

comunes y las más accesibles en cuanto a precios en el mercado. También tienen la

ventaja de que presentan una buena solubilidad y contribuyen con el encalamiento de

los suelos. Fuentes de Si un tanto más inusuales son las cenizas (inclusive de origen

volcánico), el basalto triturado, el biocarbón de madera y la cascarilla de arroz. Estos

materiales favorecen el mejoramiento de ciertas propiedades físicas y químicas del suelo

(pH, CIC, estructura y grado de agregación, retención de humedad, etc.). Sin embargo,

su descomposición (y por ende la liberación efectiva de Si), tiende a ser muy lenta, por

Page 41: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

41

lo que los beneficios sólo se aprecian tras periodos prolongados de tiempo (Rodrigues &

Datnoff, 2015).

Quizá la fuente comercial más usada -y una de las más costosas-, es el silicato de calcio

(CaSiO3), también conocido como wollastonita pulverizada, el cual presenta un contenido

total de Si de hasta 24%, aunque sólo un máximo de 6,5% de Si soluble. En cuanto al

talco o silicato de magnesio (MgSiO3), a pesar de que tiene un alto contenido de Si, muy

poco del mismo se solubiliza fácilmente (0,1%). Existen igualmente otras fuentes

comerciales tales como el gel de sílice (con hasta un 5,8% de Si soluble), el silicato de

potasio (K2SiO3), que de hecho es la fuente con mayor solubilidad del elemento (7,6%),

el silicato de sodio (NaSiO3), y el ácido silícico (hasta 6,4% de Si soluble). Debido a su

composición líquida, estas últimas tres fuentes facilitan no sólo las aplicaciones directas

al suelo, sino también aquellas que se llevan a cabo por la vía foliar, técnica que ha

estado relacionada con incrementos en los rendimientos del cultivo de arroz (Rodrigues

& Datnoff, 2015).

En la mayoría de especies vegetales las aplicaciones foliares de Si funcionan

exclusivamente creando barreras físicas superficiales que -hasta cierto punto-, impiden

la penetración o esporulación de agentes fungosos, esto gracias a que las formas

solubles del elemento se polimerizan sobre los tejidos (aunque dichos compuestos

pueden ser removidos por la lluvia o el agua de riego). Hasta ahora no se han identificado

genes transportadores en las hojas, de modo que por esta vía el Si difícilmente es

absorbido a través de la epidermis. Por el contrario, al realizar aportes directamente en

el suelo, la toma activa de Si por parte de las raíces hace que se desencadenen

respuestas de defensa de manera sistémica en las plantas, primordialmente a nivel

molecular (rutas metabólicas, actividad enzimática y demás), lo que permite un control

más efectivo de las amenazas fitosanitarias (Rodrigues & Datnoff, 2015). Además, el Si

que permanece en el suelo sigue siendo aprovechable y tiene un efecto residual que

favorece los cultivos establecidos en el mediano plazo -siempre y cuando las tasas de

extracción no sean muy elevadas-, contribuyendo a disminuir la ocurrencia, o bien la

Page 42: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

42

intensidad, de algunas afecciones en ciclos subsiguientes (Datnoff & Snyder, 1994,

citados por Rodrigues & Datnoff, 2015).

Hay actualmente un acervo notable de publicaciones científicas que respaldan el uso de

Si en agricultura con resultados positivos en torno al manejo de múltiples enfermedades

vegetales de importancia económica, no en vano, en distintos lugares a escala global

(también en Latinoamérica), el Si empieza a ser considerado como un elemento

fundamental para el desarrollo apropiado de determinados cultivos. Debido a ello se ha

comenzado a incluir la aplicación de Si dentro de los esquemas convencionales de

fertilización. En el año 2004 Brasil se convirtió en el primer país latinoamericano en

reconocer formalmente al elemento Si como esencial para la agricultura. La Asociación

Americana de Control de Alimentos Vegetales hizo lo propio en 2013, con lo cual el Si

pasó a ser categorizado en los Estados Unidos como sustancia de uso agrícola, por

cierto, con gran potencial dentro de la producción sustentable (Rodrigues & Datnoff,

2015).

Page 43: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

43

5. MATERIALES Y MÉTODOS

La fase experimental de este trabajo se llevó a cabo bajo condiciones de casa de mallas,

a una altitud de 308 msnm, con una temperatura promedio de 28 °C y una humedad

relativa de alrededor de 80%, en instalaciones de FEDEARROZ, Estación Experimental

Las Lagunas (3°54’46.9” N, 74°59’07.4” W), con localización en el municipio de Saldaña,

Sur del Tolima (Figura 10).

Figura 10. Casa de mallas al interior de la Estación Experimental Las Lagunas de

FEDEARROZ, Saldaña (Tolima)

Fuente: El autor

Page 44: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

44

5.1. ESTABLECIMIENTO DEL EXPERIMENTO Y APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO

CON SILICIO

Se cultivaron plantas de arroz de la variedad FEDEARROZ 67, ampliamente utilizada en

el departamento del Tolima y susceptible a Gaeumannomyces graminis var. graminis. Se

obtuvieron plántulas a nivel de semillero en bandejas germinadoras usando -a manera

de sustrato-, suelo esterilizado y tamizado. Una fracción de las plántulas fue tratada con

silicio (Si), a lo largo de dos semanas continuas y mediante aplicaciones diarias (que

iniciaron desde el tercer día después de la emergencia), de silicato de potasio (K2SiO3),

cuya fuente comercial contiene 230 g/L de dióxido de silicio (SiO2).

Se empleó una concentración de 5 ml de K2SiO3 por litro de agua destilada, y una dosis

de 10 ml de disolución por planta cada día, con el fin de inducir resistencia ante el

patógeno (Figura 11). Plántulas a las que no se suministró Si fueron igualmente regadas

a diario con 10 ml de agua destilada. Transcurridos 18 días después de la emergencia

(dde), se realizó el trasplante en macetas de 1 kg de capacidad que contenían una

mezcla de tamo de arroz y suelo (esterilizado en horno seco a 70 °C durante 48 horas),

en proporciones iguales.

Figura 11. Aplicación del tratamiento con silicio durante la etapa de plántula

Fuente: El autor

Page 45: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

45

Una nueva aplicación de K2SiO3 se efectuó durante la etapa de crecimiento reproductivo,

luego de la formación del primordio floral, a lo largo de una semana -entre los 55 y 62

dde, considerando que FEDEARROZ 67 es una variedad de ciclo intermedio-. En esta

ocasión se usó la misma concentración de 5 ml/L de agua, proporcionando directamente

en el suelo 1 litro de solución al día para cada planta inducida (Figura 12). Plantas no

tratadas recibieron diariamente el mismo volumen de agua destilada, aunque sin adición

de Si.

Figura 12. Aplicación del tratamiento con silicio durante la etapa de crecimiento

reproductivo

Fuente: El autor

La nutrición requerida se aportó a través del uso de fertilizantes convencionales según

recomendaciones de FEDEARROZ para cultivos comerciales de la variedad empleada,

aplicando a cada maceta una dosis definida (0, 56 g de N; 0,59 g de K; 0,055 g de P y

0,035 g de S), distribuida en intervalos de 12 días, iniciando desde los 12 y hasta los 60

días después del trasplante (ddt).

Page 46: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

46

5.2. PRODUCCIÓN DEL INÓCULO Y PROCEDIMIENTO DE INOCULACIÓN

El patógeno se multiplicó a nivel de laboratorio en cajas de Petri que contenían medio de

cultivo preparado con agua destilada estéril (1 L), agar nutriente (18 g), salvado de arroz

(25 g), avena (18 g), y antibiótico. En cada caja se dispusieron -bajo condiciones de

cabina de flujo laminar-, 3 fragmentos (de 1 cm2), de cultivo puro del hongo

Gaeumannomyces graminis var. graminis, aislado al 95% y aportado por FEDEARROZ,

Centro Experimental Las Lagunas. Se trabajó con un aislamiento específico (código

GG2904-1, obtenido en el Centro Internacional de Agricultura Tropical CIAT, ubicado en

Jamundí, departamento del Valle), debido a la alta agresividad exhibida por el mismo en

ensayos previos. La multiplicación del inóculo precisó de un periodo de incubación de 10

días a 30 °C en cámaras especializadas para tal fin, habilitadas en el laboratorio de

Fitopatología de la Universidad del Tolima (Figura 13).

Figura 13. Multiplicación de Gaeumannomyces graminis var. graminis en medio de

cultivo a nivel de laboratorio

Fuente: El autor

Page 47: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

47

La inoculación se realizó directamente sobre tamo de arroz cortado en pequeños trozos

y esterilizado en autoclave, incorporando el medio de cultivo en que se desarrolló el

patógeno e incubando por un periodo de 30 días en recipientes plásticos con el propósito

de que G. graminis var. graminis invadiera los residuos de cosecha, proceso que

demandó una humedad relativa ambiente superior al 70%. Durante el trasplante se

empleó el tamo de arroz inoculado (mezclado en proporción 1:1 con suelo esterilizado),

como sustrato para las macetas (Figura 14). Para plantas no inoculadas se usó

simplemente una mezcla de suelo y tamo de arroz no contaminado.

Figura 14. Proceso de inoculación con G. graminis var. graminis en el sustrato

Fuente: El autor

Inicialmente las plantas fueron cubiertas con cámaras plásticas herméticas para facilitar

un ambiente de humedad propicio para la manifestación de la enfermedad, sin embargo,

Page 48: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

48

esta estrategia tuvo que ser abandonada debido a condiciones ambientales extremas

(altas temperaturas y radiación solar intensa). Con el objetivo de incrementar la presión

del patógeno durante la etapa de maduración, se hizo una nueva inoculación a los 75

ddt disponiendo pequeños discos de cultivo puro del hongo (suministrado por el

laboratorio de Fitopatología de FEDEARROZ, Centro Experimental Las Lagunas), en la

zona basal de cada planta, sin generar heridas en los tallos (Figura 15).

Figura 15. Inoculación con G. graminis var. graminis en la base de los tallos

Fuente: El autor

5.3. EVALUACIÓN DE PARÁMETROS EPIDEMIOLÓGICOS Y COMPONENTES DE

RESISTENCIA

Se efectuó un seguimiento exhaustivo del progreso de la enfermedad con base en la

manifestación de síntomas, realizando evaluaciones de parámetros epidemiológicos

(incidencia y severidad), a los 60, 75, 85 y 100 ddt, para lo cual se empleó la escala

diagramática propuesta por FEDEARROZ, descrita en el trabajo de Echeverri (2016)

(Tabla 1). Así mismo, se trabajó a partir de estimaciones visuales de las lesiones

presentes en la base de los tallos y sus respectivas hojas envainadoras, lo que permitió

establecer indicadores respecto al porcentaje de plantas afectadas (en este caso

macollos por planta), así como en torno al nivel de daño ocasionado de acuerdo con la

expansión y el desarrollo de la infección.

Page 49: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

49

Tabla 1. Escala para evaluación de la severidad de la enfermedad ‘mal del pie’, causada

por Gaeumannomyces graminis var. graminis en plantas de arroz

Grado de

Severidad Descripción

0 Ninguna lesión visible

1 Lesiones leves de color marrón oscuro en la vaina foliar

3 Lesiones más drásticas que traspasan la vaina y afectan el tallo,

presencia de micelio

5 Necrosis de tejidos y presencia de peritecios

7 Pudrición severa de tejidos, debilitamiento del tallo

9 Muerte generalizada de tejidos y desecación de tallos

Fuente: Echeverri (2016)

Se tuvo especial consideración en cuanto a la época de aparición de síntomas, pero

también de micelio y peritecios, estructuras propias del patógeno (o signos), relacionados

con el periodo de incubación y -por ende-, con los componentes de resistencia ante la

colonización de G. graminis var. graminis. Adicionalmente, los datos de severidad

permitieron calcular el área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC),

usando el método de integración trapezoidal según el progreso de dicha curva a través

del tiempo y con base en la fórmula propuesta por Shaner & Finney (1997), citados por

Dallagnol et al. (2009).

5.4. EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL SILICIO SOBRE LA FISIOLOGÍA DE

PLANTAS AFECTADAS POR EL PATÓGENO

Se adelantó un análisis valorativo de las alteraciones fisiológicas que tuvieron lugar en

las plantas luego de ser sometidas a la influencia del patógeno, para lo cual se realizaron

evaluaciones de variables asociadas con el intercambio de gases: tasa fotosintética

(asimilación neta de CO2), tasa transpiratoria, conductancia estomática y concentración

intercelular de CO2. Las pruebas se efectuaron a los 60 y 75 ddt, entre las 9:00 am y las

12:00 m, haciendo tres lecturas por planta sobre hojas completamente desplegadas

Page 50: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

50

mediante el uso del equipo especializado IRGA (analizador de gases en infrarrojo),

modelo LI-6400XT, de la compañía LI-COR Biosciences (Figura 16), bajo condiciones de

luz artificial (radiación fotosintéticamente activa PAR, 1500 µmol/m2/s).

Figura 16. Evaluación de parámetros fisiológicos

Fuente: El autor

5.5. DISEÑO EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO

Se estableció un diseño experimental completamente aleatorizado con base en un

arreglo factorial de 2x2 que comprendió 4 tratamientos a saber: T1) plantas inoculadas /

con silicio (Si+), T2) plantas inoculadas / sin silicio (Si-), T3) plantas no inoculadas / con

silicio (Si+), T4) plantas no inoculadas / sin silicio (Si-), con 4 repeticiones por cada

tratamiento, para un total de 16 unidades experimentales. El experimento fue duplicado

de manera que se contase con material vegetal disponible para sustituir unidades

experimentales fallidas en caso de que hubiese resultado necesario, así que se

dispusieron 32 macetas en dos secciones diferentes, separando plantas inoculadas de

plantas no inoculadas (Figura 17).

Page 51: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

51

Figura 17. Distribución espacial del experimento

Fuente: El autor

Los parámetros epidemiológicos, así como los indicadores fisiológicos, se sometieron a

un análisis de varianza (ANOVA). Los efectos de los tratamientos fueron comparados a

través de pruebas de Tukey (P ≤ 0,05), utilizando el software de análisis estadístico

InfoStat.

Page 52: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

52

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

6.1. EFECTO DEL SILICIO SOBRE LOS PARÁMETROS EPIDEMIOLÓGICOS DE LA

ENFERMEDAD Y LOS COMPONENTES DE RESISTENCIA AL PATÓGENO

Debido a que en la primera evaluación (60 ddt), se presentaron altísimos coeficientes de

variación, atribuibles probablemente a la dificultad para identificar la enfermedad en sus

estados iniciales, y es que los síntomas en dicha etapa fueron muy escasos y poco

definidos, se tuvieron en cuenta únicamente los resultados obtenidos a partir de la

segunda evaluación de síntomas. En cuanto a la epidemiología estimada a los 75 ddt,

se observaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos respecto al

porcentaje de incidencia: 33% de las plantas inoculadas con Gaeumannomyces graminis

var. graminis que no recibieron Si exhibieron síntomas notables de la enfermedad,

mientras que sólo el 15% de las plantas inoculadas y tratadas con Si se vieron afectadas

(Tabla 2). Por otra parte, no hubo diferencias estadísticas significativas entre

tratamientos en cuanto a la severidad promedio del ‘mal del pie’ a los 75 ddt, si bien esta

fue mayor en plantas de arroz que no tuvieron aportes de Si, con un grado de severidad

de entre 1 y 3 en la escala, frente a un nivel de severidad que en ningún caso superó el

grado 1 de la escala en plantas a las que en efecto se suministró Si.

Page 53: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

53

Tabla 2. Comparación estadística del efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de

incidencia -a los 75 ddt-, de la enfermedad ‘mal del pie’, causada por G. graminis var.

graminis en plantas de arroz

Nota: Se presentaron diferencias significativas entre tratamientos (señaladas con letras

distintas), de acuerdo con la prueba de Tukey (P ≤ 0,05)

Tal y como se ilustra en la Tabla 3, nuevamente se encontraron diferencias estadísticas

significativas en el porcentaje promedio de incidencia a los 85 ddt: 28% de plantas

afectadas en el tratamiento Si+, contra 45% en el tratamiento Si-. En esta ocasión,

además de haber aumentado el número de tallos enfermos por planta -en ambos

tratamientos-, hubo también un menor coeficiente de variación, lo cual indica que a

medida que la enfermedad evolucionó a través del tiempo, los síntomas se apreciaron

cada vez con mayor claridad y en proporciones más uniformes en las unidades

experimentales inoculadas con G. graminis var. graminis. Por el contrario, no se hallaron

diferencias significativas a nivel estadístico entre los promedios de severidad de la

enfermedad durante la misma evaluación (85 ddt), aunque la severidad media fue de

nuevo mayor en Si-, esta vez más cercana al grado 3 de la escala, en contraste con Si+,

cuya media estuvo más próxima al grado 1 (Tabla 4).

Page 54: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

54

Tabla 3. Efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de incidencia -a los 85 ddt-, de ‘mal

del pie’, enfermedad causada por G. graminis var. graminis en plantas de arroz

Nota: A nivel estadístico hubo diferencias significativas entre tratamientos (señaladas con letras

distintas), según la prueba de Tukey (P ≤ 0,05)

Tabla 4. Grado promedio de severidad de la enfermedad ‘mal del pie’ en plantas de arroz

-a los 85 ddt-

Nota: Con base en la prueba de Tukey (P ≤ 0,05), no se encontraron diferencias estadísticas

significativas en cuanto al efecto del silicio (Si)

Page 55: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

55

En lo que a la última evaluación respecta, a los 100 ddt se apreciaron diferencias

estadísticas considerablemente significativas ente los dos tratamientos, con un marcado

contraste en la incidencia promedio de ‘mal del pie’ en plantas inducidas (Si+),

aproximadamente 56%, frente a 92% en plantas no inducidas (Si-) (Tabla 5). Se registró

a su vez un coeficiente de variación mucho menor en comparación con evaluaciones

previas, los resultados fueron entonces más consistentes, reflejo de que la enfermedad

llegó a su punto de máximo desarrollo y por ende, la manifestación de síntomas se dio

de manera más regular en términos de proporciones. Así mismo, el valor de P fue muy

cercano a cero, lo cual permite afirmar -con alto nivel de confiabilidad-, que el efecto del

Si contribuyó a disminuir notoriamente la incidencia de la enfermedad, reduciendo de

forma ostensible el porcentaje de plantas afectadas por G. graminis var. graminis (Figura

18).

Tabla 5. Efecto del silicio (Si), sobre el porcentaje de incidencia -a los 100 ddt-, de ‘mal

del pie’, enfermedad del arroz causada por G. graminis var. graminis

Nota: Se presentaron diferencias estadísticas significativas entre tratamientos (señaladas con

letras distintas), de acuerdo con la prueba de Tukey (P ≤ 0,05)

Page 56: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

56

Figura 18. Incidencia promedio -a los 100 ddt-, de la enfermedad ´mal del pie’, causada

por G. graminis var. graminis en el cultivo de arroz; comparación entre los tratamientos

Si+ vs. Si-, diferencias estadísticas significativas según la prueba de Tukey (P ≤ 0,05),

señaladas con letras distintas (a y b), barras de error representan la desviación estándar

Fuente: El autor

No se presentaron diferencias estadísticas significativas respecto a la severidad

promedio de la enfermedad a los 100 ddt entre los tratamientos aplicados (Si+ y Si-). En

esta evaluación la enfermedad alcanzó -en todas las plantas inoculadas con G. graminis

var. graminis-, el grado 5 de severidad en la escala, valor máximo al que ascendió dicha

variable a lo largo del ciclo de cultivo comprendido en este experimento. Como se ha

venido planteando con anterioridad, durante el progreso de la infección a través del

tiempo y con el despliegue de las distintas etapas fenológicas, el promedio de severidad

fue menor -aunque no significativamente distinto a nivel estadístico-, en plantas tratadas

con Si (en comparación con plantas que no recibieron aportes del elemento), en cada

una de las evaluaciones epidemiológicas realizadas, con excepción de la evaluación final

(100 ddt) (Figura 19).

Page 57: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

57

Figura 19. Progreso de la enfermedad ‘mal del pie’ en plantas de arroz inoculadas con

G. graminis var. graminis; contraste entre los promedios de severidad dados en los

tratamientos Si+ y Si- a lo largo de las evaluaciones epidemiológicas realizadas durante

el ciclo de cultivo

Fuente: El autor

Teniendo en cuenta lo anterior, es necesario aclarar que un menor grado de severidad

en la escala se correspondió inicialmente con lesiones más atenuadas (frecuentemente

no coalescentes -o aisladas-, y de menor tamaño), y síntomas menos graves, debido a

que la colonización de los tejidos por parte del patógeno se dio con menor eficiencia, lo

que implica que, en buena parte de las unidades experimentales inoculadas y tratadas

con Si, G. graminis var. graminis tardó más en extender sus redes miceliales, así como

en traspasar las vainas y atacar los tallos (Figura 20). En últimas, esto significa que la

aplicación de Si conllevó a un retraso en la dispersión fungosa durante los estadios

tempranos de la enfermedad, prolongando en algunos casos el periodo de incubación,

vale decir, la aparición de síntomas.

Page 58: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

58

Figura 20. Colonización de tejidos por parte de G. graminis var. graminis en plantas de

arroz, lesiones traspasan las vainas y afectan los tallos

Fuente: El autor

Es necesario entonces considerar que en la mayoría de las plantas no inducidas (Si-), la

infección alcanzó el grado 3 de la escala entre los 60 y los 85 ddt (Figura 21), lo cual se

ve igualmente reflejado en promedios de severidad más altos según los resultados de

las evaluaciones llevadas a cabo en tales fechas, mientras que la severidad promedio en

plantas inducidas (Si+), apenas llegó al grado 1 de la escala -manteniéndose estable en

ese valor-, durante el mismo periodo de tiempo. Es más, en algunas de las unidades

experimentales pertenecientes al tratamiento Si+, los síntomas no se hicieron visibles

antes de los 75 ddt. Sin embargo, la condición de severidad fue exactamente igual para

ambos tratamientos al final del ciclo: grado 5 en la escala, equivalente a necrosis parcial

de tejidos, así como a presencia abundante de peritecios (Figuras 22 y 23). Una

explicación plausible para ello podría ser que la enfermedad se exacerbó a causa de dos

factores: un nuevo procedimiento de inoculación en la zona basal de las plantas

(efectuado a los 75 ddt), y la entrada inminente en etapa de maduración, de la que se ha

dicho tiene una influencia nada despreciable en la manifestación de la enfermedad ‘mal

del pie’ (Echeverri, 2016). En suma, no se pudo demostrar -estadísticamente-, que el Si

tuviera un efecto positivo en cuanto a la severidad (nivel de daño), de la enfermedad

causada por G. graminis var. graminis sobre las plantas evaluadas.

Page 59: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

59

Figura 21. Lesiones ocasionadas por G. graminis var. graminis en la zona basal de

plantas de arroz; a medida que las lesiones se expanden y se hacen más graves,

aumenta el grado de severidad de acuerdo con la escala propuesta por FEDEARROZ

Fuente: El autor

Figura 22. Grado más agudo de severidad alcanzado por la enfermedad ‘mal del pie’

(agente causal G. graminis var. graminis), durante la fase experimental del presente

trabajo; se aprecia necrosis parcial de tejidos

Fuente: El autor

Page 60: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

60

Figura 23. Tejidos con presencia abundante de peritecios (punteaduras negras a simple

vista), estructuras de supervivencia y reproducción de G. graminis var. graminis

Fuente: El autor

Una forma apropiada de ilustrar la idea que se viene discutiendo es planteando que, tal

y como se muestra en la Figura 24, en plantas inoculadas con G. graminis var. graminis,

el área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC), que corresponde a una

representación gráfica de la severidad ‘acumulada’ a lo largo de las distintas etapas de

la interacción planta-patógeno, resultó ser -para efectos de esta disertación-, 21% más

baja para el tratamiento que involucró suministro de silicio (Si+), en comparación con su

contraparte (Si-). No obstante, no se presentaron diferencias estadísticas significativas

en cuanto a la magnitud promedio de dicha variable entre los tratamientos referidos.

Page 61: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

61

Figura 24. Área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC), ´mal del pie’ en

plantas de arroz inoculadas con G. graminis var. graminis; comparación entre los

tratamientos Si+ vs. Si-, no hubo diferencias estadísticas significativas de acuerdo con la

prueba de Tukey (P ≤ 0,05), barras de error representan la desviación estándar

Fuente: El autor

Es pertinente mencionar que durante la ejecución de la fase experimental de este trabajo,

específicamente en la etapa final, se hizo evidente que la enfermedad ‘mal del pie’ tuvo

un desarrollo relativamente pobre a nivel general, considerando que la severidad no

superó en ningún caso el grado 5 de la escala. Pese a que los síntomas se dispersaron

de manera uniforme y a que hubo daños drásticos en los tejidos, no se apreciaron

pudriciones marcadas o ampliamente extendidas en un número elevado de vainas y

tallos (Figura 25). En contraposición, lo que sí llegó a notarse fue una desecación

predominante de las vainas que en muchas unidades experimentales impidió que la

infección trascendiera de la vaina exterior hacia el tallo interno.

Page 62: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

62

Figura 25. Pudrición de tejidos provocada por G. graminis var. graminis en vainas y tallos

de arroz: no se presentó de manera generalizada en el tercio inferior de las plantas al

final del ciclo debido a la desecación preponderante de las vainas

Fuente: El autor

No está de más señalar que al efectuar las evaluaciones epidemiológicas se advirtió la

aparición -por demás inesperada-, de la enfermedad conocida como ‘pudrición de la

vaina del arroz’, una afección con incidencia creciente en zonas arroceras de todo el

mundo y que es causada por un conglomerado de varios agentes dentro de los que se

destacan primordialmente los hongos Sarocladium oryzae y Fusarium sp., además de la

bacteria Pseudomonas fuscovaginae, los cuales se caracterizan -entre otras-, por la

síntesis de fitotoxinas que producen necrosis en los tejidos vegetales (Bigirimana, Hua,

Nyamangyoku & Höfte, 2015). Este complejo de patógenos puede dispersarse fácilmente

a través del viento, pero también por medio de vectores como insectos y ácaros, teniendo

una pronunciada afinidad por Steneotarsonemus spinki, una especie de ácaro que -en

efecto-, tuvo una alta presencia en el área de ejecución del experimento y que inclusive

llegó a atacar múltiples plantas.

La diferencia principal entre el ‘mal del pie’ y la ‘pudrición de la vaina’, es que esta última

se manifiesta con mucho énfasis en la parte superior de las vainas y los tallos, mientras

Page 63: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

63

que -como se ha dicho-, los síntomas propios de la infección por cuenta de G. graminis

se dan mayoritariamente en la zona basal de las plantas. Otra característica que permite

reconocer la ‘pudrición de la vaina’ es que las lesiones, aisladas o coalescentes, tienen

un aspecto punteado o linear, son oblongas (alargadas), y tienden a tomar una coloración

marrón con matices purpúreos a violáceos, o bien grisáceos, que es realmente muy

notoria en la zona central del área afectada (Guzmán, 2006). Por el contrario, las lesiones

del ‘mal del pie’ son de tono pardo o marrón muy oscuro y denso, particularmente hacia

los bordes.

Sobre esta eventualidad hay que decir que, de acuerdo con Bigirimana et al. (2015), las

toxinas liberadas por el complejo fúngico-bacteriano conformado por S. oryzae, Fusarium

sp. y P. fuscovaginae, principalmente la que se denomina cerulenina, tienen la capacidad

de restringir la proliferación de otros patógenos que invaden las plantas de arroz a nivel

del tallo, en especial si se trata de agentes fungosos tales como G. graminis, R. solani y

M. grisea. La cerulenina inhibe la biosíntesis de melanina, y es justamente una variante

molecular de la melanina la que contribuye al proceso de colonización por parte de los

hongos G. graminis y M. grisea, ejerciendo un rol fundamental en términos de virulencia

(Henson et al., 1999, citados por Bigirimana et al., 2015). En cualquier caso, no se cuenta

con evidencia científica que haga posible concluir que este escenario de contaminación

haya obstaculizado el óptimo desarrollo de G. graminis, ni tampoco que la influencia del

complejo descrito haya ido en detrimento de su nivel de agresividad.

Numerosas publicaciones científicas refieren que los efectos del Si han resultado

benéficos para las plantas en múltiples patosistemas, esto gracias a que el elemento

contribuye a generar respuestas de defensa que permiten contener, o bien atenuar, el

progreso de afecciones fúngicas, bacterianas e inclusive virales (Rodrigues & Datnoff,

2015). Por ejemplo, se ha observado que a más altas concentraciones de Si en el suelo

y en los tejidos foliares, hay una mayor capacidad de resistencia en plantas de arroz ante

la enfermedad ‘añublo’, provocada por Pyricularia oryzae, con disminuciones en la

Page 64: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

64

incidencia de hasta un 50% respecto de plantas no tratadas con Si (Aleshin et al., 1987;

Winslow, 1992, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015).

Así mismo, Seebold et al. (2000, 2001), referenciados en la obra de Rodrigues & Datnoff

(2015), encontraron que tanto en cultivares parcialmente resistentes ante P. oryzae,

como en los más susceptibles, los cuales son habitualmente empleados en la región

oriental de Colombia, las enmiendas con Si condujeron a una prolongación del periodo

de incubación, así como a la reducción del número de conidias producidas por el

patógeno, del número de lesiones, de la rapidez de su expansión y de su tamaño final,

por lo que el área de tejido afectada, y por ende la severidad de la enfermedad, se vieron

ciertamente aminoradas. Por otro lado, Nakata et al. (2008), citados por Rodrigues &

Datnoff (2015), hallaron que plantas de arroz mutantes, cuyas alteraciones genómicas

les impiden tomar, transportar y acumular Si de manera eficiente, resultaron mucho más

vulnerables al ataque de P. oryzae. De tal suerte que existe una correlación negativa

entre la concentración de Si en las estructuras vegetales (brotes, hojas, panículas y

demás), y la susceptibilidad del cultivo ante la enfermedad denominada ‘añublo o

quemazón’.

A su vez, Datnoff et al. (1991), mencionados en Silicon and Plant Diseases, de Rodrigues

& Datnoff (2015), reportaron que la severidad de la ‘mancha marrón’, causada en

plantaciones de arroz por Bipolaris oryzae, sufrió una disminución de entre 15% y 32%

durante dos años seguidos en los que -en parcelas experimentales-, se realizaron

aplicaciones de silicato de calcio (CaSiO3), en comparación con el control, que

claramente nunca recibió dosis alguna de dicho compuesto. Además, como se describe

en el trabajo de Rodrigues & Datnoff (2015), Prabhu et al. (2012), observaron que el uso

de Si estuvo fuertemente correlacionado con un importante menoscabo en el desarrollo

de B. oryzae, expresado puntualmente en una caída de hasta 75% en el área bajo la

curva del progreso de la enfermedad (AUDPC), en comparación con el valor estimado

para plantas que no recibieron Si. Y justamente fue el efecto del Si el que permitió en

este caso contener la infección y limitar la eficiencia de colonización del patógeno, lo cual

se evidenció a través de los componentes de resistencia: incremento del periodo de

Page 65: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

65

incubación, menor tasa de expansión de las lesiones y menor tamaño final de las

mismas.

Dichos resultados concuerdan con los que presentaron en su momento Dallagnol et al.

(2009): AUDPC atenuada entre un 50% y un 76%, periodo de incubación más

prolongado, número de lesiones por cm2 significativamente reducido (entre 40% y 65%),

grado de expansión y dimensión final de las lesiones ampliamente restringidos (alrededor

de un 35% en el cultivar silvestre); parámetros que revelaron la acción favorable del Si

(disuelto en la solución nutritiva), sobre la capacidad de las plantas para hacer frente a

la invasión de B. oryzae (Figura 26). El comportamiento del cultivar silvestre incluido en

este estudio y en torno al cual los componentes de resistencia se vieron

considerablemente optimizados se atribuyó a su genotipo, que le permitió absorber Si de

forma activa a nivel radicular, y por consiguiente, acrecentar la acumulación del mismo

en distintos órganos, llegando a depositar hasta dos veces más Si en comparación con

plantas mutantes que exhibieron deficiencias en la asimilación y movilización del

elemento.

Figura 26. Síntomas de la enfermedad ‘mancha marrón’, causada por B. oryzae en un

cultivar silvestre de arroz que absorbe Si de manera activa a nivel radicular; comparación

entre tratamientos Si+ vs. Si-

Fuente: Dallagnol et al. (2009)

Page 66: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

66

Rodrigues et al. (2001), adujeron que fenómenos de inmunización en plantas de arroz

frente a Rhizoctonia solani, agente causal de la enfermedad ‘tizón de la vaina’, que fueron

percibidos en cultivares resistentes y también susceptibles -parcial o completamente-, de

las subespecies índica y japónica, concretamente la disminución de: la incidencia o

porcentaje de tallos afectados (hasta en un 86% en genotipos resistentes), la cantidad y

el rango de expansión de las lesiones provocadas por el patógeno a lo largo del tallo

principal (entre un 27% y un 66% según cultivar), el grado de severidad y el área bajo la

curva del progreso de la enfermedad (entre un 30% y un 62%), estuvieron asociados con

aportes de Si al suelo a manera de enmiendas, que a su vez se correspondieron con

altas concentraciones de compuestos de sílice en las plantas evaluadas.

Pero las rosas tienen espinas. Los resultados de algunas investigaciones, lejos de poner

en tela de juicio el efecto benéfico que ha demostrado tener el Si en torno a la inducción

de resistencia del hospedero durante la interacción planta-patógeno en diversos

patosistemas, más bien plantean una inquietud perfectamente válida: quizá la utilización

de Si no siempre conduce a una restricción infalible o altamente eficaz del proceso

infeccioso. Por ejemplo, Xavier Filha et al. (2011), en un trabajo mencionado por

Rodrigues & Datnoff (2015), revelaron que, aunque el periodo de incubación de P. oryzae

aumentó en un 28% en plantas de trigo que recibieron tratamiento con Si, y a pesar de

que en las mismas el número de lesiones por cm2 y el valor de AUDPC fueron menores

en 45% y 30% respectivamente -en contraste con plantas no tratadas con Si-, no hubo

diferencias estadísticas significativas en el grado de severidad final de la enfermedad.

En consecuencia, y según el criterio de los autores, no fue posible concluir que el Si

tuviese un efecto positivo en lo concerniente a dicha variable (tal y como sucedió en el

presente trabajo). De manera similar, Duarte et al. (2007), citados por Rodrigues & Datnof

(2015), hallaron que dosis de 5 a 15 g/L de silicato de potasio (K2SiO3), no

necesariamente marcaron la diferencia cuando se trató de aminorar la severidad del

‘tizón tardío’, causado por Phytophthora infestans en sembradíos de tomate.

La efectividad del Si en el control de amenazas fitosanitarias está supeditada a distintos

factores, dentro de los que cobran relevancia la fuente empleada, la disponibilidad del

Page 67: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

67

elemento en forma soluble en el suelo, su concentración en tejidos y órganos (obtenida

previamente a los episodios invasivos), así como la función genotipo por ambiente, que

no sólo regula la absorción y acumulación de Si, sino también las respuestas de defensa

a lo largo de la confrontación planta-patógeno (Rodrigues et al., 2009; Rodrigues &

Datnoff, 2015). El Si tiene la capacidad de influenciar -especialmente en especies como

arroz y trigo-, la expresión diferencial de series específicas de genes de resistencia

asociados con eventos de patogénesis. Los sistemas de transcripción codifican el

despliegue de un amplio espectro de estrategias de protección que posibilitan la

inducción de resistencia en organismos vegetales (Dallagnol et al., 2009; Rodrigues &

Datnoff, 2015). Los mecanismos involucrados en los procesos de inmunización de las

plantas corresponden a modificaciones en la escala celular, que comprenden tanto

arreglos de tipo estructural, como reacciones de índole bioquímico, fenómenos que han

sido descritos con anterioridad -y de modo detallado-, en esta disertación (ver apartado

destinado a la fundamentación teórica, subsecciones 4.5 y 4.6).

6.2. EFECTO DEL SILICIO SOBRE LA FISIOLOGÍA DE LAS PLANTAS DURANTE

SU INTERACCIÓN CON EL PATÓGENO

El laboratorio de Fisiología Vegetal de FEDEARROZ, Estación Experimental Las

Lagunas, llevó a cabo mediciones de parámetros fisiológicos a lo largo de dos años sobre

seis distintos genotipos de la subespecie índica (incluyendo la variedad FEDEARROZ

67), en la región central de Colombia. El rango estándar de la tasa fotosintética en estas

variedades de arroz se ubicó entre 22 y 27 µmolCO2/m2/s. De acuerdo con las pruebas

fisiológicas realizadas en el presente trabajo a los 70 ddt, la tasa de asimilación neta de

CO2 (A), fue mayor en plantas no inoculadas, independientemente de que estas hayan

recibido o no tratamiento con Si (promedios de 26,7 y 27,3 µmolCO2/m2/s para Si+ y Si-

respectivamente). A pesar de que se mantuvieron dentro del rango normal -o muy cerca

del mismo-, las tasas fotosintéticas promedio de las plantas inoculadas con G. graminis

var. graminis, fueron comparativamente más bajas frente a las de plantas no inoculadas,

presentando a su vez diferencias estadísticas significativas en relación con los valores

exhibidos por estas últimas. Igualmente la tasa de asimilación neta de CO2 (A), resultó

Page 68: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

68

menor en plantas inoculadas que recibieron aplicaciones (Si+), respecto de aquellas que,

estando expuestas al patógeno, no las tuvieron (Si-) (21,2 vs. 24,4 µmolCO2/m2/s), si

bien no hubo diferencias estadísticas significativas entre los promedios observados para

dicha variable (A), en estos dos tratamientos (Tabla 6).

En lo concerniente a la tasa transpiratoria (E), la tendencia se repitió: plantas no

inoculadas, tratadas o no con el elemento Si, presentaron valores más altos en relación

con este parámetro (promedios cercanos a 15 mmolH2O/m2/s), sin diferencias

estadísticas significativas entre ellas, pero sí con respecto a plantas inoculadas con G.

graminis var. graminis (Tabla 6), en las que de nuevo Si+ tuvo la tasa media más baja

(10,9 mmolH2O/m2/s), aún inferior a la que se registró para Si- (12,1 mmolH2O/m2/s). Sin

embargo, tampoco hubo diferencias estadísticas significativas entre estos dos

tratamientos en torno a la variable E, que -por cierto-, únicamente en plantas inoculadas

estuvo dentro del rango normal estimado por FEDEARROZ (Estación Experimental Las

Lagunas), es decir, entre 8 y 12 mmolH2O/m2/s, ya que la tasa transpiratoria promedio

de la contraparte (plantas no inoculadas), superó ostensiblemente el rango descrito.

En lo referente a la conductancia estomática (gs), es necesario plantear que se apreció

un desempeño general inferior al valor mínimo del rango habitual, que según los datos

conferidos por FEDEARROZ, se localiza entre 0,6 y 0,8 molH2O/m2/s. No obstante, los

mayores valores promedio de gs se dieron en plantas no inoculadas, sin diferencias

estadísticas importantes entre Si+ y Si- (0,52 y 0,49 molH2O/m2/s respectivamente). En

tanto que, en plantas infectadas con G. graminis var. graminis, los promedios de gs se

ubicaron notablemente por debajo del rango normal en ambos tratamientos (0,28 y 0,36

molH2O/m2/s para Si+ y Si- respectivamente), cuyas medias de conductancia estomática

-una vez más-, no presentaron diferencias estadísticas significativas entre sí, aunque en

efecto lo hicieron frente al comportamiento promedio exhibido por los testigos en lo que

a esta variable corresponde (Tabla 6). De modo que la evidencia estadística permite

señalar que en el presente trabajo no se observó que la acción del Si fuese relevante en

cuanto a la eficiencia fotosintética de plantas de arroz expuestas ante el hongo G.

graminis var. graminis. Lo que sí se halló fue que la enfermedad producida por este

Page 69: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

69

patógeno tuvo consecuencias negativas sobre los parámetros fisiológicos evaluados,

concretamente sobre la tasa de asimilación neta (A), y la conductancia estomática (gs).

Tabla 6. Parámetros fotosintéticos evaluados en plantas de arroz en función de la

presencia de G. graminis var. graminis

Nota: Se muestra una comparación entre los tratamientos Si+ vs. Si-, diferencias estadísticas

significativas según la prueba de Tukey (P ≤ 0,05), señaladas con letras distintas (a, b y c)

La incidencia de enfermedades perjudica el metabolismo primario de las plantas debido

a que los daños causados en los tejidos -tanto en el ámbito de la epidermis, como del

mesófilo-, reducen el área fotosintética funcional, alteran el comportamiento estomático

y generan degradación de pigmentos (principalmente clorofila y carotenoides). De

manera que, no sólo se desarreglan los procesos de captación de energía lumínica e

intercambio de gases (asimilación de dióxido de carbono, liberación de oxígeno y vapor

de agua), sino que también se deteriora la capacidad de fotoprotección,

obstaculizándose así la disipación del exceso energético y la regulación térmica. Todo lo

anterior acarrea graves consecuencias sobre el aparato fotosintético y su adecuado

funcionamiento, comprometiendo la integridad fisiológica de las plantas, y por lo tanto,

su crecimiento y desarrollo (Rodrigues & Datnoff, 2015). Algunos de los fenómenos

mencionados fueron descritos en el trabajo de Dallagnol, Rodrigues, Martins, Cavatte &

DaMatta (2011), quienes reportaron que la influencia nociva de Bipolaris oryzae sobre

plantas de arroz, disminuyó drásticamente las tasas de fotosíntesis y transpiración (hasta

Page 70: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

70

en un 65% en comparación con plantas no infectadas), así como la conductancia

estomática.

En condiciones normales (balance hídrico adecuado y alta eficiencia fotosintética), la

asimilación de CO2 depende directamente de que los estomas se abran, lo cual permite

que -de manera simultánea-, suceda el proceso habitual de transpiración (transferencia

de vapor de agua hacia la atmósfera). En tal contexto, la conductancia estomática (gs),

tiende a ser comparativamente más baja en tejidos enfermos, primordialmente debido a

que se pierde la capacidad de regular la apertura de los estomas, y ello implica que haya

una menor tasa de asimilación neta (A), así como una menor tasa transpiratoria (E)

(Prats, Gay, Mur, Thomas & Carver, 2006). Ahora bien, cuando la transpiración aumenta

más allá de lo usual, puede haber varias razones de por medio; por ejemplo un elevado

déficit de presión de vapor en el ambiente demanda más humedad proveniente de las

estructuras vegetales. También llega a ocurrir que en la cutícula (capa de consistencia

cerosa y propiedades hidrofóbicas), o bien en la epidermis, se presentan daños

mecánicos que se comportan como pequeñas ‘fugas’, las cuales dan lugar a pérdidas de

vapor de agua que, en teoría, deberían ser contrarrestadas por la acción del Si (Chérif et

al., 1992, Hattori et al., 2005, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015).

En algunas investigaciones se ha hallado que, en plantas de arroz y trigo inficionadas

con Pyricularia oryzae, la enfermedad ocasionada por el hongo ha provocado

alteraciones que han disminuido la tasa de fotosíntesis neta (A), la transpiración (E), y la

conductividad estomática (gs), concretamente en ausencia del elemento Si. En cambio,

tales valores han sido superiores en plantas infectadas a las que sí se ha proporcionado

algún tipo de silicato (contrario a los acontecimientos aquí observados). En buena parte

de estos trabajos se afirma que el Si atenuó la pérdida de capacidad para realizar

fotosíntesis, la cual resulta tanto de la disfunción estomática, como de las perturbaciones

fotoquímicas que suceden a nivel del cloroplasto (Gao et al., 2011; Ríos et al., 2014;

Domiciano et al., 2015, citados por Rodrigues & Datnoff, 2015). Por su parte, Polanco et

al. (2014), citados por Rodrigues & Datnoff (2015), encontraron que el grado de deterioro

producido en plantas de fríjol por Colletotrichum lindemuthianum (causante de la

Page 71: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

71

‘antracnosis’), se redujo gracias al uso de Si, lo que a su vez conllevó a un aumento de

la tasa neta de asimilación (A), del índice de transpiración (E), y de la conductancia

estomática (gs), en comparación con plantas que no recibieron aportes de Si y que se

vieron mayormente afectadas por el patógeno; mientras que unidades experimentales

no infectadas y a las que se adicionó Si, no mostraron cambios fisiológicos notorios, lo

cual indica que -presuntamente-, la presencia del agente invasor resulta determinante

para potenciar la acción del elemento.

Finalmente, no se ubicaron en la literatura revisada antecedentes que respalden los

resultados obtenidos a nivel experimental en materia fisiológica, específicamente en

relación con el efecto poco notable del Si sobre las variables evaluadas, en contraste -y

según se ha discutido aquí-, la norma es que el Si contribuya a optimizar los parámetros

asociados con la fotosíntesis. Los indicios son claros respecto a que el Si aminora los

impactos perjudiciales propios de enfermedades y condiciones de estrés biótico sobre

las funciones básicas de las plantas, ya que permite moderar los daños en órganos

vitales, lo que se corresponde con indicadores más altos de fijación de carbono y a la

larga, con un mejor desarrollo tanto de la parte aérea, como de la fracción radicular, esto

gracias a que se favorece la acumulación de biomasa (French-Monar et al., 2010;

Rodrigues & Datnoff, 2015). En cualquier caso, el hecho de que -en este trabajo-, el Si

no haya restringido de manera importante el grado de daño causado por G. graminis var.

graminis (severidad de la enfermedad), podría de cierto modo explicar que no se hayan

presentado diferencias significativas en cuanto a las variables relacionadas con el

intercambio de gases, particularmente entre plantas inducidas (Si+), y plantas no

inducidas (Si-), que fueron inoculadas con el hongo. De tal suerte que los perjuicios

generados por el patógeno sobre los tejidos habrían derivado en disrupciones

considerables sobre el proceso fotosintético de plantas de arroz, pese a que las mismas

hayan sido tratadas con Si.

Page 72: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

72

7. CONCLUSIONES

El efecto del silicio (Si), hizo posible restringir la incidencia de la enfermedad ‘mal del pie’

en plantas de arroz inoculadas con Gaeumannomyces graminis var. graminis, entre un

18% y un 36% de acuerdo con los resultados de las evaluaciones epidemiológicas

realizadas entre los 75 y los 100 días después del trasplante (ddt).

El tratamiento con Si permitió reducir de forma más notoria el porcentaje de incidencia a

medida que la enfermedad alcanzó un grado más avanzado de desarrollo hacia el final

del ciclo de cultivo, durante la etapa de maduración, momento en el que la infestación

tiende a ser más agresiva.

El Si no contribuyó a disminuir de manera significativa la severidad de la enfermedad

‘mal del pie’, causada por G. graminis var. graminis en plantas de arroz inoculadas con

el hongo, ya que según los resultados de la evaluación realizada al final del ciclo de

cultivo (100 ddt), la intensidad de la infección alcanzó el grado 5 de la escala de severidad

en los dos tratamientos contrastados (Si+ y Si-).

No obstante, el efecto de las aplicaciones de Si condujo a prolongar en algunos casos el

período de incubación del patógeno, puesto que antes de los 75 ddt no hubo síntomas

visibles de la enfermedad (grado 1 de severidad en la escala), en varias de las unidades

experimentales que recibieron Si, a diferencia de aquellas que no tuvieron aportes del

elemento, en las que los síntomas aparecieron desde los 60 ddt.

El área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC), fue 21% más baja para

Si+, respecto de Si-. El hecho de que este parámetro de resistencia haya exhibido un

menor valor en plantas inducidas sugiere que, pese a que no hubo diferencias

estadísticas significativas entre los tratamientos evaluados en cuanto a la severidad, el

suministro de silicato de potasio (K2SiO3), inhibió en cierto modo el desarrollo de la

afección ocasionada por G. graminis var. graminis, sobre todo en sus estadios iniciales.

Page 73: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

73

Con base en los resultados obtenidos en esta investigación es posible afirmar que el Si

tuvo un efecto moderado en la inducción de resistencia sistémica en plantas de arroz

frente al ataque de G. graminis var. graminis. Las observaciones adelantadas en relación

con los parámetros epidemiológicos de la enfermedad ‘mal del pie’ indicaron que, si bien

la acción del elemento Si fue contundente en limitar la dispersión de la infestación, su

influencia no fue determinante cuando se trató de atenuar el nivel de daño final causado

por el patógeno sobre las plantas infectadas.

La enfermedad ‘mal del pie’ comprometió seriamente el desempeño fisiológico de las

plantas de arroz inoculadas con G. graminis var. graminis, las cuales presentaron

promedios considerablemente más bajos -frente a plantas no inoculadas-, de tasa neta

de asimilación de CO2 (A), tasa transpiratoria (E), y conductancia estomática (gs); esta

última variable se vio particularmente afectada por la incidencia del patógeno (valores

muy inferiores al rango normal).

El tratamiento con Si no tuvo un efecto relevante al momento de aminorar los impactos

negativos de la enfermedad ‘mal del pie’ sobre las funciones fotosintéticas de las plantas

evaluadas. Los valores promedio registrados para las tasas de asimilación neta de CO2

(A), y de transpiración (E), así como para la conductividad estomática (gs), no fueron

significativamente diferentes entre plantas inducidas (Si+), y no inducidas (Si-), que se

encontraron expuestas ante la actividad deletérea de G. graminis var. graminis.

Page 74: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

74

RECOMENDACIONES

Futuros experimentos podrían contribuir a ampliar la información disponible en relación

con el tema de inducción de resistencia en organismos vegetales y especies de interés

agrícola, dirigiendo su enfoque hacia el silicio en particular, con la intención de brindar la

fundamentación académica requerida para fomentar su aceptación en la agricultura a

nivel nacional. El silicio (Si), es un elemento que merece mayor atención por parte de

organizaciones e instituciones que -desde el ámbito de la investigación y la ciencia-,

producen y transfieren conocimiento con el fin de respaldar la labor de los productores

del campo.

Pese a que algunos de los resultados obtenidos en el presente trabajo indican que el

efecto del Si promueve respuestas de defensa en plantas de arroz expuestas a

condiciones de estrés biótico, sería conveniente aportar evidencias científicas más

contundentes respecto al rol del Si en el manejo integrado de enfermedades en este y

otros cultivos propios del contexto local. De modo que se recomienda adelantar ensayos

que busquen profundizar en esta temática, preferiblemente bajo condiciones controladas

o empleando estrategias de aislamiento con el fin de prevenir procesos de contaminación

o pérdida de presión de la enfermedad eventualmente evaluada.

Igualmente, sería pertinente poner a prueba el efecto del Si como inductor de resistencia

frente a enfermedades vegetales -particularmente del cultivo de arroz-, en condiciones

de campo, con el propósito de examinar la capacidad de este elemento para mitigar los

daños ocasionados por infestaciones fúngicas y bacterianas en sistemas productivos con

orientación comercial, considerando a su vez parámetros de rendimiento, además de

ciertos lineamientos que permitan definir prácticas de manejo agronómico en torno al uso

de Si: fuentes y concentraciones apropiadas (tanto a nivel del suelo, como en los tejidos

vegetales), así como dosis y épocas de aplicación (de acuerdo con el desarrollo

fenológico y las curvas de absorción de ácido silícico).

Page 75: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

75

Así mismo, se sugiere abordar -como parte de investigaciones futuras-, un análisis

exhaustivo de la actividad bioquímica vinculada con respuestas de defensa que tienen

lugar durante la interacción planta-patógeno, y que en determinados casos es estimulada

gracias a la acción de inductores de resistencia. Esto debido a que la identificación de

ciertas funciones metabólicas (primordialmente actividad enzimática y síntesis de

compuestos antimicrobianos), es crucial para poder develar -y también entender-, los

procesos moleculares involucrados en la inmunización de las plantas.

En la medida en que se comprenda mejor la manera en que el Si se desempeña como

activador de los mecanismos de defensa de las plantas, y se difunda el conocimiento

obtenido respecto a los beneficios que trae para la agricultura, habrá más interés en

extender su uso, e igualmente se propenderá por desarrollar, adecuar y estandarizar

métodos analíticos y de interpretación, así como técnicas de aplicación del elemento,

herramientas que resultan esenciales para integrar al Si en el ámbito de la nutrición y la

protección vegetal.

Page 76: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

76

REFERENCIAS

Acevedo, M., Castrillo, W. & Belmonte, U. (2006). Origen, evolución y diversidad del

arroz. Agronomía Tropical, 56 (2).

Alves, H. (2009). Silicio no controle da mancha aquosa em meloeiro. (Tese de Mestrado),

Deparatamento de Agronomia: Universidad Federal Rural de Pernambuco. Recife,

Brasil.

Berger, S., Sinha, A. & Roitsch, T. (2007). Plant physiology meets phytopathology: plant

primary metabolism and plant-pathogen interactions. Journal of Experimental

Botany, 58 (15-16): 4019-4026.

Bigirimana, V., Hua, G., Nyamangyoku, O. & Höfte, M. (2015). Rice sheath rot: an

emerging ubiquitous destructive disease complex. Frontiers in Plant Science, 6:

1066.

Bolton, M. (2009). Primary metabolism and plant defense, fuel for the fire. Molecular

Plant-Microbe Interactions, 22 (5): 487-497.

Buzi, A., Chilosi, G. & Magro, P. (2004). Induction of resistance in melon seedlings against

soil borne fungal pathogens by gaseous treatments with methyl jasmonate and

ethylene. Journal of Phytopathology, 152: 491-497.

Camarena, G. & De La Torre, R. (2007). Resistencia sistémica adquirida en plantas,

estado actual. Revista Chapingo, 13: 157-162.

Cardona, R., Rodríguez, H. & Nass, H. (1995). Gaeumannomyces graminis var. graminis,

hongo causante de la pudrición negra de la hoja envainadora del arroz en

Venezuela. Bioagro, 7 (2): 31-37.

Page 77: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

77

Carré-Missio, V., Rodrigues, F. A., Schurt, D., Carvalho, D., Barbosa, N. & Zambolim, L.

(2010). Aplicación foliar de silicato de potasio, acibenzolar-S-metil y fungicidas en

la reducción de mancha de Pestalotia en fresa. Tropical Plant Pathology, 35 (3):

182-185.

Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT. (2005). Morfología de la planta de

arroz, guía de estudio. Cali, Colombia. 16p.

Chisholm, S., Coaker, G., Day, B. & Staskawicz, B. (2006). Host microbe interactions,

shaping the evolution of the plant immune response. Cell, 124: 803-814.

Cuevas, A. (2018). El arroz, un gran alimento que debemos consumir más.

FEDEARROZ, Fondo Nacional del Arroz. Revista Arroz, 66 (535): 4-11.

Dallagnol, L., Rodrigues, F. A., Martins, S., Cavatte, P. & DaMatta, F. (2011). Alterations

on rice leaf physiology during infection by Bipolaris oryzae. Australasian Plant

Pathology, 40 (4): 360-365.

Dallagnol, L., Rodrigues, F. A., DaMatta, F., Mielli, M. & Pereira, S. (2010). Deficiency in

silicon uptake affects cytological, physiological and biochemical events in the rice-

bipolaris oryzae interaction. Phytopathology, 101 (1): 92-104.

Dallagnol, L., Rodrigues, F. A., Mielli, M., Ma, J. & Datnoff, L. (2009). Defective active

silicon uptake affects some components of rice resistant to brown spot.

Phytopathology, 99 (1): 116-121.

Da Paz, C. (2009). Eficiencia de indutores de resistencia no controle da mancha aquosa

em meloeiro. (Tese de Mestrado), Deparatamento de Agronomia: Universidad

Federal Rural de Pernambuco. Recife, Brasil.

Page 78: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

78

Day, B., Henty, J., Porter, K. & Staiger, C. (2011). The pathogen-actin connection: a

platform for defense signaling in plants. Annual Review of Phytopathology, 49 (1):

483-506.

Departamento Nacional de Estadísticas, DANE & Federación Nacional de Arroceros,

FEDEARROZ. (2018). Encuesta nacional de arroz mecanizado II semestre de

2017, boletín técnico. [Versión pdf, 16p]. Recuperado de,

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/arroz/bol_arroz_IIsem17.

pdf

Departamento Nacional de Estadísticas, DANE & Federación Nacional de Arroceros,

FEDEARROZ. (2017). Encuesta nacional de arroz mecanizado I semestre de

2017, boletín técnico. [Versión pdf, 20p]. Recuperado de,

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/arroz/bol_arroz_Isem17.p

df

Departamento Nacional de Estadísticas, DANE & Federación Nacional de Arroceros,

FEDEARROZ. (2016). Cuarto censo nacional arrocero, boletín técnico. [Versión

pdf, 35p]. Recuperado de,

http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/agropecuario/censo-nacional-

arrocero/boletin-tecnico-4to-censo-nacional-arrocero-2016.pdf

Dirección de Ciencia y Tecnología Agropecuaria, DICTA [Secretaria de Agricultura y

Ganadería, SAG (Comayagua, Honduras)]. (2003). Manual técnico para el cultivo

de arroz (Oryza sativa). [Versión pdf, 59p]. Recuperado de,

https://curlacavunah.files.wordpress.com/2010/04/el-cultivo-del-arroz.pdf

Dillon, V., Overton, J., Grayer, R. & Harbornet, J. (1997). Differences in phytoalexin

response among rice cultivars of different resistance to blast. Phytochemistry, 44

(4): 599-603.

Page 79: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

79

Echeverri, J. (2016). 'Mal del pie', objetivo prioritario de la investigación en arroz.

FEDEARROZ, Fondo Nacional del Arroz. Revista Arroz, 64 (524): 10-19.

Echeverri, J. (2012). Alternativas biológicas para el control de Gaeumannomyces

graminis. FEDEARROZ, Fondo Nacional del Arroz. Revista Arroz, 62 (508): 4-12.

Federación Nacional de Arroceros, FEDEARROZ. (2018). Estadísticas arroceras,

producción de arroz en Colombia por zonas. FEDEARROZ, portal web.

Recuperado de, http://www.fedearroz.com.co/new/apr_public.php

Federación Nacional de Arroceros, FEDEARROZ. (2018). Estadísticas arroceras,

importación y consumo de arroz en Colombia. FEDEARROZ, portal web.

Recuperado de, http://www.fedearroz.com.co/new/index.php

French-Monar, R., Rodrigues, F. A., Korndörfer, G. & Datnoff, L. (2010). Silicon

suppresses Phytophthora blight development on bell pepper. Phytopathology, 158:

554-560.

Garcés, G. & Restrepo, H. (2015). Growth and yield of rice cultivars sowed on different

dates under tropical conditions. Ciencia e Investigación Agraria, 42 (2): 217-226.

Guzmán, D. (2006). Manejo agronómico del cultivo de arroz bajo riego en Costa Rica.

(Tesis de Pregrado), Instituto Tecnológico de Costa Rica, Sede Regional San

Carlos.

Hablemos de Alimentos, portal web. (s.f.). El arroz: origen, propiedades, valor nutricional,

beneficios y más. [Figura 2]. Recuperado de, http://hablemosdealimentos.com/c-

cereales/el-arroz/

Page 80: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

80

Hadebe, S., Yobo, K. & Laing, M. (2009). Control of sugar beet root diseases using silicon

and biological control. [Abstract]. Silicon in Agriculture, First Annual Research Day.

Durban, South Africa.

He, C.Y. & Wolyn, D.J. (2005). Potential role for salicylic acid in induced resistance of

asparagus roots to Fusarium oxysporum f.sp. asparagi. Plant Pathology, 54 (2):

227-232.

Higuera, O. & Cuevas, A. (2015). Guía para el monitoreo y manejo de enfermedades:

programa de adopción masiva de tecnología AMTEC. Federación Nacional de

Arroceros, FEDEARROZ. 28p.

Hutcheson, S. (1998). Current concepts of active defense in plants. Annual Review of

Phytopathology, 36 (1): 59-90.

Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, INTA. (2016). Fases de desarrollo del

cultivo de arroz. [Figura 4]. Recuperado de,

http://www.acpaarrozcorrientes.org.ar/Paginas/GUIA.BPA.ARROZ.CTES%20.20

16.pdf

Kablan, L., Lagauche, A., Delvaux, B. & Legreve, A. (2012). Silicon reduces black

sigatoka development in banana. Plant Disease, 96: 273-278.

Kaiser, C., Van der Merwe, R., Bekker, T. & Labuschagne, N. (2005). In-vitro inhibition of

mycelial growth of several phytopathogenic fungi, including Phytophthora

cinnamomi by soluble silicon. South African Avocado Growers Association

Yearbook, 28: 70-74.

Kim, S., Kim, K., Park, E. & Choi, D. (2002). Silicon induced cell wall fortification of rice

leaves: a possible cellular mechanism of enhanced host resistance to blast.

Phytopathology, 92 (10): 1095-1103.

Page 81: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

81

Lattanzio, V., Lattanzio, M. & Cardinali, A. (2006). Role of phenolics in the resistance

mechanisms of plants against fungal pathogens and insects. Phytochemistry:

Advances in Research: 23-67.

Ma, J. & Yamaji, N. (2008). Functions and transport of silicon in plants. Cellular and

Molecular Life Sciences, 65: 3049-3057.

Millard, C., Denner, F. & Van der Waals, J. (2009). Efficacy of Si soil applications for

control of Verticillium wilt of potatoes. [Abstract]. Silicon in Agriculture, First Annual

Research Day. Durban, South Africa.

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, FAO. (2018).

Estadísticas agricultura y alimentación, producción de cultivos, arroz a nivel

mundial año 2017. FAO, portal web. Recuperado de,

http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC

Pereira, S., Rodrigues, F. A., Carré-Missio, V., Goreti, M. & Zambolim, L. (2009). Efecto

de la aplicación foliar de silicio en la resistencia a roya y en la potencialización de

la actividad de enzimas de defensa en café. Tropical Plant Pathology, 34 (3): 223-

230.

Pontificia Universidad Católica de Chile, portal web. (s.f.). Componentes de una

espiguilla. [Figura 3]. Recuperado de,

http://www7.uc.cl/sw_educ/cultivos/cereales/trigo/inflores.htm

Prats, E., Gay, A., Mur, L., Thomas, B. & Carver, T. (2006) Stomatal lock-open, a

consequence of epidermal cell death, follows transient suppression of stomatal

opening in barley attacked by Blumeria graminis. Journal of Experimental Botany,

57 (10): 2211-2226.

Page 82: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

82

Rodrigues, F. A. & Datnoff, L. (2015). Silicon and plant diseases. Cham, Switzerland:

Springer International Publishing.

Rodrigues, F. A., Oliveira, L., Korndörfer, A. & Korndörfer, G. (2011). Silicio: un elemento

benéfico e importante para las plantas. Informaciones Agronómicas, 134: 14-20.

Rodrigues, F. A. & Datnoff, L. (2005). Silicon and rice disease management. Fitopatologia

Brasileira, 30: 457-469.

Rodrigues, F. A., McNally, D., Datnoff, L., Jones, J., Labbé, C., Benhamou, N., …

Bélanger, R. (2004). Silicon enhances the accumulation of diterpenoid

phytoalexins in rice: a potential mechanism for blast resistance. Phytopathology,

94 (2): 177-183

Rodrigues, F. A., Benhamou, N., Datnoff, L., Jones, J. & Bélanger, R. (2002).

Ultrastructural and cytochemical aspects of silicon mediated rice blast resistance.

Phytopathology, 93 (5): 535-546.

Rodrigues, F. A., Datnoff, L., Korndörfer, G., Seebold, K. & Rush, M. (2001). Effect of

silicon and host resistance to sheath blight development in rice. Plant Disease, 85

(8): 827-832.

Salazar, L. (2014). Elaboración de escalas diagramáticas de severidad en hoja y tallo

para evaluar la enfermedad 'mal del pie' (Gaeumannomyces graminis), en

diferentes estados fenológicos del arroz. (Tesis de Maestría), Facultad de Ciencias

Agropecuarias: Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira.

Shetty, R., Fretté, X., Jensen, B., Jorgensen, H., Newman, M. & Christensen, L. (2011).

Silicon induced changes in antifungal phenolic acids, flavonoids and key

phenylpropanoid pathway genes during the interaction between miniature roses

Page 83: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

83

and the biotrophic pathogen Podosphaera pannosa. Plant Physiology, 157: 2194-

2205.

Silva, R., Oliveira, R., Nascimento, K. & Rodrigues, F. A. (2010). Biochemical responses

of coffee resistance against Meloidogyne exigua mediated by silicon. Plant

Pathology, 59 (3): 586-593.

Thomas, S. (2004). The development and utilization of assays to characterize populations

of Gaeumannomyces graminis. (Doctoral Dissertation), Graduate School: Ohio

State University. [Figura 7]. Recuperado de,

https://etd.ohiolink.edu/!etd.send_file?accession=osu1087531238&disposition=inl

ine

Tinoco, R. & Acuña, A. (2009). Manual de recomendaciones técnicas para el cultivo de

arroz (Oryza sativa). [Versión pdf, 74p]. Recuperado de,

http://www.platicar.go.cr/images/buscador/documents/pdf/2018/Cultivo_de_arroz

_Tinoco_2009_min_edited.pdf

Walters, D., Walsh, D., Newton, A. & Lyon, G. (2005). Induced resistance for plant

disease control: maximizing the efficacy of resistance elicitors. Phytopathology, 95

(12): 1368-1373.

Zhu, Y., Qiu, X., Hu, J., Moore, P., Borth, W., Albert, H. & Ferreira, S. (2004). Systemic

acquired resistance induced by BTH in papaya. Physiological and Molecular Plant

Pathology, 63: 237-248.

Page 84: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

84

Page 85: Gaeumannomyces graminis var. graminis, AGENTE CAUSAL DEL

85