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Informe del proyecto “Evaluación en vivero de fracciones y metabolitos secundarios
de semillas de Carica papaya sobre Spodoptera frugiperda”. Clave SIP 20060483
Resumen
Los extractos de plantas ofrecen una alternativa de nuevas moléculas para
controlar organismos que afecten la sanidad vegetal, se hizo la evaluación en
laboratorio de la efectividad de los extractos de Carica papaya, Gliricidia sepium,
Ficus petiolaris, F. golmanii, Cochlospermum vitifolium, Bursera grandifolia, Croton
ciliatoglanduluferus y del metabolito xantotoxina. a concentraciones de 50, 100 y
200 y 500 ppm contra Spodoptera frugiperda. También se realizaron bioensayos
en vivero donde se evaluó la actividad de extractos acuosos de semillas de Carica
papaya. Los resultados obtenidos en laboratorio mostraron que los tratamientos
presentaron diferencia significativa con el testigo, ocasionando mortalidad, bajo
peso en las larvas de S. frugiperda en todas las concentraciones. Los extractos
evaluados
presentan una efectividad bioinsecticida y un efecto antialimentario
sobre larvas de gusano cogollero (Spodoptera frugiperda), plaga del maíz. Los
resultados obtenidos de los bioensayos en vivero no mostraron diferencia con el
testigo.
Introducción
La existencia de plagas de insectos es uno de los factores en la agricultura que
merman la producción en gran escala. Aproximadamente el 42% de la producción
agrícola se pierde a causa de plagas de insectos, enfermedades y malezas
(Zechendorf, 1999). El costo del control químico de plagas de insectos en el
mundo oscila entre 3 a 5 billones de dólares americanos anuales (Shah, et al.
1997) este control además de incrementar los costos de producción y ser
ineficiente en muchos casos, tiene un fuerte impacto negativo en el ambiente,
provoca el desarrollo de resistencia en los insectos plaga, surgimiento de plagas
secundarias, contaminación a todos los niveles, daños a la salud humana y a los
ecosistemas. Considerando estos problemas creemos que la agrobiotecnología
ofrece perspectivas promisorias para lograr una agricultura sustentable,
recomendando que los productos biotecnológicos sean utilizados dentro de un
manejo integrado de plagas. Una de las estrategias es la búsqueda de
bioinsecticidas de origen vegetal que no causen daños al ambiente y mantengan
la biodiversidad.
Una de las limitantes del cultivo del maíz es el aspecto fitosanitario y dentro de
este los insectos plaga debido a que es atacado desde la raíz hasta la parte
apical de la planta, entre estos insectos se encuentra el gusano cogollero
Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) el cual es la principal plaga del
maíz en México, tanto por su amplia distribución como por el daño que causa a la
planta. Ataca preferentemente la parte del cogollo del maíz, impidiendo con esto
un buen crecimiento y ocasionando pérdidas considerables en la producción
(Ávila y Mendoza, 1981). En México se le encuentra prácticamente en todas las
regiones donde se cultiva maíz (Morón y Terrón, 1988) y tiene como hospederas
87 especies de plantas de importancia económica incluyendo ornamentales
(Brow y Dewhurst, 1975) como alfalfa, fríjol, papa, pastos, sorgo, soya, tomate de
cáscara y otras plantas silvestres y cultivadas (Morón y Terrón, 1988).
Insecticidas botánicos: Las plantas en el transcurso de la evolución han
desarrollado mecanismos de protección para defenderse del ataque de los
insectos (Fraenkel, 1959, 1969). Muchas especies de plantas contienen
substancias insecticidas, algunas de las cuales se han utilizado por el hombre
desde tiempos muy remotos (Metcalf y Flint, 1965). Algunos ejemplos son la
nicotina, anabasina, piretro y sabadilla (Cremlyn, 1982),
En algunas especies, cuyos extractos poseen propiedades insecticidas, desde el
punto de vista comercial han sido aprovechados como el tabaco, piretro, derris,
riana y la sabadilla (Hassanilli y Lwande, 1989; Norman, 1989), estos productos
tienen la ventaja de ser efectivos contra una gran variedad de insectos, además
contaminan menos el ambiente en comparación con los insecticidas químicos.
Las soluciones acuosas (extractos e infusiones) de Trichilia americana, T.
havanensis y Ricinus comunus tuvieron los rendimientos más altos a nivel de
campo contra S. frugiperda (Villar et al., 1990) y con el uso del extracto del nim
(A. indica) se redujeron los costos de aplicación en un 50 % de lo que se invierte
en el insecticida químico (Bahena et al., 2003).
En años recientes, un número importante de extractos vegetales han sido
evaluadas contra S. frugiperda, destacando Ricinus comunis, Allium satium, Melia
azaderach, Tricihilia havanensis, T. pallidae y Azadirachta indica (Vázquez et al.,
1994; Rodríguez, 1995; Djair, 1998; Bahena, 2001) los cuales pueden ser una
herramienta más del programa de manejo integrado de plagas y compatibles con
la agricultura sostenible por ser de baja o nula persistencia, mínimo impacto en el
ambiente y sobre enemigos naturales, además de fácil obtención y bajo costo.
En el Departamento de Interacciones Planta-Insecto del Centro de Desarrollo de
Productos Bióticos del IPN se han realizado diversos proyectos de investigación
sobre la utilización de diversos polvos, extractos y sustancias químicas (con
vinculación con el instituto de química de la UNAM y el Centro de investigaciones
químicas de la UAEM) donde se ha observado un efecto tóxico y/o antialimentario
de varias plantas sobre larvas, pupas y adultos de S. frugiperda (Aldana, 1992, et
al., 1993ab, 1994, 1995, 2000; Camino, et al., 1992, 1998; Figueroa et al., 1998,
1999, 2000; Flores, 2003; Martínez et al., 1996; Taboada et al., 1994; Valdés et
al., 1999) de las cuales varias plantas han sido evaluadas a nivel vivero (Arzuffi,
et al., 1999, 2000; Figueroa, 2002) y/o se han purificados sus principios activos
(Figueroa, 2002, et al., 2002abc).
Todas estas investigaciones tiene como objetivo principal encontrar los principios
activos para el desarrollo de un insecticida de origen natural sobre el gusano
cogollero del maíz (S. frugiperda) con la finalidad de disminuir los índices de
contaminación
ambiental
ocasionados
por
los
insecticidas
químicos
y
paralelamente abatir los costos de cultivo y que esto se vea reflejado en la
economía de los productores agrícolas.
Materiales y Método
Establecimiento de la cría del gusano cogollero Spodoptera frugiperda
Para la realización de bioensayos es necesario contar con organismos libres de
enfermedades, vigorosos y de estados uniformes que se podrán obtener mediante
la cría masiva en condiciones de laboratorio. Las dietas artificiales para la cría de
insectos tuvieron auge en la década de los cincuenta del siglo pasado, cuando se
utilizaron para investigar la fisiología, ecología y genética de insectos, y para
planificar nuevas técnicas de control de estos, como la del macho estéril,
producción de entomopatógenos, manipulación de hormonas y feromonas, y
programas de control biológico e integrado (Singh, 1976).
El maíz es atacado por una serie de insectos plaga entre los que se encuentra el
gusano cogollero S. frugiperda (Lepidoptera:Noctuidae) el cual es una de las
plagas principales de este cultivo en México. Es una plaga polífaga que infesta
varias plantas cultivadas como sorgo, pastos, solanáceas, amarilidáceas,
quenopodiáceas, leguminosas y crucíferas (DICTA y sanidad Vegetal-GTZ, 1998;
Hernández, 1998). Para contrarrestar el daño causado por este insecto, sus
poblaciones han sido sometidas a altas presiones por insecticidas (Avilés, 1987;
Lagunas, 1991) y en los últimos 20 años Bahena et al (2003) reportan que el uso
de los químicos ha predominado en el control de S. frugiperda lo que ha
provocado
el
desarrollo
de
resistencia
a
los
piretroides
(Yu,
1991),
órganofosforados (Pacheco-Covarrubias 1993) carbamatos (Carbaryl, Yu, y
Nguyen, 1994), como la lambdacihalotrina (Morillo y Notz, 2001). Ante esta
problemática se ha buscado otras alternativas de control como el uso de productos
de origen vegetal.
En el caso del gusano cogollero se tienen dietas merídicas establecidas para su
cría. Para el establecimiento de la cría en el laboratorio de Spodoptera frugiperda
se utilizó la reportada por Burton a base de fríjol, germen de trigo, levadura de
cerveza, conservadores y agar. Con el objeto de tener los estadios biológicos del
insecto, libres de enfermedades, enemigos naturales y así asegurar la efectividad
de las pruebas biológicas.
Se realizaron colectas de larvas de S. frugiperda en cultivos de maíz en Yautepec,
Morelos. Todas las larvas colectadas fueron llevadas al laboratorio y fueron
alimentadas con dieta merídica. Al emerger los adultos de S. frugiperda se
colocaron parejas en bolsas de papel encerado y se alimentaron con una solución
de agua con azúcar al 5%. Se obtuvieron las masas de huevecillos, al emerger la
L1 se colocan de dos a tres en un recipiente de plástico con 15 ml de dieta
merídica e incubadas bajo condiciones controladas de temperatura y humedad
relativa (25°C ± 2°C 70% HR) fotoperíodo de luz-oscuridad 12:12 hrs. en una
cámara de cría.
Evaluación de la actividad insecticida de extractos mediante bioensayos en
laboratorio.
En el presente trabajo, se evaluaron los extractos de Carica papaya, Gliricidia
sepium, Ficus petiolaris, F. golmanii, Cochlospermum vitifolium, Bursera
grandifolia,
Croton
ciliatoglanduliferus
y
del
metabolito
xantotoxina.
a
concentraciones de 50, 100 y 200 y 500 ppm contra Spodoptera frugiperda. Las
larvas utilizadas para el bioensayo fueron obtenidas de la cría establecida en el
laboratorio. Para los bioensayos con S. frugiperda se utilizaron cajas circulares de
2.5 cm de diámetro con 2 ml de dieta merídica a la que se le adicionó en la
superficie 35 µl del extracto, después de evaporarse el disolvente se colocó una
larva del primer estadio y se selló con parafilm. El control fue dieta merídica con
agua. Las cajas selladas se colocaron en una cámara climática a las mismas
condiciones controladas que la cría. El diseño experimental fue completamente al
azar con 4 tratamientos y 4 repeticiones, las variables de respuesta fueron
mortalidad, peso de las larvas a los 7 y 14 días y peso de pupas.
Evaluación de la actividad insecticida de extractos de semillas de Carica papaya
en vivero sobre Spodoptera frugiperda en plantas de maíz.
Para la determinar el efecto de los extractos acuosos de semillas de papaya sobre
el gusano cogollero en vivero se establecieron cinco lotes cada uno con 20
plantas de maíz de aproximadamente 25 cm de altura, bajo un diseño
experimental de bloques al azar, cada planta se tomo como unidad experimental.
Para la preparación de los extractos acuosos se utilizaron semillas frescas y
secas de Carica papaya a concentraciones de 15,20 ,25 y 30%. Se realizó la
aplicación de estos extractos a las plantas, al testigo se le aplicó agua después de
tres horas de la aplicación se infestaron las plantas con dos larvas de estadio dos
por planta. La variable evaluada fue daño ocasionado por las larvas, empleando la
escala propuesta por Mihm (1984) que se muestra en la siguiente tabla. Los datos
se tomaron a los siete días después de la aplicación.
Escala de valoración del daño causado por Spodoptera frugiperda en plantas de
maíz (de acuerdo a Mihm, 1984)
Escala
Valoración del daño
0
Daño ligero de agujeritos
1
Agujeros en 2 + hojas
2
Agujeros y unas cuentas lesiones elongadas
3
Agujeros y lesiones elongadas
4
Muchas lesiones elongadas
5
Muchas lesiones elongadas y unas cuantas porciones comidas
6
Muchas lesiones elongadas y porciones comidas
7
Muchas lesiones elongadas, porciones comidas y daño en el
cogollo
8
Muchas lesiones elongadas, porciones comidas, cogollo
destruido
9
Planta moribunda o muerta
Preparación y obtención de extractos vegetales.
Se realizaron colectas de especies vegetales en la Sierra de Huautla, Morelos con
el fin de preparar los diferentes extractos para su evaluación. Se recolectaron
hojas y tallos. Se prepararon especimenes los cuales fueron depositados en el
herbario del CEAMISH-UAEM. El material vegetal se secó a la sombra a
temperatura ambiente por un mes, después se pulverizaron. De los polvos
vegetales obtenidos se pesaron 500 g de cada uno y se pusieron en maceración a
temperatura ambiente con l.5 l de los diferentes disolventes polares y no polares
durante 72 horas, realizando enseguida la concentración en el rotavapor para
obtener los diferentes extractos.
Resultados
Los resultados obtenidos de la evaluación de extractos de Ficus petiolaris se
observan en la tabla 1, indicando que no existió diferencia significativa entre los
pesos de las larvas a los 7 y 14 días y de pupas de los diferentes tratamientos con
respecto
al
testigo.
La
mortalidad
fue
significativa
con
el
extracto
a
concentraciones de 200 ppm.
Tabla 1. Efecto de extractos de Ficus petiolaris sobre larvas de Spodoptera
frugiperda, en laboratorio.
Tratamiento
ppm
Peso larval (g)
Peso (g)
% Mortalidad
7 días
14 días
Pupas
Larval
Testigo
0.032
0.299
0.176
0
F. petiolaris 200
0.032
0.275
0.168
60
F. petiolaris 100
0.027
0.288
0.177
35
F. petiolaris 50
0.031
0.284
0.176
35
El efecto de la xantotoxina sobre el gusano cogollero se observa en la tabla 2,
mostrando poca diferencia entre los pesos de las larvas a los 7 y 14 días y de
pupas de los diferentes tratamientos con respecto al testigo. La mortalidad no fue
significativa.
Tabla 2. Efecto de Xantotoxina de Ficus petiolaris sobre larvas de Spodoptera
frugiperda, en laboratorio.
Tratamiento
ppm
Peso larval (g)
Peso (g)
% Mortalidad
7 días
14 días
Pupas
Larval
Testigo
0.0164
0.521
0. 290
0
Xantotoxina200
0.0129
0.460
0.252
5
Xantotoxina 100
0.0130
0.469
0.286
5
Xantotoxina. 50
0.0126
0.492
0.285
15
En la tabla 3 se muestra los resultados del efecto de los diferentes extractos de
tallo y hojas de Bursera grandifolia sobre larvas del primer estadio de S. frugiperda,
Observándose el extracto de hojas con acetona causó una mortalidad del 40% y
las larvas tratadas con los extractos de hojas con metanol presentaron un bajo
peso.
Tabla 3. Efecto de Bursera grandifolia sobre larvas de Spodoptera frugiperda, en
laboratorio.
Tratamiento 500 ppm
Peso de las larvas g
% Mortalidad
7 días
14 días
Testigo
.0109 bc
.2583 a
0
Bg hojas metanol
.0059 c
.0376 b
30
Bg hojas hexano
.0189 a
.2748 a
10
Bg hojas acetona
.0137 ab
.2696 a
40
Bg tallo metanol
.0182 a
.3015 a
3
Bg tallo hexano
.0138 ab
.2212 a
27
Bg tallo acetona
.0154 ab
.2580 a
10
Los resultados que se observan en la tabla 4 fueron los obtenidos en la evaluación de los
extractos de C. vitifolium a 100 y 200 ppm sobre el peso de las larvas del gusano cogollero
del maíz Spodoptera frugiperda mostraron diferencia significativa a los siete días, no así a
los 14 días donde no hubo diferencia entre los tratamientos y el testigo, las larvas tratadas
con el extracto de C. vitifolium a 100 ppm presentaron el peso más bajo a los 7 días y a los
14 fue con la concentración de 50 ppm como se observa en el cuadro 1. Se presentó un
30% de mortalidad con el extracto de C. vitifolium a 200 ppm.
Estos resultados sugieren un efecto antialimentario de las fracciones etanólicas de C.
vitifolium a los 7 días postratamiento y una actividad insecticida baja (30%).
Tabla 4. Actividad del extracto etanólico del C. vitifolium y F. goldmanii sobre larvas de S.
frugiperda.
Tratamiento
Peso larval
% Mortalidad % Mortalidad
larval
de pupas
7 días
14 días
Testigo
0.024ab
0.42a
0
0
C. vitifolium 50 ppm
0.020ab
0.36a
25
7
C. vitifolium 100 ppm 0.018b
0.40a
20
6
C. vitifolium 200 ppm 0.017b
0.37a
30
14
F. goldmanii 50 ppm 0.027ab
0.40a
0
0
F. goldmanii 100 ppm 0.027ab
0.38a
15
0
F. goldmanii 200 ppm 0.032a
0.37a
5
11
* Nivel de significancia 0.05
En los resultados obtenidos en la evaluación de la efectividad de los extractos de
semillas de Gliricidia sepium a 200, 100 y 50 ppm, los tratamientos mostraron
diferencia significativa con el testigo, ocasionando bajo peso en las larvas de S.
frugiperda en todas las concentraciones y el extracto metanólico a 50 ppm causó
una mortalidad del 70 % a los siete días de consumo de la dieta; la respuesta de
este extracto coincide con lo reportado en la literatura para plagas del arroz y otros
lepidópteros como el gusano de la col donde el extracto asperjado en las hojas
causo cierta actividad antialimentaria, De la Guardia, 2003.
Se determinó la actividad biológica de Croton ciliatoglanduliferus (Euphorbiaceae)
la cual posee propiedades medicinal e insecticida (King-Díaz et al., 2005). Del
análisis de nuestros resultados, el tallo fue el más activo por provocar un 85, 94 y
79% de mortalidad en las tres concentraciones con respecto a las hojas-semillas.
De la interacción, el extracto metanólico del tallo a 50 ppm fue el más activo
(<90% de mortalidad).
Respecto al peso y desarrollo de S. frugiperda, el extracto metanólico del tallo de
C. ciliatoglanduliferus fue el más significativo en las tres concentraciones
ensayadas al inhibir el peso larval y pupal, como al aumentar el desarrollo pupal.
Del desarrollo larval, ningún extracto fue activo. El peso de las pupas, se vio
reducido con el extracto metanólico del tallo y acetónico de hoja-semilla de C.
ciliatoglanduliferus, De manera general, el extracto metanólico de tallo de C.
ciliatoglanduliferus causó una alta inhibición el peso y desarrollo de S. frugiperda.
Por lo que se deduce que C. ciliatoglanduliferus posee un alto efecto
antialimentario sobre el genero Spodoptera.
Los resultados obtenidos de la evaluación de los extractos acetónicos de las
semillas de Carica papaya vars. Mamey, Maradol, Amarilla y Hawaiana a 10, 100 y
1000 ppm, causaron el 100% de mortalidad del insecto.
Los resultados obtenidos en bioensayos en vivero se observan en la siguiente
tabla:
Tratamiento
% de
Valoración del daño
plantas
dañadas
Testigo
35
(8) Muchas lesiones elongadas, porciones comidas,
cogollo destruido
65
(7) Muchas lesiones elongadas, porciones comidas y
daño en el cogollo
Semilla
65
fresca 20%
Semilla
(7) Muchas lesiones elongadas, porciones comidas y
daño en el cogollo
35
(6) Muchas lesiones elongadas y porciones comidas
65
(6) Muchas lesiones elongadas y porciones comidas
35
(5)
fresca 25%
Muchas
lesiones
elongadas
y
unas
cuantas
porciones comidas
Semilla
60
(6) Muchas lesiones elongadas y porciones comidas
40
(5)
fresca 30%
Muchas
lesiones
elongadas
y
unas
cuantas
porciones comidas
Semilla seca
40
(6) Muchas lesiones elongadas y porciones comidas
60
(5)
15%
Muchas
lesiones
elongadas
y
unas
cuantas
porciones comidas
Como se observa los resultados obtenidos no fueron los esperados, los
tratamientos no mostraron diferencia con el testigo.