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CONTROL BIOLÓGICO DE ENFERMEDADES DE SUELO Nora Altier INIA Las Brujas Reseña • Introducción • Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo • Componentes del sistema • Estrategias de manejo Introducción • Manejo de sistemas de producción sustentables: viabilidad económica, productividad biológica, preservación del ambiente y los RRNN, salud humana • Sistemas de producción agrícola ganadera, basados en rotaciones cultivo-pastura • Sistemas de producción horti-frutícola intensivos • Sistemas de producción forestal Introducción • • • • Patosistema vegetal: H - P - A Ecosistema natural equilibrio Ecosistema agrícola disturbio Huésped - uniformidad genética - uniformidad distribución espacial - alta densidad de plantas • > presión de selección sobre Patógeno EPIDEMIA ¿Qué debemos conocer de una enfermedad? • Síntomas Diagnóstico • Efectos en la planta, en el cultivo • Ecología del agente causal • Variables epidemiológicas que inciden en el desarrollo de la enfermedad: patógeno - planta - ambiente • Estrategias de manejo disponibles Fisiología de la planta sana • Funciones fisiológicas normales: fotosíntesis, absorción, FBN, traslocación, respiración • Metab. mantenimiento + Metab. desarrollo C fijado - Respiración = Rendimiento Fisiología de la planta enferma • Alteración de las funciones fisiológicas normales • Costo energético de reparación C fijado - Respiración - Reparación = Rendimiento Muerte de planta Población de plantas • Implantación: stand inicial y resiembra • Producción: Rendimiento Calidad • Persistencia: producción sostenida en el tiempo Ecosistema del suelo • Interacción suelo - raíz - población microbiana, meso y macrofauna • Rizosfera: zona del suelo influenciada por la raíz • Rizoplano: superficie de la raíz Interacción en la rizosfera • Negativa: patógenos radiculares, rizobacterias deletéreas • Positiva: FBN (Rhizobium), micorrizas, CB de m.o. patógenos y deletéreos, PGPR, disponibilidad de nutrientes, producción de fact. de crecimiento y hormonas Ciclo de la enfermedad • Inoculación • Penetración • Infección • Incubación • Invasión - colonización • Reproducción • Diseminación • Sobrevivencia Enfermedades de implantación • Impacto en establecimiento • Síntomas: pre- y post-emergencia • Organismos causales: Pythium, Phytophthora, Rhizoctonia • Ecología- epidemiología - Sobrevivencia: suelo, alta CCS, esporas de resistencia - Condiciones favorables: exceso de lluvia, baja tp, alta humedad Enfermedades de raíz • Síntomas: marchitamiento, podredumbres • Org.causales: Fusarium spp. (F. oxysporum) Phytophthora, Colletotrichum, Sclerotinia • Ecología - epidemiología - Sobrevivencia: suelo, rastrojo, huéspedes alternativos, semilla. Monocíclicas - Condiciones favorables: estrés por otros factores (estado nutricional, utilización, malezas, plagas, déficit o exceso hídrico) Enfermedades de raíz • Alteran la absorción de agua y nutrientes, la FBN, y la acumulación de sustancias de reserva • Afectan tejidos de crecimiento, vasculares, y de almacenamiento • Reducen la sobrevivencia de las plantas • Disminuyen la persistencia del cultivo • Proceso gradual y acumulativo Reseña • Introducción • Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo • Componentes del sistema • Estrategias de manejo Componentes del sistema • Población microbiana: m.o. patógenos y m.o. beneficiosos • Huésped: raíz • Ambiente: suelo • Interacción m.o. - raíz - suelo • Suelo supresivo vs. conducivo “el P no se establece, o se establece pero no causa enfermedad, o se establece y causa enfermedad por un período - luego del cual disminuye” (Baker and Cook, 1974) Patógeno • Tipo de patógeno y síntomas - Hongos, bacterias, nematodos • Ecología - Densidad y potencial de inóculo - Hábitos nutricionales/sobrevivencia • Genética - Variabilidad Patógeno: ecología Hábitos nutricionales/sobrevivencia Saprófito Parásito facultativo P.obligado Alta CCS Necrotrófico Biotrófico Suelo Raíz Pythium, Rhizoctonia Fusarium spp. (F.oxysporum) aumenta especialización aumenta especificidad Patógeno: ecología • Diseminación y sobrevivencia: - M.O. descomp., esporas resistencia - Raíces, rastrojo, huésped alternativo • Densidad de inóc.: No.propágulos • Potencial de inóc.: Efectividad, E • Arreglo espacial: agregado, uniforme, al azar CCS: características • Rápida extensión hifal • Producción de enzimas • Resistencia a lisis • Hiperparasitismo • Escape a fungistasis • Producción estructuras resistencia • Producción de antibióticos • Detoxificación de antibióticos Patógeno: genética • Patogenicidad: capacidad de causar enfermedad • Agresividad: intensidad de los síntomas • Virulencia: Interacción específica genotipo del P (raza) y del H (cultivar) • Mecanismos de variabilidad: recombinación, hibridación, mutación Huésped • Genética - Variabilidad: resistencia, tolerancia • Ecofisiología - Estado fenológico, nutricional - Estructura - arquitectura radicular - Crecimiento radicular - Funciones de la raíz - Densidad y arreglo espacial de la población Huésped: genética • Mecanismos de defensa: físicos, químicos • Resistencia: habilidad para limitar el desarrollo del P • Tolerancia: habilidad para tolerar el daño, sin afectar el rendimiento • Variabilidad poblacional: especies autógamas, alógamas Huésped: ecofisiología • Efecto rizósfera: - Suministrar fuente de energía - Inducir germinación (romper fungistasis) - Regular elongación del tubo germinal - Incrementar densidad/potencial de inóculo - Regular especificidad del huésped - Regular competencia microbiana Ambiente • Biológico: masa microbiana, %M.O. • Químico, físico: pH, nutrientes, textura, compactación • Macro-microclima: temperatura, humedad, radiación • Prácticas culturales: sistema de laboreo, rotación, uso de abonos Consideraciones para el manejo de las enfermedades • Objetivo: prevenir - minimizar pérdidas • Estrategia: reducir tasa de incremento de la enfermedad Manejo • Ecología - epidemiología del sistema: clave para un manejo racional • Manejo Integrado: variedad resistente + prácticas culturales + control biológico + control químico Estrategias de manejo • Resistencia genética • Prácticas culturales • Control biológico • Control químico Eficiencia, costo económico y costo ambiental Control Biológico • Aplicación de prácticas que favorecen los mecanismos de acción de los antagonistas microbianos sobre los P • antibiosis, competencia, parasitismo y predación • resistencia inducida, hipovirulencia, promoción del crecimiento • Prácticas: rotación, laboreo, manejo de residuos, solarización, introducción de antagonistas, manejo de la genética H Control Biológico Limitantes: • Condiciones controladas vs. campo • inconsistencia • eficacia y confiabilidad variable • falta de predicción • dificultad de integración al sistema de producción ¿Como potenciar la estrategia del CB? • Prácticas culturales: inducir supresividad • Genética del huésped: estimular y sostener selectivamente una población de m.o. rizosféricos antagónicos • Genética del antagonista: modificar selectivamente mecanismo de acción APS 2002: “Creando el ambiente correcto para el CB”, genotipo del H, nutrición del H, factores del suelo, genética del P y del ACB, capacidad competitiva Interacciones microbianas que conducen al CB • Protección en el sitio de infección: podredumbre de semilla y damping-off (Pythium, Rhizoctonia) • Reducción del potencial de inóculo: podredumbre de raíz, marchitamiento (Fusarium) • Inducción de Resistencia: desafío del H con cepas avirulentas o no patógenas, señal sistémica, cascada de reacciones de defensa frente al P (Baker & Paulitz, 1996) Interacciones microbianas que conducen al CB (caso 1) • • • • Sitio de infección fijo germinación de la semilla vs. Pythium Ventana de susceptibilidad: <10 hs Factores conducivos para P y ACB: nutrientes, tp, %H, M.O., textura y fertilidad • Mecanismos: antibiosis, competencia • Bacterias: Bacillus, Pseudomonas • Hongos: Trichoderma, Gliocladium Interacciones microbianas que conducen al CB (caso 2) • Sitio de infección no es fijo • sistema radicular vs. Fusarium • Ventana de susceptibilidad: amplia • Hongos: Fusarium no patogénicos • Bacterias: Pseudomonas Mecanismos: • competencia por C en rizósfera, por sitios de infección en rizoplano, resistencia inducida • competencia por Fe (sideróforos) Uso de Pseudomonas fluorescentes nativas para el control de enfermedades de implantación en leguminosas forrajeras IIBCE - Fac.Agronomía - INIA Objetivo General Controlar las enfermedades de implantación de las leguminosas forrajeras, causadas por Pythium spp., mediante el uso de cepas nativas de Pseudomonas fluorescentes ¿Porqué? - Una de las limitantes principales para el establecimiento de las leguminosas: reducen emergencia - Podredumbre de semilla Pre-emergencia: ahogamiento de plántula Post-emergencia: “damping-off” - Siembras tempranas vs. tardías, calidad de semilla: RIESGO Control biológico dePythium spp.: ventajas • Ambientalmente amigable • Fácil aplicación (formulación con rizobio) • Introducción directa en el sitio de acción • Requiere un período de acción corto Pseudomonas fluorescentes nativas • Protección * Producción de sideróforos * Producción de HCN * Producción de antibióticos • Promoción de crecimiento PROCEDIMIENTO AnáIsis de rizósfera de lotus 600 cepas Test de antagonismo en placas de Petri Selección de cepas antagónicas Test de antagonismo en macetas Selección de tres cepas Test en condiciones de campo Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la emergencia de lotus (Paysandú 3 y 4, año 2001) Control Fungicida UP 61 UP 143 UP 148 Base 100 (pl/m) P>F CV (%) Paysandú 3 100 a 125 b 138 bc 145 c 138 bc 40 0.01 16 Paysandú 4 100 a 118 b 130 b 128 b 128 b 61 0.01 12 Producción de forraje (Base 100) Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la biomasa aérea de lotus (Paysandú 3, año 2001) 160 b 140 120 ab ab Fungicida UP61 ab a 100 80 60 40 20 0 Testigo Base 100 = 46,7 g MS/m P>F = 0,01 CV (%) = 20 UP143 UP148 Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la emergencia de alfalfa (Paysandú 2 y 3, año 2001) Control Fungicida UP 61 UP 143 UP 148 Base 100 (pl/m) P>F CV (%) Paysandú 2 100 a 147 b 122 ab 108 a 144 b 36 0.05 31 Paysandú 3 100 a 115 c 112 bc 103 ab 106 ab 65 0.01 9 Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la biomasa aérea de alfalfa (Paysandú 2, año 2001) a Producción de forraje (Base 100) 160 140 120 a a a a 100 80 60 40 20 0 1 Base 100 = 32,8 g MS/m P>F = 0,17 CV (%) = 30 Testigo Fungicida UP61 UP143 UP148 Conclusiones • Los resultados indican que existe potencial de estas 3 cepas para suprimir la ocurrencia de enfermedad y promover el crecimiento en lotus y alfalfa bajo condiciones de campo. • Los experimentos de campo deben ser repetidos para validar la implementación práctica de esta estrategia de manejo. • Puede ocurrir especificidad del ACB hacia el huésped. El trabajo actual considera la caracterización de una colección de cepas de Pseudomonas aisladas de la rizósfera de alfalfa (Proyectos IFS 1999 y FCE/Dinacyt 2001) - caracterización molecular por producción de antibióticos - capacidad para inhibir Pythium spp. in vitro - capacidad para controlar la ocurrencia de enfermedades en alfalfa bajo condiciones controladas Manejo de la genética del H • Mejoramiento genético: selección por resistencia a enfermedad (H - P) supresión de enfermedad (H - ACB) • H: pobl. del ACB, antibiosis, competencia • ACB: inducción R, promoción crecimiento Smith, K. 2002. Phytopathology 92:S98 • Alfalfa cv. Vernal, 1 ciclo de SFR • Selección y cruzamiento de las 20 plantas más vigorosas de cada tratamiento • Control, Pythium, Pythium + Bacillus Manejo de la genética del ACB Weller et al. 2002. Annu. Rev. Phytopathol. 40 • Caracterización molecular (RAPD, RFLP, PCR) de cepas de Pseudomonas fluorescentes, productoras de 2,4-DAPG: 17 genotipos • Capacidad diferencial de colonizar rizósfera de distintos cultivos • Genes específicos del ACB serían responsables de establecer interacción con H Thomashow & Weller. 1996. Managing soilborne plant pathogens (Hall, R. ed.) • Cepa transgénica de ACB, introducción de genes que codifican para la producción de metabolitos antifúngicos Consideraciones finales • Importancia de las enfermedades • Patógeno - Huésped - Ambiente • Interacción: + ACB - ambiente conducivo vs. supresivo • Estrategias de manejo para prevenir y/o minimizar pérdidas • Estudio y conocimiento de componentes e interacción es esencial para establecer mecanismos eficientes y durables para el control de las enfermedades