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CONTROL BIOLÓGICO DE ENFERMEDADES DE SUELO
Nora AltierINIA Las Brujas
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Reseña
• Introducción• Caracterización de las
enfermedades causadas por patógenos del suelo
• Componentes del sistema• Estrategias de manejo
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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
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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
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¿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
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Fisiología de la planta sana
• Funciones fisiológicas normales: fotosíntesis, absorción, FBN, traslocación, respiración
• Metab. mantenimiento + Metab. desarrollo
C fijado - Respiración = Rendimiento
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Fisiología de la planta enferma• Alteración de las funciones
fisiológicas normales• Costo energético de reparación
C fijado - Respiración - Reparación = Rendimiento
Muerte de planta
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Población de plantas
• Implantación: stand inicial y resiembra
• Producción: RendimientoCalidad
• Persistencia: producción sostenida enel tiempo
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Ecosistema del suelo
• Interacción suelo - raíz - población microbiana, meso y macrofauna
• Rizosfera: zona del suelo influenciada por la raíz
• Rizoplano: superficie de la raíz
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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
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Ciclo de la enfermedad• Inoculación• Penetración• Infección• Incubación• Invasión - colonización• Reproducción• Diseminación• Sobrevivencia
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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
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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)
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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
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Reseña
• Introducción• Caracterización de las
enfermedades causadas por patógenos del suelo
• Componentes del sistema• Estrategias de manejo
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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)
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Patógeno
• Tipo de patógeno y síntomas- Hongos, bacterias, nematodos
• Ecología- Densidad y potencial de inóculo- Hábitos nutricionales/sobrevivencia
• Genética- Variabilidad
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Patógeno: ecología
Hábitos nutricionales/sobrevivencia
Saprófito Parásito facultativo P.obligadoAlta CCS Necrotrófico BiotróficoSuelo RaízPythium, Rhizoctonia Fusarium spp. (F.oxysporum)
aumenta especializaciónaumenta especificidad
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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
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CCS: características• Rápida extensión hifal• Producción de enzimas• Resistencia a lisis• Hiperparasitismo• Escape a fungistasis• Producción estructuras resistencia• Producción de antibióticos• Detoxificación de antibióticos
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Estrategias de manejo• Resistencia genética• Prácticas culturales• Control biológico• Control químico
Eficiencia, costo económico ycosto ambiental
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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
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Control Biológico
Limitantes:• Condiciones controladas vs. campo• inconsistencia • eficacia y confiabilidad variable• falta de predicción• dificultad de integración al sistema de
producción
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¿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
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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)
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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
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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: PseudomonasMecanismos: • competencia por C en rizósfera, por sitios de
infección en rizoplano, resistencia inducida• competencia por Fe (sideróforos)
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Uso de Pseudomonas fluorescentes nativas para el control de enfermedades de implantación
en leguminosas forrajerasIIBCE - Fac.Agronomía - INIA
Objetivo GeneralControlar las enfermedades de implantación de las leguminosas forrajeras, causadas por Pythium spp., mediante el uso de cepas nativas de Pseudomonas fluorescentes
¿Porqué?- Una de las limitantes principales para el establecimiento
de las leguminosas: reducen emergencia
- Podredumbre de semillaPre-emergencia: ahogamiento de plántulaPost-emergencia: “damping-off”
- Siembras tempranas vs. tardías, calidad de semilla: RIESGO
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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
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Pseudomonas fluorescentes nativas
• Protección
* Producción de sideróforos* Producción de HCN* Producción de antibióticos
• Promoción de crecimiento
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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
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Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la emergencia de lotus
(Paysandú 3 y 4, año 2001)
1216CV (%)0.010.01P>F6140Base 100 (pl/m)
128 b138 bcUP 148128 b145 cUP 143130 b138 bcUP 61118 b125 bFungicida100 a100 aControl
Paysandú 4Paysandú 3
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Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de lotus
(Paysandú 3, año 2001)
ab
b
ababa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Testigo Fungicida UP61 UP143 UP148
Prod
ucci
ón d
e fo
rraj
e (B
ase
100)
Base 100 = 46,7 g MS/mP>F = 0,01CV (%) = 20
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Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la emergencia de alfalfa
(Paysandú 2 y 3, año 2001)
931CV (%)0.010.05P>F6536Base 100 (pl/m)
106 ab144 bUP 148103 ab108 aUP 143112 bc122 abUP 61115 c147 bFungicida100 a100 aControl
Paysandú 3Paysandú 2
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Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de alfalfa
(Paysandú 2, año 2001)
a
aa a a
020406080
100120140160
1
Pro
ducc
ión
de fo
rraj
e (B
ase
100)
Testigo Fungicida UP61 UP143 UP148
Base 100 = 32,8 g MS/mP>F = 0,17CV (%) = 30
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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
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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
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Manejo de la genética del ACBWeller et al. 2002. Annu. Rev. Phytopathol. 40• Caracterización molecular (RAPD, RFLP, PCR)
de cepas de Pseudomonas fluorescentes, productoras de 2,4-DAPG: 17 genotipos
• Capacidad diferencial de colonizar rizósfera de distintos cultivos
• Genes específicos del ACB serían responsables de establecer interacción con H
Thomashow & Weller. 1996. Managing soilborne plant pathogens (Hall, R. ed.)
• Cepa transgénica de ACB, introducción de genes que codifican para la producción de metabolitos antifúngicos
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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