CONTROL BIOLÓGICO DE ENFERMEDADES DE SUELO

1. CONTROL BIOLÓGICO DE ENFERMEDADES DE SUELO Nora Altier INIA Las Brujas

2. Reseña • Introducción • Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo • Componentes del sistema • Estrategias de manejo

3. 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

4. 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

5. ¿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

6. Fisiología de la planta sana • Funciones fisiológicas normales: fotosíntesis, absorción, FBN, traslocación, respiración • Metab. mantenimiento + Metab. desarrollo C fijado - Respiración = Rendimiento

7. Fisiología de la planta enferma • Alteración de las funciones fisiológicas normales • Costo energético de reparación C fijado - Respiración - Reparación = Rendimiento Muerte de planta

8. Población de plantas • Implantación: stand inicial y resiembra • Producción: Rendimiento Calidad • Persistencia: producción sostenida en el tiempo

9. Ecosistema del suelo • Interacción suelo - raíz - población microbiana, meso y macrofauna • Rizosfera:zona del suelo influenciada por la raíz • Rizoplano:superficie de la raíz

10. 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

11. Ciclo de la enfermedad • Inoculación • Penetración • Infección • Incubación • Invasión - colonización • Reproducción • Diseminación • Sobrevivencia

12. 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

13. 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)

14. 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

15. Reseña • Introducción • Caracterización de las enfermedades causadas por patógenos del suelo • Componentes del sistema • Estrategias de manejo

16. 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)

17. Patógeno • Tipo de patógeno y síntomas - Hongos, bacterias, nematodos • Ecología - Densidad y potencial de inóculo - Hábitos nutricionales/sobrevivencia • Genética - Variabilidad

18. 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

19. 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

20. CCS: características • Rápida extensión hifal • Producción de enzimas • Resistencia a lisis • Hiperparasitismo • Escape a fungistasis • Producción estructuras resistencia • Producción de antibióticos • Detoxificación de antibióticos

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. Estrategias de manejo • Resistencia genética • Prácticas culturales • Control biológico • Control químico Eficiencia, costo económico y costo ambiental

28. Control Biológico • Aplicación de prácticas que favorecen losmecanismos de acciónde 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

29. Control Biológico Limitantes: • Condiciones controladas vs. campo • inconsistencia • eficacia y confiabilidad variable • falta de predicción • dificultad de integración al sistema de producción

30. ¿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

31. 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)

32. 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

33. 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)

34. 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

35. 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

36. Pseudomonas fluorescentes nativas • Protección *Producción de sideróforos * Producción de HCN * Producción de antibióticos • Promoción de crecimiento

37. 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

38. Paysandú 3 Paysandú 4 Control 100 a 100 a Fungicida 125 b 118 b UP 61 138 bc 130 b UP 143 145 c 128 b UP 148 138 bc 128 b Base 100 (pl/m) 40 61 P>F 0.01 0.01 CV (%) 16 12 Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la emergencia de lotus(Paysandú 3 y 4, año 2001)

39. Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de lotus(Paysandú 3, año 2001)

40. Paysandú 2 Paysandú 3 Control 100 a 100 a Fungicida 147 b 115 c UP 61 122 ab 112 bc UP 143 108 a 103 ab UP 148 144 b 106 ab Base 100 (pl/m) 36 65 P>F 0.05 0.01 CV (%) 31 9 Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la emergencia de alfalfa(Paysandú 2 y 3, año 2001)

41. Efecto del tratamiento con Pseudomonasy con fungicida en la biomasa aérea de alfalfa(Paysandú 2, año 2001)

42. 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 paracontrolar la ocurrencia de enfermedades en alfalfa bajo condiciones controladas

43. 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

44. 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

45. 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