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

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 Ecología Genética - 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 Ecofisiología - Variabilidad: resistencia, tolerancia - 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)

Objetivo General ¿Porqué? 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

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

Selección de tres cepas 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) 12 16 CV (%) 0.01 P>F 61 40 Base 100 (pl/m) 128 b 138 bc UP 148 145 c UP 143 130 b UP 61 118 b 125 b Fungicida 100 a Control Paysandú 4 Paysandú 3

Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la biomasa aérea de lotus (Paysandú 3, año 2001)

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

Efecto del tratamiento con Pseudomonas y con fungicida en la biomasa aérea de alfalfa (Paysandú 2, año 2001)

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