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El uso de microorganismos agentes de control biológico es una opción apropiada para restablecer la supresividad natural en sustratos inorgánicos y composts

Sustratos enriquecidos con el microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum, cepa T34

Segarra G., Sant D. y Trillas M.I. de la facultad de Biología de la Universitat de Barcelona; Casanova E.; Borrero C.; Noguera R. y Castillo S.2 de Biocontrol Technologies SL y Avilés M. de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica de la Universidad de Sevilla12/06/2012

12 de junio de 2012

El enriquecimiento de turba o perlita con el microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum, cepa T34 reduce de forma significativa la marchitez producida por Fusarium oxysporum en clavel y tomate. Además la aplicación de T34 a un compost a base de residuos de mercado, lodos de depuradora y restos de poda urbana y formulado con turba-vermiculita restableció la supresividad natural frente a la fusariosis del tomate. Además, cuando se enriqueció con T34 composts muy maduros y moderadamente supresivos de alperujo y residuo agotado de champiñón, se mejoró su supresividad natural, no así en aquellos composts que ya eran muy supresivos (corcho y orujo).

Como colofón, el T34 incorporado a un cultivo hidropónico estricto (solución nutritiva) redujo significativamente la enfermedad producida por Pseudomonas syringae pv. lachrymans en plantas de pepino y aquellas producidas por P. syringae pv. tomato, Plectosphaerella cucumerina y Hyaloperonospora parsitica en plantas de Arabidopsis crecidas en una mezcla de sustrato a base de arena, mediante la inducción en planta de mecanismos de resistencia sistémica.

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Figura 1. Imagen general de fitotrón e invernadero utilizados para los diferentes estudios, ubicados en la facultad de Biología de la Universitat de Barcelona (Serveis de Camps Experimentals).

Introducción

El uso extensivo de fungicidas y fertilizantes sintéticos durante todo el siglo XX hizo que los agricultores rompieran el dualismo acondicionadores orgánicos-fertilidad del suelo, lo que convirtió a los subproductos agrarios en residuos en lugar de recursos. El compostaje ofrece ventajas como método de eliminación de residuos a la vez que proporciona productos de alta calidad para la agricultura (Hoitink and Boehm, 1999). El uso de composts como sustrato para el control biológico de algunas de las principales enfermedades (Pythium spp., Phytophthora spp., Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, Verticillium dahliae) de las plantas cultivadas en maceta es una alternativa viable al uso de fungicidas químicos. Esta idea fue introducida por Hoitink et al. (1975) y desde entonces se ha demostrado la reducción de muchas enfermedades de las plantas mediante el uso de composts producidos a partir de una gran diversidad de materiales (Hoitink and Fahy, 1986; Hoitink and Boehm, 1999; Cotxarrera et al. 2002, Noble and Coventry, 2005; Avilés et al. 2011). El enriquecimiento de composts con microorganismos específicos es generalmente necesario dado que la supresividad natural de los composts es un fenómeno variable (espectro de acción y niveles de supresividad) y además por el efecto de dilución (formulación necesaria) a la que muchos composts se ven obligados para mejorar sus propiedades físicas y fisicoquímicas (Cotxarrera et al., 2002, Dukare et al. 2011).

En este resumen mostramos la eficacia del microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum cepa T34, enriqueciendo sustratos formulados a base de compost con diversos niveles de supresividad natural y confiriendo supresividad a sustratos conductores como la turba y la perlita frente a diversas enfermedades edáficas y foliares. La cepa T34 formulada es un producto fitosanitario registrado recientemente en EE UU (EPA número de registro 87301-1), Canadá (PMRA números de registro 30228 y 30229) y en Europa con registro provisional en el Reino Unido (MAPP número 15603).

Se muestra la eficacia del Trichoderma asperellum cepa T34, enriqueciendo sustratos a base de compost con diversos niveles de supresividad natural y confiriendo supresividad a sustratos conductores frente a enfermedades edáficas y foliares
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Tabla 1. pH, conductividad eléctrica (C.E.) y actividad microbiológica en diversos sustratos de cultivo.

Materiales y métodos

A lo largo del tiempo, se han efectuado diversos estudios, con especies como el clavel, tomate y pepino en fitotrones y en invernadero (Figura 1). Las plantas se han cultivado en sustratos formulados a base de compost e incluso en sistema hidropónico estricto (solución nutritiva). Las características de los sustratos utilizados se muestran en la Tabla 1. Previo al inicio de los ensayos, el microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum, cepa T34 se incubaba o no (controles) durante 1 o 2 semanas antes de añadir el patógeno al sustrato (Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici, Fusarium oxysporum f.sp. dianthi and Rhizoctonia solani) o a las hojas (Pseudomonas syringae pv. lachrymans, Pseudomonas syringae pv. tomato, Plectosphaerella cucumerina and Hyaloperonospora parasitica). Es necesario remarcar que T34 sólo se aplicaba al sustrato de cultivo tanto si se trataba de un patógeno edáfico como foliar. La duración de los ensayos era variable en función del tipo de enfermedad a estudiar y si se efectuaba en fitotrón o invernadero. El efecto del sustrato de cultivo y de T34 en el desarrollo de la enfermedad se analizaba con una Anova y las diferencias significativas (P≤0.05) se comparaban con el adecuado test de separación utilizando el paquete informático SPSS 11.5.

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Tabla 2. Control de enfermedad contra varios patógenos y cultivos, utilizando sustratos con diversos niveles de supresividad natural que han sido enriquecidos o no con Trichoderma asperellum, cepaT34.

Resultados y discusión

Como se puede observar en la Tabla 2, la utilización de compost procedente de residuos de mercado, lodos de depuradora y restos de poda urbana, comparado con un sustrato formulado a base de turba y vermiculita confirió a las plantas de tomate unos niveles muy elevados de reducción de la fusariosis vascular. Las propiedades de este compost, especialmente su elevada conductividad eléctrica (Tabla 1) junto con la baja retención de agua (medida de partículas) comportó la necesidad de formulación (compost: perlita: vermiculita, 2:1:1 v/v). En esta formulación, la supresividad natural del compost resultó reducida (Tabla 2), sin embargo con la inoculación de T34 se restauró completamente. Estos resultados indican que el uso de microorganismos agentes de control biológico puede restaurar la supresividad natural de compost que se ha debido formular para mejorar sus propiedades físicas y fisicoquímicas. El enriquecimiento con microorganismos ya se había identificado previamente como una opción interesante para mejorar la supresividad natural de los compost (Postma et al., 2003).

Los resultados indican que el uso de microorganismos agentes de control biológico puede restaurar la supresividad natural de compost que se ha debido formular para mejorar sus propiedades físicas y fisicoquímicas
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Figura 2. Plantas de tomate creciendo en perlita inoculados o no (control) con: el patógeno Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici (FOL) y con el microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum, cepa T34 (T34). En la imagen, filas de arriba a abajo: FOL; FOL +34; Control + T34 y Control.
La perlita, como sustrato de cultivo, es un material muy utilizado para el cultivo de hortalizas en España, aunque este material mineral actúa como conductor de muchas enfermedades. En nuestros estudios, la inoculación de perlita con T34 redujo la enfermedad producida por F. oxysporum f.sp. lycopersici en plantas de tomate (Tabla 2, Figura 2). Estos resultados nos indicaron que T34 no requería de un sustrato orgánico y que podía obtener los nutrientes procedentes de la fertirrigación sin interferir de forma negativa con la nutrición de la planta (Segarra et al. 2010), además de establecerse por sí mismo y ejercer como agente de control biológico. El efecto de T34 sobre F. oxysporum f.sp. lycopersici, se ha relacionado con la competencia por hierro (de Santiago et al., 2009 y 2011, Segarra et al., 2010).

En los estudios con Rhizoctonia solani, todos los composts muy maduros (entre 2,5 y 3 años) mostraron supresividad natural, aunque con diferentes niveles, comparado con la turba (Tabla 2, Figura 3). A raíz de enriquecer los composts con T34 se mejoró la supresividad natural de aquellos compost con menor nivel de supresividad, como los procedentes de la fabricación del olivo y del champiñón, mientras que los compost muy supresivos (corcho y orujo) no mejoraron con el enriquecimiento de T34. Es muy interesante observar como un sustrato ampliamente utilizado por los horticultores, como es la turba (conductor) enriquecida con T34 mejoró de forma sustancial sus niveles de enfermedad con una reducción del 50%.

El compost de orujo, formulado y enriquecido con T34 resultó supresivo frente a la fusariosis vascular del clavel (Fusarium oxysporum f.sp. dianthi), sugiriendo que el control de esta enfermedad tanto por el agente de control como por el compost (en anteriores estudios se mostró supresivo a la marchitez del tomate) actúa frente a diferentes ‘formae speciale’ del patógeno (Tabla 2).

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Figura 3. Bioensayo Rhizoctonia solani y pepino (podredumbre pre y post emergencia). Plantas primera columna de la izquierda: control (sin el inóculo del patógeno), segunda columna izquierda: plantas tratadas con R. solani; tercera columna izquierda: plantas tratadas con R. solani + T34 (103 ufc/ml) y columna de la derecha plantas tratadas con R. solani + T34 (104 ufc/ml).

El T34 reduce las poblaciones de Fusarium oxysporum cuando se aplica una o dos semanas antes que el patógeno. De esta forma T34 puede colonizar el sustrato e inhibir una futura colonización por parte del patógeno. Ello sugiere una competencia entre ambos por el espacio y/o nutrientes (Tabla 3). Las poblaciones del patógeno disminuyen entre el inicio y el final de los estudios debido a la actividad de T34, mientras que las poblaciones de T34 aumentan cuando el patógeno está presente, sugiriendo algún tipo de hiperparasitismo (Tabla 3).

En concreto, T34 indujo una reducción de enfermedad en hojas de Arabidopsis y pepino cultivadas en sustrato a base de arena y en cultivo hidropónico estricto (solución nutritiva) contra las siguientes enfermedades bacterianas: Pseudomonas syringae pv. tomato y Pseudomonas syringae pv. lachrymans y fúngicas: Hyaloperonospora parasitica (biotrófico) y Plectosphaerella cucumerina (necrotrófico) (Tabla 4). Estudios recientes han demostrado que Trichoderma spp. eleva la resistencia sistémica contra diferentes tipos de patógenos en diversas especies vegetales (Harman et al., 2004; Shoresh et al., 2005; Djonovic et al., 2006; Korolev et al., 2008). La resistencia inducida por T34 muestra similaridades con la resistencia inducida por rizobacterias (Segarra et al., 2009). El hecho que T34 reduzca las enfermedades producidas por patógenos con varios mecanismos de infección (necrotróficos, biotróficos y hemibiotróficos) sugiere que la resistencia inducida por T34 es efectiva contra un amplio rango de patógenos.

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Tabla 3. Dinámica de poblaciones de patógenos con y sin T. asperellum T34, dinámica de poblaciones de T34 con y sin patógeno.

En conclusión, algunos composts reducen de forma natural algunas enfermedades importantes producidas en las plantas por microorganismos patógenos. La efectividad de esta supresividad natural depende de los residuos, proceso de compostaje, patógeno y de la planta. La formulación de composts para que sean más adecuados al cultivo de las plantas puede comportar una reducción de esta supresividad natural y el uso de microorganismos agentes de control biológico es una opción apropiada para restablecer la supresividad natural o para conferir supresividad a un sustrato conductor. Los resultados presentados demuestran que T34 puede colonizar un amplio rango de sustratos desde inorgánicos como la perlita a los composts, controlar diversas enfermedades edáficas e inducir en planta resistencia frente a enfermedades foliares.

La investigación demuestra que T34 puede colonizar un amplio rango de sustratos desde inorgánicos a los composts, controlar diversas enfermedades edáficas e inducir en planta resistencia frente a enfermedades foliares
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Tabla 4. Inducción de resistencia sistémica por Trichoderma asperellum, cepa T34 aplicada al sustrato de crecimiento, frente a diferentes patógenos foliares.
Agradecimientos

Esta investigación ha sido subvencionada por los proyectos AGL 2002-04313, 2005-08137, 2008-05414 y 2010-21982 del Ministerio de Ciencia y Tecnologia, así como por las Ayudas Torres Quevedo a C. Borrero, E. Casanova y G. Segarra.

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