Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a Sustratos enriquecidos con el microorganismo agente de control biológico Trichoderma asperellum, cepa T34

L'ús de microorganismes agents de control biològic és una opció apropiada per restablir la supresividad natural en substrats inorgànics i composts

Substrats enriquits amb el microorganisme agent de control biològic Trichoderma asperellum, cep T34

Segarra G., Sant D. i Trilles M.I. de la facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona; Casanova I.; Borrero C.; Noguera R. i Castillo S.2 de Biocontrol Technologies SL i Avilés M. de l'Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Agronómica de la Universitat de Sevilla12/06/2012

12 de juny de 2012

L'enriquiment de torba o perlita amb el microorganisme agent de control biològic Trichoderma asperellum, cep T34 redueix de forma significativa la marchitez produïda per Fusarium oxysporum en clavell i tomàquet. A més l'aplicació de T34 a un compost a força de residus de mercat, llots de depuradora i restes de poda urbana i formulat amb torba-vermiculita va restablir la supresividad natural enfront de la fusariosis del tomàquet. A més, quan es va enriquir amb T34 composts molt madurs i moderadament supresivos d'alperujo i residu esgotat de xampinyó, es va millorar el seu supresividad natural, no així en aquells composts que ja eren molt supresivos (suro i orujo).

Com a colofó, el T34 incorporat a un cultiu hidropònic estricte (solució nutritiva) va reduir significativament la malaltia produïda per Pseudomonas syringae pv. lachrymans en plantes de cogombre i aquelles produïdes per P. syringae pv. tomato, Plectosphaerella cucumerina i Hyaloperonospora parsitica en plantes d'Arabidopsis crescudes en una barreja de substrat a força de sorra, mitjançant la inducció en planta de mecanismes de resistència sistémica.

Figura 1. Imatge general de fitotrón i hivernacle utilitzats per als diferents estudis, situats en la facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona (Serveis de Camps Experimentals).

Introducció

L'ús extensiu de fungicides i fertilitzants sintètics durant tot el segle XX va fer que els agricultors trenquessin el dualisme condicionadors orgànics-fertilitat del sòl, la qual cosa va convertir als subproductes agraris en residus en lloc de recursos. El compostatge ofereix avantatges com a mètode d'eliminació de residus alhora que proporciona productes d'alta qualitat per a l'agricultura (Hoitink and Boehm, 1999). L'ús de composts com a substrat per al control biològic d'algunes de les principals malalties (Pythium spp., Phytophthora spp., Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani, Verticillium dahliae) de les plantes conreades en test és una alternativa viable a l'ús de fungicides químics. Aquesta idea va ser introduïda per Hoitink et al. (1975) i des de llavors s'ha demostrat la reducció de moltes malalties de les plantes mitjançant l'ús de composts produïts a partir d'una gran diversitat de materials (Hoitink and Fahy, 1986; Hoitink and Boehm, 1999; Cotxarrera et al. 2002, Noble and Coventry, 2005; Avilés et al. 2011). L'enriquiment de composts amb microorganismes específics és generalment necessari atès que la supresividad natural dels composts és un fenomen variable (espectre d'acció i nivells de supresividad) i a més per l'efecte de dilució (formulació necessària) a la qual molts composts es veuen obligats per millorar les seves propietats físiques i fisicoquímiques (Cotxarrera et al., 2002, Dukare et al. 2011).

En aquest resum vam mostrar l'eficàcia del microorganisme agent de control biològic Trichoderma asperellum cep T34, enriquint substrats formulats a força de compost amb diversos nivells de supresividad natural i conferint supresividad a substrats conductors com la torba i la perlita enfront de diverses malalties edàfiques i foliares. El cep T34 formulada és un producte fitosanitari registrat recentment a EUA (EPA nombre de registre 87301-1), Canadà (PMRA nombres de registre 30228 i 30229) i a Europa amb registre provisional en el Regne Unit (MAPP número 15603).

Es mostra l'eficàcia del Trichoderma asperellum cep T34, enriquint substrats a força de compost amb diversos nivells de supresividad natural i conferint supresividad a substrats conductors enfront de malalties edàfiques i foliares

Taula 1. pH, conductivitat elèctrica (C.I.) i activitat microbiològica en diversos substrats de cultiu.

Materials i mètodes

Al llarg del temps, s'han efectuat diversos estudis, amb espècies com el clavell, tomàquet i cogombre en fitotrones i en hivernacle (Figura 1). Les plantes s'han conreat en substrats formulats a força de compost i fins i tot en sistema hidropònic estricte (solució nutritiva). Les característiques dels substrats utilitzats es mostren en la Taula 1. Previ a l'inici dels assajos, el microorganisme agent de control biològic Trichoderma asperellum, cep T34 s'incubava o no (controls) durant 1 o 2 setmanes abans d'afegir el patogen al substrat (Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici, Fusarium oxysporum f.sp. dianthi and Rhizoctonia solani) o a les fulles (Pseudomonas syringae pv. lachrymans, Pseudomonas syringae pv. tomato, Plectosphaerella cucumerina and Hyaloperonospora parasitica). És necessari remarcar que T34 només s'aplicava al substrat de cultiu tant si es tractava d'un patogen edàfic com foliar. La durada dels assajos era variable en funció del tipus de malaltia a estudiar i si s'efectuava en fitotrón o hivernacle. L'efecte del substrat de cultiu i de T34 en el desenvolupament de la malaltia s'analitzava amb una Anova i les diferències significatives (P≤0.05) es comparaven amb l'adequat test de separació utilitzant el paquet informàtic SPSS 11.5.

Taula 2. Control de malaltia contra diversos patògens i cultius, utilitzant substrats amb diversos nivells de supresividad natural que han estat enriquits o no amb Trichoderma asperellum, cepaT34.

Resultats i discussió

Com es pot observar en la Taula 2, la utilització de compost procedent de residus de mercat, llots de depuradora i restes de poda urbana, comparat amb un substrat formulat a força de torba i vermiculita va conferir a les plantes de tomàquet uns nivells molt elevats de reducció de la fusariosis vascular. Les propietats d'aquest compost, especialment la seva elevada conductivitat elèctrica (Taula 1) juntament amb la baixa retenció d'aigua (mesura de partícules) va comportar la necessitat de formulació (compost: perlita: vermiculita, 2:1:1 v/v). En aquesta formulació, la supresividad natural del compost va resultar reduïda (Taula 2), no obstant això amb la inoculació de T34 es va restaurar completament. Aquests resultats indiquen que l'ús de microorganismes agents de control biològic pot restaurar la supresividad natural de compost que s'ha hagut de formular per millorar les seves propietats físiques i fisicoquímiques. L'enriquiment amb microorganismes ja s'havia identificat prèviament com una opció interessant per millorar la supresividad natural dels compost (Postma et al., 2003).

Els resultats indiquen que l'ús de microorganismes agents de control biològic pot restaurar la supresividad natural de compost que s'ha hagut de formular per millorar les seves propietats físiques i fisicoquímiques

Figura 2. Plantes de tomàquet creixent en perlita inoculats o no (control) amb: el patogen Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici (FOL) i amb el microorganisme agent de control biològic Trichoderma asperellum, cep T34 (T34). En la imatge, files d'a dalt a a baix: FOL; FOL +34; Control + T34 i Control.

La perlita, com a substrat de cultiu, és un material molt utilitzat per al cultiu d'hortalisses a Espanya, encara que aquest material mineral actua com a conductor de moltes malalties. En els nostres estudis, la inoculació de perlita amb T34 va reduir la malaltia produïda per F. oxysporum f.sp. lycopersici en plantes de tomàquet (Taula 2, Figura 2). Aquests resultats ens van indicar que T34 no requeria d'un substrat orgànic i que podia obtenir els nutrients procedents de la fertirrigación sense interferir de forma negativa amb la nutrició de la planta (Segarra et al. 2010), a més d'establir-se per si mateix i exercir com a agent de control biològic. L'efecte de T34 sobre F. oxysporum f.sp. lycopersici, s'ha relacionat amb la competència per ferro (de Santiago et al., 2009 i 2011, Segarra et al., 2010).

En els estudis amb Rhizoctonia solani, tots els composts molt madurs (entre 2,5 i 3 anys) van mostrar supresividad natural, encara que amb diferents nivells, comparat amb la torba (Taula 2, Figura 3). Arran d'enriquir els composts amb T34 es va millorar la supresividad natural d'aquells compost amb menor nivell de supresividad, com els procedents de la fabricació de l'olivera i del xampinyó, mentre que els compost molt supresivos (suro i orujo) no van millorar amb l'enriquiment de T34. És molt interessant observar com un substrat àmpliament utilitzat pels horticultores, com és la torba (conductor) enriquida amb T34 va millorar de forma substancial els seus nivells de malaltia amb una reducció del 50%.

El compost d'orujo, formulat i enriquit amb T34 va resultar supresivo enfront de la fusariosis vascular del clavell (Fusarium oxysporum f.sp. dianthi), suggerint que el control d'aquesta malaltia tant per l'agent de control com pel compost (en anteriors estudis es va mostrar supresivo a la marchitez del tomàquet) actua enfront de diferents ‘formae speciale’ del patogen (Taula 2).

Figura 3. Bioensayo Rhizoctonia solani i cogombre (podridura pre i post emergència). Plantes primera columna de l'esquerra: control (sense l'inòcul del patogen), segona columna esquerra: plantes tractades amb R. solani; tercera columna esquerra: plantes tractades amb R. solani + T34 (103 ufc/ml) i columna de la dreta plantes tractades amb R. solani + T34 (104 ufc/ml).

El T34 redueix les poblacions de Fusarium oxysporum quan s'aplica una o dues setmanes abans que el patogen. D'aquesta forma T34 pot colonitzar el substrat i inhibir una futura colonització per part del patogen. Això suggereix una competència entre tots dos per l'espai i/o nutrients (Taula 3). Les poblacions del patogen disminueixen entre l'inici i el final dels estudis a causa de l'activitat de T34, mentre que les poblacions de T34 augmenten quan el patogen està present, suggerint algun tipus d'hiperparasitismo (Taula 3).

En concret, T34 va induir una reducció de malaltia en fulles d'Arabidopsis i cogombre conreades en substrat a força de sorra i en cultiu hidropònic estricte (solució nutritiva) contra les següents malalties bacterianes: Pseudomonas syringae pv. tomato i Pseudomonas syringae pv. lachrymans i fúngiques: Hyaloperonospora parasitica (biotrófico) i Plectosphaerella cucumerina (necrotrófico) (Taula 4). Estudis recents han demostrat que Trichoderma spp. eleva la resistència sistémica contra diferents tipus de patògens en diverses espècies vegetals (Harman et al., 2004; Shoresh et al., 2005; Djonovic et al., 2006; Korolev et al., 2008). La resistència induïda per T34 mostra similituds amb la resistència induïda per rizobacterias (Segarra et al., 2009). El fet que T34 redueixi les malalties produïdes per patògens amb diversos mecanismes d'infecció (necrotróficos, biotróficos i hemibiotróficos) suggereix que la resistència induïda per T34 és efectiva contra un ampli rang de patògens.

Taula 3. Dinàmica de poblacions de patògens amb i sense T. asperellum T34, dinàmica de poblacions de T34 amb i sense patogen.

En conclusió, alguns composts redueixen de forma natural algunes malalties importants produïdes en les plantes per microorganismes patògens. L'efectivitat d'aquesta supresividad natural depèn dels residus, procés de compostatge, patogen i de la planta. La formulació de composts perquè siguin més adequats al cultiu de les plantes pot comportar una reducció d'aquesta supresividad natural i l'ús de microorganismes agents de control biològic és una opció apropiada per restablir la supresividad natural o per conferir supresividad a un substrat conductor. Els resultats presentats demostren que T34 pot colonitzar un ampli rang de substrats des d'inorgànics com la perlita als composts, controlar diverses malalties edàfiques i induir en planta resistència enfront de malalties foliares.

La investigació demostra que T34 pot colonitzar un ampli rang de substrats des d'inorgànics als composts, controlar diverses malalties edàfiques i induir en planta resistència enfront de malalties foliares

Taula 4. Inducció de resistència sistémica per Trichoderma asperellum, cep T34 aplicada al substrat de creixement, enfront de diferents patògens foliares.

Agraïments

Aquesta investigació ha estat subvencionada pels projectes AGL 2002-04313, 2005-08137, 2008-05414 i 2010-21982 del Ministeri de Ciència i Tecnologia, així com per les Ajudes Torres Quevedo a C. Borrero, I. Casanova i G. Segarra.

Referencies bibliogràfiques

- Avilés, M., Borrero C., Trilles, M.I. 2011. Review on compost as an inducer of disease suppression in plants grown in soilless culture. En: Dynamic Soil, Dynamic Plant, Compost III. A. Sánchez Ferrer (Ed.). Global Science Books, vol. 5, special issue 2, pàg. 1-11.

- Cotxarrera, L., Trilles-Gai, M. I., Steinberg, C., and Alabouvette, C. 2002. Usi of sewage sludge compost and Trichoderma asperellum isolates to suppress Fusarium wilt of tomato. Soil Biol. Biochem. 34:467-476.

- De Santiago A., Quintero J.M., Avilés M., Delgado A. 2009. Effect of Trichoderma asperellum strain T34 on iron nutrient uptake in white lupin. Soil Biol. Biochem. 41:2453-2459.

- De Santiago A., Quintero J.M., Avilés M., Delgado A. 2011. Effect of Trichoderma asperellum strain T34 on iron, copper, manganese and zinc uptake by wheat grown on a calcareous medium. Plant Soil 342:97-104.

- Djonovic S., Pou M.J., Dangott L.J., Howell C.R., Kenerley C.M. 2006. Sm1, a proteinaceous elicitor secreted by the biocontrol fungus Trichoderma virens indueixes plant defense responses and systemic resistance. Molecular Plant–Microbe Interactions, 19: 838–853.

- Dukare A.S., Prasanna R., Dubey S.C., Nain L., Chaudhary V., Singh R., Saxena A.K. 2011. Evaluating novell microbe amended composts as biocontrol agents in tomato. Crop Protection 30:436-442.

- Harman G.I., Howell C.R., Viterbo A., Chet I., Lorito M. 2004. Trichoderma species – opportunistic, avirulent plant symbionts. Nature Reviews Microbiology. 2: 43–56.

- Hoitink H.A.J., Schmitthener A.F., Herr L.J. 1975. Composted bark for control of root rot in ornamentals. Ohio Report 60, 25-26.

- Hoitink H.A.J., Fahy P.C. 1986. Basis for the control of soilborne plant pathogens with composts. Annual Review of Phytopathology 24, 93-114.

- Hoitink, H.A.J. and Boehm, M.J. 1999. Biocontrol within the context of soil microbial communities: A substrate-dependent phenomenon. Annu. Rev. Phytopathol. 37, 427-446.

- Korolev N., Rav David D., Elad I. 2008. The role of phytohormones in basal resistance and Trichoderma-induced systemic resistance to Botrytis cinerea in Arabidopsis thaliana. BioControl, 53, 667–683.

- Noble, R. and Coventry, I. 2005. Suppression of soil-born plant diseases with composts: a review. Biocontrol Sci.Techn. 15:3-20.

- Postma J., Montanari M., Vanden Boogert P.H.J.F. 2003. Microbial enrichment to enhance the disease suppressive activity of composts. European Journal of Soil Biology 39:157-163.

- Segarra G., Casanova I., Avilés M., Trilles I. 2010. Trichoderma asperellum strain T34 controls Fusarium wilt disease in tomato plants in soilless culture through competition for iron. Microb Ecol 59:141–149.

- Segarra G., Van der Ent S., Trilles, I. Pieterse C. M. J. 2009. MYB72, a node of convergence in induced systemic resistance triggered by a fungal and a bacterial beneficial microbe. Plant Biology 11:90-96.

- Shoresh M., Yedidia I., Chet I. 2005. Involvement of jasmonic acid / ethylene signaling pathway in the systemic resistance induced in cucumber by Trichoderma asperellum T203. Phytopathology. 95:76–84.