tercer taller de capacitaciÓn tÉcnica - quimia · activadores de sist. defensivo detoxificadores...
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TERCER TALLER DE CAPACITACIÓN TÉCNICA
Nov 2008
Plant PhysiologyJuly 2011
Plant Physiology
Nov 2016
Molecular Plant Microbe IntreractionsAugust 2012
Nature
Biotecnología en la agriculturaAplicaciones con agentes microbiales
Dra. Rocío Velázquez [email protected]
Miércoles 22 de Febrero de 2017
Problemática de la distribución de
los alimentos
Población mundial estimada en éste año es de 7 000 millones de habitantes2040 9 000 millones (9 billones)
La Revolución Verde de finales del siglo XX contribuyó al agotamiento de los recursos no renovables (suelo y agua)
Se logró entre los 40´s- 80´s aumentar la producción
de alimentos, pero hoy en día tiene sus problemas
…..limitan la productividad
Cada año el suelo se
degrada.
Sí seguimos con las
mismas prácticas en
60 años se perderán
las capas del suelo
superior
33 % de nuestro suelo global esta degradado
16 % del continente africano ha
sido afectado por degradación
del suelo
Tomarían muchos años (1000) producir
2-3 cm de suelo
Los principales retos mundiales se centran:
Producir alimentos en mayor cantidad
Asegurando la productividad en sig.
generaciones
Inocuos
Con insumos de menor costo
Respetando las nuevas legislaciones
ecológicas
Los avances científicos han dirigido el
conocimiento hacia actuales retos
Biotecnología.Es una especialidad multidisciplinaria cuyo conocimientogenerado permite la modificación y la utilización de seresvivos del planeta. Busca hacer un uso responsable ysustentable de la biodiversidad, mediante el desarrollo dela tecnología, de forma eficaz, limpia y competitiva.
La herramienta clave es la Biotecnología
Áreas de la Biotecnología
Am
bie
nta
l
Los colores de la
biotecnología
Otros
60%14%
11%
8%7%
Salud humana Agricultura y Alimentos
Proveedor de Servicios Tecnologia de servicios
Ambiental e Indistrial Analyst Research Report Written by Osman Ghani,
Chartered Financial Analyst
Proud Member of the CFA Institute January, 13th
2014
Segmentación del mercado biotecnológico mundial en el 2012
4. Baja fertilidad de los suelos
7. Saturación con fertilizantes y plaguicidas
2. Escasa o nula microbiota
Los retos para la agricultura son:
3. Variedades vegetales con genética de bajos
rendimientos
1. Erosión
5. Incremento de plagas y
enfermedades
6. Poca retención de agua
Los 7 principios del éxito de la
producción agrícola
1. Agricultura sustentable (labranza)
3. Materiales vegetales mejorados
Bioingeniería genética
6. Uso adecuado de recursos como el del agua
5. Conocimiento de la microbiota(patógenos y benéficos)
Cultivo anterior
2. Uso de microorganismos asociados a plantas
Biofertilización/Biocontrol de plagas
7. Reguladores de crecimientoBiorregulación
4. Mejor aprovechamiento de los fertilizantes(Agricultura de precisión)
1. Agricultura sustentable (labranza)
Tratamiento del rastrojo, factor clave para enriquecimiento del suelo:1. Protege al suelo de la erosión hídrica.2. Reduce las pérdidas de agua por evaporación.3. Mejora la disponibilidad de nutrientes, aumentando la actividad biológica.4. Forma un acolchado orgánico, que disminuye el surgimiento de malezas.
2. Uso de microorganismos asociados a plantas(protección)
http://saberesyciencias.com.mx/2015/02/10/importancia-de-la-diversidad-microbiana-en-el-suelo/
Captadoras de energía
Constructores
de estructura
Fijadores de
nitrógeno
Solubilizadores
de fósforo
Formadores
de humus
Activadores de
sist. defensivo
Detoxificadores
Formadores de
micorrizas
Mineralizadores
Celulíticos
Promotores de
crecimiento
PGPR
O2
CO2
3. Materiales vegetales mejorados con Biotecnología
Nueva era de la Ingeniería genéticaEdición de genomas
Ingeniería genética
4. Mejor aprovechamiento de los fertilizantes (Agricultura de precisión)
Materia orgánica (nutrientes para microbios)
Solubilizacionnutrientes
Crecimiento de raíces
La materia orgánica del suelo es el almacén de energía y nutrientes utilizados por las plantas y otrosorganismos. Bacterias, hongos y otros organismos “excavadores”, transforman y liberan nutrientes de lamateria orgánica
5. Conocimiento de la microbiota (patógenos y benéficos; Cultivo anterior)
Bacterias Nematodos
Ciliados
Hongos
Raiz
La microbiología del suelo
http://www.scivit.de/blog/?paged=3
6. Uso adecuado de recursos como el del agua
Uso de cintas de riego
Son muchos los m3 de agua que se usan para suministrar los nutrientes aLa planta.Sin embargo es un recurso cada vez más escaso y hay que aprender a suministrarlo, para aprovecharlo al máximo.
7. Reguladores de crecimiento
Cuidemos al suelo, porque de él depende el éxito de la agricultura
Antagonistas•Bs•Funqui
Entomopatógenos•EN DESARROLLO
SinQuímica especializado en microbiales
Nematicidas•Nemaquin
B. subtilis Trichoderma viride
Colletotrichum R. solani
B. thuringiensis
M. anisopliae B. bassiana
Cordyceps
Paecilomyces variotii
Mecanismos de acción de los microbiales antagónicos
o Competencia por nutrientes.
o Capacidad de multiplicarse en
condiciones de poco hierrro.
o Capacidad de adaptación a
amplias condiciones ecológicas.
o Secreción de antibióticos.
Bacillus subtilis Phytophthora capsici
o Alta taza de crecimiento.
o Secreta ácidos orgánicos.
o Libera compuestos que estimulan desarrollo.
o Y estimula la ISR.
Trichoderma viride
Parasitismo:
El agente de biocontrol dirige
su crecimiento hacia su presa
blanco para alimentarse y
reproducirse.
Enzimas líticas:
Proteasas: rompe proteínas
Quitinasas: rompe la quitina
Glucanasas: rompe los
glucanos de la quitina
Elementos que controlan las enfermedades fungosas
Antibióticos que perturban la actividad de la membrana plasmática
Cómo trabaja Trichoderma virideDegradador de materia orgánica
Algunas cepas han sido aisladas de ambientes acuáticos
Algunos son colonizadores de raíces en plantas
- Aumenta la altura de las plantas
- Mejora la toma de nutrientes en las plantas
- Previene de enfermedades por hongos fitopatógenos
Efecto de plantas inoculadas con Trichoderma viridey patógeno Fusarium oxysporum f. sp. radicis-
lycopersici
T1
T2
T3
T4T5
T6
1. T. viride2. T. harzianum/Forl3. T. viride/Forl4. Procloraz/Forl5. Forl6. Testigo negativo
T1
T4
T2 T3
T6T5
A ABAB
A
ABB
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6
% D
E SE
VER
IDA
D
TRATAMIENTOS
Severidad enfermedad BC B C
AA
B
0
20
40
60
80
100
120
140
T. viride T.harzianum/FORL
T. viride/FORL Procloraz/FORL FORL Testigo negativo
CM
AB AAB
A AB
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
T. viride T.harzianum/FORL
T. viride/FORL Procloraz/FORL FORL Testigo negativo
GR
AM
OS
AB
A
BAB
A
AB
0
100
200
300
400
500
600
700
T. viride T. harzianum/Forl T. viride/Forl Procloraz/Forl Forl Control negativo
CM
3
Volumen de raíces
Letras diferentes indican diferencia significativa Tukey≤0.05
Altura en las plantas
Peso fresco en plantas
Efectos indirectos que ejerce T. viride en el control de FORL
Qué hace Bacillus subtilis
Colonizador de raíces
Estimulador de la germinación de semillas
Estimulación de la respuesta sistémica inducida
- Mayor adaptación a situaciones de estrés
- Mejora la toma de nutrientes en las plantas
- Previene de enfermedades por hongos fitopatógenos
Producción de metabolitos secundarios Antibióticos:
lipopéptidos: iturinas, fengincinas, inhiben la formación
del tubo germinativo, evitando su colonización y previenen
la germinación de esporas, evitando su proliferación.
Producción de sideróforos. Compuestos extracelulares
de bajo peso molecular con una elevada afinidad por el ión
hierro con lo que previene la germinación de las esporas
de los hongos patógenos.
Promotor de crecimiento. Protege y estimula la absorción
de nutrientes, además de producir ácido indol acético.
Inducción de resistencia sistémica inducida. Produce
fitoalexinas contra el ataque de hongos, bacterias y
nematodos patógenos.
Modo de acción
29
Control de enfermedades del follaje (Roya, Cenicilla,
Antracnosis)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T1 dosis baja 3L/Ha T2 dosis media 5L/Ha T3 dosis alta 9 L/Ha
T4 Serenade 5 Kg/Ha T5 Testigo sin aplicación
Biocontrol de Podosphaera xanthii (cenicilla) en Calabaza zucchini
Supervivencia de B. subtilis en follaje a los 7 dpi (4 monitoreos semanales)
2, 476 UFC/gr
% d
e á
rea
fo
liar
afe
cta
da
Lipopéptidos tipo iturinas A6 y A7, potentes antifúngicos.
El extracto crudo posee estabilidad a altas temperaturas y a
condiciones de fuerzas iónicas generadas por soluciones salinas de 2, 4
y 6 % de cloruro de sodio.
Control (+)
Sobrenadante (lipopéptidos)
Colletotrichum sp
Diplocarpon rosae
Rhizoctoniasolani
Alternariasolani
Fitopatógeno
Actividad biológica vs fitopatógenos
La cepa Q11 pertenece al género Bacillus y posee los genes para la
síntesis de otro tipo de antibióticos con potencial biocontrol vs hongos.
Además muestras capacidad para la solubilización de fosfatos,
producción de sideróforos, actividad ACC desaminasa y tolerancia a
2M de NaCl.
Características intrínsecas de B. subtilis Q11
Mecanismos directos e indirectos del biocontrol con antagonistas
Inhiben o eliminan propágulos de fitopatógenos (antagonismo).
Sí la enfermedad esta presente
Si solo interacciona con la planta
• Coloniza las raíces • Resistencia sistémica inducida• Incremento en el crecimiento del sistema radicular y en general de la planta
• Facilita la toma de nutrientes en la planta• Control del crecimiento de microorganismos en suelo (bacterias y hongos)
• Ganancia de peso de frutos
El éxito del biocontrol•Tipo de cepa a usar
•Hongo a antagonizar
•Tipo de cultivo
•Ambiente
•Disponibilidad de nutrientes
•Temperatura
El control de las enfermedades por nemátodos
Debilitamiento de la planta, aparente deficiencia en nutrientes, marchitez
Lesiones en las raíces por nodulaciones
Susceptibilidad a infecciones fungosas y/o bacterianas
Daños principales de fitonematodos
• Reduce el volumen y peso de raíces• Reduce el follaje• Reduce la absorción de agua y nutrientes• Reduce la fotosíntesis• Favorecen la entrada de hongos y bacterias
del suelo y pueden transmitir virus
Principales nematodos fitópatógenos “TOP TEN”1987 a 2008
Nacobbus aberrans
Género Puntuación Distribución
1. Meloidogyne 1375 Mundial
2. Pratylenchus 782 Mundial
3. Heterodera 606 Mundial
4. Ditylenchus 251 Mundial
5. Globodera 244 Mundial
6. Tylenchulus 233 Regional
7. Xiphinema 204 Mundial
8. Radopholus 170 Regional
9. Rotylenchulus 142 Mundial
10. Helicotylenchus 122 Mundial
Todos presentes en México
Forma de reproducción de los nematodos
Bisexuada. No hay diferencia entre los sexos.
Partenogénesis. Cuando las hembras producen óvulos fértiles.
Intersexos. Favorece el reverso sexual en adultos, es decir cambios de sexos bajo condiciones adversas (de macho a hembra).
Hermafroditismo. Un mismo organismo presenta los dos sexos.
Huevo Juvenil1 Juvenil2 Juvenil3 Juvenil 4 Adulto
Dimorfismo sexual: el macho es más pequeño que la hembra y en su cola presenta un gancho.Meloidogyne, Heterorodera, Nacobbus, etc.
Factores que influyen en la población de nematodos en el suelo
Temperatura. Directamente relacionado a la temperatura óptima de la planta y cuando hay división celular en raíces.
Humedad. Cantidad de agua suficiente que le permita desplazarse al nematodo.
Estructura del suelo:. Suelos livianos (arenosos pueden albergar más nematodos que suelos pesados, debido a los poros más grandes entre las partículas del suelo, que le facilitan el movimiento.
pH. Directamente relacionado al óptimo de desarrollo en la planta.
Nemátodo infectado
Por Nemaquim
Nemátodo hembra sano
Produce enzimas como quitinasas, proteasas y lipasas las cuales causan deformaciones, destrucción de ovarios, vacuolizaciones y pérdida de movimiento
Estudio comparativo de la efectividad biológica de diversos productos para el control del nematodo agallador: Meloidogyne
incognita en pepino
Periodo 2014
Tratamientos % Inicial % Final
Nemaquim 22% 17%
Ditera 22% 47%
Vydate 17% 25%
Testigo 26% 20%
Periodo 2013
Tratamientos % Inicial % Final
Nemaquim 61.6% 28.5%
Ditera 35.24% 49.5%
Vydate 60% 30.5%
Testigo 46.6% 30%
Porcentaje de daños en los periodo del 2013 y 2014
La heterogeneidad del terreno donde se estableció la prueba, hizo compleja el análisis de datos estadísticos, para el periodo del 2014, pero es evidente que se sugiere hacer un manejo integrado de plagas, donde el nematicida biológico controlará las poblaciones de hembras y huevecillos, y el químico al de juveniles
EL CONTROL DE PLAGAS EN LOS CULTIVOS
El control de las plagas de follaje y suelo por insectos.
Microbiales entomopatógenos más usados
Hongos
Paecilomyces fumosoroseus
Beauveria bassiana
Beauveria brogniartii
Verticillium dahliae
Verticillum lecani
Metarhizium anisopliae
Phlebiopsis gigantea
Nematodos
Sterinernema
Heterorabditis
Bacterias
Bacillus thuringiensis
Bacillus popilliae
Bacillus sphaericus
Serratia entomophila
Controla a más de 100 diferentes tipos de insectos de las especies de:Aniquim Metarhizium anisopliae + Beauveria bassiana
Anthonomus grandis (picudo algodonero); A. eugenii (picudo de chile); Cotinis mutabilis (mayate negro); Scyphophorus acupunctatusGyllenhal (Picudo de agave).
Ciclo de la enfermedad
Condiciones favorables:HR alta, temperatura cálida y alta densidad del huésped.
La espora germina sobre eltegumento, rara vez es ingeridavía oral.
Las hifas colonizan todo el hemocele del insecto.
En condiciones favorables, seproducen estructuras quesalen del insecto y se producela fructificación.
Control de insectos empleando bacterias entomopatógenas
• Bacteria tipo Gram positiva, habitante natural del suelo.
• Bajo condiciones adversas esporula y produce inclusiones proteínicas cristalinas con actividad toxíca y especifica a insectos, conocidas como Proteínas Insecticidas del Cristal (Cry y Cyt), también produce:
• Proteínas insecticidas Vip• -exotoxina• Proteasa• Quitinasas• Melaninas• Pectinasas, amilasas, estereasas
La bacteria que más éxito a tenido para el control de insectos es Bacillusthuringiensis
Modo de acción de BtINGESTIÓN
SOLUBILIZACIÓN
ACTIVACIÓN
UNIÓN
INSERCIÓN EN LA MEMBRANA
FORMACIÓN DE POROS
HINCHAZÓN CELULAR
Existen 70 serotipos y 92 subespecies con 100 diferentes tipos de endotoxinas
Las más comunes a nivel comercial son:
B. thuringiensis subsp. kurstaki (Lepidóptero)
B. thuringiensis subsp. israelensis (Díptera)
B. thuringiensis subsp. tenebrionis (Coleóptera)
Patotipo I
Patotipo II
Patotipo III
Aspectos a considerar para el control de plagas, empleando microorganismos
1.- Tipo de cultivo
2. Plaga a controlar
3. Condiciones ambientales
4. Tipo de microorganismos que se va a utilizar
5. Tecnología de aplicación
1. Cultivo
A. Edad
B. Características físicas
Arquitectura del follaje
Tamaño de las hojas
Contenido de cera
C. Valor económico (umbral del daño)
2. Plaga a controlar
A. Identificar qué es: plaga o enfermedad.
B. Ciclo de vida de la plaga o estructuras de reproducción
C. Densidad poblacional
D. Hábitos de alimentación
Si la plaga es de follaje (haz o envés), si es del suelo, si es barrenador, chupador.
Definir el objetivo de la aplicación. Sí es preventivo, de regulación o de control
3. Condiciones ambientales
A. Temperatura
B. Viento
C. Humedad relativa
D. Lluvia
E. Radiación ultravioleta
Los microbiales entomopatógenos son muy sensibles
a la radiación UV.
Algunos microbiales antagónicos requieren de
materia orgánica para aumentar sus poblaciones
De manera general son susceptibles a los plaguicidas
sintéticos
4. Tipo de microorganismo a utilizar
Diferenciar que la aplicación de un plaguicida sintético es distinta a la de un agente microbial
Producto Químico Producto biológico
Modo de acción directo Actúan por contacto o ingestión
Presión de vapor Requieren mejor cobertura para el caso de follaje.
Para aplicaciones a nivel de suelo considerar características del suelo (pH, porosidad)
Las condiciones ambientales los afectan poco relativamente
Las condiciones ambientales los afectan drásticamente
5.- Tecnología de aplicación para antagonistas
5.- Tecnología de aplicación para entomopatógenos
ResumenLa biotecnología se usa en cualquier práctica de la agriculturaSe pueden potenciar los rendimientos con 7 principios fundamentales:
1. Agricultura sustentable2. Uso de Mo´s benéficos3. Materiales vegetales mejorados4. Aprovechamiento de fertilizantes5. Análisis de microbiota6. Uso apropiado de agua7. Reguladores de crecimiento vegetal
Mecanismos de acción de microbiales antagonistasDirectos
IndirectosMecanismos de acción de microbiales entomopatógenos
ContactoIngestión
