TERCER TALLER DE CAPACITACIÓN TÉCNICA

Transcripción

1 TERCER TALLER DE CAPACITACIÓN TÉCNICA Nov 2008 Plant Physiology July 2011 Plant Physiology August 2012 Nature Nov 2016 Molecular Plant Microbe Intreractions

2 Biotecnología en la agricultura Aplicaciones con agentes microbiales Dra. Rocío Velázquez Robledo Miércoles 22 de Febrero de 2017

3 Problemática de la distribución de los alimentos Población mundial estimada en éste año es de millones de habitantes millones (9 billones) La Revolución Verde de finales del siglo XX contribuyó al agotamiento de los recursos no renovables (suelo y agua)

4 Se logró entre los 40 s- 80 s aumentar la producción de alimentos, pero hoy en día tiene sus problemas..limitan la productividad

5 33 % de nuestro suelo global esta degradado Cada año el suelo se degrada. Sí seguimos con las mismas prácticas en 60 años se perderán las capas del suelo superior Tomarían muchos años (1000) producir 2-3 cm de suelo 16 % del continente africano ha sido afectado por degradación del suelo

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7 Los principales retos mundiales se centran: Producir alimentos en mayor cantidad Inocuos Asegurando la productividad en sig. generaciones Con insumos de menor costo Respetando las nuevas legislaciones ecológicas

8 Los avances científicos han dirigido el conocimiento hacia actuales retos

9 La herramienta clave es la Biotecnología Biotecnología. Es una especialidad multidisciplinaria cuyo conocimiento generado permite la modificación y la utilización de seres vivos del planeta. Busca hacer un uso responsable y sustentable de la biodiversidad, mediante el desarrollo de la tecnología, de forma eficaz, limpia y competitiva.

10 Áreas de la Biotecnología Otros Los colores de la biotecnología Ambiental

11 Segmentación del mercado biotecnológico mundial en el % 8% 7% 14% 60% Salud humana Proveedor de Servicios Ambiental e Indistrial Agricultura y Alimentos Tecnologia de servicios Analyst Research Report Written by Osman Ghani, Chartered Financial Analyst Proud Member of the CFA Institute January, 13th 2014

12 Los retos para la agricultura son: 1. Erosión 2. Escasa o nula microbiota 7. Saturación con fertilizantes y plaguicidas 6. Poca retención de agua 3. Variedades vegetales con genética de bajos rendimientos 4. Baja fertilidad de los suelos 5. Incremento de plagas y enfermedades

13 Los 7 principios del éxito de la producción agrícola 1. Agricultura sustentable (labranza) 7. Reguladores de crecimiento Biorregulación 2. Uso de microorganismos asociados a plantas Biofertilización/Biocontrol de plagas 6. Uso adecuado de recursos como el del agua 3. Materiales vegetales mejorados Bioingeniería genética 5. Conocimiento de la microbiota (patógenos y benéficos) Cultivo anterior 4. Mejor aprovechamiento de los fertilizantes (Agricultura de precisión)

14 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.

15 2. Uso de microorganismos asociados a plantas (protección) Captadoras de energía O 2 Fijadores de nitrógeno Formadores de humus Detoxificadores CO2 Mineralizadores Promotores de crecimiento PGPR Constructores de estructura Solubilizadores de fósforo Activadores de sist. defensivo Formadores de micorrizas Celulíticos

16 3. Materiales vegetales mejorados con Biotecnología Ingeniería genética Nueva era de la Ingeniería genética Edición de genomas

17 4. Mejor aprovechamiento de los fertilizantes (Agricultura de precisión) Materia orgánica (nutrientes para microbios) Crecimiento de raíces Solubilizacion nutrientes La materia orgánica del suelo es el almacén de energía y nutrientes utilizados por las plantas y otros organismos. Bacterias, hongos y otros organismos excavadores, transforman y liberan nutrientes de la materia orgánica

18 5. Conocimiento de la microbiota (patógenos y benéficos; Cultivo anterior) La microbiología del suelo Ciliados Bacterias Nematodos Hongos Raiz

19 6. Uso adecuado de recursos como el del agua Son muchos los m 3 de agua que se usan para suministrar los nutrientes a La planta. Sin embargo es un recurso cada vez más escaso y hay que aprender a suministrarlo, para aprovecharlo al máximo. Uso de cintas de riego

20 7. Reguladores de crecimiento

21 Cuidemos al suelo, porque de él depende el éxito de la agricultura

22 SinQuímica especializado en microbiales Antagonistas Bs Funqui Entomopatógenos EN DESARROLLO Nematicidas Nemaquin B. subtilis Trichoderma viride B. thuringiensis Paecilomyces variotii M. anisopliae B. bassiana Colletotrichum R. solani Cordyceps

23 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 o Alta taza de crecimiento. o Secreta ácidos orgánicos. o Libera compuestos que estimulan desarrollo. o Y estimula la ISR. amplias condiciones ecológicas. o Secreción de antibióticos. Bacillus subtilis Phytophthora capsici Trichoderma viride

24 Elementos que controlan las enfermedades fungosas 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 Antibióticos que perturban la actividad de la membrana plasmática

25 Cómo trabaja Trichoderma viride Degradador 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

26 Efecto de plantas inoculadas con Trichoderma viride y patógeno Fusarium oxysporum f. sp. radicislycopersici T6 T5 T4 T1 T2 T3 T3 T2 T4 T5 T6 T1 1. T. viride 2. T. harzianum/forl 3. T. viride/forl 4. Procloraz/Forl 5. Forl 6. Testigo negativo

27 GRAMOS % DE SEVERIDAD CM Efectos indirectos que ejerce T. viride en el control de FORL A 140 Severidad enfermedad BC B Altura C en las plantas AB AB A AB TRATAMIENTOS B T. viride T. harzianum/forl A T. viride/forl Procloraz/FORL FORL Testigo negativo A B Volumen de raíces Peso fresco en plantas CM B AB AB AB A A T. viride T. harzianum/forl T. viride/forl Procloraz/Forl Forl Control negativo AB A T. viride T. harzianum/forl AB A T. viride/forl Procloraz/FORL FORL Testigo negativo A B Letras diferentes indican diferencia significativa Tukey 0.05

28 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

29 Modo de acción 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. Control de enfermedades del follaje (Roya, Cenicilla, Antracnosis) Inducción de resistencia sistémica inducida. Produce fitoalexinas contra el ataque de hongos, bacterias y nematodos patógenos. 29

30 % de área foliar afectada Biocontrol de Podosphaera xanthii (cenicilla) en Calabaza zucchini 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 Supervivencia de B. subtilis en follaje a los 7 dpi (4 monitoreos semanales) 2, 476 UFC/gr

31 Actividad biológica vs fitopatógenos Fitopatógeno Control (+) Sobrenadante (lipopéptidos) Características intrínsecas de B. subtilis Q11 Colletotrichum sp Lipopéptidos tipo iturinas A6 y A7, potentes antifúngicos. El extracto crudo posee estabilidad a altas temperaturas y a Diplocarpon rosae condiciones de fuerzas iónicas generadas por soluciones salinas de 2, 4 y 6 % de cloruro de sodio. La cepa Q11 pertenece al género Bacillus y posee los genes para la Rhizoctonia solani 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 Alternaria solani 2M de NaCl.

32 Mecanismos directos e indirectos del biocontrol con antagonistas Sí la enfermedad esta presente Inhiben o eliminan propágulos de fitopatógenos (antagonismo).

33 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

34 El éxito del biocontrol Tipo de cepa a usar Hongo a antagonizar Tipo de cultivo Ambiente Disponibilidad de nutrientes Temperatura

35 El control de las enfermedades por nemátodos Lesiones en las raíces por nodulaciones Debilitamiento de la planta, aparente deficiencia en nutrientes, marchitez Susceptibilidad a infecciones fungosas y/o bacterianas

36 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

37 Principales nematodos fitópatógenos TOP TEN 1987 a 2008 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 Nacobbus aberrans Todos presentes en México

38 Forma de reproducción de los nematodos Dimorfismo sexual: el macho es más pequeño que la hembra y en su cola presenta un gancho. Meloidogyne, Heterorodera, Nacobbus, etc. Bisexuada. No hay diferencia entre los sexos. 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. Partenogénesis. Cuando las hembras producen óvulos fértiles. Huevo Juvenil1 Juvenil2 Juvenil3 Juvenil 4 Adulto

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40 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.

41 Nemátodo hembra sano Nemátodo infectado Por Nemaquim Produce enzimas como quitinasas, proteasas y lipasas las cuales causan deformaciones, destrucción de ovarios, vacuolizaciones y pérdida de movimiento

42 Estudio comparativo de la efectividad biológica de diversos productos para el control del nematodo agallador: Meloidogyne incognita en pepino

43 Porcentaje de daños en los periodo del 2013 y 2014 Periodo 2013 Tratamientos % Inicial % Final Periodo 2014 Tratamientos % Inicial % Final Nemaquim 61.6% 28.5% Nemaquim 22% 17% Ditera 35.24% 49.5% Vydate 60% 30.5% Ditera 22% 47% Vydate 17% 25% Testigo 46.6% 30% Testigo 26% 20% 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

44 EL CONTROL DE PLAGAS EN LOS CULTIVOS

45 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 Bacterias Bacillus thuringiensis Bacillus popilliae Bacillus sphaericus Serratia entomophila Nematodos Sterinernema Heterorabditis

46 Aniquim Metarhizium anisopliae + Beauveria bassiana Controla a más de 100 diferentes tipos de insectos de las especies de: Anthonomus grandis (picudo algodonero); A. eugenii (picudo de chile); Cotinis mutabilis (mayate negro); Scyphophorus acupunctatus Gyllenhal (Picudo de agave).

47 Ciclo de la enfermedad En condiciones favorables, se producen estructuras que salen del insecto y se produce la fructificación. La espora germina sobre el tegumento, rara vez es ingerida vía oral. Condiciones favorables: HR alta, temperatura cálida y alta densidad del huésped. Las hifas colonizan todo el hemocele del insecto.

48 Control de insectos empleando bacterias entomopatógenas La bacteria que más éxito a tenido para el control de insectos es Bacillus thuringiensis 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

49 Modo de acción de Bt INGESTIÓN SOLUBILIZACIÓN ACTIVACIÓN UNIÓN INSERCIÓN EN LA MEMBRANA FORMACIÓN DE POROS HINCHAZÓN CELULAR

50 Existen 70 serotipos y 92 subespecies con 100 diferentes tipos de endotoxinas Las más comunes a nivel comercial son: B. thuringiensi subsp. kurstaki (Lepidóptero) Patotipo I B. thuringiensi subsp. israelensis (Díptera) Patotipo II B. thuringiensi subsp. tenebrionis (Coleóptera) Patotipo III

51 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

52 1. Cultivo A. Edad B. Características físicas Arquitectura del follaje Tamaño de las hojas Contenido de cera C. Valor económico (umbral del daño)

53 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

54 3. Condiciones ambientales A. Temperatura B. Viento C. Humedad relativa D. Lluvia 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 E. Radiación ultravioleta

55 4. Tipo de microorganismo a utilizar Diferenciar que la aplicación de un plaguicida sintético es distinta a la de un agente microbial Producto Químico Modo de acción directo Presión de vapor Las condiciones ambientales los afectan poco relativamente Producto biológico Actúan por contacto o ingestión 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 drásticamente

56 5.- Tecnología de aplicación para antagonistas

57 5.- Tecnología de aplicación para entomopatógenos

58 Resumen La biotecnología se usa en cualquier práctica de la agricultura Se pueden potenciar los rendimientos con 7 principios fundamentales: 1. Agricultura sustentable 2. Uso de Mo s benéficos 3. Materiales vegetales mejorados 4. Aprovechamiento de fertilizantes 5. Análisis de microbiota 6. Uso apropiado de agua 7. Reguladores de crecimiento vegetal Mecanismos de acción de microbiales antagonistas Directos Indirectos Mecanismos de acción de microbiales entomopatógenos Contacto Ingestión

59 Gracias por su atención Dra. Rocío Velázquez Robledo