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Una
de las características sociales de las últimas décadas
del siglo XX ha sido la toma de conciencia del agotamiento de los recursos
naturales debido a la explotación desmesurada de los mismos. En
el ámbito de la producción agrícola, las demandas
cada vez más exigentes del mercado mundial han llevado a un uso
exhaustivo de la tierra. La utilización de un mismo cultivo durante
muchos años en el mismo lugar aumenta la frecuencia de aparición
de organismos del suelo que causan enfermedades en las plantaciones y por
lo tanto pérdidas económicas muy
costosas. Para solucionar este problema se comercializan numerosos
pesticidas
químicos, en la mayoría de los casos muy efectivos,
pero que producen graves daños al medio ambiente, contaminando suelos
y cursos de aguas. Como ejemplo, un potente agente fumigante como el bromuro
de metilo desaparecerá del mercado en los países desarrollados
para el año 2005, ya que sus efectos tóxicos han sido constatados
en reiteradas oportunidades. Inclusive se ha demostrado que su uso indiscriminado
ha contribuido a la formación del agujero en la capa de ozono (Ristaino,
J. B. y W. Thomas. 1997). La devastación de la naturaleza ocasionada
por el depósito de desechos químicos en ecosistemas naturales
ha conducido a graves problemas de contaminación,
que en muchas ocasiones llevan a pérdidas
de vidas humanas y a una disminución
de la biodiversidad. En los últimos años se ha
prestado especial atención al estudio de nuevas tecnologías
que posibiliten el uso de prácticas de producción agrícola
sustentables, dirigidas hacia la explotación racional de los recursos
naturales y tendiendo a reducir el uso de pesticidas sintéticos.
La rizósfera, las rizobacterias y el control biológico
La rizósfera se define como la estrecha zona de suelo que rodea a la raíz (aproximadamente 2mm de distancia) y está bajo su influencia.
Este hábitat está ocupado
por una gran diversidad de microorganismos tanto benéficos
(ayudan al crecimiento de las plantas) como patógenos
(les producen enfermedades). Se denominan rizobacterias
a las bacterias que viven en este hábitat. Dentro de este grupo,
las Pseudomonas fluorescentes son capaces de promover el crecimiento
de las plantas debido a su capacidad de inhibir el crecimiento de hongos
patógenos.
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| Crecimiento en medio de cultivo de una bacteria de Pseudomonas fluorescente (izquierda) y una no fluorescente (derecha) |
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| Foto obtenida por microscopía electrónica de bacterias de Pseudomonas fluorescentes creciendo sobre las raíces de plantas de tomate. La barra blanca a la derecha representa 10mm. Tomado de Chin-A-Woeng et al., 1997. |
Estudios realizados a fines de los 70 y
principios de los 80 en la Universidad de California, Berkeley, demostraron
que algunas cepas de Pseudomonas fluorescentes eran capaces de mejorar
el crecimiento de papa y caña de azúcar cuando eran aplicadas
a las semillas (Schroth, M. N. y J. G. Hancock. 1982). Los resultados de
estos estudios, junto con la toma de conciencia sobre los efectos adversos
de los pesticidas químicos, propiciaron el resurgimiento a escala
mundial de la investigación sobre el uso de inoculantes bacterianos
para controlar patógenos y mejorar el crecimiento vegetal. De esta
manera se utilizan organismos naturales
(rizobacterias) para reducir los efectos de organismos
indeseables (patógenos) y así favorecer
la producción de cultivos vegetales. Esto se conoce como
Control
Biológico y es utilizado como una alternativa ecológica
al uso de pesticidas sintéticos.
Enfermedades de nuestras pasturas
En
Uruguay, la industria agropecuaria es de gran importancia social y económica,
ya que aproximadamente el 40% de las exportaciones corresponden a productos
pecuarios.
Las leguminosas forrajeras juegan un papel importante en la producción
agropecuaria de nuestro país, constituyendo una fuente de alimento
de alta calidad para el ganado. En 1998, la superficie de praderas artificiales
permanentes, compuestas básicamente por lotus, alfalfa y trébol
blanco, alcanzaba 1.223.000 ha (Anuario
Estadístico Agropecuario. 1999. MGAP, DIEA, OPYPA)
Uno de los problemas más importantes
de estas leguminosas forrajeras es su baja persistencia
en
los suelos. Las enfermedades de implantación
ocasionadas por hongos fitopatógenos
es uno de los factores que afectan el rendimiento de las pasturas. En nuestro
país es común sembrar 670 semillas de lotus/m2
para lograr no más de 200 plantas/m2
(menos del 30% de implantación), lo que denota una gran ineficiencia
en este proceso. En el caso de alfalfa, las enfermedades reducen al menos
un 30% su implantación, lo cual adquiere relevancia si se tiene
en cuenta el incremento en el área de siembra que ha tenido esta
especie. Según datos de INASE (Instituto Nacional de Semillas) la
importación de semillas de alfalfa ha aumentado de 15,5 ton en 1990
a 160,6 ton en 1998, lo cual representa más de 1000%.
En nuestro país, hongos patógenos
del suelo tales como Pythium, Rhizoctonia y Fusarium son
los principales causantes de enfermedades como la podredumbre de semilla
y el damping-off de pre- y pos-emergencia
en leguminosas forrajeras. El damping-off de
pre-emergencia se caracteriza por la pudrición de las semillas,
las cuales se ablandan, se cargan de agua y por lo tanto las raíces
no llegan a emerger. En el damping-off de pos- emergencia el patógeno
ataca a tallos jóvenes ocasionando la caída y muerte de la
planta.
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| Plantas de lotus (Lotus corniculatus) sanas (S) e infectadas por el hongo Pythium ultimum (I) |
Control Biológico en pasturas uruguayas
En
el Laboratorio de Ecología Microbiana (Depto. de Bioquímica,
IIBCE) se investiga la posibilidad de utilizar bacterias del género
Pseudomonas
que viven en las raíces de leguminosas forrajeras como control biológico
de hongos fitopatógenos. Luego del análisis de más
de 600 bacterias provenientes de suelos uruguayos, fueron seleccionadas
sólo 3 que son capaces de proteger a las plantas de lotus (Lotus
corniculatus) de enfermedades como el damping-off en condiciones
de cámara de crecimiento (Bagnasco,
P., L. De La Fuente, G. Gualtieri, F. Noya y A. Arias. 1998. Fluorescent
Pseudomonas
spp. as biocontrol agents against forage legume root pathogenic fungi.
Soil Biology & Biochemistry 30:1317-1322). Estas bacterias están
siendo evaluadas actualmente en condiciones de campo para comprobar si
son capaces de proteger a las pasturas en un ambiente natural no controlado
(Proyecto financiado por BID-INIA; Altier,
N., C. Pérez, L. De La Fuente and A. Arias. 2000. Native fluorescent
Pseudomonas as biocontrol agents of seedling diseases on birdsfoot trefoil.
Proceedings of the 5th International PGPR Workshop. Córdoba, Argentina.
).
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Prueba preliminar de inhibición en medio de cultivo. La bacteria 1 no es capaz de antagonizar (detener) el crecimiento del hongo patógeno y éste crece sobre ella. Sin embargo las bacterias 2, 3 y 4 inhiben el crecimiento del hongo y por lo tanto son candidatas a ser estudiadas para saber si son capaces de controlar al patógeno en la planta. |
Otro aspecto importante a tener en cuenta
para el uso de estos agentes de control biológico es su relación
ecológica con otras bacterias benéficas que también
viven en las raíces de las plantas, en especial los rizobios.
Estas bacterias son utilizadas para inocular prácticamente el 100%
de las semillas de leguminosas forrajeras sembradas en Uruguay. El efecto
benéfico de los rizobios reside en su capacidad para transformar
el nitrógeno del aire en formas químicas que pueden ser asimiladas
por las plantas (Fijación biológica de N2),
por lo cual se utiliza la inoculación con rizobio como alternativa
al uso de fertilizantes nitrogenados. En ensayos realizados en nuestro
laboratorio, se comprobó que la introducción en las semillas
de bacterias de Pseudomonas con capacidad biocontroladora, no influye
en el efecto promotor del crecimiento ejercido por rizobio en lotus, alfalfa
y trébol blanco (De La Fuente, L., L. Quagliotto,
N. Bajsa, E. Fabiano, N. Altier y A. Arias. 2001. Inoculation with Pseudomonasfluorescens
biocontrol strains does not affect the symbiosis between rhizobia and forage
legumes. Soil Biology & Biochemistry, imprimiéndose).
Esto hace factible el desarrollo de un inoculante
mixto que sirva para promover el crecimiento de leguminosas
forrajeras directamente (efecto del rizobio por el aporte de nitrógeno)
y proteja a las plantas de enfermedades (efecto de las Pseudomonas
por inhibición de hongos patógenos).
¿Por qué son capaces estas rizobacterias uruguayas de controlar fitopatógenos?
También
en el Laboratorio de Ecología Microbiana (IIBCE) se están
investigando los mecanismos por los cuales estas rizobacterias son capaces
de inhibir la acción patogénica de determinados hongos. Se
ha encontrado que producen sustancias antibióticas
que son las responsables de su efecto biocontrolador. Una de estas Pseudomonas
fluorescentes produce una sustancia hasta ahora no descrita (Bagnasco,
P. 1997. Estudio de la capacidad inhibidora de una cepa nativa de Pseudomonas
fluorescente frente al hongo fitopatógeno Pythium ultimum.
Tesis de Maestría en Ciencias Biológicas. PEDECIBA).
Otra de las Pseudomonas uruguayas produce 3 tipos de antibióticos
lo cual le permite un rango más amplio de acción para el
control de hongos patógenos (De La Fuente,
L. 2000. Estrategias de Control Biológico en la Cepa Nativa Pseudomonasfluorescens
UP61. Tesis de Maestría en Ciencias Biológicas. PEDECIBA;
De
La Fuente, L., N. Bajsa, P. Bagnasco, L. Quagliotto, L. Thomashow and A.
Arias. 2000. Antibiotic production by biocontrol Pseudomonas fluorescens
isolated from forage legume rhizosphere. Proceedings of the 5th International
PGPR Workshop. Córdoba, Argentina. ).
La implementación de estas bacterias
aisladas de suelos uruguayos como agentes de control biológico para
ser distribuidas comercialmente llevará a la adquisición
de una nueva herramienta biotecnológica en nuestro país,
cuyas características ayudarán a la conservación del
medio ambiente y de la diversidad biológica, potenciando la imagen
de Uruguay como un país que produce productos agropecuarios de alta
calidad.
Equipo
de trabajo:
Laboratorio
de Ecología Microbiana (IIBCE)
Q.
F. Alicia Arias
Mag.
Leonardo De La Fuente
Lic.
Natalia Bajsa
Lic.
Leticia Quagliotto
Dra.
Elena Fabiano
Lic.
Federico Battistoni
Lic.
Raúl Platero
Mag.
Patricia Bagnasco (actualmente realizando estudios de doctorado en
EE.UU)
Colaboradores
en otros centros de investigación:
Ing.
Agr. Ph. D. Nora Altier (INIA-Las Brujas)
Ing. Agr. Carlos Pérez
(Fac. Agronomía, EEMAC Paysandú)
Ing. Agr. Fernando Ducamp
(Fac. Agronomía, EEMAC Paysandú)
Bibliografía:
Chin-A-Woeng,
T. F. C., W. de Priester, A. J. van der Bij y B. J. J. Lugtenberg. 1997.
Description of the colonization of a gnotobiotic tomato rhizosphere by
Pseudomonasfluorescens
biocontrol strain WCS365 using scanning electron microscopy. Molecular
Plant-Microbe Interactions 10:79-86.
Ristaino, J. B. y W.
Thomas. 1997. Agriculture, methyl bromide, and the ozone hole: can
we fill the gaps? Plant Disease 81:964-977
Schroth, M. N. y J. G.
Hancock. 1982. Disease suppressive soil and root colonizing bacteria.
Science 216:1376-1381
