BIOQUÍMICA ECOLÓGICA

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DE ESTUDIOS

AVANZADOS

UNIDAD IRAPUATO I.P.N.

Víctor Olalde Portugal

Factores que alteran la salud

- Abióticos

- Bióticos

Plantas

Animales

Microorganismos

Agua

Nutrientes

Temperatura

pH

Prácticas agronómicas afectan a la microbiota del suelo

Riego

Fertilización

Labores al suelo

Pesticidas

Actividades microbianas

Descomposición de residuos orgánicosFormación de humusMejoramiento de condiciones físicasSolubilizadores de nutrientesMejoran la absorción de agua y nutrientesFijación de N2

Optimizadores del transporte de nutrientes y otras funcione estimuladoras (Micorriza)

Control biológico

Suelo no estéril

Suelo estéril 0 25 50 75 100

100 75 50 25 0

Fusarium sp

Menor incidencia Mayor incidencia

Importancia de la microbiota del suelo en la incidencia de enfermedad

5% 70 %

Bio-Inoculante

La aplicación de microorganismos promueve la salud de las plantas

Nutrición Fisiología Sanidad de las plantas

(Bashan & Holguin, 1997; Sullivan, 2001)

Bio-inoculantes

Biofertilizantes

Bioestimulantes

Biopesticidas

MZcomercial

Fertilizer

Productos Microbianos

Bacterias Biofertilizates: Hongos Biofertilizantes:Azospirillum EndomicorrízicosAzotobacterFosfobacteriasBacillus subtilisRhizobium

Bacterias Bio pesticidas: Hongos Biopesticidas:Bacillus subtilis para diferentes hongos patógenos TrichodermaBacillus subtilis para bacterias patógenas MetarhizumBacillus thuringiensis PaecilomycesBurkholderia VerticilliumPseudomonas Beauveria

B

E

CA

F D

R A Í Z

ANCLAJE AL SUELO

ABSORCIÓN DE AGUA

ACUMULACIÓNDE

RESERVAS

SOPORTE DE LA VIDA MICROBIANA

CREACIÓN DE SUELO

SISTEMA DE

COMUNICACIÓN

ABSORCIÓN DE

NUTRIENTES

20-30% Fotosintatos

FOTOSINTATOS

AGUA Y MINERALES

MICORRIZAMUTUALISMO ENTRE LAS RAÍCES DE PLANTAS

Y HONGOS MICORRÍZICOS

Clasificación

taxonómica

de

Glomeromycota

(Dirk Redecker & Arthur Schüßler & Herbert Stockinger & Sidney L. Stürmer & Joseph B. Morton &Christopher Walker, 2013)

PPP

P

PP

P

P P PPP

INCREMENTO EN LA SUPERFICIE DE ABSORCIÓN- Aumento en la raíz

-Extensión de hifas de hongo micorrízico

Agua- Hojas más turgentes-20-200% más eficientes en el uso del agua.- Más tolerancia al agobio hídrico.-Mayor control de la apertura estomática

MEJOR CONTROL DE ENFERMEDADES DE LA RAÍZ

Nutrientes-Mejora la incorporación de nutrientes:P, N, Ca, Zn, Cu, Mg, Mo

- Reduce la necesidad de aplicar tanto fertilizante.Con micorrizaSolo fertilizada

BENEFICIOS EN LA PARTE AÉREA

- Incremento en el espesor del tejido fotosintético.- Mejora la asimilación de CO2.

- Incremento en la liberación de O2

- Mayor tolerancia a la temperatura por lo tanto menorfoto-respiración.

- Hojas más turgentes.-Mejor control de la apertura estomática.

Planta más productiva y más tolerante a la sequía

FISIOLÓGICOS

BENEFICIOS EN LA PRODUCCIÓN

EN GRANOS- Incremento en el tamaño de grano.- Mejor peso hectolítrico.- Incremento en rendimientos.

FRUTAS Y HORTALIZAS- Mejora la vida de anaquel- Incremento en la firmeza- Colores más intensos.- Mejora los rendimientos

FLORES- Mejora la vida de anaquel- Colores más intensos- Tamaños homogéneos

4 pH 7 4 pH 7

Plantas estresadas sin micorriza

Plantas estresadas con micorriza

kDa

160

80

50

40

30

25

20

15

Número

Spot

Descript

or

Matc

h

pI

(Exp)

MM

(Exp)N0 accesión Nombre

Estrés oxidativo

1 A3 326.15

016.20

Sb01g035350

.1

Probable

Superóxido dismutasa

2 36 91 6.15 24.29 Sb01g005990Glutatión

S-transferasa

3 37 136 5.71 27.78 Sb06g017080 Ascorbato peroxidasa

4 A22 1596.65

3

32.13

9

Sb01g038760

.1Ascorbato peroxidasa

Síntesis, plegamiento y degradación de proteínas

5 40 366 6.49 74.09 Sb06g021850 Dominio de unión a RNA

6 A5 436.31

6

17.06

8

Sb04g035130

.1

Probable

20 kDa proteínas de

choque térmico

7 A14 906.42

3

24.47

6

Sb02g029260

.1

20 S Proteosoma

subunidad beta

8 A15 925.84

3

24.50

3

Sb02g029260

. 1

20 S Proteosoma

subunidad beta

Energía

9 A23 1926.35

2

35.99

9

Sb03g028060

.1Aldo/ceto reductasa

Metabolismo

10 A16 115 5.1024.88

8

Sb01g003330

.1Chalcona isomerasa

Transcripción

11 A12 866.28

9

23.93

5

Sb04g001720

.1

Proteínas choque frío

domain

No caracterizadas

12 22 55 4.71 19.13 Sb03g008950 Proteína hipotética

13 A17 1204.86

3

25.62

4No identificada

14 A10 764.68

5

21.84

5No identificada

500 “Spots” detectados14 Proteínas aumentaron

consorcio*

Kg/haRendimiento

Kg

0 211-69-00 4 5,735 33

1.5 211-34.5-00 3 5,546 20

3 211-34.5-00 3 5,614 8

5 211-34.5-00 3 5,771 7

Fertilización Riegos

Efecto de la inoculación con hongos micorrícicos arbuscularessobre el rendimiento de plantas de trigo

Infección%

* 2000 esporas/100 g suelo

(Olalde-Portugal y col., 2000)

SIN MICORRIZA CON MICORRIZA

PLANTAS DE CHILECON

PHYTOPHTHORA CAPSICI

(Alejo-Iturvide y col. 2007)

Mecanismos de control de enfermedades

asociados a la micorriza

Competencia por fotosintatos del hospedero Competencia por sitios de infección Incremento en el nivel nutricional del hospedero Compensación de daño de la raíz Cambios morfológicos y fisiológicos de la raíz del hospedero Cambios en la comunidad de la micorrizósfera Antibióticos Activación de mecanismos de defensa

Contenido de P en sueloAplicación de ureaCalidad del productoCepa (s) del inóculoFungicidasGenotipo de planta

Factores que tomar en cuenta en el

uso de hongos micorrícicos

22 ppm de P 80 ppm de P

28.7 µmol CO2 m-2s-117.3 µmol CO2 m-2s-1

4.04 X10-3 mmol CO2/mmol USO EFICIENTE DE AGUA

2.04 X10-3 mmol CO2/mmol USO EFICIENTE DE AGUA

80% colonización 53% colonización

71 % arbúsculos0 % arbúsculos

Efecto de diferentes dosis de urea sobre maíz con micorriza

Tratamiento Peso seco follaje (g) % Arbúsculos

Consorcio

Consorcio 25 U

Consorcio 50 U

Consorcio 75 U

Consorcio 100 U

2.50

2.54

2.28

2.12

1.79

80

43

33

20

0

Consorcio de varias especies de HMA

FertilizanteGlomus intraradices Consorcio

Efecto de la cepa del Hongo Micorrízico

Tasa fotosintética

µmol CO2 m-2s-1 21.3 29.8 17.1Peso seco follaje (g) 2.9 6.3 1.7Fósforo ppm 0.45 1.03 0.29

SEMILLA FERTILIZANTE COMPOSTAS

CHAROLAS RIEGOS POR GOTEOAL TRASPLANTE

- Mejoran la estructura de la raíz.- Incrementan la nutrición de nitrógeno.- Mejoran el desarrollo de la planta.- Reducen la aplicación de fertilizante nitrogenado.

En suelos con pH entre 6-7 el cultivo toma 15% si se aplica al voleo y 30% en banda.

En suelos ácidos o alcalinos el 5% al voleo y 15% en banda.

Tri-cálcico FeAl

FOSFOBACTERIASMejoran la solubilidad del fósforo del suelo

lo hacen disponible

CONSIDERACIONES:

- La fertilización con N- Niveles de fósforo- Algunos micronutrientes.- Planta con la que se asocian.- Humedad del suelo.- CONOCIMIENTO DE LA CEPA

Si el suelo es deficiente en Mo, Zn, Fe será necesario aplicarlos.

Bacillus subtilis

MZ

Comercial

Fertilizado

MZComercial

raíz de la planta

PGPR

aminoácidos

IAAIAA

SAM

ACC

etileno

elongación

de raíz

e x u d a d o ACC

aminio y

α-ketobutirato

ACC sintasa

ACC oxidasaACC deaminasa

aminoácidos

moléculas catiónicas

(moléculas señal)

Bacillusauxinas vías de transducción

de señales

etileno

transporte

polar

receptor

síntesis

influjo

eflujo

genes de

respuesta

temprana

y tardía

receptor

respuesta

síntesis

EIN 2

EIN 3 EIL 2

Respuesta:

disminución en la elongación de la

raíz principal.

incremento en el número de raíces

laterales.

incremento en la longitud total de la

raíz.

modificación en el desarrollo de pelos

radiculares.

SIDEROFOROS

catecol(enterobactin)

Hidroxamate(ferrichromo)

(Chet 1988, Conn 1997 )

COMPETENCIA POR NUTRIENTES

Pseudomonas flourescens

FENAZINAITURINA

Bacillus subtilis

ANTIBIOSIS

AMENSALISMO

HCN Pseudomonas fluorecens strain Ps123

Thielaviopsis basicola

NH4+

Enterobacter cloacaePythium ultimum

Enzimas líticas

rompimiento

-1-4

Bacillus mycoides strain Bac J betabel Peroxidasa, quitinasas y β-1,3-glucanasBacillus subtilis GB03 y IN937a Arabidopsis 2,3-butanediol Pseudomonas fluorescens WCS417 clavel LipopolisacaridoPseudomonas fluorescens CHA0 tabacco Sideroforos

Resistencia sistémica inducida

T

r

i

c

h

o

d

e

r

m

a

CRITERIOS QUE DEBE CUMPLIR UN

“AGENTE ANTAGONICO IDEAL”

Presentar estabilidad genética.

No tener requerimientos nutricionales complejos.

Actuar efectivamente a concentraciones bajas.

Ser capaz de sobrevivir bajo condiciones ambientales adversas.

No producir daño en el hombre y a otros organismos.

Ser compatible con tratamientos físicos y químicos.

No ser patógeno contra la planta.

Enfermedades causadas por hongos

• ROYA DE LA HOJA ( Roya café) Puccinia recondita

• Roya del tallo (roya negra) Puccinia graminis f. sp. tritici

• Roya lineal (roya amarilla) Puccinia striiformis

• Manchas foliares causadas por Fusarium (moho blanco)

• Calonectria nivalis (Fusarium nivale)

Fusarium graminearum

Fusarium en raíz

APLICACIÓN(INOCULACIÓN)

Con microorganismos Convencional

CON MICORRIZA SIN MICORRIZA

CON Bacillus subtilis para control de Fusarium

CUIDADOS EN EL USO DE MICROORGANISMOS

BACTERIAS

- No aplicar a plena luz del sol.- No aplicar con antibióticos.- No aplicar con cobres.- Se requiere a veces adherente.

HONGOS

- No aplicar con fungicida. Contenido de P en sueloAplicación de ureaCalidad del productoCepa (s) del inóculo

HONGO MICORRÍZICO