UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE AGRONOMÍA

DEPARTAMENTO E INSTITUTO DE BOTÁNICA AGRÍCOLA

POSTGRADO EN AGRONOMÍA

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES AGRÍCOLAS

ESCUELA SOCIALISTA DE AGRICULTURA TROPICAL

Prof.a HELEN YNGEBORG PÉREZ PIVAT

GENERALIDADES SOBRE PATOLOGÍA DE SEMILLAS

(CASO HONGOS) E IMPORTANCIA DE ALGUNOS

PATÓGENOS FÚNGICOS CON ÉNFASIS EN CEREALES

Y OLEAGINOSAS

NOVIEMBRE, 2015

Definiciones básicas: Semilla, Epidemiología, Epidemia, Enfermedad,

Patología de Semillas, Inóculo, Fuente de Inóculo, Infección, Infestación,

Transporte y Trasmisión.

CONTENIDO

Importancia agronómica de la semilla.

Breve reseña de aspectos históricos de enfermedades fúngicas

asociadas a las semillas.

Tipos de asociación de las semillas con los patógenos fúngicos.

Ejemplos.

Trasmisión de patógenos fúngicos a partir de la semilla. Ejemplos.

Algunas implicaciones epidemiológicas de la asociación de

patógenos fúngicos con las semillas.

Medidas generales de control. Certificación de semillas.

Métodos de análisis fitopatológico para la detección de patógenos

fúngicos en semillas.

Algunos ejemplos importantes de patógenos fúngicos asociados a

las semillas en cereales y oleaginosas.

DEFINICIONES BÁSICAS

SEMILLA

Unidad reproductiva de las espermatofitas,

normalmente de origen sexual.

Dicotiledónea Monocotiledónea

Endosperma o

albumen

Embrión

Pericarpo y

episperma

fusionados

Fruto-semilla

(Gramineae)

Episperma (testa+tegmen)

Endosperma o albumen

Embrión

Epidemiología (Epifitiología o epifitología)

Epidemia

Ciencia que se ocupa del estudio

de las enfermedades en

poblaciones. (Van Der Plank, 1963)

Estudio de poblaciones de patógenos

en poblaciones de plantas, bajo la

influencia de factores ambientales y la

interferencia del hombre. (Kranz, 1974)

Fenómeno mediante el cual un patógeno

se disemina y afecta extensas áreas de

poblaciones individuales de plantas en un

corto tiempo.(Agrios, 2005)

Cualquier incremento o

disminución temporal o espacial de

una enfermedad. (Ulacio, 2013)

Enfermedad

Alteración fisiológica o morfológica negativa de la planta causada por

acción de un patógeno o algún factor ambiental, lo que puede ocasionarle

deterioro e incluso la muerte. (Arauz, 1998; Agrios, 2005)

PATOLOGÍA DE SEMILLAS

Ciencia que estudia las implicaciones relativas a la asociación

de patógenos con las semillas, considerando todas las etapas

del sistema de producción y uso de las mismas.

Tiene como objetivo principal el control de los patógenos de

los vegetales transmisibles por la semilla. (Pacheco, 1988)

Características de la Patología de Semillas

(Pacheco, 1988)

2

56

Diagnóstico y

estudio de los

patógenos

asociados a

la semilla

1 3

7 4

CARACTERÍSTICAS

Caracterización

y evaluación de

pérdidas causadas

por patógenos a

partir de la

semilla

Estudio sobre

la dinámica y

los mecanismos

de trasmisión

de

patógenos

Desarrollo de

métodos de

detección y

control de

patógenos en

semilla

Establecimiento

de límites

de tolerancia

Desarrollo de

métodos de

control de

enfermedades en

campos de

producción

de semillas

Estudio de

causas y

control de

deterioro en

semillas

almacenadas

C

A

L

I

D

A

D

S

A

N

I

T

A

R

I

A

Inóculo

Patógeno(s) que llegan a la planta. Cualquier parte del

patógeno que puede producir infección.

Fuente de Inóculo

Reservorio del patógeno

Suelo, semillas, restos de cosecha, malezas, órganos de

propagación, material de trasplante, cultivos de campos vecinos

infectados, hospedantes alternos.

Infección

Establecimiento del patógeno en forma activa (dentro del

hospedante).

Secciones transversales de semillas de soja

(Glycine max L. Merr.)

BA

A. Embrión sano.

B. Embrión infectado por Colletotrichum truncatum. Co: conidios; St: Setas

(Begum et al., 2007)

Infestación

Contaminación externa por un patógeno, en forma pasiva.

Semillas de soja (Glycine max

L. Merr.) infestadas por

Peronospora manshurica

Transporte y Trasmisión

El transporte de un patógeno por la semilla no asegura,

necesariamente, su trasmisión a la progenie. La trasmisión tiene

altas probabilidades de ser efectiva a partir del momento en que

el patógeno se localice en el embrión.

IMPORTANCIA AGRONÓMICA DE LA SEMILLA

Semilla

Importancia para el ser humano

Principal medio de reproducción

de las plantas.

Importante fuente de alimento.

Fuente de materia prima para la

agroindustria e industrias

farmacéutica y textil.

Elaboración de combustibles

ecólogicos.

Alto potencial genético, esencial

para la supervivencia de la

humanidad.

Elemento vital en la agricultura.(Perissé, 2002)

Conceptos que convergen para definir una semilla con

sentido agronómico.(Perissé, 2002)

SEMILLA CON

SENTIDO

AGRONÓMICO

SEMILLAS APOMÍCTICAS

-Partogénesis

- Apogamia

-Embrionía adventicia

SEMILLAS

ARTIFICIALES

-Cultivo de Tejidos

SEMILLA

BOTÁNICA

-Óvulo desarrollado

luego de la

-fecundación

PROPÁGULOS

-Tubérculos

- Estolones

- Rizomas

- Bulbos

-Cormos

FRUTO SEMILLA

-Cariópsis

-Cipsela

-Aquenios

-Sámaras

Aproximadamente

70% de los alimentos

consumidos

mundialmente

(Perissé, 2002)

Provistos

directamente

por semillasGranos

Trigo

(Triticum aestivum L.)

Maíz

(Zea mays L.)

Arroz

(Oryza sativa L.)

Fuente esencial de

hidratos de carbono

Soja

(Glycine max L. Merril)

Arveja

(Pisum sativum L.)

Caraotas

(Phaseolus spp.)

Fuentes de proteínas

Grano

Semilla cuyo uso abarca tanto el consumo humano y animal

como la generación de nuevas plantas mediante la siembra.

BREVE RESEÑA DE ASPECTOS HISTÓRICOS DE

ENFERMEDADES FÚNGICAS ASOCIADAS A LAS SEMILLAS

RENNANT (1637)Sospechaba que el carbón del

trigo era llevado con la semilla

de alguna forma. La semilla se

tornaba negra y no permitía

realizar el proceso de trilla

normalmente.

HELLWIG (1699)Realizó el reporte del primer

caso de transporte de un hongo

patógeno con la semilla

(esclerocios de Claviceps

purpurea junto a semillas de

centeno), recomendando la

flotación en agua para su

separación.

(Pacheco, 1988)

(Pacheco, 1988)

TULL (1733)Estableció dos

formas de

resolver el

problema del

carbón:

tratamiento con

salmuera para

inhibir las

esporas o el

cambio de

semillas para la

nuevas siembras.

TILLET (1755)Control del carbón

mediante siembra

de semillas nuevas

y no las

cosechadas en

cultivos anteriores.

Demostró por

primera vez el

transporte externo

de un patógeno

(Tilletia sp.) por la

semilla.

FRANK (1883)Demostró que Colletotrichum

lindemuthianum fue transmitido a través

de la semilla. El micelio a menudo

penetra dentro de los cotiledones

infectándolos. Este reporte constituye el

primer caso de transmisión orgánica

conocida de un patógeno desde la

planta a su progenie a través del

embrión.

TIPOS DE ASOCIACIÓN DE LAS SEMILLAS CON LOS

PATÓGENOS FÚNGICOS

El transporte de patógenos en cualquiera de estas asociaciones no

implica una eventual transmisión de los patógenos a la progenie.

Como acompañante o mezclado con las semillas

El patógeno acompaña de manera independiente a la semilla del

hospedante, pero no está adherida a ella. Van mezcladas. Se

pueden presentar micelio o esclerocios.

Esclerocios de Claviceps purpurea

con semillas de trigo

Esclerocios de Sclerotinia

sclerotiorum junto a semillas

de soja

Ejemplos:

Externo o adherido a la semilla

El patógeno es llevado pasivamente en la superficie de la

semilla. El patógeno no penetra en las partes internas de

frutos o semillas.

Peronospora manshurica en soja

Ejemplos:

Pyricularia oryzae en arroz

Ubicado internamente

El patógeno es llevado internamente en la semilla del

hospedante, en el tejido (embrión, endosperma, cotiledones o

entre éste y la testa). Una semilla en esta condición se

considera infectada.

Colletotrichum lindemuthianum en caraota

Ejemplo:

Factores que inciden en el proceso de infección de las

semillas

Condiciones Ambientales

Favorables Hospedante

Susceptible

Patógeno Virulento

El proceso será

exitoso en la

medida en que

estos factores

sean

coincidentes

INFECCIÓN DE LAS SEMILLAS

Sistémica

Infestación

El patógeno puede establecerse

en cualquier sector de la semilla

penetrando a través de:

Flores, frutos, pedúnculo, estigma.

Pared del ovario.

Aberturas naturales (hilo y

micrópilo).

Patógenos adheridos a la

superficie de la semilla(cosecha, extracción, trilla,

selección o embalaje).

Concomitantes

Constituye la mezcla física de

semillas con propágulos de

patógenos como los esclerocios

en el caso de algunos hongos.

TRASMISIÓN DE PATÓGENOS FÚNGICOS A

PARTIR DE LA SEMILLA

El transporte es parte preponderante de la transmisión.

La semilla

es el

sistema

más

eficiente de

transporte

por las

siguientes

razones:

1. Puede transportar patógenos a grandes distancias.

2. Es un sustrato nutritivo óptimo para el patógeno (contenido

de proteínas, lípidos, carbohidratos, sales minerales).

3. El inóculo mantiene su patogenicidad constante por más

tiempo.

4. La posibilidad de que ocurra infección son mayores, por íntima

asociación con el hospedante, favoreciendo la penetración y

colonización del patógeno.

5. Permite una distribución homogénea del inóculo en las áreas

sembradas.

En Patología de Semillas, el término transmisión significa además de la transferencia y

establecimiento del patógeno en la semilla, la transferencia de la planta-madre a la semilla.

(Menten y Bueno, 1987)

Transmisión planta a semilla

Acceso a

los ovarios

Ustilago nuda en cebada

* No siempre el ingreso de patógenos al ovario implica la infección del embrión

Infección intra-embrionaria

seguida por infección

sistémica.

Colletotrichum lindemuthianum en frijol

Infección intra-embrionaria

seguida por infecciones

locales.

(Pacheco,1988)

Fusarium verticillioides en maíz

Semilla infectada con micelio del

hongo.

Transmisión semilla a semilla

Transferencia

de inóculo

superficial

* Las operaciones de tratamiento y manejo de semillas durante la cosecha es

una forma de transferir inóculo de semilla a semilla.

Géneros

Colletotrichum

Fusarium

Septoria

Fusarium oxysporum

Contaminación seguida

por saprofitismo y

posterior infección

sistémica

(Pacheco,1988)

Transmisión semilla a planta

1. A partir de patógenos presentes en la mezcla

con las semillas

Infección inmediata

de la plántula por actuación

activa y directa del patógeno

Sclerotinia sclerotiorum

(forma micelial)

Puede ocurrir de diferentes maneras en función de la posición

de los patógenos en las semillas y de la naturaleza de acción

de los mismos en los hospedantes.

Infección por propágulos

infectivos

derivados de estructuras del

patógeno transportadas

inicialmente junto a las semillas.

Claviceps purpurea

(esclerocios, ascas con

ascosporas)(Pacheco,1988)

2. Patógeno ubicado o localizado pasivamente en

la superficie de las semillas.

Puede ocurrir al inicio del proceso, existiendo más

probabilidad de infección inmediata.

Género Ustilago

3. Patógeno ubicado o localizado en el interior de

las semillas.

Colletotrichum truncatum

(Pacheco,1988)

Tipo de asociación

del patógeno con

la semilla.

Tipo de germinación

de la semilla

(hipógea, epígea).

Edad de la semilla

Daños causados por

hongos, insectos o

daños mecánicos

Densidad de inóculo

en la semilla

Vitalidad de la semilla

Microflora antagónica

Tipo de suelo y sus

características: humedad,

temperatura, acidez, nutrientes

minerales y orgánicos, potencial

de inóculo, microflora.

Profundidad de

siembra

Susceptibilidad del

hospedante

Factores

que afectan la

transmisión

(Pacheco,1988)

ALGUNAS IMPLICACIONES EPIDEMIOLÓGICAS DE

LA ASOCIACIÓN DE PATÓGENOS FÚNGICOS CON

LAS SEMILLAS

LA SEMILLA

MEDIO DE

SOBREVIVENCIA DE

PATÓGENOS

MEDIO DE

INTRODUCCIÓN Y

FUENTE DE

INÓCULO EN

ÁREAS CULTIVADAS

MEDIO DE

DISEMINACIÓN

DE PATÓGENOS A

LARGA DISTANCIA

PAPEL EN LA

SELECCIÓN Y

DISEMINACIÓN

DE RAZAS

PATOGÉNICAS

(Machado, 1987)

MEDIO DE

SOBREVIVENCIA DE

PATÓGENOS

MEDIO DE

INTRODUCCIÓN Y

FUENTE DE

INÓCULO EN

ÁREAS CULTIVADAS

MEDIO DE

DISEMINACIÓN

DE PATÓGENOS A

LARGA DISTANCIA

PAPEL EN LA

SELECCIÓN Y

DISEMINACIÓN

DE RAZAS

PATOGÉNICAS

Mayor potencial de viabilidad en el tiempo.

Mayor protección y concentración de

reservas nutritivas.

Selección preferencial de razas patogénicas de

un fitopatógeno en relación a un hospedante o

variedad (campos de producción de semillas,

mayor homogeneidad de genotipos).

Patógenos en el interior de la semilla.

Medio ideal de sobrevivencia y

diseminación.

Semillas contaminadas o infestadas.

Existencia de plantas jóvenes enfermas

distribuidas en nuevas áreas sembradas.

MÉTODOS DE ANÁLISIS FITOPATOLÓGICO PARA LA

DETECCIÓN DE PATÓGENOS FÚNGICOS EN SEMILLAS

Para todos los métodos se suelen emplear 400 semillas de un lote

tomadas al azar (4 repeticiones de 100 semillas).

MÉTODOS CONVENCIONALES

1. Análisis en SecoColocación de semillas en hileras en placas Petri con papel filtro

en el fondo.

Se puede calcular el porcentaje de semilla

infestada en el lote.

1 2

3 4

Ej. N° Placa N° Semillas con hongo en sup.

1 5

2 15

3 10

4 12

42/ 400 (N° total semillas)

= 0,105 x 100

= 10,50%

1. Análisis en Seco

Ventajas: Económico y sencillo.

Desventajas: Sólo detecta hongos superficiales, no detecta hongos en

endosperma ni en el embrión.

Macrophomina phaseolina

(microesclerocios)

Ajonjolí

Phoma (picnidios)

Sorgo

2. Lavado de las Semillas

Alcohol absoluto 95%

Agua destilada estéril

(ADE)

Agitación vigorosa para desprender estructuras

fúngicas (micelio y conidios principalmente)

Centrifugación. Se decanta

sobrenadante.Se resuspende

pellet con agua.

Estructuras quedan suspendidas

en el agua. El agua de lavado se

vierte en un nuevo tubo.

Se coloca gota en

portaobjeto, se coloca

cubreobjeto y se

observa en

microscopio.

Menos preciso. Permite indicar

géneros o especies presentes

en la superficie de la semilla.

Pseudocercospora

sesami

3. Método del papel secante estándar (método húmedo)

Proporcionar a las semillas condiciones muy favorables (humedad y

temperatura) para la manifestación de microorganismos presentes en las

mismas (internos y externos).

Papel absorbente humedecido en el fondo de cada

placa. Es necesario mantener la humedad.

Se colocan las semillas en hileras y distanciadas

para facilitar la observación y evitar problemas de

contaminación de una semilla a otra.

Incubación por máximo 7 días (observaciones y evaluaciones seriadas

para evitar encubrimiento por hongos de rápido crecimiento),

temperatura 26°C, luz fluorescente 12 h y oscuridad 12 h.

Ventajas: Económico y sencillo.

Desventajas: Sólo detecta hongos. No detecta hongos de difícil

esporulación. Detecta más hongos superficiales que internos

(endosperma y embrión), los cuales tardan más en proyectarse al exterior.

3. Método del papel secante estándar (método húmedo)

Para detección de hongos internos, se sigue el mismo

método pero modificado:

Desinfección con hipoclorito de sodio 3% por

1 minuto.

Lavado con agua destilada estéril.

Como en caso anterior, se incuban por máximo 7 días (observaciones y

evaluaciones seriadas para evitar encubrimiento por hongos de rápido

crecimiento), temperatura 26°C, luz fluorescente 12 h y oscuridad 12 h.

Se dejan secar a temperatura ambiente.

4. Método del papel secante con congelación

Papel absorbente humedecido en el fondo de cada

placa. Es necesario mantener la humedad.

Se colocan las semillas en hileras y distanciadas

para facilitar la observación y evitar problemas de

contaminación de una semilla a otra.

Incubación por 24 horas en condiciones de luz fluorescente y 26°C.

Al congelarse el embrión la semilla no germina y no se desordenan en las placas.

Luego de 24 horas, las cápsulas se llevan a freezer (-15 o -20°C) por 24

horas más.

Luego se colocan en condiciones iniciales por 7 días más.

5. Otros métodos

Extracción de ADN. Secuenciación de ADN y análisis de

secuencias.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

Anticuerpos monoclonales.

(Rodríguez, 2013; Husted, 1994; Burns et al., 1994 )

ALGUNOS EJEMPLOS IMPORTANTES DE PATÓGENOS

FÚNGICOS ASOCIADOS A LAS SEMILLAS EN CEREALES Y

OLEAGINOSAS

Asociado a un complejo de géneros

fúngicos (Bipolaris, Sarocladium,

Alternaria, Epicoccum, Fusarium,

Rhynchosporium) y especies

bacterianas del género Pseudomonas,

(P. glumae, P. fuscovaginae, P. syringae

pv. oryzae).

Complejo fúngico

(Rodríguez y Nass, 1991)

Actividad de tales

microorganismos reducen la

viabilidad y rendimiento de la

semilla certificada.

En condiciones tropicales,

Bipolaris oryzae se

encuentra con mayor

frecuencia, observándose

grandes lesiones causadas

por el hongo.

Síntomas en las glumas

varían dependiendo de la

clase de microorganismos

asociados y el avance de

la infección.

Manchado del grano en arroz

Aspergillus sp., Fusarium verticillioides

MICOTOXINASToxinas producidas por hongos

AFLATOXINAS Y FUMONISINAS

(Mazzani, 2005)

Bajo peso molecular.

Poco solubles en agua.

Solubles en compuestos orgánicos.

Altamente termoresistentes.

Características comunes:

AFLATOXINAS

(Mazzani, 2005)

Descubiertas en tortas de maní (1960), algodón (1963).

Cultivos susceptibles: maní, maíz, algodón, arroz y sorgo.

Presentes en las especies fúngicas: Aspergillus flavus (algunos

aislamientos, siendo la cepa tipo NRRL 2999), A. parasiticus, A.

nomius y A. tamarii.

Aflatoxinas conocidas: AFB1, AFB2, AFG1, AFG2, AFM1

AFB1: Cancerígena. AFM1: Recuperada de leche.

Efectos negativos: intoxicaciones, carcinogénesis, inmunosupresión.

Niveles máximos permitidos:

Consumo humano: 20 ppb

Alimentos concentrados diversos: 20 ppb

Alimentos concentrados para pollos de engorde: 10 ppb

Leche (M1): 0,5 ppb (niños).

FUMONISINAS

(Mazzani, 2005)

Presente en maíz, sorgo y arroz. Descubiertas a finales de la década

de los años 80 e inicios de los años 90.

En el trópico se encuentran asociadas al hongo Fusarium

verticillioides y en clima templado al hongo Fusarium proliferatum.

Fumonisinas conocidas: B1, B2, B3. B1: Más importante.

Efectos negativos: mutagénesis, carcinogénesis.

Niveles máximos permitidos: Consumo humano: < 1 ppm (maíz), 10 ppb (maní).

Equinos: < 3 ppm

Cerdos: 10 ppm

Bovinos: 50 ppm

MEDIDAS GENERALES DE CONTROL

EXCLUSIÓNCuarentena.

ERRADICACIÓN

PROTECCIÓN

BIOLÓGICO

Principio de Control Medidas

Eliminación de plantas enfermas,

destrucción de restos de cosecha.

Desinfección de suelos, aplicación de

fungicidas, épocas de siembra.

Aplicación de controladores biológicos,

uso de extractos vegetales,

mejoramiento de plantas.

(Pacheco, 1988; adaptado por Pérez-Pivat, 2015)

Objetivo Central:

Actuar como medida de control

de calidad para mantener las

enfermedades de los cultivos a

niveles tan bajos como sea

posible.

Es el proceso de verificación de la identidad, la producción,

el acondicionamiento y la calidad de las semillas, con el

propósito de asegurar semillas con:

Pureza e identidad genética

Calidad fisiológica

Calidad sanitaria

Calidad física

(Pacheco, 1988; INIA Perú, 2015)

CERTIFICACIÓN DE SEMILLAS

(Márquez, 2003)

Semilla Genética: Obtenida de la primera generación resultante del proceso de

mejoramiento genético capaz de reproducir la identidad de un cultivar, manejada y

conducida por un fitomejorador.

Semilla Fiscalizada: Proveniente de semilla de fundación, o semilla registrada,

sometida al proceso de certificación y que cumple con los requisitos establecidos para

esta categoría de semilla.

Semilla Certificada: Obtenida a partir de la semilla de fundación sometida al

proceso de identificación y que cumple con los requisitos establecidos para esta

categoría de semilla.

Semilla Registrada: Proveniente de cultivares genéticamente mejorados, cuyo

producto final es debidamente aprobado y que cumple con todos los requisitos

establecidos en el reglamento de la categoría de semilla certificada, excepto con el

registro de la genealogía.

Semilla Fundación: Obtenida de la semilla genética, producida bajo la supervisión

de un fitomejorador o entidad creadora del cultivar, sometida al proceso de certificación

y que cumpla con los requisitos establecidos.

Flujograma de procedimientos de laboratorio para la certificación y/o análisis de

semillas (INIA-CENIAP)(Márquez, 2003)

Tarjeta de

identificación

de la muestra

Planilla de análisis de calidad

•Color blanco: clase Genética o Fundación.

•Color rojo púrpura: clase Registrada.

•Color azul claro: clase Certificada.

•Color verde claro: clase Fiscalizada.

GRACIAS