AIANBA. Efecto de la severidad de síntomas de podredumbre de espiga causada por Fusarium verticillioides sobre el rendimiento y la concentración de fumonisinas en grano de maíz

Selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

Efecto de la severidad de síntomas de podredumbre de espiga causada por Fusarium verticillioides sobre el rendimiento y la concentración de fumonisinas en grano de maíz.

Daniel A. Presello; Grisela Botta; Juliana Iglesias y Guillermo H. Eyhérabide.
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria – EEA Pergamino. CC31, CP 2700, Pergamino, Buenos. Aires.

Resumen

Tres híbridos de maíz con diferentes niveles de resistencia a la podredumbre de espiga causada por Fusarium verticillioides fueron inoculados con una suspensión conidial de fumonisina aislada de este hongo. Los experimentos se llevaron a cabo en Pergamino (Buenos Aires) en 2002/2003 y 2003/2004. La severidad de la enfermedad en las espigas inoculadas se determinó según escala visual, donde: 1 = sin síntomas; 2 = 1- 3%; 3 = 4-10%; 4 = 11-25%; 5 = 26-50%; 6 = 51-75%; y, 7 = 76-100% del área de la espiga visiblemente afectada por podredumbre de espiga. Los valores numéricos de severidad fueron reconvertidos a porcentajes de espiga que mostraba síntomas, utilizando el punto medio del intervalo ( 1 = 0%, 2 = 2%, 3 = 7%, etc.).
Las espigas se recolectaron, desgranaron, limpiaron y agruparon de acuerdo a la severidad de la enfermedad dentro de híbrido y dentro de repetición. Las muestras compuestas fueron cuidadosamente mezcladas y separadas en submuestras para el análisis de fumonisinas, para el cual se utilizó test de ELISA. La variación de fumonisinas en grano en relación a la severidad de la enfermedad fue mejor explicada por una relación cuadrática que por modelos lineales [97 < R² (%) > 99]. El modelo lineal explicó entre 85 y 99% de la variación de rendimiento en relación a la severidad de la enfermedad, con pendientes que variaron desde - 0.6 a - 2.0 g por cada unidad de incremento de la severidad de la enfermedad, dependiendo del híbrido y el año. La concentración de fumonisinas en grano y el rendimiento fueron los más afectados en los híbridos más susceptibles, los cuales mostraron un mayor número de espigas en las clases de la escala con más síntomas más que una mayor pendiente. Estos resultados indican que las infecciones de F. verticillioides no solamente causan contaminación de fumonisinas en grano sino que también afectan seriamente el rendimiento, y ambos efectos pueden ser reducidos usando resistencia genética.

Palabras clave : maíz, Fusarium verticillioides , fumonisinas, rendimiento de grano

Keywords: maize, Fusarium verticillioides , fumonisins, grain yield

Introducción

Fusarium verticillioides (Sacc.) Nirenberg (= F.moniliforme Sheldon Gibberella fujikuroi (Sawada) Ito in Ito & K. Kimura) es el principal agente causal de podredumbre de espiga en Argentina. El principal problema surgido de las infecciones de este hongo es la contaminación con micotoxinas, particularmente las fumonisinas por su comprobado efecto tóxico en animales y su potencial cancerígeno en humanos. Además, si bien F. verticillioides es un patógeno débil comparado con otras especies del mismo género, es de esperar que las podredumbres de espiga afecten en rendimiento en grano, no habiendo suficiente información al respecto.

El objetivo de este trabajo fue determinar los efectos de la severidad de síntomas sobre el rendimiento y concentración de fumonisinas en grano de tres híbridos de maíz con resistencia variable a podredumbres de espiga y grano causadas por este patógeno.

Materiales y Métodos

Se utilizaron como materiales tres híbridos que de acuerdo a evaluaciones anteriores se habían comportado como resistente (HR), moderadamente resistente (HI) y susceptible a la enfermedad (Presello et al., 2005). Los ensayos fueron conducidos en el campo experimental de INTA Pergamino durante las campañas 2002/2003 y 2003/2004. Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con tres repeticiones y parcelas de ocho surcos de 5 m separados a 0.70 m. Se sembró a doble densidad y se raleó para obtener una población de 72.000 plantas ha -1 . Los ensayos fueron fertilizados en presiembra con fósforo y nitrógeno a dosis usuales. Se inocularon todas las plantas del experimento mediante la inyección de 2 ml de una suspensión conidial a una concentración de 1 × 10 6 conidios ml -1 . Como fuente de inóculo se utilizó el aislamiento P364, que produce fumonisinas in vivo e in vitro (Presello et al., 2005) y presenta un nivel de agresividad intermedio y similar a la mayoría de los aislamientos regionales.

Cuando la humedad promedio de cada parcela llegó al 20%, las espigas fueron cosechadas, llevadas a gabinete, dejadas secar libremente y agrupadas por severidad de síntomas visibles de acuerdo a la escala propuesta por Reid and Hamilton (1996), donde: 1 = sin síntomas; 2 = 1- 3%; 3 = 4-10%; 4 = 11-25%; 5 = 26-50%; 6 = 51-75%; y, 7 = 76-100% del área de la espiga visiblemente afectada por podredumbre de espiga. Los valores numéricos de severidad de síntomas fueron reconvertidos a porcentajes de área afectada utilizando el punto medio del intervalo (Campbell and Madden, 1981).

Las espigas de los grupos de igual severidad de síntomas dentro de híbrido y dentro de repetición fueron desgranadas separadamente, mezcladas, ventiladas y pasadas por una zaranda de orificios redondos de 7 mm de diámetro a fin de separar impurezas. Las muestras de grano de cada grupo fueron pesadas y molidas dos veces mediante un molino Falling number, Modelo Laboratory Mill 3600. Las muestras molidas fueron cuidadosamente mezcladas y luego se separaron 5 g de material de cada muestra para análisis de fumonisinas

Las determinaciones de fumonisinas se realizaron mediante la prueba ELISA utilizando el kit Ridascreen Fast Fumonisin (Biopharm, Alemania). Las fumonisinas fueron extraidas mediante agitación de cada muestra de 5 gramos en 25 ml de metanol al 70%. El extracto fue filtrado mediante filtro Whatman Número 1 y diluido 1:14 con agua destilada a fin de ser sometido a la prueba ELISA. En cada ensayo se utilizaron 5 tratamientos standard con concentraciones de 0.000, 0.222, 0.667, 2.000 y 6.000 ppm. Se determinó el nivel de absorbancia a 450 nm en standards y extractos obtenidos de las muestras mediante un lector de absorbancia Biotek EL800. En base a la absorbancia relativa de los cuatro standards positivos respecto al control negativo, se realizaron las curvas patrón basadas en una función logit-log que permitió establecer la concentración de fumonisinas en las muestras. Esta técnica tiene un nivel mínimo significativo de 0.222 ppm. Este método presenta menor nivel de precisión que otras técnicas, como HPLC. Sin embargo, debido a su alto nivel de especificidad con la micotoxina, su simplicidad, bajo costo y a la alta correlación entre los valores de concentración obtenidos mediante esta técnica y HPLC (Tejada Simón, et al., 1994), está siendo usada especialmente en casos en que se pretende comparar tratamientos más que determinar el contenido absoluto de fumonisinas (Clements et al., 2003).
Se computaron los promedios dentro de parcela y dentro de híbrido para cada subgrupo de espigas según severidad de síntomas. En base a estos promedios se computaron regresiones lineales simples entre severidad de síntomas y peso de espiga y entre severidad de síntomas y concentración de fumonisinas en grano. Finalmente se compararon los parámetros del modelo lineal mediante pruebas t a un nivel de probabilidad de 0.05.

Resultados y Discusión

Los síntomas resultantes de la inoculación mediante inyección de suspensiones conidiales en el canal de los estigmas es afectada por los factores ambientales en los que se realiza el ensayo y por factores micro-ambientales dentro de la parcela. Por esta razón, es común observar un rango de variabilidad entre las espigas inoculadas aún con genotipos genéticamente homogéneos como los híbridos simples. En estos ensayos, se observó un rango de variación de síntomas de 2 a 87.5% en HS durante ambos años, de 2 a 18% en HI 2002/2003 y de 2 a 62.5% en HI 2003/2004, de 0 a 7% en HR en 2002/2003 y de 2 a 43% en HR 2003/2004.

La variación de la concentración de fumonisinas en función del nivel de síntomas fue mejor explicada por el modelo polinomial de orden 2 que por el modelo lineal, con valores de 97 < R² (%) > 99, excepto para el HR en 2003/2004 (Figura 1). La falta de linealidad entre ambas variables indica que el contenido de fumonisinas en grano aumentará más intensamente a medida que las espigas expresen síntomas más severos. Resultados similares fueron informados para la variación de la micotoxina deoxinivalenol en función del nivel de síntomas causados por F. graminearum en otros genotipos de maíz (Reid et al., 1996)

Fusarium verticillioides produce infecciones naturales en maíz de manera endémica, por lo que en condiciones de campo, es muy difícil lograr un testigo libre de infección. En estos ensayos, se detectaron espigas asintomáticas en 2002/2003 y en los híbridos HI y HR, sin embargo estos tratamientos tuvieron una concentración de fumonisinas en grano de 1,3 y 2,1 ppm, respectivamente. Esto indica que aún las espigas asintomáticas pueden contener micotoxinas en valores mayores a los recomendados por las normas internacionales de seguridad alimentaria.

El modelo de regresión lineal explicó entre 85% y 99% de la variación del peso de espiga en relación a la severidad de síntomas (Figura 1), con coeficientes de regresión significativos en todos los casos. Las pendientes de regresión variaron de - 0,6 a - 2,0 g por cada incremento porcentual en el área de la espiga afectada, dependiendo del híbrido y del año de evaluación. La dificultad para lograr un testigo libre de infección impide que se puedan estimar las pérdidas de rendimiento reales a causa de la enfermedad. Sin embargo, los elevados coeficientes de regresión que se presentan aquí indican que la presencia del hongo afectó severamente la productividad del cultivo. Se sabe que F. verticillioides es un patógeno moderado y menos agresivo que otras especies del mismo género . Los resultados del presente trabajo están indicando que en estas condiciones de evaluación, la especie puede presentar un alto grado de agresividad. Si bien no es de esperar que en condiciones de infección natural ocurran niveles de severidad tan altos como los observados en estos experimentos inoculados, los resultados indican que aun con bajos niveles de severidad el rendimiento se ve afectado (Figura 1).

Los híbridos más resistentes presentaron menor frecuencia de espigas en las clases de la escala de mayor severidad de síntomas (resultados no presentados) y los niveles máximos de síntomas también fueron menores que los del híbrido susceptible, lo que destaca la importancia del uso de resistencia genética para morigerar los efectos causados por esta enfermedad.

En conclusión, los resultados de este trabajo indican que deben tomarse medidas de prevención para disminuir los niveles de las podredumbres de espiga y grano causadas por F. verticillioides no solo para reducir el nivel de contaminación con micotoxinas sino también para disminuir pérdidas de rendimiento en grano.

Bibliografía

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• Presello, D.A., Botta, G. y Iglesias, J. 2005. Resistencia a la contaminacion a campo con fumonisinas en cultivares de maiz. Actas del XIII Congreso Latinoamericano de Fitopatologia, III Taller de la asociacion Argentina de Fitopatologos. Villa Carlos Paz, Cordoba, Argentina. 19-22 de abril de 2005.

• Reid, L. M. and R. I. Hamilton. 1996. Effects of inoculation position, timing, macroconidial concentration, and irrigation on resistance of maize to Fusarium graminearum infection through kernels. Can. J. Plant Pathol. 18:279-285.

• Reid, L. M., D. W. Stewart and R. I. Hamilton. 1996. A 4-year study of the association between gibberella ear rot severity and deoxynivalenol concentration. J. Phytopathol. 144:431-436.

• Tejada-Simón, M. V., Marovatsanga, L.T. and Pestka, J. 1994. Comparative detection of fumonisin by HPLC, ELISA and Inmunocytochemical Localization in Fusarium cultures.Journal of Food Protection, vol. 68, num. 6, pp 600-672.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado mediante fondos del Proyecto Nacional INTA 520203. Los autores expresan su agradecimiento al personal de campo y laboratorio de los Grupos Maíz y Fitopatología de INTA Pergamino por la colaboración en el trabajo.