Por: Andrea Reyes FMC Colombia

El pasado 5 de diciembre, como todos los años desde el 2014, se celebró el día mundial del suelo, un homenaje más que merecido a un mundo vivo que nos ha brindado sustento de generación en generación.

De acuerdo con la FAO (2022), el suelo es la parte de la corteza terrestre biológicamente activa, que resulta de la influencia del tiempo, combinado con el clima, la topografía, los organismos (flora, fauna y ser humano) y los materiales parentales (rocas y minerales originarios). El suelo es el sustento de la mayoría de los organismos de nuestro planeta, albergando el 25% de nuestra diversidad biológica. 

El desequilibrio de esta biodiversidad tiene graves consecuencias en la productividad de la tierra, ya que los habitantes del suelo (desde organismos unicelulares hasta pequeños mamíferos), son los responsables de descomponer la materia orgánica, almacenar y liberar el carbono, regular el clima del planeta, purificar el agua y, bajo una arista más antropocéntrica, combatir las plagas y las enfermedades que afectan la producción agrícola.

Figura 1. Síntomas secundarios de plantas de rosa afectadas por Meloidogyne spp. A) Reducción del tamaño; B) Clorosis generalizada del follaje; C, D, E) Acortamiento de entrenudos – rosetas; F, G, H) Formación de yemas ciegas en ramas de plantas severamente afectadas; I) Desuniformidad en el desarrollo de las plantas; J) desarrollo normal del follaje, tamaño y flor de una planta sana (izquierda) en comparación con una planta enferma (derecha) (Guzmán y Castaño, 2020)

La pérdida de la biodiversidad del suelo ha ido generando un cambio en la composición de plagas y patógenos de importancia agrícola. Es así como, por ejemplo, los nematodos en el pasado no eran considerados plagas de importancia en ornamentales, pero hoy se muestran como animales de difícil control, que causan afectaciones cada vez más importantes en el mercado florícola.

Los nematodos son animales pluricelulares microscópicos que causan daños directos e indirectos a nivel radical y foliar, afectando hasta el 90% de la productividad de los cultivos en condiciones severas de infestación (Agrios, 2004). El daño mecánico causado por la alimentación de los nematodos es leve; los daños importantes parecen ser causados por la saliva secretada por el animal al interior del tejido vegetal, lo que altera la fisiología celular causando el debilitamiento o muerte de los meristemos apicales de las raíces y yemas, el rompimiento de tejidos, el desarrollo de agallas y la deformación de tallos y hojas (Guzmán y Castaño, 2020): de ahí la importancia de orientar todas las estrategias de manejo de forma preventiva.

El primer reporte de nematodos en ornamentales data de 1881, cuando Prillieux describió el daño causado por Ditylenchus dipsaci (Ortuño y Oros, 2002). En la actualidad, Guzmán y Castaño (2020) han descrito el daño de Meloidogyne spp en rosa, destacando la ausencia de agallas (síntoma característico de Meloidogyne spp), pero resaltando síntomas secundarios típicos asociados a este patosistema, como son: reducción del tamaño de la planta, clorosis generalizada del follaje, acortamiento de entrenudos y formación de yemas ciegas (Fig. 1).

Como consecuencia de la creciente problemática de los nematodos parásitos de plantas en ornamentales y sus efectos cada vez más importantes en la producción, FMC ha desarrollado un producto biológico compuesto por una mezcla de cepas de Bacillus licheniformis y B. subtilis que favorece la biodiversidad del suelo con todos los beneficios que esto supone, mientras contrarresta los daños causados por los nematodos en los cultivos.

Alicerce: potente combinación de cepas para un múltiple control

Alicerce es el bioinsumo de último desarrollo de FMC en Colombia, que combina la acción de dos cepas únicas (B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750) altamente concentradas, que promueven la sanidad y crecimiento de las plantas.

Dadas las características biológicas y de formulación de Alicerce, sus cepas colonizan rápidamente el sustrato, estableciendo una fuerte interacción con la rizosfera (Fig. 2B). 

La rizosfera es la región del suelo influenciada por las raíces, con máxima actividad microbiana. El crecimiento de las plantas es controlado sustancialmente por el suelo en la región radical, un ambiente que la propia planta ayuda a crear y donde la actividad microbiana asociada ejerce diversas actividades benéficas. La rizosfera es importante para procesos relacionados con la nutrición de la planta, intercambios de O₂ y CO₂, mineralización, amonificación, nitrificación y simbiosis. 

Gracias a la gran capacidad de las cepas de Alicerce de interactuar con la rizosfera, estas desarrollan un biofilm (Fig. 2B) que les permite comunicarse entre ellas de manera eficiente, regulando la liberación y la producción de: 1. fitohormonas responsables del desarrollo vegetal y 2. metabolitos secundarios tipo lipopéptidos, que controlan fitopatógenos habitantes de suelo entre los que se incluyen a los nematodos parásitos de plantas.

1. Alta concentración de cepas (B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750), garantizando una diversa, abundante y constante producción de metabolitos secundarios

Alicerce es el bioinsumo más concentrado del mercado, con 10 billones de endosporas de B. licheniformis DSM 5749 y 10 billones de endosporas de B. subtilis DSM 5750, siendo 10 veces más concentrado que los estándares del mercado, que en algunos casos están formulados con una única cepa.

Las bacterias trabajan y se comunican en comunidad y su efecto está directamente relacionado con su concentración; una bacteria aislada es incapaz de generar alguna respuesta, requiere de un umbral mínimo de población para poder activarse fisiológicamente y esto es lo que se conoce como el Quorum Sensing. El Quorum Sensing es un mecanismo de regulación génica en respuesta a las fluctuaciones de la densidad poblacional. Las bacterias usan los circuitos de comunicación para regular una diversa cascada de actividades fisiológicas, entre las que se incluyen la simbiosis, virulencia, competencia, conjugación, producción de metabolitos secundarios, esporulación y formación de biofilm (Miller y Bassler, 2001); de ahí la importancia de garantizar una alta concentración de propágulos para activar la expresión génica de las bacterias. 

Figura 2. Formación de biofilm por cepas bacterianas. A) Proceso de formación del biofilm mediado por Quorum Sensing. Matriz extracelular rica en polisacáridos, proteínas y DNA bacteriano (Subramani y Jayaprakashvel, 2019). B) colonización de raíces de maíz etiquetadas con proteína fluorescente verde derivada de B. licheniformis DSM 5749, 3 días después de la inoculación. Imágenes cortesía de Bruce Black (FMC) y Harsh Bais (FMC, 2015). 

Al ser un bioinsumo altamente concentrado, Alicerce facilita el quorum sensing de sus cepas, lo que se traduce en un incremento en la velocidad y abundancia de colonización (formación de biofilm), y en una mayor producción de metabolitos secundarios, permitiendo controles rápidos y prolongados en el tiempo.

2. Amplio espectro de acción sobre patógenos habitantes del suelo y patógenos habitantes de la filosfera

Mediante análisis basados en el metaboloma de B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750, desarrollados en la Universidad de Delaware (FMC, 2015), se caracterizó la producción de metabolitos secundarios de Alicerce, lo que arrojó una variedad de lipopéptidos, antibióticos y otros metabolitos responsables del amplio espectro de acción del producto; dichos metabolitos son generados durante el proceso de germinación y colonización de las endosporas y multiplicación de las células vegetativas.

La figura 3 muestra el espectro de producción de metabolitos secundarios considerados claves para el control de patógenos parásitos de plantas, destacándose la lichenisina y la fengicina como los más abundantes y diversos.

Figura 3. Espectro de metabolitos secundarios producidos por B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750 cepas de Alicerce (FMC, 2015).

La lichenisina es un potente biosurfactante que ha llamado la atención de los investigadores en años recientes por su gran versatilidad y su facilidad de producción en condiciones aeróbicas y anaeróbicas comparado con la surfactina, el biosurfactante hasta ahora más estudiado (Gudiña y Teixeira, 2022). La lichenisina muestra un mayor poder biosurfactante en comparación con otros de su tipo (Grangemard et al, 2001) y exhibe efectos antimicrobiales y antiadhesivos contra una gran variedad de microorganismos. Este metabolito interactúa fuertemente con los fosfolípidos y grupos polares hidrofóbicos de las membranas celulares, lo que induce una permeabilización de las membranas por la formación de poros (Gudiña y Teixeira, 2022). La alteración en la permeabilidad de la membrana causa finalmente la muerte celular. 

La fengicina, otro de los metabolitos importantes de Alicerce, es capaz de inhibir el crecimiento micelial y la esporulación de un número importante de hongos fitopatógenos (Zihalirwa, et al 2017), principalmente aquellos filamentosos tales como Fusarium, Botrytis, Rhizoctonia, Sclerotinia, etc.

La tabla 1 resume los metabolitos secundarios de mayor abundancia caracterizados en las cepas de B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750 de Alicerce.

Cepas Alicerce	Familia de Lipopéptidos	Efecto Biológico
B. subtilis DSM 5750	Surfactina	Es uno de los más poderosos biosurfactantes conocidos. Provoca daños subletales a nivel de la membrana celular de los microorganismos, permitiendo así un acceso más fácil de las fengicinas y otros metabolitos
B. licheniformis DSM 5749	Bacitracina	Polipéptido con efecto bactericida
B. licheniformis DSM 5749	Fengicina	Exhibe un potente efecto fungicida, principalmente sobre patógenos filamentosos. Activa el sistema inmune de la planta a través de la inducción sistémica de resistencia
B. licheniformis DSM 5749	Lichenisina	Poderoso biosurfactante, con efectos antifúngicos y antibacteriales, algunos autores lo encuentran más interesante que la surfactina, por su alta capacidad de producción en condiciones aerobias y anaerobias
B. licheniformis DSM 5749	Quitinasas	Degradan la quitina de nematodos y patógenos. Le confiere la capacidad nematicida a Alicerce

3. Formulación 100% endosporas

Las endosporas son las estructuras de resistencia de los bacillus, claves en la supervivencia de las bacterias; cuando se hace una aplicación de un bacillus foráneo en la composición natural de un suelo específico, estos son altamente afectados por condiciones hostiles (radiación UV, microorganismos establecidos, condiciones físicas y químicas del suelo, pH, humedad, etc.), por lo que productos formulados con células vegetativas de bacillus son más propensos a una rápida degradación, que aquellos formulados con endosporas, ya que las endosporas están diseñadas para resistir condiciones adversas sin perder su identidad biológica. Adicionalmente, cuando las endosporas inician su proceso de germinación, activan rápidamente el Quorum Sensing de la población microbiana, desencadenando los efectos citados previamente.

La formulación de Alicerce es 100% endosporas gracias a la tecnología patentada de Spray Dryer, que garantiza una alta compatibilidad con agroinsumos de uso común y un mejor desempeño en aplicaciones edáficas y foliares.

4. Efecto nematicida comprobado

Alicerce tiene una alta capacidad nematicida gracias a la producción de quitinasas y la formación de sideróforos que limitan de manera importante el desarrollo de los nematodos. Su control sobre nematodos fue evaluado en condiciones de laboratorio en la Universidad de Delaware (FMC, 2015), en donde se analizó el efecto de Alicerce sobre diferentes estados de desarrollo del nematodo agallador Meloidogyne incognita y M. hapla de acuerdo con la tabla 2. Para este ensayo se utilizó el sobrenadante del cultivo de las cepas de B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750 de 3 días y se evaluó el control sobre huevos: inhibición de la eclosión y sobre juveniles J2: parálisis, mortalidad y penetración a raíces hospederas.

Alicerce mostró una reducción contundente en el porcentaje de penetración en las raíces de tomate, con un 88% de reducción, acompañado por una inhibición muy importante en la eclosión de huevos del 80% en las dos concentraciones de Alicerce evaluadas, sumado a una parálisis y mortalidad de los nematodos en concentraciones medias de Alicerce cercanas al 70%. Estos resultados demuestran la gran capacidad de Alicerce para controlar de manera efectiva a estos animales, que cada vez se tornan más agresivos en los diferentes cultivos del país.

En Colombia también se han desarrollado trabajos tendientes a comprobar la eficacia de Alicerce sobre los nematodos en el cultivo de rosa. Con una dosis de 10 g por cama, un volumen de aplicación de 40 L/cama y aplicaciones mensuales, Alicerce mostró controles significativos sobre: Meloidogyne spp, Paratylenchus spp, Pratylenchus spp y Tylenchus spp, con eficacias cercanas al estándar químico comercial de la época Rubgy 10 G (Cadusafos).

El ensayo se llevó a cabo en una finca representativa de rosa de la Sabana de Bogotá, con alta presencia de nematodos e historial de pérdidas de producción ocasionadas por los mismos. Se hicieron 5 análisis de suelo para determinar la población inicial de nematodos y los controles subsecuentes, encontrando presencia de: Meloidogyne spp, Tylenchus spp, Pratylenchus spp, Trichodorus spp, Paratylenchus spp, Aphelencus spp y Rotylenchulus spp (identificación y cuantificación en el Laboratorio de Nematología de la Universidad de Caldas).

En este trabajo se destaca la presencia de Meloidogyne como el género de nematodo más abundante, con una población superior al umbral de acción señalado por Dickerson et al (2000). Meloidogyne es un nematodo endoparásito, polífago y de difícil control debido a la protección que tiene sobre sus huevos en su matriz gelatinosa y a sus hábitos de alimentación limitantes de la acción de nematicidas químicos de uso convencional (Agrios, 2004). 

La población de nematodos fluctuó a lo largo de las cuatro evaluaciones, mostrando el tratamiento de Alicerce un sobresaliente desempeño con un 86% de reducción en la población de Meloidogyne spp en evaluaciones de suelo y del 81% de reducción en la población de Meloidogyne spp en evaluaciones en raíces (Fig. 4A y 4B), resultado muy cercano al obtenido con el estándar comercial RUGBY 10G (mayor al 92% tanto en suelo como en raíces). 

Otros nematodos de importancia también fueron controlados por Alicerce como Pratylenchus spp, el nematodo lesionador de la raíz, endoparásito migratorio que causa necrosis y deformación de las raíces. Este nematodo es complejo en su manejo, dado que todos sus estados de desarrollo son infectivos y su umbral de acción es incluso menor al de Meloidogyne (Dickerson et al, 2000). Alicerce mostró controles superiores al 90% (Figura 4B).

Figura 4. Variación en la población de nematodos de la preevaluación y la última evaluación, con el tratamiento testigo finca y el tratamiento Alicerce. A) Evaluación en el suelo y B) Evaluación en raíces. (Resultados obtenidos de análisis de suelos en el laboratorio de nematología de la Universidad de Caldas).
Finalmente, resultados preliminares del trabajo en curso de Guzmán (2022) muestran un efecto directo sobre el crecimiento aéreo en plantas de crisantemo inoculadas con una alta concentración de M. incognita y M. arenaria (5.000 individuos/planta) cuando son tratadas con Alicerce (Fig. 5).

Este trabajo busca demostrar el control de Alicerce sobre el nematodo agallador del crisantemo; los resultados finales los compartiremos en una próxima edición. Por ahora queremos destacar que Alicerce, a pesar de la alta presión de nematodos, logra mejorar el desarrollo aéreo de las plantas tratadas, variable que se espera esté correlacionada directamente con la producción.

Figura 5. Experimento de plantas de crisantemo inoculadas con nematodos y tratadas con Alicerce. A) Panorámica del ensayo y B) Detalle del efecto de B. licheniformis DSM 5749 y B. subtilis DSM 5750; cepas de Alicerce en la altura de las plantas: 1. Plantas inoculadas con Meloidogyne arenaria + M. incógnita; 2. Plantas inoculadas con Meloidogyne arenaria + M. incognita + Alicerce, 3.  Plantas tratadas con Alicerce y 4. Testigo absoluto (Guzman, 2022).

Alicerce es un bioinsumo que por su naturaleza se constituye en una herramienta de control sostenible, amigable con el ambiente y que mejora las características biológicas de nuestros suelos, ayudándonos a preservar el equilibrio que debe existir “en este suelo que a diario pisoteamos, pero que es casi verdaderamente una tierra desconocida”

 (Nathan Augustus Cobb)

Bibliografía

• Agrios, GN (2004). Fitopatología. 5ta Edición. Ed. Limusa. México. 723 pp.
• Dickerson OJ, Blake JH, Lewis SA (2000). Nematode guidelines for South Carolina. Clemson University Extension Bulletin EC 703
• FAO. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. (2022, 12 diciembre). Portal del Suelo de la FAO, Definiciones claves. 
• FMC Corporation (2015). Modes of Action of Bacillus licheniformis and Bacillus subtilis Strain Christian Hansen 200 and 201 (CH200; CH 2001; CHCC3809) to Benefit its Plant Host. Manual Interno de Investigación.
• Grangemard I, Wallach R, Maget R, Peypoux F (2001). Lichenysin: a more efficient cation chelator than surfactin. Appl Biochem Biotechnol.90(3): 199-210.
• Guzman O (2022). Efecto de Alicerce sobre el control del Nematodo Agallador (Meloidogyne incógnita y Meloidogyne arenaria) en plantas de crisantemo. Trabajo en curso, resultados preliminares.
• Guzman, OA y Castaño, J (2020). Nematodos fitoparásitos en cultivos tropicales. Ed. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Colección Jorge Alvarez Lleras No. 39. Colombia. 281 pp.
• Gudiña EJ, Teixeira JA (2022) Bacillus licheniformis: the unexplored alternative for the anaerobic production of lipopeptide biosurfactants? Biotechnology Advances 60:108013.
• Miller, MB y Bassier BL (2001). Quorum sensing in bacteria. Annual Reviews Microbiology. 55:165-99.
• Ortuño, N, y R Oros (2002). Nematodos que atacan cultivos ornamentales. Manejo Integrado Plagas y Agroecología 66:76-81.
• Subramani, R y Jayaprakashvel, M. (2019). Implication of Quorum Sensing and Biofilm Formation in Medicine, Agriculture and Food Industry. Ed. Pallaval Veera Bramhachari. Springer. Singapur. 321 pp.
• Zihalirwa PK, Argüelles A, Franzil L, Steels S, Ongena M (2017). Stimulation of Fengycin – type antifungal lipopeptides in Bacillus amyloliquefaciens in the presence of the maize fungal pathogen Rhizomucor variabilis. Frontiers in Microbiology. 10.3389 /fmicb. 2017. 00850.