Etiología, epidemiología y estrategias de control de la podredumbre del diente de ajo (Allium sativum L.)

Gálvez Patón, Laura (2017). Etiología, epidemiología y estrategias de control de la podredumbre del diente de ajo (Allium sativum L.). Tesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.45532.

Descripción

Título: Etiología, epidemiología y estrategias de control de la podredumbre del diente de ajo (Allium sativum L.)
Autor/es:
  • Gálvez Patón, Laura
Director/es:
  • Palmero Llamas, Daniel
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2017
Materias:
Escuela: E.T.S. de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (UPM)
Departamento: Producción Agraria
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El ajo es un cultivo distribuido mundialmente y de gran importancia en muchos países por sus propiedades culinarias y medicinales. Durante el año 2014, la superficie mundial dedicada a este cultivo fue de 1.547.381 ha con una producción de 24.939 miles de t. El principal país productor de ajo fue China con 20.058.388 t correspondientes al 80% de la producción mundial. Dentro de la Unión Europea, España es el principal país productor de ajo (57% de la producción europea). A nivel mundial, España es el octavo país productor de ajo, con una producción total de 177.427 t y una superficie de más de 20.000 ha dedicadas a este cultivo. Se trata un cultivo estratégico para muchas regiones del mundo, no solo desde el punto de vista económico, sino también social. Así ocurre en Castilla-La Mancha, la región donde se produce más de la mitad de la producción de ajo española. El ajo español es conocido internacionalmente por su alta calidad y sus excelentes cualidades culinarias. Sin embargo, en los últimos años, este cultivo está siendo afectado por diferentes patologías y fisiopatías en poscosecha, poco conocidas entre los técnicos y productores de ajo, pero que llegan a provocar importantes pérdidas económicas. En los trabajos actualmente disponibles, no existe información suficiente sobre las diferentes alteraciones que se observan en los bulbos de ajo una vez cosechados y que afectan a la calidad final del producto. Estas alteraciones pueden tener un origen biótico, ser causadas por diferentes agentes plaga o microorganismos, o un origen abiótico, incluyendo tanto fisiopatías como daños mecánicos. Existe una gran confusión en la discriminación de estos síntomas presentes en los dientes de ajo de los bulbos tras la cosecha, puesto que no existen trabajos disponibles que describan de forma detallada los diferentes síntomas que pueden encontrarse en ajo, y determinen cual es su agente causal. Por ello, el primer capítulo de este documento de tesis aborda la caracterización de la tipología de síntomas presente en los bulbos de ajo y su estudio etiológico. Para ello, se muestrearon lotes de bulbos de ajos correspondientes al destrío de diferentes cooperativas ajeras de seis provincias españolas. El análisis inicial permitió identificar catorce síntomas diferentes en función de las características morfológicas externas e internas en las lesiones presentes en los dientes. El estudio de regresión logística binaria aplicado a los datos obtenidos a partir de los análisis microbiológicos permitió asociar el 42,85% de los síntomas identificados con la presencia de hongos, el 21,43% con bacterias y un único síntoma con nematodos. El 35,71% de los síntomas no se asoció a ningún microorganismo cultivable y fueron asociados a la presencia de ácaros eriófidos (Aceria tulipae), a dos fisiopatías diferentes (parálisis cerosa y dientes translúcidos) y a daños mecánicos. Las pruebas de patogenicidad realizadas con las especies fúngicas y bacterianas aisladas de los dientes sintomáticos permitieron determinar la etiología de varias de las podredumbres poscosecha detectadas en los bulbos de ajo. Los aislados de Penicillium allii reprodujeron, tras su inoculación, las características mostradas en el síntoma conocido por los agricultores y técnicos como podredumbre verde. Las especies Fusarium proliferatum, F. oxysporum y F. solani, asociadas a tres síntomas diferentes, reprodujeron la podredumbre seca de los bulbos. La bacteria Erwinia persicina fue asociada a una nueva enfermedad del ajo identificada en este trabajo por primera vez y nombrada como podredumbre rosa de los dientes de ajo. De la misma manera diferentes especies bacterianas como Pantoea agglomerans, Serratia plymuthica, Providencia rettgeri, Klebsiella oxytoca y dos especies del grupo Pseudomonas fluorescens fueron asociadas al síntoma de podredumbre bacteriana de los dientes de ajo. De entre todas las patologías descritas de los bulbos de ajo, destaca la podredumbre seca de los bulbos de ajo por su mayor frecuencia de incidencia y gravedad detectada en los análisis de los bulbos de destrío de las cooperativas muestreadas. Esta enfermedad, asociada fundamentalmente a la especie F. proliferatum (más del 80% de detección con respecto al resto de especies Fusarium), se observó en más de un 50% de los bulbos analizados. La segunda alteración más comúnmente detectada en los bulbos de ajo de destrío fue originada por daños mecánicos en forma de heridas (49,8%) o golpes (22,7%). En tercer lugar, se situaron los dientes afectados por la fisiopatía de la parálisis cerosa, detectándose en un 19,2% de los bulbos analizados, seguidos de los síntomas asociados a la presencia de eriófidos (15,7%), nematodos (14,9%) y dientes con podredumbre verde (12,2%). Dada la importancia de la enfermedad de la podredumbre seca en la poscosecha de los bulbos de ajo, se llevaron a cabo estudios epidemiológicos para ahondar en el conocimiento de su agente causal que permita el desarrollo de estrategias de manejo y control efectivo de esta enfermedad. De esta forma, en el segundo capítulo se abordó un estudio sobre la variabilidad intraespecífica de F. proliferatum presente en los campos de ajo españoles. Las características morfológicas de las células conidiógenas y conidios y la secuenciación parcial del gen EF-1α de 83 aislados procedentes de ajos permitieron la identificación de los mismo como F. proliferatum. En cambio, los cebadores Fp3F/Fp4R descritos en la literatura y utilizados para la detección específica de F. proliferatum no resultaron efectivos en nueve aislados. Esta falta de amplificación se debió al polimorfismo encontrado en la secuencia del cebador Fp3F y a la deleción de 67 bases de nucleótidos detectada en la región IGS del rDNA del hongo que comprende la región de hibridación del cebador Fp4R. La determinación del tipo de idiomorfo de apareamiento ha permitido identificar la presencia de los dos tipos de idiomorfos (MAT-1 y MAT-2) dentro de la misma región geográfica, lo que permite sugerir la posible reproducción sexual entre aislados en los campos de ajo españoles. La determinación de las tasas de crecimiento micelial mostró que la mayoría de los aislados (68,7%) presentaron un rápido crecimiento a 25 °C (superiores a 9 mm/día), con tasas de crecimiento que llegaron hasta los 12,34 mm/día. En cuanto al análisis filogenético realizado mediante la construcción de árboles basados en los genes EF-1α y FUM1, mostró una alta variabilidad genética (de tres a cinco grupos y diferentes subgrupos) en la población de F. proliferatum de ajo. La organización de los grupos de ambos dendrogramas, altamente consistente y correlacionada, mostró una relación entre los grupos formados de los aislados y el tipo de idiomorfo de apareamiento, no encontrándose relación con el origen geográfico. El estudio de la habilidad micotoxígena de F. proliferatum reveló la capacidad de producción de fumonisina B1, B2 y B3 de todos los aislados, destacando la alta producción de fumonisina B1, con valores de hasta 9.309 μg/g. Además, se detectó la capacidad de producción de beauvericina y moniliformina en el 88,75% y 83,75% del total de los aislados, con máximos de producción de 995,37 μg/g, y de 99,21 μg/g, respectivamente. Las pruebas de patogenicidad de los diecisiete aislados inoculados sobre dientes de ajo permitieron además, determinar diferentes grados de virulencia. En la tercera parte del trabajo se estudió la evolución y pervivencia del inóculo de F. proliferatum en condiciones naturales de campo con el objetivo de conocer el efecto de las rotaciones de cultivo sobre la cantidad de inóculo primario del hongo en el suelo, así como el efecto de la incorporación de los residuos de ajo en el suelo. La recuperación de los propágulos de F. proliferatum después de dos años en campo ha permitido determinar la supervivencia del hongo a largo plazo (730 días), tanto en muestras con residuos de ajo como en sustratos previamente esterilizados. Tras el primer año de estudio, la cantidad de propágulos viables del hongo se redujo un 89,75%. Estos resultados sugieren que la rotación anual con cultivos no susceptibles a F. proliferatum reduciría drásticamente la cantidad de inóculo primario presente en el suelo. El estudio también contempló el efecto de la presencia de restos de cosecha y de su incorporación en el suelo. Los resultados indicaron la alta cantidad de inóculo que llegaron a soportar los residuos de cultivo de ajo, siendo hasta siete veces superior en comparación con las muestras de suelo. Así mismo, durante el primer año de ensayo, se detectó una mayor cantidad de inóculo del hongo en las muestras situadas en la superficie del suelo, en comparación con las muestras enterradas a 20-30 cm. En este sentido, las practicas de laboreo que incorporan los residuos permitirían reducir el número de propágulos de F. proliferatum como fuente de inóculo primario en el suelo. Una vez abordados los estudios epidemiológicos, se realizó un ensayo para conocer la efectividad de tres fungicidas comerciales recientemente autorizados en ajo como herramienta para el control de la podredumbre seca de los bulbos. Para ello, se evaluó el efecto de los tres productos sobre el crecimiento micelial de F. proliferatum en condiciones in vitro. Los resultados del ensayo in vitro de los fungicidas sobre siete aislados de F. proliferatum permitieron identificar a los compuestos de tebuconazol 50% + trifloxistrobin 25% y fluopiram 20% + tebuconazol 20% como los productos más efectivos en la inhibición del crecimiento micelial de este hongo. Ambos productos contenían una misma materia activa (tebuconazol) y presentaron valores muy similares para las diferentes concentraciones efectivas analizadas. Sin embargo, el fungicida compuesto de dimetomorf 7,2% + piraclostrobin 4% no alcanzó a inhibir en ningún caso el 70% del crecimiento micelial a la mayor de las concentraciones ensayadas (1000 ppm). La respuesta de los aislados de F. proliferatum a los fungicidas resultó altamente dependiente del fungicida, de la concentración de materia activa y del aislado evaluado. Tras la realización de este ensayo, se evaluó el efecto de estos productos aplicados foliarmente en dos campañas consecutivas en campo sobre la incidencia y gravedad de la podredumbre seca en los bulbos almacenados, como sobre el rendimiento final del cultivo. Los resultados obtenidos de este ensayo indicaron que ninguno de los productos aplicados en el campo resultó efectivo en el control de esta enfermedad poscosecha, no observándose diferencias en la gravedad de la enfermedad tras el almacenamiento de los bulbos ni en el rendimiento final, con respecto al control (sin aplicaciones foliares de fungicida). Aunque en una de las dos campañas, en la que hubo menor presencia de la enfermedad, se observó una reducción del 25% en la incidencia de la enfermedad, cuando fueron aplicados los fungicidas tebuconazol 50% + trifloxistrobin 25% y fluopiram 20% + tebuconazol 20% con respecto al control. Los resultados del presente trabajo revelan que los bulbos de ajo cosechados pueden presentar una amplia diversidad de síntomas que se corresponden con diferentes agentes causales, tanto de origen biótico como abiótico, destacando de forma especial la podredumbre seca de los bulbos de ajo causada por F. proliferatum. Este patógeno presenta además una alta variabilidad intraespecífica que hay que tener en cuenta en el manejo de la enfermedad. Los resultados han revelado la necesidad de abordar el control de la patología desde un manejo integrado, donde las rotaciones de cultivos y la incorporación de los residuos en el suelo pueden contribuir a la reducción de inóculo primario de F. proliferatum en el suelo. Por otro lado, el control químico de esta enfermedad requiere de más estudios de campo, puesto que, aunque los análisis in vitro demuestran una alta inhibición del crecimiento micelial de F. proliferatum, los resultados de los ensayos de campo con los mismos productos no resultaron igualmente satisfactorios para el control de la enfermedad. ABSTRACT Garlic is a worldwide distributed crop of great importance in many countries due to its culinary and medicinal properties. During 2014, the total area dedicated to this crop was around 1,547,000 ha with a production of 24,939 thousand tons. The main producer in 2014 was China with 20,058,388 t corresponding to 80% of total world production. Within the European Union, the main garlic producer is Spain with 57% of European production. Spain is the eighth largest producer of garlic in the world, with a total production of 177,427 t and an area of over 20,000 ha dedicated to this crop. It is a strategic crop for many regions of the world not only from an economic point of view, but also social. This is the case of Castilla-La Mancha, the Spanish region where more than half of the total production of Spanish garlic is produced. Spanish garlic is internationally known for its high quality and its culinary properties. However, in recent years, this crop is being affected by different postharvest diseases and disorders which lead to important economic losses. There is insufficient information on the alterations observed in garlic bulbs affecting its final quality once harvested. These alterations may have a biotic origin (caused by different pests or microorganisms), or an abiotic origin, including both physiological disorders and mechanical damage. There is a great confusion in the discrimination of these symptoms on garlic bulbs after harvest, since no works are available describing the different symptoms in detail and determining which is the causal agent. Therefore, the first chapter of this thesis deals with the characterization of the different symptoms present in garlic bulbs and their etiological study. For this purpose, batch of garlic bulbs corresponding to the discards of different cooperatives from six Spanish provinces were sampled. The initial analysis of symptomatic garlic cloves allowed the identification of fourteen different symptoms based on morphological characteristics. The statistical analysis of the data from the microbiological analysis using binary logistic regression, allowed associating 42.85% of the symptoms with the presence of fungi, 21.43% with bacteria and a single symptom with nematodes. Non-cultivable microorganism was associated in 35.71% of the symptoms, although they were associated with the presence of eriophid mites (Aceria tulipae), two different physiological disorders (waxy breakdown and translucent clove) and mechanical injuries. The pathogenicity tests performed with fungal and bacterial species isolated from the symptomatic cloves allowed to determine the etiology of several symptoms. Penicillium allii isolates reproduced the symptomatology of blue mold. The species Fusarium proliferatum, F. oxysporum and F. solani, associated to three different symptoms, reproduced the dry rot of the bulbs characteristic of Fusarium bulb rot. The bacterium Erwinia persicina was associated with a first report of a new disease of garlic called pink rot of garlic cloves. In the same way different bacterial species such as Pseudomonas orientalis, Pseudomonas marginalis, Pantoea agglomerans, Serratia plymuthica and Klebsiella oxytoca were associated with the bacterial soft rot of garlic cloves. Among all postharvest diseases, Fusarium bulb rot was the most significant because it was the most frequently detected. This disease is mainly associated with F. proliferatum (detected in more than 80% of cloves affected by Fusarium rot) and was observed in more than 50% of the bulbs analyzed. The second most commonly detected disorder in cooperative bulb discards was mechanical injuries (49.8%) and stokes (22.7%). The disorder of waxy breakdown was detected in the third place in 19.2% of the total bulbs analyzed, followed by the presence of eriophids (15.7%), nematodes (14.9%) and blue mold (12.2%). Due to the importance of dry rot in postharvest conservation of garlic demosntrated in the first chapter of this manuscript, epidemiological studies were performed to obtain further information regarding its causal agent as well as to develop management strategies and effective control method It was decided to carry out epidemiological studies to delve into the knowledge of its causal agent that allow further development of management strategies and effective control of this disease. Therefore, the second chapter addressed a study on the intraspecific variability of F. proliferatum population present in the Spanish garlic fields. Eighty three isolates from garlic affected by dry rot were identified as F. proliferatum based on morphology of the conidiogenic and conidial cells and molecular identification by sequencing a partial región of the EF-1α gene. In contrast, the Fp3F/Fp4R primer set designed for the specific detection of F. proliferatum were not effective in nine isolates due to the polymorphism that they showed in the Fp3F primer annealing sequence and the deletion of 67 nucleotide bases within the primer annealing region of Fp4R in the IGS region of the rDNA of these isolates on which this PCR assay is designed. The mating type determination allowed to identify the presence of the two types of idiomorphs (MAT-1 and MAT-2) within the same geographical region, suggesting the possible sexual reproduction among isolates in Spanish garlic fields. The determination of the mycelial growth rates showed that the majority of the isolates (68.7%) showed a rapid growth at 25 ºC (higher than 9 mm/day), with mycelial growth rates reaching 12.34 mm/day. Furthermore, phylogenetic analyses were performed by the construction of two trees with the genes EF-1α and FUM1, showing a high genetic variability (from three to five groups and different subgroups) of the F. proliferatum of garlic population. The organization of the groups of both dendrograms was highly consistent and related, and showed a relationship between the groups formed from the isolates and the mating type. No relationship was found with the geographical origin. The study on the mycotoxigenic ability revealed that all isolates to produce fumonisin B1, B2 and B3, with a higher production of fumonisin B1, with values up to 9,309 μg/g. In addition, the production capacity of beauvericin and moniliformin was detected in 88.75% and 83.75% of the total isolates with maximum production rates of 995.37 μg/g and 99.21 μg/g, respectively. Pathogenicity tests on garlic cloves also allowed to determine the virulence of the seventeen inoculated isolates. In the third part of this work, the evolution and survival of the F. proliferatum inoculum in natural field conditions was studied in order to know the effect of crop rotations on the amount of primary inoculum of the fungus in the soil, as well as the effect of the incorporation of garlic crop residues. The reisolation of the F. proliferatum after two years in the field allowed to determine the long-term survival of the fungus in the samples (730 days). After the first year of study the number of viable propagules of the fungus was reduced by 89.75%, suggesting that annual rotation with F. proliferatum non-susceptible crops would drastically reduce the amount of primary inoculum present in the soil. The study also deals with the effect of the presence of crop residues or their incorporation in depth. According to the experimental results, garlic residues support a higher amount of inoculum (up to seven times higher) in comparison with soil samples. During the first year of the experiment, a greater amount of fungus inoculum was detected in the soil surface samples compared to the ones buried at 20-30 cm. Tillage practices that incorporate crop residues would allow to reduce the number of propagules of F. proliferatum as primary inoculum source in the following season. Once the epidemiological studies were approached, an experiment was carried out to determine the effectiveness of three recently authorized commercial fungicides in garlic as a tool to control Fusarium rot on bulbs. For this, the effect of the three products on the mycelial growth of F. proliferatum under in vitro conditions was evaluated. The results of the in vitro fungicide tests on seven isolates of F. proliferatum revealed that tebuconazole 50% + trifloxystrobin 25% and fluopyram 20% + tebuconazole 20% were the most effective products in the inhibition of mycelial growth. Both products contained the same active ingredient (tebuconazole) and presented very similar values for the different effective concentrations analyzed. On the other hand, the fungicide composed of dimethomorph 7,2% + pyraclostrobin 4% did not inhibit 70% of the mycelial growth in any case even at the highest concentration tested (1000 ppm). The response of F. proliferatum isolates to fungicides was highly depending on the fungicide, the concentration tested and the isolate. Once the in vitro effectiveness of the products was known, they were tested in the field through the foliar application and the incidence and severity of dry rot in the stored bulbs were evaluated as well as their effect on the final yield of the crop. None of the products applied in the field were effective in the control of post-harvest disease and no differences in its severity or in the final yield were detected compared to the control (without fungicide applications). However, in one of the two growing cicles, in which there was less disease pressure, 25% reduction in disease incidence was observed when fungicides tebuconazole 50% + trifloxystrobin 25% and fluopyram 20% + tebuconazole 20% were aplied with respect to the control. The results of the present work reveal that garlic bulbs harvested can present a wide diversity of symptoms that correspond to different causal agents, both of biotic and abiotic origin, especially highlighting the dry rot of garlic bulbs caused by F. proliferatum. This pathogen also presents a high intraspecific variability that must be taken into account in the management of the disease. The results revealed the need to plan the control of the pathology from an integrated approach, where crop rotations and the incorporation of residues in the soil can contribute to the reduction of primary inoculum of F. proliferatum. On the other hand, the chemical control of this disease still requires more field studies, since field trials failed in the control of disease, although the in vitro results demonstrate the inhibition of the mycelial growth of F. proliferatum.

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ID de Registro: 45532
Identificador DC: http://oa.upm.es/45532/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45532
Identificador DOI: 10.20868/UPM.thesis.45532
Depositado por: Archivo Digital UPM 2
Depositado el: 24 Abr 2017 07:14
Ultima Modificación: 24 Oct 2017 22:30
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