Introducción

En México no existe información precisa que indique el volumen de pérdida de granos y semillas. Sin embargo, se estima que anualmente se pierde entre 5% y 25% de la producción total de maíz, trigo y frijol, principales granos básicos del país (^{Hernández y Carballo, 2014}). El grano y la semilla son entes vivientes que respiran oxígeno del ambiente y producen bióxido de carbono, agua y energía que se transforma en calor; consecuentemente, en la medida en que se acelere el proceso de la respiración, lo hará también el deterioro del grano o la semilla, ocasionando el desarrollo de insectos, ácaros, hongos y microorganismos, los cuales al alimentarse disminuyen la cantidad y calidad alimenticia y comercial del grano (^{Lagunes y Rodríguez, 1989}; ^{Lannacone y Lamas, 2003a}).

Los insectos también representan una de las principales causas en las pérdidas postcosecha de granos o semillas. Estos afectan principalmente a los pequeños productores y en particular a los de temporal, por carecer de medios apropiados para su almacenamiento, así como al mal uso de pesticidas y en ocasiones a la completa carencia de ellos, por sus elevados costos (^{FAO, 2010}). En México, existen más de veinticinco especies de insectos de importancia económica, que atacan semillas y granos almacenados; de los cuales quince especies pertenecen a los órdenes Coleóptera y Lepidóptera (^{Moreno, 1992}, ¹⁹⁹⁶). Entre los insectos más importantes, que dañan y afectan la calidad de granos y semillas, se encuentran el gorgojo o bruco del frijol (Acanthoscelides obtectus Say), el gorgojo del trigo (Sitophilus granarius L.) y el picudo del maíz (Sitophilus zeamais M.) (^{FAO, 2010}).

Los insecticidas químicos generan efectos negativos en los seres humanos por su alta capacidad de bioacumulación y su poder residual prolongado. Una alternativa a este problema es el uso de productos naturales derivados de plantas, generalmente biodegradables y que no producen un desequilibrio en los ecosistemas (^{Lannacone y Reyes, 2001}; ^{Lannacone y Lamas, 2003a}).

El uso de extractos vegetales es una técnica recuperada de la agricultura de subsistencia de países de África y América Central principalmente (^{Lagunes y Rodríguez, 1989}). Entre las especies vegetales que se han utilizado para el control de insectos en grano o semilla está el ajo (Allium sativum) por sus agentes activos de la allicina y el disulfuro de alipropilo, la higuerilla (Riccinus communis) por sus ingredientes activos de la ricina y ricinina y la gobernadora (Larrea trindetata) por sus principios activos de la resina (^{Seigler, 1998}; ^{Rodríguez, 2000}).

La calidad de la semilla es uno de los factores más importantes que afectan en mayor proporción el rendimiento potencial de una variedad y por lo tanto el éxito en la actividad agrícola. Por otro lado, el alto contenido de humedad en el grano durante el almacenamiento, favorece el desarrollo de insectos, ácaros, hongos y microorganismos, los cuales al alimentarse disminuyen la cantidad y calidad alimenticia y comercial de grano y semilla (^{Ramírez et al, 1993}). La capacidad de germinación y el vigor son los principales atributos involucrados en el componente de calidad fisiológica de la semilla. El vigor de la semilla es el potencial biológico que favorece el establecimiento rápido y uniforme bajo condiciones de campo, incluso desfavorables. En tanto que la germinación, es el proceso fisiológico mediante el cual emergen y desarrollan, a partir del embrión, las estructuras esenciales para la formación de una planta normal bajo condiciones favorables (^{Delouche, 2002}). La capacidad de germinar y el vigor son los dos indicadores de mayor importancia de la calidad de la semilla (^{Odindo, 2007}).

En base a lo anterior los objetivos de esta investigación fueron evaluar el control de plagas de almacén en maíz, trigo y frijol con polvos de ajo, aceites de higuerilla y gobernadora, y el efecto que causa estos bioinsecticidas en la calidad fisiológica de la semilla.

Materiales y métodos

El trabajo se realizó durante 2011, en el Laboratorio de Análisis de Semillas del Instituto Tecnológico de Roque, ubicado en Celaya, Guanajuato, México. (20° 31' latitud norte, 100° 45' longitud oeste y 1 765 msnm). El clima del sitio experimental es semicálido BS1Hw(e), con una precipitación de 550 a 710 mm durante el año y temperatura media anual de 18.4 °C (^{INEGI, 2012}).

Polvos vegetales

Se evaluaron polvo de ajo (Allium sativum), hoja, tallo y cascara, aceite de semilla de higuerilla (Riccinus communis) y hoja y tallo de gobernadora (Larrea trindetata) por los principios activos de la resina (Cuadro 1).

Cuadro 1 Descripción de los tratamientos formados por polvos y aceites vegetales y sus combinaciones a dos concentraciones. Roque. Celaya, Guanajuato, México. 2011.  

C₁, concentración de 0.1 g y C₂, concentración 0.2 g.

Para la preparación del polvo vegetal, se colectaron plantas en etapa de floración de hojas jóvenes de higuerilla, tallos y hojas de gobernadora, y para el extracto del ajo se adquirieron bulbos comerciales. Cada una de las partes de las plantas para la extracción de los productos insecticidas fueron lavados con agua corriente para eliminar la posible contaminación presente en ellos, luego se lavaron con agua destilada. Posteriormente se colocaron sobre papel y se protegieron de la luz solar. Siete días después se colocaron en una incubadora de convención por gravedad (Precisión Scientific Modelo J1755-1A), a 60 °C hasta obtener su peso constante. Una vez secas la muestras, se molieron por separado en un molino para café (Braun modelo KSM-2) hasta obtener un polvo fino que fue tamizado en una malla del número 20 con orificios de 0.84 mm de diámetro. Cada extracto se pasó por papel filtro Watman WL No.1 para eliminar residuos de tejido vegetal.

El extracto de aceite de higuerilla, se realizó en semilla previamente colectada, estas se secaron en un horno durante tres días a 200 °C, posteriormente se agregó alcohol etílico al 95% y se dejaron reposar por tres días, dando lavados continuos durante este periodo con agua destilada. Enseguida se procedió a moler la semilla y se colocó en etanol 95% por 72 h, realizando lavados continuos cada 24 h con la misma solución. En seguida posteriormente, se separaron las dos fases líquidas por decantación, se tomó la fase superior y se colocó en tubos Eppendorf y se centrifugo a 400 rpm para finalmente obtener el aceite.

Para el incremento de la colonia madre de las poblaciones de insectos en estudio, se colocaron 50 adultos de gorgojos de maíz (Sitophilus zeamais), 50 gorgojos de trigo (Sitophilus granarius) y 50 gorgojos de frijol (Acanthoscelides obtectus) en 200 g de muestra de semilla de maíz, trigo y frijol, respectivamente. Después del periodo de oviposición, los adultos fueron removidos y los contenedores de plástico y los frascos de maíz, trigo y frijol fueron mantenidos a una temperatura de 25 ± 3 °C y 67 ± 8 % de humedad relativa. Para la identificación de las especies se usó las claves de ^{Pereira y Massutti, (2001)}.

Para la realización de los bioensayos, se colocaron 50 insectos de Sitophilus zeamais, Sitophilus granarius y Acanthoscelides obtectus en 200 g de semilla de maíz, trigo y frijol, respectivamente. La semilla de cada cultivo se colocó en envases cuadrados de plástico de 1000 mL. En todos los tratamientos, polvo de las plantas y de aceites se utilizaron dos concentraciones: 0.1 g y 0.2 g por cada 200 g de semilla de las especies evaluadas (^{Lannacone et al, 2004}). Además se empleó un testigo (sin aplicación de polvos y aceite). Cada unidad experimental estuvo representada por un recipiente, repetida tres veces. El diseño experimental usado fue completamente al azar con arreglo factorial, factor A. los extractos y factor B, las concentraciones, 11 tratamientos y tres repeticiones (Cuadro 1).

La mortalidad se evaluó a las 24, 48 y 144 h después de la infestación, registrando los insectos muertos y vivos. Se consideró insecto muerto, si este al recibir un estímulo de calor mediante una plancha de laboratorio continuaba inmóvil. Los datos obtenidos del conteo de mortalidad se sometieron a transformación para su análisis estadístico.

La evaluación de la calidad fisiológica de las semillas se realizó con la prueba de germinación estándar y la prueba de vigor mediante la velocidad de emergencia evaluada al cuarto día (ISTA, 1995). Para la realización de estas pruebas como sustrato se utilizó papel sanita, se colocaron 50 semillas por tratamiento en tres repeticiones, bajo un diseño completamente al azar. Se hicieron dos conteos; el primero cuatro días después de la siembra para evaluar el vigor, cuantificando el total de plántulas normales germinadas para determinar la velocidad de emergencia. El segundo conteo se realizó a los siete días, en el cual se evaluó el número total de plántulas normales, plántulas anormales, semillas duras y semillas muertas. Ambas variables se transformaron a porcentaje.

Para todos los caracteres evaluados se hizo un análisis de varianza usando el procedimiento PROC GLM del paquete estadístico SAS (^{SAS, 1999}) ver. 8.1. La comparación múltiple de medias se realizó de acuerdo a la prueba diferencia mínima significativa (DMS, p≤ 0.05 y 0.01).

Resultados y discusión

Para las variables de mortalidad a las 24, 48 y 144 h, vigor y porcentaje de germinación de los extractos evaluados para el control de Sitophilus zeamais M. en semillas de maíz, se observó diferencias significativas (p≤ 0.01); lo cual significa que al menos un tratamiento es diferente. Los coeficientes de variación oscilan de 9.51 a 17.43%. Por otro lado, para la fuente de variación tratamientos evaluados para control del gorgojo en trigo se encontró diferencia significativa (p≤ 0.01) para la variable mortalidad a las 24, 48 y 144 h, mientras que para el vigor determinado por la velocidad de germinación al 4 día el efecto fue significativo (p≤ 0.05) y para el porcentaje de germinación no se observó diferencia. Para este estudio el coeficiente de variación oscilo entre 3.9 a 19.88%. En el ensayo de Acanthoscelides obtectus en semillas de frijol, en los tratamientos se observan diferencias significativas (p≤ 0.01) para mortalidad en todos los tiempos de evaluación, así como para el vigor de la semilla y para el porcentaje final de germinación. Los coeficientes de variación oscilan de 6.38 hasta 22.89% (Cuadro 2).

Cuadro 2 Cuadrados medios para el porcentaje de mortalidad de los gorgojos Sitophilus zeamais, Sitophilus granarius y Acanthoscelides obtectus, y calidad de semillas de maíz, trigo y frijol. Roque, Celaya, Guanajuato, México. 2011. 

¹Vigor (%); ² Porcentaje de germinación. SM= semilla de maíz; ST= semilla de trigo y SF= semilla de frijol.

En el Cuadro 3, se observa que el mejor tratamiento para control de Sitophilus zeamais en semillas de maíz fue el aceite de higuerilla en ambas concentraciones C₂ y C₁, se controló 100% de la población de este insecto desde el primer muestreo (24 h). Resultados similares reportan ^{Cerna et al. (2010)}, quienes en un estudio similar observaron un control de insectos de almacén en maíz de 92% y 100% a las 92 h con aceite de soya e higuerilla, respectivamente, mientras que en ensayos donde utilizaron extracto de cilantro como bioinsecticida en gorgojos de maíz observaron 25% de mortalidad (^{Lannacone et al, 2004}). Porcentajes inferiores a los observados en este estudio son reportados por ^{Andrews (1989)} quien menciona que un tratamiento orgánico fue el que mostró mejor resultado en el control de gorgojo de maíz con Azadirachta indica con 2.98% y con el tratamiento químico, utilizando fosfuro de aluminio a los 6 meses de almacenamiento mostró mayor efectividad en el control al daño con 1.96%.

Cuadro 3 Promedio de mortalidad de Sitophilus zeamais M., vigor y porcentaje de germinación de semilla de maíz con 

C₁, concentración de 0.1 g y C₂, concentración 0.2 g.

El tratamiento de polvo de ajo a la concentración 1 (C₁) en todos los tiempos de exposición fue el que menos muertes de gorgojos ocasionó (34.92, 50.83 y 75.69%, respectivamente). Nuestros resultados coinciden con lo reportado por ^{Issa et al. (2011)} con extractos de ajo en Sitophilus a 96 h de evaluación. Estos resultados indican que a medida que el extracto esta por periodos prolongados en contacto con el gorgojo aumenta la mortalidad del mismo, esto se observa en los otros tratamientos evaluados a medida que transcurre el tiempo de contacto del extracto con el insecto se aumenta la mortalidad. Es importante señalar que los costos en el control de este gorgojo se incrementan con el ajo por ser una planta de gran importancia económica, en contraste con los demás tratamiento, que prácticamente provienen de plantas silvestres donde el agricultor las puede obtener sin costo alguno. Por su parteo, ^{Cerna et al. (2010)} en un estudio con Sitophilus zeamais reportaron que el aceite de soya mostró el mejor control al causar mortalidad superior al 92 y 100% a las 192 h de exposición.

Con relación al vigor de la semilla, evaluado al cuarto día (primer conteo) por la velocidad de germinación; se encontró que el tratamiento polvo de ajo a la concentración 0.2 g (C₂) expresó el valor más alto (56.10%), seguido por el tratamiento de hoja y tallo de higuerilla en la misma concentración, con un valor de 54.46%. Estos resultados superan al testigo en el que se observó 48.02%. Por otro lado, los tratamientos de aceite de higuerilla en ambas concentraciones (C₁ y C₂) controlaron 100% del insecto (Cuadro 3), expresaron el menor porcentaje de vigor con valores de 27.35 y 9.85%.

La prueba de germinación estándar no es afectada por la mayoría de los extractos vegetales usados para el control de insectos en semilla almacenada. Aunque es importante indicar que el aceite de higuerilla aplicado a 0.2 g (C₂) disminuyó significativamente el porcentaje de plántulas normales (51.4%). Estos resultados son parcialmente similares a los reportados por ^{Cerna et al. (2010)} quienes concluyen que el aceite de soya afecta significativamente la germinación a dosis de 2 000 a 10 000 ppm con valores por debajo de 90%. También, ^{Salas (1985)} uso aceite de ricino en semilla de maíz, observó baja germinación; del mismo modo, ^{Hall y Harman (1991)} reportaron 75% de germinación en semillas de maíz tratadas con aceite de soya. Mientras que ^{Silva-Aguayo et al. (2004)} encontró que la tierra de diatomea y carbonato de calcio controla hasta 80% a Sitophilus zeamais y el porciento de germinación no fue afectado. En otras investigaciones se han identificado diferentes compuestos que cumplen con la definición de metabolito secundario y que revelan la actividad regulatoria o estimulatoria del crecimiento de la planta, entre estos están el ácido abscísico, esteroles, cucurbitacinas y juglona naftaquinona (^{Schnabl et al, 2001}). En este tópico, ^{Macías et al. (2005)} confirmaron que las lactonas sesquiterpenos, presentes en estrigolactonas, son inductoras específicas de la germinación de Orobanche cumana Wallr.

En el Cuadro 4, se muestra que el mejor tratamiento para el control de gorgojo del trigo fue el aceite de higuerilla en ambas concentraciones, ocasionando la muerte de 100% de Sitophilus granarius desde el primer muestreo (24 h), estos resultados superan a los reportados por ^{Arango et al. (2008)} quienes en un estudio con extractos de Verbena offinalis a concentraciones de 0.16% reportaron una mortalidad de Sitophilus granarius de 50%, del mismo modo, en un estudio para el control de plagas del follaje de tomate confirma que la higuerilla a una concentración de 50% presentó una mortandad 81% de mosquita blanca (^{Carrillo-Rodríguez et al, 2008}). En todos los tratamientos a la concentración de 0.2 g (C₂) se observó la mayor mortalidad en comparación con la concentración de 0.1 g (C₁) en los tres momentos de exposición extracto-gorgojo.

Cuadro 4 Porcentaje de mortalidad de Sitophilus granarius L. y su relación con la calidad de la semilla de trigo. Roque, Celaya, Guanajuato, México, 2011. 

C₁, concentración de 0.1 g y C₂, concentración 0.2g.

El tratamiento de polvo de ajo a 0.1 g (C₁) fue el menos eficiente para el control de gorgojo en semilla de trigo en todos los tiempos de exposición (24, 48 y 144 h). No obstante, cuando se usó la concentración al doble del ingrediente activo (C₂), la cantidad de gorgojos muertos aumento con el tiempo de exposición. Cabe señalar, que la cantidad de gorgojos muertos aumento con el tiempo y la mayor concentración con todos los extractos; esto significa, que existe una probabilidad alta, que aquellos extractos que no alcanzaron 100% de control a las 144 h, lo logren a más tiempo de contacto con el gorgojo. Al respecto, ^{Guillen-Sánchez et al. (2001)} sugieren tiempos de exposición de 24 y 48 h para lograr al menos 50% de insectos muertos. Sin embargo, un índice de mortalidad mayor al 50% es aceptable y define el umbral de respuesta (^{Lagunes y Rodríguez, 1989}), por lo tanto, estos tratamientos son aceptables para controlar plagas de almacén.

Con respecto al vigor de la semilla, se encontró que el tratamiento compuesto por hojas y tallos de gobernadora (C₁ y C₂), cáscara de higuerilla (C₁ y C₂) y ajo en la C₁, superan al testigo (41.86%) en la variable de plántulas normales al primer conteo. Por lo cual, estos extractos vegetales pueden ser considerados como estimuladores del vigor de la semilla de trigo.

Para la prueba de germinación estándar se encontró que el aceite de higuerilla aplicado a la semilla a la C₂ reduce el porcentaje de germinación en 41% con respecto al testigo. Por otro lado, los extractos vegetales compuestos por cascara de higuerilla en la C₂, hoja y tallo de higuerilla en la C₁ y polvo de ajo en la C₁ presentaron 100% de plántulas normales germinadas. Al respecto, se ha probado que existen metabolitos secundarios que además del biocontrol de insectos, también pueden mostrar actividad bioestimulatoria en la misma planta (en el vigor y germinación). Por ejemplo, las fitohormonas brasinoesteroides aumentan el rendimiento y la eficiencia del cultivo y el vigor de la semilla (^{Mandava, 1988}).

El Cuadro 5 muestra la prueba de comparación de medias para los tratamientos compuestos por los extractos vegetales para el control del gorgojo de semilla de frijol. El mejor tratamiento para controlar Acanthoscelides obtectus fue el aceite de higuerilla en ambas concentraciones (C₁ y C₂); controlando 100% de la población de insectos desde el primer muestreo realizado a las 24 h. Resultados similares encontraron ^{Javanovic et al. (2007)} con extracto de Urtica dioica o que controló 100% de este gorgojo. Del mismo modo, (^{Salas, 1985}) reportó una mortalidad del 100% de Sitophilus oryzae con una dosis de aceite de ricino de 10 000 ppm. Por otro lado, ^{Okonkwo y Okoye (1992)} reportaron una mortalidad 100% de Callosobruchus maculatus con 10 000 ppm de aceite de ricino. Resultados que coinciden con los del presente trabajo en las dos concentraciones de aceite de higuerilla. El tratamiento de hoja y tallo gobernadora a la C₁ presentó el menor número de gorgojos muertos en todos los muestreos realizados (55.8 hasta 66.42%).

Cuadro 5 Respuesta de los bioinsecticidas en el control de Acanthoscelides obtectus Say y su relación con la calidad de semilla de frijol. Roque, Celaya, Guanajuato, México. 2011. 

C₁, concentración de 0.1 g y C₂, concentración 0.2 g.

Para la variable vigor de la semilla se encontró que los tratamientos de hoja y tallo de higuerilla a 0.2 g (C₂) y cascara de higuerilla a 0.1 g (C₁) fueron los que presentaron la mejor respuesta a esta variable, presentando los valores más altos de plántulas normales al primer conteo (44.48 y 43.95%). Estos tratamientos superan el valor originado por el testigo (33.98%). Lo contrario ocurrió con el aceite de higuerilla en ambas concentraciones, ya que este tratamiento afectó drásticamente la formación de plántulas normales durante el primer conteo, el cual fue considerado como una prueba de vigor de semilla (Cuadro 5).

Por último, en la prueba de comparación de medias para el porcentaje de germinación se puede observar que todos los tratamientos presentaron valores de germinación superiores a 97%, a excepción del tratamiento de aceite de higuerilla a la C₂ que disminuyó en 25.87% la germinación. Al respecto, ^{Hernández et al. (2006)} reportaron que semillas tratadas con diferentes aceites vegetales se disminuye la germinación y hay una reducción hasta 50% en la altura de plántula, el peso fresco y seco de plántula se reduce de 35 a 45 %. Por otro lado, ^{Babu et al. (1989)} reportan 75% de germinación en semillas de frijol tratadas con aceite de ricino (Cuadro 5).

Conclusiones

Los tres bioinsecticidas a las dos concentraciones mostraron control para Acanthoscelides obtectus, Sitophilus granarius y el picudo del maíz Sitophilus zeamais por arriba de 50% del índice de mortalidad que se considera aceptable y define el umbral de respuesta.

El aceite de higuerilla evaluado en el primer muestreo realizado a las 24 h mostró 100% de gorgojos muertos con las dos concentraciones para las tres especies, maíz, frijol y trigo. La mortalidad más baja a 24, 48 y 144 h fue para el tratamiento compuesto por polvo de ajo para Sitophilus zeamais y Sitophilus granarius. En el caso de Acanthoscelides obtectus, a excepción del aceite de ricino, tanto la gobernadora, el ajo, y la higuerilla (tallo, hoja y cascara de semilla) a las C₁ y C₂, el control fue menor a las 144 h con valores que oscila de 66.42 a 79.74%.

La calidad fisiológica de la semilla fue más afectada por el tratamiento de aceite de ricino, y el daño fue mayor en la semilla de maíz y trigo, reduciendo la germinación hasta 41.4 y 48.98%, respectivamente. Este mismo tratamiento muestra el mayor efecto negativo en el vigor de la semilla de las tres especies, aunque el efecto fue más severo en la semilla de frijol.