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Ecosistemas y recursos agropecuarios

versión On-line ISSN 2007-901Xversión impresa ISSN 2007-9028

Ecosistemas y recur. agropecuarios vol.10 no.2 Villahermosa may./ago. 2023  Epub 22-Sep-2023

https://doi.org/10.19136/era.a10n2.3424 

Notas científicas

Evaluación in vitro de extractos vegetales adicionados con nanopartículas para el control de Fusarium oxysporum

Evaluation in vitro of plant extracts spiked with nanoparticles for the control of Fusarium oxysporum

Ernesto Cerna-Chávez1 
http://orcid.org/0000-0003-2263-4322

Irasema del Rosario Malacara-Herrera1 
http://orcid.org/0000-0002-6644-4670

Yisa María Ochoa-Fuentes1   
http://orcid.org/0000-0001-7859-8434

Agustín Hernández-Juárez1 
http://orcid.org/0000-0001-7059-4471

1Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Departamento de Parasitología. Laboratorio de Toxicología. Calzada Antonio Narro 1923. CP. 25315. Buenavista, Saltillo, Coahuila de Zaragoza, México.


Resumen.

Fusarium oxysporum, ocasiona marchitamiento y pudrición de raíces. El objetivo del trabajo fue evaluar in vitro extractos de Larrea tridentata L. a concentraciones de (10, 100, 500, 1 000, 3 000 y 5 000 ppm) y Sinapis alba L. con dos concentraciones más de 1 500 y 2 000 ppm, con nanopartículas de óxido de silicio y zinc a concentraciones de: 1, 3 y 5% sobre la inhibición del crecimiento micelial y esporulación de F. oxysporum de ajo. Se determinaron las concentraciones inhibitorias y el número de conidios. Los datos se analizaron con un análisis Probit, ANOVA y Tukey. Los resultados indicaron que los extractos de gobernadora y mostaza con SiO2, presentaron mejor efecto inhibitorio sobre el crecimiento micelial, y redujeron la esporulación, a diferencia de los extractos con ZnO. Las nanopartículas de SiO2 con extractos de gobernadora y mostaza son efectivas para el manejo in vitro de F. oxysporum.

Palabras-clave: Ajo; crecimiento micelial; efecto inhibitorio; medios envenenados; nanotecnología

Abstract.

Fusarium oxysporum, causing wilting and root rot. The objective of the work was to evaluate in vitro extracts of Larrea tridentata L. to dose (10, 100, 500, 1 000, 3 000 y 5 000 ppm) and mustard Sinapis alba L. with two aditional concentration of 1 500 y 2 000 ppm with silicon oxide and zinc oxide at doses of: 1, 3 y 5% nanoparticles on mycelial growth and sporulation of F. oxysporum of garlic. Inhibitory concentrations and the number of conidia were determined. Data were analyzed by Probit analysis, ANOVA and Tukey’s test. The results indicated that governor and mustard extracts with SiO2, presented better inhibitory effect on mycelial growth, and significant reduction in sporulation was observed, unlike the extracts added with ZnO. SiO2 nanoparticles with governor and mustard extracts are effective for in vitro management of F. oxysporum.

Key words: Garlic; mycelial growth; inhibitory effect; poisoned media; nanotechnology

Introducción

El ajo (Allium satillva L.) es una hortaliza de bulbo de gran importancia por sus propiedades medicinales y condimentales (Escobar y Parra 2012). Su producción en México hasta marzo de 2021 fue de 87 249.61 toneladas, la superficie sembrada de 7 140.98 hectáreas y se cosecharon 6 786.71 hectáreas, con rendimiento promedio de 12.86 udm ha-1 (SIAP 2021). El estado con mayor producción es Zacatecas con al menos el 50% del volumen total nacional, otros estados productores son: Aguascalientes, Sonora, Guanajuato, Puebla, Baja California, Michoacán y Veracruz (SADER 2021). Por lo que se considera un cultivo importante y competitivo.

La principal causa de la disminución del rendimiento y calidad de las semillas, son las enfermedades de etiología fúngica (Izquierdo-Oviedo, Gómez-Consuegra 2012), entre las cuales destaca la marchitez vascular causada por Fusarium oxysporum (Parreño et al. 2023). Por esta razón, el manejo de enfermedades es una de las prácticas primordiales, aunque el control químico es el principal método, causa resistencia al seleccionan cepas con mayor virulencia y de difícil manejo (Pupo-Feria et al. 2016). Por tal motivo es importante introducir alternativas ecológicas y económicas para reducir su impacto (Tamilselvi y Arumugan 2017), por lo anterior se estudian nuevos compuestos provenientes de vegetales, como aceites esenciales y extractos, comprobando que son más seguros para el medio ambiente y las personas (Villa-Martínez et al. 2014). Sobre lo mismo Tucuch-Pérez et al (2021) estudiaron plantas del semidesierto como Agave lechuguilla y Lippia graveolens para el control de Fusarium oxysporum, donde ambos extractos controlaron la enfermedad a nivel invernadero de forma eficiente. En lo que respecta a Fusarium oxysporum, Fusarium solani y Rhizoctonia solaniRodríguez-Castro et al. (2020) reportan que fueron controladas con extractos vegetales entre los que destaca Larrea tridentata, que inhibe el crecimiento de los tres hongos.

Actualmente, los nanomateriales están emergiendo como herramienta para el manejo de enfermedades de las plantas y mejorar la producción de cultivos para satisfacer la creciente necesidad mundial de alimentos (El-Sayed et al. 2023) . La nanotecnología, tiene numerosas aplicaciones que contribuyen a solucionar los problemas que afectan a los cultivos, la producción de nanopartículas a partir de diferentes tipos de metales como el platino, oro y óxidos metálicos, son utilizadas para desarrollar estrategias de manejo de enfermedades (Gómez-Garzón 2018, Gurunathan et al. 2015). Para que el impacto de los plaguicidas sea menor, se han utilizado como alternativa las nanopartículas, que mejoran su eficacia, ya que se utilizan dosis de aplicación muy bajas del producto (Patil et al. 2012). Se pueden encontrar pesticidas elaborados a base de nanopartículas, su función es hacer más lenta y controlada su liberación, resultando que su nivel de acción sea mayor (Sun et al. 2014, Kah 2015). Por tal motivo, el objetivo fue evaluar in vitro los extractos de gobernadora (Larrea tridentata L.) y mostaza (Sinapis alba L.), adicionados con nanopartículas de óxido de silicio (SiO2) y de óxido de zinc (ZnO) sobre el crecimiento micelial y esporulación de F. oxysporum, como potencializadores a la función de los extractos.

Materiales y métodos

La investigación se llevó a cabo en el Laboratorio de Toxicología del departamento de parasitología, perteneciente de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. ubicada a 25°23’ 36.24” LN, 101°0’1.8” LO.

Material biológico

La cepa de F. oxysporum con similaridad del 99.80% número de acceso, MT448908 se obtuvo del cepario del laboratorio de Toxicología, obtenida de la zona productora del estado de Zacatecas, las características morfológicas coincidieron con la descripción reportada por Leslie y Summerell (2006) , así mismo, fue reactivada en medio de cultivo Papa Dextrosa Agar (PDA) (MCD LAB®).

Evaluación in vitro de extractos vegetales adicionados con nanopartículas de SiO 2 y ZnO

Los extractos evaluados fueron de gobernadora (Larrea tridentata) y mostaza (Sinapis alba), los cuales fueron proporcionados por la empresa productora, al igual que las nanoparticulas de SiO2 y ZnO.

Los extractos fueron mezclados con las nanopartículas de SiO2 y ZnO a 1, 3 y 5% por cada 100 mL de extracto, por lo cual se obtuvieron 14 tratamientos incluyendo los extractos puros, para realizar las diferentes concentraciones (10, 100, 500, 1 000, 3 000 y 5 000 ppm), a excepción de la mostaza donde se añadieron 1 500 y 2 500 ppm. Los bioensayos se realizaron mediante la metodología de medio de cultivo PDA envenenado (Ochoa-Fuentes et al. 2012), en cajas Petri, se dejaron 24 h para su solidificación. Después se colocó en cada caja Petri un explante del fitopatogeno F. oxysporum, se incubaron a 26 °C hasta observar crecimiento del micelio, el cual se midió cada 24 h con un vernier, hasta que el testigo (PDA sin tratamiento) alcanzara las medidas de la caja Petri. El porcentaje de inhibición de crecimiento micelial se obtuvo con la fórmula propuesta por Ezziyyani et al. (2004) (% inhibición = crecimiento micelial del testigo - crecimiento micelial del tratamiento / crecimiento micelial del testigo x 100). Mientras que, para el conteo de esporas, se utilizó una cámara de Neubauer, siguiendo el método para cuantificación de suspensión de esporas de hongos, descrito por Bustillo (2010) . Donde se evaluaron, las dosis de 1 000, 3 000 y 5 000 ppm para gobernadora, sola y con nanopartículas; mientras que para mostaza fueron las dosis de 1 500, 2 500 y 3 000 ppm.

Análisis estadístico

Se realizó un análisis Probit para obtener la dosis inhibitoria media (DL50) con los porcentajes de inhibición, con el programa estadístico SAS System versión 9.0. Para evaluar la producción de esporas se utilizaron los datos de esporulación de cada tratamiento y se hizo un análisis de varianza y comparación de medias por el método Tukey (p ≤ 0.05), mediante el programa estadístico SAS System versión 9.0.

Resultados y discusión

Evaluación in vitro de extractos vegetales adicionados con nanopartículas de SiO 2 y ZnO 2

En la Tabla 1 se muestran los resultados de los extractos de gobernadora y mostaza sin y con nanopartículas de SiO2 y ZnO. Donde se observa que las DL50 de gobernadora presentaron valores muy similares, siendo la gobernadora más silicio a 3% el tratamiento con el valor más bajo con 2 327 ppm, y gobernadora con ZnO al 5% el valor más alto con 2 651 ppm. También se observó que el tratamiento de gobernadora más SiO2 al 1% mostró un valor mayor que el tratamiento de gobernadora sin nanopartículas, al ser un tratamiento con un porcentaje pequeño de nanos, esto posiblemente se debió a que el hongo activa un mecanismo de defensa para sobrevivir, por lo que su crecimiento se ve acelerado como una respuesta de supervivencia (Carroll et al. 2016) . Mientras que gobernadora más SiO2 al 3 y 5% presentan valores menores que la gobernadora sin nanopartículas. Los tratamientos con nanopartículas de ZnO fueron los que tuvieron DL50 más altas, ya que se observa que conforme sube el porcentaje de las nanopartículas de ZnO, los valores van en aumento, ya que se observa que, en lugar de inhibir al hongo, lo activa el crimento de la dosis. Estos resultados coinciden con Pariona et al. (2020) quienes reportan que el ZnO no tiene actividad significativa en este hongo. Por otra parte, en los resultados de los tratamientos con mostaza, se observó que los valores más bajos, fueron en los tratamientos de mostaza SiO2 y mostaza ZnO al 5% con 821.31 y 843.79 ppm, respectivamente, seguido de mostaza SiO2 y ZnO al 3% con 1 047 y 1 061 ppm, mientras que el valor más alto lo presentó mostaza SiO2 al 1% con 1 567 ppm. En un estudio sobre los síntomas del marchitamiento por Fusarium, en plantas de banano, se encontró que al aplicar diferentes tratamientos con SiO2, disminuyeron las enfermedades causadas por F. oxysporum (Fortunato et al. 2012). Razón por la cual, la mostaza con SiO2 mostró mejores resultados que la gobernadora. Al respecto, Drakopoulos et al. (2020) reportan que un extracto a base de mostaza funciona como bioplaguicida in vitro de Fusarium graminearum, lo que indica que el extracto puede favorecer el control de enfermedades causadas por este hongo.

Tabla 1 Dosis Inhibitoria media (DL50) de extractos de gobernadora (Larrea tridentata), de mostaza (Sinapis alba), adicionadas con nanopartículas de óxido de silicio y zinc sobre el crecimiento micelial de Fusarium oxysporum

Tratamiento DL50 (ppm) Limite Fiducial Inferior Superior DL90 (ppm) P-valor Ecuación de predicción
Gobernadora 2372 1969 2852 8932 <.0001 y = (-7.511719865 ± 2.2256065484)
Gobernadora/Silicio 1% 2379 1951 2898 9695 <.0001 y = (-7.091031757 ± 2.1001982485)
Gobernadora/Silicio 3% 2327 1922 2810 9326 <.0001 y = (-7.156405575 ± 2.1256037816)
Gobernadora/Silicio 5% 2331 1899 2857 10070 <.0001 y = (-6.790595941 ± 2.0165145785)
Gobernadora/Zinc 1% 2444 1937 3030 9246 <.0001 y = (-7.515045436 ± 2.2180382884)
Gobernadora/Zinc 3% 2558 2167 3010 10632 <.0001 y = (-7.059178847 ± 2.0713907138)
Gobernadora/Zinc 5% 2651 2086 3321 9733 <.0001 y = (-7.767956726 ± 2.269034895)
Mostaza 1451 456.66 3359 5587 0.0078 y = (-6.918469067 ± 2.1883091217)
Mostaza/Silicio 1% 1567 410.23 5965 6769 0.0136 y = (-6.442748389 ± 2.0165045653)
Mostaza/Silicio 3% 1047 473.12 2138 5309 0.0003 y = (-5.488408269 ± 1.8174422102)
Mostaza/Silicio 5% 821.31 341.59 1657 4722 0.0002 y = (-4.917342507 ± 1.6871939522)
Mostaza/Zinc 1% 1200 315.35 37715 61547 0.0026 y = (-2.307821614 ± 0.7494710185)
Mostaza/Zinc 3% 1061 415.77 3974 45111 <.0001 y = (-2.380970482 ± 0.7869144921)
Mostaza/Zinc 5% 843.79 476.29 1361 4269 <.0001 y = (-5.326123008 ± 1.8201277371)

En relación con la actividad antiesporulante, el tratamiento de gobernadora tuvo diferencias significativas en concentraciones de 5 000 ppm sin nanopartículas presentando menor producción de esporas (Tabla 2), mientras que los tratamientos al 3 y 5% de gobernadora más SiO2 también mostraron valores bajos con 0.83 y 0.64 millones de esporas mL-1, respectivamente. Sin embargo, la gobernadora con el SiO2 al 1, 3 y 5% obtuvo la producción más alta de esporas, en todas las concentraciones excepto con 5 000 ppm y 3% de nanopartículas. Se observó que la producción de esporas en los tratamientos de ZnO y gobernadora incrementó. Al respecto Kasprowicz et al. (2010), mencionan que la esporulación intensa, la germinación más lenta y los brotes más cortos a menudo son inducidos por el estrés. Las nanopartículas exhibieron tales propiedades en el caso de la formación de esporas, especial- mente para cultivos desarrollados en un medio de crecimiento incompleto. Por otro lado, los tratamientos de mostaza a 3 000 ppm con y sin nanopartículas inhiben la producción de esporas. Para el extracto de mostaza con los diferentes porcentajes de ZnO, las tres concentraciones presentan el mismo comportamiento, el testigo es el que muestra la mayor producción se esporas. Estos resultados se asemejan a un estudio in vitro de NPs de ZnO contra F. oxysporum de Yehia y Ahmed (2013) quienes reportan que la actividad antifúngica del ZnO depende de la concentración.

Tabla 2 Efecto de las nanopartículas de Óxido Silicio y Zinc en la esporulación de Fusarium oxysporum

Tratamiento Concentración (ppm)
0% 1% 3% 5%
Gobernadora +SiO2 0 11.79 a 11.79 a 11.79 a 11.79 a
1 000 1.01 b 2.95 b 1.88 b 1.44 b
3 000 0.46 c 2.35 c 0.85 c 1.19 c
5 000 0.05 d 1.28 d 0.83 d 0.64 d
Mostaza +SiO2 0 11.79 a 11.79 a 11.79 a 11.79 a
1 500 5.76 b 1.38 b 5.38 b 2.53 b
2 500 1.86b c 1.70 b 2.77 bc 0.10 b
3 000 0.00 c 0.05 b 0.00 c 0.00 b
Gobernadora +ZnO 0 11.79 a 11.79 c 11.79 b 11.79 b
1 000 1.01 b 37.70 a 12.66 b 27.40 a
3 000 0.45 c 27.62 b 16.25 b 29.97 a
5 000 0.05 d 6.80 d 39.36 a 24.60 ab
Mostaza +ZnO 0 11.79 a 11.79 a 11.79 a 11.79 a
1 500 5.76 b 5.30 b 6.37 b 7.04 b
2 500 1.86b c 0.907 bc 0.67 c 5.70 b
3 000 0.00 c 0.00 c 0.00 c 0.00 c

Los tratamientos con la misma letra entre columnas son iguales Tukey (p ≤ 0.05).

Entre los tratamientos de gobernadora y mostaza con SiO2 y ZnO, los que presentan mejor inhibición son los que contienen SiO2, resultados similares con el óxido de zinc presentó Guerrero et al. (2020) al utilizar óxido de cobre y óxido de zinc en alteraciones miceliales y daño a la membrana celular, presentando el cobre los mayores efectos. Mientras que Abbai et al. (2019) reportan que el silicio tuvo los mejores resultados con reducción del 50% de las enfermedades fúngicas. El extracto de mostaza y los tratamientos adicionados con óxido de SiO2 y ZnO, fueron los más efectivos para inhibir el crecimiento de F. oxysporum. Sin embargo, los tratamientos adicionados con el óxido de zinc, no mostraron efectos significativos para el extracto de gobernadora. Por lo tanto, los extractos de mostaza con SiO2 y ZnO al 5%, son una alternativa viable para escalar estos estudios a nivel invernadero y/o campo, para de esta manera en un futuro cercano la enfermedad pueda ser controlada.

Literatura citada

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Recibido: 08 de Diciembre de 2021; Aprobado: 08 de Junio de 2023

Autor de correspondencia: yisa8a@yahoo.com

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