Tesis:
Integration of physical, chemical and biological tactics against insect pests and virus diseases in horticultural crops.
- Autor: DADER ALONSO, Beatriz
- Título: Integration of physical, chemical and biological tactics against insect pests and virus diseases in horticultural crops.
- Fecha: 2015
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AGRONOMOS
- Departamentos: PRODUCCION VEGETAL: BOTANICA Y PROTECCION VEGETAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/35073/
- Director/a 1º: FERERES CASTIEL, Alberto
- Director/a 2º: MORENO LOZANO, Aránzazu
- Resumen: Actualmente, la gestión de sistemas de Manejo Integrado de Plagas (MIP) en cultivos hortícolas tiene por objetivo priorizar los métodos de control no químicos en detrimento del consumo de plaguicidas, según recoge la directiva europea 2009/128/CE ‘Uso Sostenible de Plaguicidas’ (OJEC, 2009). El uso de agentes de biocontrol como alternativa a la aplicación de insecticidas es un elemento clave de los sistemas MIP por sus innegables ventajas ambientales que se utiliza ampliamente en nuestro país (Jacas y Urbaneja, 2008). En la región de Almería, donde se concentra el 65% de cultivo en invernadero de nuestro país (47.367 ha), MIP es la principal estrategia en pimiento (MAGRAMA, 2014), y comienza a serlo en otros cultivos como tomate o pepino. El cultivo de pepino, con 8.902 ha (MAGRAMA, 2013), tiene un protocolo semejante al pimiento (Robledo et al., 2009), donde la única especie de pulgón importante es Aphis gossypii Glover. Sin embargo, pese al continuo incremento de la superficie de cultivo agrícola bajo sistemas MIP, los daños originados por virosis siguen siendo notables. Algunos de los insectos presentes en los cultivos de hortícolas son importantes vectores de virus, como los pulgones, las moscas blancas o los trips, cuyo control resulta problemático debido a su elevada capacidad para transmitir virus vegetales incluso a una baja densidad de plaga (Holt et al., 2008; Jacas y Urbaneja, 2008). Las relaciones que se establecen entre los distintos agentes de un ecosistema son complejas y muy específicas. Se ha comprobado que, pese a que los enemigos naturales reducen de manera beneficiosa los niveles de plaga, su incorporación en los sistemas planta-insecto-virus puede desencadenar complicadas interacciones con efectos no deseables (Dicke y van Loon, 2000; Jeger et al., 2011). Así, los agentes de biocontrol también pueden inducir a que los insectos vectores modifiquen su comportamiento como respuesta al ataque y, con ello, el grado de dispersión y los patrones de distribución de las virosis que transmiten (Bailey et al., 1995; Weber et al., 1996; Hodge y Powell, 2008a; Hodge et al., 2011). Además, en ocasiones el control biológico por sí solo no es suficiente para controlar determinadas plagas (Medina et al., 2008). Entre los métodos que se pueden aplicar bajo sistemas MIP están las barreras físicas que limitan la entrada de plagas al interior de los invernaderos o interfieren con su movimiento, como pueden ser las mallas anti-insecto (Álvarez et al., 2014), las mallas fotoselectivas (Raviv y Antignus, 2004; Weintraub y Berlinger, 2004; Díaz y Fereres, 2007) y las mallas impregnadas en insecticida (Licciardi et al., 2008; Martin et al., 2014). Las mallas fotoselectivas reducen o bloquean casi por completo la transmisión de radiación UV, lo que interfiere con la visión de los insectos y dificulta o impide la localización del cultivo y su establecimiento en el mismo (Raviv y Antignus, 2004; Weintraub, 2009). Se ha comprobado cómo su uso puede controlar los pulgones y las virosis en cultivo de lechuga (Díaz et al., 2006; Legarrea et al., 2012a), así como la mosca blanca, los trips y los ácaros, y los virus que estos transmiten en otros cultivos (Costa y Robb, 1999; Antignus et al., 2001; Kumar y Poehling, 2006; Doukas y Payne, 2007a; Legarrea et al., 2010). Sin embargo, no se conoce perfectamente el modo de acción de estas barreras, puesto que existe un efecto directo sobre la plaga y otro indirecto mediado por la planta, cuya fisiología cambia al desarrollarse en ambientes con falta de radiación UV, y que podría afectar al ciclo biológico de los insectos fitófagos (Vänninen et al., 2010; Johansen et al., 2011). Del mismo modo, es necesario estudiar la compatibilidad de esta estrategia con los enemigos naturales de las plagas. Hasta la fecha, los estudios han evidenciado que los agentes de biocontrol pueden realizar su actividad bajo ambientes pobres en radiación UV (Chyzik et al., 2003; Chiel et al., 2006; Doukas y Payne, 2007b; Legarrea et al., 2012c). Otro método basado en barreras físicas son las mallas impregnadas con insecticidas, que se han usado tradicionalmente en la prevención de enfermedades humanas transmitidas por mosquitos (Martin et al., 2006). Su aplicación se ha ensayado en agricultura en ciertos cultivos al aire libre (Martin et al., 2010; Díaz et al., 2004), pero su utilidad en cultivos protegidos para prevenir la entrada de insectos vectores en invernadero todavía no ha sido investigada. Los aditivos se incorporan al tejido durante el proceso de extrusión de la fibra y se liberan lentamente actuando por contacto en el momento en que el insecto aterriza sobre la malla, con lo cual el riesgo medioambiental y para la salud humana es muy limitado. Los plaguicidas que se emplean habitualmente suelen ser piretroides (deltametrina o bifentrín), aunque también se ha ensayado dicofol (Martin et al., 2010) y alfa-cipermetrina (Martin et al., 2014). Un factor que resulta de vital importancia en este tipo de mallas es el tamaño del poro para facilitar una buena ventilación del cultivo, al tiempo que se evita la entrada de insectos de pequeño tamaño como las moscas blancas (Bethke y Paine, 1991; Muñoz et al., 1999). Asimismo, se plantea la necesidad de estudiar la compatibilidad de estas mallas con los enemigos naturales. Es por ello que en esta Tesis Doctoral se plantea la necesidad de evaluar nuevas mallas impregnadas que impidan el paso de insectos de pequeño tamaño al interior de los invernaderos, pero que a su vez mantengan un buen intercambio y circulación de aire a través del poro de la malla. Así, en la presente Tesis Doctoral, se han planteado los siguientes objetivos generales a desarrollar: 1. Estudiar el impacto de la presencia de parasitoides sobre el grado de dispersión y los patrones de distribución de pulgones y las virosis que éstos transmiten. 2. Conocer el efecto directo de ambientes pobres en radiación UV sobre el comportamiento de vuelo de plagas clave de hortícolas y sus enemigos naturales. 3. Evaluar el efecto directo de la radiación UV-A sobre el crecimiento poblacional de pulgones y mosca blanca, y sobre la fisiología de sus plantas hospederas, así como el efecto indirecto de la radiación UV-A en ambas plagas mediado por el crecimiento de dichas planta hospederas. 4. Caracterización de diversas mallas impregnadas en deltametrina y bifentrín con diferentes propiedades y selección de las óptimas para el control de pulgones, mosca blanca y sus virosis asociadas en condiciones de campo. Estudio de su compatibilidad con parasitoides. 2. METODOLOGÍA Los experimentos de la presente Tesis Doctoral se llevaron a cabo en el Instituto de Ciencias Agrarias (ICA) (Madrid, España), en la estación experimental de La Poveda-CSIC (Madrid, España), y en los campos de prácticas de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIA-UPM). Parte de los ensayos correspondientes al Capítulo 6 se desarrollaron en la Universidad de Aberystwyth (IBERS, Reino Unido), en colaboración con el Dr. Dylan Gwynn-Jones, en el marco de una Estancia Breve financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad. Para ello, se realizaron ensayos en condiciones controladas de laboratorio, invernadero y campo utilizando especies vegetales y poblaciones de insectos criados en las instalaciones del ICA según los protocolos del Grupo de Investigación Insectos Vectores de Patógenos de Plantas (IVPP). Las especies vegetales utilizadas en esta Tesis Doctoral fueron cinco especies hortícolas de gran valor económico en el área mediterránea: pepino (Cucumis sativum L.), pimiento (Capsicum annuum L.), berenjena (Solanum melongena L.), tomate (Solanum lycopersicum L.) y melón (Cucumis melo L.). Se criaron cuatro especies de insectos plaga de cultivos hortícolas y dos enemigos naturales ampliamente comercializados para el control biológico en invernaderos. En concreto, se trabajó con los pulgones Myzus persicae (Sulzer) y Aphis gossypii Glover, la mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius) y la polilla Tuta absoluta (Meyrick). En cuanto a los enemigos naturales, se utilizaron el parasitoide Aphidius colemani Viereck y el sírfido depredador Sphaerophoria rueppellii (Weidemann). El primer objetivo de la Tesis Doctoral tuvo como finalidad estudiar el efecto de un parasitoide sobre dispersión y distribución del pulgón A. gossypii, y la incidencia y distribución espacial de dos virus, el Virus del mosaico del pepino (CMV, Cucumovirus) y el Virus del amarilleo de las cucurbitáceas (CABYV, Polerovirus), transmitidos de manera no persistente y persistente, respectivamente, por el pulgón A. gossypii. Para ello, se realizaron ensayos en jaulones de 1 m3 en los invernaderos del ICA. Se liberaron 100 pulgones y 5 parasitoides hembra sobre una planta de pepino infectada con virus colocada en el centro del jaulón, y se evaluó su posición y densidad en las 48 plantas colindantes a la planta fuente, así como la infección viral a corto y a largo plazo (2 y 7 días para CMV, y 7 y 14 días para CABYV, respectivamente). El análisis espacial de los datos se realizó mediante el procedimiento SADIE, estudiando los patrones de distribución del vector y las virosis así como la asociación entre ambos agentes. Como segundo objetivo, se estudió el comportamiento de vuelo de tres plagas clave de cultivos hortícolas, el pulgón M. persicae, la mosca blanca B. tabaci y la polilla del tomate T. absoluta, y dos enemigos naturales, el parasitoide A. colemani y el sírfido S. rueppellii, dentro de jaulones de 1 metro de longitud revestidos con un amplio espectro de mallas fotoselectivas con distintos niveles de absorción de radiación UV (2-83%) y PAR (54-85%) (O, G, A y P). Además se incluyeron dos testigos, una malla sin propiedades fotoselectivas (T) y un film de plástico (PL) que bloqueaba el 98% de la radiación UV y permitía la difusión del 85% de luz visible. Los ensayos se llevaron a cabo las primaveras de 2011 y 2012 al aire libre en dos localizaciones, los campos de prácticas de la ETSIA y la estación experimental de La Poveda-CSIC, respectivamente. Los insectos se liberaron en tubos desde una plataforma suspendida en el aire con el fin de que tuvieran que iniciar el vuelo para poder desplazarse por el interior de los jaulones. Se colocaron dianas a diferentes distancias de la plataforma de vuelo de acuerdo a cada insecto: trampas amarillas para evaluar las capturas de pulgón y mosca blanca, plantas de tomate para la oviposición de la polilla, plantas de pepino infestadas con A. gossypii para el parasitismo de A. colemani, y plantas de pimiento infestadas con M. persicae para la oviposición del sírfido. El segundo año se mejoró el diseño experimental en base a los resultados obtenidos durante el primer año, aumentando la longitud del jaulón a 2 metros. Las dianas se colocaron más separadas entre sí y a mayor distancia de la plataforma de vuelo. En el tercer objetivo se investigó el efecto directo de la radiación UV-A sobre la eficacia biológica (“fitness”) del pulgón M. persicae y la mosca blanca B. tabaci, y el efecto indirecto mediado por sus plantas hospederas, pimiento y berenjena, crecidas con diferentes niveles de radiación UV-A. Además, se investigó la respuesta directa de dichas plantas hospederas. Para ello, las plantas crecieron en el interior de jaulones en los invernaderos del ICA, uno de ellos cubierto con un film de plástico que bloqueaba la radiación UV-A, y el otro con un film testigo transparente que permitía la transmisión de dicha radiación. Las plantas se cultivaron desde su germinación hasta el final del ensayo bajo los dos tipos de ambiente lumínico, denominados UVA- y UVA+. Tras esta primera exposición a la radiación UV-A, y cuando las plantas alcanzaron un estado fenológico de 10 hojas verdaderas en pimiento y 4 hojas en berenjena, la mitad de las plantas crecidas bajo cada régimen lumínico se intercambió al régimen contrario. Además, parte de las plantas se infestaron con formas inmaduras de los insectos fitófagos objeto de estudio, el pulgón M. persicae y la mosca blanca B. tabaci, con el fin de seguir su desarrollo y evolución. Al mismo tiempo, se tomaron muestras foliares para estimar los parámetros fisiológicos de las plantas. A continuación, las plantas fueron sometidas a un nuevo periodo de exposición a radiación UV-A empleando los mismos jaulones descritos anteriormente. Se determinaron los parámetros de ciclo de vida del insecto (tiempo de desarrollo, fertilidad, fecundidad y tasas de crecimiento), al tiempo que se volvió a tomar muestras foliares para determinar los parámetros fisiológicos de las plantas al término del ensayo. La longitud total del tallo y la superficie foliar se midieron semanalmente durante todo el ciclo del cultivo. Se analizó el contenido en fenoles, azúcares, aminoácidos, proteínas y pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenoides) de las hojas recogidas. Finalmente, en el cuarto objetivo de la Tesis Doctoral se realizó una selección de las mallas impregnadas en los insecticidas piretroides deltametrina y bifentrín más eficaces para controlar los insectos plaga M. persicae, A. gossypii y B. tabaci y sus virosis asociadas en base a ensayos de laboratorio destinados a evaluar diferentes tamaños de poro y dosis de plaguicidas incorporados a la malla. Se emplearon tubos de vidrio de 4 cm de diámetro donde se intercaló la malla problema. En la parte inferior del tubo se liberaron los insectos y en la parte superior se colocó una hoja diana con el fin de que los insectos atravesaran la malla. Se evaluó el número de insectos capaces de atravesar la malla y asentarse sobre la hoja diana y el número de insectos muertos en el tubo, a las 6 horas en pulgones y 24 horas en mosca blanca. La eficacia de dos mallas impregnadas en bifentrín con poros de 0.46 y 0.29 mm2 que presentaron buenos resultados en condiciones de laboratorio se evaluó en sendos ensayos de campo en los invernaderos dobles tipo túnel (8 x 6.5 x 2.6 metros) de la estación experimental de La Poveda-CSIC durante el otoño de 2011 y 2013. En ellos, se colocaron unas secciones laterales de 4.3 x 3.5 metros con la malla impregnada o sin tratar, según tratamiento. El resto del túnel estuvo cubierto de malla estándar que impedía el paso de insectos. En el interior de los túneles se dispuso un cultivo de pepino y en el espacio entre el túnel interior y el exterior se plantaron pimientos infectados con los virus CMV y CABYV sobre los que se liberaron las plagas A. gossypii y B. tabaci. Los muestreos de las plagas se realizaron semanalmente, efectuando un muestreo de presencia/ausencia en todas las plantas de cada módulo y conteos de densidad de insecto en 11 plantas marcadas de cada módulo. Al final del ciclo, se analizó el porcentaje de infección de ambos virus. El análisis espacial de los datos se realizó mediante el procedimiento SADIE. La compatibilidad de una malla impregnada en bifentrín con el parasitoide A. colemani se probó en ensayos de campo paralelos en módulos similares. 3. RESULTADOS Los resultados del primer objetivo indicaron que, a corto plazo (2 días), la presencia del parasitoide A. colemani favoreció la dispersión de A. gossypii, tal y como se confirmó con el patrón no asociado entre virus y vector en presencia de los parasitoides. Esto ocasionó una mayor incidencia de CMV en las plantas adyacentes a la planta fuente de virus. Sin embargo, a largo plazo (7 días) no existieron diferencias en la incidencia viral de CMV en presencia y ausencia de parasitoides. La tasa de transmisión de CMV en presencia de parasitoides se mantuvo en un nivel similar al obtenido a corto plazo, mientras que el incremento de la transmisión en el caso del tratamiento control puede ser explicado por la propia capacidad colonizante del pulgón. En cuanto a CABYV, a corto plazo (7 días), no se detectaron diferencias en la transmisión viral entre tratamientos (Figura 4), aunque el número de ninfas de A. gossypii en presencia de parasitoides fue significativamente menor. A largo plazo (14 días), la momificación de los pulgones pudo haber reducido su vida activa como vectores, limitando con ello la incidencia viral de CABYV en presencia del parasitoide respecto al tratamiento control. Además, en ausencia del enemigo natural, el virus se distribuyó ampliamente por toda la superficie experimental, mientras que en su presencia el movimiento de virus estuvo restringido a un gran foco central. Los resultados del segundo objetivo mostraron diferencias en el comportamiento de vuelo entre las distintas especies de insectos y los materiales que recubrían los jaulones donde se realizaron las sueltas. El film de plástico absorbente PL afectó a los pulgones y las moscas blancas y las condiciones pobres en radiación UV no permitieron iniciar el vuelo de estos insectos desde la plataforma de liberación, mientras que los materiales fotoselectivos no tuvieron efecto en la polilla del tomate, parasitoides y sírfidos. El film absorbente PL también redujo la capacidad de M. persicae para localizar las trampas amarillas dentro de los jaulones. Así, una menor proporción de pulgones alcanzó las trampas más alejadas de estos jaulones, mientras que los insectos pudieron volar hasta el final de los jaulones revestidos con materiales transparentes, como las mallas P y T. En cuanto a B. tabaci, el primer año de ensayos se obtuvieron más capturas en las dianas cercanas a la plataforma de liberación independientemente del material utilizado en los jaulones, y fueron disminuyendo con la distancia al punto de suelta. Por el contrario, durante el segundo año, las capturas de mosca blanca sólo fueron significativamente menores en las trampas más alejadas (T2 y T3) bajo los materiales más absorbentes de radiación UV, el film PL y la malla O. Durante el primer año de ensayos, la orientación de la polilla del tomate T. absoluta no estuvo afectada por la ausencia de radiación UV. Sin embargo, cuando la jaula se amplió de tamaño en el segundo año, la oviposición en la planta de tomate más cercana al punto de liberación fue significativamente inferior bajo el film PL. En relación a los enemigos naturales, durante el primer año de ensayos la tasa de parasitismo de A. colemani fue muy baja y significativamente menor en jaulones con film PL frente a las mallas G y A. Tras mejorar el diseño experimental en el segundo año, la absorción de radiación UV no afectó negativamente al parasitoide y no se encontraron diferencias entre los tratamientos. De manera semejante, la tasa de oviposición del sírfido S. rueppellii fue similar dentro de todos los jaulones. Los resultados del tercer objetivo evidenciaron que la radiación UV-A regula de manera directa la fisiología vegetal con implicaciones para algunos insectos fitófagos. Ambas especies vegetales, pimiento y berenjena, respondieron al estrés lumínico con una reducción del tallo, de manera significativa en pimiento. En cambio, no se encontraron diferencias en el área foliar entre tratamientos. Las plantas de pimiento sometidas a radiación UV-A tuvieron mayor contenido de compuestos fenólicos, azúcares, aminoácidos libres y proteínas. El descenso del contenido en aminoácidos en ausencia de radiación UV pudo modificar de manera indirecta la eficacia biológica del pulgón M. persicae, ya que se observó un retraso en las tasas de crecimiento y un descenso de la fecundidad cuando el pulgón se desarrolló en plantas crecidas sin radiación UV-A independientemente del régimen lumínico al que se expuso a la plaga con posterioridad (tratamientos UVA-/UVA- y UVA-/UVA+). No existió un efecto directo de la luz sobre el crecimiento del pulgón. Por el contrario, los niveles de clorofilas y carotenoides de las hojas de berenjena disminuyeron con la radiación UV-A, y no se encontraron diferencias en el resto de compuestos analizados. Respecto a B. tabaci, se observó un efecto directo negativo de la radiación UV-A que se tradujo en mayor duración del desarrollo larvario y menor fertilidad de los huevos de mosca blanca (tratamientos UVA+/UVA+ y UVA-/UVA+). No existió un efecto indirecto de las condiciones lumínicas en las que la planta fue crecida previamente a la infestación del insecto. En el cuarto objetivo, se comprobó que todas las mallas impregnadas en deltametrina y bifentrín evitaban el paso de M. persicae y A. gossypii en condiciones de laboratorio.