Relación entre incidencia de Fusarium verticillioides y variables de calidad de grano bajo condiciones de almacenamiento de maíz en Tucumán, Argentina

Introducción

Las enfermedades de postcosecha son aquellas que se desarrollan durante la cosecha y durante la selección, almacenamiento, empaque y transporte; es decir, durante las distintas operaciones que se requieren para llevar la cosecha del productor al consumidor (Agrios, 1991). La colonización por parte de patógenos causantes de estas enfermedades dependerá del manejo cultural, de la pérdida de integridad del producto cosechado, y de factores como la temperatura y humedad en las condiciones de almacenamiento. En el caso de los cultivos de granos, la mayor importancia de estos patógenos radica en la producción de micotoxinas y consecuente contaminación de los granos cosechados.

Muchas de las enfermedades de postcosecha de granos de maíz (Zea mays L.) son el resultado de infecciones incipientes de las plantas por patógenos que se encuentran ya en el campo. Los síntomas de dichas infecciones de campo pueden ser tan inconspicuos que pasan inadvertidos durante la cosecha. Entre las especies de hongos productores de podredumbre de la mazorca en campo se encuentran: Stenocarpella maydis (Diplodia maydis), Stenocarpella macrospora (Diplodia macrospora), Fusarium verticillioides (F. moniliforme), F. subglutinans, F. graminearum, F. sporotrichioides y Gibberella zeae. Ocasionalmente, en condiciones de campo se presentan Penicillium oxalicum, Aspergillus flavus y A. parasiticus. Los síntomas y signos más comunes en granos infectados en almacenaje incluyen la decoloración del embrión, el oscurecimiento de los granos y el olor a enmohecido.

Existen factores bióticos y abióticos que contribuyen a aumentar la incidencia y severidad de las infecciones por hongos en el campo y en condiciones de almacenamiento, que alteran la integridad física del grano. Entre los factores bióticos se puede mencionar las plagas insectiles y las aves. La presencia de plagas expone al grano a la colonización fúngica de Aspergillus y Penicillium. Por su parte, los factores abióticos que más contribuyen al aumento en la incidencia de la flora fúngica y su composición son la temperatura y la humedad. La ocurrencia de estrés térmico, posterior a la polinización, induce la aparición de fenómenos como “silk-cut” y “popped kernel”, que exponen el embrión y/o endosperma a la colonización de especies de los géneros Fusarium, Aspergillus, y Penicillium. Asimismo, durante el proceso de cosecha los daños mecánicos producidos por las máquinas favorecen la colonización de hongos tanto en el campo como en el almacenamiento.

Los hongos toxigénicos son muy adaptables y se desarrollan en cualquier planta en crecimiento o en alimentos almacenados. Crecen sobre maíz, trigo, soja, sorgo, maní, ensilados, henos y otros alimentos en diversas condiciones. Por lo tanto, la contaminación de alimentos con micotoxinas está considerada un proceso aditivo, que comienza en el campo y que continúa durante la cosecha, el secado de granos y el almacenamiento de los productos del agro (Council for Agricultural Science and Technology, 2003).

Los daños ocasionados por las enfermedades de postcosecha en granos producen pérdidas directas en calidad y cantidad, además de la contaminación de los granos por sustancias tóxicas. Dichas pérdidas ocurren principalmente en los grandes depósitos, lo cual se refleja en los precios y en los descuentos sobre el valor de la mercadería recibida por los acopiadores. La disminución de su cantidad y calidad afecta directamente la disponibilidad de alimentos, así como la posibilidad de contar con excedentes comercializables que permitan el ingreso de recursos económicos al productor y al país. Es así como los productores de nuestra región destinan enormes esfuerzos y aplican tecnologías de punta para lograr altos niveles de rendimiento; sin embargo, a la hora de comercializar los granos, la presencia de enfermedades de postcosecha se presenta como uno de los principales riesgos que enfrentan y que puede comprometer la rentabilidad de sus emprendimientos. En este sentido, evaluar la presencia de especies de Fusarium sección Liseola sobre un producto comercial con alto valor agregado, representa un aspecto sumamente relevante. Asimismo, conocer los niveles de contaminación de los silos e identificar la relación que existe entre variables de calidad de grano e incidencia de patógenos toxigénicos, representa un aspecto necesario a evaluar para minimizar las perdidas ocasionadas por estos patógenos.

Por ende, los objetivos del presente trabajo fueron determinar la incidencia de Fusarium spp. sección Liseola con potencial toxigénico en granos de maíz provenientes de silo-bolsas; establecer la relación entre niveles de incidencia y variables de calidad comercial que contribuyan a la infección de los granos; y cuantificar los niveles de contaminación de fumonisinas a partir de las muestras mencionadas.

Materiales y métodos

Muestreo de las silo-bolsas: las muestras de granos de maíz se recolectaron durante la cosecha 2009-2010 (Tucumán, Argentina), a partir de seis bolsas de polietileno (silo-bolsas), de las cuáles se extrajeron seis muestras por bolsa. Para la extracción de las mismas se utilizó un calador de 1,70 m de longitud introducido de manera diagonal de arriba hacia abajo, desinfectando el interior del mismo con alcohol 60º entre cada recolección. El peso de cada muestra fue de aproximadamente 800 a 1000 g. Las muestras tuvieron como destino el análisis comercial, por parte de la empresa acopiadora y receptora de los maíces de la región NOA en la provincia de Tucumán, donde se evaluaron variables de calidad del grano al inicio (17-09-2010) y al final del ensayo (19- 01-2011).

Evaluación de variables de calidad de grano: dentro de las normas de calidad para la comercialización del maíz (Norma XII), se estipulan las variables a analizar para determinar la calidad del grano. Este proceso se realiza generalmente en el laboratorio de calidad de granos de la empresa acopiadora, y en este caso, se evaluaron las siguientes variables: porcentaje de grano dañado, porcentaje de grano quebrado, materia extraña y humedad de almacenaje.

Los datos de las variables de calidad de granos: grano dañado (%); grano quebrado (%); materia extraña y humedad de almacenaje que extienden los laboratorios se usaron para explicar la variabilidad de la incidencia de F. verticillioides. Para ello se realizó una matriz de gráficos de dispersión bivariado entre la variable respuesta (incidencia de F. verticillioides) y las relacionadas a calidad de granos (variables regresoras).

Identificación y cuantificación de granos colonizados por Fusarium verticilloides y otras especies de la sección Liseola: esta etapa se desarrolló en el Laboratorio de Fitopatología de la Cátedra de Fitopatología, Facultad de Agronomía y Zootecnia, UNT, situado en Finca El Manantial, Tucumán. A partir de las muestras de maíz colectadas en los silos (800-1000 g), se determinó el porcentaje de semillas colonizadas con Fusarium spp. (sección Liseola) mediante la prueba de patología de semillas. Para esto se desinfectaron los granos mediante inmersión en hipoclorito de sodio (2%) por cinco minutos. Los granos fueron luego lavados dos veces en agua destilada estéril y posteriormente colocados en cajas tipo gerbox conteniendo papel de filtro humedecido con agar-agar (5%) (300 semillas por repetición y por muestra, a razón de 25 por caja). El diseño experimental fue completamente al azar con 3 repeticiones. Las cajas gerbox fueron mantenidas por 24 horas en freezer a una temperatura de –5ºC para evitar la germinación de las semillas. Posteriormente, las mismas fueron llevadas a cámara de incubación ajustada a temperatura de 24ºC y fotoperíodo de 12 horas. Luego de 12 días se procedió a la identificación de los patógenos. La determinación de las especies de Fusarium sección Liseola, fue realizada mediante claves de identificación de Leslie (2006).

Niveles de contaminación de granos por Fumonisinas: a partir de cada punto de muestreo se obtuvo una fracción de granos de maíz molido y se determinó la concentración de fumonisinas mediante el método de ELISA (Ridascreen® FastFumonisin, R-Biopharm AG, Darmstadt, Germany).

Análisis de los datos

Los valores de incidencia de especies de Fusarium se correlacionaron con los de las variables de calidad del grano: grano dañado (%); grano quebrado (%); materia extraña y humedad de almacenaje, a través de una regresión lineal múltiple de tipo Stepwise forward, con la incidencia como variable dependiente y las otras como variables predictoras o independientes. Con este método, las variables independientes son retenidas en el modelo de acuerdo a su contribución estadística en explicar la varianza en la variable dependiente.

Resultados y discusión

Especies de Fusarium en granos de maíz almacenados

Entre las especies de Fusarium sección Liseola presentes en los silo-bolsas analizados, predominó F. verticillioides (90%). Esto concuerda con los resultados de Díaz et al. (2012) sobre la composición de la población de Fusarium sección Liseola en las zonas productoras de maíz de la región Noroeste de Argentina. Como lo reportaron Marin et al. (1998), en el cinturón maicero de Estados Unidos, F. verticillioides y F. proliferatum son dominantes sobre otras especies, como F. subglutinans y F. graminearum que comúnmente contaminan al maíz en el campo, sobre un amplio rango de temperatura y agua disponible. Estos patógenos ingresan y colonizan el grano de maíz durante la fase de polinización y períodos posteriores. En el Norte Argentino, Torres et al., realizaron en 2001 una caracterización de las especies de Fusarium (sección Liseola) asociadas a granos de maíz almacenado, encontrando que la especie más prevalente correspondía a F. subglutinas, seguida por F verticilloides. También Aguaysol et al. (2012) encontraron que Fusarium verticillioides fue el patógeno prevalente en 5 de las 6 localidades para diferentes híbridos en la campaña 2011-2012.

Incidencia de F. verticillioides en silo-bolsas

Los valores promedio de incidencia de F. verticillioides, variaron entre 9,7% y 16,7 %. Los bolsones nº 21 y 42 presentaron los mayores porcentajes de incidencia con 17 y 15%, respectivamente; hecho que se observa en la Figura 1. Considerando que los niveles de incidencia dependen de la procedencia del lote, de la característica del híbrido, del genotipo, de la presión de plagas y aves, de la temperatura y humedad, y que no existía trazabilidad de estos silos analizados, no es posible sacar mayores conclusiones sobre las diferencias en los niveles de infección encontrados.

Relación entre la incidencia de Fusarium y variables de calidad de grano

En la Figura 2 se muestran las relaciones entre las variables de calidad del grano y la incidencia del patógeno. Las variables grano quebrado y humedad resultaron ser las que registraron una mayor correlación con la incidencia. Los resultados de la regresión lineal múltiple de tipo Stepwise se muestran en la Tabla 1. De las 5 variables incluidas originalmente, solo 2 resultaron significativas como variables predictoras de la incidencia de F verticillioides dentro del modelo, y por lo tanto, quedaron retenidas; estas fueron: grano quebrado y humedad. Esto queda demostrado por los altos valores de CpMallows que indican la importancia de estas regresoras en explicar la variabilidad de la incidencia de Fusarium.

Fig. 1. Diagrama de cajas de Incidencia (%) de Fusa- rium verticillioides en los seis silo-bolsas (o bolsón).

Como lo indican los resultados de varias investigaciones (Díaz, 2012; Juárez y Díaz, 2011), cualquier daño físico que altere la integridad del grano, bajo condiciones de campo, tiene una marcada influencia sobre el establecimiento del patógeno en estudio. Por ejemplo, Juárez y Díaz (2011) establecieron una relación positiva significativa entre daño por insectos lepidópteros y/o aves y la severidad de F. verticillioides (R2 = 0,59) en el NOA. Generalmente, estos hongos no invaden los granos a través del pericarpio no dañado, pero sí cuando ocurren daños físicos o heridas a través de las chalas (Reis et al. 2004). Asimismo, Sampietro et al. (2009 y 2012), estudiando los mecanismos de defensa del grano de maíz, observaron que las ceras epicuticulares y fenilpropanoides pericarpelares juegan un rol importante en los mecanismos de defensa, y que aquellos granos que presentan algún daño mecánico en el pericarpio de la semilla ven disminuidos los mecanismos de defensa, lo cual se evidencia en un aumento considerable de los niveles de fumonisinas.

La humedad fue la otra variable retenida dentro del modelo y formó parte del conjunto de factores que favoreció el establecimiento de patógenos de almacenamiento. La humedad de grano y la humedad relativa del aire en la masa de granos afectan la estructura de la comunidad de patógenos en postcosecha, como ocurre con los géneros Aspergillus y Penicillium (Reis et al., 2004). Esto indica que el tenor de humedad de los granos determinará el grupo de hongos a desarrollarse; por ejemplo, los hongos de almacenamiento crecen mejor con humedad de grano por debajo del 18% (Reis et al., 2004).

Fig. 2. Diagrama de dispersión de Incidencia de Fusarium verticillioides y variables de calidad de grano. Relación entre incidencia y grano quebrado (puntos llenos). Relación entre incidencia y humedad (puntos vacíos).

Tabla 1. Coeficientes de regresión lineal múltiple, Selección Stepwise para la variable incidencia de Fusarium.

Contaminación con micotoxinas: Fumonisinas

Los valores promedio de fumonisinas en los silo-bolsas variaron entre 1,39 y 3,63 ppm (Tabla 2). La contaminación con micotoxinas puede ocurrir en el campo, donde hay niveles favorables de humedad ambiental y de la espiga y/o el grano, los cuales favorecen el desarrollo de Fusarium spp. o durante el almacenamiento o procesamiento de los granos, donde se favorece mayormente el desarrollo de Aspergillus y/o Penicillium spp. Asimismo, los niveles de contaminación con micotoxinas dependen de la localidad de siembra, del genotipo sembrado, de las condiciones de manejo en pre y poscosecha, de las condiciones ambientales de la campaña y de la población del patógeno (Iglesias 2009). El rol ecológico de las micotoxinas ha sido objeto de mucha especulación, en particular su posible rol en la patogénesis del hospedante (Desjardins y Hohn 1997). Algunas evidencias apuntan hacia el rol de las fumonisinas en los procesos de infección de F. verticilloides y F. proliferatum. Algunos autores establecieron una relación entre diferentes niveles de severidad y la capacidad de producir fumonisinas (Presello 2007). De acuerdo a Desjardins et al. (1995), la virulencia de aislamientos de F. verticillioides se co-segregaron con la producción de fumonisinas.

Tabla 2. Intervalo de confianza, con nivel de significación de 0,05, del promedio de ppm de fumonisinas según nº de bolsas.

El maíz de Argentina puede estar contaminado con micotoxinas de Fusarium spp. (fumonisinas, DON y ZEA) y en menor proporción con aflatoxinas y ocratoxina A (OTA) de Aspergillus spp. y Penicillium spp. Numerosos estudios encontraron (por métodos convencionales) niveles no detectables de DON, ZEA, aflatoxinas y OTA. Sin embargo, las fumonisinas fueron los principales contaminantes del maíz, con valores de concentración por encima de 1 ppm (Ramirez et al., 1996; Sydenham et al., 1993; Solovey et al., 1999; Chulze et al., 1996 y 1998; Visconti et al., 1996). La primera cita sobre contaminación de granos de maíz almacenados en el Norte Argentino se hizo en 2001 (Torres et al. 2001), mencionándose un rango de fumonisinas entre 603 y 1888 ppb (µg.kg^-1) (equivalentes a 0,6 y 1,9 ppm).

Los resultados obtenidos en este trabajo están por encima de los valores reportados por Torres et al. (2001), indicando que los niveles de contaminación son elevados. Si a esto se suma el hecho que las especies fúngicas están presentes, y que es posible que se presenten condiciones favorables por mal acondicionamiento de los silos para el desarrollo del patógeno, la comercialización o utilización directa de los granos puede verse aún más comprometida.

Si se considera que la Food and Drug Administration (FDA) de EE.UU. recomienda niveles de tolerancia en maíz para consumo humano entre 2 y 4 ppm para fumonisinas, es posible decir que estos niveles se encuentran todavía por debajo de los exigidos. Sin embargo, no debe menospreciarse que estos valores pueden verse incrementados, por lo que se recomienda un monitoreo permanente. En este sentido, Iglesias (2009) resalta que en la actualidad no se conocen con exactitud los niveles de concentración de micotoxinas que tienen nuestras partidas comerciales, debido a la falta de implementación de un monitoreo sistemático de las mismas. Tampoco existen manuales de buenas prácticas agrícolas y de manufactura que orienten la producción de maíz libre de toxinas. Es así como actualmente el Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria (SENASA) se encuentra trabajando en un proyecto conjunto que agrupa a la actividad pública y privada con el fin de generar información sobre estos aspectos.

Por último, este estudio evidenció una relación lineal positiva y significativa entre la incidencia de Fusarium y los valores de fumonisinas (Figura 3 y Tabla 3), aun cuando el ajuste no fue alto (R2 = 0,57).

Fig. 3. Relación entre Incidencia (%) de Fusarium verticillioides y cantidad de Fumonisinas (PPM) en bolsas de polietileno (silo-bolsas), Tucumán, 2010.

Tabla 3. Análisis de la varianza de la regresión lineal entre la cantidad de fumonisinas (variable dependiente) e incidencia (variable regresora).

Conclusiones

Estudios como el presente, aportan valiosa información sobre:

- La predominancia de una especie de Fusarium de la sección Liseola con alto potencial en producir fumonisinas, como es el caso de Fusarium verticillioides.

- El alto nivel de contaminación de los granos almacenados nos pone en alerta, dado que pueden variar en función de los niveles de infección de F. verticillioides obtenidos en condiciones de campo, según el híbrido de maíz, año, variables climáticas y presencia de plagas.

- La importancia de la ruptura de la integridad del grano en favorecer la colonización de F. verticillioides, aumentando el riesgo de contaminación de los granos por fumonisinas.

- La importancia de conocer estos aspectos para el diseño de estrategias que minimicen el impacto de estos patógenos y su consecuente contaminación por micotoxinas.

- La importancia de recordar que el 85 % de las micotoxinas se originan en el campo, por lo que muchas de las soluciones se deben brindar allí.

^{Articulo extraido de Relación entre incidencia de Fusarium verticillioides y variables de calidad de grano bajo condiciones de almacenamiento de maíz en Tucumán, Argentina, Revta. Agron. N. O. Argent. (2012) 32 (1-2): 47-53. ISSN: 0800-2079. Facultad de Agronomía y Zootecnia, Universidad Nacional de Tucumán}

Relación entre incidencia de Fusarium verticillioides y variables de calidad de grano bajo condiciones de almacenamiento de maíz en Tucumán, Argentina

Análisis de Micotoxinas: Myco 5-in-1 PLUS

Granos contaminados con micotoxinas, Fernando Tamames (Special Nutrients)