Presencia de hongos fitopatógenos del género Fusarium en arroz cultivado en el departamento Norte de Santander (Colombia)

1. Introducción

Las plantas establecen interacciones positivas con comunidades microbianas que facilitan un flujo continuo de procesos bioquímicos y fisiológicos, contribuyendo significativamente a su nutrición y bioprotección. Estas interacciones ocurren principalmente en la rizosfera, un ambiente complejo caracterizado por mecanismos de señalización dinámica, ubicado entre las raíces de las plantas y los microorganismos presentes en ella. Dentro de estos microorganismos se encuentran aquellos que desempeñan funciones clave, como la solubilización de nutrientes, la fijación de nitrógeno y el control de patógenos (Aloo et al., 2022). Sin embargo, algunos microorganismos establecen relaciones negativas con las plantas, causando diversas enfermedades y siendo conocidos como fitopatógenos (Verma et al., 2022). Entre estos se incluyen bacterias, hongos, nemátodos y virus (Rana et al., 2019), los cuales son responsables de múltiples enfermedades bióticas que afectan a las plantas y generan considerables pérdidas en la producción de cultivos en regiones subtropicales, tropicales y templadas del mundo (Deepa et al., 2021).

Dentro de los fitopatógenos, los hongos representan una de las mayores amenazas para los cultivos. Se han descrito alrededor de 150.000 especies de hongos, aunque se estima que esta cifra representa solo el 10 % de la diversidad total en la Tierra (Lofgren & Stajich, 2021). De estas, aproximadamente 8.000 especies son fitopatógenas y causan enfermedades en plantas a nivel global (Marin et al., 2019; Gutiérrez et al., 2023).

Los hongos fitopatógenos son responsables de las mayores pérdidas en los cultivos y se destacan por su capacidad de adaptación y supervivencia en diversos ambientes. Entre los géneros más relevantes se encuentran Magnaporthe spp., Botrytis spp., Puccinia spp., Fusarium spp., Blumeria spp., Mycosphaerella spp., Colletotrichum spp., Ustilago spp., Melampsora spp. y Phakopsora spp. (Gutiérrez et al., 2023). Estos hongos pueden actuar como patógenos hemibiótrofos, secretando moléculas efectoras que suprimen el sistema inmune de las plantas, o como patógenos necrótrofos, los cuales destruyen rápidamente las células vegetales mediante la liberación de enzimas, especies reactivas de oxígeno y toxinas (Landa, 2023). Gracias a estas estrategias, los hongos fitopatógenos pueden permanecer activos o latentes tanto en tejidos vivos como en restos vegetales muertos, proliferando en condiciones favorables mediante la secreción de estructuras infecciosas y enzimas que degradan la pared celular de las plantas (Nazarov et al., 2020).

En el cultivo de arroz, los hongos fitopatógenos causan diversas enfermedades que afectan su rendimiento y calidad. Entre ellas se encuentran el tizón del arroz, el tizón de la vaina, la mancha marrón, la escaldadura de la hoja, la mancha marrón estrecha, la podredumbre del tallo, la pudrición de la vaina, la enfermedad bakanae y el falso carbón. Estas enfermedades son provocadas por hongos como Pyricularia grisea, Rhizoctonia solani, Bipolaris oryzae, Microdochium oryzae, Cercospora janseana, Sclerotium oryzae, Sarocladium oryzae, Fusarium fujikuroi y Ustilaginoidea virens, respectivamente (Prasher & Sharma, 2022).

El objetivo principal de este estudio fue aislar y caracterizar fenotípicamente hongos fitopatógenos del género Fusarium en arroz cultivado en Norte de Santander.

2. Metodología

2.1. Identificación fenotípica de hongos del género Fusarium

Se recolectaron muestras de arroz en municipios arroceros de Norte de Santander, las cuales fueron desinfectadas y lavadas para eliminar contaminantes. Posteriormente, los granos tratados fueron inoculados en medios de cultivo adecuados para favorecer el crecimiento fúngico y permitir la observación de sus características macroscópicas. Se realizó el aislamiento de aquellos hongos con indicios de pertenecer al grupo de los fusaroides, dentro del cual se encuentra el género Fusarium.

Los aislamientos que presentaron características distintivas de este grupo, como colonias blancas con tonalidades rosas, violetas, turquesas y amarillas, fueron subcultivados en medios específicos para su caracterización fenotípica. La identificación presuntiva de los hongos se llevó a cabo mediante la observación de propiedades como el crecimiento en el medio de cultivo, el color y textura de la colonia, así como las estructuras morfológicas observadas tanto en la superficie de la colonia como bajo el microscopio.

2.2. Determinación de la capacidad fitopatógena de los aislados del género Fusarium

La evaluación de la fitopatogenicidad de los aislados del género Fusarium se realizó mediante dos estudios simultáneos:

2.2.1. Evaluación de la inhibición en germinación de semillas de arroz
Se desinfectaron semillas de arroz y se sumergieron en una solución de esporas de cada hongo aislado durante 36 horas. Luego, se colocaron cuidadosamente en cajas de Petri con tres capas de papel filtro estéril. Los tratamientos fueron incubados durante 10 días bajo un fotoperiodo de 12 horas de luz indirecta y 12 horas de oscuridad, con el objetivo de evaluar el efecto del hongo sobre la germinación de las semillas, expresado en términos del porcentaje de inhibición de la germinación. Como control negativo, se incluyeron semillas sumergidas en agua destilada estéril.

2.2.2. Evaluación de la capacidad fitopatógena de los aislados de Fusarium spp. en plantas de arroz
Las semillas previamente inoculadas con la solución de esporas de los presuntos fitopatógenos fueron sembradas en suelo previamente esterilizado. Los tratamientos fueron monitoreados durante 2.5 meses, con un seguimiento semanal del desarrollo de la germinación y la aparición de síntomas. La sintomatología se evaluó utilizando una escala de 0 a 4, donde 0 correspondía a plantas sanas y 4 a aquellas con síntomas severos. Posteriormente, estos valores fueron convertidos a un rango entre 0 y 100 para determinar el índice de severidad de la enfermedad y el grado de fitopatogenicidad del hongo.

3. Resultados

3.1. Aislamiento e identificación de hongos correspondientes al género Fusarium
Mediante el análisis microbiológico de muestras de arroz paddy cultivado en el departamento Norte de Santander, proporcionadas por la Federación Nacional de Arroceros – Fedearroz, con sede en la ciudad de Cúcuta, se obtuvieron tres aislados con características propias de microorganismos fúngicos agrupados dentro de los fusaroides, donde se encuentra el género Fusarium (Crous et al., 2021). Los aislados obtenidos fueron codificados como FA003, FA005 y FA007, provenientes de muestras de arroz correspondientes a arroceras del Zulia, Vereda Panorama en El Zulia y Vereda Santa Clara en Puerto Santander, respectivamente.

Los aislados fueron caracterizados fenotípicamente mediante microbiología tradicional, que incluye observaciones del crecimiento sobre medio de cultivo y las diferentes estructuras que presentan, detalladas bajo el microscopio (Figura 1). Los aislados presentaron crecimiento macroscópico con coloraciones entre blancas, amarillas, rosas y tonalidades marrones, con texturas entre algodonosas y aterciopeladas, superficies sectorizadas y plegadas, con aspectos opacos y secos. Además, presentaron macroconidias (estructuras de propagación asexuales de gran tamaño útiles en los procesos de identificación fenotípica de hongos filamentosos) de curvadas a semirectas formadas entre dos a seis células; abundante presencia de microconidios (estructuras de propagación asexual de poco tamaño). El aislado FA007 no presentó estructuras de resistencia conocidas como clamidosporas. Teniendo en cuenta las características mencionadas, fueron identificados presuntivamente como Fusarium cf. dimerum para FA003, F. cf. penzigii para FA005 y F. cf. proliferatum para FA007.

Figura 1. Características morfológicas de los aislados correspondientes al género Fusarium

^{Nota. FA003 – A. Crecimiento macroscópico sobre agar PDA (izquierda, anverso; derecha, reverso); B. Macroconidios monoseptados, con paredes lisas de grosor variable y tamaños de 17-23,5 × 4-6 µm, centro más grueso con paredes paralelas, extremos apicales desafilados y células basales papiladas sin forma de pie; C. Microconidios hialinos, de forma oval a limoniforme, con paredes delgadas y lisas, y dimensiones entre 7 y 8,5 µm de largo por 3,5 a 4,2 µm de ancho. FA005 – A. Crecimiento macroscópico sobre agar PDA (izquierda, anverso; derecha, reverso); B, macroconidios de 1 y 2 septos (ocasionalmente 3), con mayor grosor central y tamaños de 18-34 × 4-5 µm, extremo basal papilado sin forma de pie y la célula apical con extremo romo; C. Microconidios ovales u obovoides, de paredes delgadas y lisas, con tamaños de 5-14 × 3-5 µm. FA007 – A. Crecimiento macroscópico sobre agar PDA (izquierda, anverso; derecha, reverso); B. Macroconidios predominantes multiseptados (3-7 septos, mayormente 5), con tamaños de 20-51 × 4-6 µm, curvados de forma desigual, con la célula apical alargada y afilada, y la basal en forma de pie, variable en desarrollo; C. conidióforo aéreo. Fuente: Autores.}

3.2. Determinación de la capacidad fitopatógena de los aislados correspondientes al género Fusarium.

3.2.1. Evaluación de la inhibición en germinación de semillas de arroz

En estudios con microorganismos aislados a partir de cultivos, es fundamental identificar el grado o la capacidad virulenta o fitopatógena de los mismos sobre los cultivos. En el caso de la germinación de las semillas, los hongos aislados disminuyeron significativamente la germinación con valores de 59,58 ± 10,46 % para FA003; 56,67 ± 8,54 % para FA005; y 61,25 ± 9,58 % para FA007 (Figura 2A). En el control, todas las semillas germinaron (Figura 2B). Por lo tanto, es posible deducir que la presencia del hongo influye negativamente en los procesos vinculados a la germinación y posterior desarrollo de las plantas de arroz. De hecho, autores como Khosravil et al. (2019) describen que los hongos fitopatógenos provocan defectos en las semillas de arroz, entre ellos Fusarium fujikuroi, F. incarnatum, F. proliferatum, F. oxysporum, F. graminearum y F. merismides.

Figura 2. Germinación de semillas inoculadas con Fusarium spp.

Presencia de hongos fitopatógenos del género Fusarium en arroz cultivado en el departamento Norte de Santander (Colombia) - Image 2

^{Nota: A. Porcentaje de inhibición de germinación. Las letras en las barras indican la agrupación de los tratamientos mediante el método de diferencias mínimas significativas LSD (p< 0,05); las medias que no comparten una letra (a o c) son significativamente diferentes. Las líneas verticales representan la desviación estándar de los tratamientos. B. Imágenes de las germinaciones de las semillas en cada tratamiento. Fa3: FA003; Fa5: FA005 y Fa7: FA007. Fuente: Autores.}

3.2.2. Evaluación del desarrollo de sintomatología en plantas de arroz a causa de Fusarium spp.

Los tres aislados provocaron una sintomatología evidente en las plantas que se desarrollaron a partir de semillas inoculadas con los hongos y a quienes periódicamente se rociaban con solución de esporas de los mismos. Al igual que en el primer estudio de patogenicidad, fue evidente la disminución en la germinación de las semillas. La sintomatología incluía hojas amarillas y/o marchitas, manchas en los tallos y hojas, y crecimiento anormal de las plantas (Figura 3), obteniendo valores en los índices de severidad de la enfermedad en las plantas de 34,50 % para FA003, 46,50 % para FA005, y 35,2 % para FA007. Esto clasifica a los tres aislados en la categoría de virulentos, ya que arrojan valores entre el 25 % y el 50 % (Bashyal et al., 2016), semejante a lo reportado por Husna et al. (2021).

Figura 3. Sintomatología en plantas.

^{Nota: Control, semillas inoculadas con agua destilada estéril (sin síntomas); Fa3 (FA003), plantas elongadas y con menores tamaños en comparación al control, hojas amarillentas con tonalidades marrones; Fa5 (FA005), plantas elongadas con tonalidades amarillentas y marrones, y con mayor presencia fúngica en el tallo; Fa7 (FA007), disminución de la germinación de las semillas, hojas amarillentas con tonos marrones, plantas elongadas. Fuente: Autores.}

4. Conclusiones

A partir de muestras de arroz cultivadas en el departamento Norte de Santander, se aislaron tres cepas con características propias del género Fusarium, mediante análisis fenotípicos y claves taxonómicas, se identificaron de manera preliminar como Fusarium dimerum (FA003), F. penzigii (FA005) y F. proliferatum (FA007).

Los aislados mostraron capacidad fitopatógena al incluir síntomas en plantas de arroz germinadas a partir de semillas inoculadas con sus esporas. Entre los efectos más destacados se observaron cambios en la coloración de las hojas, ennegrecimiento foliar, alteraciones en el tamaño de las plantas y una reducción significativa en la germinación.

Este estudio resalta la importancia de prevenir y controlar la presencia de Fusarium spp. en las semillas de arroz. Estas medidas pueden contribuir a reducir la cantidad de semillas necesarias para obtener plantas sanas, disminuir el riesgo de enfermedades en las plántulas y mejorar la productividad de los cultivos, mitigando el impacto de este hongo fitopatógeno.

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