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proyecto sobre hongos y como inhibir su crecimiento
Tipo: Monografías, Ensayos
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Semillero de investigación en biotecnología, seguridad alimentaria y nutricional BIOSAN Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Tecnólogo en Química Aplicada a la Industria ASESORES: GUIDO ERNESTO VILLOTA CALVACHI^1 ALEJANDRO CLAVIJO MALDONADO^1 FRANK ALBERTO CUESTA GONZALEZ^2 (^1) Tecnoparque nodo Manizales – Línea de biotecnología (^2) Grupo de investigación en Biotecnología, Seguridad Alimentaria y Nutricional BIOSAN
Procesos biotecnológicos Grupo de Investigación Biotecnología, Seguridad Alimentaria y Nutricional BIOSAN SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA CENTRO PARA LA FORMACION CAFETERA TECNOLOGÍA EN QUÍMICA APLICADA A LA INDUSTRIA I.D. 628137 SENA REGIONAL CALDAS MAIZALES – CALDAS 2015
A mi madre Liliana que siempre estuvo presente a lo largo de este camino, su apoyo incondicional y su total confianza en mis capacidades. A mi familia y amigos que siempre confiaron en mis capacidades. A todas aquellas personas que confiaron en mí. A Jhon Ardenson Marulanda Castaño por su apoyo y colaboración para la realización de este proyecto Al Ingeniero Frank Alberto Cuesta González por su apoyo y paciencia para la realización de este proyecto. A Guido Ernesto Villota Calvachi por su comprensión, colaboración y tiempo. A Alejandro Clavijo Maldonado por su comprensión, colaboración y tiempo. A Diana Marcela Flores por tenerme paciencia y prestarme los materiales de laboratorio. A mis compañeros del Tecnólogo Química Aplicada a la Industria por su apoyo y buena energía. A Tecnoparque nodo Manizales por su apoyo en la parte de asesorías y el uso de las instalaciones. A Tecnoacademia nodo Manizales por su apoyo en la parte de asesorías y el uso de las instalaciones. Al Semillero de investigación en biotecnología, seguridad alimentaria y nutricional BIOSAN en la divulgación de este trabajo en el séptimo encuentro local de semilleros de investigación nodo Caldas.
Contenido Resumen.....................................................................................................................................................III Agradecimientos.........................................................................................................................................IV Índice de ilustraciones...............................................................................................................................VII Índice de tablas..........................................................................................................................................VII Índice de anexos.......................................................................................................................................VIII Introducción.............................................................................................................................................VIII 1 Planteamiento del problema....................................................................................................................X 2 Justificación............................................................................................................................................XII 3 Objetivos................................................................................................................................................XIII 3.1 Objetivo general.............................................................................................................................XIII 3.2 Objetivos específicos......................................................................................................................XIII 4 Marco teórico........................................................................................................................................XIV 4.1 Generalidades de los extractos.......................................................................................................XIV 4.1.1 Purines.....................................................................................................................................XIV 4.1.2 Hidrolatos.................................................................................................................................XV 4.1.3 Aceites esenciales (extracción con solventes, soxlhet).............................................................XV 4.2 Generalidades de los biocontroladores..........................................................................................XVI 4.2.1 Pruebas antagónicas...............................................................................................................XVII 4.3 Generalidades de Tithonia diversifolia ..........................................................................................XVIII ............................................................................................................................................................XVIII 4.3.1 Taxonomía.............................................................................................................................XVIII 4.3.2 Botánica.................................................................................................................................XVIII 4.3.3 Factores agronómicos y producción de biomasa.....................................................................XIX 4.3.4 Usos.........................................................................................................................................XIX 4.3.5 Composición nutricional y metabolitos secundarios.................................................................XX 4.3.6 Análisis físico-químico.............................................................................................................XXII 4.3.7 Siembra por estacas................................................................................................................XXII 4.4 Generalidades de Capsicum annuum ...........................................................................................XXIV 4.4.1 Taxonomía.............................................................................................................................XXIV 4.4.2 Cultivo.....................................................................................................................................XXV
9 Recomendaciones...............................................................................................................................XLVII Anexos..................................................................................................................................................XLVIII 10 Bibliografía..............................................................................................................................................L
Ilustración 1. Siembra con estacas enterradas en surcos, distancia a 50 cm entre estacas y 1,20 entre surcos.....................................................................................................................................................XXIII Ilustración 2. Botón de oro (Tithonia diversifolia) establecido en surcos, siembra realizada con estacas inclinadas sobre caballones de 20 a 30 cm de altura..............................................................................XXIII Ilustración 3. Deshidratación del material.............................................................................................XXXII Ilustración 4. Recolección de las hojas infectadas................................................................................XXXIV Ilustración 5. Desinfección de las hojas.................................................................................................XXXV Ilustración 6. Siembra de las hojas........................................................................................................XXXV Ilustración 7.asilamiento de los hongos obtenidos....................................................................................XL Ilustración 8. Crecimiento de Fusarium....................................................................................................XLII Ilustración 9. Crecimiento del hongo del tomate de árbol.......................................................................XLII Ilustración 10. Crecimiento del hongo de lengua de vaca.......................................................................XLIII Ilustración 11. Crecimiento del hongo de granadilla...............................................................................XLIII
Tabla 1.Contenido de nutrientes en T. diversifolia (%)..............................................................................XX Tabla 2.Contenido de algunos nutrientes en el follaje de T. diversifolia (%).............................................XX Tabla 3.Contenido de minerales en T. diversifolia (%)..............................................................................XXI Tabla 4.Condiciones ideales para sembrar botón de oro.........................................................................XXII Tabla 5.Principales capsaicinoides encontrados en Capsicum spp.........................................................XXVI Tabla 6. Obtención de hidrolatos.......................................................................................................XXXVIII
Tabla 7. Obtención de purines............................................................................................................XXXVIII Tabla 8. Obtención de la oleorresina....................................................................................................XXXIX Tabla 9. Crecimiento promedio de Fusarium y Colletotrichum , bajo condiciones de laboratorio y algunas concentraciones de aceite esencial de Lippia origanoides. .....................................................................XLIV
Anexo 1. FT-IR Hidrolato de Ají.............................................................................................................XLVIII Anexo 2. FT-IR Purín de Botón de oro.....................................................................................................XLIX
El aumento de la población mundial, el deterioro del medio ambiente y calidad de vida del hombre, son sólo algunos de los tantos factores que han motivado al ser humano a buscar nuevos procesos de producción agrícola que permitan cubrir la demanda, cada vez más creciente, de alimento y materias primas a través de procesos donde se aprovechen los recursos naturales de manera sostenible e integrando así los conceptos de conservación y desarrollo para la plena satisfacción de las necesidades humanas. No obstante las actividades agrícolas extensivas y la ampliación de sus fronteras han traído consigo problemas fitosanitarios en los sistemas naturales, especialmente en el suelo, que es considerado el soporte principal de la agricultura. (Tovar, 2008). La agricultura ecológica, orgánica o biológica enmarca todos los sistemas agrícolas que promueven la producción sana y segura de fibras y alimentos, desde el punto de vista ambiental, social y económico. Está basada en un sistema de producción sostenible, en el cual no se hace uso de fertilizantes, herbicidas o pesticidas químicos, u otras sustancias toxicas que pueden llegar a causar algún daño a la salud humana, animal y al medio ambiente. Dicho de otra forma, la agricultura ecológica trabaja bajo el concepto de producción sostenible y competitividad, sin deterioro de los recursos naturales, con un fin muy claro, el crecimiento económico y del mejoramiento de la calidad de vida de la población. (Lizcano, 2007).
A nivel mundial los hongos fitopatógenos originan pérdidas que ascienden a miles de millones de dólares al año (National Academy of Sciences 1980). El daño que ocasionan no sólo se refiere a las pérdidas de producción económica, sino también a las pérdidas en la producción biológica, es decir a la alteración que existe en el crecimiento y desarrollo de las plantas hospedantes atacadas por estos microorganismos. En cuanto a las pérdidas económicas, éstas pueden ser de tipo cuantitativo y/o cualitativo (sabor, textura, color y forma) (Ashworth et al. 1981, Agrios 1988). De los diversos microorganismos fitopatógenos que atacan a las plantas, como pueden ser los virus, hongos, bacterias, nemátodos, fitoplasmas, y viroides, son los hongos el grupo que más enfermedades ocasiona y por lo tanto sobre el que más investigación se ha realizado. Se sabe que más de 8,000 especies de hongos pueden causar enfermedades en las plantas. Todas las plantas superiores pueden ser infectadas y dañadas por más de una especie de hongo fitopatógeno, y una especie de hongo fitopatógeno puede atacar a más de una especie de planta (National Academy of Sciences 1980, Agrios 1988). El incremento de enfermedades en plantas, causadas por un gran número de hongos fitopatógenos ha obligado a los agricultores a la aplicación de grandes cantidades de fungicidas e insecticidas químicos durante décadas. Este uso plantea una grave amenaza para la salud de los humanos y el medio ambiente, provocando la aparición de organismos resistentes a estos productos. La acción nociva de fungicidas químicos sobre los cultivos agrícolas ha originado entre otros problemas resistencias de plagas y patógenos, contaminación de los suelos y aguas de riego, de los animales y de los mismos seres humanos. (Tovar, 2008). La utilización de fungicidas químicos durante décadas para el control de enfermedades en cultivos agrícolas ha hecho inminente la búsqueda de alternativas amigables, que contribuyan a minimizar el impacto negativo sobre el medio ambiente. Este deterioro ambiental en el tiempo ha llevado al hombre a buscar metodologías de control, que contribuyan en la prevención o reducción de los efectos a corto o a mediano plazo de estos compuestos frente al daño ambiental. (Tovar, 2008). El manejo de enfermedades de plantas ocasionadas por patógenos del suelo son verdaderos retos en la agricultura mundial que por su complejidad requieren un trato más cuidadoso que en el caso de los patógenos de la aerobiota (Castro, 1995). Las enfermedades no sólo tienen el potencial de destruir enteramente las cosechas, aun en los casos en que no causan pérdidas totales, por lo general reducen en forma crónica el rendimiento de la mayoría de los cultivos, obligando a tomar medidas de combate que aumentan los costos de producción y afectan la calidad y la durabilidad de los productos cosechados, de manera que constituyen una de las principales causas de inestabilidad en la empresa agrícola y del déficit alimentario mundial (Strange & Scott, 2005).
Evaluar el efecto biocontrolador de Tithonia diversifolia (Helms.) A. Grey y Capsicum annuum L. contra los fitopatógenos Fusarium sp. Schlechtendal y Colletotrichum sp. Penz en la ciudadela Tecnológica los Cerezos, SENA Regional Caldas.
Todas las plantas poseen mecanismos fisiológicos, elaboran sustancias y exudados que son producidos por ellas mismas, los cuales les han permitido protegerse, convivir mutuamente y en equilibrio natural con los insectos y agentes infecciosos, sin que estos afecten o pongan en peligro la supervivencia de las especies en el planeta. (Minagricultura, et al, 2002). Esto se puede comprender mejor por medio de la teoría de la evolución: según esto, en el curso de la biogénesis pudieron sobrevivir sólo las variedades /mutaciones que lograron desarrollar dispositivos de protección contra los respectivos parásitos, por medio de la producción de tóxicos, sustancias amargas, cáscaras más duras, etc., las variedades menos protegidas o más débiles fueron eliminadas por los organismos nocivos. Incluso esta lucha por la existencia nunca se detendrá, sino que por el contrario se encuentra en permanente evolución. Dentro de todas las facetas que convergen hacia y para la agricultura, está la de mantener estas poblaciones de insectos, bacterias, hongos, virus, etc., en niveles tales que permitan una producción óptima de los cultivos, pero sin causar detrimento a la biodiversidad y al ambiente. De esta forma y aprovechando inteligente y racionalmente estos principios de supervivencia natural, se tiene que: modificando o creando condiciones adversas en los cultivos para la multiplicación de los insectos- plagas, empleando los efectos de repelencia, fagorepelencia, envenenamiento estomacal o por contacto, causado por los ingredientes activos de los vegetales; y fortaleciendo los tejidos de las plantas, nutriéndolas con productos ricos en sílice y en potasio por ejemplo, se puede lograr con el tiempo, una mayor y mejor resistencia natural de los cultivos a la proliferación de parásitos, insectos o demás agentes que puedan afectar los cultivos. (Minagricultura, et al, 2002).
Un purín es el resultado de la descomposición de una planta en agua. La planta al descomponerse suelta en el agua determinadas sustancias o principios que son la base del purín. Estos purines, aplicados al suelo o al follaje, y dependiendo de la planta utilizada para elaborarlos, del tiempo de fermentación y de la dilución, sirven para: estimular el crecimiento de las plantas, fortalecerlas, como abono, como insecticida o como fungicida. (Aldana, 2005).
descompresión progresiva hasta alcanzar la presión y temperatura ambiente. Finalmente se obtiene una esencia cuyo grado de pureza depende de las condiciones de extracción. Este procedimiento presenta varias ventajas: alto rendimiento, fácil eliminación del solvente (que además se puede reciclar), no se alteran las propiedades químicas de la esencia por las bajas temperaturas utilizadas para su extracción. Sin embargo el equipo requerido es relativamente costoso, ya que se requieren bombas de alta presión y sistemas de extracción también resistentes a las altas presiones. (Günther, 1948). En el método de extracción con solventes volátiles, la muestra seca y molida se pone en contacto con solventes como alcohol o cloroformo. Estos compuestos solubilizan el aceite esencial, pero también extraen otras sustancias como grasas y ceras, obteniéndose al final una esencia impura. Se utiliza a escala de laboratorio, pues a nivel industrial resulta costoso por el alto valor comercial de los solventes y porque se obtienen esencias mezcladas con otras sustancias. (Günther, 1948). Otro tipo de extracto derivado de las especias son las oleorresinas que están constituidas por aceites esenciales, resinas orgánicamente solubles y otros materiales relacionados como ácidos grasos no volátiles. La cantidad dc lípidos depende dc la materia prima y el disolvente usado en la extracción. Las semillas tendrán una fracción lipídica mayor que otras partes de la planta (Farrel, 1985). En las oleorresinas, los componentes deben estar en la misma proporción que en la especia original. Las resinas y lípidos actúan como fijadores naturales de los compuestos más volátiles de los aceites esenciales. Algunas son difíciles de manejar por su viscosidad y su adherencia. Pueden agregarse otros compuestos como aceite esencial, triacilglicéridos con el fin de estandarizar las oleorresinas para obtener productos de mayor calidad (Farrel, 1985). 4.2 Generalidades de los biocontroladores Los biopesticidas son derivados de materiales naturales como animales, plantas, microorganismos y minerales. Los bioplaguicidas son altamente específicos contra las plagas objetivo y generalmente representan poco o ningún riesgo para las personas o el medio ambiente. Los pesticidas tradicionales, por el contrario, en general son materiales sintéticos, que no sólo afectan a la plaga objetivo, sino también organismos no deseados, tales como insectos benéficos, la vegetación circundante y la vida silvestre. (EPA, 2010). Sin embargo, existen algunos inconvenientes en cuanto al uso de los bioinsecticidas, por ejemplo estos pueden ser dañinos para otros organismos que no son el objetivo, o si se trata de un organismo biorregulador, este elimine a otro que es importante en la cadena trófica de un ecosistema, lo que repercutiría en la población de individuos que se alimentan del insecto plaga que se está tratando de regular (Simberloff, 2012; Kehrli & Wratten, 2011). Por lo tanto debemos tener cuidado cuando se quiera utilizar algún bioinsecticida o introducir algún organismo para este fin. Los bioplaguicidas son eficaces en el control de plagas agrícolas, sin causar daños graves al ambiente o empeorar la contaminación del
medio ambiente. La investigación y el desarrollo de su aplicación práctica en el campo se enfocan a mitigar la contaminación ambiental causada por residuos de plaguicidas químicos, aunque por su naturaleza biológica también promueven el desarrollo sustentable de la agricultura. El desarrollo de nuevos bioplaguicidas estimula la modernización de la agricultura y sin duda, va a reemplazar gradualmente a una cantidad de los plaguicidas químicos. En la producción agrícola, en ambientes libres de contaminación, los bioplaguicidas son sustitutos ideales para sus homólogos químicos tradicionales (Leng et al., 2011). Los bioplaguicidas se dividen en general en dos grandes grupos: agentes o plaguicidas microbianos, que incluyen las bacterias, hongos, virus y protozoos, y agentes o plaguicidas bioquímicos, que comprenden los atrayentes, hormonas, reguladores del crecimiento de plantas e insectos, enzimas y sustancias de señalización química, muy importantes en la relación planta insecto (Alfonso, 2002). Los plaguicidas botánicos son derivados de algunas partes o ingredientes activos de las plantas. En los últimos años, la aplicación de varios productos de plantas medicinales ha llamado mucho la atención como alternativas efectivas a los pesticidas sintéticos. Estos productos vegetales son muy eficaces, menos costosos, biodegradables y más seguros que sus equivalentes sintéticos, los cuales son altamente persistentes en el medio ambiente y tóxico para los organismos no blanco, incluidos los humanos a los cuales le causan muchas de las enfermedades no identificadas después de la bioacumulación (Singh et al., 1996; Leng et al., 2011). Se ha demostrado que estos compuestos afectan a las poblaciones de insectos, disminuyen la supervivencia de desarrollo y la tasa de reproducción (Singh & Jain, 1987; Carlini & Grossi 2002). Varias plantas que pertenecen a diferentes familias contienen una serie de fitoquímicos tales como saponinas, taninos, alcaloides, di y triterpenoides, entre otros, los cuales presentan alta actividad insecticida. El efecto nocivo de los extractos de plantas o sus compuestos puros contra los insectos se puede manifestar de diversas maneras, incluyendo la toxicidad, la mortalidad, inhiben el crecimiento, la supresión de comportamiento reproductivo y reducen la fertilidad y la fecundidad. (BenJannet et al., 2001).
El efecto antagónico es muy frecuente en el ambiente marino y presentes por varios grupos bacterianos Avendaño et al (2005). Se han identificado interacciones antagónicas entre bacterias pelágicas y entre aquellas aisladas de la nieve. Long & Azam (2001). También, bacterias asociadas a superficies de macroalgas Lemos et.al., (1985). En este sentido, la competencia por el espacio y los nutrientes básicos es una poderosa fuente selectiva que ha generado la evolución de variedades y adaptaciones efectivas en el habitad bacteriano. La competencia por prevalecer la especie dentro de una comunidad de
tres a cinco lóbulos, con dientes redondeados en el margen, con la base a veces algo truncada pero muy angosta a lo largo del pecíolo, en cuya base se amplía en dos lóbulos pequeños; la cara superior cubierta de pelos de base hinchada, con abundantes pelillos (a veces sin pelillos) y con puntos glandulares en la cara inferior.
En dependencia del área geográfica esta puede ser una planta anual o perenne. Tiene un amplio rango de adaptación, tolera condiciones de acidez y baja fertilidad del suelo. Florece y fructifica durante todo el año, principalmente en octubre y noviembre. Se propaga por semillas o esquejes. Aunque se propaga fácilmente por semilla, se recomienda la siembra a partir de material vegetativo. Al respecto, Ríos (1997) manifestó que no se conocen cultivos establecidos en sistemas agroforestales en los cuales se haya utilizado semilla sexual, gámica o semilla verdadera. Hartmann & Kester (1995) afirman que la multiplicación por estacas que provienen de plantas herbáceas produce un enraizamiento más eficaz, siempre que las condiciones de corte y siembra sean óptimas, lo que proporciona un alto porcentaje de supervivencia. La experiencia acumulada por los autores del presente artículo, en el trabajo de extensionismo agrícola en cooperativas y empresas de producción agropecuaria de tres provincias de la República de Cuba, avalan la información anterior. De hecho, todas las áreas que se establecieron en las provincias de Matanzas y Cienfuegos en el año 2008, se sembraron mediante propágulos vegetativos, provenientes de las áreas de semilla básica de la EEPF “Indio Hatuey”. Salazar (1992) manifestó similares criterios y recomendó usar el primer tercio del material vegetativo para la siembra. Sin embargo, es frecuente observar siembras exitosas sin desechar ninguna porción del material cortado (Weaver, 1987).
Pedroso (2008) informó ganancias de más de 600 g/día en cerdos de 20 kg de peso a los que se les suministró una ración que contenía sorgo y pienso, complementada con Tithonia pre secada y molida en un 30%, sin que se detectaran problemas de salud u otra deficiencia. Este autor refiere que el forraje de Tithonia (sobre todo cuando se suministra fresco) es rechazado al inicio, aunque después los animales se adaptan y lo consumen normalmente. En Colombia y otros países del área tropical es una práctica el uso del follaje de Tithonia en la alimentación de conejas de cría y animales de ceba (Rosales, 1992; 1996; Ríos & Salazar, 1995; Ríos, 1999). El follaje se mezcla con concentrado y pasto de corte en la fase de adaptación de los alimentos y posteriormente se utiliza como fuente alternativa de proteína. También Rodríguez & Navarro (citados por Rodríguez, 1990) informaron que el ganado, las cabras, las ovejas, los cuyes y los conejos consumen bien este forraje sin necesidad de ser troceado, hasta un diámetro de tallo de 1,0 a 1,5 cm, especialmente
cuando se suministra tierno (alrededor de 50 días de edad), época en la cual presenta un buen valor nutricional. Mahecha & Rosales (2005) reportaron que la Tithonia es una fuente de carotenoides para pigmentar las yemas de los huevos de las gallinas y también la citan como insecticida para controlar las hormigas arrieras (bibijaguas, en Cuba), mejoradora de los suelos degradados (sobre todo para la absorción de fósforo) y como cortinas rompe vientos y cercas vivas. Giraldo et al. (2006) informaron que los extractos y las plantas tiene propiedades insecticidas, lo que hace de este arbusto un protector de las demás plantas y cultivos que sirven al hombre como alimento y maderables.
Existen evidencias de que las especies de plantas no leguminosas, como la Tithonia, acumulan tanto nitrógeno en sus hojas como las leguminosas, además de que presentan altos contenidos de fósforo (Wanjau et al., 1998). El follaje de titonia varía en su calidad nutritiva, en dependencia del estado vegetativo en que se encuentre. En los estados de crecimiento avanzado (30 días) y prefloración (50 días), se encontraron los valores más altos de proteína (tabla 1). En otro estudio realizado con Tithonia (Rosales, 1992) se encontraron valores de 23% de materia seca y 21,4% de ceniza, 78,6% de materia orgánica, valores medios de fibra y 24,3% de proteína en la materia seca (tabla 2). Tabla 1 .Contenido de nutrientes en T. diversifolia (%). Tabla 2 .Contenido de algunos nutrientes en el follaje de T. diversifolia (%).
