Bioensayos para potenciar extractos vegetales y controlar insectos-plagas del tomate (Licopersicum esculentum Mill)

Bioassays to promote plants extracts and to control tomato pest insect (Licopersicum esculentum Mill)

La disminución del rendimiento debido a insectos-plagas alcanza entre 20-30% en la mayoría de los cultivos; sin embargo, el incremento exponencial del uso de plaguicidas de síntesis química —con aproximadamente 500 mil toneladas anuales por ingrediente activo a nivel mundial— demuestra un síntoma de la crisis ambiental que afecta a la agricultura (Nava et al., 2012). A su vez, estas prácticas de la actual agricultura intensiva tecnificada, afectan negativamente a los enemigos naturales de las plagas; los que, a su vez, no encuentran las condiciones necesarias para reproducirse; y, de esta manera, colaborar naturalmente en la homeostasis del ecosistema, por efecto adicional de monocultivos.

En el mundo existen aproximadamente 37 millones de hectáreas de agricultura ecológica, lo que representa un 0.90% de la agricultura mundial (The World of Organic Agriculture, 2010).

Los costos ambientales (impacto sobre la vida silvestre, polinizadores, insectos predadores naturales, peces, calidad de agua y suelo) y el costo social (envenenamiento de trabajadores, etcétera), asociados al uso de plaguicidas, alcanza cerca de ocho billones de dólares cada año. La intensificación de diversos cultivos es la causa principal de este aumento, el cual influye con más plaguicidas tóxicos; muchos de los cuales se pueden vincular con problemas de cáncer en la salud humana (Liebman, 1997).

De acuerdo a la OMS, entre 500,000 y un millón de personas se intoxican con plaguicidas químicos anualmente y entre 5,000 y 20,000 pierden la vida. Más del 50% de los que fallecen son trabajadores agrícolas; los demás son envenenamientos por consumo de alimentos contaminados. Entre los dos grupos, la mortalidad alcanza la cantidad de 220 mil muertes al año (Pérez et al., 2012).

Los insecticidas naturales a partir de extractos vegetales constituyen una alternativa a los agrotóxicos o plaguicidas químicos, derivados de algunas partes, o ingredientes activos de plantas que han co-evolucionado a la resistencia del ataque de fito-patógenos, produciendo estas sustancias en defensa de sus enemigos naturales; tales como: saponinas, taninos, alcaloides, di y triterpenoides, entre otros (Celis et al., 2008).

El efecto nocivo de extractos de plantas o sus compuestos puros contra los insectos se puede manifestar de diversas maneras, incluyendo la toxicidad, la mortalidad, la inhibición del crecimiento, la supresión del comportamiento reproductivo y la reducción de la fertilidad-fecundidad (BenJanet et al., 2001). Las plantas, en conjunto, producen más de 10,000 sustancias de bajo peso molecular (conocidas como metabolitos secundarios), desarrolladas en el proceso evolutivo que lleva a la selección de especies con mejores defensas contra el ataque de patógenos (Maggi, 2004).

El ser humano depende del consumo directo de las plantas tanto vegetales, cultivos, cereales, como de la obtención de sus productos. Anualmente, una tercera parte de la producción de alimentos se ve destruida por pestes de cultivos y productos almacenados; por lo cual se hace imprescindible el estudio de nuevas vías de control de plagas. Las plantas, en conjunto, producen más de 100,000 sustancias de bajo peso molecular (conocidas también como metabolitos secundarios). Éstos son, normalmente, no-esenciales para el proceso metabólico básico de la planta. Entre ellos se encuentran terpenos, lignanos, alcaloides, azúcares, esteroides, ácidos grasos, etcétera. Semejante diversidad química es consecuencia del proceso evolutivo que ha llevado a la selección de especies con mejores defensas contra el ataque microbiano, o la predación de insectos y animales (Astudillo, 2011).

En el desarrollo de un bioplaguicida se deben estandarizar sus métodos de extracción, y la selección de la especie de planta como primer paso; uno de los métodos claves que se emplean son los bioensayos para estudiar las propiedades biocidas de las diferentes partes de las plantas, la eficacia de extractos, formulaciones y modo de acción de los ingredientes activos (Pérez, 2006). Dentro de las plantas repelentes e insecticidas de importancia se cita también al achiote (Bixa orellana L., Bixaceae) y piñón (Jathropa curcas L., Euphorbiaceae).

Hernández (2007) estableció que, de 18 extractos vegetales evaluados sobre el desarrollo de Colletrotrichum gloeosporoides, sólo los de ajo (Allium salivum), acuyo (Piper auritum), guayaba (Psidium guajava) y eucalipto blanco (Eucalyptus globulus) redujeron significativamente el crecimiento micelial en 54.30; 48.80; 47.70 y 39.00%, respectivamente. El efecto de diez extractos hidro-alcoholizados de plantas tropicales contra garrapatas adultas (Boophdus microphus Canestrini, 1887), fueron probados por Álvarez et al. (2008), quienes reportaron como más promisorio por la mayor mortalidad a Zizygium aromaticum, Morus alba, Piper nigrum y la mezcla de Allum sativum más Z. aromaticum.

En Ecuador, y sobre la misma garrapata, Calero (2011) determinó que el extracto del cordoncillo (Piper aduncum), en dilución al 75% y mejorado en sus propiedades insecticidas, controló significativamente al ácaro en aplicaciones tropicales en bovinos.

En Perú, Bobadilla et al. (2005), evaluaron suspensiones acuosas de Annona muricata Linnaeus (“guanábanas”) sobre larvas de Aedes aegypti (Diptera: culicidae), donde el mayor efecto tóxico correspondió a la suspensión de las semillas, con 100% de mortalidad a las 24 horas a 0.5 mg/ml; seguido por las flores, a las 48 horas a 10 mg/ml; y hojas, a las 36 horas a 100 mg/ml.

En México, Carrillo et al. (2012), determinaron que, concentraciones del 50% de árbol de paraíso (Melia azedarach) fueron efectivas para el control de ácaros en tomate; y para mosca blanca, la misma concentración del árbol de paraíso e higuerilla, ocasionaron 80% de mortalidad.

Sabillón y Bustamante (1995), probaron los extractos botánicos de paraíso (Melia azedarach), neem (Azadirachta indica) y en el producto comercial B.t. (Bermicia tabaci) a base de tabaco (Nicotiana tabacum) en mosca blanca y Spodoptera sp en tomate; donde ninguno de los tratamientos ejerció control de mosca blanca; aunque se observó menor población en plantas aplicadas con neem con mayor productividad e, incluso, protegió de larvas perforadoras del fruto y de enfermedades.

En Ecuador, Neira y Velastegui (2010), en cultivo de rosas de exportación al utilizar 19 extractos vegetales contra Oiduim sp., Frankliniella occidentalis y Myzus persicae, elaborados por maceración, decocción e infusión. Para oídium, los porcentajes de efectividad más alto fueron decocción de eneldo (Anethum graveolens), macerado de penco (Agave lechuguilla) y decocción de menta (Menta pipirita). Para pulgones (M. persicae), los extractos que presentaron los porcentajes de Abbott más altos fueron extractos de ajo y decocción de hierba mora.

En trips (F. occidentalis) los dos mejores tratamientos fueron decocción de hierba mora y macerado de menta. En este contexto, los objetivos de esta investigación fueron: colectar plantas con propiedades biopesticidas para un banco de germoplasmas, bioensayos para extracción de sus ingredientes activos, mejoramiento de propiedades y fecha de expiración de los extractos envasados e investigación de campo, para el control de insectos-plagas en tomate.

Ubicación

Esta investigación se desarrolló en la Finca Experimental Lodana de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Laica “Eloy Alfaro” de Manabí, Manta, y en los Laboratorios de la sede-matriz, ubicada en la ciudad de Manta (Ecuador), denominada oficialmente como San Pablo de Manta. Es una ciudad ecuatoriana de la provincia de Manabí, la cuarta del país y está situada en la costa del Pacífico 1° 12′ 24.84″ S, 80° 22′ 15.24″ W.

Datos climáticos

En Manta, el clima es tropical, cálido, seco, fresco; el cambio climático está supeditado a la presencia de la corriente fría de Humboldt y al fenómeno de “El Niño”.

Temperatura

Tiene una temperatura promedio de 28°C, la que es variable tanto en el verano como en el invierno; en la época de invierno sube a más de 30°C; mientras que en el verano, en determinadas épocas, provoca olas de frío; donde la temperatura baja a 20°C y 22°C por las noches o madrugadas.

Altitud

Es de cinco metros sobre el nivel del mar (5 mnsm).

Áreas de estudios

Se describen a continuación:

· Establecimiento de un banco de germoplasma.

· Métodos para extracción de ingredientes activos (i.a.) bioinsecticidas de semillas.

· Bioensayos para mejoramiento de propiedades y fecha de caducidad de los extractos envasados.

· Ensayo experimental con varios extractos solos o en mezclas y otros insumos orgánicos para controlar insectos-plagas del tomate.

Descripción de metodologías

Banco de germoplasma

El establecimiento del banco de germoplasma se realizó en la Finca Experimental de Lodana de la Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Laica “Eloy Alfaro” de Manabí, donde se sembraron especies de plantas que se reportan con propiedades bioplaguicidas en toda la región.

Métodos de extracción de ingredientes activos (i.a.) insecticidas de semillas

La decocción, infusión y purín se realizaron en ambiente natural o condiciones aerobias, utilizando semillas maduras de varias especies de plantas reportadas con propiedades insecticidas; mientras que la maceración se refiere al triturado de semillas en un ambiente anaeróbico (galón o recipiente de vidrio oscuro).

Para cada solvente se efectuó una prueba por separado. En recipiente con tapa de rosca, cada 24 horas, se evacuaron los gases generados con la apertura parcial de la tapa-rosca y en forma rápida, para no permitir el ingreso de oxígeno (por cuanto podría afectar la extracción); labor que se realizó hasta las 72 horas, tiempo final que se consideró para la extracción de activo de las semillas, luego se filtró y se obtuvo la solución madre al 100 por ciento.

Bioensayos

La aplicación consistió en valorar la eficacia de los extractos mejorados en sus propiedades, más un tratamiento no mejorado, adicionando 5, 15 y 30 gotas por litro de la solución madre de otros extractos vegetales con propiedad: sinérgica (aceite de ajonjolí, Sesamun indicum), emulsificante (Lecitina, de soya, Glicine max), conservante (marañón, Anacarduim occidentalis) y fijadora (piñón, Jatropha curcas).

Las soluciones madres de los extractos mejorados se envasaron en recipientes plásticos de color oscuro, que correspondieron a: ají (Capsicum frutescens), ajo (Allium sativus), neem (Azadircchta indica), jazmín (Melia azadarach), mamey (Mammea americana) y jaboncillo (Sapindus saponaria) evaluadas las concentraciones al 1% con prueba de eficacia cada tres meses por 360 días; se utilizó como insecto indicador larvas del segundo instar de Spodoptera sunia en aplicaciones tópicas sobre 10 larvas ubicadas en plato Petri con su respectivo alimento (foliolos de tomate), donde se evaluó mortalidad a las 24, 48 y 72 horas de aplicados los tratamientos; las mismas se ajustaron en porcentaje de eficacia por la fórmula de Abbott, con un total de 72 unidades experimentales.

La implementación de los bioensayos cada tres meses permitió, también, conocer la fecha de expiración o caducidad de los extractos mejorados y no mejorados envasados en condiciones naturales, sin refrigeración (Vera, 2006).

Ensayo experimental de campo

Una vez conocidos los resultados de los bioensayos, se diseñó un experimento a nivel de campo en el cultivo de tomate (Lycopersicum esculentum Mill), donde se probaron los extractos mejorados destacados solos y en mezclas al 2% de concentración, para valorar eficacia en los insectos-plagas relevantes: moscas blancas (Bemisia spp.), pulgones (Aphis spp.) y negrita (Prodiplosis longifila).

En el delineamiento experimental se utilizó un diseño de bloques completos al azar (DBCA), unifactorial, de 16 tratamientos incluidos dos testigos, en cuatro repeticiones; y para comparación de promedios en tratamientos, la prueba de significación Tukey, al 5% de probabilidad.

Registro de datos

· No. de aplicaciones realizadas.

· Presencia de parasitoides, depredadores y entomopatógenos.

· Conteos cada siete días de poblaciones de insectos-plagas.

Datos analizados estadísticamente

Para las aplicaciones de los tratamientos se consideraron los económicos para cada plaga, datos que se registraron contando insectos vivos, antes y después, en el envés de tres ramas de tomate/tratamiento. Estas poblaciones fueron analizadas estadísticamente.

Resultados de bioensayos

De los resultados de los bioensayos que se realizaron durante un año-calendario y con frecuencia trimestral, se infieren —como tratamientos promisorios— los extractos de: jaboncillo, mamey y jazmín en orden de importancia y la dosis del 1% podría incrementarse, según los estadíos larvales más avanzados, así como el incremento poblacional de insectosplagas y tipos de cultivos a nivel de campo. Asimismo, es determinante el mejoramiento de las propiedades insecticidas, si se compara con el porcentaje de mortalidad obtenido en los tratamientos testigos, sin aditamento alguno, que reportan menos eficacia (cuadro 2).

Los más altos porcentajes de mortalidad se obtuvieron al añadir por litro de extracto o solución madre: 30 gotas de aceite de ajonjolí, como sinérgico; 30 gotas de lecitina de soya, como emulsificante; 30 gotas de extracto de marañón, como preservante; y 30 gotas de extracto del fruto de piñón, como fijador o adherente. En este contexto, los resultados en los seis extractos mejorados son altamente significativos al (P<0.01); lo cual avala su comportamiento como sustancias mejoradas para el control de insectos-plagas.

En el cuadro 2, también se observa que la fecha de caducidad o expiración de los extractos envasados y mejorados, es de hasta 90 días y al medio ambiente donde se mantienen sin alteración alguna (P<0.01); pero posterior a esta fecha comienza su degradación, reflejada en menor eficacia.

Resultados en cultivo de tomate a campo abierto

Los resultados de los bioensayos fueron trasladados al campo en cultivo de tomate, con los extractos solos y en mezclas en dosis del 2%, y complementados con aplicaciones de humus en tipo vermicompost (Eisenia foetida); específicamente, para el control de insectos-plagas: mosca blanca (Bemisia spp.), pulgones (Aphis spp.) y negrita (Prodiplosis longifila), aplicando riegos iniciales con regadera, con el fin de reducir adultos de los insectos por efecto del control mecánico por ser muy sensibles; y, al parecer, retardaron fumigaciones convencionales hasta 50 días del trasplante, en verano (cuadro 3).

Los resultados obtenidos en campo abierto mostraron una diferencia estadística significativa (P<0.0001); los mejores valores fueron para los tratamientos con extractos botánicos mejorados, solos y en mezcla, respecto del testigo (cuadro 3).

En total, se realizaron tres aplicaciones de los tratamientos en estudio complementadas por una aplicación general para la “negrita”, con alta significación estadística y aceptables coeficientes de variación; se destaca el extracto jaboncillo al 2% con 80 gramos de vermicompost; ya que controla, eficientemente, a: mosca blanca, pulgones y, relativamente, negrita. Ají controla satisfactoriamente a pulgones.

Con relación al peso de frutos, los mayores rendimientos corresponden —en orden de importancia a los tratamientos—: AJÍ + NEEM; AJÍ + AJO; AJO + NEEM; AJÍ y JABONCILLO, con 47.708; 45.416; 43.458; 43.291 y 42.500 kgha-1, respectivamente. Sin embargo, los tratamientos que presentan una mejor tasa de retorno marginal son JABONCILLO y la mezcla de AJÍ + AJO.

En cuanto a los resultados que tienen que ver con la eficacia de extractos mejorados para el control de insectos-plagas por caja Petri/ 10 insectos indicadores, larvas de segundo instar, Spodoptera sunia, desfoliador del tomate; los tratamientos con relación al testigo absoluto y en orden de control son: el tratamiento J10 = Jaboncillo 1.64 insectos; E5=Ajo+Neem 1.72; D4=Ají + Ajo 1.73; A1= Ají 1.75; G7= Ají +Ajo+Neem 1.76; M13=Jazmín + Jaboncillo 1.79; N14= Jazmín + Mamey + Jaboncillo 1.81; F16= Ají + Neem 1.81; I9= Mamey 1.84; H8= Jazmín 1.85; L12= Mamey + Jaboncillo 1.85; K11=Jazmín + Mamey 1.90; B2= Ajo 1.93; TC15= 1.99; C3=Neem 2.14; TA16= Testigo absoluto 2.64.

Se destaca, en cuanto a presentar el menor número de insectos vivos, el tratamiento J10 a base de Jaboncillo, E5 que corresponde a la mezcla de ajo + neem y D4 mezcla de ají + ajo, respectivamente (figura 1).

Implementación del banco de germoplasma

Las especies de plantas con propiedades bioplaguicidas fueron colectadas de diferentes lugares de la Provincia de Manabí, para sembrarse en el banco de germoplasma; el número colectado es limitado, pues quedan aún muchas otras especies; ya que existen, al menos, 2,000 especies de plantas con propiedades biopesticidas (Sabillon y Bustamante, 1995); y que, según Celis et al. (2008), el mayor número de especies involucra la familia piperácea.

Extracción de Ingredientes Activos (i.a.) y eficacia de bioensayos

Se realizaron pruebas piloto mediante variables de respuestas en bioensayos de laboratorio, utilizando —como insecto indicador— larvas del segundo instar del defoliador Spodoptera sunia insecto-plaga del tomate. Se ensayaron las extracciones de ingredientes activos de diferentes órganos de las plantas; pero éstos existen en mayor concentración en las semillas. Los resultados determinaron como mejor método de extracción del ingrediente activo: la maceración con el solvente hidroalcohol (50% + 50%) a temperatura ambiente, cuyos resultados son iguales a los reportados por Rodríguez et al. (2012).

Bajo estas y otras consideraciones, el método de maceración con hidroalcohol es un proceso confiable que no altera la composición química de los materiales al evitarse el calor. Los métodos de infusión y decocción deben ser empleados cuando se tenga la certeza de que las sustancias activas no son termosensibles; resultados que coinciden a lo establecido por Castillo (1999), quien indica que los insecticidas botánicos o extractos se pueden mejorar si se adicionan adherentes y/o tensoactivos de origen vegetal; los primeros, evitan lavados y escurrimientos al ser aplicados, y los tensoactivos favorecen la penetración de los ingredientes activos.

Como adherente, se puede utilizar el jugo de sábila (Aloe vera) y piñón (Jatropa curcas); mientras que como tensoactivos, el henequén (Agave fourcroydes) y el jaboncillo (Sapindus saponaria) (cuadro 4).

Respecto del envasado del extracto botánico mejorado, fue preferible el uso de un recipiente plástico de color oscuro, con tapa-rosca, por tratarse de una descomposición anaerobia (sin oxígeno), más aun si se usan solventes orgánicos que pueden evaporarse; el envase de vidrio no es apropiado, ya que aumenta el calor y la degradación del extracto. Probablemente, ésta podría ser aumentada de ser estos llenados y sellados al vacío por tratarse de una descomposición anaerobia y ser almacenados en ambientes bajo temperaturas controladas (cuartos fríos).

En campo abierto

En campo abierto todos los extractos solos y en mezclas resultaron con eficacia superior al 60% de mortalidad respecto al testigo convencional para controlar los principales insectos-plagas —excepto en Prodiplosis longifila— en donde, para salvar la producción, se aplicó una aspersión del insecticida convencional; por lo que, se infiere que los extractos vegetales deberán ser utilizados diseñando estrategias de control para ir reduciendo el uso de los insecticidas sintéticos convencionales, tal como lo aseveran algunos autores (Rodríguez, 2015; Carrillo et al., 2012). El extracto de jaboncillo destaca por obtener un mejor control.

Se determinó que el mejor método de extracción de ingredientes activos es la maceración, triturando la semilla e introduciéndola en un recipiente de vidrio oscuro tapa-rosca, conjuntamente con una solución hidroalcohol etílico (50% + 50%) durante 72 horas, en condiciones anaerobias.

El mejoramiento de las propiedades biopesticidas se logra adicionando al filtrado (o solución madre), 30 gotas/litro del sinérgico (aceite de ajonjolí, Sesamun indicum), del emulsificante (lecitina de soya, Glicine max), conservante (marañón, Anacarduim occidentalis), y del fijador (piñón Jatropha curcas); los cuales incrementan su acción biocontroladora de insecto-plaga hasta un 40%.

Las pruebas de bioensayos realizadas durante un año-calendario con frecuencia trimestral de los extractos envasados en frascos plásticos expuestos al ambiente natural, sin refrigeración, demostraron su estabilidad hasta 90 días como fecha de caducidad.

El control de insectos-plaga con los extractos botánicos, solos o en mezcla en tomate a campo abierto, demostraron ser mejores hasta un 60%, respecto del testigo absoluto, con excepción de Prodiplosis longifila

El extracto de jaboncillo al 2% es el más destacado como el de mejor control; aunque dicha planta (S. saponaria), en el litoral ecuatoriano está en vías de extinción.