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Rotación con Bt’s, para producción de crucíferas

Alternativa eficaz en MIP para el control efectivo de insectos

El Bacillus thuringiensis (Bt) es distinto a otros Bacillus por la producción de cristales intercelulares de toxinas proteicas, además por formar esporas, ser gramm positivo y su forma es de vara o bastón.

Durante el proceso de esporulación, la síntesis de Bt produce numerosas cantidades de una o más proteínas que se cristalizan en varias formas y le otorgan la actividad y nivel altamente insecticida-selectivo.

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Por ser insecticidas específicos los Bt´s generalmente no son nocivos a los humanos, fauna silvestre o artrópodos benéficos. (Walker et al, 2003). Además de los cristales proteicos, el Bt secreta toxinas con poder insecticida y se les conoce como cristales tóxicos o delta-endotoxinas. Por sus múltiples toxinas o más bien dicho, ingrediente activo, desde los 1970’s, la contribución de productos a base de Bt es muy importante en el manejo de resistencia de plagas a los productos químicos. Recientemente, con los productos de química suave y su amenaza de resistencia por Plutella xylostella (L), la incorporación de Bt’s en los programas de manejo integrado de plagas (MIP) y su control efectivo de insectos es tema clave en el manejo y vida útil de las nuevas moléculas químicas, así como el mismo Bt.

Entre todos los insecticidas microbiales, el más exitoso en su uso comercial es el Bt, y por su importancia económica, su estudio es intensivo. Por la producción fenotípica del cristal, se codifica el gen de la proteína cristal con el nombre “Cry”. El primer gen descubierto fue el Cry1Aa, clonado por Schnepf y Whiteley (1981). Sigue siendo de vital importancia el uso de Bt aplicado vía foliar como una alternativa eficaz en programas MIP, manejo de resistencia a insecticidas sintéticos e impacto ambiental, tanto en nuestros días como en el futuro.

Historia: descubrimiento y desarrollo comercial de Bt

El Bacillus thuringiensis ocurre naturalmente en todo el mundo; se ha descubierto en insectos muertos, ambientes de crianza de insectos, granos almacenados, suelo y superficies de hojas (Dulmage & Aizawa 1982). Reseña de la historia desde su descubrimiento en el siglo XX (Ave 2003):

  • 1905. Japón. Bacillus aislado del gusano de seda por S. Ishiwata.
  • 1911. Thuringia, Alemania. Bacteria aislada en larva Anagasta kuehniella y nombrado Bacillus thuringiensis.
  • 1951. Univ. de California en Berkeley, CA. Steinhaus cultiva Bt y establece estudios de campo en EE.UU.
  • 1956. Wasco, California. Pacific Yeast Products comercializa “Thuricide”. Después las instalaciones fueron adquiridas por Sandoz.
  • 1962. Francia. E. Kustak aisla cepas de Bt, K-17 y K-18

Japón. K. Aizawa descubre un aislado de Bt efectivo contra larvas de polilla de cera y Spodoptera. Subespecie nombrado aizawai, (Bta).

  • 1970. EE.UU. H. Dulmage aísla la HD-1 del gusano rosado Pectinophora gossypiella

Francia. DeBarjac señala K-17, K-18 y HD1, Bt subespecie kurstaki, (Btk).

EE.UU. Abbott Laboratories comercializa producto Btk, “DiPel®”, hoy día Valent BioSciences Corporation (VBC).

  • 1977. Israel. Goldberg y Margalit descubren y aislan un Bt que mata zancudos Culicinae spp y mosca negra Simulium spp, se le nombra israelensis, (Bti); lanzamiento del producto “VectoBac(r)” comercial por Abbott en 1988
  • Fines de 1970’s – Presión de competencia por los piretroides en algodón, resulta en descubrimiento del Btk aislado HD-263 por Ayerst y Burges
  • 1983. El activo Bt subespecie tenebrionis (Btte) contra coleópteros fue descubierto por Krieg; Novo Nordisk desarrolla “Novodor”, comprado en 1995 por Abbott Laboratories, hoy dia de VBC.
  • 1985. N. Dubois descubre en Btk aislado NRD-12, se comercializa por Zoecan/Sandoz como “Javelin”, y por niveles no aceptables de exo-toxinas, NRD-12 fue reemplazado por SA-11, hoy dia de Advan USA
  • 1988. Sandoz introduce Btte, producto “Trident”.
  • 1989. Ecogen introduce cepas transconjugado, productos “Condor” y “Foil” en 1991, hoy dia de Advan USA.
  • Fines de 1980’s y los 1990’s: Manipulación genética de toxinas Bt, incluso técnicas con ADN recombinado o modificado genéticamente y toxinas “híbridas” y manipulación de plantas transgénicas con la expresión del gen toxina Bt en la planta.
  • 1990. Mycogen encapsula toxinas de Bt insertadas en la bacteria Pseudomona, productos “MVP” y “M-One”; después en 1996 con el producto “Mattch” de mezclas CryIAc y Cry1C, últimamente disponible en Japón, hoy en dia de Advan USA.
  • 1992. Abbott Laboratories comercializa la cepa Bta natural “XenTari(r)”, hoy de VBC
  • 1992. Ciba Geigy introduce “Agree”, producto transconjugado de Bta con Cry1Ac, hoy de Advan USA, también con el nombre “Turex”.
  • 1996-97. Ecogen libera combinaciones de toxinas kurstaki y aizawai en productos “Crymax” y “Lepinox”; kurstaki con múltiple activos de toxinas contra Coleópteros en productos “Raven”, hoy de Advan USA.
  • 1999. Termo Trilogy (previo a Certis) introduce formulación Btk de alto contenido toxinas proteicas, “Deliver”.
  • 2000. Sumitomo Chemical Company adquiere la División Agrícola de Abbott Laboratories y lo nombra “Valent BioSciences Corporation (VBC).
  • 2001. Mitsui adquiere Thermo Trilogy y lo nombra “Certis”, hoy Advan
  • Resumen: Número total de marcas antiguas y actuales, mas de 100.

Resistencia a plaguicidas

La amenaza de resistencia por insectos ha sido y continúa siendo de mayor importancia en varias partes del mundo, siendo más notable en Australia, el Oriente, Latino América y Estados Unidos. Entre 1950 y 2000, la incidencia de casos nuevos de resistencia a plaguicidas por insectos en Estados Unidos ha aumentado de un promedio de 12 casos en los 1950’s a un promedio de 46 casos en 1960’s y 46 casos nuevos en 1970’s. Gráfica 1

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Historia de usos de insecticidas y resistencia de la palomilla dorso de diamante, Plutella xylostella (L.), en cultivos de crucíferas (Adair 2006):

  • 1976. Introducción de piretroides sintéticos.
  • 1982. Introducción de una nueva generación de insecticidas, los Reguladores de Crecimiento de Insectos (IGR’s).
  • 1984. Segunda generación de IGR’s.
  • 1986. Desarrollo de resistencia a piretroides.
  • 1987. Desarrollo de resistencia a IGR’s.
  • 1992. Introducción de Bta (XenTari®) y su uso en combinación con piretroides sintéticos o IGR’s, o en rotación con DiPel® y/o insecticidas químicos.
  • Fines de 1990’s e inicio de 2000’s. Introducción de “química suave” (soft chemistry): Proclaim-Benzoato de Emamectina (Syngenta); Tracer-Spinosad (Dow AgroSciences); Intrepid-Metoxifenoxide (Dow AgroSciences) y Avaunt-Indoxacarb (DuPont).
  • 2000 a 2006. Desarrollo de resistencia a los insecticidas de química suave, siendo ya un problema. Gráfica 2 y Cuadro 1.

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La causa de resistencia a plaguicidas por insectos en la mayoría de los casos es el abuso continuo y repetido (presión a selección resistente) con moléculas de similar modo de acción en los programas de control por los usuarios, sin consideración de alternar (rotación) o combinar compuestos en la mezcla de diferente modo de acción. La creación de resistencia recientemente ha aumentado nuevamente el interés en los productos Bt’s para el control de insectos en hortalizas, especialmente en el control de palomilla dorso de diamante. Por consecuencia, cualquier insecticida nuevo o en desarrollo, al entrar al mercado se enfrenta con problemas potenciales en selección de resistencia. Insecticidas a base de Bt’s ofrecen una buena opción en las estrategias de manejo con medidas para prevenir o minimizar la resistencia de dorso de diamante (reducir presión de selección). Las razones, ventajas o beneficios del uso de Bt’s son puntos importantes a mencionar:

  • Ocurre naturalmente en el ambiente.
  • Específicos contra insectos lepidópteros.
  • Tan efectivo como los insecticidas químicos.
  • Fácil de utilizar y aplicar.
  • Modo de acción único y con múltiples toxinas.
  • MIP y manejo de resistencia.
  • Resistencia a Bt’s hasta el momento es mínima y localizada.
  • Conservación de insectos y otros organismos benéficos.
  • Seguro al ambiente.
  • Exento de tolerancias.

Factores a considerar en el uso y aplicación de Bt’s:

  • Las toxinas (cristales) de Bt’s actúan únicamente por ingestión.
  • No tiene actividad por contacto.
  • La residualidad de esporas y cristales en la superficie de las hojas tratadas es relativamente corta.
  • Es esencial un buen cubrimiento de la superficie del cultivo.

Manejo de resistencia

Bacillus thuringiensis es un eslabón clave para la lucha contra Plutella xylostella en todo el mundo (Talekar, 1995), aunque ya se perfilan muchas estrategias que persiguen un uso más racional de Bt, mayormente basados en la utilización de umbrales de daños por larvas, aplicación en mezclas con algunos plaguicidas químicos, etc. (Blanco, 1996). La alta actividad de los cristales del Bt al huésped específico (host-specific) es su ventaja de diferenciación. En insectos sensibles, la actividad de una toxina potente de Bt puede ser 10 veces mas alta que un insecticida químico típico (Yamamoto, 2001).  Gráfica 3.

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Pregunta, cómo se puede reducir la resistencia a insecticidas químicos con Bt. Se conoce que los productos químicos son de un solo ingrediente activo, comparado con un Bt que contiene múltiples toxinas o ingredientes activos. Por ejemplo, Spinosad o un piretroide comparado a XenTari, con toxinas de la familia Cry1A, y Cry1C, Cry1D más esporas.

Resultados de experimentos en campo confirman que el uso de XenTari (Bta) aplicado en un programa de rotación o en mezcla de tanque con otro insecticida es efectivo en un programa MIP y manejo de resistencia de Plutella xylostella (Leibee, 2006), Gráfica 4.

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La población de insectos y daño al cultivo de repollo cv ‘Tropicana’, se redujo significativamente con el uso de XenTari (Bta) en combinación o en rotación con el piretroide a base de Lambda-cyhalotrina (Warrior) comparado con el programa del agricultor que aplicó únicamente Warrior. La mezcla de tanque resultó la de mayor efectividad, seguido por el tratamiento a base de XenTari aplicado solo. En el programa de rotación, el orden de aplicación de productos resultó mas efectivo cuando se inició con XenTari. Esto se muestra en la Gráfica 5.

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Los Bt’s son muy efectivos en eliminar los estadios L1 y L2 de larvas. También tienen un dramático impacto en larvas grandes, haciéndolas mas susceptibles a las siguientes aplicaciones de insecticidas. En el experimento de Leibee, esto ocurrió cuando la población de insectos fue expuesta a Xentari primero, y después fue tratada con el piretroide.

Modo de acción de Bacillus thuringiensis

Los productos Bt más potentes ofrecen múltiples modos de acción en el intestino de la larva de lepidópteros, trabajan rápidamente, una vez ingeridos la larva deja de alimentarse y deja de hacer daño en poco minutos. El modo de acción se describe en la Gráfica 6.

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Importancia de los programas de mip

El efecto observado en el experimento de Leibee, donde los estadios de las larvas L3 y L4 quedaron débiles y mas susceptibles a aplicaciones subsecuentes de insecticidas, se han demostrado en varios experimentos de laboratorio. En la Gráfica 7 se puede ver el impacto subletal sobre Spodoptera frugiperda.

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En este experimento, se fueron incrementando las concentraciones de Dipel y Xentari en las dietas de los insectos. En todas las concentraciones administradas, no se observó mortalidad completa, pero el impacto en la salud y tamaño de la población fue dramático.

En la Gráfica 8 se pueden ver resultados similares en el experimento del Dr. Celso Omoto de la Universidad de Sao Paulo en Brasil. En este caso el Dr. Omoto estaba evaluando el impacto de bajas dosis de Dipel sobre larvas de tercer instar de Anticarsia gemmatalis.

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Diferentes estudios en campo enfocados al MPI realizados entre 2006 y 2007, demostraron que la adición de Bt’s a un programa de aplicación de insecticidas en mezclas en tanque o en rotación podría igualar o mejorar el desempeño, comparado con un programa similar pero sin Bt’s. La incorporación de los Bt’s a estos programas, mejoraron también el manejo de resistencia debido a su tecnología y modos de acción únicos, además se redujeron los costos en insecticidas para el agricultor. Abajo se presentan los resultados de tres de estos estudios. Gráfica 9.

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Plaga objetivo: Plutella xylostella

  • Conclusión: Utilizando DiPel en programas de rotación y/o en mezclas de tanque con Spinosad, el resultado es un mejor desempeño en comparación con el programa Spinosad solo, y a un menor menos costo. Gráfica 10.

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Plagas objetivo: Evergestis rimosalis & Hellula rogatalis

  • Conclusión: El programa de XenTari con Spinosad resultó con un mejor rendimiento, y con igual o menor costo en comparación con el programa de Spinosad solo. Gráfica 11.

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Plagas objetivo: Diaphania nitidalis, Diaphania hyalinata, Spodoptera sunia

Diaphania nitidalis

Diaphania nitidalis

  • Conclusión: El programa en melones con XenTari o DiPel con Methoxifenozide y Spinosad resultó con un mejor rendimiento y menor costo en comparación con el programa de Methoxifenozide y Spinosad solos.

Conclusión

Ensayos realizados entre 2006 y 2007 demuestran que la inclusión de Bt’s en los programas de protección de cultivos pueden tener un desempeño superior, reducir el costo de insecticidas al agricultor y mejorar los programas de manejo de resistencia.

Gracias a sus múltiples modos de acción, los insecticidas a base de Bt’s son muy importantes en los programas de MIP y manejo de resistencia.

Es un hecho que la tendencia mundial es el desarrollo de insecticidas cada vez mas selectivos y con un solo modo de acción, los cuales serán mas vulnerables a la creación de resistencia. Por esto, es importante que los agricultores continúen con la incorporación de productos con diferentes modos de acción a sus programas de rotación, con la finalidad de mantenerlos viables el mayor tiempo posible.

Los Bt’s continuarán siendo parte de la solución para el Manejo de Resistencia en el futuro. HC

Johnny Lopez, Dirk Ave, Dave Schuur, Marcus Adair
Valent BioSciences Corporation, Libertyville, IL, USA