La fusariosis de la espiga (FHB), causada por Fusarium graminearum, es una enfermedad fúngica grave que afecta negativamente la producción de trigo y la seguridad alimentaria. En un nuevo estudio, científicos chinos evaluaron la eficacia fungicida de los radicales oxidativos fuertes (SOR) contra F. graminearum y sus efectos sobre el crecimiento y el rendimiento del trigo a través de una combinación de experimentos in vitro y de campo.
El trigo, como uno de los principales cultivos del mundo, desempeña un papel crucial para garantizar la seguridad alimentaria. La pudrición de la espiga causada por Fusarium es un problema de larga data para el cultivo.
La investigación sobre la fusariosis de la espiga comenzó a principios del siglo XX y continúa activamente hasta el día de hoy. En la actualidad, la enfermedad está muy extendida en América del Norte, Europa y Asia, siendo la región de trigo Huang Huai en China una de las zonas más afectadas. Durante años de brotes masivos de podredumbre de la espiga causada por Fusarium, las pérdidas de trigo en China pueden alcanzar hasta un 30-50%, y en algunas áreas severamente afectadas se observa una pérdida total de los cultivos.
La fusariosis de la espiga es causada por el hongo F. graminearum , que acumula cantidades importantes de toxinas en los granos infectados, lo que supone riesgos para la salud humana y animal. El deoxinivalenol (DON), también conocido como vomitoxina, es la principal micotoxina que se encuentra en el trigo y sus productos.
El impacto del cambio climático y las prácticas agrícolas ha incrementado la incidencia y la distribución de la plaga de Fusarium, convirtiendo la enfermedad en una amenaza creciente para la seguridad alimentaria mundial.
Los métodos de control tradicionales incluyen tratamientos químicos, cultivo de variedades resistentes y prácticas agronómicas. Sin embargo, cada uno de estos métodos tiene limitaciones en su aplicación práctica.
El control químico, principalmente mediante el uso de fungicidas, sigue siendo el método más común y directo. Estos fungicidas funcionan inhibiendo el crecimiento y la reproducción de patógenos o la producción de toxinas.
Los principales métodos químicos para controlar la plaga de Fusarium incluyen triazoles (por ejemplo, tebuconazol, propiconazol, fluconazol), benzimidazoles (por ejemplo, carbendazim, tiofanato-metil) y los fungicidas SDHI más nuevos (por ejemplo, fluopiram). Los triazoles se prefieren debido a su amplio espectro de actividad y propiedades sistémicas. Si bien el control químico es eficaz a corto plazo, la dependencia a largo plazo de estos métodos puede generar resistencia a los patógenos. Se ha informado de resistencia de F. graminearum a los triazoles en todo el mundo. Además, el uso generalizado de pesticidas puede provocar contaminación ambiental y degradación del suelo, lo que amenaza la salud del ecosistema.
El desarrollo de variedades resistentes se considera una estrategia de control rentable y sostenible desde el punto de vista ambiental, sin embargo, los factores ambientales influyen significativamente en los niveles de resistencia y las variedades resistentes muestran un desempeño diferente en diferentes zonas ecológicas. La obtención de variedades resistentes es un proceso a largo plazo y actualmente ninguna variedad de trigo tiene inmunidad completa al tizón de la espiga causado por Fusarium.
Las prácticas de gestión agronómica también desempeñan un papel importante en el control integrado, y se ha demostrado que la implementación de la rotación de cultivos, la gestión precisa de la densidad de siembra y de los fertilizantes y la eliminación rápida de los residuos de plantas infectadas después de la cosecha reducen significativamente el riesgo de reinfestación de patógenos en los campos agrícolas.
Por lo tanto, la agricultura moderna enfatiza estrategias de manejo integrado de plagas (MIP) que combinan tratamientos químicos, variedades resistentes y manejo agronómico para maximizar los efectos sinérgicos de múltiples métodos.
Como resultado, el estudio de nuevas tecnologías de «control de plagas verdes» se ha convertido en un área crítica de investigación en el manejo de la plaga de Fusarium en el trigo.
El rápido crecimiento de la industria de pesticidas verdes ha generado un interés generalizado en la tecnología de utilizar soluciones de radicales oxidativos fuertes para reemplazar parcialmente los pesticidas químicos tradicionales debido a su importante potencial de investigación y sus amplias perspectivas de mercado.
Los SOR como O 2+ , O, (O 3 P), O 3 y O 2− se generan mediante la tecnología de descarga DBD. La «descarga de barrera dieléctrica» también se denomina descarga eléctrica silenciosa. Se trata de una descarga en la que uno de los electrodos está aislado galvánicamente y en el proceso se produce ozono.
Estos radicales experimentan reacciones de transferencia de masa gas-líquido, creando una serie de reacciones en cadena que, cuando se combinan con tecnologías de micro-nano-burbujas de gas, sintetizan eficazmente soluciones radicales ricas en radicales OH, HO 2− y O 3−.
Este enfoque ha atraído considerable atención debido a sus ventajas, que incluyen la ausencia de residuos, una fuerte oxidación, esterilización espectral y un mayor rendimiento y rentabilidad.
Los SOR (radicales oxidantes fuertes), con su potencial de oxidación-reducción extremadamente alto, pueden reaccionar con una amplia gama de moléculas orgánicas y han encontrado aplicaciones en áreas como la purificación del agua y el aire. Los estudios han demostrado que los SOR alteran las membranas de las células patógenas a través de la peroxidación lipídica, lo que provoca una fuga de contenido celular e inhibe así el crecimiento del patógeno. Se dirigen directamente al ADN del patógeno, provocando oxidación de bases y roturas de cadenas, lo que perjudica la capacidad reproductiva del patógeno, altera la función enzimática e interfiere en los procesos metabólicos normales.
En los últimos años, el SOR se ha utilizado ampliamente en diversos aspectos del control de enfermedades, así como para la conservación de frutas, verduras y mariscos debido a sus propiedades antimicrobianas y ecológicas altamente efectivas. Por ejemplo, el ozono, tanto en forma gaseosa como acuosa, redujo significativamente los recuentos bacterianos (UFC/mL) de Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis en todas las concentraciones y duraciones probadas. Las concentraciones de 40 μg/ml y 60 μg/ml fueron significativamente más efectivas que 20 μg/ml para ambas cepas bacterianas.
Un estudio sobre la desintoxicación de aflatoxinas en maní usando ozono mostró que en condiciones de 5% (p/p, peso a peso) de humedad y 6,0 mg/L de tratamiento con ozono durante 30 minutos a temperatura ambiente, las tasas de desintoxicación de aflatoxinas totales y aflatoxina B1 (AFB1) fueron 65,8% y 65,9%, respectivamente, lo que demuestra una degradación efectiva de las aflatoxinas.
El tratamiento de fresas con agua ozonizada durante 5 minutos retrasó la aparición de la infección de moho gris en 4 días y redujo significativamente la incidencia durante el almacenamiento (aproximadamente un 17% menos que el grupo de control el día 8), extendiendo así la vida útil a 5 °C.
El tratamiento con ozono de granos de trigo contaminados con F. graminearum y DON mostró efectos significativos sobre la inhibición fúngica y la degradación de DON, especialmente con una exposición de 120 minutos y una concentración de 60 mmol/mol.
Además, debido a sus rápidas tasas de reacción bioquímica, los SOR pueden destruir células microbianas a través de la adición electrofílica, la deshidrogenación y la transferencia de electrones, descomponiéndolas finalmente en H2O, CO2 y trazas de sales inorgánicas sin subproductos tóxicos. Por lo tanto, los SOR han atraído considerable atención por parte de los investigadores ambientales y agrícolas y muestran una gran promesa en la lucha contra los patógenos agrícolas.
A la luz de lo anterior, el objetivo de este estudio realizado por un equipo de científicos de la Universidad de Jiangsu fue investigar el mecanismo fungicida de SOR contra F. graminearum y su efecto sobre la plaga de Fusarium en la espiga del trigo.
Al optimizar los parámetros de esterilización SOR, investigaron el efecto inhibitorio sobre F. graminearum , los mecanismos de acción y la viabilidad de la aplicación en campo. Los resultados de este estudio proponen un nuevo enfoque para el control verde de FHB y brindan información valiosa para el manejo integrado de otras enfermedades de los cultivos.
El agente causal F. graminearum (aislado de laboratorio), cepa F. graminearum Fg-01, utilizado en este estudio, fue aislado de plantas de trigo infectadas recolectadas en la provincia de Jiangsu, China.
El sistema de generación de SOR fue diseñado por el grupo de investigación. El dispositivo de descarga de alta ionización fue diseñado con un espacio de descarga de 0,5 mm. Las placas de los electrodos de descarga estaban hechas de materiales metálicos recubiertos de plata sinterizada, y láminas de cerámica servían como capa dieléctrica. La potencia total del sistema de generación de radicales gaseosos fue de 600 W, mientras que la unidad de mezcla gas-líquido funcionó a 0,75 kW. El caudal de ozono fue de 3,0 L/min y el pH del sistema se mantuvo en 5,2.
El material experimental utilizado en este estudio fue la variedad de trigo «Ji Mai 23», que es altamente susceptible al tizón de la espiga por Fusarium y fue propuesta por el Instituto de Investigación de Cultivos, Academia de Ciencias Agrícolas de Shandong.
Este estudio evaluó sistemáticamente la eficacia fungicida de los radicales oxidativos fuertes (SOR) contra F. graminearum y sus efectos sobre el crecimiento y el rendimiento del trigo utilizando una combinación de experimentos in vitro y de campo.
Los experimentos in vitro han demostrado que las soluciones que contienen diferentes concentraciones de radicales suprimen eficazmente el hongo patógeno. Los resultados indican que las soluciones de SOR exhiben una potente actividad fungicida contra F. graminearum .
A una concentración de 4,0 mg/L, la mortalidad de las esporas fue del 96,8% y a 5,0 mg/L esta tasa alcanzó el 99,4%. La concentración óptima para la eliminación de esporas de F. graminearum se determinó en 2,5 × 10 5 UFC/ml. La duración óptima del tratamiento para SOR fue de 10 minutos. A
Además, los ensayos de campo investigaron los efectos del SOR en el crecimiento del trigo y las características agronómicas, así como su eficacia en el control de FHB en ensayos de campo, tanto como tratamiento único como en combinación con pesticidas comerciales.
Los resultados mostraron que la aplicación de SOR por sí sola logró una eficiencia de control del 87,9%, demostrando un potencial significativo para el control de la enfermedad. Además, los SOR influyeron positivamente en las características agronómicas del trigo, como la altura de la planta, la longitud de la espiga, el peso del grano por planta, el número de granos por planta y el rendimiento del grano, lo que proporciona un nuevo enfoque prometedor para el control verde de FHB.
Basado en el artículo de un grupo de autores (Huanghuang Zhang, Bo Zhang, Huagang He, Lulu Zhang, Xinkang Hu, Chundu Wu), publicado en la revista Agriculture 2025 en el portal www.mdpi.com).
Foto principal: Dmitry Lukyanov
