Abstract
The implementation of microorganism-based control methods aims to ameliorate the harm caused by pests while simultaneously reducing the unwanted effects caused by synthetic pesticides. However, the interaction between biorational and conventional methods might cause a reciprocal reduction in the efficacy of both methods. Some studies report that pesticides may cause reductions in the pathogenicity of Beauveria bassiana strains and changes in the gut microbiome of some insect species. This is important because B. bassiana is used for fruit fly control, and gut microbiome is known to influence the quality of males reared for autocidal control. The aim of this work was to analyze the toxicity of the herbicide glyphosate and some insecticides on microorganisms used in the control of the fruit fly, Anastrepha obliqua: (1) the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana, and (2) the gut microbiome of males of A. obliqua. The results showed that none of the pesticides caused acute toxicity on the evaluated microorganisms. Even though these results suggest that integrating these microorganisms under the current usage of the evaluated pesticides here is feasible, it is relevant to acknowledge that many other environmental variables might be involved. Therefore, field studies are required to complement the findings of this study.
Introducción
El control de moscas de la fruta continúa siendo un reto que requiere de un enfoque multisistémico que considere las condiciones globales (climáticas, sociales, económicas y ambientales) que ejercen presión continua y que alteran la sustentabilidad de los agroecosistemas. Esta problemática hace imperativa la integración de nuevas tecnologías y/o estrategias que tengan un menor impacto ambiental que los métodos usados actualmente para combatirlas. Es por ello que se están desarrollando nuevas estrategias que sean más “amigables con el medio ambiente”, debido a que utilizan a microorganismos entomopatógenos o subproductos derivados (Heimpel & Mills, 2017), en lugar de aplicar plaguicidas obtenidos mediante procesos de síntesis.
Beauveria bassiana es un hongo entomopatógeno usado efectivamente para el control de moscas de la fruta, tal como se ha mostrado en diversos estudios (De La Rosa et al., 2002; Dimbi et al., 2003; Marri et al., 2018; Montoya et al., 2020; Toledo et al., 2006). La aplicación de los bioinsecticidas es similar a la de los insecticidas convencionales (Hezakiel et al., 2023; Tijjani et al., 2016), lo que facilitaría su adopción por parte de los productores agrícolas para el control de moscas de la fruta. El primer paso es (1) hacer aplicaciones de una suspensión del hongo sobre el cultivo para que haga contacto con la plaga y se infecte para transmitir la infección hacia otros miembros de su especie antes de morir (transmisión horizontal), (2) usar dispositivos (por ejemplo, tubos que permiten el ingreso y la salida del insecto) que contienen el hongo y un compuesto para atraer a la plaga, la cual se infecta, transmite la enfermedad y muere (Gregg et al., 2018; Vega et al., 1995); este último método reduce el contacto del hongo con organismos no blanco.
Los microorganismos intestinales también son simbiontes que pueden manipularse con fines de control biológico debido a su importancia en la homeostasis de insectos (Behar et al., 2008; Dillon & Dillon, 2003; Raza et al., 2020). Su aplicación en el control de moscas de la fruta radica en su uso para incrementar el vigor de los insectos criados en cautiverio, para que sean más competitivos cuando se liberen al aplicar la técnica del insecto estéril (Khaeso et al., 2018; Yuval et al., 2013). Utilizando una dieta enriquecida con bacterias intestinales benéficas, como las pertenecientes al género Lactobacillus (Deutscher et al., 2019; Shuttleworth et al., 2019), se puede mejorar el desempeño de los machos estériles, e incluso incrementar la competitividad sexual de los machos comparada con los de su contraparte silvestre.
El uso de métodos basados en B. bassiana y/o en bacterias intestinales contribuiría al uso de plaguicidas sintéticos en favor del control biológico, ya que tienen efecto reducido en polinizadores, los cuales contribuyen al incremento en el rendimiento de diversos cultivos (Tamburini et al., 2019). Durante este proceso necesariamente tiene que ocurrir la interacción entre plaguicidas sintéticos y los agentes de control biológico, potencialmente reduciendo la eficacia de estos últimos. Por ejemplo, estudios realizados con el hongo entomopatógeno B. bassiana revelan que algunos plaguicidas pueden reducir su viabilidad como agente de control de insectos (Anderson & Roberts, 1983; Celar & Kos, 2016; López-Manzanares et al., 2022). En este contexto es necesario realizar evaluaciones de compatibilidad (Alizadeh et al., 2007). Estos autores demostraron que el neonicotinoide imidacloprid es compatible con B. bassiana, pero no fue así con flufenoxuron, una bencilurea. El herbicida glifosato, ampliamente usado para el control de malezas, ha mostrado tener efecto inhibitorio sobre diversos hongos entomopatógenos, incluyendo B. bassiana (Morjan et al., 2002; Tkaczuk & Majchrowska-Safaryan, 2019). Del mismo modo, diversos insecticidas han mostrado su efecto negativo sobre multitud de bacterias de suelo, agua y del intestino de algunos insectos (Gressel, 2018; Regar et al., 2019; Zhang et al., 2021). Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo fue evaluar, en condiciones de laboratorio, el efecto del herbicida glifosato y de algunos insecticidas sobre el hongo entomopatógeno B. bassiana, usado para el control de moscas de la fruta, y en cepas de bacterias intestinales de machos de A. obliqua.
Materiales y métodos
Lugar y material biológico
Los experimentos se realizaron en el laboratorio de ecotoxicología de abejas de El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), en la ciudad de Tapachula, Chiapas, México, entre agosto a octubre de 2021. Los microorganismos y plaguicidas evaluados se enlistan en las Tablas 1 y 2. La cepa del hongo B. bassiana se obtuvo por donación de Jorge Toledo Arreola (ECOSUR), quien realiza investigaciones sobre el uso de este hongo para el control de moscas de la fruta. Las 19 cepas de bacterias intestinales fueron proporcionadas por Pablo Liedo (ECOSUR), quien realiza investigaciones para mejoramiento de la cría masiva de insectos para su uso en las técnicas de insecto estéril.
Pruebas de susceptibilidad
El hongo B. bassiana se cultivó en medio sólido papa dextrosa agar (PDA) enriquecido con extracto de levadura (según lo indicado por el fabricante MCD Lab, México), y adicionado con el antibiótico oxitetraciclina (50 mg/L) y el fungicida tiabendazol (0,001 g/L) para inhibir el crecimiento de bacterias y otros hongos contaminantes (Fernandes et al., 2010). Para determinar la susceptibilidad de B. bassiana se tomó un corte de 5 mm de diámetro del cultivo y se colocó en una placa Petri que contenía PDA adicionado con glifosato o con otros plaguicidas usados para el control de moscas de la fruta (GF-120, Malatión, Palgus) a dos concentraciones (Tabla 1), como lo describe Celar y Kos (2016). Se usó medio PDA sin ningún aditivo como control negativo (control “agua”) y tiabendazol como control positivo. Se determinó el desarrollo del hongo a las 96 h de incubación midiendo el diámetro del inóculo. Las concentraciones utilizadas en todos los plaguicidas se calcularon con base en los gramos del ingrediente activo por hectárea que sugieren los fabricantes para el control de moscas de la fruta. Las bacterias intestinales se reactivaron en caldo nutritivo (MCD Lab, México), a las 24 h se cultivaron en medio sólido Man, Rogosa y Sharpe (medio MRS, MCD Lab, México) y se expusieron a dos concentraciones (una que corresponde a la DL50 para Apis mellifera L. (Hymenoptera: Apidae) según el ingrediente activo de la formulación y otra que correspondió a 50 veces dicha concentración) de glifosato y de los insecticidas GF-120, Malatión, Palgus, Abamectina, Nuprid y Deltametrina, mediante la difusión de discos impregnados (Reller et al., 2009). Se usó agua como control negativo y el antibiótico oxitetraciclina a 50 mg/L como control positivo (Tabla 2). Se midió el halo de inhibición a las 48 h. En total se hicieron 5 réplicas por cada plaguicida y control (positivo y negativo) a cada concentración, tanto para B. bassiana como para las bacterias, mediante un diseño completamente aleatorizado.
Análisis de datos
El tamaño de la colonia de B. bassiana se comparó en cada una de las placas Petri con plaguicida con las placas sin aditivo y con tiabendazol y se hizo el siguiente cálculo:
Donde TI = tasa de inhibición, “tf” = tamaño final del inóculo, “ti” = tamaño inicial del inóculo, “agua” = tamaño inóculo en tratamiento con agua, “tiabendazol” = tamaño inóculo en tratamiento con tiabendazol a la concentración 1X (Tabla 1). En el caso de la inhibición del desarrollo de las bacterias se sustrajo el diámetro de la circunferencia de inhibición de los discos impregnados con agua y oxitetraciclina de los causados por los plaguicidas; en caso de que los diámetros son iguales, se considera que no hubo inhibición (Tabla 2).
Resultados y discusión
Estudios han mostrado que algunos plaguicidas sintéticos pueden reducir la efectividad de métodos de control biológico basados en microorganismos (Chen et al., 2021; Khun et al., 2021). En este estudio se investigó si los microorganismos aplicados bajo dos modalidades, una basada en el uso del entomopatógeno B. bassiana y otra en el uso de microorganismos intestinales, fueron afectados negativamente por plaguicidas. De los plaguicidas evaluados ninguno provocó efectos negativos que limitara el crecimiento de los inóculos de B. bassiana, a pesar de que se usó la dosis que se está aplicando en campo y otra 20 veces mayor (Tabla 1).
Tasa de inhibición de glifosato y otros plaguicidas sobre el crecimiento de Beauveria bassiana. A menor valor, menor desarrollo de la colonia; un valor de cero indicó una inhibición total. 1X = concentración recomendada para el control de moscas de la fruta (columna 2); 20X = veinte veces dicha concentración. El diámetro inicial del inóculo fue de 5 mm en todos los casos. En el caso de tiabendazol la concentración 1X es la recomendada para el control de Colletotrichum gloeosporioides.
En las pruebas de laboratorio no se observó inhibición del desarrollo de las bacterias intestinales por glifosato ni por los demás insecticidas (Tabla 2). Todas las cepas intestinales, excepto dos, sufrieron inhibición en su desarrollo cuando fueron tratadas con oxitetraciclina.
Inhibición del crecimiento de diversas cepas de bacterias por glifosato y otros plaguicidas. 1X corresponde a la DL50 para Apis mellifera; 50X a 50 veces dicha concentración (columna 1 y 2). X = no se observó inhibición; I = se observó inhibición de al menos 3 mm.
De acuerdo con los resultados observados los microorganismos evaluados no son sensibles de manera aguda al glifosato ni a ninguno de los insecticidas que fueron investigados. Esto indicó de manera preliminar que tanto el hongo entomopatógeno B. bassiana como los microorganismos intestinales no sufrirán una reducción en su eficiencia por la presencia en el ambiente, incluso si se continúan aplicando alguno de estos plaguicidas.
El efecto de plaguicidas sobre los microorganismos se pueden agrupar en los que generan un efecto negativo en su desarrollo (Al-Ani et al., 2019), los que no ocasionan ningún efecto y los que inducen tolerancia a plaguicidas (Shahid & Khan, 2022). De hecho un mismo plaguicida puede tener diferentes efectos en diferentes microorganismos (De Lorenzo et al., 2001); en algunos casos la resistencia a plaguicidas observada en algunos microorganismos llega a tal nivel que estos pueden usarse para biorremediación de suelos altamente contaminados con plaguicidas (Randika et al., 2022).
En esta investigación se realizaron pruebas para determinar la toxicidad aguda, y no se observaron efectos negativos, por lo que se abre la posibilidad de estudiar el que algunos de los microorganismos evaluados (1) tengan la capacidad de degradar plaguicidas, (2) sean insensibles/tolerantes a los xenobióticos evaluados (3) se afecte la viabilidad, la patogenicidad, la esporulación de B. bassiana y la competitividad sexual de machos que son alimentados con las bacterias intestinales, debido a esto no se consideró en el presente trabajo. Por ello, el siguiente paso será realizar pruebas con la patogenicidad residual del hongo expuesto a glifosato y a los demás plaguicidas, ya que es posible que, aunque haya mostrado un desarrollo similar al del control negativo, su capacidad de provocar enfermedad haya sido afectada. Al igual que en el caso de B. bassiana, no se observó inhibición por glifosato ni por los demás insecticidas en las pruebas de laboratorio en microorganismos de la microbiota intestinal. Se sugiere investigar si las dosis subletales evaluadas afectan la microbiota de las moscas en experimentos in vivo, para confirmar la supervivencia de la cría en condiciones de laboratorio.
Conclusiones
Bajo las condiciones en que se realizó la presente investigación no se encontró un efecto negativo de los plaguicidas sobre el desarrollo de los microorganismos evaluados.
Aunque es factible la integración de la cepa de B. bassiana evaluada con los simbiontes intestinales en las condiciones actuales, se sugiere realizar investigaciones en condiciones de campo.
Origen y financiamiento
Este trabajo surge ante la inquietud de los fruticultores de la región de estudio sobre la posibilidad de que sus estrategias de control de moscas de la fruta afecten los nuevos métodos de control biológico que desean implementar; el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología De México apoyó financieramente esta investigación.
Contribución de los autores
Daniel Sánchez: conceptualización, supervisión, metodología, curación de datos, análisis formal, adquisición de fondos, investigación, redacción, revisión y edición.
Augusto Campollo-Ovalle: metodología, supervisión, análisis de datos.
Luis Fernando Rodas-Hilerio: metodología, curación de datos, análisis de datos, visualización, redacción borrador original.
Erik De Jesús Solórzano-Gordillo: redacción, revisión y edición.
Conflictos de intereses
Los autores declaran no tener ningun conflicto de interés.
Footnotes
Agradecimientos
Agradecemos el apoyo en laboratorio al Ing. Agustín Méndez Villarreal. Este estudio fue posible gracias al financiamiento del CONACYT mediante el proyecto n.º 316135 “Alternativas biorracionales para el manejo de mosca de la fruta sin agrotóxicos y su interacción con residuos de glifosato en la región del Soconusco, Chiapas”.