Abstract
The armyworm Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) is a major polyphagous pest of crops in Durango, Mexico. Many chemicals are used to control it, which are generally harmful to health; thus, as an alternative to the use of these insecticides, the toxicities of different commercial products were evaluated for the biological control of armyworm. The products evaluated in the laboratory for use against neonate larvae were: Micoralis®, with a base of Beauveria bassiana; Crimax® (Bacillus thuringiensis); Neempower®, consisting of neem oil and a chemical insecticide: and Lorsban as the positive control. The design was completely randomized with repeated measurements every 24 h. Neempower® was the most effective, with an average mortality rate of 86.66% at a dose of 20.00%; followed by Crimax® (70.66%), which obtained an LC50 of 189.53 µg mL-1. Micoralis® was less effective at a concentration of 1 x 107 spores mL-1 (49.33%), with an LC50 of 2.53 x 109 spores mL-1. It was also found that it is possible to combine a bio-rational product (Neem) with B. thuringiensis to achieve efficient control. Lorsban® caused 100% mortality at a concentration of 1%, which suggests that this product causes the death of insect pests, natural enemies, and pollinators even at very low doses, thus, its use is not recommended. Significant differences were found between treatments (F = 673.23; P=0.001). This study revealed that it is possible to implement the use of bio-insecticides and bio-rationals to control S. frugiperda in the study region.
Introducción
En Durango, México, el maíz es el segundo cultivo en im-portancia después del frijol. En el ciclo primavera-verano 2013 se sembraron 154.505.25 ha, con una producción de 297.383.44 ton y un rendimiento de 1,97 ton/ha (SIAP 2014). Sin embargo, el rendimiento del grano es afectado cada año, porque se presenta un complejo de plagas que ataca al cultivo durante su desarrollo fenológico, entre las principales desta-can el gusano cogollero Spodoptera frugiperda (J. E. Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae), el gusano elotero Helicoverpa zea (Bodie, 1850) (Lepidoptera: Noctuidae), el chapulín Brachystola magna (Girard, 1854) (Orthoptera: Acrididae), entre otros. Además en 2013 se presentó una explosión po-blacional de gusano soldado S. exigua (Hübner, 1808) (Lepi-doptera: Noctuidae) que además del maíz ataca otros cultivos y pastizales.
En el control de estas plagas se utilizan insecticidas quimicos, como Lorsban® (clorpirifós etil), un organofosforado, que actúa por contacto, ingestión e inhalación. El clorpirifos aunque moderadamente tóxico tiene efectos neurológicos, trastornos del desarrollo y autoinmunes en exposiciones cro-nicas (Cao et al. 2011). En Durango, en algunas localidades, este producto es mezclado con "polvo de avión", el cual con-tiene paratión metilico, actualmente de uso restringido por la EPA (Agencia de Protección Ambiental) (DSHS 2015). El paratión metílico muestra una toxicidad distinta para los grupos de organismos: en insectos varia de alta a extremada-mente alta, las abejas son especialmente sensibles a este insecticida, con mortalidades, en mamíferos interfiere en la transmisión de los impulsos nerviosos por inhibición de la colinesterasa y produce acumulación de acetilcolina en las uniones colinérgicas de las neuronas y en ganglios autóno-mos (INECC 2015; Fuentes et al. 2011).
Otro insecticida que se usa con frecuencia es el piretroide Karate® (Lambda-cihalotrina), muy tóxico para organismos acuáticos, abejas y polinizadores como Bombus spp. (Syn-genta 2015).
Con la finalidad de disminuir el impacto ambiental deri-vado del uso de insecticidas químicos para la protección de cultivos, se hace necesaria la búsqueda de estrategias alter-nativas para el control de las principales plagas de maíz en Durango. Entre ellas se pueden utilizar agentes de control biológico (Carballo 2002), como el hongo entomopatógeno Beauveria bassiana Bálsamo Vuill., para el control de larvas de S. frugiperda (Gardner et al. 1977; García et al. 2011), de la bacteria entomopatógena B. thuringiensis, que produce proteínas insecticidas durante su esporulación (genes Cry I) altamente especificas para lepidópteros, en teoría segura para humanos, otros vertebrados, plantas y además es biodegrada-ble (Carmona 2002; Monnerat et al. 2006; Dos Santos et al. 2009). Así mismo, algunos insecticidas biorracionales tienen suficiente toxicidad cuando se usan en conjunto con agentes de control biológico, estos generalmente son productos natu-rales, como el orégano, ajo, cempasúchil, donde se extraen sus compuestos activos (timol, carvacrol, alicina, entre otros) (Zamora et al. 2008; Aguirre 2010). Para el control de gusano cogollero se ha utilizado la azadiractina, extraída del árbol de neem (Azadirachta indica A. Juss), un tetranorditerpenoide (C35H44O16), que inhibe la oviposición y el proceso de me-tamorfosis aunque también tiene efectos antialimentarios en otros lepidópteros, homópteros, coleópteros, himenópteros, hemipteros, dipteros y tisanópteros (Adel y Sehnal 2000).
Por lo anterior, el objetivo del presente trabajo fue: esta-blecer y comparar la actividad insecticida de diferentes pro-ductos biológicos: B. bassiana, B. thuringiensis, así como de extracto de neem para el control de gusano cogollero, me-diante bioensayos en laboratorio, comparando los resultados con el control químico, a base de clorpirifós como ingredien-te activo.
Materiales y métodos
Área de estudio.
El estudio se realizó en tres regiones agri-colas del Estado de Durango, que corresponden a 16 locali-dades pertenecientes a la parte central y sureste del Estado de Durango, formado por los Valles del Guadiana (Col. Mi-nerva y Lerdo de Tejada), Pánuco de Coronado (Francisco I. Madero) y Canatlán (J. Guadalupe Aguilera). Localizadas entre los 23°57′33.6″N 104°37'43.9"O, altitud 1.884 m y 24°23'20.7"N 104°20'06.6"O, altitud 1.954 m.
Muestreos.
En estos sitios y localidades se efectuaron co-lectas manuales de larvas y posturas de gusano cogollero/ sitio de muestreo, con la finalidad de contar con una muestra homogénea de especímenes de la zona de mayor interés, en cuanto a la producción de maíz en el estado. La recolecta se realizó en el ciclo primavera-verano, cada 15 días, de junio a septiembre de 2014. Se muestrearon plantas que presenta-ban en las hojas apicales signos de defoliación y restos de excrementos de la plaga, el material se depositó en envases de plástico con dieta natural y fueron trasladados al laborato-rio de entomología del CIIDIR-IPN Unidad Durango, para su manejo y disposición.
Cría de gusano cogollero.
Se utilizó un cuarto de cría o in-cubación: humedad relativa del 60%, temperatura entre 25 y 27 °C, un fotoperiodo de 14:10 H: L (horas-luz), las larvas se alimentaron con dieta artificial, a base de proteínas y carbo-hidratos, elementos químicos, un agente aglutinante y vitami-nas, para proporcionarle al insecto todos los requerimientos nutricionales necesarios hasta su desarrollo completo (Ashby 1972; García et al. 2011).
Productos comerciales.
Se evaluó la toxicidad de cuatro pro-ductos comerciales contra larvas de gusano cogollero. Pre-viamente se realizó una ventana de respuesta biológica, que permitiera conocer las concentraciones a las cuales podía ser probado cada producto, utilizando concentraciones bajas y altas. Se utilizaron seis concentraciones diferentes para cada producto, con menos individuos que en el bioensayo (cinco por concentración), para seleccionar solo una concentración alta y baja para realizar los bioensayos. Esta selección fue de acuerdo a la formulación de cada producto y a la forma de actuar en el insecto, por lo cual, las concentraciones que se utilizaron de cada producto fueron diferentes.
En cada bioensayo y ensayo (en el caso del insecticida químico), se utilizaron 25 larvas neonatas de gusano cogo-llero de la tercera generación (F3), de la cría obtenida en el laboratorio, con dos concentraciones, con tres repeticiones y con un control con agua destilada, para cada uno de los pro-ductos.
Bacillus thuringiensis.
Se utilizó el producto Crimax®, por contaminación de dieta artificial, utilizando concentraciones de 50 y 500 µg mL-1, de su formulación en gránulos disper-sables (B. thuringiensis subespecie kurstaki, cepa EG 7,841, equivalente a 150g de i.a kg-1). A cada 5g de dieta, se le agre-gó cada concentración, las cuales fueron distribuidas en va-sos de plástico (3,5 cm de diámetro por 3,8 cm de altura), para después introducir la larva para su alimentación y expe-rimentación, cada 24 h se registró el porcentaje de mortali-dad, reportada como mortalidad acumulada.
Beauveria bassiana.
Se utilizó el producto comercial Mico-ralis® (líquido miscible, 2,3 x 107 esporas mL-1 viables de B. bassiana, en 1,67% en peso del producto), mediante el méto-do tópico. Las larvas estuvieron en contacto con B. bassiana a las concentraciones de 1 x 107 y 1 x 109 esporas mL-1. Con un pincel se introdujo cada larva neonata en la suspensión con el hongo, durante un intervalo de 1 a 3 segundos, para evitar que la causa de su muerte fuese por ahogamiento. Pos-teriormente, la larva se depositó en su respectivo vaso con dieta artificial (5 g), cada 24 h se cuantificó el porcentaje de mortalidad.
Neem.
Este bioensayo se realizó por contacto, considerando dos concentraciones: 15 y 20%, empleando un producto co-mercial, elaborado a partir de aceite de neem al 100%, deno-minado Neempower®.
Insecticida químico.
En este caso se utilizó Lorsban® 480 EM, contiene 480 g de i.a L-1, como control positivo.
Análisis de datos.
Para los análisis, la mortalidad de larvas se registró cada 24h, como mortalidad acumulada hasta las 72 h, pero continuamente cada 24h, hasta que todas las larvas murieron. Se corrigieron los datos de mortalidad de acuerdo a la fórmula de Abbott (1925), posteriormente se analizaron mediante un análisis probit, dosis-respuesta, usando el pro-grama computacional POLO-PC (LeOra 2003). Se calcula-ron las concentraciones letales (50 y 90). Dos valores cual-quiera son considerados significativamente diferentes si sus límites de confianza no se superponen (95%).
Para el análisis estadístico de la eficacia de los bioinsecticidas a S. frugiperda, la mortalidad debida a los diferentes productos fue analizada utilizando el programa Statistica, ver. 7. Se realizó un ANOVA completamente al azar con me-diciones repetidas, donde los tratamientos fueron: B. thurin-giensis, B. bassiana, neem e insecticida químico y las repeti-ciones, cada 24 h y la variable dependiente fue el número de larvas muertas.
Resultados y discusión
El producto más efectivo para el control de gusano cogolle-ro fue Neempower®, a una dosis del 20%, con una mortali-dad promedio del 86,66%; seguido por Crimax® (70,66%), a una concentración de 500 µg mL-1. Micoralis® resultó me-nos efectivo, a una concentración de 1 x 107 esporas mL-1 (49,33%). Lorsban® causó el 100% de mortalidad, al 1%, la mortalidad fue mayor en todos los productos biológicos, cuando se utilizaron concentraciones mayores del tóxico en condiciones de laboratorio y ésta fue en aumento a través del tiempo, dependiendo del producto utilizado y de su modo de acción, tal como lo reportan Agarwaal et al. (2006) quienes evaluaron la mortalidad de larvas de S. exigua del 2do y 4to estadio de desarrollo, con biorracionales y bioinsecticidas y la combinación de estos, ellos indican que la mortalidad se atribuye al modo de acción de los productos, siendo mejor cuando estos se combinan. También encontraron una dismi-nución significativa en la mortalidad de larvas de S. exigua del segundo y cuarto estadio, tanto en condiciones de labora-torio como en invernadero.
Bacillus thuringiensis.
Las larvas de S. frugiperda sometidas a B. thuringiensis mostraron la máxima mortalidad a las 72 h de estar en contacto con el tóxico, a una concentración de 50 µg mL-1 (20%), sin embargo, se observó que para obte-ner una mortalidad mayor (70,66%) (Tabla 1), se requiere de una mayor concentración del tóxico (500 µg mL-1), a menor tiempo (48 h), la CL50 fue de 189,53 µg mL-1. Si observamos el valor de la CL90 (2695,2 µg mL-1) (Tabla 2), éste nos indi-ca que se requerirá una concentración alta del bioinsecticida para eliminar al 90% de la población. Además estos valores de concentraciones letales también son altos si se comparan con los resultados de Castro (1994), quien reporta una DL50 = 83,71 µg mL-1. Este autor utilizó una cepa de B. thuringuien-sis serovar oizuwai GM-10, la cual se obtuvo de la colección internacional del laboratorio de microbiología industrial y de suelo de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL. También la DL90 fue menor: 300 µg mL-1, para el control de S. frugiperda en bioensayos en laboratorio, al utilizar un bio-insecticida microencapsulado, lo cual indica que Crimax®, es efectivo si se utiliza a dosis entre 1.500-10.000 µg mL-1 para tener un control efectivo de la plaga (Tabla 2). Aun cuando se requieran altas dosis de B. t., es bioseguro, usar esta bacte-ria en campo, como lo demuestran, al igual que este estudio, López et al. (2010) quienes evaluaron el efecto de los pro-ductos comerciales Spinetoram y clorpirifós etil (insecticidas químicos) y B. thuringiensis (bioinsecticida), para el control de larvas de gusano cogollero y concluyen que los productos biológicos no atentan sobre las poblaciones de la fauna be-néfica de Chrysoperla sp., además controlan efectivamente a la plaga.
Por otro lado, es importante contar con aislamientos de microrganismos nativos de la región de origen, que se puedan producir de forma local y aplicarse en fresco, sin afectacion del ingrediente activo, debido a que cuando se adquieren productos comerciales a base de estos entomopatógenos, en ocasiones se desconoce su origen y si son o no efectivos para el control de plagas diferentes a las que viene indicado el producto. Es importante conocer el tipo de genes Cry que contiene la bacteria para saber a qué orden de insectos ataca. Bravo et al. (1998) indican que los genes Cry I (cristales bipr-ramidales), atacan lepidópteros y son los que predominan en México, y que los genes Cry III, son tóxicos para coleópteros. Ellos además aislaron una gran variedad de cepas de B. t., en varios Estados de la República Mexicana, incluyendo Du-rango, que pueden ser útiles como cepas de referencia, para comparar la toxicidad de dichos microorganismos en una re-gión en particular.
Beauveria bassiana.
Los resultados indicaron mortalidades bajas a las concentraciones probadas, siendo la mortalidad más alta de 49,33% a las 72 h (3 días) a una concentración de 1x109 esporas mL-1, debido probablemente a la especifici-dad del aislamiento evaluado. El producto comercial indica que es efectivo contra mosca blanca (hemíptero) y no con-tra lepidópteros. Los insectos fueron cubiertos por el micelio del hongo en promedio a los ocho dias, algunas larvas no tuvieron al hongo presente en su exoesqueleto, sin embargo, al realizar una disección del mismo, el hongo se encontraba dentro de la larva (5-20%), se presentó micosis en la cutícula de las larvas (40%). Sin embargo, la alta CL50 (2,53x109 es-poras mL-1) nos indica que, aún a dosis mayores, el producto (Micoralis) no matará a más del 50% de la población de lar-vas de S. frugiperda (Tabla 2). Se ha encontrado que el hongo entomopatógeno Nomuraea rileyi F. (Samson) tiene mayor especificidad para el control de gusano cogollero (DL50 de 400 esporas mm2 ≈ 4x105 esporas mL-1) y que se requiere de menor concentración del hongo para matar la misma cantidad de insectos que con B. bassiana (Maniania y Fargues 1985).
Mortalidad promedio de larvas de S. frugiperda sometidas a diferentes concentraciones de varios produc-tos comerciales en Durango, México.
Concentraciones alta-baja: Micoralis® (1x107-1x109 esporas mL-1). Crimax (50-500 µg mL-1). Neempower® (15-20%). Lorsban® (0,5-1,0%), Control (Agua).
Toxicidad de bioinsecticidas, biorracional e insecticida químico contra larvas de S. frugiperda en Durango, México.
EE = Error estándar, LC = Límite de confianza, gl = Grados de libertad.
Neem.
El producto biorracional a base de extracto de neem Neempower causó la mayor mortalidad en larvas de gusano cogollero (86,66%) al segundo día de la aplicación, a una dosis del 20% del producto comercial (CL50 = 15,11 y CL90 = 21,66%) (Tabla 2). Al respecto, Cortez et al. (2011) eva-luaron diferentes preparaciones de extracto de neem con me-jores resultados con el tratamiento a base de semilla molida más material inerte (para su formulación). A las 72 h después de aplicar el tratamiento, la protección del cultivo de maíz duró hasta por siete días en campo. No se encontraron lar-vas de gusano cogollero en las plantas donde se aplicó este tratamiento. Las semillas de neem tienen la ventaja de ser un producto muy económico, debido a que en algunas regio-nes tropicales y subtropicales del país existen árboles de esta planta de tipo silvestre, por lo que obtener sus semillas repre-sentaría un bajo costo.
En el presente estudio, a través de los días, el producto ensayado provocó en larvas de S. frugiperda un efecto repe-lente, inhibió la alimentación e indujo la muda. Además cau-só malformaciones (pronoto) e impidió el desarrollo y creci-miento de las larvas, por lo que también puede constituir un riesgo para otros organismos, entre ellos los benéficos, siendo importante tomar en cuenta estas observaciones.
Producto químico.
El producto químico causó mortalidades del 92 al 100%, el primer día de su aplicación, aún a dosis muy bajas (0,5 y 1%, respectivamente).
El ANOVA general mostró diferencias significativas (F = 673, 23, P = 0,001) y los ANOVAS cada 24 h, mostraron diferencias significativas con P < 0,001.
Conclusiones
El producto biológico Neempower® es efectivo para el con-trol de larvas de S. frugiperda a bajas concentraciones del producto, en donde la mortalidad más alta se presenta a los dos días, es posible su uso combinado con B. thuringiensis, lo que da como resultado una alta mortalidad.
El contar con aislamientos nativos de hongos y bacterias entomopatógenos y extractos de plantas de la región de ori-gen, adaptados a las condiciones climáticas, garantiza que exhiban mayor toxicidad, virulencia y patogenicidad sobre el insecto blanco.
Este estudio sienta las bases para futuras investigaciones, que permitan establecer las mejores alternativas para el con-trol de gusano cogollero, con la aplicación de productos bio-lógicos, dentro de un manejo rural sustentable.