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INCIDENCIA DE MICROORGANISMOS ASOCIADOS EN LA VIABILIDAD DE SEMILLAS DE BOROJÓ (Alibertia patinoi) MARGARITA ROSA MARROQUÍN GUZMÁN UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 INCIDENCIA DE MICROORGANISMOS ASOCIADOS EN LA VIABILIDAD DE SEMILLAS DE BOROJÓ (Alibertia patinoi) MARGARITA ROSA MARROQUÍN GUZMÁN UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 INCIDENCIA DE MICROORGANISMOS ASOCIADOS EN LA VIABILIDAD DE SEMILLAS DE BOROJÓ (Alibertia patinoi) MARGARITA ROSA MARROQUÍN GUZMÁN Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Bióloga con mención en Botánica Director CELINA TORRES GONZÁLEZ Ingeniera agrónoma, MSc. Codirector ALBA MARINA TORRES GONZÁLEZ Bióloga, Ph. D. UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 ii Nota de aprobación El trabajo de grado titulado “Incidencia de microorganismos asociados en la viabilidad de semillas de borojó (Alibertia patinoi)”, presentado por la estudiante MARGARITA ROSA MARROQUÍN GUZMÁN, para optar al título de Bióloga con mención en Botánica, fue revisado por el jurado y calificado como: Aprobado _______________________________ Celina Torres González Director _______________________________ Alba Marina Torres González Codirector _______________________________ Jurado iii “A mis padres y hermano, por su amor y dedicación a lo largo de toda mi vida” iv AGRADECIMIENTOS A Alba Marina Torres y Celina Torres por su dirección en la elaboración de este trabajo. A la comunidad de Guamía y en especial a ACOPAG, por su disposición y apoyo en las salidas de campo. A Colciencias y la Gobernación del Valle por el apoyo económico brindado. A Diego José Osorio, Maritza Acosta, Ana Cristina Bolaños, María Esther Cardona, Philip Silverstone, herbario CUVC, Diego Fernando Escobar, Katherine Muñoz y todo el grupo de trabajo de los Laboratorios de Biología y Microbiología de la Universidad del Valle. A los profesores del Programa Académico de Biología por su valiosa contribución a mi formación como profesional. A Luz Mery Guzmán, Héctor Marroquín, Héctor Fabio Marroquín por su apoyo incondicional. v TABLA DE CONTENIDO Página 1. RESUMEN ..........................................................................................................1 2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................2 3. MARCO TEÓRICO .............................................................................................5 3.1. Aspectos taxonómicos ..................................................................................5 3.1.1. Clasificación taxonómica ........................................................................6 3.1.2. Descripción botánica ..............................................................................7 3.1.3. Distribución geográfica ...........................................................................7 3.2. La semilla de borojó ......................................................................................8 3.2.1. Germinación de semillas ........................................................................9 3.2.2. Germinación y desarrollo de plántulas ..................................................10 3.2.3. Estructuras esenciales de las plántulas eudicotiledóneas .....................13 3.2.3.1. Raíz .............................................................................................13 3.2.3.2. Hipocotilo .....................................................................................13 3.2.3.3. Cotiledones ..................................................................................14 3.2.3.4. Epicotilo .......................................................................................14 3.2.3.5. Sistema apical .............................................................................15 3.3. Cultivo de borojó en Colombia ....................................................................15 3.3.1. Aspectos fitosanitarios ..........................................................................16 3.3.2. Uso del fruto .........................................................................................18 3.4. Microorganismos asociados a semillas .......................................................19 3.5. Viabilidad de las semillas infectadas ...........................................................21 4. OBJETIVOS .....................................................................................................24 4.1. General .......................................................................................................24 4.2. Específicos .................................................................................................24 5. MATERIALES Y MÉTODOS.............................................................................25 5.1. Localización del estudio ..............................................................................25 5.2. Detección y aislamiento de microorganismos .............................................26 5.2.1. Identificación de microorganismos fúngicos ..........................................27 vi 5.2.2. Identificación de microorganismos bacterianos.....................................28 5.2.2.1. Tinción de Gram ..........................................................................30 5.2.2.2. Crecimiento anaeróbico ...............................................................30 5.2.2.3. Tinción de esporas ......................................................................30 5.2.2.4. Medio de cultivo YDC ..................................................................31 5.2.2.5. Medio de cultivo King B Agar (KB) ...............................................31 5.2.2.6. Producción de ureasa ..................................................................31 5.2.3. Análisis de datos ..................................................................................32 5.3. Pruebas de patogenicidad ..........................................................................32 5.3.1. Aislamientos inoculados .......................................................................32 5.3.2. Material vegetal ....................................................................................32 5.3.3. Preparación del inóculo e inoculación ...................................................33 5.3.4. Evaluación del material vegetal inoculado ............................................33 5.4. Contenido de humedad de las semillas ......................................................35 5.5. Prueba de germinación ...............................................................................36 5.5.1. Germinación normal .............................................................................38 5.5.2. Análisis de datos ..................................................................................38 5.6. Prueba topográfica de tetrazolium...............................................................39 6. RESULTADOS .................................................................................................41 6.1. Detección de microorganismos ...................................................................41 6.1.1. Identificación de los microorganismos ..................................................41 6.1.2. Frecuencia relativa de los géneros identificados...................................46 6.2. Pruebas de patogenicidad ..........................................................................496.3. Contenido de humedad de las semillas .......................................................51 6.4. Germinación total ........................................................................................51 6.4.1. Coeficiente de velocidad de germinación (CVG) y tiempo medio de germinación ...................................................................................................53 6.5. Germinación normal ....................................................................................56 6.6. Prueba TZC de las semillas no germinadas ................................................58 7. DISCUSIÓN ......................................................................................................60 vii 8. CONCLUSIONES .............................................................................................67 9. LITERATURA CITADA .....................................................................................70 Anexo A ...............................................................................................................76 Anexo B ...............................................................................................................79 Anexo C ...............................................................................................................82 viii LISTA DE FIGURAS Página FIGURA 1: (a) Corte longitudinal de una semilla de borojó (b) Embrión de la semilla observado en el estereoscopio ...................................................................9 FIGURA 2: Germinación hipógea y epígea (modificado de Bewley & Black 1985).....................................................................................................................12 FIGURA 3: Daño ocasionado por Penicillium sp. en frutos de borojó cosechados en la vereda Guamía (Buenaventura) ...................................................................17 FIGURA 4: Localización de la vereda Guamía (Buenaventura, Valle del Cauca). Se encuentra limitada por la vereda Limones al oeste, el Río Piedras al norte y la vereda San Marcos al este en la zona de amortiguamiento al parque Nacional Natural Farallones de Cali (Adaptado de IGAC 2003) ...........................................26 FIGURA 5: Diferenciación de los géneros de bacterias más comunes en aislamientos de plantas (modificado de Schaad et al. op.cit.) ...............................29 FIGURA 6: (a) Plántulas de borojó en la casa de malla de la estación experimental del Departamento de Biología. (b) Plántulas con bolsas plásticas humedecidas.(c) Sistema de riego utilizado durante la inoculación. (d) Inoculación por inyección .........................................................................................................34 FIGURA 7: Semillas de borojó en rollos de papel humedecidos para pruebas de germinación ..........................................................................................................37 FIGURA 8: Ciclo diario de temperatura y luminosidad al que fueron sometidas las semillas durante la prueba de germinación ...........................................................37 FIGURA 9: Corte longitudinal realizado a las semillas de borojó para la prueba topográfica de tetrazolium .....................................................................................40 Figura 10. Frecuencia relativa (%) del número de microorganismos presentados en cada una de las cajas de Petri ..............................................................................41 FIGURA 11: Frecuencia relativa (%) de los géneros de hongos y bacterias identificados en las semillas sin desinfectar ..........................................................47 ix FIGURA 12: Frecuencia relativa (%) de los géneros de hongos y bacterias identificados en las semillas desinfectadas ...........................................................48 FIGURA 13: Frecuencia relativa (%) de los géneros comunes en los dos tratamientos ..........................................................................................................49 FIGURA 14: Fusarium sp. morfotipo 1, aislado de tejidos enfermos de plántulas de borojó ....................................................................................................................50 FIGURA 15: (a) Marchitamiento en plántula de borojó ocasionado por Fusarium sp. morfotipo 1. (b) Plántula de borojó inoculada con agua destilada estéril (control) .................................................................................................................51 FIGURA 16: Porcentaje de germinación total en cada uno de los tratamientos.....52 FIGURA 17: Sincronía en la germinación de las semillas evaluadas ....................53 FIGURA 18: Apariencia de las semillas durante la germinación ............................54 FIGURA 19: Distribución del porcentaje de germinación observado a través de los 70 días ..................................................................................................................55 FIGURA 20: Plántulas de borojó normales luego de 70 días en la cámara de germinación ..........................................................................................................57 FIGURA 21: Plántulas de borojó anormales luego de 70 días en la cámara de germinación ..........................................................................................................57 FIGURA 22: Porcentaje de germinación normal de cada uno de los tratamientos ..........................................................................................................58 Figura 23. Prueba TZC. (a) Embrión viable de semilla no germinada (b) Embrión no viable de semilla no germinada. (c) Eje hipocotilo-radicular no viable (d) Cotiledones no viables ..........................................................................................59 FIGURA 24: Diferenciación del género Xanthomonas de acuerdo con las pruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Xanthomonas sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento SD (b) Tinción de Gram (bacilo Gram negativo). (c) x Crecimiento anaeróbico negativo. (d) No fluorescencia en KB. (e) Colonias amarillas en YDC. (f) Ureasa negativa ..................................................................79 FIGURA 25: Diferenciación del género Corynebacterium de acuerdo con las pruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Corynebacterium sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento SD (no posee micelio aéreo) (b) Tinción de Gram (bacilo Gram positivo). (c) Tinción de esporas: sin esporas ..................................79 FIGURA 26: Diferenciación del género Erwinia de acuerdo con las pruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Erwinia sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento SD (b) Tinción de Gram (bacilo Gram negativo). (c) Crecimiento anaeróbico positivo. (d) Colonias blancas en YDC. ...............................................80 FIGURA 27: Diferenciación del género Bacillus de acuerdo con las pruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Bacillus sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento DD (b) Tinción de Gram (bacilo Gram positivo). (c) Tinción de esporas (verdes). (d) Crecimiento anaeróbico negativo. .......................................80 FIGURA 28: Diferenciación del género Xanthomonas de acuerdo con las pruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Xanthomonas sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento DD (b) Tinción de Gram (bacilo Gram negativo). (c) Crecimiento anaeróbico negativo. (d) No fluorescencia en KB. (e) Colonias amarillas en YDC. (f) Ureasa negativa. .................................................................81 FIGURA 29: Diferenciación del género Corynebacterium de acuerdo con laspruebas propuestas por Schaad et al. (op. cit.). (a) Corynebacterium sp. en agar nutritivo aislada en el tratamiento DD (no posee micelio aéreo) (b) Tinción de Gram (bacilo Gram positivo). (c) Tinción de esporas: sin esporas.........................81 FIGURA 30: Penicillium sp. (a) Hongo desarrollándose sobre la semilla de borojó (b) Colonia en PDA. (c) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes. ........................................................................82 FIGURA 31: Aspergillus sp. morfotipo 1. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes. ........82 FIGURA 32: Aspergillus sp. morfotipo 2. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes. ....83 FIGURA 33: Rhinocladiella sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes. ........83 xi FIGURA 34: Fusarium sp. morfotipo 1. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes. (c) Macroconidias ..................................................................................................84 FIGURA 35: Curvularia sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .............................84 FIGURA 36: Trichoderma sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........85 FIGURA 37: Penicillium sp. (a) Hongo desarrollándose sobre la semilla de borojó (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .......................................................................................85 FIGURA 38: Colonias de Aspergillus spp. en PDA y observación en el microscopio (400X) de la morfología de los micelios y estructuras fructificantes. (a) Morfotipo 3 (b) Morfotipo 4 (c) Morfotipo 5 .......................................................86 FIGURA 39: Scopulariopsis sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........86 FIGURA 40: Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio estéril no identificado ............................................................................................87 FIGURA 41: Verticillium sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........87 FIGURA 42: Fusarium sp. morfotipo 2. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........88 FIGURA 43: Chalaropsis sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........88 FIGURA 44: Stemphylium sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........89 FIGURA 45: Curvularia sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .............................89 FIGURA 46: Trichocladium sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .........90 xii FIGURA 47: Bipolaris sp. (a) Colonia en PDA. (b) Observación en el microscopio (400X) de la morfología del micelio y estructuras fructificantes .............................90 xiii LISTA DE TABLAS Página TABLA 1: Contenido nutricional en 100 gramos de parte comestible de borojó ...19 TABLA 2: Escala general de enfermedad (Castaño-Zapata 1989) ........................35 TABLA 3: Descripción y clasificación de los microorganismos fúngicos aislados en el tratamiento SD (Barnett & Hunter 1998, Castaño-Zapata 2005, FUNGAL DATABASES, NOMENCLATURE AND SPECIES BANKS <http://www.mycobank.org/> consulta: 13 marzo 2009) ........................................43 TABLA 4: Descripción y clasificación de los microorganismos fúngicos aislados en el tratamiento DD (Barnett & Hunter 1998, Castaño-Zapata 2005, FUNGAL DATABASES, NOMENCLATURE AND SPECIES BANKS <http://www.mycobank.org/> consulta: 13 marzo 2009) ........................................44 TABLA 5: Descripción y clasificación de las bacterias aisladas en los dos tratamientos SD y DD ...........................................................................................46 TABLA 6: Evaluación de las plántulas de borojó inoculadas con microorganismos aislados de semillas ..............................................................................................50 TABLA 7: Contenido de humedad de las semillas recién extraídas de los frutos ..51 TABLA 8: CVG y tiempo medio de germinación de las semillas en los dos tratamientos ..........................................................................................................55 TABLA 9: Evaluación de los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas (α=0.05) para CVG y germinación normal .............................................56 TABLA 10: Análisis de varianza (α=0.05) de los datos obtenidos para CVG y germinación normal en los dos tratamientos .........................................................56 TABLA 11: Reacción de los embriones de las semillas no germinadas con el TZC .......................................................................................................................59 1 1. RESUMEN En esta investigación se caracterizaron los microorganismos asociados a semillas de borojó y se evaluó la incidencia de éstos sobre la viabilidad de las semillas, con el objetivo de mejorar las técnicas de germinación y cultivo. La detección de microorganismos se realizó para dos tratamientos: semillas sin desinfectar y semillas desinfectadas. Con los microorganismos aislados, se hicieron pruebas de patogenicidad para validar su capacidad infectiva sobre plántulas de borojó. Se determinó la viabilidad de las semillas con las pruebas topográficas de tetrazolium, contenido de humedad y de germinación normal. Los hongos fueron los microorganismos más frecuentes en los dos tratamientos, en especial los pertenecientes a los géneros Penicillium y Aspergillus. Sólo un microorganismo aislado de la testa de las semillas, perteneciente al género Fusarium ocasionó síntomas severos en las plántulas de borojó inoculadas. Las semillas de borojó desinfectadas y sin desinfectar germinaron rápidamente y de manera asincrónica. El coeficiente de velocidad de germinación, el porcentaje de germinación total y el número de plántulas normales desarrolladas no fue estadísticamente diferente entre los dos tratamientos. Por lo tanto, la presencia tanto de hongos como de bacterias, no tuvo ningún detrimento en la germinación, sugiriendo una adaptación de las semillas a germinar en presencia de los microorganismos, mientras las semillas sean viables y vigorosas, es decir que germinen rápidamente y produzcan plántulas normales. 2 2. INTRODUCCIÓN El borojó (Alibertia patinoi (Cuatrec.) Delprete & C. Persson) es un frutal que se distribuye en las zonas cálidas y húmedas del Pacífico colombiano, en donde las condiciones ambientales, sombrío natural y demás factores ecológicos, actúan e influyen en la producción de esta especie (Martínez et al. 2007). En los últimos años, el borojó ha atraído la atención a nivel nacional debido a los componentes nutricionales de su fruta y a las propiedades afrodisiacas que se le atribuyen. Investigacionesrelacionadas con aspectos agronómicos demuestran las bondades de esta especie como cultivo promisorio (Sánchez & Rodríguez 1996, Arenas et al.1985, Mejía 1983), que genera empleo para muchos pobladores de la Costa Pacífica y, en algunos casos, constituye una valiosa fuente de ingreso para el sustento de grandes familias (Olarte 1996). Ricker et al. (1997) analizaron el borojó desde el punto de vista económico y concluyen que es probable encontrar numerosas áreas en el Chocó, donde la siembra de árboles de A. patinoi es económicamente más competitiva que la siembra de especies maderables comerciales. Sin embargo, este frutal ha sido poco estudiado y se carece de información básica acerca de la ecología y fisiología de esta especie. La mayoría de estudios de A. patinoi que se han llevado a cabo se han concentrado en resolver las dificultades ocasionadas por la dioicidad de la especie, ya que los sexos sólo se diferencian fenotípicamente antes de la floración 3 (Giraldo et al. 2004, Sánchez & Rodríguez 1996). Estas investigaciones han sido muy importantes debido al reconocido potencial de este cultivo promisorio. No obstante, se han dejado a un lado los aspectos fitosanitarios que pueden estar influyendo en el rendimiento y productividad de la especie. Los problemas fitosanitarios en las semillas de especies forestales ocasionan importantes pérdidas económicas, debido a que afectan su comercialización, pueden destruir parcial o totalmente lotes, infectar sustratos de germinación o transmitir enfermedades y diseminarlas de una región a otra (Arguedas et al. 2003). En este contexto, es fundamental generar información sobre los diferentes microorganismos presentes en las estructuras reproductivas de dichas especies y determinar los daños que éstos ocasionan. Dalling (2002) establece que cerca de la mitad de las semillas producidas por más del 90% de todas las especies de árboles del bosque tropical mueren antes de germinar presas de animales y microorganismos. Otros autores afirman que los daños causados por los hongos reducen en un 2% la producción total de semillas en el mundo (Ramírez 1966, Neegaard 1977, Agarwal & Sinclair 1987). Con el objetivo de mejorar las técnicas de germinación y de cultivo, en esta investigación se caracterizaron los microorganismos asociados a semillas de borojó y se evalúo la incidencia de éstos sobre la viabilidad de las semillas. De esta manera, se aporta información que no había sido registrada en estudios 4 previos para esta especie, que contribuyen al aprovechamiento final de la fruta como fuente alimenticia. 5 3. MARCO TEÓRICO 3.1. Aspectos taxonómicos El científico Víctor Manuel Patiño fue el primero en introducir el borojó a la literatura oficial en su informe sobre la región del Bajo Calima a la secretaría de Agricultura del Valle del Cauca en 1946 (Mejía 1983). Cuatrecasas, a partir de material floral colectado en dicha zona por V. M. Patiño, publicó en 1950 el género Borojoa con B. patinoi como especie tipo (Ricker et al. 1997). Posteriormente, Cuatrecasas (1953) examinó las relaciones existentes entre Borojoa y géneros estrechamente relacionados como Alibertia y Thieleodoxa. El autor realizó la separación de Borojoa y Alibertia con base en características del fruto y la morfología floral y transfirió algunas especies de estos dos géneros a Borojoa. Sin embargo, tres décadas después Robbrecht & Puff (1986) propusieron la conformación del grupo Alibertia en donde incluían seis géneros de especies neotropicales que compartían la característica de poseer flores unisexuales (Alibertia, Amaioua, Borojoa, Duroia, Genipa y Kutchubaea). Los recientes análisis moleculares incluyen a todas las especies de Alibertia, excepto A. hispida Ducke en un solo clado. Este clado se encuentra divido en dos subclados. En uno de éstos, se agrupan varias especies de Alibertia (incluida la especie tipo A. edulis (Rich.) A. Rich. ex DC.), tres especies de Borojoa (incluida la especie tipo B. patinoi) y Randia tessmannii Standl. En el otro subclado solo se agrupan especies de Alibertia. Esta división también está soportada por caracteres 6 morfológicos como el tamaño de la corola, número de lóbulos en la corola, la apertura del polen (porado vs. colporado) y el tamaño del fruto (Persson 2000). 3.1.1. Clasificación taxonómica El borojó, actualmente conocido como A. patinoi pertenece a la familia Rubiaceae, del orden de las Gentianales (APG II 2003). Esta familia posee una distribución cosmopolita, aunque la mayoría de sus especies se encuentra en los trópicos; en ella se incluyen representantes de interés económico como el café, gardenias (jardinería) y los quinos (propiedades terapéuticas) (Barreno et al. 1997). El género Alibertia contiene alrededor de 35 especies, caracterizadas por ser árboles o arbustos, con hojas pequeñas y una sobresaliente estípula triangular acuminada (Gentry 1996). La clasificación taxonómica del borojó de acuerdo con la base de datos de nomenclatura del Missouri Botanical Garden- TROPICOS (< http://mobot.mobot.org/cgi-bin/search_vast?onda=N50275537> consulta: 16 febrero 2009) es la siguiente: Reino: Plantae División: Angiosperma Clase: Eudicotiledónea Subclase: Euastéridos I 7 Orden: Gentianales Familia: Rubiaceae Género: Alibertia Especie: A. patinoi 3.1.2. Descripción botánica Es un árbol que alcanza una altura entre 3 -6 m, de raíz axonomorfa, resistente y muy superficial. Las hojas son opuestas, subcoriáceas, elíptico-lanceoladas con un pequeño acumen en el ápice. Los entrenudos son estipulados y las estípulas opuestas, lanceoladas y persistentes (Velasco 1987). A. patinoi es una planta dioica, es decir, cada individuo alberga un solo sexo presentándose éstos en racimos terminales cuando son masculinos y solitarios cuando son femeninos. El fruto es una baya generalmente globosa con formas circulares y piriformes, de color verde y café cuando está maduro. Las semillas son casi triangulares y su número varía con el tamaño del fruto (Mejía 1983). 3.1.3. Distribución geográfica El borojó es una especie que se distribuye en las zonas cálidas y húmedas del Pacífico colombiano, específicamente en la región comprendida entre las cuencas de los ríos Naya (al sur del Departamento del Cauca), Calima, Anchicayá, Raposo, Dagua y sus respectivos afluentes en el Departamento del Valle del Cauca, en el trapecio formado por los ríos Atrato, San Juan y Baudó. En la actualidad, está diseminado en todo el territorio colombiano, incluyendo la Amazonía, la zona 8 cafetera y el Magdalena Medio, ya que se adapta desde los 0 hasta 500 msnm (Patiño 2002, Bernal et al. 1999, Velasco 1987). 3.2. La semilla de borojó Una semilla es el resultado de la fertilización y maduración de un óvulo. Consta de un embrión que se desarrolla en plántula después de la germinación, de un tejido nutritivo en la mayoría de los casos, y de una cubierta protectora, la testa, que recubre a ambos (Bewley & Black 1985). La semilla de A. patinoi se caracteriza por poseer una testa delgada; un embrión que se observa a simple vista al realizar un corte longitudinal, y ocupa aproximadamente una octava parte del endospermo (figura 1a). Al examinar el embrión en el estereoscopio se distinguen las estructuras esenciales de las futuras plántulas (figura 1b). Externamente, la semilla es dura, lisa y puede tener diferentes formas (alargadas, redondas, achatadas o subidas en el centro) y tamaños de 0.8 cm de largo-0.5 cm de ancho y 1.0 cm de largo- 0.7 cm de ancho (Velasco 1987). De acuerdo con Velasco (1987) un fruto de A. patinoi puede tener de 7-643 semillas, con un peso promedio de 0.33 g y vigor germinativo de 80%. Mejía (1983) analizó21 frutos y halló un promedio de 330 semillas, con un peso de 0.156 g cada una. 9 Figura 1. (a) Corte longitudinal de una semilla de borojó. (b) Embrión de la semilla observado en el estereoscopio. 3.2.1. Germinación de semillas Se han propuesto diferentes definiciones para explicar y delimitar el evento de germinación. Para Bewley & Black (1985) la germinación comienza con la toma de agua por parte de la semilla (imbibición) y culmina cuando el eje embrionario (generalmente la radícula) empieza a elongarse. Este proceso incluye numerosos eventos como cambios estructurales a nivel celular, respiración, síntesis de macromoléculas, diferenciación celular, entre otros. En este contexto, el desarrollo de la plántula se inicia cuando la germinación termina. Sin embargo, otros autores consideran que la emergencia de las estructuras esenciales a partir del embrión de la semilla debe considerarse como parte de la germinación y no como eventos pos germinativos (ISTA 1999, Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). Para efectos de la presente investigación se tuvo en cuenta la definición de Bewley & Black (1985) para obtener el porcentaje de germinación total y además, Testa Endospermo Embrión Cotiledones Hipocotilo Radícula a b Plúmula 10 se evaluó el desarrollo de las semillas germinadas como el porcentaje de plántulas normales, teniendo en cuenta los parámetros establecidos por el ISTA (1999). 3.2.2. Germinación y desarrollo de las plántulas Las semillas viables generalmente comienzan a germinar cuando se las sitúa en condiciones adecuadas de humedad, temperatura, oxígeno y, en algunos casos, luz (Holl 1999). De los factores mencionados, la humedad y la temperatura son los más determinantes en el proceso germinativo. Cuando la humedad no es limitante, tanto la tasa como el porcentaje de germinación son controlados por la temperatura. Para cada especie existe un intervalo de temperaturas dentro del cual el proceso de germinación puede completarse en un tiempo razonable (Heydecker 1977). Inicialmente las semillas absorben agua, los tejidos se hinchan y la cubierta seminal se vuelve blanda y elástica. La raíz primaria atraviesa la cubierta seminal y se alarga con rapidez; los pelos radicales son abundantes, por lo general, desde los primeros estados de desarrollo. Posteriormente se forman las raíces secundarias. El desarrollo del sistema apical se produce a continuación. Los cotiledones son llevados por encima del suelo (germinación epígea) o pueden permanecer en el suelo, al interior de la cubierta seminal (germinación hipógea) (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). El borojó, así como muchas especies agrícolas, hortícolas y leñosas, presentan germinación epígea. Después de emerger la raíz primaria, se alarga el hipocotilo, 11 forma un arco y finalmente empuja los cotiledones y la joven yema por encima del suelo. Los cotiledones se tornan verdes, se expanden y constituyen los primeros órganos fotosintéticos de la plántula. Posteriormente se produce el desarrollo del epicotilo y yema terminal (figura 2b) (Bewley & Black 1985, Agarwal & Sinclair 1987). La germinación hipógea se presenta en la mayoría de las monocotiledóneas, algunas leguminosas de semillas grandes y ciertas especies forestales (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). Existe muy pequeña elongación del hipocotilo y los cotiledones permanecen dentro de la cubierta seminal en el suelo. En las eudicotiledóneas, así como en algunas monocotiledóneas, el epicotilo se alarga, normalmente forma un arco y empuja la joven yema por encima de la superficie del suelo (figura 2a). En muchas otras monocotiledóneas hipógeas parece no existir alargamiento del epicotilo. En contraste con la germinación epígea, los primeros órganos fotosintéticos son la primera o primeras hojas verdaderas, que se desarrollan de la plúmula (Bewley & Black 1985, Agarwal & Sinclair 1987). 12 Figura 2. Germinación hipógea y epígea (modificado de Bewley & Black 1985). Hojas primarias Radícula Cotiledones Hojas primarias Epicotilo Raíz primaria Enganche plumular Cotiledones vacios a. Germinación hipógea (Vicia faba L.) b. Germinación epígea (Phaseolus vulgaris L.) Cotiledones Epicotilo Hipocotilo Hojas primarias Hipocotilo Testa Cotile- dones 13 3.2.3. Estructuras esenciales de las plántulas eudicotiledóneas 3.2.3.1. Raíz Las principales funciones del sistema radicular son fijar la planta al suelo, absorber agua y sales disueltas, y conducir éstas a los cotiledones y yema. Las raíces pueden también especializarse en almacenar sustancias de reserva (Barreno et al. 1997). La primera raíz de la plántula, la raíz primaria, es por lo general blanca, delgada y de rápido alargamiento. Dispone por lo general de numerosos pelos radicales, que aumentan sensiblemente la superficie de absorción. En un estado posterior (que varía considerablemente según el género) se producen raíces secundarias, bien como las raíces laterales que emergen de la raíz primaria o como raíces adventicias que emergen de otras partes de la plántula (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 3.2.3.2. Hipocotilo El hipocotilo es la parte del eje de la plántula situada inmediatamente por encima de la raíz primaria y que va hasta el punto de unión de los cotiledones (figura 2). Por lo general no se distingue externamente con claridad la transición entre la raíz primaria y el hipocotilo, pero normalmente se produce un cambio interno. Los tejidos conductores del hipocotilo forman un eslabón vital entre la raíz y los cotiledones y sistema apical en relación con la transferencia de agua y sales en sentido ascendente y de materiales de reserva en sentido inverso (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 14 3.2.3.3. Cotiledones Los cotiledones tienen como función mantener la plántula al principio de su vida, suministrándole los elementos nutritivos almacenados o fotosintetizados por ellos (Barreno et al. 1997). Posteriormente esta función se realiza por las hojas foliares que se van desarrollando. En muchos casos, los cotiledones crecen considerablemente de tamaño cuando sobrepasan la superficie del suelo. Pueden ser sésiles o tener peciolos, y generalmente son más simples de forma que las hojas foliares que le siguen (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 3.2.3.4. Epicotilo El epicotilo es la porción del eje de la plántula comprendidas entre el punto de unión de los cotiledones y el de la primera hoja foliar (o par de hojas) (figura 2). En las especies con germinación hipógea, el epicotilo crece considerablemente y lleva a la luz, por encima del suelo, al sistema apical junto con las primeras hojas foliares. A veces en especies con germinación hipógea, el epicotilo porta varias hojuelas por debajo de las primeras hojas verdaderas. En las especies con germinación epígea el alargamiento del epicotilo durante el periodo de duración del ensayo suele ser muy pequeño. Los tejidos conductores del epicotilo unen el sistema apical, situado por encima de él, con los cotiledones, hipocotilo y sistema radicular, situados por debajo del mismo (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 15 3.2.3.5. Sistema apical El sistema apical es el extremo superior del eje de la plántula. Es el principal punto de crecimiento apical y consta del meristemo apical y las hojas iniciales. Estas hojas lo envuelven y lo protegen, formando así la yema terminal (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 3.3. Cultivo de borojó en Colombia El borojó ha llegado a desarrollar características de monocultivo en pequeñas parcelas de las localidades de Lloró-Chocó (ríoAtrato) y en las de Raspadura y San Pablo (istmo de San Pablo entre los ríos San Juan y Atrato) (Mejía 1983). La producción de Lloró es consumida en Quibdó; la de San Pablo y Raspadura se vende en Istmina y Condoto. Algunos frutos llegan por encargo a Cali, Medellín y Bogotá. La producción de los bajos Baudó, San Juan, Calima, Anchicayá y raposo se comercializa en Buenaventura, pero, en general, el arbusto se cultiva en número pequeño en el huerto de cada casa en el Pacífico central colombiano, con fines de autoconsumo (Mejía 1983, Constantino et al.1998). Los campesinos siempre lo asocian con otros frutales como chontaduro, árbol del pan, guamos, plátano y banano. De esta manera, proporcionan la sombra necesaria para que esta especie del sotobosque se desarrolle adecuadamente (Velasco 1987, García & Gómez 1993). 16 Generalmente, el borojó se desarrolla a temperaturas por encima de 26°C y precipitaciones que oscilan entre 2.500 y 11 000 mm anuales, sobre suelos bien drenados y algunos pobremente drenados, en relieves con pendientes que oscilan entre 7%-75%, desarrollados sobre arcillas y gravillas que descansan sobre un estrato muy profundo de limolitas. El borojó crece a un pH del suelo entre 4.3-5.2, con alto contenido de aluminio intercambiable, baja capacidad de intercambio catiónico (CIC) y baja saturación de bases, en suelos con alto contenido de carbón orgánico en el primer horizonte y deficientes en fósforo, potasio, calcio, magnesio, cobre, boro, manganeso y zinc (Reina 1998). Se puede propagar por semilla sexual o asexual. La semilla sexual germina antes de los 40 días y se traslada a bolsas plásticas en estado de plántula, debe durar en vivero hasta los 10 meses y posteriormente se siembra en el campo, en donde previamente se ha establecido el sombrío definitivo y el transitorio (Arenas et al. 1985). Para la propagación asexual se utilizan ramas con sus hojas que pueden sembrarse directamente en el campo o someterse a previo enraizamiento (Sánchez & Rodríguez 1996). 3.3.1. Aspectos fitosanitarios En la actualidad se presentan diversas sintomatologías en la planta de borojó ocasionados por factores bióticos y fisiogénicos. Entre los daños de origen fisiogénico se encuentra la incidencia directa de los rayos solares, que ocasiona manchas negras y posterior cuarteadura y engrosamiento en la epidermis del fruto, provocando su deterioro hasta en un 40% (Arenas et al. 1985, Mejía 1983). 17 El principal daño de origen biótico lo ocasiona la hormiga arriera Atta cephalotes L. que ataca las hojas, tanto a nivel de vivero como de plantación, desde el estado de plántula hasta el fruto en estado adulto (Arenas et al. 1985, Velasco 1987). Además se han observado síntomas en diferentes tejidos de la planta, similares a los de Corticium koleroga (Cooke) Höhn y Colletotrichum spp. El daño causado por este último, se caracteriza por círculos concéntricos, estructuras visibles, manchas redondas de bordes irregulares y con necrosamiento por el envés y parcial por el haz, afectando hasta la nervadura principal, de color café a pardo oscuro (Velasco 1987, Londoño 1999). En estado de pos cosecha aparece Penicillium sp. que causa daño al fruto, aunque no pasa el epicarpio (figura 3). Además, se ha encontrado Aspergillus niger Tiegh. en frutos cuya maduración ha sido inducida (Velasco 1987). Figura 3. Daño ocasionado por Penicillium sp. en frutos de borojó cosechados en la vereda Guamía (Buenaventura). 18 3.3.2. Uso del fruto En las poblaciones de la costa Pacífica y la Amazonía el borojó tiene diversos usos en procesos agroindustriales y medicinales. En la agroindustria se utiliza para la elaboración de jugos, helados, néctares, mermeladas, vinos, compotas, jaleas y bocadillos (Erazo 1999, Mejía 1983). La detección de fitoalexinas en el borojó se ha considerado como uno de los usos potenciales de esta especie, ya que en la mayoría de los casos dichos compuestos han demostrado poseer acción antifúngica y bactericida (Echeverry et al. 1981). La fruta es popularmente apreciada como reguladora de las funciones del estómago y de los riñones. Se utiliza para controlar la hipertensión, como cicatrizante de heridas, bebida refrescante y se le atribuyen propiedades afrodisíacas (Bernal et al. 1999). Anteriormente la pulpa era utilizada por los indígenas ubicados en la parte alta del río San Juan para embalsamar los cadáveres (Velasco 1987). Los análisis de laboratorio indican que el borojó podría ocupar el primer lugar del mundo entre las frutas carnosas por su contenido en fósforo (tabla 1). Jiménez y Restrepo (1987) aseguran que el uso más importante de esta fruta es combatir la desnutrición, debido a que en estudios realizados por los autores se concluyó que una libra de pulpa de borojó equivale a tres libras de carne. 19 Tabla 1. Contenido nutricional en 100 gramos de parte comestible de borojó. Detalle Publicaciones Patiño (1950) Romero (1961) Villalobos (1978) Calorías - 93.0 - Agua (%) - 64.7 55.0-69.0 Carbohidratos (%) 24.7 24.7 23.0-32.0 Azúcares totales (%) - - 4.2-7.8 Azúcares reductoras (%) - - 2.9-6.0 Fibra (%) - 8.3 10.0-15.0 Cenizas (%) - 1.2 0.8-1.2 Proteínas (%) 1.1 1.1 0.8-1.3 Grasas (%) 0.02 0 0.7-1.0 Calcio (mg) 23.0 25.0 - Fósforo (mg) 40.0 160.0 - Hierro (mg) 0.2 1.5 - Tiamina 25 gamas 0.3 mg - Riboflavina 76 gamas 0.1 mg - Niacina - 2.3 mg - Ácido ascórbico (mg) - 3.0 - Vitamina C (mg) 3.0 3.1 - Acidez (g ácido cítrico/100 g) - - 3.0-6.0 Sólidos solubles a 2°C - - 29.0-41.0 pH a 20°C - - 2.8-3.0 3.4. Microorganismos asociados a semillas Los hongos constituyen el grupo más grande de patógenos asociados a las semillas. Su presencia en estas estructuras reproductivas depende principalmente de las condiciones ambientales a las que se encuentren sometidas (Agarwal & Sinclair 1987). Cuando la humedad relativa del medio ambiente alcanza un 75%, la mayoría de semillas alcanzan un equilibrio de 14% de humedad (base húmeda). Con este porcentaje de humedad las esporas de los hongos contenidas en las semillas germinan y se desarrollan; este proceso se acelera a medida que la temperatura es superior a 25°C (Ramírez 1966). Los hongos pueden hallarse tanto al interior como al exterior de la semilla. Los hongos que se encuentran en el interior se localizan especialmente en regiones 20 húmedas y calientes. La mayor parte de estos hongos inician su ataque cuando la semilla está en proceso de desarrollo o de maduración (Neegaard 1977). Muchas de estas especies son formas parásitas que en el campo pueden atacar a otras partes de la planta, además de la semilla (Agrios 2005). Entre los hongos más comunes que se localizan al interior de la semilla se encuentran: Helminthosporium sp, Gibberella sp., Diplodia sp. y Colletotrichum sp. (Agarwal & Sinclair 1987, Christensen 1972). La distribución de los hongos que se desarrollan superficialmente en la semilla es muy amplia. Esto se debe a que las pequeñas esporas son fácilmente llevadas por el viento de un lugar a otro. Además, constituyen un grupo de organismos adaptados a vivir en una gran diversidad de condiciones, tanto climáticas como alimenticias. Entre las especies más comunes, pertenecientes a este grupo de hongos, se encuentran varios representantes de los géneros Aspergillus, Penicillium y Rhizopus (Christensen 1972). A diferencia de los hongos, las bacterias son microorganismos menos frecuentes en las semillas, sin embargo, ciertas especies son responsables de devastadoras enfermedades (Neegaard 1977, Bewley & Black 1985). Las bacterias que infectan las semillas de sus especies hospedantes pueden ser llevadas en o sobre ellas a distancias variables mediante cualquiera de los agentes de dispersión de las semillas (Agrios op. cit.). 21Entre las enfermedades ocasionadas por las bacterias se encuentra la marchitez vascular, producida generalmente por los géneros Pseudomonas y Erwinia. Estas bacterias se multiplican en el interior de los haces vasculares de las plantas, bloqueando el paso de agua y nutrimentos de las raíces hacia los tejidos aéreos de la misma (Castaño-Zapata & Del Río 1997). Los tizones y manchas foliares o de fruto son ocasionados por los géneros Xanthomonas, Pseudomonas y Erwinia; mientras que los tumores y agallas son producidos principalmente por bacterias del género Agrobacterium). Estos tumores se forman en la parte baja del tallo (a veces en las ramas bajas) de las plantas afectadas en respuesta a la inoculación de metabolitos sintetizados por las bacterias (Castaño-Zapata & Del Río 1997). 3.5. Viabilidad de las semillas infectadas La viabilidad de las semillas puede alterase por factores genéticos, fisiológicos, citológicos, mecánicos o por la presencia de diferentes organismos, entre los que se encuentran las bacterias y los hongos. El desarrollo de estos microorganismos, en algunos casos, contribuye al calentamiento y descomposición de las semillas. Las enzimas producidas por los hongos, por ejemplo, atacan a los carbohidratos, grasas y proteínas de la semilla y deterioran su calidad. En estas condiciones la acidez de las semillas se incrementa y la capacidad para germinar decrece lenta o rápidamente hasta desaparecer (Agarwal & Sinclair 1987). 22 Investigaciones realizadas con semillas de especies de importancia económica han demostrado que la mayoría de los microorganismos presentes en las semillas se convierten en patógenos cuando se inicia el proceso de germinación. En soya, los hongos Cercospora kikuchii (Matsumoto & Tomoy) Gardner y Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. reducen en un 12% y 59%, respectivamente, la emergencia de plántulas; mientras que Diaporthe phaseolorum var. sojae (Lehman) Wehm. y Phomopsis spp. disminuyen proporcionalmente la germinación de las semillas a medida que la infección aumenta (Kmetz et al. 1974). Sharma & Sohi (1975) demostraron que las semillas de tomate infectadas con Phytophthora parasitica Dastur generalmente no germinan, y las que si lo hacen mueren en estado de plántula por el daño causado por este microorganismo. En semillas de arroz, Alternaria zinniae Pape es responsable de la muerte de las semillas antes de la emergencia y enfermedades en las plántulas después de la emergencia (Gambogi et al. 1976). Las bacterias Corynebacterium michiganense (Smith) Jensen en pimentón y Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn en garbanzo y soya, reducen la germinación en el campo de las semillas infectadas naturalmente. Los focos infecciosos creados por las enfermedades transmitidas a través de la semilla pueden afectar el desarrollo de otras plantas (Alonso et al. 1995). En este contexto, los perjuicios ocasionados por los agentes patógenos asociados a las semillas no se limitan sólo a pérdidas directas de la población de plantas en el 23 campo, sino que conllevan una serie de implicaciones que, de manera más acentuada, pueden llevar a daños irreversibles de todo un sistema agrícola (Ridao 2003). 24 4. OBJETIVOS 4.1. General Caracterizar los microorganismos asociados a las semillas de A. patinoi en plantaciones de Guamía, Buenaventura (Valle del Cauca) y determinar su incidencia en la viabilidad de las semillas. 4.2. Específicos Examinar las estructuras externas e internas de la semilla para determinar la presencia de microorganismos asociados a la misma. Realizar pruebas de patogenicidad en plántulas de A. patinoi para establecer la relación de los microorganismos aislados en semillas con los síntomas observados en órganos externos Evaluar la viabilidad de las semillas mediante pruebas topográficas de tetrazolium y de germinación normal. 25 5. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1. Localización del estudio Las semillas utilizadas fueron extraídas de frutos de borojó colectados en plantaciones de la vereda Guamía, situada en la antigua vía Simón Bolívar a 32 kilómetros del municipio de Buenaventura (figura 4). Guamía es una zona de policultivos de vega y bosques de colinas bajas con distintos grados de intervención antrópica; se encuentra ubicada sobre las márgenes del río Anchicayá a 70 msnm. Por sus condiciones climáticas de alta temperatura (27°C), alta humedad relativa (96% HR) y alta precipitación pluvial anual de más de 7000 mm/año, es considerada como un bosque muy húmedo tropical (bmh-T), con transición a bosque pluvial tropical (bp-T) según la clasificación de Holdrige (De las Salas 1987; Constantino et al. 1998). Las semillas recién extraídas fueron homogenizadas y escogidas de manera aleatoria para cada una de las pruebas y tratamientos. Se eliminaron previamente sus impurezas y se lavaron con agua destilada, con el fin de quitar los residuos de pulpa de fruta adheridos a la testa. 26 Figura 4. Localización de la vereda Guamía (Buenaventura, Valle del Cauca). Se encuentra limitada por la vereda Limones al oeste, el Río Piedras al norte y la vereda San Marcos al este en la zona de amortiguamiento al parque Nacional Natural Farallones de Cali (Adaptado de IGAC 2003). 5.2. Detección y aislamiento de microorganismos Las pruebas de detección de microorganismos se realizaron en el Laboratorio de Sanidad Vegetal del departamento de Biología, en la Universidad del Valle (sede Meléndez). Las semillas fueron evaluadas utilizando dos tratamientos: semillas sin desinfectar (SD) y semillas desinfectadas (DD). Cada tratamiento contaba con 800 semillas, distribuidas en 160 réplicas de 5 semillas cada una. En el Tratamiento DD las semillas fueron desinfectadas con alcohol al 96%, por 30 segundos, solución de hipoclorito de sodio al 5%, por 30 segundos y lavado con agua destilada estéril por cuatro veces. En el tratamiento SD las semillas se lavaron por cuatro ocasiones con agua destilada estéril. Una vez se les aplicó el Vía Simón Bolívar Guamía Buenaventura N 27 tratamiento correspondiente, las semillas fueron llevadas a la cámara de flujo laminar (Labconco), donde se secaron con papel absorbente estéril y se colocaron en el medio de cultivo Sabouraud (Merck). Las cajas fueron incubadas en la oscuridad (Incubadora Kryoven) a 30°C por 72 horas en el Laboratorio de sanidad vegetal. Después de este período de incubación, las colonias diferenciadas morfológicamente en cada tratamiento fueron aisladas y purificadas para su posterior identificación. Para los microorganismos bacterianos presentes en las semillas se utilizó el medio de cultivo Agar Nutritivo (Merck) y para los hongos Agar Papa Dextrosa (PDA, Merck). Por cada microorganismo aislado, se realizó un seguimiento continuo que consistió en un análisis cualitativo macroscópico en el que se tuvo en cuenta textura, topografía y color de las colonias fúngicas; para las bacterias se tuvo en cuenta el color, configuración, margen y elevación de las colonias. 5.2.1. Identificación de microorganismos fúngicos Las diferentes colonias aisladas de las semillas de borojó se incubaron en la oscuridad a 30°C por siete días, tiempo en el cual los microorganismos ocuparon gran parte de la caja de Petri y la mayoría se encontraban esporulados. Las colonias que no tenían esporas después de este período de incubación fueron expuestas a luz fluorescente por 12 horas, sembradas en agar agua o agar zanahoria. 28 De cada aislamiento esporulado se realizaron micropreparados con azul de lactofenol y se observó la morfología del micelio y las estructuras fructificantes, en el microscopio (OLYMPUS CH30) con un aumento de 400X. Para la identificación de loshongos se utilizaron las claves, descripciones y esquemas propuestos para la identificación morfológica de hongos por Barnett & Hunter (1998) y Castaño- Zapata (2005). A partir de cada hongo se cortaron trozos de micelio con PDA y se depositaron en tubos de ensayo con agua destilada estéril, con el objetivo de conservar las cepas a una temperatura ambiente y contribuir a la colección de hongos del Laboratorio de sanidad vegetal. 5.2.2. Identificación de microorganismos bacterianos Las colonias aisladas fueron incubadas en la oscuridad a 30°C por 48 horas en agar nutritivo. Una vez se obtuvieron colonias individuales, se iniciaron una serie de pruebas propuestas por Schaad et al. (2001) para la diferenciación de géneros bacterianos (Figura 5). Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de microbiología de la Universidad del Valle (sede Meléndez). Cada aislamiento se encuentra conservado a una temperatura ambiente en agua destilada estéril, en el laboratorio de sanidad vegetal. 29 Figura 5. Diferenciación de los géneros de bacterias más comunes en aislamientos de plantas (modificado de Schaad et al. op. cit.). Colonias amarillas en YDC Crecimiento en DlM Agar Agrobacterium Acidovorax Burkholderia Ralstonia Crecimiento a 33°C en YDC Xylophilus Xanthomonas Xanthomonas Xylophilus Utiliza Arginina y Betaina + Ralstonia Acidovorax Crecimiento a 40°C + - Burkholderia d Acidovorax Ralstonia Pseudomonas Agrobacterium, Xanthomonas, Xylophilus, Burkholderia, Acidovorax, Ralstonia - Colonias amarillas en YDC Xanthomonas c Xylophilus Agrobacterium, Acidovorax, Burkholderia, Ralstonia + Ureasa - - Formación de Endosporas - + Erwinia, Pantoea, Xylophilus, Acidovorax, Burkholderia, Ralstonia, Pseudomonas, Xanthomonas, Agrobacterium Tinción de Gram + - Coryneform, Bacillus, Clostridium, Streptomyces Crecimiento Anaeróbico - + Erwinia a Pantoea - + Pantoea Erwinia Agrobacterium Acidovorax Burkholderia Ralstonia Pseudomonas Xanthomonas Xylophilus Pigmento Fluorescente en KB - + Bacillus Clostridium b Coryneform Streptomyces Crecimiento Anaeróbico Micelio aéreo a Las colonias de Pantoea citrea y algunas cadenas de P. agglomerans son generalmente blancas. b Las células de Clostridium con esporas son generalmente abultadas, mientras que las de Bacillus no. c Las colonias de Xanthomonas cassavae y dos patovares de X. campestris son de color blanco. d Burkholderia andropogonis es negativa para arginina y betaina. Sin embargo, es oxidasa negativa, mientras que Ralstonia y Acidovorax son positivas. + - + + - - + - + Streptomyces Coryneform Clostridium Bacillus 30 5.2.2.1. Tinción de Gram Se prepararon extendidos de cada una de las colonias bacterianas en portaobjetos y se dejaron secar al aire. El extendido se fijó a la placa pasándolo cuatro veces sobre la llama del mechero para que no fuera arrastrado durante la tinción. Posteriormente, el preparado se colocó sobre un soporte de tinción y se cubrió con solución de cristal-violeta durante un minuto, se lavó con agua destilada e inmediatamente después se adicionó solución de yodo (Lugol de Gram) durante un minuto. Se lavó nuevamente con agua destilada y se agregaron varias gotas de alcohol- acetona; después de diez segundos, se lavó y se cubrió con el colorante de contraste (safranina) durante un minuto. La placa se llevó al microscopio (OLYMPUS CH30) y se observó en el objetivo de 100X. Las bacterias Gram positivas se observaron de color violeta y las Gram negativas rojo o rosadas. 5.2.2.2. Crecimiento anaeróbico Con cada bacteria se inocularon dos tubos que contenía el medio de cultivo descrito en el anexo A para esta prueba. Posteriormente, se cubrió toda la superficie del medio inoculado con vaselina líquida estéril, formando una capa de aproximadamente 5 mm de grosor. El cambio de color de azul a amarillo en el medio inoculado se reportó como positivo para crecimiento anaeróbico (fermentación). 5.2.2.3. Tinción de esporas En portaobjetos se realizaron extendidos de cada una de las colonias bacterianas y se cubrieron con tiras de papel filtro. Las placas se bañaron con una solución 31 acuosa de verde de malaquita al 5% y se calentaron al vapor durante seis minutos sin dejar secar. Posteriormente se lavaron con agua destilada y se cubrieron con solución de safranina al 0.5 % durante 30 segundos. Las placas se observaron al microscopio en el objetivo de 100X. Las células bacterianas se colorearon de color rojo y las esporas se observaron de color verde, generalmente esféricas y al interior de las células. 5.2.2.4. Medio de cultivo YDC El medio de cultivo para esta prueba se preparó de acuerdo a lo indicado en el anexo A. Por cada una de las bacterias se prepararon dos cajas de Petri. Una vez sembradas, fueron incubadas en la oscuridad a 30°C por 48 horas. Se reportó el crecimiento y características de la colonia en este medio. Para la diferenciación de Xanthomonas spp., las cajas se incubaron a 33°C por el mismo período de tiempo. 5.2.2.5. Medio de cultivo King B Agar (KB) El medio de cultivo para esta prueba se preparó de acuerdo a lo indicado en el anexo A. Por cada una de las bacterias se prepararon dos cajas de Petri. Una vez sembradas, fueron incubadas en la oscuridad a 30°C por 48 horas. Se reportó el crecimiento y características de la colonia en este medio. 5.2.2.6. Producción de ureasa Las bacterias fueron sembradas en cada uno de los tubos mediante la técnica de estría. Por cada bacteria se inoculó un tubo control, el cual contenía el medio basal sin urea (anexo A). La producción de ureasa se evidenció por el incremento 32 en la alcalinidad del medio, lo cual provocó el cambio de color amarillo a rosado. 5.2.3. Análisis de datos Los microorganismos detectados fueron clasificados como fitopatógenos, saprófitos o parásitos de hongos (antagónicos). Los datos obtenidos fueron analizados mediante estadística descriptiva, utilizando como herramientas la frecuencia relativa manifestada por cada género e histogramas. 5.3. Pruebas de patogenicidad 5.3.1. Aislamientos inoculados Se inocularon seis microorganismos fúngicos y tres bacterianos aislados de la testa de las semillas. De los microorganismos obtenidos a partir de las semillas DD se inocularon 11 hongos y tres bacterias. Los aislamientos seleccionados para las pruebas de patogenicidad presentaron una alta frecuencia en cada uno de los tratamientos o se encontraron reportados como fitopatógenos en la literatura. 5.3.2. Material vegetal Los aislamientos fueron inoculados en plántulas de borojó, obtenidas en un semillero ubicado en la vereda Guamía (Buenaventura). Las plántulas se trasladaron a una casa de malla en la estación experimental de Biología (Universidad del Valle, sede Meléndez). Antes de realizar las pruebas, el material vegetal se sometió a un periodo de adaptación (60 días aproximadamente). El sistema de riego de la casa de malla se activó todos los días, con el propósito de brindar la humedad necesaria para el buen desarrollo de las plántulas. 33 5.3.3. Preparación de inóculo e inoculación Para los hongos se utilizó suspensiones acuosas de esporas ajustadas a una concentración de 1x10 6 esporas/ml. En el caso de las bacterias, se adicionó 20 ml de agua destilada estéril a cada caja de Petri y con un asa de argolla se diluyó la superficie que contenía las colonias. Una vez se obtuvo una solución homogénea, se filtró el contenido de la caja en un tubo de ensayo. La inoculación se realizó con inyectores estériles de 1 cm3. Un día previo a la inoculación, las plántulas se cubrieron con bolsas plásticas humedecidas con el objetivo de crear un microclima propicio para el desarrollo delos microorganismos. Los tratamientos o aislamientos inoculados se distribuyeron utilizando un diseño completamente aleatorio, con tres repeticiones y un control (plántula inoculada con agua destilada estéril) por cada uno (figura 6). 5.3.4. Evaluación del material vegetal inoculado La evaluación de cada plántula se realizó con base a la escala general de enfermedad (tabla 2) propuesta por Castaño-Zapata (1989). Se hicieron revisiones cada siete días durante tres semanas y se calculó la severidad (área de tejido afectado) de las plántulas que expresaron algún síntoma. A partir de los tejidos enfermos se cortaron trozos de unos 5 mm que abarcaran tanto tejido enfermo como tejido sano. Se lavaron durante 30 segundos en alcohol al 96% para romper la tensión superficial. Luego se sumergieron en hipoclorito de sodio al 5% por el mismo periodo de tiempo y se lavaron por dos ocasiones con 34 agua destilada estéril. Una vez se le quitó el exceso de agua con papel absorbente a cada una de las muestras, se transfirieron a las cajas de Petri con PDA. Se realizaron dos repeticiones para cada una de las muestras. Las cajas fueron incubadas a 30°C. Figura 6. (a) Plántulas de borojó en la casa de malla de la estación experimental del Departamento de Biología. (b) Plántulas con bolsas plásticas humedecidas. (c) Sistema de riego utilizado durante la inoculación. (d) Inoculación por inyección. a b c d 35 Tabla 2. Escala general de enfermedad (Castaño-Zapata 1989). Grados Severidad (%) Descripción 0-3 0-5 Expresión favorable 4-6 6-25 Reacciones intermedias 7-9 Mayor a 25 Reacción de susceptibilidad 5.4. Contenido de humedad de las semillas Se utilizaron 60 semillas recién extraídas de los frutos, distribuidas en cuatro réplicas de 15 semillas cada una. Inicialmente las semillas fueron maceradas (trituradora KRUPS) y pesadas (balanza Mettler Toledo AL 204). La muestra macerada fue sometida a una temperatura constante de 130°C por 15 minutos y fue pesada nuevamente (presecado). Posteriormente, el macerado se expuso a la misma temperatura, durante una hora (secado) y se determinó su peso final. El contenido de humedad se calculó como el porcentaje de peso perdido en el presecado y secado (ecuación 1 y 2) (ISTA 1999). Donde, M1: Peso (g) de la caja de Petri vacía. M2: Peso (g) de la caja de Petri con las semillas maceradas. M3: Peso (g) de la caja de Petri con las semillas maceradas y secadas. 36 Donde, S1: Contenido de Humedad (%) después de presecado. S2: Contenido de Humedad (%) después de secado. 5.5. Prueba de germinación La prueba de germinación se realizó en el laboratorio de semillas, ubicado en la estación experimental del departamento de Biología de la Universidad del Valle. Se utilizó un diseño completamente aleatorio, en el que 480 semillas fueron distribuidas en ocho réplicas de 60 semillas por tratamiento (SD y DD). Las semillas tratadas fueron colocadas sobre una doble capa de papel toalla (Scott duramax) humedecida con agua destilada y se cubrieron con otra capa del mismo papel. Posteriormente, se formaron rollos y se dispusieron dentro de bolsas transparentes impermeables (figura 7). Las 960 semillas se incubaron en cámara de germinación (Kryoven) a una temperatura alternada diaria de 26°C durante 16 horas en la oscuridad y a 31°C por ocho horas en la luz (figura 8). Los rollos fueron humedecidos con agua destilada una vez por semana. Las semillas se revisaron cada dos días durante 70 días; se registró el número de semillas germinadas en cada revisión (radícula mayor a 3 mm) y se halló el índice de sincronía (Z) para cada tratamiento utilizando la ecuación 3 (Ranal & García de Santana 2006). 37 Donde, Cni, 2: Combinación de semillas germinadas en el tiempo i. ni: Número de semillas germinadas en el tiempo i. Figura 7. Semillas de borojó en rollos de papel humedecidos para pruebas de germinación. Figura 8. Ciclo diario de temperatura y luminosidad al que fueron sometidas las semillas durante la prueba de germinación. Oscuridad Oscuridad Luz Luz 38 5.5.1. Germinación normal El desarrollo de las semillas germinadas se evaluó como el porcentaje de plántulas normales a los 70 días de incubación. Se consideraron plántulas normales aquellas que a partir de su embrión han desarrollado las estructuras esenciales de las plántulas (ISTA 1999). Para el caso de las plantas eudicotiledóneas, como el borojó, las estructuras esenciales son la raíz, el hipocotilo, los cotiledones y el sistema apical (Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero 1979). 5.5.2. Análisis de datos Se calculó el coeficiente de velocidad de germinación (Nichols & Heydecker 1968, Bewley & Black 1985) y el tiempo medio de germinación (Ranal & García de Santana 2006) para cada tratamiento (ecuación 4 y 5, respectivamente). Donde, fi: número de semillas germinadas (no acumuladas) en el día i. xi: número de días desde que se inició la prueba. k: último día de germinación. Donde, 39 ti: tiempo en el que comenzó el experimento hasta la i-enésima observación. ni: número de semillas germinadas (no acumuladas) en el día i. k: último día de germinación. Con los porcentajes de germinación total, normal y los coeficientes de velocidad de germinación se evaluaron los supuestos de normalidad (Shapiro-Wilk Test) y homogeneidad de varianzas (Bartlett's Test). Mediante un análisis de varianza (ANOVA) se determinó si los datos obtenidos en los dos tratamientos presentaban diferencias estadísticamente significativas. En el caso en el que no se cumplió con los dos supuestos evaluados, se realizó una prueba no paramétrica (Kruskal- Wallis One-Way) para determinar dichas diferencias. El análisis de los datos se efectuó en el programa Statistix versión 8.0 (Analytical Software, St. Paul, Minn). 5.6. Prueba topográfica de tetrazolium (TZC) Se realizó un corte longitudinal a cada semilla evaluada, de tal manera que el embrión quedó totalmente expuesto (figura 9) y fueron sumergidas en agua destilada por un periodo de 24 horas, a una temperatura aproximada de 20°C. Posteriormente, se trasladaron a un recipiente con la solución de tetrazolium al 0.01%, en donde permanecieron por 24 horas, a una temperatura de 30°C en la oscuridad. Cada semilla fue revisada en el estereoscopio (LEYCA 2000); las semillas no viables carecían de la coloración roja que revela si los procesos de reducción se están llevando a cabo en las células vivas. 40 La metodología implementada para esta prueba resultó ser la adecuada para evaluar la viabilidad de las semillas de borojó luego de una serie de ensayos preliminares. Figura 9. Corte longitudinal realizado a las semillas de borojó para la prueba topográfica de tetrazolium. Embrión 41 6. RESULTADOS 6.1. Detección de microorganismos Las semillas que no fueron desinfectadas manifestaron el crecimiento de algún microorganismo en el 95.0% de las 160 cajas de Petri en las que fueron evaluadas; de esta proporción la mayoría presentaban dos colonias morfológicamente diferenciadas y sólo una caja presentó cinco colonias diferentes. En contraste, en el 34.4% de las semillas desinfectadas no se evidenció la presencia de microorganismos y en la mayoría de estas semillas solo creció una colonia (figura 10). Figura10. Frecuencia relativa (%) del número de microorganismos presentados en cada una de las cajas de Petri. 6.1.1. Identificación de los microorganismos Se detectaron cincogéneros de microorganismos fúngicos y tres bacterianos asociados a la testa de las semillas, aislados del tratamiento SD. En el 66.0% de 42 las semillas desinfectadas se detectaron 11 géneros de hongos, un micelio estéril no identificado y tres géneros de bacterias. Las figuras del anexo B ilustran los resultados que permitieron la diferenciación de los géneros bacterianos de acuerdo con la metodología implementada. Las características de los hongos descritos en las tablas 3 y 4 se observan detalladamente en las figuras pertenecientes al anexo C. La totalidad de los géneros bacterianos identificados en los dos tratamientos están reportados en la literatura como fitopatógenos (tabla 5) (Schaad et al. op. cit.). En el caso de los hongos asociados a la testa de las semillas (tabla 3), el 86.4% de los géneros son patógenos de plantas o saprófitos y el 13.6% son saprófitos, generalmente de madera (Rhinocladiella sp.) (Barnett & Hunter 1998). De los 11 géneros fúngicos asociados al interior de las semillas (tabla 4) sólo Scopulariopsis sp. y Trichocladium sp. están reportados como hongos saprófitos del suelo. El 54.0% de los aislamientos son hongos fitopatógenos o saprófitos; mientras que Trichoderma sp. y algunas especies de Verticillium sp. se caracterizan por ser parásitos de otros hongos o saprófitos (Barnett & Hunter 1998). 43 Tabla 3. Descripción y clasificación de los microorganismos fúngicos aislados en el tratamiento SD (Barnett & Hunter 1998, Castaño-Zapata 2005, FUNGAL DATABASES, NOMENCLATURE AND SPECIES BANKS <http://www.mycobank.org/> consulta: 13 marzo 2009). Clasificación taxonómica Características Macroscópicas Características microscópicas Orden: Eurotiales Familia: Trichocomaceae Género: Penicillium sp. Textura polvosa de color gris claro en el centro y blanco alrededor (conidias); topografía rugosa de color crema. Conidióforos emergen del micelio simple, ramificados cerca al ápice, penicilados, terminan en un grupo de fiálidas. Conidias hialinas o brillantemente coloreadas en masa, unicelulares, la mayoría globosas u ovoides, en cadenas secas basipétales. Orden: Eurotiales Familia: Trichocomaceae Género: Aspergillus sp. - Morfotipo 1: Textura algodonosa de color café claro y algunas partes blancas; topografía lisa de color crema. -Morfotipo 2: Textura granular de color amarillo con negro en el centro y blanco en los extremos (conidias); topografía lisa de color crema. Conidióforos simples, terminan en un hinchamiento globoso, con fiálidas en el ápice. Conidias unicelulares, globosas, a menudo coloreadas en masa. Orden: Chaetothyriales Familia: Herpotrichiellaceae Género: Rhinocladiella sp. Textura afelpada, gris; topografía cerebriforme de color gris oscuro. Conidióforos simples y oscuros. Conidias hialinas, generalmente unicelulares, de forma oblonga- elipsoidal. Orden: Hypocreales Familia: Nectriaceae Género: Fusarium sp. -Morfotipo 1: Textura granular, blanca; topografía lisa de color crema. Conidióforos variables, delgados, simples o gruesos, cortos, ramificados irregularmente o produciendo un manojo de fiálidas individuales o agrupadas en esporodoquios. Conidias hialinas, variables, principalmente de dos clases: macroconidias y microconidias. Se observaron macroconidias con varias células, ligeramente curvadas o dobladas en extremos agudos, típicamente en forma de canoa. Orden: Pleosporales Familia: Pleosporaceae Género: Curvularia sp. Textura afelpada de color gris oscuro; topografía lisa azulosa. Conidióforos cafés, la mayoría individuales, conidias apicales o sobre nuevos puntos en crecimiento simpodial. Conidias oscuras, células claras en los extremos, de tres a cinco células, más o menos fusiformes, típicamente encorvadas, con una de las células centrales alargadas. 44 Tabla 4. Descripción y clasificación de los microorganismos fúngicos aislados en el tratamiento DD (Barnett & Hunter 1998, Castaño-Zapata 2005, FUNGAL DATABASES, NOMENCLATURE AND SPECIES BANKS <http://www.mycobank.org/> consulta: 13 marzo 2009). Clasificación taxonómica Características Macroscópicas Características microscópicas Orden: Hypocreales Familia: Hypocreaceae Género: Trichoderma sp. Textura afelpada, blanca, conidias verdes y topografía lisa de color crema. Conidióforos hialinos, muy ramificados, no verticilados. Fiálidas simples o en grupos. Conidias hialinas, unicelulares, ovoides, originadas en racimos terminales pequeños, generalmente fáciles de reconocer por su rápido crecimiento y formación de parces verdes de conidias. Orden: Eurotiales Familia: Trichocomaceae Género: Penicillium sp. Textura polvosa de color gris claro en el centro y blanco alrededor (conidias); topografía rugosa de color crema. Conidióforos emergen del micelio simple, ramificados cerca al ápice, penicilados, terminan en un grupo de fiálidas. Conidias hialinas o brillantemente coloreadas en masa, unicelulares, la mayoría globosas u ovoides, en cadenas secas basipétales. Orden: Eurotiales Familia: Trichocomaceae Género: Aspergillus sp. -Morfotipo 3: Textura afelpada blanca, topografía rugosa de color café. Alrededor del hongo el PDA se torna amarillo oscuro. -Morfotipo 4: Textura afelpada blanca, topografía lisa de color crema. Morfotipo 5: Textura afelpada, en el centro rosada y en los extremos blanca; topografía lisa rosada. Conidióforos simples, terminan en un hinchamiento globoso, con fiálidas en el ápice. Conidias unicelulares, globosas, a menudo coloreadas en masa. Orden: Microascales Familia: Microascaceae Género: Scopulariopsis sp. Textura afelpada de color blanco con algunas manchas grises; topografía lisa de color rosado. Este hongo cambia el color del PDA a un color fucsia. Conidióforos ramificados, conidias hialinas, unicelulares, globosas con la base truncada, agrupadas en cadenas basipetales. Micelio estéril Textura algodonosa, blanca en el centro y café claro en los extremos; topografía lisa de color crema. Micelio hialino, septado. Conidióforos y conidias ausentes. 45 Orden: Hypocreales Familia: Hypocreaceae Género: Verticillium sp. Textura afelpada, verde en el centro y blanca en los extremos; topografía lisa de color crema. Conidióforos delgados, ramificados, al menos algunas de las ramificaciones o fiálidas verticiladas. Conidias de ovoides a elipsoidales, hialinas, unicelulares, originadas individualmente o en pequeños grupos apicales. Orden: Hypocreales Familia: Nectriaceae Género: Fusarium sp. -Morfotipo 2: Textura algodonosa de color amarillo, conidias blancas; topografía lisa de color naranja. Conidióforos variables, delgados, simples o gruesos, cortos, ramificados irregularmente o produciendo un manojo de fiálidas individuales o agrupadas en esporodoquios. Conidias hialinas, variables, principalmente de dos clases: macroconidias y microconidias. Se observaron macroconidias con varias células, ligeramente curvadas o dobladas en extremos agudos, típicamente en forma de canoa. Orden: Microascales Familia: Ceratocystidaceae Género: Chalaropsis sp. Textura algodonosa de color gris y algunas partes blancas; topografía lisa, azul oscuro. Conidióforos oscuros, fiálidas delgadas y largas. Conidias hialinas, cilíndricas, generalmente en cadenas. Orden: Pleosporales Familia: Pleosporaceae Género: Stemphylium sp. Colonias verdes oscuras, textura afelpada, topografía lisa color gris oscuro. Conidióforos oscuros, generalmente simples, conidias oscuras, con un septo longitudinal, variables en forma (globosa, elipsoidal u ovoide). Orden: Pleosporales Familia: Pleosporaceae Género: Curvularia sp. Textura afelpada de color gris oscuro; topografía lisa azulosa. Conidióforos cafés, la mayoría individuales, conidias apicales o
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