Oficina de Propiedad Intelectual y Comercialización de Tecnología

Contribución del Sistema de Centros Públicos de Investigación del CONACYT a la Seguridad Alimentaria de México mediante la Ciencia, Tecnología y la Innovación

ID. 038 IPICYT - Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica
Nombre DT: Biofungicidas y biofertilizantes para control biológico de los cultivos, derivado de la Cepa Trichoderma Citrinoviride.
 Tipo de innovación: Producto Fase: Escalamiento pre-comercial
Actual: TRL 5 Requiere: $1,000,000.00 Final: TRL 8
Sector económico al que atiende: Agricultura Áreas de aplicación: Agricultura, Alimentaria

Breve descripción de su DT.

El concepto de tratamiento de las semillas y plántulas de cultivos de importancia agrícola, implica el uso de agentes químicos o biológicos para controlar o contener la infección primaria del suelo, de la semilla o de la plántula por microorganismos que provocan enfermedades, que pueden llegar a afectar la producción en los cultivos de importancia agronómica. El tratamiento de las semillas y las plántulas juega un papel muy importante en la protección de las mismas contra enfermedades del suelo, que afectan la germinación de la semilla, la emergencia, establecimiento y el desarrollo de la plántula.

Hoy en día, en gran parte del mundo se utilizan en la agricultura protegida (invernaderos) los cultivos libres de suelo. Dependiendo del país, los agricultores utilizan una compleja variedad de tecnologías que ofrecen varias ventajas sobre las tradicionales de cultivo en suelo. En los casos donde los suelos están contaminados por residuos químicos o infestados por patógenos de las plantas que persisten por años, o cuando la excesiva salinidad provoca problemas de agua, los cultivos libres de suelo son una excelente alternativa. La principal ventaja de los cultivos libres de suelo es que las plantas crecen en un ambiente controlado. Por ejemplo, el suministro de nutrientes, la conductividad eléctrica, el pH y la temperatura pueden ser monitoreados y manipulados por el agricultor. Esto provee de un ambiente ideal para el crecimiento y desarrollo de las plantas que se ve reflejado en un incremento significativo en los rendimientos, comparado con los métodos tradicionales de cultivo. Hoy en día, la mayoría de los cultivos en condiciones de invernadero utilizan substratos artificiales que mejoran el control del agua, la aireación, la nutrición y una mejor distribución de la raíz en el sustrato.

En estos sistemas de cultivos, la contaminación microbiana del sistema radicular de la planta puede surgir de varias fuentes: el material vegetal, el medio de crecimiento, la fuente de agua, etc. La colonización de las raíces de las plantas por hongos y bacterias patógenas es favorecida por al menos tres factores: 1) la uniformidad genética de las plantas; 2) las condiciones ambientales, i.e. las condiciones de temperatura y humedad; y 3) la rápida dispersión de los agentes colonizadores de la raíz a través del sistema de riego vía el reciclado de los nutrientes. Sin embargo, la actividad de los microorganismos puede ser patogénica o benéfica, así que dos escenarios son posibles: 1) Una de las razones para el desarrollo de cultivos libres de suelo fue el prevenir las enfermedades de la raíz causadas por microorganismos patogénicos. Aunque se ha reportado un decremento en la diversidad de los microorganismos que infectan la raíz, con cierta frecuencia ocurren brotes de enfermedades en los sistemas hidropónicos y pueden llevar a ser más devastadores comparados con los cultivos en el suelo. Algunas enfermedades han sido amenazadoras para los cultivos libres de suelo, lo que nos indica que solo algunas enfermedades del suelo son observadas con éste método de cultivo. 2) El papel de la microbiota natural para suprimir ciertas enfermedades fue demostrado al comparar los sistemas con y sin su microbiota original.

Las condiciones ambientales en los invernaderos son controlados y pueden ser optimizados con el uso de agentes antagónicos de los patógenos de las plantas. El vacío biológico y el limitado volumen de la matriz del sustrato libre de suelo puede facilitar la introducción, establecimiento e interacción de los agentes de control biológico con el ambiente de la raíz. En este sentido, existe una gama de bacterias (Pseudomonas, Burkholderia, Bacillus, Serratia, Actinomycetes) y hongos (Trichoderma, Penicillium, Gliocladium, non-pathogenic Fusarium) y oomicetos (Pythium) que han sido probados como agentes de control biológico en cultivos en sistemas libres de suelo en condiciones de invernadero. Los mecanismos de acción de estos agentes de control biológico puede ser dividido en varias categorías: competencia por nutrientes y espacio, parasitismo, antibiosis e inducción de la resistencia sistémica. Sin embargo, el biocontrol de las enfermedades de la raíz es a menudo ineficiente y solamente pocos antagonistas están disponibles comercialmente o tienen que importarse de países como Los Estados Unidos, Holanda o Israel.

En el IPICYT hemos identificado y patentado diversas cepas de hongos biofungicidas endémicas del estado de San Luis Potosí, con actividad promotora del crecimiento vegetal (MX/a/2011/008890, MX/a/2012/010977 y dos más están en trámite), que además brindan resistencia a enfermedades a cultivos de tomate y chile.  Estas cepas han sido probadas con éxito en cultivos de chile en el valle de Villa de Arista en el estado de San Luis Potosí. Además, una de estas cepas se transfirió a la Junta Local de Sanidad Vegetal del Altiplano centro del estado de San Luis Potosí, la cual ha tenido un impacto positivo en las cosechas en la región.

Problema a resolver.

La horticultura es una de las actividades más importantes desde el punto de vista económico y social. Entre las principales hortalizas cultivadas en México se encuentran el tomate y el chile. Una de las principales limitantes en la producción de estas hortalizas, son las enfermedades bacterianas, fúngicas y virales, las cuales llegan a generar pérdidas hasta del 100%. En la mayoría de los casos, las enfermedades son combatidas con la aplicación de pesticidas químicos, los cuales resultan altamente tóxicos para el hombre y son poco amigables con el medio ambiente.

El gran interés despertado por el control biológico de patógenos de plantas es una respuesta en gran parte a la creciente preocupación de la sociedad acerca del uso de pesticidas químicos. Se ha reportado que más de 70 pesticidas incluyendo fumigantes de suelo han sido detectados en aguas del subsuelo en 38 estados de la Unión Americana. Un estudio publicado por la agencia estadounidense de protección ambiental (EPA) indica que tan solo en los Estados Unidos de 3000-6000 casos de cáncer son inducidos anualmente por residuos de pesticidas en alimentos y otros 50-100 por la exposición a estos durante su aplicación (Elad y Chet, 1995). El gobierno de muchos países esta cada día más consciente de la problemática de muchos pesticidas químicos en términos de su impacto en el medio ambiente así como en los agricultores y los consumidores de productos agrícolas. Además, los patógenos han llegado a adquirir resistencia contra los pesticidas, en consecuencia, deben buscarse métodos alternativos para el control de las enfermedades de plantas. La reducción o el reemplazo de químicos pueden llevarse a cabo con la aplicación de microorganismos benéficos que ataquen directamente a los patógenos, que promuevan el crecimiento y que induzcan el sistema de defensa de las mismas plantas o todas.

Sin embargo, antes de que el control biológico llegue a ser un componente importante en el manejo de enfermedades de plantas, este debe ser efectivo, confiable, consistente y económico. Para alcanzar estos criterios, se deben desarrollar o encontrar cepas superiores junto con sistemas de aplicación que incrementen la actividad biocontroladora.

Los agentes de control biológico pueden funcionar a través de varios modos de acción como: la antibiosis, el parasitismo, la competencia, la hipovirulencia, y la inducción de respuestas de defensa de las plantas. Es de primordial importancia conocer la proporción y temporalidad de cada modo de acción que pueda llevarse a cabo. Este tipo de información puede obtenerse de estudios in vitro o usando plantas crecidas bajo condiciones gnobióticas, donde la actividad potencial de estos agentes puede ser valorada.

Ventaja de su DT

Actualmente en el mercado de las Trichodermas existen diferentes productos que han optado por los beneficios que trae consigo la cepa para proteger el equilibrio entre los microorganismos deseables y los indeseables, siendo una importante herramienta para el control biológico de los cultivos. A continuación, se nombran algunos de los productos más comunes en el mercado y que cuentan con un buen posicionamiento de marca:

  1. Nutri-Life Tricho-Shield*:  Hongos beneficiosos para mejorar el equilibrio entre los microorganismos deseables e indeseables en la superficie de las hojas y en el suelo.
  2. Bio-Cure-F*: Es un fungicida biológico que contiene las esporas de conidias y los fragmentos de micelio de la cepa de hongo antagonista selectivo, Trichoderma viride.
  3. RootShield Granules*: Trichoderma harzianum microbe: Sobre la base de la gran eficacia hongo Trichoderma harzianum híbrida, la cepa T-22, Rootshield protege las raíces de muchos patógenos, incluyendo Pythium, Rhizoctionia, Fusarium, Thielaviopsis y Cylindrocladium.

Sin embargo, es importante mencionar que las cepas que actúan como Biofungicidas en el mercado pertenecen a la clasificación de Trichoderma T22 o a la T44 mismas que al enfrentar las pruebas de laboratorio realizadas para validar el concepto de la eficiencia de la Trichoderma Citrinoviride, presentaron rendimientos menores o iguales a los de la cepa de experimentación, pero no lograron superarla, por lo que este proyecto se cobra una gran relevancia para poder validar su funcionamiento en esquemas de agricultura protegida y poder presentar entonces un producto innovador con grandes oportunidades de mercado en caso de obtener resultados replicados del laboratorio a un entorno real.

Explicar avance o fase de su DT

El proyecto que nos permitió dará avance a la siguiente fase del TRL llevando el desarrollo tecnológico del laboratorio a un ambiente relevante se realizó en el Valle de Villa de Arista, San Luis Potosí. La zona de trabajo se encuentra localizada en la parte norte de la capital del estado, zona centro, con las siguientes coordenadas 100°51’ de longitud oeste y 22°39’ de latitud norte, con una altura de 1,610 msnm. Sus límites son al norte, al este y al sur con Villa Hidalgo, al oeste con Moctezuma y al suroeste con San Luis Potosí, su distancia aproximada a la capital es de 97 km.
Se usó un lote comercial de chile poblano muy susceptible a la enfermedad conocida como pudrición de la raíz provocada por oomicetos como Phytophthora capsici (de Bary), hongos como Rhizoctonia solani (J.G.Kuhn), Fusarium spp., (Schitdl), en el municipio de Moctezuma, San Luis Potosí.

Para el aislamiento de microorganismos benéficos en plantas de chile, se procedió de la siguiente manera:

  1. Se recolectaron plantas de chile con apariencia sana y robusta, creciendo en zonas con plantas muy enfermas.
  2. Recolectaron plantas con síntomas de enfermedad
  3. Se procedió a aislar a los fitopatógenos y realizar los ensayos de confrontación in vitro y de protección en invernadero
  4. Las raíces fueron separadas y cortadas en fragmentos
  5. Cajas de Petri con medios PDA para hongos o LB bacterias.
  6. Extrajo DNA posterior PCR (rDNA 16S) con oligonucleótidos específicos para bacterias y para hongos (rDNA 18S)
  7. Los fragmentos resultantes fueron clonados y secuenciados

¿Ha hecho pruebas de concepto de su DT?

Tratamiento para la evaluación de cepas antagónicas

Tratamiento Nomenclatura   Nombre Científico
1 Th1 T. harzianum
2 TvG-42 T. virens
3 IMI206040 (Ta) T. atroviride
4 Th22 T. harzianum
5 Tc T. citrinoviride
6 Tp T. piluliferum
7 Químico Clorotalonil+Metalaxil

¿Ha validado los componentes  de su DT en entorno de laboratorio?

Mediante experimentos de confrontación y en base a su capacidad para sobrecrecer a los aislados de los hongos fitopatógenos. Los aislamientos probados fueron: T. harzianum  (Th1), T. harzianum (T 22),  cepa comercial TvG-42 (T. virens) y T-22 (T. harzianum), en cultivos duales, contra los fitopatógenos: Rhizoctonia solani (J.G.Kuhn) (Rs), Fusarium oxysporum  (Schtdl)  (Fo), Phytophthora capsici (de Bary) (Pc), Sclerotium cepivorum  (Fuckel) (Sc).

  1. Se inocula la Cepa de Trichoderma
  2. Se inocula con el Patógeno
  3. Tras 72 hrs. Se evalua el crecimiento de los microorganismos.
  4. Se pone una membrana sobre el medio
  5. Se inocula con la cepa de trichoderma
  6. 36 hrs después se retira la membrana
  7. Se inocula el patógeno
  8. De 72 a 96 hrs después se evalúa el crecimiento del patógeno.

¿Ha validado los componentes  de su DT en campo?

Evaluación de las Cepas Trichoderma en Campo

  1. Se usaron 8 surcos de aproximadamente 90 m de largo por 1.30 m entre surcos, con un aproximado de 300 plantas por surco.
  2. Análisis Estadístico del efecto de las distintas cepas de Trichoderma en Campo:

Con los datos de peso fresco y peso seco se realizó por medio de un análisis de varianza.

Con los conteos de plantas muertas en campo se realizó un análisis de varianza y prueba de comparación de medias de  Tukey (p≤0.5).

Resultados:

Cepa Invernadero Campo Origen
 Trichoderma harzianum    8  Arista, SLP
 Trichoderma harzianum  3    Arista, SLP
 Trichoderma harzianum    3  Cd. Fernández, SLP
 Trichoderma citrinoviride    3  San Felipe, Gto
 Trichoderma piluliferum    2  Río Verde, SLP
 TOTAL  3  16  19

Como resultado se obtuvo que la combinación de arroz con vermiculita (25%/75%) resultó ser la mejor fórmula con una producción de 3.5x1010 unidades formadoras de colonia (UFC) por gramo de sustrato para cepas de T. harzianum, y de 5.4 x 109 para la cepa de T. citrinoviride. Para trigo las UFC fueron: 4.5 x 109 por gramo de sustrato para T. harzianum

¿Ha validado su DT en un entorno real?

En el IPICYT hemos identificado y patentado diversas cepas de hongos biofungicidas endémicas del estado de San Luis Potosí, con actividad promotora del crecimiento vegetal (MX/a/2011/008890, MX/a/2012/010977 y dos más están en trámite), que además brindan resistencia a enfermedades a cultivos de tomate y chile.  Estas cepas han sido probadas con éxito en cultivos de chile en el valle de Villa de Arista en el estado de San Luis Potosí. Además, una de estas cepas se transfirió a la Junta Local de Sanidad Vegetal del Altiplano centro del estado de San Luis Potosí, la cual ha tenido un impacto positivo en las cosechas en la región.

De acuerdo a los sectores elegidos ¿Qué otro tipo de aplicación/uso pudiera tener su DT?

"La escala del mercado es internacional; el número de productos que contienen Trichoderma se encuentran en el mercado internacional y sigue creciendo de manera exponencial en los últimos años con más de 250 productos disponibles.

El objetivo general de la presente propuesta es incrementar la calidad en los cultivos de tomate y su rendimiento en un 10% con la aplicación de Trichoderma citrinoviride en los invernaderos del Centro de Producción Santa Rita S.A. de C.V., sucursal Villa de Arista, S.L.P.

La horticultura es una de las actividades más importantes desde el punto de vista económico y social. Entre las principales hortalizas cultivadas en México se encuentran el tomate y el chile. Una de las principales limitantes en la producción de estas hortalizas, son las enfermedades bacterianas, fúngicas y virales, las cuales llegan a generar pérdidas hasta del 100%.

El gran interés despertado por el control biológico de patógenos de plantas es una respuesta en gran parte a la creciente preocupación de la sociedad acerca del uso de pesticidas químicos. Se ha reportado que más de 70 pesticidas incluyendo fumigantes de suelo han sido detectados en aguas del subsuelo en 38 estados de la Unión Americana. Un estudio publicado por la agencia estadounidense de protección ambiental (EPA) indica que tan solo en los Estados Unidos de 3000-6000 casos de cáncer son inducidos anualmente por residuos de pesticidas en alimentos y otros 50-100 por la exposición a estos durante su aplicación (Elad y Chet, 1995). El gobierno de muchos países esta cada día más consciente de la problemática de muchos pesticidas químicos en términos de su impacto en el medio ambiente así como en los agricultores y los consumidores de productos agrícolas

De obtener los resultados positivos esperados de la experimentación de Trichoderma en un ambiente de esquema de agricultura protegida y de obtener una mejora considerable en los rendimientos de la producción e los cultivos de tomate, se procederá a un análisis de viabilidad comercial del que se pretende fijar una estrategia de transferencia tecnológica y de penetración al mercado. Esta última puede tratarse de un esquema de licenciamiento para la explotación de la patente o bien de crear una Empresa de Base Tecnológica  que se destine para la creación, formulación y producción de Biofungicidas a escala industrial."

¿Cuáles son sus planes futuros para desarrollar su tecnología?

"La finalidad de someter esta propuesta ante el programa de estímulos a la innovación es la de obtener una validación tecnológica integral y certificada del uso de Trichoderma Citrinoviride en el cultivo de tomate bajo esquema de agricultura protegida así como en uso de sustrato de fibra de coco como en suelo y en invernaderos de alta, mediana y baja tecnología con el objetivo de mejorar la calidad e incrementar en un 10% del rendimiento en los cultivos de tomate  y certificar los resultados obtenidos del experimento mediante un tercero.

Una vez obtenida la documentación de los resultados de la validación tecnológica se procederá a realizar un análisis de inteligencia comercial para detectar la viabilidad de comercializar el biofungicida y entonces proceder a la creación de una Empresa de Base Tecnológica o bien generar un esquema de licenciamiento comercial para la explotación económica del biofungicida, pero todas estas actividades y posibilidades son contempladas para una segunda etapa del proyecto.

Este proyecto no pretende alcanzar trazas comerciales dentro del periodo de experimentación que será durante los próximos 3 meses  en que se ejercerán los recursos obtenidos del fondo por lo que el principal objetivo del presente proyecto es obtener la validación tecnológica pertinente para lograr un escalamiento en el TRL y llegar del actual nivel 5 a un nivel 6 o nivel 8 y certificar los resultados obtenidos para que en una segunda etapa del proyecto se pueda aplicar de nuevo al programa y lograr el escalamiento industrial y la validación comercial del producto final."

Interés comercial. ¿Existe alguna empresa o personas físicas interesadas en su DT? *

SI

 

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