UNIVERSIDAD DE COLIMA

MAESTRÍA EN CIENCIAS, ÁREA: CIENCIAS AGRÍCOLAS Y FORESTALES

“EFECTO DE LA VARIEDAD DE MAIZ SOBRE EL DESARROLLO Y SUSCEPTIBILIDAD DE LARVAS DE Spodoptera frugiperda (Lepidoptera:

Noctuidae) A Bacillus thuringiensis”

TESIS

QUE PRESENTA

RAYMUNDO FLORES HUESO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO

EN CIENCIAS, ÁREA: CIENCIAS AGRÍCOLAS Y FORESTALES

ASESOR Dr. Roberto Lezama Gutiérrez

TECOMÁN, COLIMA, MÉXICO Junio de 2000.

“EFECTO DE LA VARIEDAD DE MAIZ SOBRE EL DESARROLLO Y SUSCEPTIBILIDAD DE LARVAS DE

Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) A Bacillus thuringiensis”

Raymundo Flores Hueso Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad de Colima,

Apartado Postal No. 36, C.P. 28100, Tecomán, Colima.

RESUMEN

El gusano cogollero del maíz, Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) Lepidoptera:

Noctuidae), es una plaga importante en el cultivo del maíz; ataca a la planta en

todas las etapas de desarrollo (crecimiento, floración y fructificación), cuando

las infestaciones son altas puede resultar la pérdida total del cultivo. El control

químico es el principal método de combate de este insecto, con sus respectivos

efectos sobre el ambiente y la salud; sin embargo, dentro de un programa de

manejo integrado de plagas, con miras al desarrollo de una agricultura

sustentable, el uso de variedades resistentes y el control microbiano,

constituyen dos principales alternativas para disminuir el uso de plaguicidas.

En este estudio se evaluó el efecto de la variedad de maíz sobre el desarrollo y

la susceptibilidad de larvas de S. frugiperda a la bacteria Bacillus thuringiensis

(Berliner), variedad Kenyae, serotipo 007. En total se evaluaron 13 variedades,

6 criollos y 7 híbridos; se encontró que cuando las larvas se alimentaron con

hojas de los criollos Uruapeño y Grano ancho, los valores de CL50 de B.

thuringiensis fueron 0.087 y 0.097 mg/ml, respectivamente y cuando las larvas

fueron alimentadas con los criollos Grano rojo, Grano pinto, Tampiqueño olote

delgado y Grano negro, los valores de CL50 oscilaron entre 0.101 y 0.180

mg/ml. Cuando las larvas se alimentaron con follaje de los híbridos V-526, P-

3288 y P-3086, los valores de CL50 de Bt fueron 0.072, 0.073 0.095 y mg/mI,

respectivamente; con los híbridos B-810, Ceres 7, H- 910 y amarillo forrajero,

los valores de CL50 encontrados fluctuaron entre 0.109 0.181 mg/ml.

Por otro lado, al evaluar la susceptibilidad de larvas, de tercero y quinto estadio

a la bacteria B. thuringiensis, alimentadas con follaje de las variedades de maíz

criollo o híbrido, en los cuales las larvas neonatas presentaron mayor y menor

susceptibilidad a Bt, se encontró que los valores de CL50 de la bacteria se

invirtieron, con respecto a la susceptibilidad encontrada en larvas neonatas, de

acuerdo a las variedades con las cuales fueron alimentadas las larvas.

También se encontró que el valor de la CL50 de la bacteria se incrementó de

acuerdo a la edad de la larva sin importar la variedad; y también, que el peso

de las larvas y pupas varía de acuerdo la variedad de la cual se alimentan.

Los resultados de esta investigación demuestran que la variedad de maíz

afecta el desarrollo y peso de larvas y pupas, así como la susceptibilidad de las

larvas a la B. thuringiensis. Así mismo, dentro de la perspectiva de utilizar a Bt

en interacción con la resistencia vegetal, dentro de un programa de manejo

integrado, se debe considerar el valor de CL50 de la bacteria, de acuerdo a la

edad de la larva y la variedad de maíz, cultivado.

CONTENIDO

Página RESUMEN……………………………………………………………………………… I

CONTENIDO……………………………………………………………………………. III

LISTA DE CUADROS………………………………………………………………….. V

I INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 1

ll ANTECEDENTES…………………………………………………………………….. 7

2.1 El cultivo de maíz………………………………………………………………. 7

2. 1 . 1. Generales……………………………………………………………… 7

2. 1 . 2. Las zonas maíceras en el estado…………………………………… 8

2. 1 . 3 Plagas…………………………………………………………………… 8

2.2 El gusano cogollero S. frugiperda…………………………………………….. 9

2. 2 . 1 Posición taxonómica…………………………………………………… 9

2 . 2 . 2 Origen y distribución geográfica……………………………………... 10

2 . 2 . 3 Descripción y biología.………………………………………………... 11

2 . 2 . 4 Plantas hospederas…………………………………………………… 12

2 . 2 . 5 Daños…………………………………………………………………… 12

2 . 2 . 6 Métodos de control……………………………………………………. 13

2.3 La bacterias entornopatógenas……………………………………………….. 15

2. 3 . 1 Bacillus thuringiensis…………………………………………………... 15

2 . 3 . 2 Las toxinas del Bt……………………………………………………… 16

2 . 3 . 3 Producción comercial…………………………………………………. 17

2. 3. 4 Modo de acción…………………………………………………………. 17

2 . 3 . 5 . Resistencia varietal………………………………………………….. 18

2 . 3. 6 . El manejo integrado………………………………………………….. 20

III MATERIALES Y METODOS……………………………………………………….. 23

3.1. Lugar de la experimentación…………………………………………………. 23

3.2. Etapas del desarrollo experimental………………………………………….. 23

3.3 Material biológico……………………………………………………………….. 23

3. 3 . 1 Las variedades de maíz.………………………………………………. 23

3 . 3 . 2 La bacteria B. thuringiensis…………………………………………... 24

3 . 3 . 3 . El insecto prueba…………………………………………………….. 24

3.4 Experimentos…………………………………………………………………… 25

3. 4 . 1. Evaluación de la susceptibilidad de larvas neonatas de S.

frugiperda, alimentadas con hojas de 13 variedades de maíz, a la

bacteria B. thuringiensis variedad kenyae, serovar 007…………………….

25

3. 4 . 2 Susceptibilidad de larvas de 3º y 5º estadio de S. frugiperda, a la

bacteria B. thuringiensis, alimentadas con hojas de maíz de las

variedades seleccionadas, en base a los valores de CL50 altos y bajos de

Bt, obtenidos del bioensayo anterior…………………………………………..

25

3. 4 . 3. Evaluar el efecto de la alimentación de larvas con follaje de

maíz, de diferentes variedades, sobre el desarrollo de las

larvas……………………………………………………………………………...

26

IV RESULTADOS 28

4.1 Susceptibilidad de larvas neonatas de S. frugiperda, alimentadas con

hojas de 13 variedades de maíz, a la bacteria B. thuringiensis variedad

kenyae, serovar 007………………………………………………………………...

28

4.2 Susceptibilidad de larvas de 3º y 5º estadio de S. frugiperda, a la

bacteria B. thuringiensis, alimentadas con hojas de maíz de variedades

seleccionadas, en base a los valores de CL50 altos y bajos de Bt, obtenidos

del bioensayo anterior………………………………………………………………

29

4.3. Efecto de la alimentación de larvas con follaje de maíz, de diferentes

variedades, sobre el desarrollo de las larvas…………………………………….

31

V DISCUSION…………………………………………………………………………… 33

VI CONCLUSIONES……………………………………………………………………. 36

VII LITERATURA REVISADA…………………………………………………………. 37

LISTA DE CUADROS

Página

Cuadro 1. Características y etapa de síntesis de toxinas de B. thuringiensis…… 16

Cuadro 2. Valores de CL50 de la bacteria B. thuringiensis, en larvas de S.

frugiperda, alimentadas con cada una de las variedades

evaluadas…………………………………………………………………..

29

Cuadro 3. Valores de CL50 de B. thuringiensis en el estadio larval 3º de S.

frugiperda, alimentando a las larvas con hojas de maíz de diferentes

variedades………………………………………………………………….

30

Cuadro 4. Valores de CL50 de B. thuringiensis en el estadio larval 4º de S.

frugiperda, alimentando a las larvas con hojas de maíz de diferentes

variedades………………………………………………………………….

31

Cuadro 5. Tiempo de desarrollo y peso de larvas y pupas de S. frugiperda

alimentadas con cuatro variedades de maíz…………………………..

32

1

I INTRODUCCION

Una civilización avanzada, con sus conglomerados industriales, artes y

comodidades dependen en gran medida de la capacidad humana para

administrar el sistema ecológico, del cual forma parte, de tal manera que una

fracción pequeña del grupo pueda producir alimentación y energía para todos.

La producción de alimento suficiente, para la población mundial, exige no sólo

una aplicación más eficaz de las tecnologías actuales en la producción de

cosechas, sino la adquisición y uso efectivo, de los nuevos conocimientos en

muchos aspectos de la agricultura.

Cada vez es mayor el crecimiento de la población en el mundo y

particularmente en este país, en donde se está demandando más y mejores

alimentos. En México la dieta está constituida básicamente de maíz, cuya

producción en grano, no se es suficiente. Como es conocido, el cultivo del

maíz, es uno de los cereales de vital importancia en el mundo, tanto por el

grano como por el forraje producido, por su utilización para consumo de

humano y de diferentes especies animales. Se conoce que las reacciones de

los organismos vegetales cambian en función, de una serie de factores del

medio ambiente bióticos y abióticos, a que se hallan expuestos, lo que trae

como consecuencia una variación importante, en la calidad y rendimiento

(Huston, 1993).

Uno de los métodos de protección de cultivos es principalmente el uso de

agroquímicos (Lise et al., 1998). Además, el cambio a sistemas de cosechas

continuas o intensivas, con el uso de paquetes tecnológicos, que implica la

utilización de insumos tales como fertilizantes e insecticidas químicos, en

amplias zonas agrícolas, ha creado problemas graves de plagas; por otro lado,

la creciente demanda de productos agrícolas libres del ataque de insectos y al

mismo tiempo de residuos de plaguicidas, ha ocasionado la necesidad de

buscar alternativas de control. Actualmente, existe gran competencia en las

operaciones agrícolas y forestales y en el caso de muchos productos, la

ganancia es pequeña aunque se obtenga una máxima producción.

2

Como es conocido, durante la producción de la mayoría de los alimentos,

forrajes y/o fibras naturales, indispensables para el hombre, los insectos

destruyen una parte de dichos productos. Los insectos también son vectores de

organismos causantes de enfermedades graves en plantas, animales y el

hombre. Existen miles de especies de insectos plaga, difundidas en la mayoría

de las regiones terrestres, donde pueden vivir; su permanencia se limita a los

lugares accesibles que les proporcionan comida y condiciones climáticas

adecuadas, para su crecimiento y desarrollo, así como bióticos esenciales.

Los insectos plaga tienen una gran adaptabilidad y se han acomodado a

muchas condiciones y situaciones ecológicas del mundo; no sólo se adaptaron

para sobrevivir en épocas pasadas, sino que siguen haciéndolo a pesar de los

cambios hechos por el hombre, o de los cambios ecológicos naturales. Las

pérdidas debido a plagas y enfermedades, han sido estimadas en un 37% de la

producción agrícola mundial, con un 13% a causa de los insectos (Gatehouse

et al., 1992).

Algunas especies de insectos son plagas durante todo el año, otras sólo en

determinadas estaciones. Las plagas de insectos pueden ser activas sólo en

ciertos años y otros no. La distribución de las plagas de insectos puede

cambiar durante una cosecha. Los factores que afectan la distribución y

actividad son variables, por tanto la distribución de plagas de insectos cambia

constantemente. A pesar de ello, a menudo las mismas plagas de insectos

dañan año tras año el mismo cultivo o las mismas regiones.

En los Estados Unidos de Norteamérica, se calcula que entre 150 y 500

especies causan graves daños; sin embargo, se estima que cerca de 6,000

especies de insectos se convierten en plagas en forma ocasional, y rara vez

causan daños de importancia. También; en otros países del mundo los cultivos

sufren infestaciones por una gran diversidad de insectos. Este problema, es

uno de los más importantes que afronta la agricultura moderna en el mundo, y

esta en incremento por el empleo desmedido de los agroquímicos, que en si

mismo representan un gran peligro para la salud del hombre.

3

Uno de los objetivos del manejo y control de plagas de insectos es crear y

mantener condiciones, que impidan que los insectos causen problemas de

importancia económica. Esto se logra evitando que se establezcan o que se

diseminen, mediante la prevención o el control de las infestaciones a un nivel

que sea el mínimo posible. Lo anterior se debe condicionar al mínimo costo y

que no haya riesgos tanto para el hombre como para otros integrantes del

ambiente; o sea, que el control de las plagas se realice de manera sostenible

(Behle et al., 1997).

Los cambios culturales, agrícolas y económicos, que han ocurrido en el mundo,

han tenido una influencia profunda en el control de plagas de insectos; se

insiste en que las medidas de control no causen daño al hombre o al ambiente.

Desde el aspecto económico, un buen control se debe basar tanto en los

resultados inmediatos como en los efectos a largo plazo. Se deben evitar las

prácticas de control que impliquen dificultades futuras, aun cuando produzcan

excelentes resultados inmediatos (National Academy of Sciences (NAS), 1992).

El control biológico de plagas, mediante el uso de insectos parásitos,

depredadores y patógenos, como hongos, bacterias, virus, nematodos y

protozoarios, así como el uso de feromonas o la utilización de la resistencia

morfológica o química de las plantas, en forma integrada con otras medidas de

control, como cultural o legal, constituye una estrategia de manejo integrado de

plagas dentro de una programa de agricultura sustentable. No obstante lo

anterior, por lo general, el control biológico de plagas, se realiza con la

aplicación de un sólo agente de control y poco se ha estudiado, la asociación

de la resistencia natural del vegetal y el uso de agentes biológicos de control

(Bergman y Tingey, 1979).

Conociendo la necesidad y los inconvenientes del uso del control químico,

como única herramienta de control del gusano cogollero Spodoptera frugiperda

(J. E. Smith) en maíz, incluyendo el elevado costo de los productos, surge la

necesidad de buscar otros medios de control, como el desarrollo de variedades

de maíz resistentes al ataque de este insecto y el uso de agentes

entomopatógenos para su control, que son alternativas deseables, tanto

4

económica como ecológicamente. Se reporta, que el control biológico puede

ser mejorado con el uso concurrente de la resistencia de la planta hospedera

(Hamm y Wiseman, 1986; Wiseman y Hamm, 1993; Epsky y Capinera, 1993,

Molina et al., 1999).

El uso sólo o simultáneo de la resistencia de la planta hospedera y el control

biológico, es una efectiva táctica de manejo de plagas y pueden combinarse

con otras tácticas de control, varios autores mencionan, los efectos deletereos

de la resistencia vegetal sobre el tercer nivel trófico (el agente de control

biológico) (Painter, 1951; Bergman y Tingey, 1979; Adkisson y Dyck, 1980;

Smith, 1989; Barbosa, et al., 1991; Barbercheck, 1993; Meade y Hare, 1995).

Aun más otros reportes mencionan que el éxito de los agentes de control

biológico están relacionados con la variedad o la química de la planta (Price et

al., 1980; Boethel y Eikenbary, 1986). También, que la química de la planta

hospedera puede afectar la virulencia de patógenos de insectos, por la acción

de sus metabolitos secundarios (Hare y Andreadis, 1983; Ramoska y Todd,

1985; Reichelderfer, 1991; Schultz y Keating, 1991), o mejorar su acción

(Molina et al., 1999).

La especie S. frugiperda es susceptible a 53 especies de parasitoides, de 43

géneros y 10 familias (Ashley, 1979); también, se tienen reportes de la

susceptibilidad de este insecto a 20 especies de entomopatógenos, que

incluyen hongos, bacterias, virus, protozoarios y nematodos (Gardner y Fuxa,

1980; Gardner et al., 1984). De ellos, la bacteria Bacillus thuringiensis Berliner

es la más utilizada, en el control biológico de larvas de lepidópteros (Cannon,

1996; Behle et al., 1997) y se le considera un agente de control biológico clave

dentro de un programa de manejo integrado de plagas (Trumble, 1990;

Entwistle et al., 1993; Tabashnik et al., 1997). Bernhard, et al. (1997) afirman

que el insecticida B. thuringiensis ha sido tan eficaz, como lo son los

insecticidas químicos convencionales.

El uso combinado, de la resistencia vegetal del maíz y B. thuringiensis ha sido

estudiado, en el Ostrinia nubialis (Hübner); esta integración, de alternativas de

control, es recomendada como viable en el manejo de plagas (Bolin et al.,

5

1996). Otra de las especies de insectos que más atacan al maíz,

principalmente en América Latina, es S. frugiperda, cuando la planta se

encuentra en su fase vegetativa (Williams y Buckley 1992), etapa considerada

como crítica para la planta (Borbolla, 1981). Este insecto ocasiona una

disminución importante en la producción del cereal.

En maíz, para el control del S. frugiperda, Hamm y Wiseman (1986) y Wiseman

y Hamm (1993) demostraron que la susceptibilidad de las larvas al virus de la

polihedrosis nuclear se incrementa con el uso de estigmas de maíz

incorporados en la dieta merídica. Del mismo modo Molina et al. (1997)

reportan que el uso de estigmas de maíz y de nematodos entomopatógenos,

inhiben en desarrollo larvas, alargan el período de crecimiento, prolongan el

tiempo de exposición al ataque de nematodos y mejora la actividad de los

nematodos entomopatógenos.

La asociación de Bt y plantas resistentes para el control de plagas ha sido

estudiado en Trichoplusia ni (Hübner) y Spodoptera exigua (Hübner) en apio

(Meade y Hare, 1995) y en muchas interacciones entre Bt con otros agentes de

control y se han obtenido resultados efectivos (Creighton et al., 1975, 1981;

Bell, 1978; Kea et al., 1978; Schuster et al., 1983; Felton y Dahlman, 1984;

Ludlum et al., 1991; Meade y Hare, 1994). También, se han reportado

resultados de incompatibilidad (Krischik et al., 1988; Navon et al., 1993). Sin

embargo, la interacción de Bt con plantas resistentes y la susceptibilidad de

larvas de S. frugiperda al complejo espora-cristal de Bt, alimentadas con

diferentes genotipos de maíz, no ha sido evaluada.

Con base en lo anterior, en este trabajo se plantea la hipótesis de que, el

desarrollo de S. frugiperda y su grado de susceptibilidad a la bacteria

entomopatógena B. thuringiensis, son dependientes de las cualidades de la

planta, con la cual se les alimenta.

6

Para probar esta hipótesis, se plantearon los siguientes objetivos:

1. Evaluar la susceptibilidad de larvas de S. frugiperda, a la bacteria

entomopatógena B. thuringiensis, alimentadas con hojas de diferentes

variedades de maíz.

2. Evaluar el efecto de la alimentación de larvas, con follaje de maíz de

diferentes variedades, sobre el periodo de desarrollo.

7

II ANTECEDENTES 2.1 El cultivo de maíz

El cultivo del maíz tiene importancia especial, dado que este cereal constituye

la base de alimentación de los latinoamericanos. Su origen no se ha podido

establecer con precisión, sin embargo, se puede afirmar que el maíz ya se

cultivaba en América Latina en la época precortesiana. El maíz, actualmente,

ocupa el segundo lugar en volumen de la producción mundial, después del

trigo; se cultiva en una superficie total de 106 millones de hectáreas, con una

producción de 449 millones de toneladas con un promedio de dos toneladas

por hectárea. Se adapta ampliamente a diversas condiciones ecológicas y

edáficas, razón por la que se le cultiva en casi todo el mundo (Benz, 1993).

2.1 .1 . Generales

Tres importantes cereales, cada uno asociado estrechamente con los orígenes

de grandes civilizaciones, aparecieron en los pasados 8000 a 10,000 años. El

maíz, Z. mays L., fue domesticado en el Hemisferio Occidental; el trigo y otros

cereales de su tipo, en el Cercano Oriente, y el arroz, en el Oeste de Asia

(Figueroa et al., 1994). El maíz ha sido utilizado como alimento, moneda y

religión, por el pueblo de México. Durante siglos, la historia nacional y las

condiciones de vida de los mexicanos han estado asociadas estrechamente a

su cultivo.

La representación de plantas de maíz, o partes de ella, en códices y cerámica

prehistórica, así como los estudios de fósiles, en varias culturas, indican que

México es el centro de origen primario. Se presume que el progenitor silvestre

del maíz existió hace 8 mil años (Beadle, 1939, 1980; Figueroa et al., 1994).

Actualmente en el estado de estado de Colima, el maíz es el cultivo anual de

mayor importancia, pues en cuanto a superficie sembrada ocupa el primer lugar

dentro de los cultivos básicos (INEGI, 1991).

8

El 83% del cultivo se siembra bajo condiciones de temporal, en terrenos en

donde la precipitación pluvial se presenta mal distribuida y en muchas

ocasiones es insuficiente, durante el ciclo del cultivo, acarreando consigo

problemas al productor por la obtención de bajos rendimientos (SARH-INIFAP-

CIAPAC, 1993). En el estado, la superficie total sembrada con cultivos anuales,

en 1991, fue de 55,772 ha, de éstas, el 78.1% corresponde a maíz (Hernández,

1989; INEGI, 1991).

2.1.2. Las zonas maíceras en el estado En el estado de Colima se tienen tres zonas ecológicas, caracterizadas por su

altitud, temperatura y precipitación; una de ellas la Zona Norte, que comprende

las comunidades de Quesería, del municipio de Cuauhtémoc; Cofradía de

Suchitlán, del municipio de Comala y el municipio de Minatitlán, en donde se

tienen rendimientos promedio comprendidos entre 4.9 a 6.6 toneladas de grano

por hectárea. La Zona Centro comprende las localidades del municipio de Villa

de Álvarez, Tepames, Colima; Camotlán de Miraflores, Manzanillo y

Coquimatlán, en esta zona se obtienen rendimientos promedio comprendidos

entre 3.8 y 5 toneladas de grano por hectárea (SARH-INIFAP-CIAPAC, 1993).

La Zona Costa abarca la región del municipio de Ixtlahuacán, Rincón de López

del municipio de Armería, y Madrid del municipio de Tecomán. Los

rendimientos del cultivo alcanzan las 2.4 y 3 toneladas por hectárea (SARH-

INIFAP-CIAPAC, 1993).

2. 1. 3 Plagas

En México como en otros países, al igual que el resto de los cultivos, el maíz

guarda una relación trófica entre éste y sus herbívoros o parásitos naturales,

los cuales al encontrar un ambiente favorable, aumentan su densidad

poblacional convirtiéndose en plagas. Las plagas atacan en diferentes edades

a las plantas y si no se controlan pueden reducir considerablemente el

rendimiento, ocasionando por consecuencia, una disminución en la producción

9

potencial del cultivo. Las plagas más importantes son los insectos debido a que

además de causar daño a la planta son portadores de enfermedades.

Las plagas de mayor importancia del cultivo son la gallina ciega, Phyllophaga

spp, gusano de alambre, Elateridae, Agrotis sp, Melanotus sp, larvas de

diabrótica, Diabrotica undecimpuntata y gusano trozador, Agrotis ipsilon, y

Chorizagrotis auxiliaris, que se alimentan de las raíces de plantas jóvenes,

debilitándolas y afectando su crecimiento, además las vuelven susceptibles al

acame. También el gusano cogollero, S. frugiperda, adultos de diabróticas, D.

undecimpuntata, chicharritas, Dalbulus elimatus, trips, Frankliniella occidentalis,

F. williamsi y Hercothrips phaseoli, gusano barrenadores del tallo, Zeadiatraea

lineolata, frailecillo, Macrodactylus infuscatus, M. mexicanus y M. marinus y

gusano elotero, Helicoverpa zea Boddie, que se alimentan de hojas, tallos,

flores o frutos (SARH-INIFAP-CIAPAC, 1993).

2.2 El gusano cogollero S. frugiperda

Más de tres siglos han pasado desde que S. frugiperda fue reconocida como

una plaga, causante de serios problemas en diversos cultivos (Wiseman et al.,

1983; Ashley et al., 1989; Simmons y Wiseman 1993), limitando muchas áreas

de éstos, en el Sureste de Estados Unidos, México, Centro y Sudamérica

(Wiseman y Davis, 1979; Pashley, 1988 ). A este insecto en México se le

localiza principalmente en las regiones tropicales y subtropicales registrándose

los mayores daños en los estados de: Michoacán, Guerrero, Morelos, Oaxaca,

Veracruz, Quintana Roo, Yucatán, Coahuila, Campeche, Chiapas, Chihuahua,

Valle de México, Durango, Guanajuato, Baja California Norte, Baja California

Sur y Colima.

2. 2. 1 Posición taxonómica

Este insecto está ubicado taxonómicamente en la familia Noctuidae, dentro del

orden Lepidoptera, su posición taxonómica se presenta a continuación (Banda,

1981).

10

Phylum . . . . Anthropoda

Subphylum . . . . Mandibulata

Clase . . . . . Insecta

Subclase . . . . . Pterygota

Orden . . . . . Lepidoptera

Suborden . . . . . Frenatae

Superfamilia . . . . . Noctuoidea

Familia . . . . . Noctuidae

Tribu . . . . . Predeninii

Género . . . . . Spodoptera

Especie. . . . . S. frugiperda (J. E. Smith)

2. 2. 2 Origen y distribución geográfica

El origen de S. frugiperda no está aún bien definido, sin embargo, Walton y

Luginbill (1917), Luginbill (1928), Vickery (1929) y Borbolla (1981), coinciden al

afirmar que esta especie tiene su origen en los trópicos del Continente

Americano, especialmente en América del Sur, ya que no posee diapausa

(Carpenter et al., 1983; Carpenter y Young, 1991). En el Hemisferio Occidental

se le ha encontrado desde el Sureste de Canadá hasta Chile y Argentina;

frecuentemente es abundante en las áreas agrícolas. Es una especie de

distribución tropical aunque se le encuentra también en zonas templadas

(Sparks, 1979; Andrews, 1980; Foott y Timmins, 1982; Abbas et al., 1989).

Es una especie endémica del Continente Americano, incluyendo Las Antillas y

el Caribe, sin embargo Tood y Poole (1980) mencionan la introducción de S.

frugiperda a Israel. En México se encuentra ampliamente distribuida en todas

las zonas agrícolas, principalmente en los Estados ubicados dentro del

Territorio Costero. En los Estados con altitudes superiores a los 2000 msnm

como Puebla, Tlaxcala, Hidalgo, Guanajuato, Querétaro y el Edo. de México,

en donde éste insecto tiene menos importancia económica (Andrews, 1988).

Aparentemente, las condiciones climáticas están significativamente

11

relacionadas con las frustraciones poblacionales y la dispersión de S.

frugiperda tal como ha sido señalado por Pashley (1986).

2. 2. 3 Descripción y biología

Los adultos son palomillas que miden aproximadamente 3.75 cm de extensión

alar. En el macho son de color pardo claro, con marcas oscuras y líneas

irregulares pálidas en el centro, mientras que las de la hembra son más

oscuras y grisáceas, con diseños menos notorios (Morón y Terrón, 1988). Los

adultos presentan hábitos nocturnos y tienen una longevidad que varía de 4 a 8

días, dependiendo de las condiciones ambientales; las hembras durante su

vida son capaces de producir hasta 3,600 huevecillos (Borbolla, 1981; Silvain,

1987).

Los huevecillos son puestos en masas que varían de 40, 150 y hasta 1500

huevos por masa, colocadas en el envés de las hojas, cubiertas por escamas

de la hembra. La incubación varía de 2 a 10 días (Luginbill, 1928; Borbolla,

1981); sin embargo, en Colima el tiempo de incubación varía de 24 a 72 h y un

100% de eclosión (observación personal).

Las larvas son del tipo cruciforme, de color pardo amarillento a pardo oscuro;

en sus regiones laterales son blanquecinas y presentan líneas longitudinales

laterales pálidas y moteadas. La cabeza es parda con reticulaciones y franjas

oscuras y en el último estadio alcanzan una longitud máxima de 30-38 mm. Las

larvas neonatas viven en grupos al principio y se separan posteriormente,

debido a sus hábitos caníbales, quedando en forma general una larva por

planta de maíz (Borbolla, 1981). Inicialmente las larvas comienzan a

alimentarse en el envés de las hojas, se dispersan y se dirigen al cogollo de la

planta de maíz; aquí se alimentan de las hojas en crecimiento, las cuales

posteriormente muestran perforaciones irregulares (Sparks, 1979; Lagunes et

al., 1985).

Las larvas pasan por seis estadios en un lapso que puede durar de 2 a 3

semanas; transcurrido este tiempo se introducen en el suelo para pupar. La

12

cabeza de las larvas es de color negro en los últimos estadios, con la sutura

epicraneal bien marcada; el cuerpo es cilíndrico, de color café gris dorsalmente

y verde ventralmente, con líneas dorsales y subdorsales visibles (Borbolla,

1981).

Las pupas son de tipo obtecta y miden cerca de 2 cm de largo; son de color

pardo rojizo, con el protórax más oscuro, encontrándose normalmente

enterradas en el suelo, donde permanecen una semana aproximadamente y

luego emergen como adultos; de esta forma, se reanuda su ciclo (Lagunes et

al., 1985).

2. 2. 4 Plantas hospederas

Este insecto se alimenta de una gran diversidad de especies vegetales; en el

Continente Americano es considerada la plaga más importante, pues ataca

más de 60 especies de plantas (Hernández, 1989), en diversas familias

vegetales y se le atribuye su polifagia a una carencia en la especialización de la

alimentación larvaria (Pashley, 1986). En Colima su alimentación se limita al

maíz y sorgo exclusivamente, y en muy raras ocasiones de otras especies de

vegetales, observación personal. Así en la relación existente entre la plaga y el

cultivo es necesario considerar una serie de factores que intervienen en forma

entrelazada.

Tanto la planta como la plaga son seres vivos, en los que ocurren cambios en

todo momento. Ambos están sujetos a cambios físicos y biológicos del

ambiente que los rodea, que también es dinámico. Por lo tanto, la capacidad de

la plaga de hacer daño depende, por una parte de la densidad poblacional

existente en el cultivo. Por otro lado, las plantas de distintas especies

reaccionan de un modo diferente ante los ataques de las plagas.

2. 2. 5 Daños

En la estimación del daño que causan los insectos a las plantas se debe

considerar el tipo de cultivo, variedades, densidad de plantas, hábitos de

13

crecimiento, base de desarrollo, condición y permanencia en el campo. La

parte de la planta afectada por la plaga determina a veces la magnitud e

importancia del daño. Las larvas se alimentan del cogollo o verticilo de las

plantas de maíz y sorgo en desarrollo. En el caso del maíz diversos autores

han tratado de determinar el efecto de la defoliación, causada por S. frugiperda

sobre los rendimientos del cultivo, llegando a conclusiones muy variables y en

algunos casos contradictorias (Clavijo, 1984); sin embargo, (Hernández, 1989)

menciona que las pérdidas del área foliar causadas por el ataque de cogollero

en cultivos de maíz afecta la actividad fotosintética de las plantas,

manifestándose estos daños de manera indirecta como una disminución del

rendimiento por hectárea.

En el cultivo del maíz, el desarrollo fenológico de la planta tiene una fuerte

influencia sobre el ataque de las poblaciones S. frugiperda. Este insecto inicia

su ataque cuando las plantas tienen alrededor de 5 a 6 hojas libres y a medida

que progresa la edad de la planta, las poblaciones del insecto también

progresan hasta alcanzar el punto de máxima infestación y este se presenta

cuando la planta tiene 10 hojas libres. Sin embargo, el ataque puede llevarse a

cabo en cualquier etapa del vegetal (Wiseman et al., 1977).

Los ataques del S. frugiperda, en el Occidente de México y en particular en el

Estado de Colima, se presentan en los dos ciclos de cultivo de maíz que son

realizados anualmente; las infestaciones larvarias de esta plaga, en la Zona

Costera, aparentemente están formadas por generaciones superpuestas, que

siguen un comportamiento similar en los dos ciclos vegetativos, aunque esta

distribución puede variar en los cultivos localizados en la zona norte del Estado

de Colima (Hernández, 1989).

2. 2. 6 Métodos de control

Las medidas de control de esta plaga varían con la variedad de maíz y el

estado de desarrollo de la planta (Young, 1979). La integración de medidas

fitosanitarias aumenta la posibilidad de lograr un control efectivo de las diversas

plagas que atacan el maíz durante sus distintas etapas de crecimiento, sin

14

embargo, hasta la fecha, el control de S. frugiperda se realiza mediante varios

métodos:

a) Control mecánico. Comprende una serie de medidas, básicamente de

limpieza, con la finalidad de eliminar todo refugio que sirva de protección al

insecto, principalmente durante el invierno.

b) Control químico. Es el más comúnmente empleado y se lleva a .cabo con la

aplicación de productos químicos; sin embargo, a través del tiempo los

insectos han adquirido resistencia a varios insecticidas (Landazabal, 1973;

Brattsten et al., 1986; Roush y McKenzie, 1987; Georghiou y Lagunes-

Tejeda, 1991; Yu, 1991, 1992). Comúnmente se aplican piretroides,

organoclorados, fosforados y carbomatos; los más usados son Sevín 80%

(a dosis de 1.5 Kg por hectárea); Paratión metílico CE (1.5 litros/hectárea);

Sevín 2 % granulado (15 a 20 kg por hectárea) y Lorsban 3% granulado (15

a 20 Kg/hectárea). La aplicación de los insecticidas debe de estar dirigida al

cogollo, cuando tres de cada 10 plantas presentan daño (SARH, 1993).

c) Control biológico. En la lucha contra las plagas agrícolas, mediante el

empleo de insectos benéficos, la Dirección General de Sanidad Vegetal, de

la Secretaría de Agricultura Ganadería y Desarrollo Rural (SAGAR), ha

impulsado los programas de control biológico, para disminuir la población de

una determinada plaga.

S. frugiperda es susceptible a insectos parásitos (Ashley, 1979); a

depredadores como insectos, arañas, aves, reptiles y anfibios, entre otros; así

como, a al menos 20 de entomopatógenos, dentro de ellos, hongos, bacterias,

virus, protozoarios y nematodos (Dicke, 1972; Gardner y Fuxa, 1980; Gardner

et al., 1984; Fuxa et al., 1988; Molina et al., 1996). De ellos, la bacteria B.

thuringiensis es el agente de control biológico más utilizado en el control de

lepidópteros en cultivos de grano y hortalizas (Behle et al., 1997).

15

2.3 La bacterias entomopatógenas

Las bacterias constituyen el grupo más numeroso y quizás el más estudiado

entre los microorganismos asociados con insectos (Bucher 1960, Heimpel

1967, Heimpel y Angus 1963, Anderson y Rogoff 1966, Falcon 1971). En

general los entomopatógenos bacteriales se agrupan en: a) cristalíferas

formadoras de esporas; b) patógenos obligados; c) patógenos facultativos y d)

patógenos potenciales. Las bacterias más importantes desde el punto de vista

del control de insectos son las aeróbicas formadoras del de esporas del género

Bacillus.

El género Bacillus tiene muchos representantes con características

entomopatógenas, y pertenece a la familia Bacillaceae (González y Bruce,

1980). Dentro del Orden Lepidóptera, las especies del género Spodoptera

presentan una variada susceptibilidad a B. thuringiensis aunque en ocasiones

han mostrado cierta resistencia a cepas y variedades del bacilo. Las bacterias

patógenas de insectos son organismos unicelulares, que tienen reproducción

por fisión y tienen motilidad; algunas producen esporas con capacidad de

formación de cristales, con acción patógena contra insectos (Angus, 1954;

Falcón, 1971; Tanada y Kaya, 1993; Knowles y Dow, 1993; Bauer, 1995).

La especie B. thuringiensis es considerada entre las bacterias patógenas de

insectos, con gran potencial de uso, en el manejo de poblaciones de insectos

plaga (McClintock et al., 1995; Aronson et al., 1986). Existe otro grupo de

bacterias a la cual, se le ha considerado como patógenas potenciales. La

mayoría de ellas pueden ser desarrolladas in vitro.

2. 3. 1 Bacillus thuringiensis

La especie B. thuringiensis (Bt), se ha aislado de muchos insectos en diversos

lugares del mundo. Actualmente se reconocen 34 variedades correspondientes

a 14 serotipos diferentes (Heimpel, 1967; De Barjac y Bonnefoi, 1968; Hall et

al., 1977; De Barjac y Frachon, 1990), de las cuales las más importantes son

thuringiensis e israelensis. Las especie B. thuringiensis es tóxica ya que

16

produce protoxinas durante la fase de esporulación (Aronson et al., 1986;

Gawron-Burke and Baum, 1991) y las esporas pueden germinar lenta o

rápidamente dependiendo de la etapa en que sea utilizada (Bon et al., 1969).

2. 3. 2 Las toxinas del Bt

Durante su ciclo reproductivo Bt produce varios metabolitos tóxicos (toxinas) de

diferentes clases, como se muestra en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Características y etapa de síntesis de toxinas de B. thuringiensis.

TOXINA ETAPA DE PRODUCCIÓN

CARACTERISTICAS REFERENCIA

Delta-Endotoxina Beta-Exotoxina Alfa-Exotoxina Gama-Exotoxina

Fase estacionaria Fase logarítmica Fase logarítmica Fase logarítmica

Glicoproteina mantenida en el cristal. Es termolábil y soluble en álcalis. Adenin nucleótido, soluble en agua y estable al calor. Proteína termolábil, soluble en agua. Enzima no identificada.

Meyer, 1986, Mohad-Salleh y, Temeyer, 1984. Lüthy, 1983. Burges, 1982, Haufler y Sindey, 1985; Ignoffo, 1974. Meyer, 1986, Mohad-Salleh y. Mohad-Salleh y.

Por lo general, para un desarrollo eficaz de los bioinsecticidas, se requieren de

pruebas de laboratorio, con el fin de seleccionar microorganismos

entomopatógenos más sobresalientes. Esta selección se realiza a través del

desarrollo de bioensayos, para conocer su actividad tóxica y su mecanismo

patogénico (Krieg y Herbert, 1984; Lidstone y Khachatourians, 1985).

17

2.3.3 Producción comercial

El desarrollo comercial de formulaciones a base de Bt se ha incrementado

ampliamente y de manera exitosa, debido a que su uso en el control de

insectos perjudiciales para la agricultura ha dado respuesta a las expectativas

de los productores (Falcon, 1971; Krieg y Herbert, 1984; Stanier et al., 1986).

Este insecticida microbiano es producido en algunos países como Francia,

Alemania, Checoslovaquia y Estados Unidos; las presentaciones del

bioinsecticida se encuentran como formulaciones en polvo humectable o

líquidos, granulados o en aerosol, los cuales contienen como ingrediente activo

esporas, cristales, células vegetativas, o mezclas de ellas.

Algunas de las formulaciones llevan como nombre de Biotrol, Thuricide, Dipel,

Lavatol, Agritol, Sporeine y Bakthane. Estas formulaciones son específicas

para insectos, no causa daño a humanos y no produce residuos tóxicos. Lo que

le permite ser utilizado en pastizales, cultivos frutícolas, hortícolas, forestales,

ornamentales, etc. (Fernández y Estefania, 1974).

2. 3. 4 Modo de acción

La principal propiedad insecticida de todas las cepas de Bt es su capacidad de

producir o sintetizar cristales proteicos de delta-endotoxinas (Krieg et al., 1968),

cuyo potencial tóxico varía, no sólo con las diferentes cepas, sino también el

medio que se utilice para su producción; además influye sobre este potencial

tóxico otros factores como temperatura, edad y vigor del insecto (Dulmage,

1971). Esta bacteria afecta al epitelio del intestino medio en el insecto tratado;

ésta es la parte inicial del proceso de infección, en donde se realiza el ataque

de la toxina (Fast, 1974; Fast et al., 1978; Huber y Luthy, 1983; Knowles et al.,

1984; Singh et al., 1986a; Gill et al., 1992), para lo que debe ser ingerida por el

insecto (Thomas y David, 1983). Las delta endotoxinas son considerados como

venenos intestinales, por lo que deben ser consumidas por el insecto

susceptible (Knowles y Dow, 1993).

18

Las proteínas son sintetizadas como protoxinas cristalinas insolubles, las

cuales se disuelven y son activadas en el intestino del insecto antes de

aparecer s us efectos. El intestino de la mayoría de los insectos tiene un pH

muy alto (Dow, 1986) y esto es esencial para solubilizar a la mayoría de las

protoxinas de Bt, las cuales son generalmente solubles solo arriba de pH 9.5.

Los intestinos medios de las larvas de estos insectos también tienen proteasas

necesarias para convertir las protoxinas a toxinas y quizás receptores sobre la

superficie de las células epiteliales del intestino medio a las cuales las toxinas o

protoxinas hieren para iniciar su acción (Fast et al., 1978; Huber y Lüthy, 1981;

Knowles et al., 1984).

Las protoxinas son activadas por las proteasas del intestino del insecto, las

cuales típicamente dividen alrededor de 500 aminoácidos provenientes del

Carbono final de protoxinas de 130kDa y 28 aminoácidos provenientes del

Nitrógeno terminal, dejando un sitio activo resistente a proteasas de 65-55 kDa

que comprime la mitad del N terminal de la protoxina (Höfte y Whiteley, 1989,

Van Rie et al., 1990). Los síntomas, más importantes que se presentan en los

insectos tratados, son una inactividad marcada, seguida por parálisis general

del cuerpo, lo cual indica que los otros órganos de la larva juegan un papel

importante en la acción entomócida de las toxinas (Singh et al., 1986b).

2. 3. 5 Resistencia varietal

Luginbill (1969) y Wiseman y Davis (1979) publicaron que el método más

efectivo e ideal de combatir insectos que atacan a las plantas es el de utilizar

variedades resistentes a los insectos. La interacción insecto-planta, entre S.

frugiperda y plantas de maíz, es uno de los temas menos estudiados en

comparación con muchos otros insectos (Wiseman y Davis, 1979).

La resistencia es un fenómeno, que refleja la interacción de la planta con el

insecto. Painter (1951) y Wiseman y Davis (1979) definen la resistencia vegetal

como la cantidad relativa de cualidades heredables, que posee una planta, con

influencia en el grado de daño que le ocasiona un insecto. Lo anterior significa,

para la agricultura práctica, la capacidad de ciertas variedades de producir una

19

mayor cosecha de mejor calidad, que las variedades comunes expuestas a la

misma especie y cantidad de insectos plaga. Con los años se han desarrollado

muchas variedades de cultivos resistentes a insectos, más notablemente en la

alfalfa, maíz, algodón, frijol, yuca, hortalizas, arroz, sorgo, soya y trigo, entre

otras especies vegetales.

Se considera que una planta es resistente cuando, bajo algunas condiciones

ambientales, por ejemplo, el medio ambiente en que se encuentra, ésta cambia

en su nivel de resistencia (Wiseman y Davis, 1979). Dado que cerca de 500

especies de insectos se les conoce como resistentes a algunos insecticidas, se

han creado una serie de medidas estratégicas para disminuir la dependencia

en el uso de sustancias químicas utilizadas para su control; dentro de estas

medidas de prevención de ataque de insectos a los cultivos, están las

variedades resistentes, que representan un método de potencial de control de

un insecto plaga, (Painter, 1968; Yang et. al., 1991, 1993).

Debido a estas características, la resistencia que posee una planta a los

insectos es, probablemente, la medida más útil de todos los factores que

incluye un manejo integrado de plagas. Se conoce que las plantas presentan

un grado diferente de sensibilidad al ataque de los insectos, es decir, los

insectos prefieren más unas variedades que otras. La razón de esta

selectividad es muy compleja, pueden intervenir en ello las características

físico-químicas de las plantas y las condiciones del medio ambiente,

especialmente el clima y el suelo (con su respectiva importancia en el estado

de nutrición de los insectos (Hernández, 1994).

Una planta puede ser resistente al ataque de insectos plaga, por numerosas

razones que incluyen, características morfológicas tales como forma, tipo de

tejido, presencia de verticilios, vaina, panoja, etc. Investigaciones recientes han

sugerido que la presencia de ciertos metabolitos secundarios de la planta

tienen un papel importante en la protección al ataque de plagas (Atkinson et al.,

1990). La nutrición del cultivo hospedero puede tener influencia sobre la

expresión de la resistencia de éste para el ataque de plagas (Wiseman y Davis,

1979).

20

Se ha demostrado que los niveles de resistencia de la planta pueden

aumentarse o disminuirse, dependiendo de la manipulación en la nutrición del

cultivo. Por otro lado es aceptable que un cultivo designado como resistente o

susceptible podría ser inducido por los nutrientes de la planta para exhibir una

mayor o menor expresión de resistencia al ataque de insectos. Painter (1951) y

Wiseman (1985) clasificaron la resistencia de plantas en tres categorías y las

define como: No preferencia, antibiosis y tolerancia. La no preferencia resulta

cuando una planta o variedad no posee las cualidades atractivas para la

oviposición, alimentación o refugio de un insecto; la antibiosis es el término

empleado para denotar los efectos adversos producidos en el insecto cuando

éste se alimenta con una planta o variedad, mientras que el tercer mecanismo

de resistencia: tolerancia, es probablemente el más desatendido se refiere

cuando las plantas pueden soportar cierta población de un insecto sin que las

pérdidas sean considerables en la producción (Wiseman, 1985; Meckenstock et

al., 1991; Diawara et al., 1991).

Las variedades de maíz presentan diferentes grados de atracción para los

adultos y las larvas de cogollero; también se reporta que el manejo que sobre

el cultivo de maíz y de otras gramíneas se tenga, también modifica el

comportamiento de selección de los adultos por un cultivo (Chang et al., 1987;

Slansky y Wheeler, 1991). Estudiándose la relación resistencia susceptibilidad

de maíces nativos en el Estado de Colima al ataque de cogollero, se observó

que tanto los adultos muestran una preferencia para ovipositar, como las larvas

para alimentarse sobre el follaje de ciertas variedades (Hernández, 1989).

2. 3. 6 El manejo integrado

El manejo integrado de plagas es una estrategia que intenta maximizar la

utilización de los factores que controlan a las plagas de manera natural. Los

enemigos naturales (parasitoides, depredadores y patógenos), la resistencia o

la tolerancia de los vegetales al ataque de las plagas y las prácticas culturales

(Isenhour y Wiseman, 1991), estas tácticas son, entre otras cosas, los

21

mecanismos que deben integrarse para lograr una mayor eficiencia en el

control de plagas.

Son varias las razones por las que se reconoce que ha aumentado en los

últimos años el interés por estas estrategias de control de plagas y

enfermedades; la mayoría asociada más bien a problemas causados por el uso

indiscriminado de plaguicidas. Se puede mencionar la aparición de resistencia

de los insectos a los agroquímicos, el impacto negativo de los mismos sobre

los organismos benéficos, los riesgos para la salud y el medio ambiente

asociados con su uso (Hernández y Benderly, 1982).

Los componentes claves, de un programa de manejo integrado de plagas de un

determinado cultivo, pueden resumirse como sigue: identificación de las

especies presentes en el agroecosistemas, reconocimiento sobre la biología y

ecología del cultivo, de las plagas y de los enemigos naturales; métodos fiables

y sencillos de muestreo de poblaciones, conocimiento de los umbrales

económicos de daños y en consecuencia de los umbrales de tolerancia o

intervención, existencia de métodos de control de plagas eficientes,

económicamente viables y compatibles (resistencia varietal, control biológico y

microbiológico, métodos culturales) (Slansky , 1992).

El control biológico es uno de los que causan menos daño ya que se utilizan

enemigos naturales para controlar la población plaga (Costa-Comelles et al.,

1992). Sin embargo, el desarrollo de variedades de maíz resistentes al ataque

de cogollero es también un método de prevención de infestaciones deseables

tanto económicamente como a favor del medio ambiente, por lo que es

conveniente buscar en primer instancia las posibles fuentes que generen

resistencia de la planta al ataque de plagas (Yang et al., 1991, 1993).

A menudo el uso de una variedad resistente en vez de insecticidas puede

alcanzar los mismos resultados, con ventajas obvias. Incluso con un nivel bajo

de resistencia, el efecto persistente y acumulativo puede facilitar el control

cuando se combina con otros factores ecológicos. La sustitución de una

variedad resistente por una susceptible puede permitir el aumento de parásitos,

22

con un menor nivel económico de daños (NAS, 1992). El binomio formado por

la resistencia varietal y el control biológico es un método barato y

ecológicamente aceptable en el manejo de poblaciones insectos.

El manejo integrado de plagas ha sido la plataforma de un nuevo concepto más

amplio, la producción integrada, que es importante no confundir con la

producción o agricultura orgánica. La producción integrada ha sido definida

como “la producción económica de frutos de alta calidad, dando prioridad a los

métodos de producción ecológicamente más seguros, minimizando los efectos

secundarios indeseables y el uso de los agroquímicos, para mejorar la

protección del medio ambiente y la sanidad humana” (Costa-Comelles et al.,

1992).

Los programas de manejo integrado de plagas de un cultivo se estructuran

generalmente alrededor de un método selectivo de control de una determinada

plaga-clave del citado cultivo. Por lo que una de las áreas importantes de

investigación es el crear variedades insecto-resistentes, dado que, la

resistencia de plantas al ataque de insectos es un fenómeno que tiene un

amplio potencial de uso en el manejo integrado de plagas (Wiseman, 1987),

puesto que la disminución de los ataques del insecto se puede transformar en

un incremento de la rentabilidad de los cultivos al tiempo que se producen

cosechas más limpias al no estar contaminadas con agroquímicos.

En maíz y sorgo, S. frugiperda se alimenta del cogollo, causando importantes

pérdidas del área foliar manifestándose estos daños como una disminución del

rendimiento por hectárea (Hernández, 1989). El desarrollo de variedades de

maíz resistentes al ataque de cogollero es un método de prevención de

infestaciones deseables tanto económicamente como a favor del medio

ambiente, por lo que es conveniente buscar en primer instancia las posibles

fuentes que generen resistencia en la planta (Yang et al., 1991, 1993).

23

III MATERIALES Y METODOS 3.1 Lugar de la experimentación

El presente trabajo se realizó en el laboratorio de Biología del Centro

Universitario de Investigación y Desarrollo Agropecuario (CUIDA) de la

Universidad de Colima, ubicado en el Crucero de Tecomán, Col. a una altitud

de 32 msnm. La temperatura media dentro del laboratorio, osciló entre 22 y

25ºC, durante el período comprendido entre los meses de febrero de 1995 a

enero de 1997.

3.2 Etapas del desarrollo experimental

El trabajo experimental se desarrolló en dos partes; en la primera se evaluó la

susceptibilidad de larvas neonatas de S. frugiperda a la bacteria B.

thuringiensis, alimentadas con follaje de 13 variedades de maíz (6 criollos del

estado de Colima y 7 híbridos comerciales). En base a los resultados obtenidos

se seleccionaron dos variedades de maíz, en las cuales se determinó una CL50

de la bacteria más baja y dos variedades, en donde las CL50 de la bacteria se

mostró alta, para la segunda etapa en la cual se evaluó la susceptibilidad de

larvas de tercero y quinto estadio S. frugiperda, a la bacteria, también en base

a sus valores de CL50.

3.3 Material biológico 3. 3. 1 Las variedades de maíz

En esta investigación se utilizaron 13 variedades de maíz (6 criollos del estado

de Colima y 7 híbridos comerciales); los criollos son Grano Ancho, Grano

Negro, Grano Pinto, Grano Rojo, Tampiqueño olote delgado, Uruapeño y los

híbridos Amarillo forrajero, Ceres 7, Pioneer 3086, Pioneer 3288, V-526, B-810

y H-910.

24

Las trece variedades de maíz, fueron sembradas en macetas de plástico de

500 ml de capacidad. Como sustrato se utilizó suelo sin esterilizar, de las áreas

verdes de las instalaciones del CUIDA. De la misma forma, se formaron camas

de 1.20 x 2.50 m, en donde se sembraron surcos con cada una de las

variedades de maíz, para contar con suficiente follaje para alimentar las larvas,

de la colonia y para los bioensayos. Cuando las plantas de maíz alcanzaron los

15 a 30 cm de altura, se les cortaron trozos de hoja, de 5 cm de longitud, para

mantenimiento de la colonia de S. frugiperda o para los experimentos. El suelo

se fertilizó y se regó de acuerdo a las necesidades de las plantas.

3. 3. 2 La bacteria B. thuringiensis (Bt)

Para este estudio se utilizó la cepa de B. thuringiensis, variedad kenyae

serovar 007, originaria del Centro de Referencia de la Organización

Internacional de Control Biológico, del Instituto Pasteur de Francia; misma que

se mantiene en formulación en polvo acetónico (T044Boo7); No. de referencia

280289, en forma de complejo espora-cristal, a -40ºC. Esta cepa se seleccionó

en base a los resultados obtenidos por Hernández (1988), con esta bacteria en

S. frugiperda.

3. 3. 3 El insecto prueba

Las larvas de S. frugiperda, fueron colectadas de campos comerciales de maíz

del estado de Colima. La técnica de cría de la colonia fue alimentando a las

larvas con hojas frescas de maíz, en vasos de plástico de 100 ml de capacidad,

mantenidos en forma individual, para evitar canibalismo. Las pupas se

mantuvieron en cámaras húmedas sobre polvo de coco estéril, hasta la

emergencia de los adultos. Los adultos se colocaron en cámaras de oviposición

de 30x30x30 cm, acondicionadas con alimento a base de miel de abeja o

sacarosa al 10% y tiras de papel plegadas en forma de acordeón, como

sustrato de oviposición (Burton y Perkins, 1989).

Cada 24 horas se colectaron las oviposturas y se cambió el alimento de los

adultos y larvas.

25

3.4 Experimentos 3. 4. 1 Evaluación de la susceptibilidad de larvas neonatas de S. frugiperda,

alimentadas con hojas de 13 variedades de maíz, a la bacteria B. thuringiensis

variedad kenyae, serovar 007.

Para este experimento, 30 trozos de hojas de maíz de 5 cm de longitud, de

cada variedad se inocularon por inmersión en una suspensión del complejo

espora y cristal de Bt con las concentraciones de 1.0, 0.1, 0.05, 0.025, 0.01 y 0

mg/ml. Las concentraciones de espora-cristal se realizaron, a partir de una

solución madre, utilizando 0.01g de la formulación de Bt, disuelto en 10 ml de

agua destilada estéril, con Tween 80 al 0.1%. Los trozos de hojas inoculadas

se dejaron 15 minutos en una campana de flujo laminar, para que el exceso de

agua se evaporara; posteriormente cada hoja se colocó en una caja Petri de

60x10 mm, sobre una capa de papel filtro húmedo, junto con cinco larvas

neonatas de S. frugiperda.

A cada caja de Petri entre ella y la tapa se les colocó una capa de papel

higiénico, para evitar el escape de las larvas. Las larvas se mantuvieron en

exposición de las hojas tratadas con Bt durante 72 horas, siguiendo la técnica

de Del Cañizo et al. (1990). Al término de éste período se contabilizaron las

larvas muertas y se calculó el porcentaje de mortalidad, para cada

concentración, en cada variedad y se procedió a los análisis estadísticos

correspondientes.

Para cada variedad de maíz se evaluaron 6 concentraciones de Bt

(tratamientos), con 5 repeticiones y 5 larvas por repetición, con un total de 150

larvas por experimento. El diseño experimental utilizado fue completamente al

azar. Los datos obtenidos se analizaron mediante análisis de varianza y la

separación de promedios mediante la prueba de rango múltiple de Duncan (P<

0.05), así como análisis Probit, para la obtención de la CL50.

3. 4. 2 Susceptibilidad de larvas de 3º y 5º estadio de S. frugiperda,

alimentadas con hojas de maíz de las variedades seleccionadas por su efecto

en los valores de CL50 de Bt.

26

Las variedades de maíz seleccionadas, que promovieron valores bajos de CL50,

fueron el Criollo uruapeño y el híbrido V-526; por otro lado, las variedades

seleccionadas que promovieron valores altos de CL50 fueron el criollo Grano

Negro (Jaripeño) y el híbrido Amarillo Forrajero. Hojas de maíz de estas cuatro

variedades fueron inoculadas por inmersión en 6 concentraciones de Bt

(tratamiento); cada una de las concentraciones fue evaluada en larvas de 3º y

5º estadio. Se utilizaron 10 larvas por cada estadio/concentración y como

repetición con un total de 60 larvas por bioensayo.

Las larvas de 3º estadio se expusieron a trozos de hojas de 10 cm2 e

inoculadas con Bt, como se indicó en los ensayos anteriores; cada larva se

conservó en un recipiente de 25 ml. En contraste, las larvas de 5º estadio

fueron expuestas a Bt con trozos de 15 cm2 y mantenidas individualmente en

recipientes de plástico de 100 ml. El tiempo de exposición fue de 72 horas.

Pasado este período se registró el número de larvas muertas en cada

concentración, para cada estadio larval y en cada variedad. La distribución de

los tratamientos y el análisis estadístico de los resultados fue similar al citado

anteriormente, mediante análisis de varianza y pruebas de medias con la

prueba de Tukey y análisis Probit para la estimación de las CL50, con P « 0.05

de probabilidad de Error Tipo I.

3. 4. 3 Evaluar el efecto de la alimentación de larvas con follaje de maíz, de

diferentes variedades, sobre el desarrollo de las larvas.

Para este experimento se seleccionaron las mismas cuatro variedades del

bioensayo anterior, en los que en el primer experimento se encontraron valores

de CL50 bajos de Bt; éstos fueron el criollo Uruapeño y el híbrido V-526 y los

seleccionados, porque en ellos la bacteria Bt presentó valores altos en sus

CL50, las cuales fueron, el criollo Grano Negro y el híbrido Amarillo Forrajero.

Con cada uno de estas cuatro variedades se alimentaron 4 grupos de 10 larvas

neonatas de S. frugiperda y se registró el período que duraron para alcanzar el

último estadio larval y el período para llegar al estado biológico de pupa y

también se registró el peso de las larvas y pupas (Molina-Ochoa et al., 1997).

27

La distribución de los tratamientos y el análisis estadístico de los resultados fue

similar al citado anteriormente, mediante análisis de varianza y pruebas de

medias por Tukey al 5%.

28

IV RESULTADOS

La hipótesis de esta investigación fue probar que existe una influencia de follaje

de maíz de diferentes variedades sobre desarrollo y la susceptibilidad de larvas

de S. frugiperda a la actividad patógena de la bacteria B. thuringiensis. Los

resultados encontrados muestraron que efectivamente, la variedad de maíz

afecta la susceptibilidad de las larvas de S. frugiperda a la bacteria, y que

además los estadios larvales tienen una preferencia marcada para alimentarse

sobre ciertas variedades.

4.1 Susceptibilidad de larvas neonatas de S. frugiperda, alimentadas con hojas

de 13 variedades de maíz, a la bacteria B. thuringiensis variedad kenyae,

serovar 007.

En el testigo no se presentó mortalidad en las larvas; mientras que en la

concentración más alta con Bt se registró un 100% de mortalidad. Los valores

de CL50 de la bacteria B. thuringiensis, en larvas de S. frugiperda, alimentadas

con cada una de las variedades se presentan en el cuadro 2. Las larvas de S.

frugiperda alimentadas con hojas de las variedades criollas Uruapeño y Grano

ancho presentaron los valores más bajos de CL50 entre las variedades criollas

(0.087 y 0.097 mg/ml, respectivamente); en el resto de las variedades criollas

los valores de CL50 oscilaron entre 0.101 a 0.180 mg/ml; en el criollo Grano

Negro se presentó el más alto valor de CL50.

En lo referente a la susceptibilidad de las larvas a Bt, alimentadas con hojas de

variedades híbridas, se encontró que sus valores de CL50, variaron entre 0.072

y 0.181 mg/ml. En los híbridos V-526 y P-3288, se presentaron los valores más

bajos y en el híbrido Amarillo forrajero se encontró el valor más alto de todos

los híbridos (0.181 mg/ml) (Cuadro 2). Se puede observar que las variedades

(una variedad sintética y un criollo), V-526 y Uruapeño presentan los valores de

CL50 más bajo y que las variedades (un híbrido y un criollo) Amarillo forrajero y

Grano Negro, por su parte presentaron valores más altos de CL50 (Cuadro 2).

29

Cuadro 2. Valores de CL50 de la bacteria B. thuringiensis, en larvas de S.

frugiperda, alimentadas con cada uno de las variedades evaluados.

Variedad CL50 (mg/ml) Intervalo de Confianza (95%)

Cr Uruapeño

Cr Grano ancho (de ocho)

Cr Grano rojo

Cr Grano pinto

CrTampiqueño olote

delgado

Cr Grano negro (Jaripeño)

HV-526

H P-3288

H P-3086

H B-810

H Ceres 7

H 910

H Amarillo forrajero

0.087 ab

0.097 ab

0.101 ab

0.119 ab

0.121 ab

0.180 ab

0.072 b

0.073 ab

0.095 ab

0.109 ab

0.118 ab

0.121 ab

0.181 a

0.053 - 0.145

0.068 - 0.145

0.075 - 0.147

0.082 - 0.172

0.065 - 0.225

0.116 - 0.281

0.044 - 0.117

0.04 - 0.131

0.059 - 0.153

0.065 - 0.184

0.084 - 0.167

0.071 - 0.205

0.127 - 0.285

* Valores entre columnas seguidos de la misma letra son iguales

estadísticamente 95% de confianza. Cr.- Criollos H.- Híbridos.

4. 2 Susceptibilidad de larvas de 3º y 5º estadio de S. frugiperda, a la bacteria

B. thuringiensis, alimentadas con hojas de maíz de variedades seleccionadas,

en base a los valores de CL50 altos y bajos de susceptibilidad a Bt.

Con los resultados obtenidos del bioensayo anterior se seleccionaron las

variedades, (una variedad sintética y un criollo), V-526 y Uruapeño, por

presentar los valores de CL50 más bajos y las variedades (un híbrido y un

criollo) Amarillo forrajero y Grano Negro, por su parte presentaron valores más

30

altos de CL50 de la Bt. Los valores de CL50 de la bacteria en estos estadios

larvales, se muestran en los Cuadros 3 y 4.

En larvas de tercer estadio se encontró que las larvas presentan de menor a

mayor susceptibilidad a Bt, cuando fueron alimentadas en las variedades V-526

< Uruapeño < Grano negro < Amarillo forrajero. En larvas de quinto estadio, la

susceptibilidad al Bt fue de V-526 < Uruapeño < Amarillo forrajero < Grano

negro. Sin embargo, en base a los entre cruzamientos de los intervalos de

confianza, de las respectivas CL50, se observa que no existen diferencias

estadísticas entre los valores obtenidos de CL50 de la bacteria, influenciado por

la variedad (Cuadro 3 y 4), pero si se encontró que los valores de CL50 de la

bacteria Bt en larvas de tercer estadio son menores, que los registrados en los

experimentos realizados con larvas de quinto estadio.

Cuadro 3. Valores de CL50 de B. thuringiensis en el estadio larval 3º de S.

frugiperda, alimentando a las larvas con hojas de maíz de diferentes

variedades.

Tercer estadio larval*

Variedad CL50 (mg/ml)

Intervalo de confianza

Ecuación de regresión

X2

V-526

Uruapeño

Grano negro

Amarillo

forrajero

1.372 a

1.059 a

0.891 a

0.677 ab

1.013 - 1.858

0.896 - 1.252

0.694 - 1.145

0.337 - 1.362

Y=3.55 ± 2.59

Y=5.78 ± 6.69

Y=4.07 ± 2.94

Y=1.23+2.75

1.544

.227

2.44

1.022

* Valores entre columnas seguidos de la misma letra son iguales

estadísticamente 95% de confianza.

31

Cuadro 4. Valores de CL50 de B. thuringiensis en el estadio larval 5º de S.

frugiperda, alimentando a las larvas con hojas de maíz de diferentes

variedades.

Quinto estadio larval*

Variedad CL50 (mg/ml)

Intervalo de confianza

Ecuación de regresión

X2

V-526

Uruapeño

Grano negro

Amarillo

forrajero

2.658 a

2.455 a

1.386 a

2.454 a

2.135 - 3.309

1.853 - 3.253

0.101 - 19.091

1.713 - 3.514

Y=4.18 ± 5.13

Y=3.62 ± 3.66

Y=1.34 + 2.13

Y=2.81 ± 1.71

2.381

.186

.283

.064

* Valores entre columnas seguidos de la misma letra son iguales

estadísticamente 95% de confianza.

4. 3 Efecto de la alimentación con follaje de maíz, de diferentes variedades,

sobre periodo de desarrollo de larvas y pupas de S. frugiperda.

El peso de larva y pupa de S. frugiperda, alimentadas con hojas de maíz, de

Ias cuatro variedades seleccionadas variaron entre 0.3003 y 0.4083 g y 0.1459

0.1818 g, respectivamente. Se encontró que las larvas presentaron un peso

más bajo, cuando se les alimentaron con las variedades criollas, Uruapeño y

Grano negro; seguidos por los pesos de larvas alimentadas con el híbrido

Amarillo forrajero; con el V-526 se presentó el mayor peso de la larva. Del

mismo modo, el peso de pupa presentó comportamiento similar al de larva, el

menor peso se registró en larvas alimentadas con el criollo Uruapeño.

En lo referente al tiempo de desarrollo, desde el estadio de larva neonata a

pupa se encontró un período de menor a mayor de 17, 21, 22 y 23 días, en las

variedades V-526, Uruapeño, Grano Negro y Amarillo forrajero (Cuadro 5).

32

Cuadro 5. Tiempo de desarrollo, peso de larva y peso de pupa de S. frugiperda

alimentadas con cuatro variedades de maíz.

Larvas Pupas

Variedad Peso (g)

Duración (días)

Peso (g)

Duración (días)

V-526

Uruapeño

Grano negro

Amarillo forrajero

0.4083

0.3003

0.3041

0.3399

15

19

20

20

0.1818

0.1459

0.1474

0.1526

17

21

22

23

33

V DISCUSION

Para la realización de la presente investigación se partió del supuesto de que al

utilizar una misma cepa o subespecie de B. thuringiensis y una sola población

de S. frugiperda, permitiría detectar el efecto de la fuente de alimento de las

larvas, sobre su susceptibilidad a Bt; lo anterior, tomando como base lo

reportado por López-Edwards et al. (1999) quienes encontraron, que las larvas

de S. frugiperda tienen diferente grado de susceptibilidad a Bt, de acuerdo al

origen geográfico de las larvas y Hernández (1988), de que las larvas de S.

frugiperda presentaba diferente susceptibilidad a Bt de acuerdo a la especie o

subespecie que se utilice.

Los resultados encontrados muestran que efectivamente, la variedad de maíz,

con el que se alimenten las larvas, afecta la susceptibilidad de las larvas de S.

frugiperda a la bacteria de B. thuringiensis y que además, las larvas se ven

afectadas en su tiempo de desarrollo larval y en el peso de las pupas;

posiblemente debido a que las larvas tienen cierto grado de preferencia entre

las variedades, ya que se observó que las larvas no querían alimentarse sobre

algunos de ellos.

Posiblemente existieron los mecanismos de resistencia vegetal de no

preferencia y/o antibiosis entre las variedades utilizadas en este estudio. Por lo

que se hacen necesarias más investigaciones, para determinar el tipo de

resistencia de estas variedades de maíz. Ya que cuando una larva ingiere

follaje que contenga alguna sustancia antibiótica, tales como el maysin y sus

análogos, ácido clorogénico, luteolina, rutina, teoapigenina, postapigenina o

premaysin (Gueldner et al., 1992) o Bt, por lo general deja de alimentarse,

debido a una parálisis intestinal, lo que por consecuencia no aumenta el peso;

en tanto que el uso de toxinas de Bt afectan el desarrollo larval y el fenómeno

de alimentación, producto de la intoxicación bacteriana, tal como lo reportan

Navon et al. (1992) y Stapel et al. (1998).

34

Los resultados obtenidos permiten explicar los siguientes fenómenos, una larva

alimentada con una variedad resistente al ataque de S. frugiperda, ya sea por

no preferencia o por antibiosis, no se desarrolla normalmente, el peso se ve

afectado y el período de desarrollo se alarga, tal como lo demostraron en sus

estudios Wiseman et al., (1976), Wiseman et al., (1992a, b) y Molina-Ochoa et

al. (1999); pero también, en este estudio se observó, que la bacteria de Bt

presentó el valor de CL50 más bajo en las larvas neonatas alimentadas con

hojas de la variedad V-526.

Con lo anterior se infiere, que las larvas mejor alimentadas están

fisiológicamente más fuertes y por ende, son menos sensibles a la actividad del

Bt. Por el contrario, en las larvas alimentadas con maíces no preferidos, se

alimentan menos, gastan más reservas (Reese y Schmidt, 1986) y son más

débiles y por lo tanto, se puede presentar una susceptibilidad y mortalidad más

altas.

Sin embargo, en los estudios del efecto de la variedad sobre el desarrollo larval

de S. frugiperda, se encontró que las larvas alimentadas con la variedad V-526

presentaron un tiempo más corto de larva y el peso fue el más alto; también los

valores de CL50 de la bacteria en larvas de 3º y 5º estadio fueron los más

elevados. Posiblemente, por que las larvas estaban más robustas y soportaron

más altas concentraciones de la bacteria; cosa que no ocurrió en larvas

alimentadas con las otras variedades (Simpson y Simpson, 1990).

Los resultados en este estudio son importantes, ya que permitieron conocer

que la bacteria utilizada en larvas neonatas, presenta valores de CL50

diferentes, de acuerdo a la variedad en que se alimentan; pero en esa edad

larval no se detecta el efecto de la planta sobre la tasa de desarrollo, ya que si

esta misma bacteria se utiliza en larvas de mayor edad (3º o 5º estadio, por

ejemplo) los valores son diferentes, de acuerdo a la interacción con la

resistencia de la planta. Tal como se detectó con el híbrido V-526, en este

estudio.

35

Lo anterior, tiene su aplicación práctica, por ejemplo, de acuerdo a la variedad

de maíz, en el que se quiere utilizar Bt, para el control de S. frugiperda, la CL50

de Bt no es la misma, por lo que de este estudio surge la recomendación de

que, no obstante que sean las mismas especies de Bt y de S. frugiperda, la

susceptibilidad de la plaga a la bacteria va a depender de la variedad del maíz

y de la edad de la larva, tal como lo reportan López-Edwards et al. (1999) y

Hernández (1988).

Resultados similares, asociados con la concentración de estigmas del maíz

resistente “Zapalote Chico” habían sido reportados por Molina-Ochoa et al.,

(1999) utilizando nematodos entomopatógenos; con los altos contenidos de

taninos y el uso del Dipel y Pydrin en contra de gusano bellotero en algodón;

además, Fuxa et al., (1988) reportaron una asociación de la edad del

hospedero y la cepa de nematodo entomopatógeno sobre S. frugiperda; y por

Schultz y Keating (1991) usando un baculovirus en contra de palomilla gitana.

Por lo que para emplear B. truringiensis, en condiciones de campo, para el

control del gusano cogollero, deberá previamente evaluarse la relación

existente entre la variedad de maíz, la población del insecto y su

susceptibilidad a B. thuringiensis.

36

VI CONCLUSIONES

El desarrollo de S. frugiperda expresado por las variables peso de larvas,

duración de los estadios larvales a pupa, peso de pupas y duración del estado

de pupa, fue afectado por las variedades de maíz.

Las variedades de maíz afectaron la susceptibilidad de los estadios larvales de

S. frugiperda a la bacteria entomopatógena B. thuringiensis.

37

VII LITERATURA REVISADA

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