Estrategias de manejo de Aspergillus flavus y Penicillium spp para la reducción de los niveles de micotoxinas en maíz

Abstract

El maíz (Zea mays L.) es uno de los cultivos más importantes de Argentina, sembrado en nueve regiones (I a IX) con diferentes condiciones ambientales.En la última década, las regiones I y IV han desarrollado un marcado incremento en el área sembrada. Los géneros Aspergillus y Penicillium incluyen patógenos prevalentes causantes de la “podredumbre de la espiga”. Si bien el rendimiento es afectado, también se produce una pérdida de calidad de grano debido a la presencia de micotoxinas. En algunas campáñas agrícolas, la industria húmeda del maíz ha rechazado más del 30% de los granos provenientes directamente de campos de las regiones I y IV por posible contaminación con aflatoxinas (AF). Aspergillus flavus es considerado el principal agente causal de esta contaminación, pero también produce ácido ciclopiazónico (CPA), de alta toxicidad para humanos y animales. En otros países, existen productos comerciales para el biocontrol de aflatoxinas a campo, formulados con aislados atoxigénicos de A. flavus. Los aceites esenciales (AEs) sintetizados por plantas aromáticas poseen demostrada actividad antifúngica y se consideran seguros para el ambiente. El objetivo de este trabajo de tesis fue identificar potenciales agentes de biocontrol nativos y AEs efectivos para el manejo de A. flavus y Penicillium spp. Para alcanzar este objetivo se realizó: (a) Identificación de los géneros fúngicos presentes en espigas cultivadas en las regiones I y IV en dos campañas agrícolas; (b) caracterización de la población nativa de A. flavus e identificación de aislados atoxigénicos con habilidad competitiva; (c) determinación de los principales componentes de los AEs de orégano, menta, suico, laurel, romero y aguaribay cultivados en Argentina; (d) evaluación de la actividad antifúngica de los AEs contra cepas nativas de A. flavus y Penicillium spp.; estudio del efecto oxidativo en lípidos como modo de acción; (e) estudio de interacciones entre los AEs y con fungicida sintético para el control de A. flavus y P. minioluteum. Fusarium fue el género con mayor incidencia y severidad, seguido por Penicillium y Aspergillus. A. flavus estuvo presente en ambas regiones estudiadas, la mayoría de sus aislados (n=83) no formaron esclerocios, 30% produjo AFs, 84% CPA y sólo 16% fueron atoxigénicos. Entre los no productores de AF, se registraron dos grupos de compatibilidad vegetativa mayoritarios. Los aislados AS03145 y AS04322 redujeron más del 70% el contenido de micotoxinas en granos de maíz, clasificándose como potenciales agentes de biocontrol. Los compuestos bioactivos en los AEs fueron: timol en orégano, mentol en menta, eucaliptol en laurel y romero, limoneno en suico y aguaribay. El AE de orégano presentó la mejor actividad antifúngica. Los AEs de menta, laurel y suico también fueron eficaces para el control de los hongos estudiados. La oxidación de lípidos fue marcada en suico, moderada en laurel y menta mientras que no se detectó en orégano. Las interacciones sinérgicas más marcadas se observaron en combinaciones de orégano con suico, laurel y mentas, posiblemente debido a su diferente modo de acción. Todos los AEs tuvieron efecto aditivo con el fungicida sintético. A. flavus se encuentra presente en granos de maíz desde el cultivo con alta capacidad para producir toxinas. Aislados atoxigénicos nativos mostraron características aptas para agentes de biocontrol. Los AEs se presentan como una herramienta para el control de A. flavus y pueden ser utilizados en aplicaciones a campo o en poscosecha. Esta práctica también contribuiría al control de Penicillium spp.

Maize (Zea mays L.) is one of the main crops in Argentina, widely grown in nine regions (I – IX) under different agro-ecological conditions. In regions I and IV, the area planted with maize has greatly increased. The fungal genus Aspergillus and Penicillium are prevalent in spoilage of maize. In addition to the yield loss, this fungal species cause crop quality loss by the presence of mycotoxins. In Argentina, maize industry rejected more than 30% of kernels for possible contamination with aflatoxins (AF). Aspergillus flavus is considered as the major prominent species associated with this contamination but also can produce cyclopiazonic acid (CPA) which is highly toxic for both human and animal health. There are commercial products for biocontrol of aflatoxins, formulated with atoxigenic isolates of A. flavus. Essential oils (AEs) are natural compounds with demonstrated antifungal activity. The goal of this thesis was to identify potential native biocontrol agents and to control Aspergillus flavus and Penicillium spp. using AEs. The experiments were: (a) identification of the main fungal genus present in maize ears grown in regions I and IV; (b) characterization of the native A. flavus population and identification of potential biocontrol agents; (c) determination of major components in essential oil of oregano, mint, suico, bay, rosemary and aguaribay; (d) assessment of antifungal activity of AEs against Aspergillus y Penicillium spp; study of lipid oxidation as mechanism of action; (e) study of interactions between AEs and chemical fungicide. Fusarium was the fungal genera with the highest incidence and severity, followed by Penicillium and Aspergillus. Aspergillus flavus was isolated from ears grown in both regions and most of the isolates did not produce sclerotia. A 30% of the strains produced AF and 84% of them produced CPA. Only 16% of the isolates were determined as atoxigenic. Two major vegetative compatibility groups VCGs were identified within the non-aflatoxigenic population. The strains AS03145 and AS04322 reduce the content of mycotoxins more than 70% and are presented as potential biocontrol agents. The bioactive compounds in AEs were: thymol in oregano, menthol in mint, eucalyptol in bay and rosemary, limonene in suico and aguaribay. Oregano presented the best antifungal activity. Suico, mint and bay were also efficient to control the studied fungi. Suico showed a remarkable lipid oxidation, while mint and bay had a moderate effect. This effect was not observed in oregano. Synergistic interactions were observed in combinations of oregano with suico, mint and bay due to their different mechanisms of action. All the AEs had additive effect with the pesticide. A. flavus, among other fungi, is present in maize ears with a high capacity to produce mycotoxins. Native atoxigenic strains can be used as biocontrol agents. AEs are presented as natural strategy to control A. flavus in field or during the postharvest period. This tool would also control Penicillium spp.