La oruga medidora de la soja, Chrysodeixis includens (Lepidoptera: Noctuidae), es una plaga con un potencial significativo de daños económicos en los cultivos de soja (Glycine max L. Merr.), especialmente en Sudamérica. Los biopesticidas que contienen Bacillus thuringiensis (Bt), denominados aquí biopesticidas Bt, se utilizan comúnmente para controlar esta plaga, y la implementación de cultivos modificados genéticamente que expresan proteínas insecticidas Bt ha facilitado aún más su manejo.
Los biopesticidas Bt son herramientas indispensables para complementar o reemplazar los pesticidas químicos, gracias a su mayor especificidad y menor presión selectiva para la resistencia. Cabe destacar que el uso de agentes biológicos de control de plagas es un elemento importante para la sostenibilidad agrícola, ya que permite a los agricultores cultivar productos básicos sin residuos químicos. Esto no solo aumenta el valor de mercado de sus productos, sino que también contribuye a la protección del medio ambiente y la preservación de los servicios ecosistémicos.
Bacillus thuringiensis es una bacteria grampositiva, formadora de esporas y con forma de bastón, presente en diversos ecosistemas, como el agua, el suelo, los insectos, el polvo y las hojas de los árboles. Su característica principal es la producción de cristales paraesporales con actividad insecticida contra diversos órdenes de insectos, ácaros, nematodos y protozoos durante las fases vegetativa y de esporulación. El proceso de infección comienza cuando un insecto susceptible consume un complejo espora-cristal. El pH alcalino en el intestino medio del insecto solubiliza el complejo cristalino, y las proteasas intestinales activan las protoxinas. Estas toxinas activadas se unen a receptores específicos en el epitelio del intestino medio, formando poros y causando la lisis celular, lo que finalmente conduce a la muerte de la bacteria diana a medida que las esporas germinan.
Sin embargo, en condiciones de campo, los biopesticidas de Bacillus thuringiensis son propensos a la degradación. Factores como las temperaturas extremas, la exposición prolongada a la radiación ultravioleta (UV), la lluvia, el rocío y el pH del suelo pueden reducir la eficacia de las proteínas insecticidas al degradar las esporas y los cristales. La radiación UV genera radicales libres que provocan la oxidación de aminoácidos, en particular la histidina y el triptófano. Los residuos de triptófano en las proteínas insecticidas Cry son vitales para los efectos tóxicos del Bt.
La evaluación de la persistencia en campo de Bacillus thuringiensis es crucial para su efectividad y un uso más amplio como agente de control de plagas. Una persistencia reducida puede conducir a mayores costos de producción debido a la necesidad de reaplicaciones frecuentes o la adopción de estrategias de control alternativas. Si bien se han desarrollado diversas estrategias para proteger a Bacillus thuringiensis de las condiciones ambientales, cuantificar su persistencia en campo, especialmente en términos de eficacia a lo largo del tiempo, es esencial para desarrollar estrategias que mejoren su persistencia. Cabe destacar que la mayoría de los estudios de persistencia de Bacillus thuringiensis se han realizado en el hemisferio norte, donde las condiciones climáticas difieren significativamente de las de este estudio. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo evaluar la eficacia y la persistencia de los biopesticidas de Bacillus thuringiensis cuando se aplican en diferentes momentos a cultivos de soja para controlar la oruga medidora de la soja (Chrysodeixis includens).
Caracterización experimental
El experimento se llevó a cabo en una universidad de Brasil, utilizando la variedad de soja transgénica NA 5909 RR, resistente al glifosato y sin expresión de la proteína Cry. La soja se cultivó mediante siembra directa, con una distancia entre hileras de 0.50 m y una densidad de 300,000 2 plantas por hectárea. Cada tratamiento se aplicó a parcelas de 60 m² , de las cuales se recolectaron folíolos para su análisis.
El estudio se repitió tres veces durante las temporadas de cultivo 2020/21, 2021/22 y 2022/23. Se empleó un diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial, con un tratamiento de control adicional. El primer factor fue la hora de aplicación (08:00, 12:00 y 06:00 h) y el segundo, el tiempo de muestreo tras la aplicación (0, 24, 48 y 72 h). También se incluyó un tratamiento adicional (control) sin aplicación del producto. Los datos del control se utilizaron para calcular la mortalidad corregida de Abbott (%).
Aplicación de tratamiento
Los tratamientos se aplicaron el 19 de marzo de 2021, el 21 de febrero de 2022 y el 4 de abril de 2023, cuando las plantas de soja se encontraban en la etapa de crecimiento R4. Las aplicaciones se realizaron con un pulverizador de mochila presurizado con CO2 equipado con una barra de 3.0 m que contenía seis boquillas de cono hueco. Se utilizaron boquillas Magno MGA 90°01 en 2021 y 2022, mientras que en 2023 se utilizaron boquillas Teejet TXA 80° 01 VK. Las boquillas estaban espaciadas a 0.5 m entre sí y calibradas para suministrar un volumen de pulverización de 100 L ha – 1 , produciendo gotas finas a muy finas.
Las condiciones climáticas durante los períodos de aplicación y muestreo (Tabla 1) se monitorearon utilizando datos de la estación meteorológica automática del Instituto Nacional de Meteorología (INMET) ubicada a menos de 1 km del sitio experimental.
| 2021 | 2022 | 2023 | ||||
| Tiempo de aplicación (h) | Temperatura (° C) | Humedad relativa (%) | Temperatura (° C) | Humedad relativa (%) | Temperatura (° C) | Humedad relativa (%) |
| 08:00 | 18 | 93 | 22 | 82 | 19 | 84 |
| 12:00 | 20 | 93 | 23 | 74 | 26 | 54 |
| 06:00 | 27 | 60 | 32 | 43 | 18 | 96 |
aLas velocidades del viento durante las aplicaciones oscilaron entre 3 y 10 km h.-1En 2021, se registraron precipitaciones de 36.4 mm a las 48 h de la aplicación; en 2022, de 0.6 mm en las primeras 24 h; y en 2023, de 4.4 mm a las 48 h.
Configuración de cría de insectos y bioensayo
Las orugas de Chrysodeixis includens se criaron con dieta artificial hasta la pupación. Las pupas se colocaron individualmente en vasos de plástico invertidos de 25 ml sobre papel de filtro humedecido hasta la emergencia de los adultos. Posteriormente, los adultos se transfirieron a jaulas de PVC forradas con papel amarillo para la oviposición. Durante su etapa adulta, se les administró una solución de miel al 10 % mediante algodón capilar en recipientes de plástico dentro de las jaulas. Tras la eclosión, las larvas neonatas se alimentaron con hojas de soja hasta el inicio del bioensayo.
El bioensayo de mortalidad se realizó alimentando orugas de C. includens con hojas de soja rociadas con el biopesticida Bt de una empresa química industrial en Brasil de acuerdo con sus respectivos programas de aplicación. Las hojas rociadas del tercio superior de la planta se recolectaron, se colocaron en bolsas de plástico y se transportaron al laboratorio. En el laboratorio, las orugas se colocaron sobre una mezcla gelatinosa de carragenina al 2.5% dentro de macetas de plástico desinfectadas de 100 mL. Cada maceta se infestó con dos larvas de segundo estadio (L2) (5-7 mm de longitud) y recibió una sola hoja, en la que las larvas permanecieron y se alimentaron hasta el final de las evaluaciones. Para cada año (2021, 2022 y 2023) y tratamiento, se utilizaron 84 larvas en 42 recipientes que medían 6.8 cm de diámetro superior x × 4.5 cm de diámetro inferior × 4.1 cm de altura. Así, cada tratamiento presentó 6 réplicas, compuestas por 14 larvas.
Las macetas se sellaron y se mantuvieron en un ambiente controlado a aproximadamente 25 °C y 65 % de humedad relativa. La recolección de hojas y la infestación de orugas se repitieron 24, 48 y 72 h después de la aplicación para evaluar el efecto residual del producto sobre la mortalidad de las orugas. La mortalidad se evaluó 5 días después de la infestación; las orugas se consideraron muertas si no se movían al tocarlas.
Resultados
Durante los tres años del experimento, se observó una interacción significativa entre la hora de aplicación y el intervalo (en horas) entre la aplicación y la recolección de hojas para detectar la infestación. En 2021, se observó un mayor número de orugas muertas cuando se aplicó Bt a las 8:00 a. m., especialmente cuando las hojas se recolectaron poco después de la aplicación (0 y 24 h). En este horario, el número de orugas muertas fue significativamente mayor en comparación con las aplicaciones a las 12:00 p. m. y a las 6:00 p. m. El efecto de la hora de recolección también fue evidente, ya que se observó una disminución progresiva de la mortalidad de orugas a medida que aumentaban los intervalos entre la aplicación y la recolección (Tabla 2).
| Año 2021* | |||
| Tiempo de aplicación (h) | |||
| Tiempo de recolección (h) | 8:00 AM | 12:00 PM | 6:00 PM |
| 0 | 12.3 Aa | 11.2 Ab | 11.0 Ab |
| 24 | 11.8 Aa | 10.7 Ab | 7.7 Bc |
| 48 | 4.7 Ba | 3.3 Bc | 4.0 Cb |
| 72 | 2.3 Ca | 2.0 Ca | 2.3 Da |
| CV (%) | 4.62 |
| Año 2022* | |||
| Tiempo de aplicación (h) | |||
| Tiempo de recolección (h) | 8:00 AM | 12:00 PM | 6:00 PM |
| 0 | 10.5 Ab | 8.83 Ac | 11.8 Aa |
| 24 | 6.7 Ba | 6.0 sib | 7.3 Ba |
| 48 | 4.0 Cb | 6.0 Ba | 6.2 Ca |
| 72 | 1.8 Db | 3.5 Ca | 2.0 Db |
| CV (%) | 5.28 |
| Año 2023** | |||
| Tiempo de aplicación (h) | |||
| Tiempo de recolección (h) | 8:00 AM | 12:00 PM | 6:00 PM |
| 0 | 10.0 Aa | 7.2 Ab | 5.7 Ac |
| 24 | 9.7 Aa | 4.3 sib | 4.2 sib |
| 48 | 6.5 Ba | 4.0 sib | 4.2 sib |
| 72 | 4.7 Ca | 2.5 Cb | 2.3 Cb |
| CV (%) | 5.72 | ||
aLas medias seguidas de la misma letra minúscula en la fila y letra mayúscula en la columna no son significativamente diferentes (prueba de Scott-Knott en p ≤ 0.05). *Transformación de raíz cuadrada (x + 0.5) y **transformación de raíz cuadrada (x).
En 2022, se observó una tendencia similar, aunque se produjo una excepción: la aplicación a las 6:00 h resultó en la mayor mortalidad en el momento cero, superando incluso al tratamiento de las 8:00 h. Sin embargo, con el tiempo, las tasas de mortalidad disminuyeron más marcadamente para las aplicaciones de las 12:00 y las 6:00 h, especialmente 72 h después de la aplicación. En 2023, los resultados volvieron a ser consistentes con la tendencia general de mayor eficacia cuando el Bt se aplicó a primera hora de la mañana. El número de orugas muertas disminuyó más rápidamente cuando el insecticida se aplicó a las 12:00 y las 6:00 h, especialmente 72 h después de la aplicación.
Al analizar los tres años en conjunto, se observó un patrón consistente: las aplicaciones realizadas a las 8:00 a. m. resultaron en las mayores tasas de mortalidad de orugas, especialmente en los intervalos de recolección más tempranos (0 y 24 h). Por el contrario, las aplicaciones realizadas a las 12:00 p. m. y a las 6:00 p. m. fueron generalmente menos efectivas, especialmente a las 48 y 72 h después de la aplicación, donde el número de orugas muertas fue significativamente menor. Esto indica que, independientemente del año o de las variaciones ambientales, la aplicación de Bt durante las primeras horas de la mañana produce una mayor actividad biológica y una persistencia prolongada en las superficies de las plantas tratadas.
Considerando que las hojas fueron recolectadas después de la aplicación y transferidas al laboratorio para su infestación bajo condiciones controladas de temperatura y humedad, los efectos observados no están relacionados con la ingestión diferencial por parte de las orugas en el campo, sino más bien con la calidad de la deposición de Bt y su conservación en la superficie foliar en el momento de la aplicación. En este contexto, los datos ambientales registrados (Tabla 1) indican que las aplicaciones realizadas en la madrugada se produjeron en condiciones de temperaturas más suaves y humedad relativa más alta que tienden a reducir la degradación de Bacillus thuringiensis por factores abióticos como el calor y la radiación, a la vez que favorecen una mejor adhesión y distribución del producto en la superficie foliar. Por el contrario, las aplicaciones realizadas al mediodía o al final de la tarde estuvieron expuestas a temperaturas más altas y/o humedad más baja, lo que puede haber acelerado la degradación de Bacillus thuringiensis o haber afectado su fijación en la superficie de la planta antes de la recolección de las hojas, reduciendo en última instancia su eficacia incluso en condiciones estandarizadas de laboratorio.
Al estimar la mortalidad mediante la ecuación de Abbott, se confirma la eficacia del bioinsecticida en el control de plagas. En las muestras de hojas recolectadas inmediatamente después de la aplicación, se alcanzó una eficacia promedio superior al 60 % en todas las aplicaciones a lo largo de los años. Cabe destacar que la aplicación realizada a las 8:00 a. m. demostró una eficacia ligeramente superior, lo que subraya la importancia de las condiciones ambientales durante el proceso de aplicación.
En los tratamientos donde se pulverizaron hojas e inmediatamente se infestaron con orugas, se observaron tasas de mortalidad (%) más altas en todos los momentos de aplicación. Sin embargo, la eficacia disminuyó drásticamente con el tiempo, lo que resultó en una pronunciada curva descendente. En 2023, la aplicación de 8 h mostró un alto porcentaje de orugas muertas (%) en varios momentos de recolección, probablemente debido a las condiciones favorables de aplicación. El fenómeno de El Niño en 2023 trajo consigo un clima inusualmente lluvioso a Rio Grande do Sul, lo que resultó en una alta nubosidad. Estos factores podrían haber contribuido a tasas de mortalidad de plagas más altas hasta el momento de recolección de 72 h, en comparación con otros años.
La aplicación a las 8:00 a. m. produce una mayor tasa de mortalidad en las primeras 24 h. Esta mayor eficacia se atribuye a las condiciones de aplicación favorables, que favorecen la deposición del producto en la hoja, aumentando potencialmente el número de esporas viables y potenciando la eficacia del Bt.
La persistencia de Bacillus thuringiensis en condiciones de campo influye significativamente en su control de C. includens. La exposición a la luz ultravioleta es un factor clave que contribuye a la reducción del efecto residual de los productos formulados con Bacillus thuringiensis. Además, otros factores abióticos, como la lluvia y la humedad del aire, también influyen de forma crucial en la eficacia del bioinsecticida.
Discusión
El control biológico con Bacillus thuringiensis (Bt) representa una estrategia eficaz dentro de los programas de manejo integrado de plagas (MIP) para controlar diversas especies de orugas, incluyendo C. includens. Un conocimiento más profundo de la dinámica de persistencia de los productos biológicos y los avances en la tecnología de aplicación son cruciales para optimizar el control de plagas y el uso de bioinsecticidas.
Este estudio indica que los biopesticidas Bt son menos eficaces en el manejo de la especie C. includens, considerando el criterio de control del 80% para la efectividad de los pesticidas. Es importante señalar que se espera que los pesticidas biológicos sean menos eficientes que los pesticidas químicos debido a su menor sensibilidad a las condiciones climáticas. Para mejorar la eficacia y la persistencia de los biopesticidas en el campo, la incorporación de nanotecnología para el desarrollo de nanobiopesticidas podría mejorar la estabilidad de los ingredientes activos.
Diversos estudios de laboratorio y de campo han demostrado la eficacia de la tecnología Bt en el control de plagas, especialmente en cultivos Bt, donde las condiciones climáticas tienen un impacto mínimo. Estudios han demostrado que los biopesticidas Bt desempeñaron un papel esencial en el manejo de brotes de C. includens y H. armigera en cultivos brasileños durante la temporada de cultivo 2013/2014, cuando la soja Bt aún no era accesible para los agricultores. Se observó una creciente adopción de biopesticidas para el control de plagas en Brasil en respuesta a los brotes de plagas, lo que se atribuye a su alta eficacia y al reducido impacto ambiental.
Se preveía una mayor eficacia del producto para las aplicaciones a las 18:00 h debido a las condiciones climáticas más favorables durante un período prolongado. Esto incluye una menor incidencia de rayos UV poco después de la aplicación, la continuidad durante la noche sin radiación solar y la posible mejora de la eficacia del control de plagas. Un estudio reciente ha demostrado que la susceptibilidad a la radiación UV (290-400 nm) limita la persistencia y la eficacia de los biopesticidas.
Las aplicaciones realizadas a las 8 AM también podrían ser significativas, ya que históricamente, este horario ofrece condiciones de aplicación más cercanas a los parámetros recomendados, con mayor humedad relativa y menor temperatura en comparación con las horas de la tarde. En este estudio, las diferentes temperaturas no mostraron un patrón de comportamiento en el control de orugas. En 2021, la temperatura más alta (27 ℃) en el momento de la aplicación se produjo a las 6 PM, lo que resultó en un menor control en comparación con la aplicación realizada a las 8 AM con una temperatura de 18 ℃, en las primeras horas de la recolección de hojas (0-24 h). Esto fue diferente a lo ocurrido en 2022, donde la aplicación a las 6 PM con una temperatura de 32 ℃ presentó un mayor control en comparación con la aplicación a las 12 PM, que tuvo 23 ℃ en el momento de la aplicación. Mastore et al. han estudiado la influencia de las fluctuaciones diarias de temperatura en la eficacia de diferentes bioinsecticidas y observaron que el bioinsecticida a base de B. thuringiensis var. Kurstaki no se vio afectado por las fluctuaciones de temperatura en los rangos alto (17-33 °C) y bajo (11-22 °C). Esto podría indicar que otras condiciones ambientales podrían haber influido en la respuesta al control, como la lluvia registrada en las primeras 24 h tras la aplicación en 2022, que provocó una disminución más pronunciada de la mortalidad entre las 0 y las 24 h de la recolección de hojas.
A pesar de los hallazgos de este estudio, la literatura destaca que el tiempo debe considerarse un factor crucial en la aplicación de productos biológicos. Deben evitarse las aplicaciones durante las horas más calurosas del día debido al posible efecto lupa, donde la luz solar se concentra en las gotas de pulverización, lo que podría reducir la persistencia de Bt.
Se observó una disminución de la mortalidad con el tiempo (de 1 a 7 días) tras la aplicación al examinar la actividad residual del bioinsecticida, probada con diversos volúmenes de pulverización. No se registró mortalidad larvaria de Agoma trimenii (Lepidoptera: Agaristidae) después del sexto día. Los efectos residuales de estos productos se caracterizan por una rápida reducción de esporas en condiciones de campo, con una eliminación de hasta el 95% al 99% de las esporas iniciales en los 3 días posteriores a la aplicación.
Estos hallazgos coinciden con los reportados en otros estudios, donde se indicó que la pérdida de ingredientes activos aumentó proporcionalmente con la exposición directa a la luz solar, y que la actividad de las formulaciones de Bacillus thuringiensis disminuyó a los pocos días de su aplicación, con tasas de mortalidad inferiores al 40% tras 3 días de exposición solar y alcanzando la inactividad completa a los 10 días. La evaluación de la sensibilidad de Bt kurstaki a la radiación UV-B reveló que esta variedad posee una capa sustancial de proteínas insecticidas Cry en comparación con Bt israelensis. Sin embargo, este exceso de capa, paradójicamente, aumenta la sensibilidad a los rayos ultravioleta debido a una deficiencia de polipéptidos protectores.
En este estudio, se analizó la persistencia de la mortalidad de C. includens a lo largo del tiempo. Se recolectaron muestras foliares hasta 72 h después de la pulverización y la infestación. Las eficiencias de control a las 0 h fueron del 76 %, 61 % y 64 % a las 08:00, 12:00 y 06:00, respectivamente. Esta eficiencia disminuyó al 12 %, 10 % y 7 % a las 72 h para los mismos tiempos de aplicación. El control más efectivo se observó a las 24 h de la aplicación, con una disminución significativa de la mortalidad a las 48 y 72 h. Las condiciones más cálidas típicas de los climas tropicales, como las de Brasil, aceleran la pérdida de esporas y reducen la persistencia del producto.
Estudios recientes en el campo de la tecnología de aplicación se han centrado en la encapsulación de biopesticidas. Esta estrategia consiste en recubrir el producto para mejorar su persistencia en campo, permitiéndole resistir mejor el estrés biótico y abiótico. Uno de los principales objetivos de estas formulaciones es la vida útil del producto, tanto en campo como durante el almacenamiento. Un enfoque alternativo consiste en manipular los genes cry, aprovechando las diversas proteínas producidas por las bacterias y sus diversos modos de acción. Se pueden emplear técnicas de ingeniería genética para mejorar la eficacia de las proteínas y la persistencia ambiental, a la vez que se eliminan características indeseables.
Nuestros datos sugieren firmemente la necesidad de adoptar estrategias para aumentar la persistencia de los biopesticidas de Bacillus thuringiensis. En este estudio, se utilizaron únicamente productos comerciales sin adyuvantes, lo que podría haber mejorado la tecnología de aplicación en términos de propagación y persistencia. Sin embargo, no todos los adyuvantes son compatibles con las formulaciones de Bacillus thuringiensis.
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El insecticida Bacillus thuringiensis aizawai (Bta) es un insecticida bacteriano seguro, inocuo para los seres humanos y el medio ambiente, que representa más del 95 % del mercado de pesticidas microbianos. Como pesticida biológico complementario, Bacillus thuringiensis aizawai desempeña un papel importante en el control de plagas vegetales, así como en la agricultura orgánica.