Characterization and survival of broad-spectrum biocontrol agents against phytopathogenic fungi / Caracterización y supervivencia de agentes de control biológico de amplio espectro frente a hongos fitopatógenos

Resumen Este estudio tuvo como objetivo aislar, caracterizar e identificar bacterias de control biológico que poseen actividad antifúngica de amplio espectro de la filosfera de diferentes cultivos, incluidos el maíz, el trigo y la papa, así como evaluar su actividad en la promoción del crecimiento. En este estudio, 14/113 bacterias de control biológico mostraron actividad antifúngica. Los aislamientos bacterianos M11 y M33 (de maíz), del total de 113, fueron reseleccionados debido a su fuerte actividad antifúngica de amplio espectro (más del 50%) después de su evaluación contra cuatro hongos fitopatógenos que afectan cultivos de alta importancia económica, entre ellos, Alternaría alternata, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum y Fusarium verticillioides. Los aislamientos se evaluaron, adicionalmente, para determinar los rasgos que promueven el crecimiento de las plantas, es decir, producción de ácido indolacético, solubilización de fosfato, producción de celulasa, compuestos orgánicos volátiles microbianos, cianuro de hidrógeno y sideróforos. Las 14 cepas aisladas mostraron resultados positivos para la producción de la hormona ácido indolacético y la enzima celulasa; 10 cepas fueron positivas para la producción de cianuro de hidrógeno. Además, se observó producción de sideróforos en el caso de 7 cepas, mientras que 5 pudieron solubilizar fosfato inorgánico. Los compuestos orgánicos volátiles microbianos solo fueron sintetizados por los aislamientos M11 y M33, que fueron identificados como Bacillus amyloliquefaciens y Bacillus subtilis, respectivamente, mediante secuenciación del gen ARNr 16S. El estudio de supervivencia mostró que las bacterias de control biológico, es decir, B. amyloliquefaciens y B. subtilis, tienen la capacidad de sobrevivir sobre un sustrato a base de melasa, por un período de tres meses.

Characterization and survival of broad-spectrum biocontrol agents against phytopathogenic fungi.

The current study intended to isolate, characterize and identify biocontrol bacteria possessing broad-spectrum antifungal activity from the phyllosphere of different crops including maize, wheat and potato and to assess their growth-promoting activity. In this study 14/113 biocontrol bacteria showed antifungal activity. Bacterial isolates M11 and M33 from maize out of 113 were re-selected on the basis of their strong (more than 50%) broad spectrum antifungal activity after their assessment against four economically important phytopathogenic fungi including Alternaria alternata, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum and Fusarium verticillioides. The isolates were further assessed for plant growth promoting traits, i.e., indole-3-acetic acid production, phosphate solubilization, production of cellulase, microbial volatile compounds, hydrogen cyanide and siderophores. All fourteen isolates showed positive results for the production of indole-3-acetic acid hormone and cellulase enzyme, 10 isolates were positive for hydrogen cyanide production; siderophores production was observed in 7 isolates while 5 isolates showed ability to solubilize inorganic phosphate. Microbial volatile compounds were only synthesized by M11 and M33, which were identified as Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus subtilis respectively by 16S rRNA gene sequencing. The survival study revealed that biocontrol bacteria B. amyloliquefaciens and B. subtilis have the ability to survive in cost effective molasses containing carrier material up to a three-month period.

Microorganisms from corn stigma with biocontrol potential of Fusarium verticillioides / Microrganismos do estigma do milho com potencial de biocontrole de Fusarium verticillioides

The mycotoxigenic fungus Fusarium verticillioides is the primary maize pathogen and causes the maize stalk and ear rot diseases with significant economic losses. Furthermore, the excessive use of fungicides to control F. verticillioides constitutes threats to the environment and human health. Thus, sustainable alternatives such as biological control are needed to minimize the hazards associated with the current method. Although much is known about the vulnerability of the maize silks as a gateway for several fungal pathogens invading the developing grains, studies on the chemical properties of silk extracts and their resident microbiota are scarce. This study isolated and characterized bacteria and fungi that colonize the maize stigma to assess new potential biocontrol agents. The samples were collected from maize fields in the Brazilian localities of Sete Lagoas-MG, Sidrolândia-MS, Sertaneja-PR, and Goiânia-GO. One hundred sixty-seven microorganisms were isolated, 46% endophytic and 54% epiphytic. First, the antagonist activity was evaluated by the agar disc diffusion method performed in triplicate, and 83% of the isolates showed antagonist activity against F. verticillioides. Then, the 42 most efficient isolates were identified based on the partial sequencing of the bacterial 16S rRNA gene and fungi ITS region. The bacteria belong to the genera Bacillus (57.1%), Burkholderia (23.8%), Achromobacter (7.1%), Pseudomonas (2.4%), and Serratia (2.4%), while the fungi are Penicillium (2.4%), Candida (2.4), and Aspergillus (2.4%). The results showed that microorganisms from maize stigma might represent new promising agents for F. verticillioides control.

O fungo micotoxigênico Fusarium verticillioides é o principal patógeno do milho e causa doenças do colmo e da podridão da espiga com perdas econômicas significativas. Além disso, o uso excessivo de fungicidas no controle de F. verticillioides constitui uma ameaça ao meio ambiente e à saúde humana. Assim, alternativas sustentáveis, como o controle biológico, são necessárias para minimizar os riscos associados ao método atual. Este estudo isolou e caracterizou bactérias e fungos que colonizam o estigma do milho para avaliar novos agentes de biocontrole em potencial. As amostras foram coletadas em campos de milho nas localidades brasileiras de Sete Lagoas-MG, Sidrolândia-MS, Sertaneja-PR e Goiânia-GO. Cento e sessenta e sete microrganismos foram isolados, 46% endofíticos e 54% epifíticos. O teste de antagonismo empregando a técnica de disco de difusão em meio sólido, mostrou que 83% dos isolados apresentaram atividade antagonista contra F. verticillioides. Em seguida, 42 isolados mais eficientes foram identificados a partir do sequenciamento parcial do gene 16S rRNA bacteriano e da região ITS de fungos. Os isolados bacterianos pertencem ao gênero Bacillus (57,1%), Burkholderia (23,8%), Achromobacter (7,1%), Pseudomonas (2,4%) e Serratia (2,4%), enquanto os fungos são Penicillium (2,4%), Candida (2.4), e Aspergillus (2,4%). Os resultados mostraram que microrganismos do estigma do milho podem representar novos agentes promissores para o controle de F. verticillioides.

Action of Trichodermil 1306 in the control of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici in tomato crops / Ação do Trichodermil 1306 no controle de Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici na cultura do tomateiro

Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, is one of the most important diseases of tomato crop in Brazil. Several alternatives to fungicides have been evaluated in search for products that control this disease and have low environmental impact and toxicity to living beings. In this context, the use of Trichoderma spp. is an alternative to agrochemicals, since they are bioregulators and antagonists of several phytopathogens. This work aimed to evaluate the antagonistic and mycoparasitory action of the Trichodermil 1306 biofungicide against F. oxysporum, and its action in the control of fusarium wilt in tomato seeds and seedlings. The biofungicide was used at concentrations of 0, 50, 100, and 150% of the dose recommended for application of 20 L with a backpack sprayer. The experiment was conducted in a completely randomized design with five replications. Data were submitted to analysis of variance and mean compared by Tukey's test at 5% probability. The 100% Trichodermil concentration was the most efficient for treating tomato seeds. Although this concentration did not show differences in relation to the lowest dose used (50%) in the tomato seed antagonism, mycoparasitism and F. oxysporum incidence tests were recommended because that the lowest concentration resulted in 18% lower root protrusion than that observed with 100% dosage. The in vitro antagonistic and mycoparasitory action of this biological fungicide indicates its potential in the control of fusarium wilt in tomato crops.(AU)

A murcha-de-fusário, causada por Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, é uma das mais importantes doenças da cultura do tomate no Brasil. Várias alternativas aos fungicidas têm sido avaliadas na busca de produtos que controlem a doença e tenham baixo impacto ambiental e toxicidade aos seres vivos. Nesse contexto, o uso de Trichoderma spp. é uma alternativa a agrotóxicos, pois são biorreguladores e antagonistas de vários fitopatógenos. O objetivo do trabalho foi avaliar a ação antagonista e micoparasitória do biofungicida Trichodermil 1306 em F. oxysporum, e no controle da murcha-de-fusário em sementes e mudas de tomate. O biofungicida foi utilizado nas concentrações de 0, 50, 100 e 150% da dose recomendada para aplicação com pulverizador costal de 20 L. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, com cinco repetições. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. A concentração de Trichodermil 100% foi a mais eficaz para o tratamento de sementes de tomateiro. Embora essa concentração não tenha se diferenciado da menor dosagem utilizada (50%) para os testes de antagonismo, micoparasitismo e incidência de F. oxysporum em mudas de tomate, sua recomendação se justifica pelo fato da menor concentração ter propiciado protrusão radicular 18% menor do que a observada na concentração de 100%. A ação antagonista e micoparasitória in vitro do fungicida biológico testado no presente estudo indica potencialidade de uso para o controle de murcha-de-fusário em tomateiro.(AU)

Effect of chitosan on the mycelial growth of Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Trichoderma spp / Efeito da quitosana no crescimento micelial de Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani e Trichoderma spp

Fungicides, often used in conventional farming systems, can harm humans, animals and damage the environment. Chitosan, which is extracted from the crustacean shell, has shown to be a harmless and cheap alternative to fungicides. This study aimed to test the inhibitory effect of chitosan on the mycelial growth of Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Trichoderma spp. Different concentrations of chitosan (0, 1, 2, 4, 8 and 16%) were supplemented to 1% acetic acid Potato Dextrose Agar (PDA). The fungi were inoculated in the center of the plates, incubated at 25 °C, with or without a 12-hour photoperiod. Daily measurements were performed in two transverse diameters until the mycelium reached the edges of the Petri dish. Fusarium oxysporum mycelial growth was significantly inhibited by chitosan at concentrations 1, 2, 4, and 8%, on the 4th, 5th and 6th evaluation days, in a 12-hour photoperiod. However, for Rhizoctonia solani, there was no reduction on mycelial growth. Trichoderma spp. presented the greatest mycelial reduction, in both light schemes, in all the concentrations evaluated, on days one, two and three. The results indicate that the mycelial growth of Fusarium oxysporum and Trichoderma spp. were inhibited by chitosan. Although, the combined use of chitosan and Trichoderma spp. as biocontrol agents of phytopathogens is not indicated.(AU)

Os fungicidas, frequentemente utilizados em sistemas agrícolas convencionais, podem prejudicar seres humanos, animais e danificar o meio ambiente. A quitosana, extraída da casca do crustáceo, tem se mostrado uma alternativa inofensiva e barata aos fungicidas. Este trabalho teve como objetivo testar o efeito inibitório da quitosana sobre o crescimento micelial de Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani e Trichoderma spp. Diferentes concentrações de quitosana (0,1, 2, 4, 8 e 16%) foram adicionadas em Batata Dextrose Agar (BDA) preparado em 1% de ácido acético. Os fungos foram inoculados no centro das placas,incubados a 25 °C, com ou sem fotoperíodo de 12 horas. Medições diárias foramrealizadas em dois diâmetros transversais até o micélio atingir as bordas da placade Petri. O crescimento micelial de Fusarium oxysporum foi significativamente inibido pela quitosana nas concentrações 1, 2, 4 e 8%, nos dias 4, 5 e 6 deavaliação, em fotoperíodo de 12 horas. No entanto, para Rhizoctonia solani não houve redução no crescimento micelial. Trichoderma spp. apresentou a maior redução micelial, em ambos os esquemas de luz, em todas as concentrações avaliadas, nos dias um, dois e três. Os resultados indicam que o crescimento micelial de Fusarium oxysporum e Trichoderma spp. foram inibidos pela quitosana. Assim, o uso combinado de quitosana e Trichoderma spp. como agentes de biocontrole de fitopatógenos não é indicado.(AU)

Action of Trichodermil 1306 in the control of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici in tomato crops / Ação do Trichodermil 1306 no controle de Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici na cultura do tomateiro

Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, is one of the most important diseases of tomato crop in Brazil. Several alternatives to fungicides have been evaluated in search for products that control this disease and have low environmental impact and toxicity to living beings. In this context, the use of Trichoderma spp. is an alternative to agrochemicals, since they are bioregulators and antagonists of several phytopathogens. This work aimed to evaluate the antagonistic and mycoparasitory action of the Trichodermil 1306 biofungicide against F. oxysporum, and its action in the control of fusarium wilt in tomato seeds and seedlings. The biofungicide was used at concentrations of 0, 50, 100, and 150% of the dose recommended for application of 20 L with a backpack sprayer. The experiment was conducted in a completely randomized design with five replications. Data were submitted to analysis of variance and mean compared by Tukey's test at 5% probability. The 100% Trichodermil concentration was the most efficient for treating tomato seeds. Although this concentration did not show differences in relation to the lowest dose used (50%) in the tomato seed antagonism, mycoparasitism and F. oxysporum incidence tests were recommended because that the lowest concentration resulted in 18% lower root protrusion than that observed with 100% dosage. The in vitro antagonistic and mycoparasitory action of this biological fungicide indicates its potential in the control of fusarium wilt in tomato crops.(AU)

A murcha-de-fusário, causada por Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, é uma das mais importantes doenças da cultura do tomate no Brasil. Várias alternativas aos fungicidas têm sido avaliadas na busca de produtos que controlem a doença e tenham baixo impacto ambiental e toxicidade aos seres vivos. Nesse contexto, o uso de Trichoderma spp. é uma alternativa a agrotóxicos, pois são biorreguladores e antagonistas de vários fitopatógenos. O objetivo do trabalho foi avaliar a ação antagonista e micoparasitória do biofungicida Trichodermil 1306 em F. oxysporum, e no controle da murcha-de-fusário em sementes e mudas de tomate. O biofungicida foi utilizado nas concentrações de 0, 50, 100 e 150% da dose recomendada para aplicação com pulverizador costal de 20 L. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, com cinco repetições. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. A concentração de Trichodermil 100% foi a mais eficaz para o tratamento de sementes de tomateiro. Embora essa concentração não tenha se diferenciado da menor dosagem utilizada (50%) para os testes de antagonismo, micoparasitismo e incidência de F. oxysporum em mudas de tomate, sua recomendação se justifica pelo fato da menor concentração ter propiciado protrusão radicular 18% menor do que a observada na concentração de 100%. A ação antagonista e micoparasitória in vitro do fungicida biológico testado no presente estudo indica potencialidade de uso para o controle de murcha-de-fusário em tomateiro.(AU)

Effect of chitosan on the mycelial growth of Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Trichoderma spp / Efeito da quitosana no crescimento micelial de Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani e Trichoderma spp

Fungicides, often used in conventional farming systems, can harm humans, animals and damage the environment. Chitosan, which is extracted from the crustacean shell, has shown to be a harmless and cheap alternative to fungicides. This study aimed to test the inhibitory effect of chitosan on the mycelial growth of Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Trichoderma spp. Different concentrations of chitosan (0, 1, 2, 4, 8 and 16%) were supplemented to 1% acetic acid Potato Dextrose Agar (PDA). The fungi were inoculated in the center of the plates, incubated at 25 °C, with or without a 12-hour photoperiod. Daily measurements were performed in two transverse diameters until the mycelium reached the edges of the Petri dish. Fusarium oxysporum mycelial growth was significantly inhibited by chitosan at concentrations 1, 2, 4, and 8%, on the 4th, 5th and 6th evaluation days, in a 12-hour photoperiod. However, for Rhizoctonia solani, there was no reduction on mycelial growth. Trichoderma spp. presented the greatest mycelial reduction, in both light schemes, in all the concentrations evaluated, on days one, two and three. The results indicate that the mycelial growth of Fusarium oxysporum and Trichoderma spp. were inhibited by chitosan. Although, the combined use of chitosan and Trichoderma spp. as biocontrol agents of phytopathogens is not indicated.

Os fungicidas, frequentemente utilizados em sistemas agrícolas convencionais, podem prejudicar seres humanos, animais e danificar o meio ambiente. A quitosana, extraída da casca do crustáceo, tem se mostrado uma alternativa inofensiva e barata aos fungicidas. Este trabalho teve como objetivo testar o efeito inibitório da quitosana sobre o crescimento micelial de Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani e Trichoderma spp. Diferentes concentrações de quitosana (0,1, 2, 4, 8 e 16%) foram adicionadas em Batata Dextrose Agar (BDA) preparado em 1% de ácido acético. Os fungos foram inoculados no centro das placas,incubados a 25 °C, com ou sem fotoperíodo de 12 horas. Medições diárias foramrealizadas em dois diâmetros transversais até o micélio atingir as bordas da placade Petri. O crescimento micelial de Fusarium oxysporum foi significativamente inibido pela quitosana nas concentrações 1, 2, 4 e 8%, nos dias 4, 5 e 6 deavaliação, em fotoperíodo de 12 horas. No entanto, para Rhizoctonia solani não houve redução no crescimento micelial. Trichoderma spp. apresentou a maior redução micelial, em ambos os esquemas de luz, em todas as concentrações avaliadas, nos dias um, dois e três. Os resultados indicam que o crescimento micelial de Fusarium oxysporum e Trichoderma spp. foram inibidos pela quitosana. Assim, o uso combinado de quitosana e Trichoderma spp. como agentes de biocontrole de fitopatógenos não é indicado.