La podredumbre radical del alcornoque y el acebuche. Efecto del contenido hídrico del suelo y control de la enfermedad mediante inductores de resistencia

Abstract

El acebuche (Olea europaea subs. europaea var. sylvestris) y el alcornoque (Quercus suber) son especies clave en los ecosistemas mediterráneos. Además de su gran importancia ecológica, tienen un marcado valor económico: el acebuche es la principal fuente de recursos genéticos en los programas de mejora del olivo, mientras que la industria del corcho así como la alimentación del cerdo ibérico dependen directamente del alcornoque. Actualmente, ambas especies están siendo gravemente afectadas por podredumbres radicales, decaimiento y muerte del arbolado, que ponen en grave peligro su conservación. Aunque se desconoce la etiología de estas enfermedades en el acebuche, es de sobra conocido que Phytophthora cinnamomi es el principal agente causal de la podredumbre radical del alcornoque, si bien Pythium spiculum también se ha descrito como patógeno de esta especie. No obstante, existen algunos aspectos epidemiológicos de la podredumbre radical del alcornoque aún no aclarados. En cuanto a la podredumbre radical del acebuche, se han aislado consistentemente tres especies del género Phytophthora (P. cryptogea, P. oleae y P. megasperma), junto con Py. spiculum, a partir de raíces de árboles sintomáticos, demostrándose su patogenicidad en plantones. En muestreos previos (2009), P. megasperma fue el principal patógeno asociado a la enfermedad, mientras que en este trabajo se ha constatado que, en 2013, P. cryptogea fue la principal especie aislada, probablemente debido a un aumento generalizado de las temperaturas, favoreciendo las infecciones radicales por parte de una especie más termófila, como es P. cyptogea. Además, desde su primera detección en 2014, la nueva especie invasora P. oleae parece estar desplazando a las especies de Phytophthora nativas, poniendo en peligro no solo la supervivencia de los acebuchales, sino que también representa un grave riesgo para el olivar. Con respecto a la epidemiología de la podredumbre radical del alcornoque, se demostró cómo P. cinnamomi actúa como un patógeno virulento cuando los plantones se expusieron a suelos infestados con clamidosporas, independientemente de las condiciones de estrés hídrico (sequía) que previamente sufrieron los plantones. Por lo tanto, la sequía por sí misma no puede ser considerada como un factor predisponente necesario para el desarrollo de la podredumbre radical del alcornoque. No obstante, el contenido de humedad del suelo es un factor determinante para la infección radical del alcornoque por P. cinnamomi o Py. spiculum. Phytophthora cinnamomi fue altamente virulento en suelos con un porcentaje de humedad entre la saturación y la sequía moderada (≥ 25%), causando altos niveles de necrosis radical, pero fue incapaz de infectar las raíces cuando la humedad del suelo disminuyó hasta el 12% (sequía). Por el contrario, Py. spiculum puede infectar la raíz del alcornoque en condiciones de sequía, pero resulta menos virulento que P. cinnamomi en suelos húmedos, e incapaz de infectar las raíces en suelos saturados. En los alcornoques inoculados simultáneamente con ambos patógenos, los síntomas radicales fueron siempre similares a los producidos en solitario por P. cinnamomi en un amplio rango de humedad del suelo (9-100%), sin ningún efecto sinérgico entre los dos patógenos. Por lo tanto, P. cinnamomi predominará como patógeno radical de Quercus en suelos saturados a moderadamente húmedos, mientras que Py. spiculum será el patógeno predominante solamente en ausencia de P. cinnamomi o en condiciones de sequía. De esta forma, los bosques de Quercus mediterráneos, habitualmente infestados por ambos patógenos, estarán en riesgo de sufrir epidemias de la enfermedad en el momento presente y también bajo las condiciones de aumento de la aridez previstas para la región mediterránea. Por otra parte, la creciente necesidad de un manejo integral de las enfermedades que afectan a las dehesas y montes de Quercus, que además sea respetuoso con el medio ambiente, hace del uso de productos activadores de resistencia (fosfonatos) una opción atractiva. Estos productos pueden ser aplicados directamente al tronco (endoterapia), estimulando las defensas naturales del árbol frente a determinados patógenos e impidiendo la contaminación de las dehesas y alcornocales. En este contexto, se evaluó la capacidad de estos productos para inhibir in vitro el crecimiento micelial de P. cinnamomi y se ensayó su eficacia para prevenir la infección en plantones de alcornoque. Se demostró que el fosfito potásico, a la dosis recomendada por el fabricante (100 μg/mL), inhibe totalmente el crecimiento radial de las colonias de P. cinnamomi, mientras que el fosetil-aluminio indujo una reducción del crecimiento del 75%. Sin embargo, solamente las plantas tratadas con fosetil-aluminio mostraron unos niveles de síntomas radicales similares a los de las plantas no inoculadas. Además, también se evaluó la eficacia del fosfito potásico y el fosetil-aluminio contra los patógenos radicales del acebuche en condiciones in vitro e in planta. El fosfito potásico redujo el crecimiento micelial de P. cryptogea, P. oleae, P. megasperma y Py. spiculum, mientras que el fosetil-aluminio solo fue efectivo contra P. cryptogea y P. oleae. Sin embargo, cuando se ensayaron in planta, ambos fosfonatos redujeron significativamente la necrosis radical causada por todas las Phytophthora spp. Finalmente, y debido a que el uso del fosfito potásico se prohibió en España, debido a su comercialización como fertilizante fosfórico, se ensayó la efectividad del fosetil-aluminio contra la podredumbre radical del alcornoque. Este producto es un fosfonato registrado en España como fungicida para su uso en cultivos agrícolas y algunos cultivos forestales. Por ello, se ensayó la eficacia del fosetil-aluminio en una dehesa de alcornoque, aplicando el producto por inyección al tronco a la dosis recomendada por el fabricante para cultivos leñosos. Los árboles se catalogaron en función de su clase de defoliación: árboles asintomáticos (0-10% de defoliación), con defoliación leve (11-25%) o moderada (26- 50%). Además, se tomaron muestras de raicillas absorbentes y de suelo de la rizosfera de cada árbol para el aislamiento de patógenos. Se inyectaron 30 árboles (10 por clase de defoliación) con fosetil-aluminio, y otros 30 (testigos) solamente con agua. Los alcornoques, incluyendo algunos asintomáticos, ya estaban infectados con P. cinnamomi y Py. spiculum cuando se realizó el tratamiento con fosetil-aluminio o con agua. La evaluación de la defoliación y los muestreos de raíz y suelo se repitieron dos veces al año durante 3 años. Al final del periodo de evaluación, la aplicación de fosetil-aluminio redujo significativamente la defoliación de los árboles tratados en comparación con los testigos, independientemente de la clase de defoliación inicial. Además, se observó una mejora de la cobertura foliar en los árboles tratados, lo que sugiere un efecto terapéutico del fosetilaluminio sobre las infecciones preexistentes, que se sumaría a su efecto preventivo contra las nuevas infecciones. Por otro lado, las variaciones en la densidad de inóculo en el suelo o en la presencia de P. cinnnamomi y Py. spiculum en las raíces a lo largo del tiempo de evaluación, no dependieron significativamente del tratamiento aplicado. No obstante, se confirmó la tendencia a una menor presencia de patógenos en la raíz de los árboles tratados a concentraciones crecientes de densidad de inóculo en el suelo. Por lo tanto, la aplicación de inyecciones al tronco de fosetil-aluminio debe considerarse como una medida efectiva en el manejo integrado de esta grave enfermedad del alcornoque, incluso en áreas naturales protegidas. En resumen, esta Tesis Doctoral ha permitido determinar la etiología de las podredumbres radicales del acebuche, incluyendo la primera descripción de P. oleae como patógeno radical de Olea spp., así como esclarecer la influencia del contenido hídrico del suelo en la epidemiología de la podredumbre radical del alcornoque, además de aportar evidencia experimental contrastada del efecto preventivo y curativo de los fosfonatos para evitar la destrucción de los ecosistemas mediterráneos dominados por el alcornoque.

Wild olive (Olea europaea subs. europaea var. sylvestris) and cork oak (Quercus suber) are keystone tree species of high ecological value for Mediterranean forests. They are also species of economic importance: wild olive represents a unique source of genetic variability for olive breeding programs, as well as cork industry and Iberian pig production depend on cork oak forestry. Both species are suffering root rots, decline, and death, which seriously threaten their future. Nothing has been reported about the etiology of wild olive root rots, whereas it is well known the role of Phytophthora cinnamomi as the main agent of root rot on cork oaks, although Pythium spiculum has been also proved to be a root pathogen on it. Nevertheless, some epidemiological aspects of cork oak root disease remained unknown. Dealing with wild olive root rots, three Phytophthora spp., namely P. cryptogea, P. oleae and P. megasperma, and also Py. spiculum, were consistently isolated from wild olive necrotic roots, and their pathogenicity demonstrated in potted seedlings. Preliminary samplings (2009) revealed P. megasperma as the main pathogen associated with this disease, but in this work, P. cryptogea became the main species recovered from diseased roots in 2013, likely related with the forecasted increase of temperatures, favouring infections by the more thermophilic species, P. cryptogea. Moreover, since its first detection in 2014, the invasive new species P. oleae seems to be replacing both native Phytophthora spp., then putting at risk not only the survival of wild olive forests, but also being a potential threat for olive orchards. Respect to epidemiology of the root rot affecting cork oaks, it was demonstrated how P. cinnamomi acts as a virulent pathogen independently of previous water stress (drought) suffered by seedlings, when they are exposed to soil infested by chlamydospores. Consequently, drought by itself cannot be considered as a predisposing factor required for Phytophthora root disease development in cork oaks. Nevertheless, soil water content determines the preferential root infection by P. cinnamomi or Py. spiculum in cork oaks. Phytophthora cinnamomi was highly virulent in saturated to moderately dry soils (soil water content ≥ 25%), causing high levels of root necrosis, but it resulted unable to infect roots when soil humidity drops to 12% (drought). In contrast, Py. spiculum can infect oak roots at drought, being less virulent than P. cinnamomi in wet soils, and unable to infect roots in saturated soils. In oaks potted in soils simultaneously infested with both species, root symptoms always were as those induced by P. cinnamomi alone at soil water contents ranging between 9-100%, without any synergy between pathogens. Overall, P. cinnamomi will prevail as Quercus root pathogen in saturated to moderately wet soils, while Py. spiculum will do so only in absence of P. cinnamomi, or in droughted soils. Thus, Mediterranan-oak woodlands, usually infested by both pathogens, are at risk of disease outbreaks at present and under the expected increasing aridity in the Mediterranean region. On the other hand, the need for an environmental-friendly disease management in dehesa and natural oak forests, makes the use of resistance inducers (phosphonates) a suitable option. These products can be trunk-applied by endotherapy, stimulating the natural tree defences and avoiding contamination of cork oak woodland ecosystems. In this context, the effect of these products was evaluated for P. cinnamomi mycelial growth inhibition (in vitro) and tested to prevent infections on Q. suber seedlings (in planta). At doses recommended by manufacturers (100 μg/mL), potassium phosphite totally inhibited colony radial growth, whereas fosetyl-aluminium led to an inhibition of 75%. However, only the seedlings treated with fosetyl-aluminium showed root symptom levels like uninfected control ones. In addition, the effectiveness of potassium phosphite and fosetylaluminium was evaluated against wild olive root pathogens in vitro and in planta. Potassium phosphite reduced the mycelial growth of P. cryptogea, P. oleae, P. megasperma and Py. spiculum, while fosetyl-aluminium only inhibited growth of P. cryptogea and P. oleae. Nevertheless, when tested in planta, both products induced a significant decrease of root necrosis caused by Phytophthora pathogens. Finally, as the use of potassium phosphite was prohibited in Spain, due to its commercialization as fertilizer, fosetyl-aluminium was tested to be used against root disease affecting cork oaks. Fosetyl-aluminium is a phosphonate marketed in Spain as a fungicide, registered for its use in agriculture and some forestry crops. This product was tested in a seminatural cork oak woodland (dehesa) applied by trunk injections at the dose recommended by the manufacturer for woody crops. Oaks were separated according to their defoliation class: asymptomatic (0-10% defoliation), slight (11-25%), or moderate (26-50%) defoliation. Additionally, rootlets and rhizosphere soil from each treee were sampled for pathogen isolation. Thirty oaks (10 per defoliation class) were treated and other thirty (controls) only received water. Cork oaks, including asymptomatic ones, were already root-infected by P. cinnamomi and Py. spiculum when fosetyl-aluminium or water injections were applied. Evaluation of defoliation and root and soil sampling were repeated twice a year for 3 years. At the end of this evaluation period, fosetyl-aluminium significantly decreased defoliation in treated cork oaks in comparison with water-injected controls, regardless the initial defoliation class considered. A recovery of crown canopy was observed in treated oaks, suggesting some therapeutic effect of fosetyl-aluminium on preexisting infections, which would add to its preventive effect of new infections. On the other hand, changes in inoculum density in the rhizosphere or presence of P. cinnamomi and Py. spiculum in roots over time did not significantly depend on treatment. Nevertheless, a trend to a lower presence of pathogens in roots of treated oaks with increasing soil inoculum densities was confirmed. Foseyl-aluminium applied by trunk injection can therefore be used as part of the integrated approach to control this highly destructive disease in cork oak woodlands, including protected natural areas. Summarizing, this PhD thesis state the etiology of the root rots affecting wild olives, including the first report of the new pathogen P. oleae causing root disease on Olea spp.; clarify the influence of soil water content in the epidemiology of cork oak root disease; and provide statistical evidence of the preventive and therapeutic effectiveness of systemic phosphonates to avoid destruction of Mediterranean ecosystems based on oak woodlands.