Epidemiología y detección temprana, claves del control de enfermedades del cereal

El presente artículo se centra en dos claves para el control de las enfermedades del cereal: el ciclo de vida de los patógenos que las producen y los síntomas iniciales, determinantes para su detección e intervención temprana.

Las enfermedades causadas por hongos monocíclicos

Estos patógenos completan su ciclo de vida en una única una campaña. Esto significa que, desde que sembramos el cereal hasta que la semilla cosechada vuelve a ser sembrada en el campo en la campaña siguiente, el hongo sólo ha completado un único ciclo; el inóculo primario (esporas o cualquier otra estructura de resistencia fúngica) inicia el desarrollo y causa enfermedad al mismo tiempo que se inicia la germinación de las semillas de los cereales. Al final del ciclo de cultivo se habrá generado nuevo inóculo que servirá de fuente de infección en el cultivo del año siguiente.

El inóculo del hongo puede estar en el suelo, en los restos de cultivo de años anteriores, en plantas silvestres o en la propia semilla de siembra. Cuando sembramos, las esporas comienzan su desarrollo, infectan a las plantas y estas enferman. La incidencia de la enfermedad, porcentaje de plantas infectadas en el campo, será directamente proporcional a la cantidad de inóculo anual viable o a la cantidad de semillas contaminadas. En las plantas enfermas se generará nuevo inóculo, pero este no se desarrollará ni producirá enfermedad, sino que permanecerá latente hasta la nueva campaña agrícola.

Si no se toman medidas que hagan reducir la cantidad de este inóculo primario, la incidencia de la enfermedad irá aumentando campaña tras campaña. Es por ello, que las medidas más eficaces de control de este tipo de enfermedades pasan por incluir en la estrategia una rotación adecuada y la siembra de semilla sana.

En el caso del trigo y cebada, cultivos en los que vamos a centrar esta descripción, encontramos varias enfermedades que son producidas por hongos monocíclicos. Entre ellas están todas las enfermedades conocidas con el nombre común de tizón, carbón o caries y que están producidas por hongos de los géneros Ustilago, Tilletia y Urocystis. En este grupo encontramos otra enfermedad bien conocida en cebada, causada por el hongo Drechslera graminea (Pyrenophora graminea) denominada helmintosporiosis; esta enfermedad cuyo inóculo principal se encuentra en la semilla y que causa una apariencia deshilachada de las hojas, no debe ser confundida con la helmintosporiosis reticular del mismo cultivo pero causada por otra especie (Drechslera teres) que no es monocíclico. Finalmente en este grupo de patógenos encontramos algunos cuyo inóculo está ligado fundamentalmente al suelo y la semilla y que causan colapso vascular tales como los géneros Fusarium o Gaeumannomyces.

Las enfermedades causadas por hongos policíclicos

Estos patógenos presentan más de un ciclo de vida en una única campaña de cultivo. Al contrario que las enfermedades causadas por monocíclicos, el inóculo primario produce varias generaciones de inóculo secundario, y este causa enfermedad en las plantas. Los hongos policíclicos pueden completar varios ciclos de la enfermedad en una única campaña y la cantidad de inóculo aumenta exponencialmente constituyendo inóculo secundario capaz de causar enfermedad en las plantas con las que toma contacto tras ser diseminado por salpicaduras de agua, viento o insectos. Esta es la principal diferencia respecto a los monocíclicos.

En este grupo se encuentran la mayoría de las enfermedades de muchos cultivos y también en cereales como trigo y cebada. Dentro de estas enfermedades se encuentra la septoriasis del trigo, helmistosporiosis reticular y rincosporiosis de la cebada, así como oidio y roya de ambos cultivos.

Debido a la gran cantidad de inóculo que puede aparecer en un campo, para el control de este grupo de enfermedades es clave la detección de los síntomas tempranos, con el fin de realizar intervenciones antifúngicas lo antes posible, evitando la proliferación de inóculo secundario.

A continuación describimos los síntomas tempranos de algunas de las enfermedades más importantes de trigo y cebada y que aparecen todos los años en estos cultivos, con mayor o menor indecencia dependiendo de las condiciones climáticas.

- Septoriasis de trigo: Es una enfermedad causada por dos hongos ascomicetes: Mycosphaerella graminicola (Anam.: Septoria tritici) y Phaeosphaeria nodorum (Anam.: Stagonospora nodorum anteriormente conocido como Septoria nodorum). Ambos patógenos pueden ocurrir juntos en un mismo cultivo, en algunos campos incluso en la misma planta con síntomas muy similares, denominando a ambas como complejo de septoria o septoriasis.

En estados tempranos de la enfermedad, los síntomas pueden ser confundidos con enfermedades abióticas, fitoxicidad por herbicidas o carencias nutricionales. Los primeros síntomas se caracterizan por manchas cloróricas o amarillentas que rápidamente se convierten en manchas de tono grisáceo o pajizo rodeadas a menudo por un halo amarillento (clorótico) y que están distribuidas al azar en las hojas. A medida que la enfermedad avanza, la coalescencia de las manchas produce el secado de las hojas completas y que normalmente avanza desde las hojas de la parte baja a la más alta de la planta. Las manchas en estados avanzados pueden presentar unos pequeños puntitos negros muy característicos de esta enfermedad y que corresponden a signos del hongo conocidos como picnidios (ver fotos del gráfico 1)

- Roya de trigo: Está causada por hongos del género Puccinia, entre ellos: P. triticina (roya marrón o parda), antes conocida por Puccinia recondita f sp. tritici), P. striiformis (Roya amarilla) y P. graminis (Roya negra); en Europa sólo la roya parda y la roya amarilla están causando epidemias de importancia.

Los primeros síntomas de ambas enfermedades, y que confirman la presencia del hongo, son pequeñas pústulas amarillas o naranjas-amarronadas de un pequeño tamaño (0,5-1,0 mm). Un halo clorótico rodea a este signo de la pústula y es frecuente, pero no siempre claramente visible; no siempre que esta clorosis aparece antes que la formación de la pústula. A medida que la enfermedad avanza, las pústulas de la roya parda se distribuyen al azar en toda la superficie de las hojas, mientras que en la roya amarilla, las pústulas se disponen en líneas, paralelas a las nervaduras de las hojas Es importante localizar las primeras líneas cloróticas paralelas a los nervios (con o sin pústulas) para detectar, de forma temprana, la roya amarilla del trigo. (Ver fotos en el gráfico 1).

- Helmistosporiosis reticular de la cebada: Está causada por Drechslera (Pyrenophora) teres, del que se conocen dos formas: reticular y 'forma spot' (D. t. f. teres y D. t. f. maculata respectivamente). La infección de las plántulas por este hongo produce unos síntomas similares a los que aparecen en la helmintosposiosis de la cebada (D. graminea). Normalmente la primera hoja tiene una banda marrón que se extiende longitudinalmente en toda la hoja. Sin embargo, el resto de las hojas no presentan estas bandas. Las esporas secundarias diseminadas por salpicaduras de agua producen bandas marrones con una red de líneas (reticulado) dispuestas al azar en las hojas. Puede aparecer otro síntoma menos común (para el que se usa el término 'forma spot o spot blotch' en inglés) que se caracteriza por lesiones más o menos ovales. Generalmente las hojas afectadas por unos u otros síntomas son cloróticas, especialmente cuando la enfermedad es grave. Los síntomas más tempranos de la enfermedad presentan pequeños puntos necróticos, difícilmente distinguibles entre ambas formas (Ver fotos en el gráfico 2).

- Rincosporiosis de cebada: Causada por el hongo Rynchosporium commune (conocido anteriormente como R. secalis). La enfermedad se caracteriza por manchas en las hojas y vainas. Al comienzo, estas manchas son ovaladas que pueden aparecen en cualquier punto de la hoja, en hojas juveniles y maduras. Estas manchas son difícilmente distinguibles al comienzo, con un muy ligero tono grisáceo, pardo o amarilleo dependiendo de la variedad. Pero a medida que avanza la enfermedad aparecen márgenes marrones y en el centro de la mancha un color grisáceo o marrón pálido. La coalescencia de las manchas hace que se formen grandes manchas y la seca total de la hoja. Con frecuencia, las manchas aparecen en la zona axial de las hojas provocando clorosis y necrosis posterior y, en algunos casos, la muerte del resto de la hoja. El inóculo del hongo sobrevive en semillas y restos de cultivo del año anterior (Ver fotos en el gráfico 2).

- Ramularia de cebada: Enfermedad exclusiva de cebada, policíclica. Los síntomas más característicos son pequeñas manchas negras o marrón oscuro rodeadas de un halo amarillo. Las hojas afectadas entran en senescencia rápidamente por la coalescencia de las manchas, dando aspecto de hojas maduras (pajizas) completamente cubiertas de puntos necróticos. Es una enfermedad de aparición tardía, normalmente en primavera durante o post floración. Junto a rincosporiosis, es una enfermedad que puede causar significativas pérdidas de la producción, aunque en el caso de ramularia el avance de la enfermedad es mucho más lento. La fuente principal de inóculo está en las semillas de cebada. (Ver fotos en el gráfico 2).

- Oidio de trigo y cebada: Son dos enfermedades de síntomas similares causadas por hongos ascomicetes de la especie Blumeria graminis, aunque pertenecientes a dos formas especiales distintas, dependiendo del huésped que infectan (f.sp. tritici o f. sp. Hordei). Pequeñas manchas blanquecinas son apreciadas en los primeros síntomas, a veces, se puede ver claramente los característicos signos de esta enfermedad: filamentos blanquecinos. Estos signos que dan un aspecto algodonoso a las manchas, conforme avanza la enfermedad, van tomando un aspecto polvoriento y de tonos amarronados, con pequeños puntitos negros (no siempre visibles). Las manchas comienzan en las zonas bajas de las plantas, aunque en ocasiones pueden llegar a verse incluso en las espigas. Sólo han sido registradas pérdidas significativas (hasta el 20%) cuando se producen infecciones muy tempranas en otoño y cubren completamente las hojas. Las infecciones tardías después de la formación de las espigas no suelen causar pérdidas significativas y no queda justificado su control activo. La fuente de inóculo principal se encuentra en restos de cultivo y ricios de años anteriores. (Ver fotos en el gráfico 3).

- Fusariosis de los cereales: Hay muchas especies de Fusarium que afectan a los cereales. Los síntomas más conocidos son las lesiones amarronadas/rosadas en los nudos del tallo. Además, es muy fácil localizar las plantas infectadas por la presencia de espigas erectas y blancas, en todo o parte de la espiga, que presentan granos vacíos. Las espigas blanquecinas por la enfermedad toman tonos rosados claramente distinguibles de otros daños. Las esporas del hongo pueden sobrevivir en el suelo, pero generalmente la fuente de inóculo principal es la semilla, de ahí que sean enfermedades con estricto control de infección en los campos de producción de semilla, debido fundamentalmente por su carácter monocicíclico. Una de las características más importantes de estos hongos es que producen micotoxinas, tóxicas para animales y las personas y su cantidad en las semillas están reguladas en las cosechas por reglamentos europeos de obligado cumplimiento desde el año 2006. Es más frecuente en trigo, rara en cebada. (Ver fotos en el gráfico 3).

Las siete enfermedades anteriormente mencionadas, están presentes en todas las zonas agroclimáticas donde se cultiva trigo y cebada en España, y en cualquier tipo de ciclo varietal. La estrategia para reducir su incidencia a límites que no comprometan la rentabilidad económica del cultivo, pasa por el uso de fungicidas. Esta práctica es habitual en secanos en zonas húmedas y de alto rendimiento o en zonas de regadío. La aplicación se realiza de forma curativa, tan pronto como son detectados los primeros síntomas. En el caso de septoriasis y roya amarilla en trigo, así como rincosporiosis de cebada, las pérdidas económicas son elevadas en algunas zonas agroclimáticas. Es por ello, que el uso de variedades menos sensibles es una necesidad, así como la aplicación de tratamientos preventivos o bioestimulantes, que actualmente están dando buenos resultados en el campo.

Hay dos claves indispensables para el control de todas las enfermedades de cereal, la rotación con cultivos no cereales y la aplicación razonada de fertilizantes nitrogenados.

Técnicas de visión artificial para la identificación automática de síntomas de enfermedades en campo

En los últimos años, el equipo de NEIKER, Tecnalia y BASF han desarrollado un algoritmo de visión artificial para identificación de enfermedades de cultivos extensivos que ha sido validado en condiciones de campo para 4 enfermedades de trigo: Septoriosis (Septoria triciti), Helmintosporiosis o Tan Spot (Drechslera triciti-repentis) y royas (Puccinia striiformis y Puccinia recondita) y ha sido adaptado a una aplicación para smartphones. La precisión del mismo ha sido mejorada por aumento de datos y selección de zonas de interés que ha permitido la identificación de enfermedades en estadíos tempranos manteniendo una alta especificidad.

Nuestro algoritmo de visión artificial aplicando técnicas de Deep Learning, permite identificar los primeros síntomas de varias enfermedades de los vegetales bajo los condicionantes habituales encontrados por técnicos y agricultores en campo con una precisión superior al 96% en base a los pilotos de campo realizados.

Técnicas de visión artificial y deep learning sobre dispositivos móviles (apps de Smart phones) proporcionan una nueva herramienta para la identificación de enfermedades en estadíos tempranos y abre nuevas posibilidades, también, para daños causados por plagas e incluso la identificación de plantas adventicias. El próximo paso de este equipo de trabajo será, además de validar el sistema de visión artificial sobre otras enfermedades, conocer en qué medida este desarrollo se convierte en una herramienta de apoyo para la aplicación eficiente de tratamientos fitosanitarios y contribuye a la reducción de uso de los mismos.

Referencias bibliográficas

Agrios G. N., (2006). Plant Pathology, p. 952. Academic Press. ISBN: 9780120445653

Clark B, Bryson R, Tonguc L, Kelly C, Jellis G. (2010). The encyclopaedia of cereal diseases, Ed. HGCA and BASF plc, Crop Protection

Johannes A, Picon A, Alvarez-Gila A, Echazarra J, Rodriguez-Vaamonde S, Díez-Navajas A, Ortiz-Barredo A. (2017) Automatic plant disease diagnosis using mobile capture devices. Computers and Electronics in Agriculture 138: 200–209

Picon A., Alvarez-Gilaa A, Seitzc M, Ortiz-Barredo A, Echazarra J, Johannes A. 2018. Deep convolutional neural networks for mobile capture device-based crop disease classification in the wild Computers and Electronics in Agriculture (2018) https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.04.002