Cultivos Tropicales Vol. 42, No. 4, octubre-diciembre 2021, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Biocontrol de la roya amarilla del cafeto (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) con cepas de Trichoderma sp. endófito

 

iDGiovana Mamani-Huayhua1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

iDBetsabe Leon-Ttacca2Escuela Profesional de Agronómica, Universidad Nacional de Cañete, Lima, Perú.*✉:bleon@undc.edu.pe

iDLuis Alfredo Palao-Iturregui1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

iDYuri Rodrigo Borja-Loza3Escuela de Postgrado, Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú.


1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

2Escuela Profesional de Agronómica, Universidad Nacional de Cañete, Lima, Perú.

3Escuela de Postgrado, Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú.

 

*Autor para correspondencia: bleon@undc.edu.pe

Resumen

La Roya amarilla, causada por el hongo Hemileia vastatrix Berk. & Br., es una de las principales enfermedades que limita la producción comercial y reduce significativamente los rendimientos del cafeto (Coffea arabica L.); los fungicidas son comúnmente empleados para controlarla, pero la utilización de microorganismos endófitos como el hongo Trichoderma es una alternativa prometedora. Por ello, la capacidad de biocontrol de cinco cepas de Trichoderma sp. endófito (TE1, TE2, TE3, TE4, TE5) en la roya amarilla y su efecto en el crecimiento de plántulas de café fue determinada a nivel de vivero. Las suspensiones de conidias (1x107 ufc mL-1) de las cepas fueron rociadas al suelo y follaje. Se evaluó la altura de planta (AP); el diámetro de tallo (DT); la longitud de raíz principal (LRP); el número de hojas (NH); la incidencia y severidad de la enfermedad y el área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC). El tratamiento TE-1 fue el más eficiente en reducir la incidencia (35,8 %) y la severidad (8,95 %) de la enfermedad, también mejoró los parámetros de crecimiento de las plantas en AP (12,70 cm), DT (2,5 mm), NH (7,6 unidades), LRP (11,38 cm), así como el AUDPC (56,625 unidades), en comparación con el testigo con valores de 96,67 %, 39,50 %, 10,02 cm, 1,96 mm, 5,06 cm, 4 unidades y 365,00 unidades en las variables evaluadas, respectivamente. Esta cepa podría ser utilizada para mejorar el desarrollo de las plantas y proteger contra la roya amarilla del cafeto.

Palabras clave: 
control biológico, café, hongos, antagonismo, pucciniales

Recibido: 16/5/2020; Aceptado: 10/6/2021

CONTENIDO

Introducción

 

El café (Coffea arabica L.) es el principal producto agrícola de exportación del Perú, con gran importancia económica y social que genera fuentes de ingresos para los productores del distrito de San Juan del Oro, provincia de Sandia y Región Puno, con condiciones climáticas que favorecen la producción orgánica cafetalera. El 2014 fue el año más crítico para la producción nacional, debido a que a finales del 2012 la enfermedad de la “roya amarilla” afectó las hojas del cafeto causando defoliaciones severas y sumado a la falta de renovación de los antiguos cafetales, trajo como consecuencia el declive de la producción nacional con una producción de 209 182 toneladas (11. MINAGRI. Síntesis agroeconómica del café [Internet]. Perú: Ministerio de Agricultura y Riego; 2015 Jun [cited 18/02/2021] p. 15. Report No.: 1. Available from: https://bibliotecavirtual.midagri.gob.pe/index.php/analisis-economicos/estudios/2015-1/31-sintesis-agroeconomica-del-cafe/file ). A nivel mundial, esta enfermedad es el principal problema patológico en el cultivo del café, puede causar pérdidas de rendimiento de hasta el 35 % y tener un impacto epidemiológico policíclico en los años posteriores (22. Talhinhas P, Batista D, Diniz I, Vieira A, Silva DN, Loureiro A, et al. The coffee leaf rust pathogen Hemileia vastatrix: one and a half centuries around the tropics. Molecular Plant Pathology. 2017;18(8):1039-51. https://doi.org/10.1111/mpp.12512 ). Se han planteado dos enfoques para evitar las pérdidas ocasionadas por la enfermedad, la primera consiste en el uso de fungicidas, que es una alternativa muy costosa y potencialmente perjudicial para el ambiente y, la segunda, a través del desarrollo de variedades mejoradas que requiere del conocimiento de las fuentes de resistencia y de la diversidad del patógeno (33. Quispe-Apaza CS, Mansilla-Samaniego RC, López-Bonilla CF, Espejo-Joya R, Villanueva-Caceda J, Monzón C. Diversidad genética de Hemileia vastatrix de dos zonas productoras de café en el Perú. Revista mexicana de fitopatología. 2017;35:418-36. https://doi.org/10.18781/R.MEX.FIT.1612-7 ); sin embargo, puede que la solución se haya estado gestando por siglos de forma natural, a partir de las interacciones entre organismos, tal es el caso de los hongos endófitos que viven dentro de los tejidos de las plantas vivas sin causar síntomas de enfermedad, brindando beneficios ecológicos a su hospedante y diversos mecanismos antagónicos contra plagas, convirtiéndose en una alternativa para el control biológico de enfermedades (44. Martinez NLM, Martínez IJE, Rodríguez EQ, Heil M. El papel de los volátiles en la delimitación del espacio de hongos endófitos de frijol Lima. Jovenes en la Ciencia. 2018;3(0):357-61.,55. Vásquez MV, Lozano RE, Martínez SP, Castillo DS del. Hongos endófitos foliares como candidatos a biocontroladores contra Moniliophthora spp. de Theobroma cacao (Malvaceae) en Ecuador. Acta Biológica Colombiana. 2018;23(3):235-41. https://doi.org/10.15446/abc.v23n3.69455 ).

Asimismo, estos hongos endófitos antagónicos influyen en el crecimiento de la planta, generando resistencia a estrés biótico y abiótico, reflejando en la planta vigor y con protección potencial frente al ataque de los patógenos; siendo el género Trichoderma uno de los endófitos ampliamente estudiado en el control biológico (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 -88. Leon-Ttacca B, Arévalo-Gardini E, -Bouchon AS. Muerte repentina de Theobroma cacao L. causado por Verticillium dahliae Kleb. en el Perú y su biocontrol In vitro. Ciencia y Tecnología Agropecuaria [Internet]. 2019 [cited 30/04/2020];20(1). https://doi.org/10.21930/rcta.vol20_num1_art:1251 ). Estos hongos producen metabolitos secundarios y algunos compuestos antifúngicos y antibacterianos que inhiben el crecimiento de otros microorganismos, incluyendo patógenos de planta, en vista de que producen y liberan enzimas líticas que pueden hidrolizar una amplia variedad de compuestos polímeros de la pared celular del patógeno como la quitina, proteína, celulosa y hemicelulosa (55. Vásquez MV, Lozano RE, Martínez SP, Castillo DS del. Hongos endófitos foliares como candidatos a biocontroladores contra Moniliophthora spp. de Theobroma cacao (Malvaceae) en Ecuador. Acta Biológica Colombiana. 2018;23(3):235-41. https://doi.org/10.15446/abc.v23n3.69455 ,99. Saravanakumar K, Fan L, Fu K, Yu C, Wang M, Xia H, et al. Cellulase from Trichoderma harzianum interacts with roots and triggers induced systemic resistance to foliar disease in maize. Scientific reports. 2016;6:35543.). Además, el uso de Trichoderma en el control de enfermedades de las plantas aumenta la producción de los cultivos en beneficio de la agricultura sostenible (1010. Al-Ani LKT. Trichoderma: beneficial role in sustainable agriculture by plant disease management. In: Plant Microbiome: Stress Response. Springer; 2018. p. 105-26.).

Esta situación condujo a la realización del presente trabajo de investigación, con el objetivo de determinar la capacidad de biocontrol de cepas de Trichoderma endófito, hacia la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) y su efecto en el crecimiento de posturas de café (Coffea arabica L.).

Materiales y métodos

 

Ubicación

 

El experimento se realizó en el laboratorio de fitopatología de la Universidad Nacional del Altiplano Puno (UNAP) y en un vivero ubicado en el distrito de San Juan del Oro, provincia de Sandía, Región Puno- Perú a una altitud de 1,298 m, 14° 14′ 03″ S y 69° 9′ 29″ W.

Producción de posturas de café (Coffea arabica L.)

 

Previamente se realizó la germinación de semillas de café, variedad caturra, en camas de almacigo con arena fina solarizada, a los 80 días se realizó el trasplante en bolsas de polietileno de 2 L, con sustrato solarizado (suelo agrícola y ceniza), se realizó el riego a capacidad de campo durante cuatro meses.

Procedencia y multiplicación de cepas de Trichoderma

 

Cinco cepas de hongos endófito del género Trichoderma sp. fueron proporcionadas por el laboratorio de Fitopatología de la Universidad Nacional del Altiplano-Puno, estas fueron aisladas de hojas (cepas TE1 y TE2) y tallos (cepas TE3, TE4 y TE5) de plantas de café var. Catimor del distrito de San Juan del Oro en medio Papa dextrosa Agar y conservadas en solución glicerina al 20 % a -5 °C. Para la multiplicación se reactivaron las cepas en placas Petri con medio PDA, media placa con el hongo fue depositada a bolsas polipropileno con sustrato sólido, esterilizado a base de cebada precocida, se incubaron a 25 °C y se removieron por 15 días hasta su secado, estas fueron cosechadas y conservadas en bolsas selladas de polipropileno a 5°C (1111. Sandoval MC, Belesansky C. Producción artesanal del hongo antagónico Trichoderma Persoon en sustrato sólido. Revista de Divulgación Técnica Agropecuaria, Agroindustrial y Ambiental. 2020;7(3):55-64.,1212. Chávez Vergara JAA, Torres García CA, Espinoza Vera EA, Zambrano Pazmiño DE, Villafuerte Barreto AG, Zambrano Gavilanes FE, et al. Efectos de la cepa nativa de Trichoderma sp. y lixiviado de vermicompost bovino sobre el crecimiento foliar y contenido de clorofila en arroz (Oryza sativa L.) en fase de semillero. Revista Científica Ecuatoriana. 2020;7(2):23-31. https://doi.org/10.36331/revista.v7i2.104 ).

Aplicación de Trichoderma

 

Previamente se realizó el conteo de esporas del sustrato cebada mediante diluciones seriadas, luego se obtuvo una suspensión de esporas de 1x107 ufc mL-1 en agua destilada estéril. Se realizaron tres aplicaciones al sustrato y una dirigida al follaje en posturas de café. La primera aplicación fue al momento del trasplante de las plántulas, luego la segunda y tercera aplicación cada treinta días rociadas al sustrato con 200 mL de la suspensión (88. Leon-Ttacca B, Arévalo-Gardini E, -Bouchon AS. Muerte repentina de Theobroma cacao L. causado por Verticillium dahliae Kleb. en el Perú y su biocontrol In vitro. Ciencia y Tecnología Agropecuaria [Internet]. 2019 [cited 30/04/2020];20(1). https://doi.org/10.21930/rcta.vol20_num1_art:1251 ). A los 30 días después de la tercera aplicación, se evaluaron los parámetros de crecimiento en plantas con tres meses de edad después del trasplante, posteriormente se realizó una cuarta aplicación por aspersión vía foliar.

Inoculación de Hemileia vastatrix Berk. & Br.

 

Para el inóculo, se colectaron hojas con presencia de pústulas de roya amarilla, de campos de cultivo de café variedad Caturra, se obtuvo trozos de hojas (0,5 cm2) con signos de la enfermedad, estos fueron sumergidos en agua destilada estéril con tween 80 para desprender las uredosporas del tejido y se estandarizó a una concentración de 2x104 uredosporas mL-1 (1313. García EG, Jiménez E, Castro O, Mora B. Variación en la composición química foliar de Coffea sp.(Rubiales: Rubiaceae) y su. relación con la resistencia a Hemileia vastatrix (Uredinales: Pucciniaceae). Revista de biología tropical. 1993;209-14.,1414. Cruz IG-DL, Perez-Portilla E, Escamilla-Prado E, Martínez-Bolaños M, Carrión- Villarnovo GLL, Hernández-Leal TI. Selección in vitro de micoparásitos con potencial de control biológico sobre Roya del café (Hemileia vastatrix). Revista Mexicana de Fitopatología [Internet]. 2017;36(1). Available from: https://www.smf.org.mx/rmf/ojs/index.php/RMF/article/view/93 ). La inoculación se realizó por aspersión dirigida al follaje de posturas de café de 94 días de edad, después del trasplante (ddt). Luego de 24 horas se aplicaron las cepas de Trichoderma sp. endófito a una concentración de 1x107 ufc mL-1.

Evaluaciones de parámetros

 

A los tres meses de edad después del repique se evaluaron cinco plantas por cada tratamiento; para la altura de planta (cm) se tomó medidas desde el cuello de la planta hasta el ápice del tallo; para el diámetro de tallo (mm) a la altura de 3 cm del suelo; para la longitud de la raíz principal (cm) desde el cuello de la planta hasta la cofia de la raíz principal y para el número de hojas (unidad) se realizó el conteo del total de hojas por cada planta.

Después de 23 días de la inoculación del patógeno, se realizaron cinco evaluaciones cada cinco días. Para la incidencia, se evaluó el número de hojas con presencia de la enfermedad y el número de hojas observadas por postura de cafeto. Para la severidad, se evaluaron dos hojas por planta con ayuda de una escala (1515. SENASA. Norma para la ejecución y remisión de información de actividades del programa manejo integrado de plagas del cafeto [Internet]. Lima. Perú; 2003. Available from: https://www.senasa.gob.pe/senasa/descargasarchivos/jer/SUB_DIR_CONTEP/122 2.pdf ), con estas evaluaciones se determinó el AUDPC (área bajo la curva del progreso de la enfermedad).

Análisis estadístico

 

Para evaluar el efecto de las cepas de Trichoderma sp endófito sobre el crecimiento de posturas de café y la capacidad de biocontrol hacia la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br.), se empleó un Diseño Completamente al Azar, con cinco cepas de Trichoderma y dos testigos (enfermo y sano) haciendo un total de siete tratamientos con cinco repeticiones, los datos expresados en porcentaje fueron transformados a log, con cuya transformación se confirió la normalidad y la homogeneidad de varianzas, luego se realizó el análisis de varianza (ANOVA) y pruebas de contraste de Duncan, con un nivel de confianza del 95 % y un margen de error del 5 %, con el uso de un software estadístico InfoStat, versión 2008.

Resultados

 

Efecto de cepas nativas de Trichoderma sp. endófito en el crecimiento de posturas de café (Coffea arabica L.)

 

A las nueve semanas después del trasplante de las posturas de café, aumentaron significativamente la altura de la planta y la raíz principal, en presencia de todas las cepas de Trichoderma endófito, en comparación con el testigo (sin aplicación de Trichoderma). No obstante, en el diámetro de tallo, el tratamiento TE3 no mostró diferencia significativa, en relación con el testigo sin aplicación, así como en los tratamientos TE4 y TE5 en número de hojas. Es necesario recalcar que en estos tratamientos se emplearon cepas provenientes de tallos de café. Sin embargo, los tratamientos TE1 y TE2 son cepas de hojas de café que aumentaron significativamente la altura de planta, raíz principal y número de hojas. Mientras tanto, en el diámetro de tallo, el tratamiento TE1 fue el de mejor efecto, seguido de TE5, TE2 y TE4 sin diferencia significativa, con respecto al testigo (Tabla 1). El tratamiento aplicado con la cepa TE1 fue el que presentó un mayor incremento en altura de la planta, el diámetro de tallo, la raíz principal y en el número de hojas con 21,10 %, 21,60 %, 55,54 % y 47,34 %, respectivamente, en comparación con el testigo.

Tabla 1.  Crecimiento de posturas de café (Coffea arabica L.) tratadas con cepas de Trichoderma sp. endófito, bajo condiciones de vivero en el distrito de San Juan del Oro.
Tratamientos (Cepas) Altura de planta (cm) Diámetro de tallo (mm) Raíz principal (cm) Hoja (unidad)
TE1 12,70 a 2,50 a 11,38 a 7,60 a
TE2 12,10 ab 2,27 b 9,50 b 7,20 ab
TE3 10,94 c 2,12 bc 6,58 c 4,80 bc
TE4 11,42 bc 2,16 b 6,48 d 5,20 cd
TE5 11,64 b 2,25 b 8,10 d 6,00 cd
Testigo 10,02 d 1,96 c 5,06 e 4,00 d
CV 5,35 % 6,028 % 8,23 % 10,64 %
R2 0,710 0,651 0,929 0,652

Según la prueba de Duncan, las medias con letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05) Cada tratamiento tuvo cinco repeticiones. Testigo: sin aplicación de Trichoderma

Capacidad de biocontrol de Trichoderma sp. hacia la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br.)

 

En las cinco evaluaciones de incidencia de la roya amarilla en posturas de café, a nivel de vivero existieron diferencias significativas entre los tratamientos (p≤0,05). A los 117 días después del trasplante (ddt) se observaron los síntomas de la enfermedad, como las manchas cloróticas en el haz de las hojas sin presencia de pústulas. En esta primera evaluación el testigo enfermo presentó una alta incidencia, seguido de los tratamientos con aplicaciones de Trichoderma TE3, TE4 y TE5; sin embargo, en los tratamientos TE1 y TE2 presentaron baja incidencia. En la segunda, tercera y cuarta evaluación de incidencia, los tratamientos TE3, TE4 y TE5 no presentaron diferencias significativas con el testigo enfermo; no obstante, en la quinta evaluación los tratamientos TE4 y TE5 sí mostraron diferencias significativas con el testigo enfermo. Por lo tanto, para todas las evaluaciones el TE1 y TE2 resultaron ser los mejores biocontroladores por presentar menor porcentaje de incidencia a diferencia de los tratamientos TE3, TE4, TE5 que no fueron eficientes en reducir la enfermedad (Tabla 2).

Tabla 2.  Incidencia de la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) en posturas de café tratadas con cepas de Trichoderma sp. endófito bajo condiciones de vivero en el distrito San Juan del Oro.
Tratamientos Evaluaciones de incidencia (%)
1ra (117 ddt) 2da (122 ddt) 3ra (127 ddt) 4ta (132 ddt) 5ta (137 ddt)
TE1 3,33 b 5 bc 17,5 c 24,99 b 35,8 c
TE2 3,33 bc 10 b 22,5 bc 27,50 b 42,5 c
TE3 10 b 28,33 a 40,83 a 61,67 a 73,33 ab
TE4 12,5 b 31,67 a 43,33 a 56,67 a 70,00 b
TE5 11,67 b 26,67 a 35,83 ab 53,33 a 64,17 b
T-enf. 36,67 a 50 a 65,00 a 86,66 a 96,67 a
T-sano 0 c 0 c 0 d 0 c 0 d

Según la prueba de Duncan, las medias con letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05) Cada tratamiento tuvo cinco repeticiones. T-enf: testigo enfermo (con inoculación del patógeno). T-sano: testigo sano (sin inoculación del patógeno). ddt: días después del trasplante

Con respecto a la severidad (%), en las cinco evaluaciones todos los tratamientos que recibieron aplicaciones de Trichoderma sp. redujeron la enfermedad significativamente con respecto al testigo enfermo (T-enf) que fue el más afectado. Las posturas de café tratadas con los tratamientos TE1 y T2 fueron los menos afectados por la enfermedad con valores menores de severidad de 10,30 % hasta la 5ta evaluación (Tabla 3). De igual modo, estos tratamientos fueron los que presentaron valores menores de AUDPC de 56,63 y 63,38, respectivamente, con respecto a los demás tratamientos y testigo enfermo con 365 unidades (Figura 1).

Tabla 3.  Porcentaje de severidad (%) de la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) de posturas de café tratadas con cepas de Trichoderma sp. bajo condiciones de vivero.
Tratamientos Número de evaluaciones de severidad ddt
1ra (117 ddt) 2da (122 ddt) 3ra (127 ddt) 4ta (132 ddt) 5ta (137 ddt)
TE1 0,3 cd 1,2 c 1,2 c 4,1 d 8,95 c
TE2 0,3 cd 1,2 c 1,5 c 4,7 cd 10,3 c
TE3 1,5 bc 2,1 b 4,7 b 11,25 bc 23,3 b
TE4 1,2 bc 2,7 b 5 b 10,25 bc 22 b
TE5 1,2 bc 2,7 b 6 b 12,25 b 14,3 bc
T-enf. 3 a 10 a 15,3 a 26,5 a 39,5 a
T-sano 0 d 0 d 0 c 0 e 0 d

Según la prueba de Duncan, las medias con letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05). Datos promedio de severidad de cinco plantas por tratamiento. T-enf: testigo enfermo (con inoculación del patógeno). T-sano: testigo sano (sin inoculación del patógeno). ddt: días después del trasplante

Letras distintas indican diferencias significativas (p≤0,05
Figura 1.  Área bajo la curva del progreso de la enfermedad (AUDPC) de la roya amarilla (Hemileia vastatrix Berk. & Br) de posturas de café tratadas con cepas de Trichoderma sp. bajo condiciones de vivero en San Juan del Oro.

Discusión

 

En la investigación se tuvo un efecto positivo en el crecimiento de las posturas de café (Coffea arábica L.) a nivel de vivero con la aplicación de cepas endófitas de Trichoderma sp. procedentes de hojas y tallos de plantas de cafeto. Resultados similares fueron reportados por otros autores, que señalan el incremento en el tamaño de la planta y el número de hojas en plántulas de café a nivel de vivero, con aplicaciones de Trichoderma sp. endófito procedentes de plantas de café variedad Catimor (1616. Alarcon C, Shamir F. Identificación de hongos endófitos y su uso en la bioproteccion de plántulas de café para reducir el daño de Colletotrichum coffeanum en San Martin-Perú [Internet] [Pregrado - Agronomia]. [Tarapoto, Peru]: Universidad NAcional de San Martin; 2017. 58 p. Available from: http://repositorio.unsm.edu.pe/handle/11458/2418 ). Por otra parte, con las aplicaciones de T. harzianum en posturas de café, se obtuvo mayor longitud radicular, altura de planta, diámetro de tallo y número de hojas (1717. Guilcapi Pacheco ED. Efecto de Trichoderma harzianum y Trichoderma viride, en la producción de plantas de café (Coffea arabica) variedad caturra a nivel de vivero [Internet] [Pregrado - Agronomia]. [Riobamba, Ecuador]: Escuela Superior Politécnica de Chimborazo; 2010. 95 p. Available from: http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/334 ,1818. Borja Espinoza JM, Rivera Meza A. Influencia del hongo Trichoderma harzianum en la producción de plantas de café (Coffea. arabicavar. laurina [Smeathman], caturra) [Internet] [Tesis de pregrado]. [La Merced- Perú]: Universidad Nacional Daniel Alcides Carrión; 2018 [cited 17/03/2021]. Available from: http://repositorio.undac.edu.pe/handle/undac/2103 ). De igual modo en otros cultivos como el cacao, se promovió el crecimiento de plantas a nivel de macetas, se aumentó significativamente el número de hojas, la altura de la planta, los brotes y la materia seca de las raíces (1919. Tchameni SN, Ngonkeu M, Begoude B, Nana LW, Fokom R, Owona A, et al. Effect of Trichoderma asperellum and arbuscular mycorrhizal fungi on cacao growth and resistance against black pod disease. Crop protection. 2011;30(10):1321-7.), se mejoró el rendimiento en el cultivo de quina y vid (2020. Leon Ttacca B, Ortiz Calcina N, Condori Ticona N, Chura Yupanqui E. Cepas de Trichoderma con capacidad endofitica sobre el control del mildiu (Peronospora variabilis Gäum.) y mejora del rendimiento de quinua. Revista de Investigaciones Altoandinas. 2018;20(1):19-30. https://doi.org/10.18271/ria.2018.327 ,2121. Pascale A, Vinale F, Manganiello G, Nigro M, Lanzuise S, Ruocco M, et al. Trichoderma and its secondary metabolites improve yield and quality of grapes. Crop protection. 2017;92:176-81. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2016.11.010 ) e incrementó el número de hojas en arroz (1212. Chávez Vergara JAA, Torres García CA, Espinoza Vera EA, Zambrano Pazmiño DE, Villafuerte Barreto AG, Zambrano Gavilanes FE, et al. Efectos de la cepa nativa de Trichoderma sp. y lixiviado de vermicompost bovino sobre el crecimiento foliar y contenido de clorofila en arroz (Oryza sativa L.) en fase de semillero. Revista Científica Ecuatoriana. 2020;7(2):23-31. https://doi.org/10.36331/revista.v7i2.104 ). Posiblemente se debe a la capacidad que tienen estas cepas de Trichoderma en acidificar la rizosfera, liberando ácidos orgánicos y metabolitos quelantes que secuestran cationes y actividad redox; estos mecanismos vuelven solubles a los minerales (2222. Altomare C, Norvell WA, Björkman T, Harman GE. Solubilization of phosphates and micronutrients by the plant-growth-promoting and biocontrol fungus Trichoderma harzianum Rifai 1295-22. Applied and environmental microbiology. 1999;65(7):2926-33.). Por otra parte, se conoce que especies de Trichoderma son potenciales colonizadores de raíces, producen auxinas, citoquininas y etileno que están involucradas en el crecimiento y en la protección de las plantas frente al ataque de los patógenos (2323. Castro A, Rivilla C. Trichoderma spp modos de acción eficacia y usos en el cultivo de café [Internet]. Caldas, Colombia; 2012. Available from: https://biblioteca.cenicafe.org/handle/10778/577 ,2424. Acurio Vásconez RD, España Imbaquingo CK. Aislamiento, caracterización y evaluación de trichoderma spp. como promotor de crecimiento vegetal en pasturas de raygrass (Lolium perenne) y Trébol blanco (trifolium repens). La Granja: Revista de ciencias de la vida. 2017;25(1):53-61. https://doi.org/10.17163/lgr.n25.2017.05 ), e inducen resistencia a las enfermedades en una variedad de especies de plantas (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ).

Asimismo, las cepas nativas de Trichoderma sp. endófito empleadas en esta investigación tuvieron la capacidad de controlar al patógeno H. vastatrix, reduciendo la incidencia, severidad y AUDPC de la enfermedad en posturas de café, ya que fueron tratadas de forma preventiva con las cepas a nivel del sistema radicular y posterior a la inoculación del patógeno al follaje. Por otra parte, las cepas provenientes de hojas fueron los que mejor efecto presentaron en reducir la enfermedad, debido a que estos endófitos pueden producir un compuesto antifúngico o una sustancia que pueden inducir los mecanismos de defensa de la planta frente al patógeno (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ). De igual modo, provocar resistencia sistémica inducida por vías dependientes de ácido jasmónico/etileno y desencadenar respuestas de defensa en la planta a consecuencia del establecimiento de algunas cepas de Trichoderma en la rizosfera de la planta (2525. Salas-Marina MA, Silva-Flores MA, Uresti-Rivera EE, Castro-Longoria E, Herrera- Estrella A, Casas-Flores S. Colonization of Arabidopsis roots by Trichoderma atroviride promotes growth and enhances systemic disease resistance through jasmonic acid/ethylene and salicylic acid pathways. European Journal of Plant Pathology. 2011;131(1):15-26.).

Otros mecanismos empleados por Trichoderma son la competencia física por espacio y nutrientes; producción de metabolitos secundarios con actividad antibiótica o antifúngica; micoparasitismo secretando enzimas hidrolíticas como quitinasas y glucanasas que degradan la pared celular de los hongos fitopatógenos (2626. Bae SJ, Mohanta TK, Chung JY, Ryu M, Park G, Shim S, et al. Trichoderma metabolites as biological control agents against Phytophthora pathogens. Biological Control. 2016;92:128-38. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2015.10.005 -2828. Singh A, Shukla N, Kabadwal B, Tewari A, Kumar J. Review on plant- Trichoderma-pathogen interaction. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2018;7(2):2382-97. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2018.702.291 ). Lo que concuerda con lo reportado por otros autores, quienes confirman antagonismo de cepas de Trichoderma sobre Hemileia vastatrix Berk. & Br. como resultado de la colonización de Trichoderma sobre el patógeno y por competencia por espacio y nutrientes sobre las hojas de café con síntomas de la enfermedad (2929. Rolz A, De León L, Paniagua O. Evidencia de un antagonismo in vitro de especies de Trichoderma contra Hemileia vastatrix (roya del café). Centro de Ingeniería Bioquímica, Instituto de Investigaciones. Universidad del Valle de Guatemala. Revista 25 de la Universidad del Valle de Guatemala. 2013;25:61-5.); asimismo, estos antagonistas inducen resistencia en la planta a las infecciones por el patógeno (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ). Igualmente, afirman micoparasitismo de cepas de Trichoderma sobre Phytophthora megakarya, donde estos antagonistas redujeron significativamente los efectos del patógeno en las hojas de las plantas (99. Saravanakumar K, Fan L, Fu K, Yu C, Wang M, Xia H, et al. Cellulase from Trichoderma harzianum interacts with roots and triggers induced systemic resistance to foliar disease in maize. Scientific reports. 2016;6:35543.). A su vez, en estudios preliminares, señalan que cepas de Trichoderma endófitos que fueron aisladas de flores de Coffea en África, inhiben la germinación de uredosporas de H. vastatrix y reducen la severidad de la enfermedad y es considerada como un potencial controlador biológico para el desarrollo de biofungicidas, debido a que Trichoderma sp. Posee distintas características como proteger a las plantas contra patógenos radiculares (3030. Barreto RW, Augustín CAA, Herrera RM, Salcedo SS, Evans H. Controle biológico da ferrugem do cafeeiro com fungos micoparasitas e endofíticos. In: Viçosa UF de, editor. Viçosa, MG,Brasil.: Universidad Federal de Viçosa,; 2017. Available from: http://www.infobibos.com/anais/CBFito/50/Resumos/Resumo50CBFito_0011.pdf ). Por todos los mecanismos de acción que posee las cepas de Trichodema y además por ser endófito de café, se explican los resultados obtenidos en la investigación, acerca de que todas las cepas de Trichoderma endófito tuvieron efecto en el control de la roya amarilla en plantas de café de cuatro meses de edad.

Conclusión

 

Se demostró que con aplicaciones de cepas de Trichoderma endófito al suelo y follaje en posturas de café, se reduce la incidencia y la severidad de la roya amarilla (H. vastatrix), y se mejoran los parámetros de crecimiento de las posturas a nivel de vivero; siendo la cepa TE1, proveniente de hojas de café, la de mejor respuesta en los parámetros de crecimiento (altura de planta, diámetro de tallo, longitud de raíz principal y número de hojas); asimismo con menor porcentaje de incidencia, severidad y AUDPC, en comparación con el testigo sin aplicación de Trichoderma.

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Cultivos Tropicales Vol. 42, No. 4, octubre-diciembre 2021, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Biocontrol of coffee yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) with Trichoderma sp. endophyte strains

 

iDGiovana Mamani-Huayhua1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

iDBetsabe Leon-Ttacca2Escuela Profesional de Agronómica, Universidad Nacional de Cañete, Lima, Perú.*✉:bleon@undc.edu.pe

iDLuis Alfredo Palao-Iturregui1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

iDYuri Rodrigo Borja-Loza3Escuela de Postgrado, Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú.


1Facultad de Ciencias Agrarias, Escuela Profesional de Ingeniería Agronómica, Universidad Nacional del Altiplano, av. Floral 1153, Puno-Perú, 21001, Puno, Perú.

2Escuela Profesional de Agronómica, Universidad Nacional de Cañete, Lima, Perú.

3Escuela de Postgrado, Universidad Nacional del Altiplano, Puno, Perú.

 

*Author for correspondence: bleon@undc.edu.pe

Abstract

Yellow rust, caused by the fungus Hemileia vastatrix Berk. & Br., is one of the main diseases that limits commercial production and significantly reduces yields of coffee (Coffea arabica L.); fungicides are commonly used to control it, but the use of endophytic microorganisms such as the fungus Trichoderma is a promising alternative. Therefore, the biocontrol capacity of five endophytic Trichoderma sp. strains (TE1, TE2, TE3, TE4, TE5) on yellow rust and their effect on coffee seedling growth was determined at the nursery level. Conidial suspensions (1x107 cfu mL-1) of strains were sprayed on soil and foliage. Plant height (PH); stem diameter (SD); length of main root (LMR); number of leaves (NL); disease incidence and severity; and area under the disease progress curve (AUDPC) were evaluated. The TE-1 treatment was the most efficient in reducing disease incidence (35.8 %) and severity (8.95 %). It also improved plant growth parameters in PH (12.70 cm), SD (2.5 mm), NL (7.6 units), LMR (11.38 cm), as well as AUDPC (56.625 units), compared to the control with values of 96.67, 39.50 %, 10.02 cm, 1.96 mm, 5.06 cm, 4 units and 365.00 units in the evaluated variables, respectively. This strain could be used to improve plant development and protect against coffee yellow rust.

Key words: 
biological control, coffee, fungi, antagonism, pucciniales

Introduction

 

Coffee (Coffea arabica L.) is Peru's main agricultural export product, with great economic and social importance that generates sources of income for producers in San Juan del Oro district, Sandia province and Puno Region, with climatic conditions that favor organic coffee production. Year 2014 was the most critical one for national production. At the end of 2012 the "yellow rust" disease affected coffee´s leaves of the tree causing severe defoliation and added to the lack of renewal of old coffee plantations, brought as a consequence the decline of national production with a production of 209 182 tons (11. MINAGRI. Síntesis agroeconómica del café [Internet]. Perú: Ministerio de Agricultura y Riego; 2015 Jun [cited 18/02/2021] p. 15. Report No.: 1. Available from: https://bibliotecavirtual.midagri.gob.pe/index.php/analisis-economicos/estudios/2015-1/31-sintesis-agroeconomica-del-cafe/file ). At world level, this disease is the main pathological problem in coffee cultivation, it can cause yield losses of up to 35 % and have a polycyclic epidemiological impact in subsequent years (22. Talhinhas P, Batista D, Diniz I, Vieira A, Silva DN, Loureiro A, et al. The coffee leaf rust pathogen Hemileia vastatrix: one and a half centuries around the tropics. Molecular Plant Pathology. 2017;18(8):1039-51. https://doi.org/10.1111/mpp.12512 ). Two approaches have been proposed to avoid losses caused by the disease. The first consists of fungicide use, which is a very costly alternative and potentially harmful to the environment. The second, through the development of improved varieties, which requires knowledge of resistance sources and pathogen diversity (33. Quispe-Apaza CS, Mansilla-Samaniego RC, López-Bonilla CF, Espejo-Joya R, Villanueva-Caceda J, Monzón C. Diversidad genética de Hemileia vastatrix de dos zonas productoras de café en el Perú. Revista mexicana de fitopatología. 2017;35:418-36. https://doi.org/10.18781/R.MEX.FIT.1612-7 ). However, the solution may have been developing for centuries in a natural way, from the interactions between organisms, such is the case of endophytic fungi that live inside the tissues of living plants without causing disease symptoms, providing ecological benefits to their host and diverse antagonistic mechanisms against pests, becoming an alternative for the biological control of diseases (44. Martinez NLM, Martínez IJE, Rodríguez EQ, Heil M. El papel de los volátiles en la delimitación del espacio de hongos endófitos de frijol Lima. Jovenes en la Ciencia. 2018;3(0):357-61.,55. Vásquez MV, Lozano RE, Martínez SP, Castillo DS del. Hongos endófitos foliares como candidatos a biocontroladores contra Moniliophthora spp. de Theobroma cacao (Malvaceae) en Ecuador. Acta Biológica Colombiana. 2018;23(3):235-41. https://doi.org/10.15446/abc.v23n3.69455 ).

Likewise, these antagonistic endophytic fungi influence plant growth, generating resistance to biotic and abiotic stress, reflecting in plant vigor and with potential protection against the attack of pathogens; being the genus Trichoderma one of the endophytes widely studied in biological control (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 -88. Leon-Ttacca B, Arévalo-Gardini E, -Bouchon AS. Muerte repentina de Theobroma cacao L. causado por Verticillium dahliae Kleb. en el Perú y su biocontrol In vitro. Ciencia y Tecnología Agropecuaria [Internet]. 2019 [cited 30/04/2020];20(1). https://doi.org/10.21930/rcta.vol20_num1_art:1251 ). These fungi produce secondary metabolites and some antifungal and antibacterial compounds that inhibit the growth of other microorganisms, including plant pathogens, since they produce and release lytic enzymes that can hydrolyze a wide variety of polymeric compounds of the pathogen cell wall such as chitin, protein, cellulose and hemicellulose (55. Vásquez MV, Lozano RE, Martínez SP, Castillo DS del. Hongos endófitos foliares como candidatos a biocontroladores contra Moniliophthora spp. de Theobroma cacao (Malvaceae) en Ecuador. Acta Biológica Colombiana. 2018;23(3):235-41. https://doi.org/10.15446/abc.v23n3.69455 ,99. Saravanakumar K, Fan L, Fu K, Yu C, Wang M, Xia H, et al. Cellulase from Trichoderma harzianum interacts with roots and triggers induced systemic resistance to foliar disease in maize. Scientific reports. 2016;6:35543.). In addition, the use of Trichoderma in plant disease control increases crop production for the benefit of sustainable agriculture (1010. Al-Ani LKT. Trichoderma: beneficial role in sustainable agriculture by plant disease management. In: Plant Microbiome: Stress Response. Springer; 2018. p. 105-26.).

This situation led to carry out the present research work, with the aim of determining the biocontrol capacity of Trichoderma endophyte strains towards yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) and its effect on the growth of coffee (Coffea arabica L.) seedlings.

Materials and methods

 

Location

 

The experiment was conducted in the phytopathology laboratory of the Universidad Nacional del Altiplano Puno (UNAP) and in a nursery located in San Juan del Oro district, Sandía province, Region Puno- Peru at an altitude of 1,298 m, 14° 14′ 03″ S and 69° 9′ 29″ W.

Coffee (Coffea arabica L.) seedling production

 

Previously, coffee seeds, Caturra variety, were germinated in beds with solarized fine sand. After 80 days, they were transplanted in 2 L polyethylene bags with solarized substrate (agricultural soil and ash) and irrigated at field capacity for four months.

Provenance and multiplication of Trichoderma strains

 

Five endophytic fungi strains of the genus Trichoderma sp. were provided by the Phytopathology laboratory of the Universidad Nacional del Altiplano-Puno. These were isolated from leaves (strains TE1 and TE2) and stems (strains TE3, TE4 and TE5) of coffee plants var. Catimor from San Juan del Oro district in Papa dextrose Agar medium and conserved in a 20 % glycerin solution at -5 °C. For multiplication, strains were reactivated in Petri plates with PDA medium, half a plate with the fungus was deposited in polypropylene bags with solid substrate, sterilized with pre- cooked barley, incubated at 25 °C and removed for 15 days until drying, these were harvested and conserved in sealed polypropylene bags at 5 °C (1111. Sandoval MC, Belesansky C. Producción artesanal del hongo antagónico Trichoderma Persoon en sustrato sólido. Revista de Divulgación Técnica Agropecuaria, Agroindustrial y Ambiental. 2020;7(3):55-64.,1212. Chávez Vergara JAA, Torres García CA, Espinoza Vera EA, Zambrano Pazmiño DE, Villafuerte Barreto AG, Zambrano Gavilanes FE, et al. Efectos de la cepa nativa de Trichoderma sp. y lixiviado de vermicompost bovino sobre el crecimiento foliar y contenido de clorofila en arroz (Oryza sativa L.) en fase de semillero. Revista Científica Ecuatoriana. 2020;7(2):23-31. https://doi.org/10.36331/revista.v7i2.104 ).

Trichoderma application

 

Previously, the spore count of the barley substrate was carried out by serial dilutions, and then a spore suspension of 1x107 cfu mL-1 was obtained in sterile distilled water. Three applications were made to the substrate and one to the foliage in coffee stands. The first application was at time of transplanting the seedlings, and then the second and third applications were made every thirty days, spraying the substrate with 200 mL of the suspension (88. Leon-Ttacca B, Arévalo-Gardini E, -Bouchon AS. Muerte repentina de Theobroma cacao L. causado por Verticillium dahliae Kleb. en el Perú y su biocontrol In vitro. Ciencia y Tecnología Agropecuaria [Internet]. 2019 [cited 30/04/2020];20(1). https://doi.org/10.21930/rcta.vol20_num1_art:1251 ). Thirty days after the third application, foliar spraying made growth parameters were evaluated in plants three months after transplanting, then a fourth application.

Inoculation of Hemileia vastatrix Berk. & Br

 

For the inoculum, leaves with presence of yellow rust pustules were collected from coffee cultivation fields of Caturra variety, pieces of leaves (0.5 cm2) with disease signs were obtained, these were submerged in sterile distilled water with tween 80 to detach the uredospores from the tissue and were standardized to a concentration of 2x104 uredospores mL-1 (1313. García EG, Jiménez E, Castro O, Mora B. Variación en la composición química foliar de Coffea sp.(Rubiales: Rubiaceae) y su. relación con la resistencia a Hemileia vastatrix (Uredinales: Pucciniaceae). Revista de biología tropical. 1993;209-14.,1414. Cruz IG-DL, Perez-Portilla E, Escamilla-Prado E, Martínez-Bolaños M, Carrión- Villarnovo GLL, Hernández-Leal TI. Selección in vitro de micoparásitos con potencial de control biológico sobre Roya del café (Hemileia vastatrix). Revista Mexicana de Fitopatología [Internet]. 2017;36(1). Available from: https://www.smf.org.mx/rmf/ojs/index.php/RMF/article/view/93 ). Inoculation was carried out by spray inoculation directed to the foliage of 94-day-old coffee seedlings after transplanting (dat). After 24 hours, Trichoderma sp. endophyte strains were applied at a concentration of 1x107 cfu mL-1.

Parameter evaluations

 

At three months of age after replanting, five plants were evaluated for each treatment; for plant height (cm), measurements were taken from the plant collar to the stem apex. For stem diameter (mm) at a height of 3 cm from the ground; for main root length (cm) from plant collar to the main root cap; and for the number of leaves (unit), the total number of leaves per plant was counted. After 23 days of pathogen inoculation, five evaluations were made every five days. For incidence, the number of leaves with the presence of the disease and the number of leaves observed per coffee plant posture were evaluated. For severity, two leaves per plant were evaluated with the help of a scale (1515. SENASA. Norma para la ejecución y remisión de información de actividades del programa manejo integrado de plagas del cafeto [Internet]. Lima. Perú; 2003. Available from: https://www.senasa.gob.pe/senasa/descargasarchivos/jer/SUB_DIR_CONTEP/122 2.pdf ), with these evaluations the AUDPC (area under the disease progress curve) was determined.

Statistical analysis

 

To evaluate the effect of Trichoderma sp endophyte strains on the growth of coffee seedlings and the biocontrol capacity towards yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.), a Completely Randomized Design was used, with five strains of Trichoderma and two controls (sick and healthy) making a total of seven treatments with five repetitions. The data expressed in percentage were transformed to log, with whose transformation the normality and the homogeneity of variances were confirmed, then the analysis of variance (ANOVA) and Duncan contrast tests were carried out, with a confidence level of 95 % and a margin of error of 5 %, with the use of a statistical software InfoStat, version 2008.

Results

 

Effect of native Trichoderma sp endophytic strains on the growth of coffee (Coffea arabica L.) seedlings

 

Nine weeks after the transplanting of the coffee seedlings, the height of the plant and the main root increased significantly, in the presence of all the strains of endophytic Trichoderma, in comparison with the control (without Trichoderma application). However, in the stem diameter, the treatment TE3 did not show significant difference, in relation to the control without application, as well as in treatments TE4 and TE5 in number of leaves. It is necessary to emphasize that in these treatments strains from coffee stems were used. However, treatments TE1 and TE2 are strains from coffee leaves that significantly increased plant height, main root and number of leaves. Meanwhile, in stem diameter, treatment TE1 had the best effect, followed by TE5, TE2 and TE4 with no significant difference with respect to the control (Table 1). The treatment applied with strain TE1 showed the greatest increase in plant height, stem diameter, main root and number of leaves with 21.10, 21.60, 55.54 and 47.34 %, respectively, and compared to the control.

Table 1.  Growth of coffee (Coffea arabica L.) seedlings treated with Trichoderma sp. endophyte strains, under nursery conditions in San Juan del Oro district.
Treatments (Strains) Plant height (cm) Stem diameter (mm) Main root (cm) Leaf (unit)
TE1 12.70 a 2.50 a 11.38 a 7.60 a
TE2 12.10 ab 2.27 b 9.50 b 7.20 ab
TE3 10.94 c 2.12 bc 6.58 c 4.80 bc
TE4 11.42 bc 2.16 b 6.48 d 5.20 cd
TE5 11.64 b 2.25 b 8.10 d 6.00 cd
Contrl 10.02 d 1.96 c 5.06 e 4.00 d
CV 5.35 % 6.028 % 8.23 % 10.64 %
R2 0.710 0.651 0.929 0.652

According to Duncan's test, means with different letters indicate significant differences (p≤0.05) Each treatment had five replicates. Control: without Trichoderma application

Biocontrol capacity of Trichoderma sp. on yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.)

 

In five evaluations of yellow rust incidence in coffee seedlings, at the nursery level, there were significant differences among treatments (p≤0.05). At 117 days after transplanting (dat), disease symptoms were observed, such as chlorotic spots on the upper side of the leaves without the presence of pustules. In this first evaluation the diseased control presented a high incidence, followed by the treatments with Trichoderma applications TE3, TE4 and TE5; however, in the treatments TE1 and TE2 presented low incidence. In the second, third and fourth evaluation of incidence, treatments TE3, TE4 and TE5 did not show significant differences with the diseased control. However, in the fifth evaluation, treatments TE4 and TE5 did show significant differences with the diseased control. Therefore, for all the evaluations, TE1 and TE2 were the best bio-controllers because they presented lower incidence percentages, unlike treatments TE3, TE4 and TE5, which were not efficient in reducing the disease (Table 2).

Tabla 2.  Incidence of yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) in coffee seedlings treated with Trichoderma sp. endophyte strains under nursery conditions in San Juan del Oro district.
Treatments Incidence evaluations (%)
1rst (117 dat) 2nd (122 dat) 3rd (127 dat) 4th (132 dat) 5th (137 dat)
TE1 3.33 b 5 bc 17.5 c 24.99 b 35.8 c
TE2 3.33 bc 10 b 22.5 bc 27.50 b 42.5 c
TE3 10 b 28.33 a 40.83 a 61.67 a 73.33 ab
TE4 12.5 b 31.67 a 43.33 a 56.67 a 70.00 b
TE5 11.67 b 26.67 a 35.83 ab 53.33 a 64.17 b
C-dis. 36.67 a 50 a 65.00 a 86.66 a 96.67 a
C-hea 0 c 0 c 0 d 0 c 0 d

According to Duncan's test, means with different letters indicate significant differences (p≤0.05). Each treatment had five replicates. C- dis: disease control (with pathogen inoculation) C-hea: healthy control (without pathogen inoculation). dat: days after transplanting.

With respect to the severity (%), in the five evaluations all the treatments that received Trichoderma sp. applications reduced the disease significantly with respect to the diseased control (C-dis) that was the most affected. The coffee stands treated with treatments TE1 and T2 were the least affected by the disease with lower severity values of 10.30 % up to the 5th evaluation (Table 3). Similarly, these treatments had the lowest AUDPC values of 56.63 and 63.38, respectively, with respect to the other treatments and the diseased control with 365 units (Figure 1).

Tabla 3.  Percentage of severity (%) of yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) of coffee seedlings treated with Trichoderma sp. strains under nursery conditions.
Treatments Number of severity assessments dat
1rst (117 dat) 2nd (122 dat) 3rd (127 dat) 4th (132 dat) 5th (137 dat)
TE1 0.3 cd 1.2 c 1.2 c 4.1 d 8.95 c
TE2 0.3 cd 1.2 c 1.5 c 4.7 cd 10.3 c
TE3 1.5 bc 2.1 b 4.7 b 11.25 bc 23.3 b
TE4 1.2 bc 2.7 b 5 b 10.25 bc 22 b
TE5 1.2 bc 2.7 b 6 b 12.25 b 14.3 bc
C-dis. 3 a 10 a 15.3 a 26.5 a 39.5 a
C-hea 0 d 0 d 0 c 0 e 0 d

According to Duncan's test, means with different letters indicate significant differences (p≤0.05). Mean severity data for five plants per treatment. C- dis: disease control (with pathogen inoculation). C-hea: healthy control (without pathogen inoculation). dat: days after transplanting.

Different letters indicate significant differences (p≤0.05)
Figura 1.  Area under the disease progress curve (AUDPC) of yellow rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br) of coffee seedlings treated with Trichoderma sp. strains under nursery conditions in San Juan del Oro.

Discussion

 

In the investigation, there was a positive effect on coffee growth (Coffea arabica L.) seedlings at nursery level with the application of endophytic Trichoderma sp strains from leaves and stems of coffee plants. Similar results were reported by other authors, who point out the increase in plant size and the number of leaves in coffee seedlings at nursery level, with applications of Trichoderma sp. endophyte coming from coffee plants of Catimor variety (1616. Alarcon C, Shamir F. Identificación de hongos endófitos y su uso en la bioproteccion de plántulas de café para reducir el daño de Colletotrichum coffeanum en San Martin-Perú [Internet] [Pregrado - Agronomia]. [Tarapoto, Peru]: Universidad NAcional de San Martin; 2017. 58 p. Available from: http://repositorio.unsm.edu.pe/handle/11458/2418 ). On the other hand, with the T. harzianum applications in coffee seedlings, a greater root length, plant height, stem diameter and number of leaves were obtained (1717. Guilcapi Pacheco ED. Efecto de Trichoderma harzianum y Trichoderma viride, en la producción de plantas de café (Coffea arabica) variedad caturra a nivel de vivero [Internet] [Pregrado - Agronomia]. [Riobamba, Ecuador]: Escuela Superior Politécnica de Chimborazo; 2010. 95 p. Available from: http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/334 ,1818. Borja Espinoza JM, Rivera Meza A. Influencia del hongo Trichoderma harzianum en la producción de plantas de café (Coffea. arabicavar. laurina [Smeathman], caturra) [Internet] [Tesis de pregrado]. [La Merced- Perú]: Universidad Nacional Daniel Alcides Carrión; 2018 [cited 17/03/2021]. Available from: http://repositorio.undac.edu.pe/handle/undac/2103 ). Similarly, in other crops such as cocoa, plant growth was promoted at the pot level, the number of leaves, plant height, shoots and root dry matter increased significantly (1919. Tchameni SN, Ngonkeu M, Begoude B, Nana LW, Fokom R, Owona A, et al. Effect of Trichoderma asperellum and arbuscular mycorrhizal fungi on cacao growth and resistance against black pod disease. Crop protection. 2011;30(10):1321-7.), yield improved in the cultivation of quinine and grapevine (2020. Leon Ttacca B, Ortiz Calcina N, Condori Ticona N, Chura Yupanqui E. Cepas de Trichoderma con capacidad endofitica sobre el control del mildiu (Peronospora variabilis Gäum.) y mejora del rendimiento de quinua. Revista de Investigaciones Altoandinas. 2018;20(1):19-30. https://doi.org/10.18271/ria.2018.327 ,2121. Pascale A, Vinale F, Manganiello G, Nigro M, Lanzuise S, Ruocco M, et al. Trichoderma and its secondary metabolites improve yield and quality of grapes. Crop protection. 2017;92:176-81. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2016.11.010 ) and the number of leaves increased in rice (1212. Chávez Vergara JAA, Torres García CA, Espinoza Vera EA, Zambrano Pazmiño DE, Villafuerte Barreto AG, Zambrano Gavilanes FE, et al. Efectos de la cepa nativa de Trichoderma sp. y lixiviado de vermicompost bovino sobre el crecimiento foliar y contenido de clorofila en arroz (Oryza sativa L.) en fase de semillero. Revista Científica Ecuatoriana. 2020;7(2):23-31. https://doi.org/10.36331/revista.v7i2.104 ). Possibly this is due to the capacity of these Trichoderma strains to acidify the rhizosphere, releasing organic acids and chelating metabolites that sequester cations and redox activity; these mechanisms make minerals soluble (2222. Altomare C, Norvell WA, Björkman T, Harman GE. Solubilization of phosphates and micronutrients by the plant-growth-promoting and biocontrol fungus Trichoderma harzianum Rifai 1295-22. Applied and environmental microbiology. 1999;65(7):2926-33.). On the other hand, it is known that Trichoderma species are potential root colonizers, produce auxins, cytokinins and ethylene that are involved in the growth and protection of plants against pathogen attack (2323. Castro A, Rivilla C. Trichoderma spp modos de acción eficacia y usos en el cultivo de café [Internet]. Caldas, Colombia; 2012. Available from: https://biblioteca.cenicafe.org/handle/10778/577 ,2424. Acurio Vásconez RD, España Imbaquingo CK. Aislamiento, caracterización y evaluación de trichoderma spp. como promotor de crecimiento vegetal en pasturas de raygrass (Lolium perenne) y Trébol blanco (trifolium repens). La Granja: Revista de ciencias de la vida. 2017;25(1):53-61. https://doi.org/10.17163/lgr.n25.2017.05 ), and induce resistance to diseases in a variety of plant species (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ).

Likewise, the native Trichoderma sp. endophyte strains used in this research had the capacity to control the pathogen H. vastatrix, reducing the incidence, severity and AUDPC of the disease in coffee seedlings, since they were treated preventively with the strains at the root system level he and after the inoculation of the pathogen to the foliage.

On the other hand, strains from leaves were the ones that presented the best effect in reducing the disease, because these endophytes can produce an antifungal compound or a substance that can induce the defense mechanisms of the plant against the pathogen (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ). In the same way, provoke systemic resistance induced by pathways dependent on jasmonic acid/ethylene and trigger defense responses in the plant because of the establishment of some Trichoderma strains in the rhizosphere (2525. Salas-Marina MA, Silva-Flores MA, Uresti-Rivera EE, Castro-Longoria E, Herrera- Estrella A, Casas-Flores S. Colonization of Arabidopsis roots by Trichoderma atroviride promotes growth and enhances systemic disease resistance through jasmonic acid/ethylene and salicylic acid pathways. European Journal of Plant Pathology. 2011;131(1):15-26.).

Other mechanisms used by Trichoderma are the physical competition for space and nutrients; production of secondary metabolites with antibiotic or antifungal activity; mycoparasitism secreting hydrolytic enzymes like chitinases and glucanases that degrade the cellular wall of the phytopathogenic fungi (2626. Bae SJ, Mohanta TK, Chung JY, Ryu M, Park G, Shim S, et al. Trichoderma metabolites as biological control agents against Phytophthora pathogens. Biological Control. 2016;92:128-38. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2015.10.005 -2828. Singh A, Shukla N, Kabadwal B, Tewari A, Kumar J. Review on plant- Trichoderma-pathogen interaction. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2018;7(2):2382-97. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2018.702.291 ). This agrees with the reported by other authors, who confirm antagonism of Trichoderma strains on Hemileia vastatrix Berk. & Br. because of the Trichoderma colonization on the pathogen and by competition for space and nutrients on coffee leaves with symptoms of the disease (2929. Rolz A, De León L, Paniagua O. Evidencia de un antagonismo in vitro de especies de Trichoderma contra Hemileia vastatrix (roya del café). Centro de Ingeniería Bioquímica, Instituto de Investigaciones. Universidad del Valle de Guatemala. Revista 25 de la Universidad del Valle de Guatemala. 2013;25:61-5.); likewise, these antagonists induce resistance in the plant to infections by the pathogen (66. Bisen K, Keswani C, Patel J, Sarma B, Singh H. Trichoderma spp.: efficient inducers of systemic resistance in plants. In: Microbial-mediated induced systemic resistance in plants [Internet]. Springer, Singapur; 2016. p. 185-95. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-0388-2_12 ). Likewise, they affirm mycoparasitism of Trichoderma strains on Phytophthora megakarya, where these antagonists significantly reduced the pathogen effects on plant leaves (99. Saravanakumar K, Fan L, Fu K, Yu C, Wang M, Xia H, et al. Cellulase from Trichoderma harzianum interacts with roots and triggers induced systemic resistance to foliar disease in maize. Scientific reports. 2016;6:35543.). At the same time, in preliminary studies, they indicate that strains of Trichoderma endophytes that were isolated from Coffea flowers in Africa inhibit the germination of uredospores of H. vastatrix and reduce the severity of the disease. It is considered as a potential biological controller for the development of biofungicides, because Trichoderma sp. possesses different characteristics such as protecting plants against root pathogens (3030. Barreto RW, Augustín CAA, Herrera RM, Salcedo SS, Evans H. Controle biológico da ferrugem do cafeeiro com fungos micoparasitas e endofíticos. In: Viçosa UF de, editor. Viçosa, MG,Brasil.: Universidad Federal de Viçosa,; 2017. Available from: http://www.infobibos.com/anais/CBFito/50/Resumos/Resumo50CBFito_0011.pdf ). For all the mechanisms of action that the Trichodema strains possess and also for being coffee endophyte, the results obtained in the investigation are explained, about that all the Trichoderma endophyte strains had effect in the control of yellow rust in coffee plants of four months of age.

Conclusion

 

It was demonstrated that with applications of Trichoderma endophyte strains to the soil and foliage in coffee seedlings, the incidence and severity of yellow rust (H. vastatrix), and the growth parameters of the seedlings at nursery level are improved. The strain TE1, coming from coffee leaves is the one with the best response in the growth parameters (plant height, stem diameter, main root length and number of leaves); also with lower percentage of incidence, severity and AUDPC, in comparison with the control without Trichoderma application.