Aceites esenciales de origen botánico como insecticidas y repelentes en pulgones de cultivos hortícolas

Abstract

Los pulgones son una de las plagas agrícolas que producen grandes pérdidas económicas sobre los cultivos en el mundo. El Campo de Cartagena es una de las principales zonas agrícolas de la Región de Murcia en la que destaca el cultivo del pimiento (Capsicum annuum Linnaeus) bajo invernadero. Entre la gran variedad de cultivos que se dan en la zona también destaca la lechuga (Lactuca sativa Linnaeus), siendo Murcia una de las principales zonas de producción de Europa. Los pulgones (Hemiptera: Aphididae) son una plaga importante que afectan a estos cultivos, en concreto, Myzus persicae (Sulzer) y Macrosiphum euphorbiae (Thomas) son especies que afectan de forma importante al cultivo del pimiento y Nasonovia ribisnigri (Mosley) la principal especie de pulgón que afecta al cultivo de la lechuga. Además, los pulgones son vectores de virus, en concreto M. persicae transmite el virus del mosaico del pepino (CMV) en pimiento y N. ribisnigri el virus del enrollamiento necrótico de la hoja de la lechuga en la lechuga (LNLCV). Estas especies tienen en común que poseen un gran potencial biótico, lo que hace que desarrollen grandes poblaciones en cortos periodos de tiempo. Ambos cultivos se desarrollan sobre sistemas de producción totalmente diferentes, y por lo tanto en el control de plagas también ocurre lo mismo. En el cultivo del pimiento en invernadero el control se realiza mediante la Gestión Integrada de Plagas en la que el control biológico (parasitoides y depredadores) son fundamentales, sin embargo, para el control de M. persicae es necesario complementarlo con tratamientos fitosanitarios en momentos puntuales en los que los enemigos naturales (principalmente Aphidius colemani (Viereck) (Hymenoptera: Braconidae) no son capaces de controlarlos. En cambio, en el cultivo de la lechuga no es posible monitorizar con exactitud las plagas que aparecen en el cultivo, por lo que muchas veces los tratamientos se realizan según calendarios. Además, las especies de pulgones citadas anteriormente han generado resistencias a un gran número de materias activas y cada vez el número de productos fitosanitarios autorizados es menor debido a las restricciones o incompatibilidades con la fauna auxiliar y por requisitos legales de las cadenas de distribución de alimentos europeas. En esta Tesis doctoral se han estudiado los efectos tóxicos y/o repelentes de una serie de aceites esenciales procedentes de plantas y compuestos puros sobre los pulgones M. persicae, M. euphorbiae y N. ribisnigri. Inicialmente se evaluó la repelencia de 8 aceites esenciales y 12 compuestos puros mediante un bioensayo de elección (inhibición del asentamiento) sobre M. persicae y M. euphorbiae. Los aceites esenciales de anís (Pimpinella anisum Linnaeus), albahaca (Ocimum basilicum Linnaeus) y cymbopogon (Cymbopogon flexuosus (Nees ex Steud.) W. Watson) (DR50 = 0,039 – 0,184 μL/cm2) y los compuestos puros (E)-anetol, geraniol, farnesol y (Z)-jasmona (DR50 =0,011 – 0,086 μL/cm2) resultaron los más activos inhibiendo el asentamiento de los pulgones. También se evaluó el efecto tóxico que se produce sobre M. persicae mediante un bioensayo diseñado para evaluar el efecto por contacto de los aceites (en formulaciones acuosas) en condiciones de laboratorio. El aceite esencial de anís, geraniol, (Z)-jasmona y farnesol a la dosis de 0,6 % (v/v) fueron los más tóxicos (> 50 % de mortalidad), siendo el farnesol el más activo de todos (93,67 % de mortalidad). Del estudio realizado en condiciones de laboratorio se seleccionaron el aceite esencial de anís y su compuesto mayoritario el (E)-anetol y los compuestos puros geraniol farnesol y (Z)-jasmona como los más activos y se estudió su efecto al aplicarlos en pulverización sobre plantas de pimiento inoculadas con M. persicae y M. euphorbiae. Para ello se formularon los aceites esenciales y compuestos puros como nanoemulsiones con un rotor IKA-Labor Pilot de dispersión (7940 rpm durante 10 minutos) utilizando Tween80 como surfactante (1:2). Las aplicaciones foliares de nanoemulsiones de farnesol o farnesol + (E)-anetol (1:1) al 0,2 % (v/v) sobre plantas de pimiento colonizadas por M. persicae o M. euphorbiae redujeron las poblaciones de pulgón a los 2 días después del tratamiento con eficacias superiores al 50 %, mientras que las aplicaciones de nanoemulsiones de anís y (E)-anetol al 0,4 % (v/v) sobre plantas de lechuga redujeron las poblaciones de N. ribisnigri a los 2 días después del tratamiento con eficacias superiores al 50 %. También se estudió el efecto que producían los volátiles del (E)-anetol, (Z)-jasmona y farnesol sobre los pulgones M. persicae y M. euphorbiae y sus enemigos naturales A. colemani y Sphaerophoria rueppellii (Wiedemann) (Diptera: Syrphidae) mediante ensayos de olfatometría de 2 vías. El farnesol a la dosis de 10 μL fue repelente frente a los pulgones y atrayente para los enemigos naturales. También se evaluó si estos compuestos puros producían un efecto tóxico sobre los enemigos naturales mediante un ensayo de toxicidad residual, mostrando una ligera toxicidad frente a S. rueppellii (<20%) A continuación, se evaluaron las nanoemulsiones de anís, (E)-anetol y farnesol en condiciones de semicampo y campo en invernaderos de pimiento y lechuga al aire libre durante varios años. Las aplicaciones foliares de nanoemulsiones de farnesol al 0,4 % (v/v) en condiciones de campo causó una gran reducción en las poblaciones de pulgón, con eficacias de hasta el 70-80 % con respecto del control, similar o incluso mayor a las eficacias del insecticida de referencia a base de piretrinas. Las nanoemulsiones de anís o (E)-anetol produjeron una mortalidad menor que el farnesol, y resultaron fitotóxicas para las plantas de pimiento. En cambio, las aplicaciones de nanoemulsiones de anís y (E)-anetol en semicampo redujeron las poblaciones de N. ribisnigri (con eficacias de tratamiento de hasta un 40–50 %), mientras que en campo, freno el desarrollo de las poblaciones de pulgón sin producir ningún efecto fitotóxico sobre el cultivo y siendo compatible con el control biológico ejercido por sírfidos y mariquitas de manera natural. En esta Tesis doctoral, se han identificado varios aceites esenciales y compuestos puros de origen vegetal con propiedades repelentes y/o insecticidas contra los pulgones, seguido de su formulación y aplicación en cultivos de pimiento y lechuga en campo. Las formulaciones de farnesol son prometedoras para el control del pulgón en los invernaderos de pimiento (debido a que son tóxicas para los pulgones y compatibles con algunos de sus enemigos naturales). De igual forma las formulaciones a base anís y (E)-anetol, también pueden ayudar a complementar el control de N. ribisnigri en lechuga. Sin embargo, todavía es necesario mejorar y optimizar la formulación de estos bioactivos para su uso en la agricultura.

Aphids are one of the major agricultural pests that cause important economic losses on crops in the world. Campo de Cartagena is one of the main agricultural areas in Murcia, where pepper (Capsicum annuum Linnaeus) greenhouse crops are one of the most important. Among other crops that grow in the area, lettuce (Lactuca sativa Linnaeus) is also important, whereas Murcia is one of the main lettuce production areas in Europe. Aphids (Hemiptera: Aphididae) are an important pest that affects these crops, specifically, Myzus persicae (Sulzer) and Macrosiphum euphorbiae (Thomas) are the main species that affect pepper crops and Nasonovia ribisnigri (Mosley) the main species of lettuce crops. Furthermore, M. persicae transmits the Cucumber mosaic virus (CMV) in pepper and N. ribisnigri the Lettuce necrotic leaf curl virus (LNLCV). These species have great biotic potential and are able to develop large populations in a short time dificultting their control. Pepper and lettuce crops are grown differently, and their pest control is also different. In pepper greenhouse, aphid control is carried out using Integrated Pest Management strategies combining biological control (parasitoids and predators) and synthetic pesticides. On the other hand, in the lettuce, it is not possible to observe all the pests that appear in the crop, and chemical treatments are usually applied preventively. In addition, the aphid species mentioned above have generated resistance to many insecticides and the number of authorized products is decreasing due to restrictions or incompatibilities with natural enemies by legal requirements of the European food distribution chains. In this doctoral thesis, were studied the toxic and/or repellent effects of various essential oils from plants and pure compounds on the aphids M. persicae, M. euphorbiae and N. ribisnigri. Initially, the repellency of 8 essential oils and 12 pure compounds were evaluated using a choice bioassay (settling inhibition) on M. persicae and M. euphorbiae. The essential oils of anise (Pimpinella anisum Linnaeus), basil (Ocimum basilicum Linnaeus) and lemongrass (Cymbopogon flexuosus (Nees ex Steud.) W. Watson) (DR50 = 0.039 – 0.184 μL/cm2) and the pure compounds (E)-anethole, geraniol, farnesol and (Z)-jasmone (DR50= 0.011 – 0.086 μL/cm2) were the most active inhibiting the settlement of aphids. Also, the toxic effect produced by essential oils was evaluated on M. persicae using a new bioassay designed to evaluate the contact effect of essential oils (in aqueous formulations) under laboratory conditions. The essential oil of anise, geraniol, (Z)- jasmone and farnesol at a dose of 0.6% (v/v) were the most toxic (> 50% mortality) on M. persicae, where farnesol was the most active (93 .67% mortality). From the laboratory experiments, the essential oil of anise and its main compound, (E)-anethole, and the pure compounds geraniol, farnesol and (Z)-jasmone were selected as the most active, and their effect was studied when applied as a spray on pepper plants inoculated with M. persicae and M. euphorbiae. For this, the essential oils and pure compounds were formulated as nanoemulsions with an IKA-Labor Pilot dispersion rotor (7940 rpm for 10 minutes) using Tween80 as a surfactant (1:2). Foliar applications of nanoemulsions of farnesol or farnesol + (E)-anethol (1:1) at 0.2% (v/v) on pepper plants reduced aphid populations (M. persicae or M. euphorbiae) at 2 days post-treatment with efficacies over the 50%, while the applications of nanoemulsions of anise and (E)-anethole at 0.4% (v/v) on lettuce plants reduced the populations of N. ribisnigri (efficacies over 50 %) at 2 days post-treatment. The effect of (E)-anethole, (Z)-jasmone and farnesol volatiles were studied on the aphids M. persicae and M. euphorbiae and their natural enemies Aphidius colemani Viereck (Hymenoptera: Braconidae) and Sphaerophoria rueppellii (Wiedemann) (Diptera: Syrphidae) using a two-way olfactometer. Farnesol at a dose of 10 μL was repellent against aphids and attractive to natural enemies. Whether these pure compounds produced a toxic effect on natural enemies was also evaluated by a residual toxicity test, showing slight toxicity against S. rueppellii (<20%). Nanoemulsions of anise, (E)-anethole and farnesol were evaluated under semi-field and field conditions in pepper greenhouses and lettuce open-air crops for several years. Foliar applications of nanoemulsions of farnesol at 0.4% (v/v) under field conditions caused a great reduction in aphid populations, with efficacies of 70-80% with respect to the control, similar or even greater than the efficacies of the reference insecticide based on pyrethrins. Anise or (E)-anethole nanoemulsions produced lower mortality than farnesol and were phytotoxic to pepper plants. On the other hand, the applications of nanoemulsions of anise and (E)-anethol in semi-field experiments reduced the populations of N. ribisnigri (with efficacies of 40–50%), while in the field, the treatments stopped the development of N. ribisnigri populations without any phytotoxic effect on the crop and proved to be compatible with syrphids and ladybirds In this doctoral thesis, essential oils and pure compounds from plants with repellent and/or insecticidal effects against aphids have been identified, and their formulations have been applied to pepper and lettuce crops in the field. Farnesol formulations are promising for aphid control in pepper greenhouses (because are toxic to aphids and compatible with some of their natural enemies). On the other hand, the use of aniseed and (E)-anethole formulations combined with other tools is a good option to manage N. ribisnigri in lettuce crops in the future. However, these formulations need to be improved for use in agriculture