evaluaciÓn del control biolÓgico de periplaneta americana
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EVALUACIÓN DEL CONTROL BIOLÓGICO DE Periplaneta americana (Blattidae,
Linnaeus) POR INGESTIÓN DEL HONGO Metarhizium anisopliae (Clavicipitaceae,
Metchnikoff) Y ÁCIDO BÓRICO.
LAURA YAMILE GUERRERO GARCÍA
LUZ ÁNGELA CADENA FERNÁNDEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGIA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL
BOGOTA D.C
2016
EVALUACIÓN DEL CONTROL BIOLÓGICO DE Periplaneta americana (Blattidae,
Linnaeus) POR INGESTIÓN DEL HONGO Metarhizium anisopliae (Clavicipitaceae,
Metchnikoff) Y ÁCIDO BÓRICO.
LAURA YAMILE GUERRERO GARCÍA
Código 20092085021
LUZ ÁNGELA CADENA FERNÁNDEZ
Código 20092085009
Proyecto de grado en modalidad de investigación presentado como requisito parcial para optar
por el título de
TECNÓLOGAS EN SANEAMIENTO AMBIENTAL
DIEGO TOMAS CORRADINE MORA
Médico Veterinario
M.Sc. Salud Pública
Director
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGIA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL
BOGOTA D.C
2016
Nota de aceptación:
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Firma del director
______________________________
Firma del jurado
Bogotá D.C., Julio de 2016
Agradecimientos
A nuestros padres que siempre serán guía en el camino, fuerza en la adversidad, ejemplo de
perseverancia y a quienes queremos hacer sentir orgullosos con nuestros logros.
A nuestro director de grado Diego Tomas Corradine, por su constante apoyo en todo este largo
camino, y su supervisión durante todo el proyecto, para que tuviese los mejores resultados.
A todos los profesores que hicieron parte de nuestra formación como profesionales integrales,
e incentivaron la búsqueda de nuevas tecnologías sustentables, que acrecienten nuestra labor
como saneadores ambientales.
Contenido
Resumen ......................................................................................................................................... 10
Abstract .......................................................................................................................................... 11
Introducción ................................................................................................................................... 12
1. Objetivos ................................................................................................................................ 13
1.1 Objetivo general ................................................................................................................... 13
1.2 Objetivos específicos ........................................................................................................... 13
2. Marco teórico ......................................................................................................................... 14
2.1 Marco conceptual. ............................................................................................................... 15
2.2 Cucaracha Periplaneta americana ..................................................................................... 15
2.3 Ciclo de vida de la Periplaneta americana ......................................................................... 16
2.4 Clasificación taxonómica de la Periplaneta americana. .................................................. 19
2.5 Morfología de la cucaracha Periplaneta americana. ......................................................... 20
2.6 Importancia en la salud pública ........................................................................................... 23
2.7 Métodos de control .............................................................................................................. 25
2.7.1 Control químico ............................................................................................................ 25
2.7.2 Estrategias de bajo riesgo para el control de cucarachas. ............................................ 33
2.7.3 Control biológico ......................................................................................................... 35
2.8 Resistencia y adaptabilidad. ................................................................................................ 37
2.9 Hongos Entomopatógenos ................................................................................................... 42
2.10 Mecanismo de acción de los hongos entomopatogenos. ................................................... 45
2.11 Factores que regulan el crecimiento de hongos entomopatogenos. ................................... 48
2.12 Taxonomía de Metarhizium anisopliae. ............................................................................. 49
2.13 Caracterización morfológica del hongo Metarhizium anisopliae. ..................................... 51
2.14 Ciclo de vida de Metarhizium anisopliae ........................................................................... 54
2.14.1 Colonización y reproducción. ..................................................................................... 54
2.15 Usos del Hongo Metarhizium anisopliae ........................................................................... 56
2.16 Marco legal ......................................................................................................................... 57
3. Metodología ........................................................................................................................... 60
3.1 Obtención de la cucaracha Periplaneta americana.............................................................. 60
3.2 Crianza de las cucarachas .................................................................................................... 61
3.3 Diseño de las jaulas. ............................................................................................................. 61
3.4 Obtención del hongo Metarhizium anisopliae ..................................................................... 62
3.5 Prueba de reactivación del hongo ........................................................................................ 62
3.6 Prueba de germinación ......................................................................................................... 63
3.7 Preparación de la solución madre del hongo Metarhizium anisopliae ................................ 64
3.8 Preparación de las concentraciones del hongo Metarhizium anisopliae para bioensayos. .. 65
3.9 Bioensayos. .......................................................................................................................... 66
3.10 Lecturas de mortalidad ...................................................................................................... 67
3.11 Estadística .......................................................................................................................... 68
4. Resultados .............................................................................................................................. 70
4.1 Resultados prueba de germinación de la cepa del hongo Metarhizium anisopliae .............. 70
4.2 Resultados prueba de reactivación del hongo ...................................................................... 70
4.3 Bioensayos T1 concentración (106), T2 concentración (109) y T3 concentración (1012);
resultados de mortalidad tratamientos con solo acción del hongo ............................................. 71
4.4 Bioensayo T4 resultado con el ácido bórico ....................................................................... 73
4.5 Resultados de mortalidad bioensayos T5 concentración 109 más ácido bórico y T6
concentración 1012 más ácido bórico .......................................................................................... 74
5. Análisis estadístico ..................................................................................................................... 76
5.1 Comparaciones de varianza (ANOVA) entre grupos experimentales ................................. 76
6. Análisis de resultados ............................................................................................................. 80
Conclusiones .................................................................................................................................. 83
Recomendaciones ........................................................................................................................... 84
Bibliografìa…………………………………………………………………………………….…90
Índice de tablas
Tabla 1 Clasificación taxonómica de la Cucaracha doméstica Periplaneta
americana ....................................................................................................................................... 19
Tabla 2 Agentes patógenos que trasmite la cucaracha Periplaneta
americana, ...................................................................................................................................... 23
Tabla 3 Especies de helmintos que trasmite la cucaracha Periplaneta americana ................. 24
Tabla 4 Especies de protozoarios patógenos que trasmite la cucaracha Periplaneta
americana ............................................................................................................................... 24
Tabla 5 Insecticidas Orgánicos e inorgánicos ................................................................................ 26
Tabla 6 Factores que influyen en la velocidad de desarrollo de resistencia .................................. 38
Tabla 7 Concentración de la Dilución 10 6, prueba de germinación ............................................. 64
Tabla 8 resultado de prueba de germinación. ................................................................................ 70
Tabla 9 Análisis de ANOVA para los bioensayos de los tratamientos individuales ..................... 76
Tabla 10 Análisis de ANOVA para los bioensayos de los tratamientos en acción ........................ 77
Tabla 11 Resultados de la prueba T para medias pareadas de los 3 tratamientos principales ....... 78
Índice de figuras
Figura 1. Cucaracha Periplaneta americana. ................................................................................ 16
Figura 2. Ootecas de cucaracha Periplaneta americana ............................................................... 16
Figura 3. Diferentes etapas de desarrollo de Periplaneta americana ............................................ 17
Figura 4. Ninfas intermedias de Periplaneta americana ............................................................... 18
Figura 5. Partes del cuerpo de la cucaracha. ................................................................................. 20
Figura 6. Vista lateral de hembra y macho de Blatella germanica, indicando los segmentos
abdominales. ........................................................................................................................... 21
Figura 7. Partes internas de hembra de Periplaneta americana. ................................................... 22
Figura 8. Estructura y composición de la cutícula de insectos y forma de penetración de hongos
entomopatógenos .................................................................................................................... 47
Figura 9. Hongos entomopatógenos división taxonómica. ............................................................ 50
Figura 10. Conidias de la especie Metarhizium anisopliae. .......................................................... 50
Figura 11. Insecto atacado por la enfermedad muscardina verde del hongo Metarhizium
anisopliae. .............................................................................................................................. 52
Figura 12. Hongo Metarhizium anisopliae color olivo a amarillo verdoso. .................................. 53
Figura 13. Hongo Metarhizium anisopliae color miel o amarillo pálido y pigmento amarillo ..... 54
Figura 14. Hongo Metarhizium anisopliae registro en Colombia ................................................. 57
Figura 15. Recolección de ninfas y adultos de la cucaracha Periplaneta americana. ................... 60
Figura 16. Conservación y alimentación de ninfas y adultos de la cucaracha Periplaneta
americana. .............................................................................................................................. 61
Figura 17. Diseño de las jaulas para la conservación de ninfas y adultos. ..................................... 62
Figura 18. Procedimientos para la realización de los bioensayos. ................................................. 67
Figura 19. Infección del hongo Metarhizium anisopliae en especímenes adultos y en ninfas de la
cucaracha Periplaneta americana.. ........................................................................................ 68
Figura 20. Cucarrón (coleóptera) afectado por la patogénesis del hongo Metarhizium anisopliae..
................................................................................................................................................ 71
Figura 21. Resultados porcentajes de mortalidad tratamientosT1 (concentración 106), T2
(concentración 109) y T3 (Concentración 1012). Fuente las autoras. ..................................... 72
Figura 22. Porcentajes de mortalidad tratamiento T4 con sólo acción del ácido bórico. ............... 73
Figura 23. Bioensayo T5 (concentración 109) y T6 (concentración 1012) más ácido bórico
resultados de mortalidad.. ....................................................................................................... 74
10
Resumen
En zonas rurales es común utilizar insecticidas o plaguicidas para combatir la infestación de
insectos que afectan la salud pública. Una de las plagas más difíciles de controlar son las
cucarachas por sus múltiples capacidades de adaptación y resistencia a métodos de control. Sin
embargo el uso de estos insecticidas no son benéficos para el medio donde son aplicados, ni para
la salud de quien los manipule, es por eso que se evaluó el uso del hongo entomopatógeno
Metarhizium anisopliae como alternativa para el control biológico de la cucaracha Periplaneta
americana, una cucaracha común en las viviendas, y que son un peligro inminente para la salud
pública. Para mejorar la acción del hongo en un corto periodo de tiempo, se analizó la acción
conjunto del ácido bórico, y a la vez se evaluó el uso de este como posible insecticida para la
cucaracha. Se utilizó el hongo en solución acuosa para garantizar su consumo, y se identificó que
la dosis más adecuada está entre 109 conidias/ml y 1012 conidias/ml, en un tiempo de exposición
de 5 días al tratamiento, para garantizar un porcentaje de letalidad mayor al 50%. Además que el
ácido bórico es el mejor método inorgánico para el control de la cucaracha, eliminando el 90% de
ellas en 3 días en combinación con un cebo atrayente (comida). Se evidenció que se puede
potencializar la acción del hongo, usando en conjunto con el ácido bórico y un fagoestimulante,
el cual garantiza que las cucarachas van a tener contacto directo con el polvo y el hongo.
Ninguno de los métodos anteriormente utilizados representa un peligro para la salud pública, ni
para plagas secundarias que se puedan ver afectadas de manera indirecta, por esta razón se puede
contemplar el uso de entomopatogenos como un método de biocontrol sustentable y eficiente,
para la cucaracha Periplaneta americana.
PALABRAS CLAVE: Biopesticidas, Control biológico, insecticida, plagas, cucarachas,
cucaracha Periplaneta americana, hongo entomopatógeno, hongo Metarhizium anisopliae.
11
Abstract
In rural areas it is common to use insecticides or pesticides to control insect infestation
affecting public health. One of the most difficult pests to control cockroaches is multiple
capabilities for their adaptation and resistance to control methods. However, the use of these
insecticides are not beneficial to the environment in which they are applied, or health of the
person who handled, is why the use of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae
was evaluated as an alternative for the biological control of Periplaneta american ockroacha
common cockroach in homes. To improve the action of the fungus in a short time, the whole
action of boric acid was analyzed, and while using this as possible cockroach insecticide was
evaluated, considering that does not affect public health. the fungus was used in aqueous solution
to ensure its consumption, and identified the most appropriate dose is between 109 conidia / ml
and 1012 conidia / ml, in an exposure time of 5 days following treatment, to ensure higher
percent lethality 50%. Besides that boric acid is the best method for inorganic cockroach control,
eliminating 90% of them in 3 days in combination with an attractant (food). It was evidenced that
can potentiate the action of the fungus, used in conjunction with boric acid and a phagostimulant,
which guarantees that cockroaches will have direct contact with dust and fungus. None of the
previously used methods represents a danger to public health or to secondary pests that may be
affected indirectly, for this reason you can see the use of entomopathogenic as a method of
sustainable and efficient biocontrol, for Periplaneta american cockroach.
KEYWORDS: Pesticides, Biological control, insecticide, pest, cockroaches, cockroach
Periplaneta americana, entomopathogenic fungus, Metarhizium anisopliae.
12
Introducción
Para el cuidado del medio ambiente se necesitan tecnologías ecológicas, que eviten que las
plagas sean un problema para la salud pública. El uso de plaguicidas constituye uno de los
principales problemas para el medio ambiente y las personas que los manipulan, es muy frecuente
su uso para plagas como la cucaracha.
Periplaneta americana se considera una plaga para la salud pública porque enfermedades
producidas por organismos como las bacterias, se pueden establecer en el cuerpo de las
cucarachas y propagarse en la comida. Diversas y severas enfermedades de tipo digestivo, se han
transmitido de manera experimental, enfermedades como diversos tipos de gastroenteritis son
transmitidas por las cucarachas provocando nauseas, dolores abdominales, vómito, diarrea,
disentería y otras enfermedades. El excremento y mudas también contienen numerosos alérgenos
que afectan los ojos y la piel de los seres humanos (Ponce, 2005).
En el presente trabajo se busca una alternativa ecológica y eficiente para su biocontrol, con el
uso de hongos entomopatògenos, en este caso el hongo Metarhizium anisopliae, quien en
estudios anteriores (Ramírez, 2013) “Cebos para el Control de la cucaracha alemana Blattella
germanica (Dictyoptera: Blattellidae) formulados con hongos entomopatógenos y ácido bórico”
demostró ser efectivo para el control de la cucaracha alemana, en compañía y en ausencia del
ácido bórico. En este proyecto se realizaron los cebos y adicionó el hongo en forma de polvo,
además del ácido.
En el presente proyecto se evaluó la capacidad infectiva del hongo en forma acuosa, con
concentraciones conocidas y con el ácido bórico mezclado con la comida y sin ella, para
garantizar que el insecto consuma el hongo y así halla un mejor efecto sobre el insecto.
13
1. Objetivos
1.1 Objetivo general
Evaluar el control biológico de la Periplaneta americana (cucaracha americana) por ingestión
de una solución acuosa del hongo Metarhizium anisopliae con y sin ácido bórico, como
alternativa del control a nivel de laboratorio.
1.2 Objetivos específicos
Identificar la capacidad de infección del hongo Metarhizium anisopliae por ingestión de
una solución acuosa en Periplaneta americana a nivel de laboratorio.
Determinar cuál es la concentración más efectiva del hongo Metarhizium anisopliae en
número de Conidias/ mililitro para el control de la cucaracha americana Periplaneta americana
a nivel de laboratorio.
Evaluar la efectividad de la acción patógena del hongo Metarhizium anisopliae cuando
se usa de manera conjunta con ácido bórico para el control de Periplaneta americana.
14
2. Marco teórico
Las cucarachas representan una de las principales plagas urbanas a nivel mundial por ser
transmisores mecánicos de microorganismos patógenos, además de inducir reacciones alérgicas a
individuos susceptibles. Se conocen más de 45 patógenos que pueden transmitir a través de patas,
heces y regurgitamientos (Salehzadeh, 2007).
Para su control se aplican pesticidas e insecticidas químicos, pero se ha comprobado el
desarrollo de resistencia a éstos, por lo que se dificulta su control, además de ser tóxicos para el
hombre, el ambiente e insectos no plaga.
El control con químicos inorgánicos, en su mayoría desecadores, es adecuado y poco tóxico,
pero de baja residualidad. El uso de hongos entomopatógenos en el control de plagas urbanas ha
sido enfocado a aquellas especies de importancia dentro de la Salud Pública. Se ha demostrado
que las cucarachas son susceptibles a dos especies de hongos principalmente, B. bassiana e
Isarea (Paecilomyces) farinosus (Damas Buenrostro, 2012).
En la investigación de Ramírez (2013) se presenta como el hongo entomopatógeno
Metarhizium anisopliae se aplica para el control de cucarachas de la especie Blattella germanica.
A pesar de que el uso de Metarhizium anisopliae ha dado resultados satisfactorios para el control
de este tipo de plagas, hay muy pocos estudios frente a Periplaneta americana y el hongo
Metarhizium anisopliae.
Es necesario implementar nuevas alternativas para alentar el control biológico de este tipo de
plagas, incrementando la velocidad de muerte del insecto, tratando de mejorar la efectividad de
los hongos entomopatógenos ya que ocasionan una muerte lenta y quizá, desagradable a la vista
del consumidor. Ya que en el caso del hongo Metarhizium anisopliae el insecto infectado
presenta una apariencia verdosa ocasionada por la enfermedad denominada muscardina verde,
15
que es la formación de un micelio blanquecino y posteriormente masas de conidios, en forma de
columna de color verde (Martínez de Carrillo, Álvarez , & Ramos, 1996).
2.1 Marco conceptual.
2.2 Cucaracha Periplaneta americana
Uno de los insectos más comunes es la cucaracha, se han encontrado fósiles los cuales
evidencian que las cucarachas han existido más o menos desde 300 millones de años. Son uno de
los grupos de animales más exitosos, debido a que las cucarachas se adaptan fácilmente al medio
ambiente en el que están y se adaptan con facilidad a vivir junto con los humanos. También son
uno de los insectos que más se encuentran al rededor del mundo ya que se pueden encontrar
cerca de 3,500 especies de cucarachas (De jorge, 2010).
La cucaracha de la especie Periplaneta americana (Figura 1) se caracteriza por ser una
especie grande, los adultos tienen un tamaño que van desde los 34 a los 53 mm de largo, son de
color rojizo-marrón con variaciones substanciales en patrones de coloración claro a oscuro, en la
superficie superior del pronoto tiene un listón marrón- amarillo. Ambos, machos y hembras,
tienen alas completas. A diferencia de las hembras, las alas de los machos se extienden un poco
después del abdomen. Las ninfas son similares en apariencia pero más pequeñas y no tienen alas.
La cucaracha Periplaneta americana es capaz de volar pero, lo hacen en raras ocasiones (Jacobs,
2002).
16
Figura 1. Cucaracha Periplaneta americana. Imagen tomada de http://plagastop.com.
2.3 Ciclo de vida de la Periplaneta americana
La cucaracha pertenece al grupo de insectos con metamorfosis incompleta o hemimetábola,
es decir del huevo nace la larva que se llama “ninfa” idéntica al insecto adulto, consta de tres
etapas, huevo, ninfa en sus diversos estadios y el adulto. Los huevos de las cucarachas están
acomodados en forma pareada, dentro de una cámara llamada ootecas (Figura 2), la cual presenta
forma de frijol y es de estructura coriácea, la cual puede ser expulsada o bien la hembra puede
traerla consigo hasta la eclosión de las ninfas (Ponce, 2005). Las hembras sueltan o pegan las
ootecas de 8 mm de largo a sustratos en unas horas o en días después de su formación. Cada
ooteca tiene unos 12-16 embriones.
Figura 2. Ootecas de cucaracha Periplaneta
americana. Foto tomada por autoras.
17
Las ninfas completan su desarrollo en 13 a 14 meses, pasando por 13 mudas (Figura 3). Los
adultos viven unos 15 meses.
La cucaracha Periplaneta americana es una especie peri-doméstica, es decir puede vivir con
o sin la ayuda directa de las actividades humanas; como la mayoría de los artrópodos necesitan de
mucha agua para vivir, esta especie en especial requiere ambientes de mucha humedad, pueden
sobrevivir a ambientes secos siempre y cuando tenga acceso a agua. Las cucarachas son activas
por la noche cuando buscan alimento, agua y se aparean. Pueden ser vistas durante el día
principalmente cuando hay una alta infestación o cuando les falta alimento y agua (Ogg, Ogg,
Ferraro, & Jeff, 2006). Las cucarachas pueden exhibir preferencias y discriminar cuando tienen
otra opción. Cuando estas son privadas de comida y agua, ellas pueden vivir por 5 días hasta 42
días (hembra Periplaneta americana). Cuando se les ofrece comida seca pero no agua viven mas
o menos 5 días, pero si solo se les ofrece agua suelen vivir más tiempo. La mayoría de especies
suelen vivir de dos a tres meses solamente con agua. Son típicos carroñeros y omnívoros, y
Figura 3. Diferentes etapas de desarrollo de Periplaneta
americana, Imagen tomada de http://www.plagiser.com.
18
comen gran variedad de materia orgánica muerta o en descomposición, que incluye excrementos
de aves y algunas pueden digerir la madera. Otras comen plantas y también es usual el
canibalismo y la depredación (Hutchins, 2003).
Los sitios en los que más frecuentemente se multiplican son edificios, áticos, huecos en los
árboles, los sistemas de alcantarillado municipal, pozos sépticos, etc. La cucaracha Periplaneta
americana, al ser del orden Blattodea, es omnívora en condiciones óptimas la hembras pueden
vivir de 14 a 20 meses, algo más que los machos. La cucaracha Periplaneta americana vive
generalmente en áreas húmedas y con temperaturas cálidas, alrededor de 29 ° C, no soportando
las temperaturas bajas (Arce & Enciso, 2009).
Las fases inmaduras o “ninfas,” (Figura 4) son más pequeñas y más oscuras que las adultas, y
las ninfas tienen una raya café claro a lo largo del área media de la espalda. Como se reproducen
rápidamente, son muy difíciles de controlar.
Una sola hembra apareada puede producir una infestación de miles de cucarachas nuevas en
menos de un año (Ogg, Ogg, Ferraro, & Jeff, 2006).
Existen tres tipos de comportamiento social de las cucarachas: gregarias (agregación),
subsocial (atención para las ninfas), y solidaria (comunicación especialmente durante el cortejo)
Figura 4. Ninfas intermedias de Periplaneta
americana. Imagen tomada por autoras.
19
que es mediada por feromonas. La visión aparentemente juega un papel pequeño o insignificante
en el reconocimiento sexual, el cortejo y la cópula, a pesar de que algunas especies tienen ojos
grandes, bien desarrollados y pigmentados. Un ejemplo del comportamiento gregario, se ha
encontrado en algunas familias dípteras las cuales presentan grupos mixtos donde se integran
larvas con adultos, sean o no padres y hermanos, las especies domésticas Periplaneta americana
(linnaeus) y Blattella germanica (linnaeus), son ejemplos famosos de este tipo de conductas
(Arce & Enciso, 2009).
Para Mc Gavin, (2002), existen algunos registros de la predación de las cucarachas. Entre los
artrópodos, hormigas y arañas son los más importantes predadores del trópico. Pedazos de
cucarachas han sido encontrados en el estómago de peces, salamandras, ranas, sapos, tortugas y
lagartos. Muchas especies de aves comen estos insectos, y un ave (cucarachero) es aparentemente
especializado en cucarachas. Algunos mamíferos predadores son zarigüeyas, puercoespines,
simios, roedores y gatos. La clasificación taxonómica de la cucaracha se observa en la tabla 1.
2.4 Clasificación taxonómica de la Periplaneta americana.
Tabla 1
Clasificación taxonómica de la Cucaracha doméstica Periplaneta americana
Reino Animal
Filum Artrópodo
Subfilum Hexapodo
Clase Insecta
Subclase Pterygota – insecto alado
Infraclase Neoptera – insecto con alas plegadas
Orden Dictyoptera
20
Nota: Adaptada Arce Barrera, Alejandro (2009).
2.5 Morfología de la cucaracha Periplaneta americana.
Las cucarachas son insectos (Phylum Arthropoda, Clase Insecta) pertenecientes al suborden
Blattaria (Figura 5). La morfología de su cuerpo quitinizado y aplanado dorsoventralmente está
dividida en cabeza, tórax y abdomen. En la cabeza se deben distinguir dos antenas largas y
filiformes, dos ojos compuestos y un aparato bucal masticador. El tórax tiene tres segmentos. El
primero de ellos pronotum esconde casi toda la cabeza de la cucaracha, los diferentes patrones
de colocación de esta placa quitinizada se pueden confundir con un par de ojo. Del segundo
segmento mesonotum y del tercero metanotum se desprenden las alas. El primer par de alas está
modificado en tegminas (alas de apariencia coriácea). No todas las especies tienen las alas
completamente desarrolladas, pues también se presentan adultos con alas cortas (braquípteras) o
ausentes (ápteras). Sin embargo, se debe tener cautela, pues muchos individuos ápteros
corresponden tan solo a los estados inmaduros (Chapman, 1998).
Suborden Blattaria
Superfamilia Blattoidea
Familia Blattidae
Subfamilia Blattinae
Género Periplaneta Burmeister, 1838
Especie Periplaneta americana (Linnaeus, 1758)
Figura 5. Partes del cuerpo de la cucaracha, Imagen tomada de http://www.bioticanet.com.
21
Siguiendo con estas características, cada uno de los tres segmentos torácicos se originan un
par de patas delgadas y espinosas para así tener un total de seis que les permiten correr casi sobre
cualquier tipo de superficie, caminar en el techo, o escalar en materiales tan lisos como el vidrio,
ayudándose con estructuras especializadas (uñas) al final de sus tarsos (Chapman, 1998). El
abdomen consiste de 10 segmentos, al final de éste se encuentran órganos sensoriales, los cerci
(Figura 6), que responden tanto a movimientos del aire como a vibraciones y en los machos
adicionalmente a los cerci, se observan otros órganos sensoriales llamados estilos que proveen un
potencial táctil durante los intentos de cópula. Los segmentos finales del abdomen difieren entre
machos y hembras, los primeros tienen órganos que vierten durante la cópula y que agarran a la
hembra; éstas por su parte tienen apéndices que utilizan en la ovoposición y la formación de las
ootecas (Jaramillo & Córdoba, 1999).
Figura 6. Vista lateral de hembra y macho de Blatella germanica, indicando los
segmentos abdominales, imagen tomada de Bell, (1981).
22
Mucho más pequeños que los de los vertebrados pero no menos eficientes son sus sistemas
internos. Estos le proveen a la cucaracha respiración, circulación, digestión, excreción,
reproducción y funciones sensoriales. Las cucarachas y todos los insectos respiran por medio de
un sistema de tráqueas (Figura 7). Este es un sistema de tubos que salen al exterior en aberturas
denominadas espiráculos los cuales se encuentran distribuidos por pares en cada uno de los
segmentos torácicos y abdominales que están conectados internamente a unos tubos o tráqueas
que se extienden por todos el cuerpo; estos tubos terminan en porciones cerradas y más pequeñas
(traqueolas) que penetran los tejidos (Jaramillo & Córdoba, 1999).
La circulación de este tipo de insectos es abierta y carece de venas o arterias (Mc Gavin,
2000). Los fluidos corren a través de la cavidad corporal llevando nutrientes del sistema digestivo
a los tejidos y removiendo desechos que son llevados a los órganos excretores. Una vez que la
comida pasa a través de las partes bucales y recorre todo el sistema digestivo realizando la
digestión y la absorción de nutrientes, los desechos son excretados en forma de heces por el ano.
La reproducción involucra machos que producen esperma y hembras productoras de huevos,
la fertilización es interna. El sistema nervioso de las cucarachas consta de dos “cerebros” ya que
Figura 7. Partes internas de hembra de Periplaneta americana, imagen tomada de Bell,
(1981).
23
poseen dos pares largos de ganglios nerviosos en la cabeza, y un ganglio simple al final del
abdomen. Estos dos centros sensoriales están conectados por fibras gigantes. Estas fibras llevan
los impulsos diez veces más rápido que los nervios ordinarios. Esta característica es lo que las
hace ser tan rápidas y hábiles (Jaramillo & Córdoba, 1999).
2.6 Importancia en la salud pública
Las cucarachas son importantes transmisores mecánicos de importancia en salud pública, por
ser portadoras de microorganismos patógenos para el hombre. Las especies de mayor
importancia en el continente americano son Periplaneta americana y Blattella germanica.
Las cucarachas pueden transmitir agentes patógenos como bacterias (Tabla 2), hongos,
helmintos (Tabla 3), protozoarios (Tabla 4), y virus de manera mecánica, causando disenterías,
gastroenteritis y neumonías, entre otras. Además, se ha relacionado las reacciones de tipo
alérgicas en humanos con la presencia de heces fecales, saliva, cutícula y huevos de las
cucarachas en individuos susceptibles (Damas Buenrostro, 2012).
Algunos de los agentes patógenos que trasmite la cucaracha son:
Tabla 2
Agentes patógenos que trasmite la cucaracha Periplaneta americana
Bacillus subtilis agente causal de la conjuntivitis
Escherichia coli
Agente causal de la diarrea gastroenteritis y
envenenamiento de alimentos
Salmonella,
Salmonella typhi, Agente causal de la tifoidea
Nota: Adaptada Ramírez Pérez, (1989).
24
Los huevos de siete especies de helmintos han sido observados en asociación natu ral con
las cucarachas. En la tabla 3 se presentan a las siguientes especies.
Tabla 3
Especies de helmintos que trasmite la cucaracha Periplaneta americana
gusanos-gancho (Ancylostoma duodenale)
Necator americanus
gusano redondo gigante (Ascaris lumbricoides)
Ascaris
gusano-alfiler (Enterobius vermicularis)
gusanos-cinta (Hymenolepis spp.)
gusano-látigo (Trichuris trichiura).
Nota: Adaptada Ramírez Pérez, (1989).
Se han señalado cinco protozoarios patógenos del hombre de los cuales pueden ser
portadoras las cucarachas en la tabla 4 se incluyen las siguientes especies:
Tabla 4
Especies de protozoarios patógenos que trasmite la cucaracha Periplaneta americana
Balantidium coli
Entamoeba histolytica
Giardia intestinalis
Toxoplasma gondii
Trypanosoma cruzi
Nota: Adaptada Ramírez Pérez, (1989).
25
Las alergias en los seres humanos pueden presentarse por cuatro maneras (Ramírez
Pérez, 1989):
Por contacto con el insecto cuando camina sobre la persona o se toca.
Por inhalación de sustancias emitidas por las cucarachas.
Por ingestión de alérgenos cuando se comen alimentos parcialmente
consumidos por cucarachas.
Por picadura, cuando los alérgenos entran en el organismo al morder el insecto al
hombre. Si una cucaracha se desliza durante la noche en la boca de alguna persona en busca
de partículas de alimento, se desarrolla en la zona de contacto lo que se conoce con el
nombre de Herpes blattae.
Las cucarachas también pueden ser provocadoras del asma. Algunas investigaciones
científicas han demostrado que del 23 al 60 por ciento de las personas que viven en las áreas
urbanas y con asma eran alérgicas a las cucarachas. Aproximadamente el 50 por ciento de
los casos de asma son causados por alergias. Estos estudios han demostrado que la mayoría
de los asmáticos que son alérgicos a los alérgenos de las cucarachas tendrán un ataque de
asma después de una sola inhalación de alérgenos (Ogg et al., 2006).
2.7 Métodos de control
2.7.1 Control químico
El uso del control químico es el primer recurso contra plagas. Sin embargo, se dificulta su uso
debido al potencial desarrollo de resistencia de estos insectos a los insecticidas o plaguicidas
químicos de uso común, también los daños a la salud y el medio ambiente (Stephenson, 1993).
26
Los plaguicidas o Insecticidas son aquellas sustancias o mezclas, en cualquier estado físico,
cuya finalidad sea la de controlar, combatir y prevenir plagas o enfermedades y en general tienen
el objetivo de proteger al hombre de organismos que afectan su ambiente, animales o alimentos
(Manahan, 2007).
En el transcurso del tiempo se han utilizado una amplia gama de insecticidas y plaguicidas de
diferentes grupos químicos, la tabla 5 muestra una lista de los plaguicidas más usados y algunas
de sus características más importantes.
Tabla 5
Insecticidas Orgánicos e inorgánicos
Clase Química Insecticidas Formulación Modo De Acción Daños a la Salud
Organoclorados
D.D.T.
Aldrin
Diedrin
Clordano
Tiodan
Lindano
Mirex
Heptacloro
P.C.N.B
Polvo, líquido Sistema nervioso
Sinapsis colinérgica
Pueden producir cáncer,
esterilidad, abortos y
defectos de nacimiento,
algunos se acumulan en
la grasa del cerebro , en
el hígado y la piel de
personas y animales.
También afectan a los
peces, camarones,
almejas y aves que se
alimentan de
organismos
contaminados.
Carbamatos
Bendiocard
Dioxacarb
Propoxur
Temik
Lannate
Baygón
Sevín
Vidate
Furadán
Polvo, aerosol,
spray, cebo
Sistema nervioso
inhibidor de
Acetilcolinesterasa
La mayoría son
insecticidas y
nematicidas, algunos
permanecen mucho
tiempo en el ambiente,
también afectan el
sistema nervioso central
y producen muchas
intoxicaciones a veces
mortales en personas y
animales.
Clase Química Insecticidas Formulación Modo De Acción Daños a la Salud
27
Nota: Adaptación de González, (2004).
El término "plaguicida" es una palabra compuesta que comprende todos los productos
químicos utilizados para destruir las plagas o controlarlas.
Un factor importante durante la revolución verde ha sido el desarrollo y aplicación de
plaguicidas para combatir una gran variedad de plagas insectívoras y herbáceas las cuales han
generado la disminución del volumen y calidad de la producción de alimentos. El uso de
plaguicidas coincide con la "era química", que ha transformado la sociedad desde la década de
1950. En lugares donde se practica el monocultivo intensivo, los plaguicidas constituyen el
método habitual de lucha contra las plagas (Ongley, 1997).
La contaminación del ambiente por plaguicidas e insecticidas se da por aplicaciones directas
en los cultivos agrícolas, derrames accidentales, lavado inadecuado de tanques contenedores,
filtraciones en los depósitos de almacenamiento y residuos depositados y dispuestos en el suelo.
Los restos de estos plaguicidas se dispersan en el ambiente y se convierten en contaminantes para
Amidinohidrazona
Hidrametilnona Cebo Sistema respiratorio
celular
Inhibidor de transporte
de electrones
Macrociclico
lactona glicosido
Avermectina Cebo Sistema nervioso
Disruptor canal de
cloro
Fenilpirazoles
Fipronil Cebo Sistema nervioso
Disruptor de canales
de cloruro asociado a
GABA
Fenilpirazoles
Benzonil fenil Urea (IGR)
Flufenoxuron Spray. Cebo Sistema metabólico
Inhibidor síntesis de
quitina
Benzonil fenil Urea (IGR)
Varios (IGR)
Fenoxicarb
Hidropene
Piriproxifen
Spray, cebo Sistema metabolico
Disruptor de
función hormonal
Varios (IGR)
Inorgánicos
Ácido bórico Polvo, cebo Tejido
Disruptor celular
Inorgánicos
28
los sistemas bióticos (animales y plantas principalmente) y abiótico (suelo, aire y agua)
amenazando su equilibrio y representando un peligro de salud pública.
Cuando los plaguicidas ingresan en las cadenas alimentarias se distribuyen a través de ellas, se
concentran en cada nicho ecológico y se acumulan sucesivamente hasta que alcanzan una
concentración letal para algún organismo, incluso llegando a niveles superiores de la red trófica.
Al introducirlos en el medio ambiente pueden seguir diversos caminos: atmósfera, suelo y agua,
pudiendo intercambiarse de un sistema a otro formando un ciclo (González, 2004).
El impacto ambiental de los plaguicidas en los suelos propiamente ecotoxicológicos derivados
de la aplicación de los plaguicidas a los suelos comprenden los siguientes:
Degradación de los plaguicidas en el suelo: "Muchos plaguicidas se disipan
rápidamente en los suelos. Se trata de un proceso de mineralización y el resultado es la
conversión del plaguicida en compuestos más simples, como H2O, CO2 y NH3. Parte de este
proceso es el resultado de reacciones químicas, por ejemplo hidrólisis y fotolisis, el principal
instrumento de mineralización es el metabolismo y catabolismo microbiológico. La microbiota
del suelo utiliza los plaguicidas como fuente de carbono y otros nutrientes. Algunos productos
químicos, por ejemplo, el 2,4-D) se descomponen muy rápidamente en el suelo, mientras que
otros resisten durante más tiempo. Algunos productos químicos son muy persistentes y tardan
mucho tiempo en descomponerse (atrazina)" (Stephenson, 1993).
Persistencia de plaguicidas en suelos. Los plaguicidas en los suelos y en la biota pueden
persistir desde unos días hasta años. La persistencia de un contaminante se puede definir como la
propiedad de un compuesto para retener sus características físicas, químicas y funcionales en el
medio a través del cual es transportado o distribuido por un periodo limitado después de su
emisión. Los plaguicidas que persisten más tiempo en el ambiente tienen una mayor probabilidad
29
de interacción con otros elementos del sistema. Por otro lado, si su vida media y su persistencia
es mayor a la frecuencia con la que se aplica, el plaguicida tiende a acumularse tanto en los
suelos como en la biota (Badii & Abreu, 2006).
La Reacción del suelo ante la contaminación. El suelo tiene mecanismos de defensa
ante todos los agentes contaminantes, pero muchos de estos mecanismos están basados en la
precipitación, adsorción y fijación de esos agentes, que no constituyen una destrucción de los
mismos sino que se elimina su biodisponibilidad que puede volver, por ello se puede considerar
que existe una “bomba” que puede explotar en cualquier momento, cuando las condiciones del
suelo cambien. Así se conoce por “bomba química de tiempo” a la rápida liberación de sustancias
almacenadas durante un tiempo, o de sus productos de descomposición (González, 2004).
Los plaguicidas contaminan tanto los ambientes terrestres como los acuáticos. En los
ambientes terrestres contaminan los suelos y la biota terrestre cuando se aplican directa y
deliberadamente o se precipitan de la atmósfera, esto es por consecuencia de las aspersiones
aéreas, otro factor puede ser por el uso para riego de aguas contaminadas.
El agua es contaminada por plaguicidas, ya sea porque se aplican directamente a un cuerpo de
agua, o bien porque se encuentran en precipitaciones atmosféricas o en los corrimientos de tierras
y cultivos. Tanto los plaguicidas solubles en el agua como los insolubles interaccionan con la
biota acuática. Sin embargo, los hidrosolubles persisten en el medio, y los insolubles se adsorben
a las partículas no solubles, a los sedimentos y se concentran en la biota acuática (Badii & Abreu,
2006).
Cualquiera que sean las fuentes, la contaminación de las aguas producen:
Alteraciones físicas: color, olor y sabor, temperatura, materiales en suspensión,
conductividad y espumas.
30
Alteraciones químicas: pH, oxígeno disuelto (OD), materia orgánica biodegradable
(Demanda Bioquímica de Oxígeno DBO), materiales oxidables (Demanda Química de Oxígeno
DQO), nitrógeno total, fósforo total, aniones (cloruros, nitratos, nitritos, fosfatos, sulfuros,
cianuros y fluoruros), cationes (sodio, calcio y magnesio), amonio, metales pesados y compuestos
orgánicos (González, 2004).
Es muy normal que cuando comienza a usarse un nuevo plaguicida los resultados que se
obtienen sean muy buenos y se consiga controlar las plagas con poca cantidad del producto. Pero
al cabo de un tiempo suelen empezar a surgir problemas que disminuyen la utilidad de estos
productos y hacen necesario buscar nuevos plaguicidas. Este tipo de problemas generan las
siguientes consecuencias:
Resistencia genética. Algunas plagas no mueren a pesar de ser fumigadas con
plaguicidas, esto se debe a que son más fuertes o producen sustancias que bloquean el plaguicida.
Estas plagas se reproducen dando lugar a otras que tampoco son afectadas por los plaguicidas.
Esta situación se conoce como resistencia a plaguicidas. Cada vez más plagas nacen con esta
resistencia, hasta que hay una población entera de plagas resistentes que no pueden ser
eliminadas con los mismos productos químicos (Conant & Fadem, 2008).
Alteraciones en el ecosistema. Otro de los principales problemas asociados al uso de
plaguicidas es que estos matan no solo a la plaga, sino también a otros insectos beneficiosos
como abejas, mariquitas y otros organismos. De esta forma pueden hacer desaparecer a los
enemigos naturales de la plaga o provocar que estos se trasladen a otros lugares porque ya no
encuentran alimento en ese campo y, después de un breve periodo, la población de la plaga surge
y además en mayor cantidad que antes al no tener enemigos naturales (Prim, 1998).
31
Provocar la aparición de nuevas plagas. Las alteraciones en el ecosistema han
provocado, en algunas ocasiones, que organismos que hasta ese momento no eran plagas, al
desaparecer otras especies que mantenían controlado su número, se hayan convertido en nuevas
plagas (Prim, 1998).
Acumulación en la cadena trófica (Bioacumulación). Algunos plaguicidas tienen
estructuras químicas muy estables y tardan años en descomponerse a formas menos tóxicas. En
las zonas en las que se aplican estas sustancias las concentraciones del producto son cada vez
mayores y aunque haya pasado tiempo desde la última aplicación el plaguicida seguirá presente.
En muchos casos estos productos son, además, difíciles de eliminar por los organismos porque
son poco solubles en agua y tienden a acumularse en los tejidos grasos. Cuando unos organismos
van siendo consumidos por otros el plaguicida se va acumulando en mayores proporciones en los
tramos finales de la cadena trófica. De esta forma un plaguicida que se encuentra en
concentraciones muy bajas, nada peligrosas, en un bosque o un lago, termina estando en
concentraciones decenas o cientos de veces más altas en los tejidos grasos de los animales, como
aves rapaces, peces o mamíferos depredadores que están situados en lo más alto de la cadena
trófica (Prim, 1998).
Efectos sinérgicos. Se habla de sinergia cuando el efecto provocado por dos sustancias
juntas es mayor que la suma de los efectos que produciría cada una por separado. Este efecto se
ha comprobado en varios plaguicidas que cuando están juntos son mucho más dañinos que la
suma de sus efectos separados (González, 2004).
Movilidad en el ambiente. Otra fuente de problemas en el uso de plaguicidas es que no
permanecen en el lugar en el que se han depositado sino que se esparcen a través del agua, del
suelo y del aire, a veces a grandes distancias (González, 2004).
32
Una persona expuesta a los plaguicidas puede mostrar más de una señal de enfermedad.
Algunas señales se presentan en cuanto una persona se expone al plaguicida. Otras señas
aparecen después de varias horas, días e incluso años más tarde. Si una persona sufre o no daños
por los plaguicidas, el tipo de daño para su salud, dependen (Conant & Fadem, 2008):
Del tipo de producto químico.
De la cantidad a la que se expuso la persona.
Del tiempo que duró la exposición.
De la edad, peso, altura y sexo de la persona expuesta.
Del estado general de salud en el momento de la exposición.
El peligro de los plaguicidas es mayor en los momentos en que los cuerpos se están
desarrollando o cambiando rápidamente (Conant & Fadem, 2008):
Cuando el bebé se está formando en el útero.
Cuando un niño está creciendo rápidamente.
Cuando un adolescente está experimentando cambios rápidos.
Cuando una persona mayor ya no tiene suficiente capacidad física para filtrar los venenos.
Los efectos de los plaguicidas en la persona pueden ser graves, tales como defectos de
nacimiento o cáncer. Otros efectos pueden ser más difíciles de detectar, como lo pueden ser las
dificultades de aprendizaje, crecimiento lento, alergias, dificultad para embarazarse y
enfermedades persistentes. Con frecuencia es difícil saber si la causa de un problema de salud o
el deterioro de una enfermedad se deba a los plaguicidas. Pero se ha logrado comprobar que el
uso de químicos causan diferentes enfermedades, aunque resulta muy difícil probar que la
exposición a estos químicos sean los responsable de alguna enfermedad, dado que estamos
expuestos a tantas sustancias químicas bajo diferentes circunstancias. Sin embargo, muchas
33
enfermedades son más comunes en lugares donde la gente está regularmente expuesta a
productos tóxicos (Conant & Fadem, 2008).
Señales de envenenamiento por plaguicida
Pupilas pequeñas (como punta de alfiler)
Nariz y boca: Escurrimiento de nariz, babeo
Pecho y pulmones: Dolor, problemas para respirar, tos
Estómago: Dolor, diarrea, náusea y vómitos
Cabeza y ojos: Dolor de cabeza, problemas de la vista, pupilas pequeñas, lágrimas
Brazos y piernas: Calambres o dolor, contracciones musculares
Manos: Uñas quebradizas, pérdida de sensación y picazón en los dedos
Piel: Picazón, sarpullido, hinchazón, enrojecimiento, ampollas, ardor, exceso de sudor.
Otras señales de envenenamiento por plaguicida son: Confusión, debilidad, dificultad para
caminar, dificultad para concentrarse, tic muscular, inquietud, ansiedad, dificultad para dormir y
pesadillas.
2.7.2 Estrategias de bajo riesgo para el control de cucarachas.
Uso de trampas: se pueden utilizar siempre y cuando tengas una población de plagas
pequeñas, si se ha hecho un previo sellamiento de los posibles huecos donde puedan esconderse
y se ubican muchas trampas en los lugares donde se identifica la infección.
Uso de feromonas de cucarachas: estas se encuentran en las heces de las cucarachas y
son capaces de atraer a otras, esta feromona de atracción sirve como cebo para las trampas o
el uso de desecantes (Ogg et al., 2006).
34
Uso de cambios de temperatura: las cucarachas no pueden resistir cambios bruscos de
temperatura, si tiene la oportunidad de enfriar por varios días o calentar demasiado el lugar de
infestación, en media hora las cucarachas estarán muertas (Ogg et al., 2006).
Uso de polvos desecantes: hay sustancias que desecan cualquier insecto o animal que
tenga contacto con ellas, el cuerpo de un insecto se compone de sustancias liquidas, una capa
cerosa es quien protege sus cuerpos y evita que se pierda la humedad. Los desecantes acaban con
esta capa.
Algunos de estos desecantes se muestran a continuación.
Tierra diatomácea: La Tierra de Diatomeas es un fino talco de color blanco
apagado, proviene de los restos fosilizados de fitoplancton marino. Cuando es aplicado sobre un
insecto que tiene un exoesqueleto (como chinches, hormigas o pulgas) compromete su
recubrimiento ceroso provocando su muerte. Pero no hace daño a los mamíferos.
gel sílice: el sílice es una sustancia químicamente inerte que no es abrasiva, la cual se
usa como un agente deshidratador porque la partículas pequeñas absorben la humedad y los
aceites.
ácido bórico: el ácido bórico se deriva del bórax y usualmente se combina con un agente
que no permite que se endurezca. Las cucarachas mueren porque el ácido bórico es un veneno
estomacal con acción lenta; como el ácido bórico también absorbe la cera de la cutícula de la
cucaracha, también pueden morir por deshidratación. Aunque el ácido bórico es relativamente
seguro para los humanos y otros mamíferos, si puede ser peligroso si se ingiere accidentalmente
y se debe mantener lejos de la comida de los niños y las mascotas. Estudios recientes han
demostrado que la humedad y las áreas levemente mojadas no tienen ningún efecto en la
efectividad del ácido bórico.
35
Reguladores del crecimiento de los insectos RCI: estos agentes alteran el crecimiento y
el desarrollo de insectos, y son menos tóxicos a los humanos y a otros organismos que no son su
objetivo. Sus efectos se han evidenciado en las ninfas algunas afectan la fertilidad de las
cucarachas adultas (Ogg et al., 2006).
2.7.3 Control biológico
El uso de enemigos naturales también llamado control biológico se ha presentado como una
alternativa para reducir el impacto de insectos plaga. Desde su inicio en 1888 por el entomólogo
Charles Valentine Riley (Hernandéz, 2014) este tipo de control plantea la utilización de
organismos vivos o sus producto, lo cuales tienen la capacidad de infectar, intoxicar o alterar su
metabolismo para así afectar su ciclo de vida, reproducción y longevidad.
La mayoría de las plagas tienen varios enemigos naturales y la abundancia de estos es muy
grande. Estos enemigos naturales se pueden clasificar en tres grandes grupos: parásitos,
depredadores y patógenos.
Los parásitos son insectos entomófagos que atacan a una sola presa u hospedero. Entre los
insectos existe un tipo especial de parasitismo que acaba con la muerte del hospedero y recibe el
nombre particular de parasitoide. Los parasitoides son aquellos insectos cuyo desarrollo tiene
lugar sobre o dentro de otro insecto fitófago. Es una relación de parasitismo que sólo se presenta
en insectos. El parasitoide se come vivo al insecto plaga, rompe el tegumento y la larva se
convierte en pupa y de aquí en adulto. Ejercen un papel muy importante en el control de plagas
(Badii & Abreu, 2006).
Los depredadores son otros insectos o ácaros que no causan daño al cultivo pero capturan y se
alimentan de otros insectos y ácaros fitófagos plaga. Difieren de los parasitoides porque atacan a
varias presas durante su vida. En la mayoría de los casos son las larvas y los adultos de los
36
depredadores los que buscan activamente a sus presas y se alimentan de ellas (Badii & Abreu,
2006).
Los entomopatógenos son microorganismos que producen enfermedades a los insectos (Sáenz
& Rodríguez, 1999), siendo un agente causal muy diverso. Penetran en la especie plaga a través
del tubo digestivo o del tegumento dando lugar a la expresión de la enfermedad que provoca la
muerte del hospedante. Los entomopatógenos son los únicos que no buscan de forma activa a sus
presas, a excepción de los nematodos (Badii & Abreu, 2006).
Los hongos entomopatógenos constituyen un grupo de aproximadamente 750 especies, los
cuales se dispersan en el ambiente siendo capaces de infectar poblaciones de artrópodos e
insectos. Pertenecen a los phylum Blastocladiomycota, y Ascomycota y al subphylum
Entomophthoromycotina. Dentro de los Ascomycota, en especial del Orden Hypocreales,
encontramos las especies entomopatógenos más distribuidas e importantes, Beauveria bassiana y
Metarhizium anisopliae (Espada & García, 2011).
El uso de microorganismos entomopatógenos según Hoffmann y Frodsham, (1993) ha
demostrado ser una buena opción para el control de cucarachas se han reportado principalmente
hongos los cuales generan enfermedades en gran variedad de artrópodos, entre los que destacan
Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, farinosus, Moniliformis moniliformis y especies de
Aspergillus y la bacteria Bacillus thuringiensis. Estos representan una alternativa de biocontrol
de plagas de insectos de importancia en salud.
Estos hongos a diferencia de otros microorganismos no requieren ser ingeridos para ejercer su
acción patógena, ya que penetran a través de cutícula debido a su capacidad para excretar
enzimas (proteasas, quinasas, lipasas, lipooxigenasas). En el interior se desarrollan invadiendo el
hemocele y estructuras vitales, ocasionando la muerte del insecto (Espada & García, 2011).
37
Una de las mayores ventajas del uso de los entomopatógenos para Goettel y Roberts, (1992),
es que son seguros para la salud e inducen resistencia en menor grado comparado con los
químicos; además que en el caso de algunos, se puede dar la transmisión de insecto a insecto
(auto-diseminación del agente de biocontrol).
Debido a que las cucarachas son insectos sociales, su control con empleo de entomopatógenos
representa una gran ventaja, una diferencia es que con los químicos no se genera una trasmisión,
en cambio con los microorganismos la dispersión puede permanecer por un tiempo prolongado.
En algunos casos se permite aplicar otros productos los cuales no se hayan utilizado
anteriormente y requerir de menos aplicaciones para obtener resultados similares. Otra ventaja se
podría dar si las dosis que se utilizan son relativamente bajas. Sin embargo, el uso de este tipo de
control presenta también desventajas como:
a) mayor tiempo para causar la muerte.
b) costos elevados para su producción.
c) diferencias en la susceptibilidad en diferentes fases de desarrollo; o bien verse afectado por
factores ambientales como radiación solar, humedad, temperatura, lavado por lluvia o tener una
vida de anaquel menor a la de los químicos (Damas Buenrostro, 2012).
2.8 Resistencia y adaptabilidad.
El control químico con insecticidas neurotóxicos está actualmente limitado por el desarrollo de
resistencia, la cual ha sido demostrada en un amplio rango de insecticidas que incluyen
organoclorados, organofosforados, carbamatos y recientemente piretroides, y ésta se traduce en
una disminución de la efectividad.
En la tabla 6 se presentan algunos factores que influyen en la velocidad de desarrollo de
resistencia.
38
Tabla 6
Factores que influyen en la velocidad de desarrollo de resistencia
Nota: tomada de Taiariol (2009).
Los insectos pueden deshacerse rápidamente de infecciones microbianas produciendo una
variedad de moléculas inducidas por el sistema inmune, incluyendo péptidos y polipéptidos
antibacterianos y anti fúngicos. Esto especialmente para las cucarachas (Díaz, Enríquez, &
Bisset, 2003).
Se ha mencionado que presentan el sistema inmunológico mejor desarrollado por lo que
pueden resistir temperaturas de –4ºC sin morir; una vez que se les retira de esas condiciones y
pasados 20 minutos, se normalizan completamente sus funciones. Pueden adaptarse a un ayuno
total de agua y comida por un mes, manteniéndose en estado de diapausa (casi detención total de
actividades metabólicas), soportan dos meses con sólo agua y cinco meses a base de comida, ya
que pueden absorber la humedad directamente de los alimentos a través de su cuerpo; incluso el
resto de su organismo puede sobrevivir dos semanas sin cabeza. También es sorprendente su
poder adaptativo a la acción de los insecticidas (Pedraza E. M., 2011).
Factores que influyen en la velocidad de desarrollo de resistencia
Factores genéticos Factores biológicos Factores operacionales Aplicación
Número y
frecuencia de
alelos R.
Dominancia y/o
recesividad de
alelos R
Expresividad e
interacción de
alelos
Número de
generaciones por año.
Movilidad/migración.
Monogamia/poligamia
Capacidad de refugio
Insecticida
naturaleza química
relación entre
insecticidas usados
residualidad/formulación
Umbral de aplicación.
Modo de aplicación.
Alternancia de
productos.
39
La resistencia puede ocurrir mediante mecanismos fisiológicos o bioquímicos un ejemplo de
esto es el estudio realizado con el escarabajo Zophobas atratus, se observó en la hemolinfa la
aparición de la actividad de un antibacterial potente de este coleóptero en un ensayo de
crecimiento de inhibición en placa. De la hemolinfa se aislaron tres péptidos (ac), lo que
probablemente explicaba ésta actividad. Entre ellos, el péptido a era bactericida contra las
bacterias Gram negativas, mientras que los péptidos b y c, contra las Gram positivas (Damas
Buenrostro, 2012).
En el caso de las cucarachas para Jomori y Natori, (1992), los primeros reportados fueron
péptidos que se unían a lipopolisacáridos, similares a la respuesta inmune humoral, a nivel de
hemocele.
Estos péptidos, con capacidad de unirse a lipopolisacáridos, se reportaron en diferentes
insectos y posteriormente se denominaron péptidos antimicrobianos (PAM). Dentro de los PAMs
reportados en las cucarachas, el más conocido es la lectina, producida en el hemocele (So Young
Lee, 2002).
Posteriormente, se encontró que este PAM estaba involucrado en la regeneración de las patas
en la cucaracha. Esto permitió suponer que juega un papel muy importante en la curación después
de la infección por agentes patogénicos que causan problemas a nivel de cutícula. Posteriormente
se encontró un péptido muy pequeño de 10 kD, que ayudaba a incrementar la actividad
regenerativa. En cuanto a respuesta celular, en forma generalizada se ha reportado a los
hemocitos como los responsables de regular el sistema inmunitario en insectos. Su actividad está
relacionada con la producción de profenol-oxidasa (PPO), y su relación con algunos PAM, como
la defensina. Otras proteínas relacionadas en la respuesta inmune es la 5-hydroxytriptamina y la
octopamina, que se ha visto que mejoran el efecto de la fagocitosis y formación de nódulos por
parte de los hemocitos en la cucaracha Periplaneta americana (Damas Buenrostro, 2012).
40
También las modificaciones de conducta de una población o especie generan resistencia. En
esta interacción se seleccionan individuos que por distintos mecanismos bioquímicos y
fisiológicos son capaces de tolerar mayores dosis del compuesto. En algunos casos, más de un
mecanismo puede estar presente en una población, situación conocida como multi-resistencia
(Taiariol, 2009). Surge como resultado de cada interacción insecto-insecticida, focos o cepas
resistentes. Como esta capacidad está determinada genéticamente, es heredable a nuevas
generaciones que seguirán sobreviviendo al tratamiento con insecticida mientras seguirá
disminuyendo la proporción de individuos susceptibles en la población. De esta manera el
insecticida actúa como una fuerza selectiva que concentra en la población individuos resistentes.
Los genes que confieren resistencia existen en el genoma de la población como un carácter
pre-adaptativo y la capacidad de desarrollo de resistencia depende de la variabilidad genética de
la especie. Cipermetrina fue uno de los primeros piretroides en ser ampliamente usado para el
control de Blattella germanica por los profesionales del control de plagas, siendo también uno de
los primeros piretroides que desarrollo problemas de control causada por resistencia en
poblaciones de campo (Taiariol, 2009).
Otros factores de resistencia son:
Barreras de penetración, es un mecanismo de resistencia a compuestos lipofílicos en
general por lo que afecta a la mayoría de los grupos de insecticidas, donde hay un decaimiento en
la penetración
Detoxificación metabólica en piretroides, organofosforados y carbamatos citocromo P-
450-monooxigenasa dependiente y enzimas hidrolíticas.
La insensibilidad nerviosa a insecticidas ciclodienos, este mecanismo provee resistencia
cruzada a todos los ciclodienos
41
Resistencia a piretroides y a DDT conocida como kdr (knock-down resistance)
insensibilidad, actuando sobre canales de sodio.
Muchos reportes sobre resistencia a insecticidas en Blattella germanica han determinado
mecanismos de resistencia como penetración reducida, sitios blancos alterados, mecanismos de
detoxificación y recientemente, la resistencia por conducta (Taiariol, 2009). Un ejemplo de esta
es La plasticidad del sistema sensorial de las cucarachas para evolucionar y adaptarse a los
cambios ambientales ha sorprendido ya que estos insectos han cambiado sus receptores del gusto
para que la glucosa, ingrediente usado como atrayente en cebos, les resulte amarga y les repela
(Katsumata, Jules, & Coby, 2013).En lugar de papilas gustativas, las cucarachas poseen pelos,
con los que perciben el gusto, en diversas partes de su cuerpo. Estudios se han concentrado en
estudiar los pelos situados en el área alrededor de la boca y dos tipos de células nerviosas que
perciben sabores y responden emitiendo señales eléctricas al cerebro. Uno de estos tipos de
células responde sólo a azúcares y otras sustancias dulces, mientras que el otro sólo responde a
sustancias amargas. Cuándo una molécula de algo dulce entra en contacto con un detector del
dulce, este dispara impulsos eléctricos y el cerebro de la cucaracha percibe dulzor, incitándola a
comer. Lo mismo sucede con los detectores de sustancias amargas, que hacen que la cucaracha
evite esa sustancia, de algún modo, las cucarachas han conseguido cambiar, de manera que la
glucosa activa sus detectores de sustancias amargas y, cuando la prueban, la repelen porque les
sabe amarga. Este comportamiento es heredado, y no algo aprendido por un individuo de la
especie durante su breve vida (Katsumata, Jules, & Coby, 2013).
Otro sitio de ataque para las cucarachas son los canales de cloruro asociados a receptores de
GABA, donde actúa entre otros insecticidas los fenilpirazoles (Fipronil), toxicidad posible de
antagonizar con algún sinergismo, como Butóxido de Piperonilo.
42
La resistencia fisiológica predomina sobre la resistencia por conducta en poblaciones
seleccionadas por medios convencionales, sin embargo alteraciones de la conducta que afecten la
respuesta hacia insecticidas pueden acompañar, el desarrollo de resistencia fisiológica (Taiariol,
2009).
2.9 Hongos Entomopatógenos
Los hongos entomopatogenos son organismos vivos los cuales producen una patogénesis letal
en gran variedad de insectos por lo cual son ampliamente utilizados, ya que a diferencia de otros
agentes entomopatógenos, no necesitan ser ingeridos por el insecto para controlarlo. Estos
microorganismos pueden infectar a los insectos de forma directa, es decir a través de la cutícula,
ya que ejercen múltiples mecanismos de acción cuando estos penetran hacia el interior de la
cutícula, confiriéndoles una alta capacidad para evitar que el hospedero desarrolle resistencia
(Samson, 1988).
Gupta, (1995) reporta “que estos hongos pueden producir metabolitos secundarios que
tienen capacidad bioactiva, es decir que pueden producir una respuesta tóxica en diferentes
organismos”.
Los hongos entomopatogenos más utilizados son Aschersonia, Akanthomyces, Beauveria,
Entomopthora, Erynia, Eryniopsis, Fusarium, Hirsutella, Isaria, Metarhizium, Paicelomyces,
Verticillium y Zoophthora (Tanada, 1993). La mayoría de estos hongos son patógenos obligados
( que requieren un insecto vivo para sobrevivir ) o facultativos ( no requieren de un insecto
debilitado , ellos pueden invadir el insecto o no) y algunos son simbióticos (asociación con el
insecto y de esta maneta obtienen beneficios ); los hongos entomopatogenos más utilizados en el
control de plagas son B. bassiana y Metarhizium anisopliae los cuales han demostrado tener
más de 100 hospederos (Damas Buenrostro, 2012) y ser muy eficaces en el manejo de plagas.
43
Las propiedades que poseen los hongos entomopatogenos derivan de las características del
organismo, son importantes como agentes de control (Valadaresinglis & Peberdy, 1997); sus
principales características son: Un alto poder residual antes durante y después de la preparación
también conservan su virulencia.
El hongo Metarhizium anisopliae se encuentra en la naturaleza, en rastrojos de cultivos,
estiércol, en el suelo, las plantas, etc. logra buen desarrollo en lugares frescos, húmedos y con
poco sol. Los hongos entomopatógenos constituyen el grupo de mayor importancia en el control
biológico de insectos plaga, principalmente en los chupadores o succionadores ya que estos no
pueden ingerir patógenos que infectan a través del tracto digestivo (Hajek, 1994).
El hongo Metarhizium anisopliae ataca naturalmente más de 300 especies de insectos de
diversos órdenes. Entre las plagas afectadas por este hongo se encuentra el salivazo de la caña de
azúcar (Aeneolamia varia), y chinches plagas de diversos cultivos (Matabanchoy Solarte & Bust,
2012). Según investigaciones Sandino, (2003) “los insectos muertos por este hongo son cubiertos
completamente por micelio, el cual inicialmente es de color blanco pero se torna verde cuando el
hongo esporula”.
Comprendiendo el por qué en algunas ocasiones se tienen diferencias en la susceptibilidad de
algunos insectos a los hongos entomopatógenos, se ha vinculado la inactivación de las toxinas a
causa de la actividad enzimática. Pero también se ha reportado que la presencia de
microorganismos, habitantes comunes en el intestino, como especies de Enterococcus y
Enterobacter, contribuyen a la activación enzimática (Damas Buenrostro, 2012).
Según Damas Buenrostro, (2012) “Algunos entomopatógenos son capaces de producir
péptidos que ayudan a neutralizar al sistema inmunitario celular de los insectos”. En el caso de la
cucaracha adulta de Periplaneta americana se ha presentado una respuesta adaptativa del tipo
humoral, evidenciando especificidad cuando se inmunizan con ciertas proteínas, y que la
44
inmunización con microorganismos atenuados, como Pseudomonas aeruginosa, generan mayor
protección contra infecciones de esta misma bacteria (Faulhaber & Karp, 1992). También se ha
establecido una relación entre la susceptibilidad de la Periplaneta americana a infecciones por
entomopatógenos con el estado de desarrollo de las cucarachas y a la producción de enzimas
como parte de la respuesta del sistema humoral.
Los antecedentes de estudios en Periplaneta americana se reportan a más de 40 años, para
Rheins y Karp, (1985) “Es importante destacar la relación entre la disminución del complejo de
proteínas del sistema inmune humoral y la fase del insecto, donde este complejo disminuye en
ninfas tempranas y adultos viejos”. Recientemente se ha visto que estos componentes ayudan en
la respuesta inmune de los insectos contra bacterias, hongos y virus (Iwanaga, 2005). Dentro de
este complejo de proteinasas se encuentra la fenoloxidasa (PO), como parte de la cascada de
melanización en el sistema inmune de los artrópodos, y se ha encontrado en la hemolinfa y
cutícula en forma inactiva, llamada profenoloxidasa (PPO) (Ashida, 1995). La PPO se activa a
partir de la oxidación por efecto de la L-DOPA (3-(3,4-dihidroxifenil)-L-alanina) en PO (Lee,
2002). La forma activa de PPO, la PO, también es conocida como tirosinasa, y es catalizadora de
dos reacciones sucesivas; la primera es la hidroxilación de monofenoles a O-difenol, y la
segunda es la oxidación de O-difenol a O-quinina (Sugumaran, 2002). La producción de los
intermediarios de quinonas tóxicas y O-quinonas por PO, es decir el paso inicial de la cascada
bioquímica de la biosíntesis de melanización, y es importante en la esclerotización cuticular,
cicatrización de heridas, y en la encapsulación de cuerpos extraños como parte de la defensa
inmune (Lee, 2002). Desde tiempo atrás, se reportó que la PO es una enzima altamente activa en
la cutícula y en la hemolinfa, antes de la muda de la Periplaneta americana, y se vuelve menos
activa durante y después de la muda también llamada ecdisis (Damas Buenrostro, 2012).
45
2.10 Mecanismo de acción de los hongos entomopatogenos.
El uso de los hongos entomopatógenos en el campo comenzó a fines del siglo XIX, un
ejemplo de esto es Brasil el cual inicio el uso del hongo a partir de 1964, después de la aparición
epizoótica del Metarhizium anisopliae sobre salivazos (Cercópidos) de la caña de azúcar. Este
adquirió importancia por parte de los investigadores ya que se ha aplicado este entomopatógeno
hasta en 100.000 ha/año de caña de azúcar para el control de (Mahanarva) posticata (Lecuona,
1996).
Ferron (1975) señala: los hongos entomopatogenos fueron los primeros microorganismos
descritos como causantes de enfermedades en insectos, pueden infectar insectos acuáticos y
terrestres; presentan una fase vegetativa que consiste en una sola célula (levadura y cuerpos
hifales). La pared de las hifas es uninucleada o con segmentos multinucleados, los cuales pueden
transformarse en numerosos núcleos y ser separados por paredes transversales (Bridge, 1993).
La reproducción de este tipo de entomopatogenos influye en las infecciones hacia los
insectos, está dividida en sexual y asexualmente; la reproducción asexual es por medio de esporas
o por medio de conidios; la reproducción sexual de muchos hongos ocurre por la fusión de hifas.
Los hongos atacan a insectos maduros y en algunos casos a los inmaduros (ninfa o larva), quienes
son a menudo más infectados que los del estado maduro; en el caso de estado de pupa
frecuentemente no sufre ataques, salvo raras excepciones. Los hongos ingresan al insecto
hospedero principalmente a través del tegumento o cutícula (Bazán Tene, 2002).
La infección del hongo sobre los insectos y ácaros, se inicia al adherirse el conidio a la cutina,
y posteriormente germina y penetra al tubo germinativo en la cutícula; la penetración de la hifa a
través de la epicutícula, se realiza por medio de un doble proceso uno enzimático y el otro
mecánico, que actúan en forma simultánea. La epicutícula está constituida por varias capas
46
(epicutícula interna, epicutícula externa, capa de polifenoles, capa de ceras y capa cementante)
que tienen sus propias características; la exterior es muy frágil, presenta resistencia a la
degradación enzimática y evita el paso de enzimas degradadoras de la cutícula; se forma por
lipoproteínas polimerizadas estabilizadas mediante quinosas. Esta composición la hace dura pero
los hongos poseen enzimas degradantes que les permiten modificar la unidad estructural del
hospedero; además, inhiben el proceso selectivo o enzimático del hospedero y utilizan su
complejo enzimático de quitinasas y lipasas. Cuando el hongo logra romper la epicutícula, las
estructuras penetrantes del hongo pueden extenderse y facilitar aún más la acción de las enzimas
degradantes (Pinto, 1997).
Después de la penetración emiten un tubo germinal, algunas especies de hongos penetran la
cutícula directamente y en otras produce un botón adhesivo llamado apresorio, el hongo invade
órganos internos y segrega micotoxinas, las cuales son responsables de disminuir la fecundidad y
viabilidad de huevos incubados (Kaaya G. P., 1993).
En el caso del Metarhizium anisopliae la cutícula del hospedero tiene efecto sobre la
germinación y el comportamiento de la patogenicidad (Bogo, 1996).
La cutícula sirve para regular o detener las fases del proceso de infección sobre la superficie,
un pequeño tubo que penetra crece del apresorio que está bien anclado y penetra en la
cutícula por lo general con la ayuda de fuerzas mecánicas, o de enzimas mientras que un
número de conidias se adhieren al insecto vivo 24 horas post inoculación. Esta penetración es
frecuentemente seguida por una reacción, probablemente debido a cambios en la actividad
de la fenol oxidasa causada por el hongo. Por otra parte, Pinto (1997) mencionan que
“Metarhizium anisopliae produce enzimas quitinolíticas que han sido implicadas en la digestión
de la cutícula de los insectos y ácaros durante el proceso de infección y señala que en los
protoplastos se lleva a cabo el proceso enzimático”.
47
El integumento del insecto (Figura 8) está compuesto esencialmente de proteínas y quitinas
asociadas con lípidos y compuestos fenólicos. La epicuticula o capa más externa del
integumento contiene lípidos (ácidos grasos y parafina) cuyas actividades antifúngicas se han
demostrado, pero en concentraciones más altas que aquellas presentes en el integumento de
insectos.
Figura 8. Estructura y composición de la cutícula de insectos y forma de penetración de hongos entomopatógenos.
Imagen tomada de Montesinos, (2008).
Vilcinskas (1997) reportan efectos de la infección de Metarhizium anisopliae por tres
metabolitos secundarios presentes en los hongos, las Dextruxinas A y E, y Cytochalasina D, que
se utilizaron en un experimento, para infectar larvas y propiciar cambios en el núcleo pinocítico.
Los plasmatocitos tratados con destruxinas in vitro exhibieron alteraciones similares en su
morfología y citoesqueleto. Los cambios se debieron a las destruxinas, sobre todo, durante el
proceso de micosis. Por su parte, Bittencourt (1999) indican que las destruxinas y el ácido
helvólico del Metarhizium anisopliae pueden ser inducidas para aumentar su producción y
hacerlas más virulentas. La sustancia inductora es el ciclopeptólido (Bazán Tene, 2002). La
48
destruxina, químicamente son depsipèptidos cíclicos que poseen un hidroxiácido y cinco residuos
de aminoácidos, en el caso de la destruxina se han aislado cinco análogos denominados de A a la
E que difieren en el grupo R de los residuos hidroxiácidos (Franco Chávez, Rodríguez Navarro,
Cervantes Mayagoitia, & Barranco Florido, 2012).
Algunos de los efectos de dichas toxinas son:
Inducir la despolarización de la membrana debido a la apertura de los canales de Ca+2
causando parálisis tetánica y muerte.
Causan cambios morfológicos y del cito esqueleto de los plasmocitos del insecto in vitro,
que afecta parte de la respuesta inmune como la encapsulación y la fagocitosis.
Reducir la expresión de péptidos antimicrobianos que tienen un papel importante en la
respuesta inmune humoral de los insectos.
Inducen también cambios estructurales en las células epiteliales que ocasionan la ruptura
de la membrana.
Estrés oxidativo en las células.
Inhiben la tasa de secreción de fluidos en los tubos de Malpighi (Franco Chávez et
al.,2012).
Todos estos efectos muestran a los hongos entomopatogenos que tiene varios mecanismos de
infección en los insectos, son alternativas biológicas de control contra las cucarachas.
2.11 Factores que regulan el crecimiento de hongos entomopatogenos.
Las condiciones ambientales y en particular la humedad y la temperatura, son muy
importantes en la infección y la esporulación del hongo; en general, la alta humedad (90 %) es
49
requerida para la esporulación y desarrollo del micelio (Fargues J. D., 1981). La humedad del
microambiente que rodea la espora, tiene una fuerte influencia en la germinación cuando la
temperatura ambiental es de 10 a 35 grados centígrados, los cuales son favorables para la
infección del hongo (Fuxa, 1987). La germinación, el crecimiento, la esporulación y la virulencia,
son características de los hongos que pueden ser afectados por la temperatura, luz ultravioleta y la
humedad (Bazán Tene, 2002). La temperatura es uno de los principales factores que limitan el
crecimiento de los hongos entomopatógenos; el requerimiento térmico varía según la región
geográfica de origen, a un rango amplio de temperatura de 8 a 35 grados centígrados; el umbral
máximo ocurre entre 35 y 37 grados, la temperatura óptima se considera de 20 a 30 grados
Celsius (Fargues & Vey, 1974) y (Fargues, Oueraogo, Goettel, & Lomer, 1997).
2.12 Taxonomía de Metarhizium anisopliae.
La mayoría de los hongos entomopatogenos se clasifican dentro de la división Eumycota, que
se caracteriza por no formar plasmodio o pseudoplasmodio y por presentar una fase asimilativa
típicamente filamentosa. La subdivisión Deuteromycotina, se caracteriza por no presentar un
estado sexual, por lo que se conocen como hongos imperfectos y están integrados en tres clases:
Hyphomyceres, Blastomycetes y Coelomycetes. La más importante es Hyphomyceres, por que
abarca la mayoría de las especies conocidas como patógenas de insectos (Ignoffo, 1996).
La división taxonómica (figura 9) de los hongos entomopatógenos hecha por Ainsworth
(1973), la cual separa los hongos en dos divisiones:
50
Figura 9. Hongos entomopatógenos división taxonómica, hecha por Ainsworth (1973).
El género Metarhizium está clasificado dentro del grupo Phyalosporaceae, muy próximo del
genero Penicilium; las esporas del Metarhizium anisopliae (figura 10) son alargadas y se forman
en cadenas originadas en fiálides; las conidias más jóvenes de la clase del conidióforo, presentan
una pigmentación verde y su tamaño permite diferenciar la especie Metarhizium anisopliae y
Metarhizium flavoviridae (Avila de Moreno, 1988). Son importantes enemigos naturales de
muchas plagas de insectos y otros artrópodos (Kaaya G. P., 1993), como el escarabajo
depredador de la familia Carabiridae (Stanphylinidae), donde se han observado buenos niveles
de infección (Bazán Tene, 2002).
El Metarhizium anisopliae (deuteromicetes: Moniliales), es un hongo imperfecto
(Hyphomyceres) que tiene una reproducción asexual. Fue uno de los primeros microorganismos
que se usaron para el control de los insectos plagas. Primero se aisló por Metschnikoff en 1879,
Figura 10. Conidias de la especie Metarhizium anisopliae. Foto tomada por
autoras.
51
del escarabajo gallo del trigo; dicho aislado fue el Anisoplia austriaca (Herbst) (Coleóptera:
Scarabeidae) descrito por Sorokin (Lezama Gutierrez, 1995) citado por el autor (Bazán Tene,
2002) Se le considera un agente de alto potencial en el control biológico de plagas agrícolas
(Ferron, 1981). Es una especie de hongo cosmopolitan que no infecta animales de sangre caliente
y tampoco existen reportes de sensibilidad humana al mismo (Kaaya G. P., 1995) citado por
(Bazán Tene, 2002).
2.13 Caracterización morfológica del hongo Metarhizium anisopliae.
El género Metarhizium fue descrito por Sorokin en 1883 y con base en sus características
morfológicas se han descrito las variedades Metarhizium anisopliae variedad anisopliae y
variedad majus. (Padilla Melo, Bernal Uribe, Vélez Arango, & Montoya Restrepo, 2000).
Según Veen (1968) la evidencia del ataque de Metarhizium anisopliae sobre insectos, en
condiciones naturales, ha sido descrita como "muscardina verde" (Sorokin, 1984), (figura 11) en
más de 200 especies de insectos, exhibiendo diferentes grados de especificidad, la cual está
influenciada por las características del patógeno y de la cutícula del hospedante como lo
menciona Hall, R. A, (1982). Durante la patogénesis, el Metarhizium anisopliae tiene la
capacidad de sintetizar enzimas extracelulares que pueden degradar polímeros de la cutícula
(proteínas, lípidos y quitina), permitiendo el aprovechamiento de nutrientes para su crecimiento
(Padilla Melo, Bernal Uribe, Vélez Arango, & Montoya Restrepo, 2000).
52
Figura 11. Insecto atacado por la enfermedad muscardina verde del hongo Metarhizium anisopliae. Imagen tomada
por Plos Genetics, enero 2011.
El hongo Metarhizium anisopliae presenta una colonia pegada al medio, completamente
redonda, de colores oliváceo, amarillento, verdoso, marrón oscuro, dependiendo del aislamiento,
con un revés incoloro a marrón, a veces verdoso citrino. Los conidióforos nacen del micelio y son
irregularmente ramificados con dos a tres ramas en cada septo, miden de 4 a 14μ de longitud x
1.5 a 2.5 de diámetro. Las fiálides son cilíndricas en forma de clava, adelgazados en el ápice,
miden de 6 a 13μ de longitud y de 2 a 4μ de diámetro. Las conidias son unicelulares, cilíndricas y
truncadas, formadas en cadenas muy largas, hialinas a verde oliváceo, miden de 3.5 a 9μ de
longitud x 1.5 a 3.5μ de diámetro (Arahana, 2013).
El Metarhizium anisopliae asimila muy bien las fuentes de carbono orgánico e inorgánico y no
exige requerimientos especiales de carbohidratos, registran como medios ideales de crecimiento
de este entomopatógeno los sustratos SDA (Saboraud dextrosa agar) y PDA (Agar papa
dextrosa), y para la producción masiva el sustrato más comúnmente usado es el arroz. Ávila y
Umaña, (1988), registran que las esporas de Metarhizium anisopliae cultivadas en arroz, al cabo
de 18 o 20 días de incubación se encuentran en óptimas condiciones para su utilización como
agente de control. El Metarhizium anisopliae se caracteriza por ser mesófilo, con una temperatura
óptima para germinación y crecimiento de 25 a 30°C, una máxima de 32 a 35°C y una mínima de
53
10 a 12°C como lo sugiere Schaeferffenberg, (1964). Como lo detalla Rombach, (1987) las
colonias del Metarhizium anisopliae en PDA presentan un crecimiento de micelio con borde
blanco y con grupos de conidióforos que se tornan coloreados al multiplicarse las conidias, con
diferentes variaciones de color de olivo a amarillo verdoso (figura 12), de olivo a verde,
decolorada en el revés, de color miel o amarillo pálido y pigmento amarillo que se difunde en el
medio (figura 13). Este pigmento no es esencial para el crecimiento y desarrollo, por esto puede
considerarse un metabolito secundario; sin embargo, algunos pigmentos juegan un papel
importante en la resistencia de las esporas en ambientes desfavorables como lo plantea (González
Garcia, Flórez, & Bustillo, 1993).
Figura 12. Hongo Metarhizium anisopliae color olivo a amarillo verdoso. Imagen tomada por autoras.
54
Figura 13. Hongo Metarhizium anisopliae color miel o amarillo pálido y pigmento amarillo. Imagen tomada por
autoras.
2.14 Ciclo de vida de Metarhizium anisopliae
En general los hongos entomopatógenos desarrollan las siguientes fases sobre su hospedante
(Castillo Zeno, 2006): Germinación, Formación de apresorios, Formación de estructuras de
penetración.
2.14.1 Colonización y reproducción.
El proceso se inicia cuando la espora o conidias del Metarhizium anisopliae se adhiere a la
cutícula del insecto, luego desarrolla un tubo germinativo y un apresorio, con éste se fija en la
cutícula y con el tubo germinativo o haustorio (hifa de penetración) se da la penetración al
interior del cuerpo del insecto. La germinación ocurre aproximadamente a las 12 horas post-
inoculación y la formación de apresorios se presenta de 12 a 18 horas post-inoculación
(Vicentini, 1996). En la penetración participa un mecanismo físico y uno químico, el primero
consiste en la presión ejercida por la estructura de penetración, la cual rompe las áreas
esclerosadas y membranosas de la cutícula. El mecanismo químico consiste en la acción
55
enzimática, principalmente proteasas, lipasas y quitinasas, las cuales causan descomposición del
tejido en la zona de penetración, lo que facilita el ingreso del hongo. Después de la penetración,
la hifa se ensancha y ramifica dentro del tejido del insecto, colonizando completamente la
cavidad del cuerpo del insecto, esto sucede en 3 o 4 días después de la inoculación. A partir de la
colonización se forman pequeñas colonias y estructuras del hongo, lo que corresponde a la fase
final de la enfermedad del insecto, ocurre 4 o 5 días después de la inoculación (Hajek, 1994).
Otra forma mediante la cual el hongo puede causar la muerte del insecto, es mediante la
producción de toxinas. Los hongos entomopatógenos tienen la capacidad de sintetizar toxinas que
son utilizadas en el ciclo de la relación patógeno-hospedante. Entre estas toxinas se han
encontrado dextruxinas, demetildextruxina y protodextruxina, las cuales son sustancias de baja
toxicidad, pero de mucha actividad tóxica sobre insectos, ácaros y nematodos según (Sandino,
2003). Las destruxinas afectan varios organelos tales como mitocondria, retículo endoplásmico y
membrana nuclear, paralizando las células y causando disfunción del intestino, túbulos de
Malpighi, hemocitos y tejido muscular. La esporulación del Metarhizium anisopliae ocurre en 2 a
3 días, dependiendo de las condiciones de temperatura y humedad relativa del ambiente. La
infección por el entomopatógeno puede ser afectada principalmente por la baja humedad relativa
y por la falta de habilidad para utilizar los nutrientes disponibles sobre la superficie de la cutícula
o por la falta de factores necesarios para el reconocimiento de un hospedero susceptible o sitio de
infección penetrable. El reconocimiento de un hospedero susceptible involucra signos químicos y
topográficos. También puede fracasar la invasión del hongo por la presencia de compuestos que
inhiben como lo son fenoles, quinonas y lípidos en la superficie de la cutícula (Hajek, 1994). Los
síntomas que causan los entomopatógenos son variables: las ninfas disminuyen sus movimientos,
disminuyen la producción de espuma y pueden abandonar los lugares de ataque. Los adultos
infectados presentan movimientos lentos, no se alimentan, reducen su radio de vuelo y las
56
hembras no ovipositan. Pueden morir en lugares distantes de donde fueron contaminados. El
ciclo total de la enfermedad es de 8 a 10 días. Después de la muerte, los individuos presentan un
crecimiento micelial blanco seguido por la típica esporulación verde. En algunas ocasiones no se
presenta la esporulación sobre el tegumento, solamente se ve la presencia de micelio y se debe a
condiciones inadecuadas de humedad durante el proceso de esporulación (Lecuona, 1996).
2.15 Usos del Hongo Metarhizium anisopliae
Por la eficiencia en el control de plagas y vectores, se puede producir bioinsecticidas a partir
de diferentes géneros y especies de hongos entomopatogenos en este caso el Metarhizium
anisopliae. Para lograr obtener un avance mayor en la producción de hongos entomopatógenos
como plaguicidas, para (Jackson, 1997) “es la biotecnología una expectativa sobre el estudio de
los hongos”. Las investigaciones sobre fisiología y genética, la actividad insecticida y la
toxicidad de los metabolitos, es un objetivo en espera; del cual, se requiere conocer una respuesta
estable de los factores ambientales, en relación al crecimiento, al uso del sustrato y a la
producción de conidias de Metarhizium anisopliae (Bazán Tene, 2002).
En la figura 14 muestra un registro de hongos entomopatogenos en Colombia, el
Metarhizium anisopliae se relaciona con el insecto huésped, el cultivo que afecta el insecto y
en la localidad en donde fue encontrado (Bustillo Pardey, 2001).
57
Figura 14. Hongo Metarhizium anisopliae registro en Colombia. Imagen tomada de Pardey, 2001.
2.16 Marco legal
Ley 9 de 1979
Código Sanitario Nacional. Incluye normas generales sobre la producción, formulación,
almacenamiento, distribución, movilización y aplicación de los plaguicidas.
Decreto 775 de 1990
Reglamenta los Títulos III, V, VI, VII y XI de la Ley 09 de 1979, sobre uso y manejo de
plaguicidas.
58
Decreto 1847 de 1991
Reglamenta la Ley 09 de 1979 sobre uso y manejo de plaguicidas con el objeto de evitar que
afecten la salud de la comunidad, la sanidad animal y vegetal o causen deterioro al medio
ambiente.
Decreto 1443 de 2004
Por el cual se reglamenta parcialmente el Decreto-ley 2811 de 1974, la Ley 253 de 1996, y la
Ley 430 de 1998 en relación con la prevención y control de la contaminación ambiental por el
manejo de plaguicidas y desechos o residuos peligrosos provenientes de los mismos, y se toman
otras determinaciones.
Resoluciones 00375 de 2004 y 000698 de 2011.
Instituto Colombiano Agropecuario, reglamenta los requisitos para el registro de
productores y el registro de venta de los bioinsumos elaborados con agentes microbiales, sin
embargo estas regulaciones deben ser complementadas con Normas Técnicas que sirvan de
apoyo a la producción y al control de calidad de estos productos.
Norma Técnica Colombiana NTC 4422-1
Bioinsumos para uso agrícola. Agentes biológicos para el control de plagas y enfermedades.
Norma Técnica Colombiana NTC 4422-2
Agentes biológicos para el control de plagas. Agentes microbianos a base de hongos y
bacterias.
Requisitos para la producción, el empaque y almacenamiento de agentes biológicos a base de
nematodos, hongos, bacterias, virus e insectos benéficos empleados en el control de plagas y
enfermedades.
59
Resolución 000698 4 de febrero del 2011
Por medio de la cual se establecen los requisitos para el registro de departamentos técnicos de
ensayos de eficacia, productores e importadores de bioinsumos de uso agrícola y se dictan otras
disposiciones.
Artículo 1°. Objetivo. Establecer los requisitos para el registro y control de las personas que
produzcan, produzcan por contrato, importen y/o realicen ensayos de eficacia, así como para el
registro de los bioinsumos de uso agrícola.
Artículo 3°. Definiciones. Para efectos de la presente resolución.
60
3. Metodología
El siguiente proyecto corresponde a una investigación experimental a nivel de laboratorio,
que se llevó a cabo en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en la Facultad de Medio
Ambiente y Recursos Naturales, en los laboratorios de zoonosis y microbiología, donde se evaluó
la patogénesis producida por el hongo entomopatógeno Metarhizium anisopliae sobre la
cucaracha peri domestica Periplaneta americana en todos sus estadios y también utilizando el
hongo en conjunto con el ácido bórico. Con base en la preparación de una solución acuosa en
tres distintas concentraciones del hongo: 106 conidias/ml, 109 conidias/ml y 1012 conidias/ml, las
cuales también se evaluaron en conjunto con el ácido bórico. Se realizaron seis tratamientos
experimentales o bioensayos, los cuales contaron con tres repeticiones y un control o testigo. A
continuación se describen los procesos llevados a cabo para la evaluación de las mortalidades
sobre las cucarachas.
3.1 Obtención de la cucaracha Periplaneta americana
Las ninfas y adultos de la cucaracha Periplaneta americana se recolectaron en el municipio
de Anolaima en Cundinamarca, en una casa la cual reportó infestaciones del insecto en cocinas,
baños, etc. Se trasportaron en recipientes plásticos hasta el laboratorio de zoonosis (Figura 15)
de la Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco
José de Caldas.
Figura 15. Recolección de ninfas y adultos de
la cucaracha Periplaneta americana. Fuente
las autoras.
61
3.2 Crianza de las cucarachas
La crianza de las cucarachas Periplaneta americana (Figura 16) se realizó en recipientes de
vidrio de 30cm por 15 cm libres de cualquier suciedad, las cuales fueron conservados en una
incubadora a 27ºC para garantizar la temperatura ambiental constante similar a la del medio de
origen, se dejaron en reposo durante 5 días para su adaptación antes de iniciar los bioensayos.
3.3 Diseño de las jaulas.
Para tener una buena visibilidad de los especímenes recolectados se realizaron cajas de vidrio
de 30 cm por 15 cm con unas tapas las cuales tenían una malla mosquitera que rodeaba todo el
recipiente (Figura 17), para evitar que los ejemplares se salieran; así mismo se colocaron en su
interior unos recipientes plásticos con 5 ml de capacidad en donde se les administraría el agua y
posteriormente la solución con el hongo, y otras más grandes donde se les administraría
alimentos ricos en almidón y azúcares como galletas, pan, etc (Ponce, 2005).
Figura 16. Conservación y alimentación de ninfas
y adultos de la cucaracha Periplaneta americana.
Fuente las autoras.
62
3.4 Obtención del hongo Metarhizium anisopliae
La cepa del hongo Metarhizium anisopliae fue donada por la Universidad de los Andes; esta
se encontraba almacenada e inactiva en el reservorio de laboratorio de Micología y Fitopatología
(J-204) del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Los Andes, en donde se
aisló una muestra y se incubó por dos meses. La cepa se encontraba sembrada en agar PDA
(Agar papa dextrosa), incubada a una temperatura de 25ºC. El auxiliar de laboratorio de la
Universidad de los Andes entregó la muestra en caja de Petri y recomendó sembrar las réplicas
en el mismo medio y a la misma temperatura (Obando B & Bustillo , 2013).
En la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en la Facultad del Medio Ambiente y
Recursos Naturales, en el laboratorio de microbiología se sembraron cuatro réplicas (A1-A4) de
la cepa obtenida del hongo Metarhizium anisopliae en medio PDA, a una temperatura de 25°C
durante 8 días.
3.5 Prueba de reactivación del hongo
La prueba de reactivación del hongo es importante ya que debido a las condiciones de la cepa
donada (inactiva y almacenada), es indispensable probar si aún se encuentran su mecanismo de
Figura 17. Diseño de las jaulas para la
conservación de ninfas y adultos. Fuente autoras.
63
infección activo, antes de empezar a trabajar con la cepa, como método de control. Se realizó un
bioensayo en un insecto hospedante con la finalidad de comprobar su viabilidad y pureza.
Para iniciar se consiguieron tres especímenes de los llamados “cucarrón” (coleóptera), que
son los insectos más vulnerables a la acción del hongo, dado que en su cutícula poseen algunas de
las características para ser infectado por el hongo de forma más sencilla (Arboleda, 2003).
Se procede con la selección de adultos de los insectos a ser evaluados, que deben estar vivos y
activos; libres de enfermedades. Se desinfectan con una solución de hipoclorito de sodio al 0,5%
durante dos (2) a diez (10) minutos dependiendo del insecto y se lavan con agua destilada estéril.
Después de este lavado, se seleccionan los insectos que se encuentren más activos. Y en tres cajas
de Petri con la siembra del hongo Metarhizium anisopliae Se introducen en estas y una vez
hecho el contacto se hace seguimiento por cinco (5) días. Se toman los insectos con tres (3)
repeticiones y un testigo que no entra en contacto con el hongo.
3.6 Prueba de germinación
Esta prueba sirve para verificar el buen desarrollo del crecimiento del hongo. Se tomaron tres
réplicas del hongo las cuales se enumeraron en A2 a A4 en las cajas de agar PDA, y al ver su
crecimiento, se inició la prueba de germinación. Se llenó la caja de Petri con la réplica del hongo
con 15 ml de agua destilada y con ayuda de un asa redonda se raspo el contenido para agregarlo
a un beaker. Luego se diluyo hasta 10-6 conidias/ml y se procedió a hacer el conteo en la cámara
de Neubauer de la concentración obtenida del hongo (Gómez Pereira & Mendoza Mora, 2004).
Al hacer el conteo se obtuvieron los siguientes resultados que se observan en la tabla 7:
64
Tabla 7
Concentración de la Dilución 10 6 prueba de germinación
Nota: Fuente las autoras.
Para hallar la concentración de la dilución se utilizó la siguiente formula:
Concentración: # Conidias * 10000
5* factor de disolución
Realizando el cálculo anterior la concentración final fue de 8,5 por 10 10 conidias/ml.
Luego en una caja de agar PDA se dibujaron 5 círculos por la parte posterior y se sembraron
10 microlitros de la dilución con la concentración conocida en cada uno de los círculos,
transcurridas 24 horas se agregó azul de lactofenol para detener la germinación. Con ayuda del
microscopio se contó en cada uno de los círculos las conidias germinadas, aquellos cuyo tubo
germinativo era el doble de grande que el diámetro de la conidia (Gómez Pereira & Mendoza
Mora, 2004). Finalmente se obtuvo un porcentaje de las conidias germinadas; lo cual comprueba
que el hongo tiene un crecimiento favorable y era viable para realizar los bioensayos.
3.7 Preparación de la solución madre del hongo Metarhizium anisopliae
Para la preparación de la solución madre se tomaron tres cajas sembradas del hongo
Metarhizium anisopliae en agar PDA (Agar Papa Dextrosa) ya esporulado, se rasparon las
esporas con la ayuda de una asa redonda adicionando 20 ml de agua destilada por cada caja y
con Tween 80 para lograr separlas entre sì (Cañedo T. , 2004) al 0,1% hasta un volumen
conocido.
CONTEO DE CONIDIAS/ml Dilución 106
Cuadros de la Cámara de Neubawer
A B C D E Suma
Numero de
Conidias
35 46 42 48 42,75
PROMEDIO 42,75
65
3.8 Preparación de las concentraciones del hongo Metarhizium anisopliae para
bioensayos.
Para las concentraciones finales de los tratamientos se tomó como referencia el documento de
Gabriela Hernández Ramírez (2013) “CEBOS PARA EL CONTROL DE LA CUCARACHA
ALEMANA Blattella germanica (DICTYOPTERA: BLATTELLIDAE) FORMULADOS CON
HONGOS ENTOMOPATOGENOS Y ACIDO BÒRICO.” del cual se tomó como referencia la
concentración que mostró mejores resultados que fue 106 conidias/ml , y así se plantearon tres
concentraciones a evaluar, un valor mayor 109 conidias/ml y otro más grande 1012 conidias/ml.
Para la preparación de las soluciones para cada tratamiento y su respectiva repetición se saca
una nueva solución madre.
Para el primer tratamiento la solución de concentración 106 se tomaron tres tubos de ensayo
cada uno con 9 ml de agua destilada, en cada 3uno de los tubos se realizó una dilución de 10 -1
hasta llegar a 10 -3 para así realizar el conteo en la cámara de Neubauer y llegar a la
concentración final 106. De estos tres tubos de ensayo ya con el agua destilada se extrajo 1 ml de
la solución madre, el cual se agregó al primer tubo 10-1 posteriormente este tubo se tapó y se
llevó al agitador tipo vortex por 1 minuto. Al finalizar del tubo 10-1 se extrajo 1 ml y se agregó al
tubo de 10-2, se realizaron los mismos procedimientos hasta llevarlo a 10 -3. Al finalizar las
diluciones se tomó de los últimos tubos (10-2 o 10 -3) un micro litro para realizar el conteo en la
cámara de Neubauer.
Este proceso se repite igual para las concentraciones 109 y 1012 con sus respectivas
repeticiones.
66
3.9 Bioensayos.
Se llevaron a cabo en el laboratorio de zoonosis; las soluciones finales con las concentraciones
deseadas (106, 109 y 1012) se sirvieron en las copitas de 5 ml, esta solución se renovaba cada dos
días para revisar la efectividad de la solución, hay que tener en cuenta que por cada tratamiento y
sus repeticiones se manejaban diez especímenes de cucarachas cada uno con su respectivo control
o testigo el cual contaba con la misma cantidad, para así tener un total de 267 especímenes
expuestos en los tratamientos.
Los primeros tres tratamientos se enumeraron T1 (106), T2 (109 ) y T3 (1012) en los cuales
solo se utilizó la solución acuosa del hongo Metarhizium anisopliae en sus diferentes
concentraciones, T4 fue el tratamiento donde se utilizó 4 gr. de ácido bórico mezclado en la
comida de las cucarachas y los tratamientos T5 (109 más ácido bórico) y T6 (1012 más ácido
bórico) fue en donde la solución acuosa del hongo Metarhizium anisopliae trabajo en conjunto
con el ácido bórico, pero ésta vez el ácido bórico no se mezcló con la comida de las cucarachas.
En la figura 21 se presenta un diagrama del procedimiento que se siguió para el desarrollo de los
bioensayos.
67
3.10 Lecturas de mortalidad
Se realizaron lecturas de mortalidad los días 1, 3 y 5, después de iniciar el tratamiento,
tomando como criterio el crecimiento del hongo el cual sucede a los 3 o 4 días y la fase final de
aparición de pequeñas colonias y estructuras del hongo al 4 y 5 día, dadas estas condiciones se
considera como muerta una cucaracha por acción del hongo cuando se observa falta de
movimientos y aparición de un micelio blanco ( Figura 19) que es la hifa la cual se ensancha y
ramifica dentro del tejido del insecto, especialmente en las articulaciones de segmentos del
Figura 18. Procedimientos para la realización de los bioensayos. Fuente las autoras.
68
exoesqueleto de la cucaracha (Hajek, 1994). Estos fueron los especímenes que se consideraron
para el porcentaje de mortalidad.
3.11 Estadística
Para realizar el análisis de los resultados de los bioensayos con el hongo, luego con el ácido
bórico y finalmente en combinación, se plantearon los siguientes modelos matemáticos y
estadísticos:
Promedio de mortalidades de cada tratamiento por bioensayo, en los diferentes
tratamientos de sólo acción del hongo, uno para el tratamiento con ácido bórico y otros para los
tratamientos del ácido bórico y el hongo en solución acuosa.
Desviación Estándar de cada promedio, para verificar que las medias de todos los
porcentajes de mortalidad se asemejan y no existe diferencia entre los resultados obtenidos de
cada tratamiento.
Figura 19. Infección del hongo Metarhizium anisopliae en especímenes adultos y en ninfas de la cucaracha
Periplaneta americana. Foto autoras.
69
Análisis de varianza (ANOVA) para un factor: se realizó con el fin de verificar
diferencias significativas entre los promedios de mortalidad de cada tratamiento individual;
acción del hongo en solución acuosa, acción del ácido bórico mezclado con la comida de las
cucarachas y en combinación del hongo y ácido bórico (Baron & Tellez, 2015). Para la
realización de esta prueba se plantean dos hipótesis:
- Hipótesis Nula Ho: no hay una diferencia significativa entre los promedios de mortalidad
de los bioensayos propuestos, las medias de los valores son equivalentes. Los valores de las
concentraciones no inciden en la mortalidad de los especímenes.
- Hipótesis Alterna H1: los resultados de los bioensayos de los tratamientos comparados,
representan diferencia entre ellos, las medias no son equivalentes. Los valores de las
concentraciones si inciden en la mortalidad de los especímenes.
Análisis de comparaciones pareadas: con esta prueba podemos demostrar si hay,
diferencias significativas entre los tratamientos propuestos y el testigo, especificando que cada
tratamiento fue efectivo frente a la mortalidad de la cucaracha.
En esta prueba se evaluaron los resultados de cada tratamiento en acción individual y en
conjunto, más la combinación de ambos con su respectivo testigo.
70
4. Resultados
4.1 Resultados prueba de germinación de la cepa del hongo Metarhizium anisopliae
Después de realizar el conteo en la cámara de Neubauer se obtuvieron los siguientes resultados
(tabla 8) de conidias germinadas.
Tabla 8
Resultado de prueba de germinación
PORCENTAJE DE GERMINACION DILUCIÓN 106
NÚMERO DE CONÍDIAS GERMINADAS
Círculo 1 Círculo 2 Círculo 3 Círculo 4 Círculo 5 Promedio
100 100 92 72 100 92,8
Según el promedio de conidias germinadas 92,8 % se demuestra que la cepa del hongo esta en
óptimas condiciones para trabajar los bioensayos y los resultados no se verán afectados por el
crecimiento del mismo o que la cepa se encuentre muy vieja (Cañedo & Ames, 2004).
4.2 Resultados prueba de reactivación del hongo
Después de haber infectado a los especímenes con el hongo por contacto de la cepa en la caja
de Petri, se realizó el seguimiento de los especímenes cada 4 horas, alimentándolos con pasto y
agua. Se registró un porcentaje de 80% de mortalidad para dicha prueba, y después de 6 a 8 días
se pudo apreciar el crecimiento del micelio blanco que posteriormente tomò una coloración
verde dentro del insecto como se evidencia en la figura 20.
71
4.3 Bioensayos T1 concentración (106), T2 concentración (109) y T3 concentración
(1012); resultados de mortalidad tratamientos con solo acción del hongo
Después de realizar los primeros bioensayos, y consultar cada 24 horas el número de
cucarachas muertas, se realizó un promedio por bioensayo de las mortalidades finales registradas
para cada tratamiento y el testigo; se calculó un promedio general del bioensayo (Figura 21)
registrados 5 días después de aplicar el tratamiento.
Figura 20. Cucarrón (coleóptera) afectado por la
patogénesis del hongo Metarhizium anisopliae.
Fuente las autoras.
72
Figura 21. Resultados porcentajes de mortalidad tratamientosT1 (concentración 106), T2 (concentración 109) y T3
(Concentración 1012). Fuente las autoras.
En la figura 21 se registran los promedios de las mortalidades presentadas en los tres tratamientos
iniciales donde sólo actuaban las conidias del hongo en solución acuosa; el tratamiento que tuvo
menor efectividad fue T1 de concentración 106 conidias/ml, con porcentajes de 0% de mortalidad
después de 5 días de iniciar el tratamiento, el segundo tratamiento que según la gráfica 1 tuvo
mejor efecto de mortalidad sobre la cucaracha fue T3 concentración de 1012 conidias/ml con un
porcentaje de mortalidad de 53% superando por 3 puntos la mitad del total de especímenes
evaluados.
El tratamiento que tuvo un mejor porcentaje de mortalidad fue T2 la concentración de 109
conidias/ml con un 77% de los especímenes muertos después de 5 días de iniciar el tratamiento.
El comportamiento del testigo fue de un porcentaje de mortalidad de 8% durante los tratamientos
de sólo la acción del hongo; corrobora que la causa de la mortalidad en los demás tratamientos
fue a causa del tratamiento con el hongo, y que factores externos no afectaron significativamente
la muerte de las cucarachas.
0%
77%
53%
8%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
1
PORCENTAJE MORTALIDAD
PORCENTAJES DE MORTALIDAD
TRATAMIENTOS T1, T2 Y T3
TESTIGO
TRATAMIENTO T3
TRATAMIENTO T2
TRATAMIENTO T1
73
4.4 Bioensayo T4 resultado con el ácido bórico
Para continuar se procedió hacer el bioensayo con el tratamiento T4 adicionando 4 gr. de
ácido bórico mezclados en la comida de las cucarachas (ricos en almidón). Se realizaron tres (3)
bioensayos en las mismas condiciones que los anteriores y se obtuvieron los siguientes resultados
(figura 22):
Figura 22. Porcentajes de mortalidad tratamiento T4 con sólo acción del ácido bórico. Fuente las autoras.
Según la figura 22 se obtuvieron resultados del 100% de cucarachas muertas por acción del
ácido bórico en las tres (3) repeticiones del tratamiento, pero en un tiempo de 3 días y al
comparar los resultados con los resultados del testigo en el cual se obtuvo un porcentaje de
mortalidad de 3% se afirma que el tratamiento con el ácido fue el que causó el 100% de las
muertes de las cucarachas.
Al comparar las figuras 21 y 22 de los tres (3) tratamientos iniciales de manera independiente
se identifica que el mejor tratamiento para realizar el biocontrol de la cucaracha Periplaneta
americana es el T4 el ácido bórico en combinación con la comida de la cucaracha, con
3%
100,0%
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
100%
% MORTALIDAD
TR
AT
AM
IEN
TO
S
PORCENTAJES DE MORTALIDAD TRATAMIENTO CON
ÀCIDO BÒRICO
TRATAMIENTO
TESTIGO
74
porcentajes del 100% de mortalidad, seguido el tratamiento T2 (109) con un porcentaje de
mortalidad del 77% y el tercer tratamiento que fue efectivo para el control de la cucaracha es T3
(1012) con un porcentaje de 53%. Los testigos para estos tratamientos se mantuvieron por debajo
del 8%, sugiriendo que la causa de muerte en los diferentes tratamientos fue la acción del hongo
en solución acuosa y el ácido bórico en combinación con la comida de las cucarachas.
4.5 Resultados de mortalidad bioensayos T5 concentración 109 más ácido bórico y T6
concentración 1012 más ácido bórico
Para evaluar la acción en conjunto del ácido bórico y el hongo, se establecieron 2 bioensayos
con las concentraciones que presentaron mejores resultados de acción patógena individual frente
a la mortalidad de la cucaracha Periplaneta americana, fueron los tratamiento T2 y T3, a
continuación se presentan los resultados obtenidos por los tratamientos T5 y T6 en acción en
conjunto (figura 23).
Figura 23. Bioensayo T5 (concentración 109) y T6 (concentración 1012) más ácido bórico resultados de mortalidad.
Fuente las autoras.
100%
83%
20%
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
1
PORCENTAJES DE MORTALIDAD
TR
AT
AM
IEN
TO
S
PORCENTAJES DE MORTALIDAD TRATAMIENTOS
T5Y T6
TESTIGO
Tratamiento T6
Tratamiento T5
75
En los resultados de los tratamientos T5 y T6 se evidenció la acción en conjunto del ácido
bórico y el hongo; comparando las figuras 21 y 23, los porcentajes de mortalidad aumentaron, en
la concentración de 109 con el ácido bórico llegando a un porcentaje del 100% de mortalidad para
las tres (3) repeticiones el cual se presentó en 5 días, y para la concentración de 1012 con el ácido
bórico un porcentaje del 83% de cucarachas muertas al trascurrir 5 días del tratamiento.
Comparado la figura 22 y 23 no se identifica un aumento del porcentaje de mortalidad, ya que
el tiempo del tratamiento T4 (adición de ácido bórico mezclado con la comida) es de 3 días para
un porcentaje total del 100%, mientras que en los tratamientos con el hongo en solución acuosa
transcurrieron 5 días para que estos presentaran muertes de los especímenes, teniendo en cuenta
que la concentración que presento más muertes fue la concentración 109 conidias/ml. Los testigos
mantuvieron un rango similar a los demás testigos de los demás tratamientos que fue del 21% de
cucarachas muertas por efectos externos al tratamiento.
76
Análisis estadístico
5.1 Comparaciones de varianza (ANOVA) entre grupos experimentales
El primer grupo para comparar los resultados expuestos, son los tratamientos que se realizaron
con solo acción patógena del hongo en solución acuosa, entre sus diferentes concentraciones. Los
resultados se describen en la tabla 9:
Tabla 9
Análisis de varianza de un factor, tratamientos individuales
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
tratamiento
10 9 3 2,3 0,766666667 0,06333333
3
tratamiento
10 12 3 1,6 0,533333333 0,25333333
3
tratamiento
10 6 3 0 0 0
Testigo 3 0,25 0,083333333
0,00583333
3
tratamiento
(ácido bórico) 3 3 1 0
ANÁLISIS DE
VARIANZA
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrado
s
Grado
s de
libertad
Promedio de
los cuadrados F Probabilidad
Valor
crítico para
F
Entre grupos 2,22 4 0,557333333 8,64082 0,002775587 3,478049
Dentro de los
grupos 0,645 10 0,0645
Total 2,874 14
Nota: Análisis de ANOVA para los bioensayos de los tratamientos en acción conjunta. Fuente las autoras.
77
Los valores de análisis de varianza reflejan que el valor de la probabilidad es menor que 0,05
por tanto se acepta la hipótesis alterna (p= 0,027), donde los resultados de los valores entre
grupos experimentales si tienen una diferencia amplia y se infiere que los valores de las
concentraciones si interfieren en la mortalidad de las cucarachas (Baron & Tellez, 2015).
Para los tratamientos que se hicieron en acción conjunta del ácido bórico y la solución acuosa
del hongo se obtuvieron los siguientes resultados (Tabla 10):
Tabla 10
Análisis de varianza de un factor, Tratamientos del hongo y ácido bórico
Nota: Análisis de ANOVA para los bioensayos de los tratamientos en acción conjunta. Fuente las autoras.
Con respecto a los tratamientos realizados con la combinación de hongo y ácido bórico, se
identificó que también hubo una diferencia significativa con respecto a la media de los valores,
con un grado de libertad de dos (2) entre grupos, seis (6) dentro de los grupos y el p=0,0024. Se
acepta la hipótesis alterna, aceptando que la diferencia en las concentraciones del hongo y los
tratamientos, si afecta significativamente la mortalidad de las cucarachas.
RESUMEN
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
tratamiento
T5 3 3 1 0
tratamiento
T6 3 2,5 0,833333333 0,083
Testigo 3 0,6 0,2 1,1555
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de libertad
Promedio de
los cuadrados F
Proba
bilidad
Valor
crítico
para F
Entre grupos 1,06888 2 0,534444444 19,24 0,0024 5,1432
Dentro de los
grupos 0,16666 6 0,027777778
Total 1,2355 8
78
Para los tres tratamientos se acepta la hipótesis alterna; sus varianzas no son equivalentes. Para
determinar diferencias significativas en los tres grupos de tratamientos y su respectivo testigo se
realizó una comparación de muestras pareadas obteniendo los siguientes resultados para los
tratamientos (Tabla 11):
Tabla 11
Prueba t para medias de dos muestras emparejadas tratamientos con sólo acción del hongo
Variable 1 Variable 2
Media 0,43333333 0,08333333
Varianza 0,02111111 0,00583333
Observaciones 3 3
Coeficiente de correlación de Pearson -0,97622104
Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 2
Estadístico t 2,74954542
P(T<=t) una cola 0,05536673
Valor crítico de t (una cola) 2,91998558
P(T<=t) dos colas 0,11073346
Valor crítico de t (dos colas) 4,30265273
Prueba t para medias de dos muestras emparejadas
Variable 1 Variable 2
Media 1 0,03333333
Varianza 0 0,00333333
Observaciones 3 3
Coeficiente de correlación de Pearson #¡DIV/0!
Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 2
Estadístico t 29
P(T<=t) una cola 0,00059347
Valor crítico de t (una cola) 2,91998558
P(T<=t) dos colas 0,00118694
Valor crítico de t (dos colas) 4,30265273
79
Prueba t para medias de dos muestras emparejadas
Variable 1 Variable 2
Media 0,91666667 0,2
Varianza 0,02083333 1,1556E-33
Observaciones 3 3
Coeficiente de correlación de Pearson -3,1402E-16
Diferencia hipotética de las medias 0
Grados de libertad 2
Estadístico t 8,6
P(T<=t) una cola 0,00662632
Valor crítico de t (una cola) 2,91998558
P(T<=t) dos colas 0,01325264
Valor crítico de t (dos colas) 4,30265273
Nota: Resultados de la prueba T para medias pareadas de los 3 tratamientos principales. Fuente las autoras.
En los resultados obtenidos en la comparación de los promedios de los primeros 3 bioensayos
y los respectivos testigos, por grupo experimental observamos similitudes como el T estadístico
para los tratamientos realizados con sólo concentración del hongo en solución acuosa estos
fueron 2,74 mientras que el T crítico fue de 4,3. Para el tratamiento de concentración del hongo
en solución acuosa y ácido bórico no mezclado con la comida el valor crítico de T estadístico es
29 y el T es 4,3 lo que refleja una total diferencia entre los grupos experimentales comparados
con la media, aceptando la hipótesis alterna dado que el valor del F calculado en las tablas es
mayor que el F crítico, para ambos cálculos los tratamientos si se ven directamente afectados por
la variación de la concentración del hongo en acción con el ácido bórico y que con respecto a su
testigo también se ve una diferencia alta entre el grupo que fue expuesto al tratamiento y el
testigo. Para el grupo experimental de ácido bórico se obtuvo una T estadístico de 8,6 mientras
que el T crítico fue de 4,3 lo que refleja una diferencia alta entre los grupos del testigo y los
especímenes con el tratamiento. La correlación de Pearson se refleja como un error en la fórmula,
significa que el valor es negativo, por lo tanto los valores de este tratamiento tienen una relación
indirecta, mientras que uno aumenta el otro disminuye (Baron & Tellez, 2015).
80
5. Análisis de resultados
En cuanto a la efectividad de la solución acuosa del hongo Metarhizium anisopliae según los
datos obtenidos en la figura 21 se refleja que el tratamiento que tuvo mejores resultados fue T2
concentración 109 conidias/ml, respecto al tiempo el cual fue de 5 días, el porcentaje de
mortalidad de las cucarachas con respecto a la infección generada por el hongo fue del 77%,
además en la tabla 9 después de realizar la prueba ANOVA se tuvieron resultados
estadísticamente significativos, pues la hipótesis nula se rechazó en estos tratamientos con un
valor de P menor al 0,05, por consiguiente los resultados representan diferencias con respecto a la
media y sugieren que los diferentes concentraciones del hongo si afectan significativamente la
mortalidad de las cucarachas.
El tratamiento que también mostró promedios de mortalidad fue el tratamiento T3 de
concentración 1012, y al igual que los resultados obtenidos por la anterior concentración y los
mostrados por el análisis de la variable ANOVA son estadísticamente representativos. La
concentración que no tuvo ningún efecto fue 106 conidias/ml; estos resultados se asocian a
mecanismos de resistencia fisiológicos de la cucaracha, como son la respuesta inmune humoral
la cual es ampliamente utilizada por varios insectos y la cucaracha es un ejemplo de adaptación
a este sistema. Recordemos que la inmunidad humoral es el principal mecanismo de defensa
contra los microorganismos extracelulares y sus toxinas, hay que tener en cuenta que las células
no son las que atacan estos antígenos si no las macromoléculas o proteínas entre los péptidos
antimicrobianos encontrados dentro de las cucarachas, el más conocido es la lectina encontrado
en el hemocele; la cual hace parte del sistema circulatorio del insecto (Jomori T., 1992). También
se ha evidenciado una respuesta adaptativa del tipo humoral cuando se presenta inmunización
81
por parte de microorganismos atenuados, un ejemplo es Pseudomonas aeruginosa, pero esto
ocurre en la cutícula de los insectos.
En el caso de este estudio se evitó el contacto con la cutícula, tratando de inocular las
cucarachas con el hongo en el agua que bebían, generando que las concentraciones entraran de
forma más fácil y completas al sistema, generando una patogénesis interna del hongo al hemocele
y posteriormente a la hemolinfa (Jomori & Natori, 1992).
Los resultados obtenidos por la concentración de 1012 conidias/ml se asocian a la capacidad de
modificar la conducta de la población de cucarachas; estas alteraciones de la conducta afectan la
respuesta hacia insecticidas y pueden acompañar el desarrollo de resistencia fisiológica (Barbosa,
2007). Por ejemplo en el tratamiento con la concentración 1012 conidias/ml se observó una
resistencia por conducta a concentraciones altas del hongo, provocando una aversión al agua
(Taiariol, 2009). De acuerdo a las observaciones hechas de las diferentes concentraciones, las
cucarachas no agotaron el total de la solución acuosa en el tratamiento T3 de concentraciòn 1012
conidias/ml, por eso se relacionan las dos concentraciones con menores resultados en este caso
(1012 conidias/ml y 106 conidias/ml) esto ocurre por la capacidad de resistencia de las
cucarachas, tanto fisiológicas y de conducta, logrando así repercutir en los resultados de
porcentajes de mortalidad de los tratamientos.
Comparando el estudio con los resultados mostrados por Hernández Ramírez (2013),
“Susceptibilidad de ninfas y adultos de Blattella Germanica a Metarhizium anisopliae y
Beauveria bassiana” donde el método de aplicación fue inoculación directa en la especie y al
cabo de 8 días se apreciaron porcentajes por encima del 80% de letalidad, se muestra una
efectividad mayor a una concentración más alta del hongo y con una forma de infección
diferente, en medio acuoso.
82
La mejora del método de aplicación se evidencia en el tiempo de letalidad de la cucaracha y
los porcentajes de mortalidad para las soluciones en medio acuoso con sólo acción del hongo en
el presente estudio, soportados por la prueba ANOVA de un sólo factor y la T Student para la
comparación de los tratamientos y su testigo. Señalando un tiempo de letalidad de 5 dìas y un
porcentaje de mortalidad de 77%.
Pero al comparar los tratamientos obtenidos en la gráfica 22 de la acción del ácido bórico en
conjunto con la comida de las cucarachas, se observó un aumento de los porcentajes de
mortalidad de un 100% en 3 días, mostrando ser el mejor tratamiento para controlar la
Periplaneta americana.
Al comparar los resultados de la figura 23, se evidencia la acción en conjunto del ácido bórico
y la solución acuosa del hongo; se incrementó el porcentaje de mortalidad hasta 100% de las
cucarachas muertas en 5 días después de iniciar el tratamiento. La variación del ácido bórico
fuera de la comida si disminuyó el efecto del ácido, pero con ayuda del hongo en solución acuosa
se lograron resultados del 100% de cucarachas muertas. El cambio más significativo observado
en los resultados de la figura 22 es el tiempo de letalidad, que paso de 3 a 5 días. Se deben a las
variaciones de la forma de exposición del ácido bórico fuera de la comida de las cucarachas,
como en los últimos tratamientos ya no es necesario el contacto con el ácido bórico, las
cucarachas no ingieren el ácido bórico fácilmente. Se ha comprobado que es un veneno estomacal
con acción lenta, el ácido absorbe la cera de la cutícula de la cucaracha y esta muere por
deshidratación (Ogg et al., 2006), lo cual ayudaría a la acción del hongo de invadir la cucaracha
sin resistencia, para colonizar el interior del insecto y realizar la patogénesis.
83
Conclusiones
Se comprueba por medio de las mortalidades obtenidas en los bioensayos que el hongo
entomopatógeno Metarhizium anisopliae tiene efectos patógenos sobre Periplaneta americana,
en solución acuosa en concentraciones de 109 conidias/ml y 1012 conidias/ml, ya que comparando
las mortalidades de los testigos se evidenció que las condiciones de laboratorio fueron óptimas
para el crecimiento del hongo; se alcanzaron mortalidades por encima del 50%.
Se identifica el efecto infectivo del ácido bórico para cucarachas americanas, con
mortalidades de 100% en 3 días de exposición al tratamiento, comparando las figuras 21, 22 y 23
se muestra que es el mejor tratamiento para el control de las cucarachas mezclando el polvo con
las comida de las mismas.
La acción del ácido bórico en conjunto con el hongo Metarhizium anisopliae potencializa
el efecto patógeno del hongo, alcanzando porcentajes de mortalidad del 100% en 5 días, después
de haber iniciado del tratamiento. La acción del ácido bórico no se inhibe con la acción del
hongo. se encontró diferencia estadística significativa entre los resultados obtenidos en las
mortalidades de las seis concentraci
El hongo entomopatógeno Metarhizium anisopliae tiene efectos patogénicos sobre la
Periplaneta americana en diferentes estadios ninfales, logrando controlar en una concentración
de 109 conidias/ml un 77% de los especímenes evaluados en segundo tratamiento del estudio
realizado.
En concentraciones mayores a 1012 conidias/ml el hongo Metarhizium anisopliae pierde
efecto sobre Periplaneta americana, debido a sus capacidades de modificación de conducta,
generando una aversión a la concentración del hongo dentro de la solución acuosa.
84
Recomendaciones
Se recomienda hacer un estudio con ootecas de la Periplaneta americana, para
determinar si inhibe su crecimiento.
No se recomienda hacer bioensayos del hongo en concentraciones mayores a 1012
conidias/ml en solución acuosa, para el control de la Periplaneta americana.
Se recomienda hacer más repeticiones de los bioensayos para tener una mejor distribución
de los datos y un promedio más específico de los resultados, y así lograr una mayor exactitud en
la concentración ideal para el control de la Periplaneta americana.
Se recomienda ampliar el rango de estudio de las concentraciones del hongo entre 109
conidias/ml y 1012 conidias/ml.
85
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1159.
91
ANEXOS
1. Imágenes de los especímenes muertos con el tratamiento T4, concentraciones de ácido
bórico 4 gr.
2. Imágenes de los especímenes mueros por el tratamiento T2, concentración de las conidias
del hongo 109 conidias/ml.
92
3. Especímenes que nacieron en cautiverio y las ootecas recolectadas.