Cellulase Activity as a Mechanism for Suppression of Phytophthora Root Rot in Mulches

Abstract

Wood-based mulches are used in avocado production and are being tested on Fraser fir for reduction of Phytophthora root rot, caused by Phytophthora cinnamomi. Research with avocado has suggested a role of microbial cellulase enzymes in pathogen suppression through effects on the cellulosic cell walls of Phytophthora. This work was conducted to determine whether cellulase activity could account for disease suppression in mulch systems. A standard curve was developed to correlate cellulase activity in mulches with concentrations of a cellulase product. Based on this curve, cellulase activity in mulch samples was equivalent to a cellulase enzyme concentration of 25 U ml(-1) or greater of product. Sustained exposure of P. cinnamomi to cellulase at 10 to 50 U ml(-1) significantly reduced sporangia production, but biomass was only reduced with concentrations over 100 U ml(-1). In a lupine bioassay, cellulase was applied to infested soil at 100 or 1,000 U ml(-1) with three timings. Cellulase activity diminished by 47% between 1 and 15 days after application. Cellulase applied at 100 U ml(-1) 2 weeks before planting yielded activity of 20.08 μmol glucose equivalents per gram of soil water (GE g(-1) aq) at planting, a level equivalent to mulch samples. Cellulase activity at planting ranged from 3.35 to 48.67 μmol GE g(-1) aq, but no treatment significantly affected disease progress. Based on in vitro assays, cellulase activity in mulch was sufficient to impair sporangia production of P. cinnamomi, but not always sufficient to impact vegetative biomass.

Dinámica microbial del suelo asociada a diferentes estrategias de manejo de Phytophthora cinnamomi Rands en aguacate

“…You & Sivasithamparam, (1995) reportaron que la materia orgánica tuvo un efecto negativo sobre la sobrevivencia de P. cinnamomi, observando lisis de hifas y esporangios abortivos, como consecuencia del aumento de la biomasa microbiana total. Otros autores también reportan el uso de materia orgánica y coberturas vegetales con excelentes resultados en el manejo de P. cinnamomi (Costa et al, 2000;Vidales & Alcantar 1999;Richter et al, 2011;Bonilla et al, 2012).…”

“…Estas variables pueden verse reducidas por el efecto de las prácticas agrícolas basadas en productos químicos y pueden recuperarse con medidas como la aplicación de algunas fuentes de materia orgánica (Richter et al, 2011;Bonilla et al, 2012).…”

“…El estudio de la microbiota del suelo cobra mayor importancia en el complejo marchitez del aguacate debido a que en esta patología pueden estar implicados agentes causales de tipo biótico y abiótico, siendo el Oomycete Phytophthora cinnamomi Rands el más relevante, el cual puede causar pérdidas económicas considerables, al no realizar un correcto manejo de esta enfermedad, donde se deben buscar medidas amigables con el medio ambiente tratando de generar el menor desequilibrio en los agroecosistemas (Pérez, 2008;Richter et al, 2011;Bonilla et al, 2012).…”

“…Los trabajos realizados sugieren que la actividad positiva de estas poblaciones de microorganismos, podría activarse mediante el uso de coberturas o enmiendas orgánicas (Broadbent & Baker, 1974;Richter et al, 2011;Bonilla et al, 2012). El efecto directo de algunos microorganismos sobre P. cinnamomi, se debe a la reducción de la liberación de zoosporas, movimiento de estas, incremento de la lisis de las paredes celulares e inhibición de la producción de esporangios (Broadbent & Baker 1974;Costa et al, 2000;Downer et al, 2001).…”

“…cinnamomi se ha estudiado por más de 60 años, como resultado de este proceso se han generado estrategias eficientes y ambientalmente amigables, pero su manejo se ha reducido casi que exclusivamente al uso de productos químicos, aumentando así la contaminación del suelo y la presión de selección sobre las poblaciones de este Oomyceto (Pérez, 2008). Existen muchos reportes de búsqueda de resistencia genética, prácticas culturales, microbiológicas, y el uso de fungicidas, para disminuir el efecto negativo que causa P. cinnamomi en Persea americana Mill (Broadbent & Baker, 1974;Pérez, 2008;Richter et al, 2011).…”