January 24, 2013
United States
Biopesticides containing beneficial fungi are often grown on grains or other solids, but U.S. Department of Agriculture (USDA) scientists have shown a liquid diet can work better.
The approach, dubbed "liquid culture fermentation," offers several benefits, including lower material costs and increased yields of certain forms of insect-killing fungi, including Isaria or Metarhizium, which can serve as biobased alternatives to synthetic pesticides.
For decades, biopesticide makers have grown such fungi on moistened grains or other solid materials to prompt them to churn out billions of specialized cells called "conidia," which penetrate the bodies of silverleaf whiteflies, aphids and other soft-bodied insect pests, killing the pests within a few days.
Over the past several years, however, scientists with USDA's Agricultural Research Service (ARS) have sought to improve on the practice by initiating liquid culture fermentation processes in special tanks called bioreactors. ARS is USDA's chief intramural scientific research agency.
Microbiologist Mark Jackson (foreground) inspects pure cultures of an insect-killing fungus growing in petri dishes as lab technician Angela Payne inoculates a 100-liter fermenter with a liquid culture of the fungus. Photo by Stephen Ausmus.
According to Mark Jackson, a microbiologist with the ARS Crop Bioprotection Research Unit in Peoria, Ill., using liquid culture fermentation has significantly reduced production costs, especially those associated with nitrogen as a primary fungal nutrient. One nitrogen source, called hydrolyzed protein, is typically derived from agricultural commodities like milk casein, which can sell for more than $6 a pound. Liquid culture fermentation's use of less expensive nitrogen sources, including soybean flour or cottonseed meal, reduces the cost to 30 to 50 cents a pound.
Conidia have long been the spores of choice for biopesticide uses. But the researchers showed that other fungal cells can be just as effective, including "blastospores" and "microsclerotia." The latter are clumps of pigmented fibers from which conidia can form. In laboratory tests, for example, conidia resulting from soil treatments of microsclerotia from the fungus M. brunneum killed 100 percent of sugarbeet root maggots, versus 25 percent killed for conidia-only treatments.
The flexibility of liquid culture fermentation to produce different types of fungal cells opens all sorts of doors in terms of where and when the pest-fighting microbes can be applied, according to Jackson.
Read more about this research in the January 2013 issue of Agricultural Research magazine.
Nuevo enfoque para formular hongos que matan a los insectos plagas
A menudo se creen los biopesticidas a base de hongos beneficiosos en una mezcla de granos o otros materiales sólidos, pero científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) han demostrado que una dieta líquida puede funcionar mejor.
Este enfoque, llamado la fermentación en medio líquido, ofrece múltiples beneficios, incluyendo menos costos de materiales y rendimientos más altos de ciertas formas de hongos que matan a los insectos, incluyendo Isaria o Metarhizium, los cuales pueden servir como alternativas biológicas a los pesticidas sintéticos.
Por décadas, los fabricantes de biopesticidas han cultivados tales hongos en granos húmedos o otros materiales sólidos para estimular los hongos a producir miles de millones de células especializadas llamadas conidias. Estas conidias penetran en el cuerpo de la mosca blanca Bemisia tabaci, los pulgones y otros insectos de cuerpo blando, matándolos dentro de unos días.
En estudios recientes, científicos del ARS han tratado de mejorar la práctica iniciando procesos de fermentación en medio líquido en tanques especiales llamados biorreactores. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés).
Según Mark Jackson, quien es microbiólogo con la Unidad de Investigación de Bioprotección de Cultivos mantenida por el ARS en Peoria, Illinois, la utilización de la fermentación en medio líquido ha reducido significativamente los costos de producción de los hongos beneficiosos, especialmente aquellos asociados con el uso de nitrógeno como el nutriente principal para los hongos. Una fuente de nitrógeno, llamada proteína hidrolizada, típicamente se deriva de productos tales como la caseína de leche, la cual cuesta más de 6 dólares por libra. El uso de fuentes más económicas de nitrógeno, tales como la harina de soya o la harina de semilla de algodona, para la fermentación en medio líquido puede reducir el costo tan bajo como 30 centavos por libra.
Por mucho tiempo, las conidias han sido las esporas favoritas para utilización en biopesticidas. Pero los investigadores demostraron que otras células fúngicas pueden ser igualmente eficaces, incluyendo las blastosporas y la microsclerotia. La microsclerotia es matas de fibras pigmentadas en las cuales las conidias pueden formarse. En pruebas de laboratorio, por ejemplo, las conidias que resultaron de tratamientos del suelo con la microsclerotia del hongo M. brunneum mataron el 100 por ciento del gusano radicular Tetanops myopaeformis, comparados con el 25 por ciento matado con los tratamientos de solamente las conidias.
La flexibilidad de la fermentación en medio líquido para producir diferentes tipos de células fúngicas ofrece muchas opciones en término de dónde y cuándo se pueden aplicar los microbios para combatir las plagas, según Jackson.
Lea más sobre esta investigación en la revista 'Agricultural Research' de enero del 2013.
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