Reutilización de sustrato (arroz-avena) para la producción de conidiosde Beauveria bassiana y Cordyceps javanica: efectos sobre la calidad y el rendimiento a lo largo de ciclos productivos Public Deposited
The rapid demographic growth, with an estimated world population of over 9 billion and rising by 2050, that means agricultural production needs to achieve food demands. This constant growth has led to an increase in agriculture, especially the use of chemical pesticides to protect crops from pests and diseases. However, their excessive use can cause serious environmental and human health problems, as well as the resistance of the pests themselves to these. Therefore, finding sustainable and safe alternatives has become a necessity, within these is the use of entomopathogenic fungi. Entomopathogenic fungi, such as Beauveria bassiana and Cordyceps javanica, have been used for biological control as a promising solution, since they act by infecting, parasitizing and causing the death of pest insects, such as the fall armyworm whitefly nymph, coffee borer beetle, fruit fly, and citrus psyllid, by the adhesion of the conidia to their cuticle. However, mass production of conidia faces important challenges, especially in the selection of substrates that allow efficient and economical growth in solidstate fermentation. In this study, the production of conidia by Beauveria bassiana CHE-CNRCB-431 and Cordyceps javanica CHE-CNRCB-303 was examined using three different substrates (rice, oats, and a mixture of rice and oat (50:50)) to determine which provided the highest yield for each fungus. Rice was found to be the optimal substrate for both C. javanica and B. bassiana. Based on this selection, experiments were carried out on with the reuse of the selected substrate to determine the number of production cycles and evaluate the effects on the quantity and quality of the conidia produced in each case. The results showed a significant increase in the yield of both fungi in the second cycle by reusing the substrate without the use of additional unit operations (any pre-treatment of the substrate, drying, constant aeration, reinoculation). For C. javanica, it was observed a notable decrease in the quantity and quality of conidia from the third cycle to the fourth and last cycle, this apparently due to changes in humidity and pH mainly in the substrate. However, B. bassiana, the minimum parameters for conidia quality were maintained all through the three cycles achieved. Regarding amylase production, key enzymes in the degradation of starch present in rice, the production varied between the two fungi and across the cycles. C. javanica showed a progressive decrease in amylase production with each reuse, which coincided with a reduction in the quality of the conidia produced. On the other hand, B. bassiana started with a low amylase production (0.63 U/gssi and 1.3 U/gssi) during the first and second cycle, but in the last one, there was a significant increase (7.66 U/gssi). In conclusion, the reuse and selection of substrates to produce conidia from entomopathogenic fungi can contribute into a sustainable and economical production. It is essential to control key factors such as pH and moisture to maintain optimal growing conditions, ensuring the quality, viability, and efficacy of the conidia throughout the production cycles. Additionally, monitoring enzymatic activity (particularly amylase production) could provide a wide understanding in the effect of these enzymes on substrate degradation and conidia production in each cycle. In this way, the reuse of substrates to produce conidia could be a strategy that not only can reduce production costs and waste generation but also minimize the reliance on chemical pesticides, promoting a safer environment and friendly agricultural practices.
El rápido crecimiento demográfico, con una estimación de una población mundial en 2050 de más de 9 mil millones y en aumento, la producción agrícola deberá satisfacer necesidades alimentarias. Este crecimiento constante ha llevado a un incremento de la agricultura, especialmente en el uso de plaguicidas químicos para proteger los cultivos de plagas y enfermedades. Sin embargo, su uso excesivo puede causar graves problemas ambientales y a la salud humana, así como la resistencia de las mismas plagas a estos, por lo que encontrar alternativas sostenibles y seguras se ha convertido en una necesidad, y dentro de estas se encuentra el uso de hongos entomopatógenos. Los hongos entomopatógenos, como Beauveria bassiana y Cordyceps javanica se han ocupado para el control biológico de plagas, como una solución prometedora, ya que, infectan, parasitan y pueden llegar a causar la muerte de insectos plaga como el gusano cogollero, ninfa de la mosca blanca, broca del café, mosca de la fruta, psílido de los cítricos mediante la adhesión de los conidios a su cutícula. No obstante, la producción masiva de conidios enfrenta desafíos importantes, especialmente en la selección de sustratos que permitan un crecimiento eficiente y sea económico en procesos de fermentación en estado sólido. En este trabajo se examinó en tres distintos sustratos arroz, avena, y una mezcla de arroz y avena (50:50) la producción de conidios de Beauveria bassiana CHE-CNRCB-431 y Cordyceps javanica CHE-CNRCB303, para determinar cuál proporcionaba un mayor nivel de producción en cada hongo. Se encontró que el arroz fue el sustrato óptimo tanto para C. javanica, como para B. bassiana. Con base en esta selección, se procedió a experimentar con la reutilización del sustrato seleccionado para determinar la cantidad de ciclos productivos y evaluar los efectos sobre la cantidad y calidad de los conidios producidos, en cada caso. Los resultados obtenidos mostraron en ambos hongos un aumento significativo en su producción en el segundo ciclo reutilizando el sustrato sin adicionar operaciones unitarias (tratamiento previo al sustrato, secado, aireación constante, reinoculación). En el caso de C. javanica a partir del tercer ciclo se presentó una notable disminución en la calidad y cantidad de conidios hasta el cuarto y último ciclo, esto al parecer debido a cambios en la humedad y en el pH, principalmente. En el caso de B. bassiana, mantuvo los parámetros mínimos en cuanto a la calidad de conidios a lo largo de los 3 ciclos logrados. En cuanto a la producción de amilasas, enzimas clave sobre la descomposición del almidón presente parte en el arroz, varió entre los dos hongos y en cada ciclo. C. javanica mostró una disminución progresiva en la producción de amilasas con cada ciclo de reutilización, lo que coincidió con una reducción en la calidad de los conidios producidos. Por su parte, B. bassiana inicio con una baja de producción de amilasas (0.63 U/gssi y 1.3 U/gssi) durante los primeros dos ciclos, y en el último aumentó significativamente la producción (7.66 U/gssi). En conclusión, la reutilización y la selección de sustratos para la producción de conidios de hongos entomopatógenos puede contribuir a una producción más sostenible y económica, tomando en cuenta que para su producción el control de factores clave como el pH, la humedad para mantener las condiciones de cultivo dentro de los rangos óptimos es esencial para asegurar la calidad, viabilidad y eficacia de los conidios a lo largo de los ciclos productivos. Además, el monitorear la actividad enzimática (especialmente la producción de amilasas) podría dar un panorama más amplio y certero del efecto de estas enzimas en la degradación del sustrato y la producción de conidios en cada ciclo. De este modo, esta estrategia de reutilización no solo permitiría la reducción de costos de producción, generación de residuos y minimizar la dependencia de plaguicidas químicos, promoviendo prácticas agrícolas más seguras y respetuosas con el medio ambiente.
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