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1 Introducción
En el cultivo de las especies del género Brassica, son atacadas por numerosas enfermedades y plagas que provocan importantes pérdidas en las cosechas. Entre ellos, está los lepidópteros que causan pérdidas en la producción en los cultivos de Brassica oleraceae en Europa y América. Entre, las principales plagas se encuentran Pieris rapae (L) y Pieris brassicae (L), Manestra brassicae (L), entre otras. Las cuales son defoliadoras dejando en ocasiones tan solo las nervaduras de las hojas. Por lo que las plantas pierden su valor comercial y son susceptibles a las enfermedades (Ordas, y otros, 2004).
En América del Sur, Pieris brassicae es una especie considerada como invasora, que ocasiona daños en los cultivos de crucíferas y umbelíferas Feltwell, 1978 citado (Zúñiga-Reinoso et al, 2014). Las larvas recién eclosionadas se alimentan de las hojas y van haciendo grandes orificios (Johansen, 1997) citado en (Cartea, y otros, 2021). Tiene una incidencia hasta un 30% de pérdida agrícola (Niño, 2013).
Por otra parte, por la facilidad de adquisición de agroquímicos, la tendencia es usar esos insumos, sin embargo, por el mal uso se genera impactos ambientales negativos. Por ello, la alternativa es emplear biopreparados, como los aceites esenciales que tienen bajo perfil toxicológico y el reto es identificar la concentración óptima para su control de plaga y aplicar en programas de manejo integrado (Calle, 2006)
Los aceites esenciales en la naturaleza, suelen jugar papeles muy importantes en los procesos de defensa y señalización de las plantas (Harborne, 2014). También son productos naturales valiosos utilizados como materia prima en muchos campos, tales como las industrias farmacéutica, agronómica, alimentaria, sanitaria, cosmética y perfumería (Buchbauer, 2000). Los aceites esenciales son mezclas complejas de compuestos volátiles a semi-volátiles generalmente con un fuerte olor, raramente coloreado, soluble en disolventes orgánicos e insolubles en agua. Los constituyentes de los aceites esenciales pertenecen principalmente a dos grupos fitoquímicos: terpenoides (monoterpenos y sesquiterpenos de bajo peso molecular) y, en menor medida, fenilpropanoides, sintetizados a través de diferentes rutas biosintéticas y con distintos precursores metabólicos primarios (Julio et al, 2016). Los terpenoides son los responsables de la actividad de repelencia o mortalidad que causan sobre el insecto (Canto y Pascual, 2017)
A la fecha se tienen varios aceites esenciales en formulaciones comerciales registradas. Entre estos productos, los más frecuentes son el ajo (Allium sativum), el clavo (Syzygium aromaticum), el cedro Juniperus virginiana), la menta (Mentha piperita) y el romero (Rosmarinus officinalis), varios de ellos dirigidos a numerosos artrópodos, incluyendo moscas, mosquitos, mosquitos, polillas, avispas, arañas y ciempiés (Lugo y Morales, 2017).
En ese sentido el presente trabajo tiene como objetivo evaluar la actividad insecticida de aceites esenciales de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens) en diferentes volúmenes de aplicación para el control de la mariposa blanca de la col (Pieris brassicae), en estado larval bajo condiciones de laboratorio.
2 Materiales y métodos
2.1 Localización de la investigación.
El presente trabajo se realizó en el laboratorio de entomología de las instalaciones de la Unidad Académica Campesina Carmen Pampa (UAC-CP) de Coroico, de la provincia Nor Yungas el Departamento de La Paz, Bolivia. Geográficamente situada a 16° 20’ 30” de latitud Sur y 67° 50’ 00” de longitud Oeste a una altura de 1850 m.s.n.m. y una distancia de 90 km de La Paz a Carmen Pampa (Alarcón, 2008).
2.2 Obtención de aceites esenciales
Se recolectaron 50 kg de hojas de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens), los mismos fueron llevados a instalaciones de los laboratorios de la ONG Corazón del Bosque. A través del equipo de extracción por arrastre de vapor se procedió a la obtención de los aceites.
Previamente, se realizó el cálculo para la disolución de la dosis a un volumen de 1000 ml como se aprecia en la tabla 1
Tabla 1 Concentración teórica de los aceites esenciales para 1000 ml
| Volúmen del Extracto (E) | H2O | Total de mezcla (ml) T=E+ H2O | Proporción para 100 ml P = E*1000/T (ml) | Concentración redondeada para ml/1000 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 100 | 102 | 19,60784 | 20 |
| 1 | 100 | 101 | 9,90099 | 10 |
| 0 | 100 | 100,50 | 4,97512 | 5 |
| Total | 35 | |||
Para la extracción del aceite, en el recipiente del destilador se agregó 4000 ml de agua destilada y fue sometida a una temperatura de aproximada 90°C. Después, en el segundo recipiente (tipo embudo) se colocó la materia prima de 10 kg (constituida por las hojas de las especies en estudio) cuyo tiempo de extracción duro 2 horas. Para culminar el proceso de extracción el aceite (que sale de la condensación por evaporación) se recibió en un embudo de separación (con medidas graduadas en ml para su cuantificación), el cual se agitó para homogenizar y liberar de los gases generados durante el proceso de extracción del aceite (ver Figura 1).
La estimación de la concentración mínima fue elaborada en base a lo recomendado por (Calle, 2006) ver tabla 2.
Tabla 2 Estimación de la concentración mínima requerida.
| Tipo de estimación | Extracto | Valor mezcla de DL50 (ml) | D para 100 ml = (1*100)/(DL 50) |
|---|---|---|---|
| Regresión lineal | Matico (Piper angustifolium) | 177,56 | 0,56 |
| Hierba luisa (Cymbopogon citratus) | 140,64 | 0,71 | |
| Regresión polinómica de 2do grado | Matico (Tagetes graveolens) | 114,56 | 0,87 |
| Hierba luisa (Cymbopogon citratus) | 87,59 | 1,14 |
Fuente (Calle, 2006)
Mediante el método de la cascada, por el protocolo de disolución de aceites stock, indica que cualquier extracto a usarse debe multiplicar por 1000, codificado como 100x, dónde x es la concentración mínima requerida de un extracto, como se requiere entre 0,5; 1 y 2 ml de aceite como mínimo para diluir en 1000 ml de H20 destilada y con la adición a cada nivel de 1gr de detergente. Previamente, se realizó el cálculo del nivel de la toxicidad para la planta de los volúmenes antes indicados.
2.3 Recolección de larvas de mariposa Blanca de la col
Fueron colectadas de las huertas orgánicas del cultivo de brócoli de la Unidad Académica Campesina de Carmen Pampa (UAC-CP) en frascos entomológicos. Para evitar cambios de hábitat de las larvas fueron mantenidas en las hojas del brócoli por 24 horas. En la base de las cajas Petri se colocaron hojas de brócoli y se pusieron 10 larvas y cada caja Petri representa una unidad experimental.
2.4 Aspersión de los aceites esenciales
Luego las dosificaciones de los aceites fueron aplicadas a cada unidad experimental (caja Petri) a 1 ml mediante un aspersor a una distancia de 20 cm de las larvas.
2.4.1 Diseño estadístico
El diseño aplicado fue completamente al azar, analizando el tipo de aceite esencial en distintas concentraciones para el control de la mariposa de la col en estado larval y cada tratamiento con 3 repeticiones.
2.4.2 Variables de respuesta
Porcentaje de mortalidad de los insectos, se determinó contabilizando las larvas muertas en los diferentes tiempos y expresados en porcentaje de acuerdo a la siguiente formula:
Dosis letal media (DL50), se contabilizó el número de larvas que mueren por día en función al tratamiento aplicado hasta obtener más de un 50%. Estos datos fueron analizados mediante probit al 5% de probabilidad, relacionando la concentración del aceite y la mortalidad de las larvas.
Tiempo letal medio (TL50), para el cálculo de esta variable se midió el tiempo que tardan en morir las larvas un 50% de cada uno de los tratamientos en estudio. El mismo fue analizado a través de probit, por medio de una regresión lineal para cada extracto y por repetición.
Análisis de costos, se realizó el análisis de costos, calculando el costo unitario de producción (Cu), costo unitario de venta (Cuv), donde Cu es igual a la relación entre los costos totales (CT) y la cantidad de producción (Q). los CT (costos totales) son el resultado de la sumatoria de los costos fijos (CF) y los costos variables (CV), siendo los costos fijos los equipos, maquinarias, herramientas e infraestructura, expuestas a la depreciación y los costos variables aquellos materiales o insumos cuya cantidad depende de la cantidad de producción como la materia prima y mano de obra directa.
2.4.3 Análisis estadístico
Se realizó el análisis de varianza para determinar si existe o no una diferencia significativa entre los tratamientos en relación a las variables de respuesta (porcentaje de mortalidad y tiempo de mortalidad) a un nivel de 5% de error experimental. De encontrarse diferencias significativas se aplicó la prueba Duncan a un nivel de 5% de error experimental.
Para determinar la concentración letal al 50% se realizó el Análisis de Probit mediante el programa SPSS. El modelo probit constituye una alternativa log-lineal para manejar conjuntos de datos con variables dependientes. Típicamente, este modelo se utiliza para analizar datos del tipo dosis de respuesta. Los datos obtenidos de un bioensayo no pueden ser analizados con la metodología estadística tradicional que se usa en los ensayos de campo, sino se debe utilizar lo que se llama estadística, la cual se caracteriza por la respuesta a un estímulo de unidades experimentales, donde las unidades responden y n-R no lo hacen. El principal objetivo de este tipo de análisis es evaluar el nivel de estímulo que es necesario para obtener una respuesta en un grupo de individuos de la población. El nivel de estímulo que causa una respuesta en el 50% de los individuos de una población bajo estudio es un importante parámetro de caracterización denominado como dosis letal media (DL50) o dosis efectiva media (DL50) y límite de tolerancia media (Ltm). El periodo de tiempo durante el cual se expone el estímulo debe ser especificado, por ejemplo, 24 horas máximo para determinar la DL50, esto con el fin de comparar y estimar la potencia relativa del estímulo (Castro y Zabaleta, 1998).
Se utilizó el análisis de correlación para determinar el grado de relación de las concentraciones de los distintos aceites de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens) sobre las variables de respuesta porcentaje de mortalidad.
3 Resultados y discusión
3.1 Extracción de aceites esenciales
El análisis de varianza para la producción de aceite (ml), tiempo de producción (min) y rendimiento en (ml/kg/hr) de la extracción de los aceites esenciales resultó altamente significativo a un nivel de 1% como se aprecia en la tabla 3.
Tabla 3 Análisis de varianza para las tres variables de rendimiento de aceite.
| Fuente | Parámetro | Aceite (ml) | Tiempo (min) | Rend. (ml/kg/hr) |
|---|---|---|---|---|
| Tipo de extracto vegetal | F | 23,26** | 62,11** | 19,70** |
| Pr > F | 0,0001 | 62,11 | 0,0002 | |
| CV (%) | 11,59 | 5,98 | 18,52 |
En la Figura 2 se denota que la producción de aceite varió en función a la especie de estudio, el matico (Piper angustifolium) obtuvo mayor cantidad (12,5 ml) a diferencia de las otras especies. De la misma forma se observa, que para producir 12,5 y 10 ml de aceite de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) respectivamente similar de 1,15 horas. En cambio, en la wacataya (Tagetes graveolens) llegó a producir 7,5 ml en 1 hora.
Con relación, al rendimiento en ml/kg/h, el aceite procedente de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) presentaron una similar producción, en cambio, el aceite de la wacataya (Tagetes graveolens) su rendimiento fue menor (Figura 2).
Figura 2: Efecto del tipo de aceites de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens) en el volumen (ml), tiempo (h) de producción y el rendimiento (ml/kg/h). Letras iguales son estadísticamente similares o viceversa.
La producción de aceite de matico (Piper angustifolium) y de hierba luisa (Cymbopogon citratus) difiere con lo obtenido por (Calle, 2006) quien obtuvo 1,35 y 0,70 ml/kg/hora de las misma especies antes indicadas. Estos resultados comparados con el presente estudio denotan una baja producción con relación al matico (Piper angustifolium) y alta producción en hierba luisa (Cymbopogon citratus), esto probablemente se deba a las condiciones climáticas y época de colecta del material vegetal, esto es respaldado por (Pozo-Espinoza, 2006) indica que el porcentaje de rendimiento del aceite esencial de hierba luisa (Cymbopogon citratus) varía entre los meses de mayo (0,714% - 1,485%) a junio (1,188% - 1,178%), debido a factores climáticas al momento de la cosecha, las cuales varían de templado-húmedo a cálido- húmedo, o viceversa. Así como, a la cantidad de planta recolectada y el tiempo que transcurre hasta el momento de la extracción del aceite. Siendo más recomendable cosechar hierba luisa (Cymbopogon citratus) en cálido-húmedo.
Además, la cantidad de aceite extraído también está influenciado por el tiempo de extracción. En un estudio realizado por (Morocco, 2017) menciona que para la extracción del aceite de hojas de matico (Piper aduncum) requirió 2 horas en obtener 25 ml de aceite a partir de 4,5 kg de muestra en el condensador modular (coraza y tubos), que un tipo de condensador de serpentín de LOPU que extrajo 13,5 ml. Al comparar, con Piper aduncum con el mismo equipo de extracción por condensación por evaporación en Piper angustifolium fue 12,5 ml en 1 hora, por lo que se podría señalar que se encuentra de los estándares de producción de aceite con referente al mismo género.
En contraste en wacataya (Tagetes graveolens) en la presente investigación se obtuvo 7,5 ml. No obstante, por el método de extracción Soxhlet (Coronel, 2019) obtuvo 3 ml en 3 horas con una muestra de 60 gramos, lo cual difiere en cuanto al tipo de extractor de aceite y cantidad de material vegetal empleado.
3.2 Porcentaje de mortalidad
El ANVA presentó diferencias significativas para el tipo de aceite y dosis de aplicación (F=4,8; GL1,36; P<0,01) y (F=641,6; GL3,36; P<0,01), y no se presentaron diferencias significativas en cuanto a la interacción de factores (F=2,0; GL6,36; P>0,01). En la figura 3 se observa que la aplicación de los aceites de matico (Piper angustifolium) y de hierba luisa (Cymbopogon citratus) ocasionaron 60% de mortalidad, mientras que el aceite de wacataya (Tagetes graveolens) causo 55% de mortalidad.
Entre los aceites empleados para la larva de la mariposa de col se tiene un porcentaje de mortalidad de 60% tanto en los aceites de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) ver Figura 3. Esta situación, se puede explicarse que las especies del genero de Piper (matico) contiene en sus hojas y ramas aceites esenciales, ácido artánico, resinas, sustancias amargas (maticina), taninos, alcaloides, saponinas, flavonoides triterpenoides que tienen acción de control de insectos en especial en larvas (Sotelo, 2016).
El aceite de hierba luisa (Cymbopogon citratus) tiene actividad antiviral y propiedad analgésicas, cuyo principal componente es el citral entre un 70% a 80% (este compuesto tiene actividad tóxica), por esto tiene un efecto en una mayor mortalidad en las larvas de col de la mariposa (Armas et al, 2021)
El aceite de wacataya (Tagetesgraveolens) tiene función bioinsecticidas. Al respecto, en un estudio realizado por (Coronel, 2019) en afidos (Myzus persicae) con aceites de wacataya (Tagetes minuta), eucalipto (Eucalyptus globulus) y romero (Rosmarinus officinalis), demostró que el aceite de wacataya (Tagetes minuta) fue más efectivo que los otros aceites en producir mayor mortalidad en menor tiempo. En la investigación en las larvas de col, se constató que la wacataya (Tagetes minuta) presentó menor porcentaje de mortalidad.
Figura 3: Porcentaje de mortalidad de larvas de la mariposa de col, por la aplicación de diferentes tipos de aceites de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens). Letras iguales son estadísticamente similares o viceversa.
Figura 4: Porcentaje de mortalidad de larvas de la mariposa de col por efecto del volumen aplicado de los aceites empleados de matico (Piper angustifolium) , hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens). Letras iguales son estadísticamente similares o viceversa
En la figura 4 se aprecia la mortalidad de las larvas de la mariposa de la col a diferentes dosis de aceites, se denota que a mayor volumen (2 ml) aplicado, es mayor el porcentaje de mortalidad (96,67%) que viceversa. De la misma forma, se observa que, sin la adición de ningún aceite el porcentaje de mortalidad fue de 13,33%.
El alto porcentaje de muertos de las larvas de col con 2 ml en el presente estudio, se corrobora con otras especies de aceites, es así que (Dominguez, 2020) en un trabajo aplicando 1 μg, 10 μg, 100 μg, 1mg, 10 mg de aceites de tomillo (Thymus Vulgaris), romero (Rosmarinus Officinalis), menta (Mentha piperita), perejil (Petroselinum crispum), lavanda (Lavandula angustifoliá), cilatro (Coriandrum sativum), jengibre (Zingiber officinale) y eucalipto (Eucalyptus), señala que, a medida que se aumenta el volumen de aceite tiene un efecto supresor en el control de Tuta absoluta. Similar patrón fue reportado por (Marín, 2017) al aplicar concentraciones de 1,25; 2,5; 5 y 10 μl/mL-10- 4 de aceites de hinojo (Foeniculum vulgaré), tomillo (Thymus Vulgaris), lavanda (Lavandula angustifolia) y romero (Rosmarinus Officinalis) y recalca que a medida que se incrementa la concentración del aceite, la mortalidad asciende para control de la mosca blanca (Bemisia tabasi).
En un trabajo realizado por (Reyes-Guzman et al, 2012) mencionan que al incrementar el volumen del aceite de dos especies de eucalipto (E. globulus y E. camaldulensis) para el control Rhygopertha dominica ocasionan a las progenies un gasto energético que eventualmente ocasiona la muerte.
3.3 Dosis letal media (DL50) y tiempo letal medio (TL50)
En la tabla 4 indica que la dosis letal media (DL50) fue estadísticamente significativa y para el tiempo letal medio (TL50) fue altamente significativo, lo que indica que el 50% de población de larva de P. basssicae fue controlado a diferentes dosis de aplicación de cada aceite esencial.
Tabla 4 Análisis de varianza de DL50 y TL50
| Fuente | Parámetro | DL50 | TL50 |
|---|---|---|---|
| Tipo de extracto vegetal | F | 7,03* | 0,0002** |
| Pr > F | 0,0145 | 24,81 | |
| CV (%) | 7,40 | 7,26 |
En la figura 5 se observa que el aceite de wacataya (Tagetes graveolens) ocasionó un 50% de mortalidad con 6,5 ml de aceite esencial disuelto en 1000 ml de disolución en un lapso de 17,05 min. Entretanto, los aceites de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) causaron un 50% de mortalidad al aplicar 5,5 y 5,4 ml de aceite respectivamente en un tiempo de 12,97 y 12,35 minutos.
Figura 5: DL-50 y TL-50 de los diferentes tipos de aceites de matico (Piper angustifolium), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y wacataya (Tagetes graveolens) en las larvas de la mariposa de col. Letras iguales son estadísticamente similares o viceversa.
Las dosis el aceite de wacataya (Tagetes graveoiens) presentó un coeficiente de determinación mayor (0,9036) en comparación con los otros dos aceites esenciales. Mientras, con el aceite de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) se obtuvieron una recta paralela relevante y un coeficiente determinación de 0,8503 y 0,8668 respectivamente (Figura 6). Por lo que, se podría argumentar, que wacataya (Tagetesgraveoiens), matico (Piper angustifolium) y hierva luisa (Cymbopogon citratus) tenían un 90,36; 85,03 y 86,68 % respectivamente de variabilidad a su promedio y es explicado por el modelo de regresión ajustado. Lo que indica que es un modelo lineal adecuado para describir la relación que existe entre estas variables.
Figura 6: Análisis de correlación entre la mortalidad y la dosis aplicado de cada aceite esencial en las larvas de la mariposa de col.
Los tres aceites usados para el control de la larva de mariposa presentaron una efectividad tanto en dosis letal media y tiempo letal al 50%. No obstante, resaltaron, los aceites de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) con reducido volumen del aceite (5,4 y 5,5 ml respectivamente) y un tiempo menor (12 min), que el aceite de wacataya (Tagetes graveolens). De esta manera se podría señalar que este último demuestra menor eficacia en el control de la larva de col de la mariposa. La diferencia de resultados presentados, probablemente se deba a la afirmación de (Marín, 2017) que los aceites contienen compuestos activos de efectos sinérgicos o aditivos. Usar compuestos con diferentes efectos y diferentes mecanismos de acción podría ayudar a eliminar o retrasar la resistencia. Además, se debe considerar que hay aceites que son más volátiles que otros y de ello depende su efectividad.
La actividad bioinsecticida de los aceites es diferencial depende de la especie. Esta afirmación es corroborada por (Marín, 2017) quien menciona en un estudio realizado en el control de la mosca blanca (B. tabaco) con aceites de hinojo (Foeniculum vulgaré), tomillo (Thymus Vulgaris), lavanda (Lavandula angustifoliá) y romero (Rosmarinus Officinalis). De todos los aceites, el tomillo (Thymus Vulgaris) presentó una mayor mortalidad, encontrándose diferencias significativas con el romero (Rosmarinus Officinalis) que resultó el menos efectivo. Los rangos de dosis de los aceites de hinojo (Foeniculum vulgare) y lavanda (Lavandula angustifolia) se solapan, lo que indica que tienen un efecto similar sobre B. tabaco.
3.4 Análisis de costo/beneficio
Para el análisis económico se tomó los precios referenciales obtenidos por (Calle, 2006) de 2,1 Bs (2,67 + 1,43 Bs). El cálculo se realizó para 10 y 100 kg de materia verde de cada especie para procesamiento de los aceites. En la tabla 5 se observa en la relación de beneficio costo para las tres especies con un material fresco de 10 kg no resulta ser rentable. Sin embargo, con 100 kg las especies de Matico (Piper angustifolium) y Hierba Luisa (Cymbopogon citratus) presentan una rentabilidad de 1,5 y 1,2 Bs. no así para la especie de wacataya (Tagetes graveolens).
Tabla 5 Relación beneficio/costo para la producción de aceite esencial de las tres especies de estudio
| Extracto | Costo (Bs) | Red. (ml) de 10 kg materia verde | Red. (ml) de 100 kg materia verde | B/C (10 kg) | B/C (100 kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| Matico | 882,40 | 62,50 | 625 | 0,15 nr | 1,5* |
| Hierba Luisa | 882,40 | 50,00 | 500 | 0,12 nr | 1,2* |
| Wacataya | 882,40 | 37,50 | 375 | 0,09 nr | 0,9 ns |
4 Conclusiones
Piper angustifolium fue la que produjo mayor cantidad de aceite (12,5 ml) con relación a las demás especies. Los tres aceites presentaron un efecto controlador en las larvas de col de la mariposa, pero, los aceites de matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) alcanzaron una mortalidad de 60%, en relación a la wacataya (Tagetes graveolens) que se obtuvo 55%. De la misma forma se evidenció que los aceites matico (Piper angustifolium) y hierba luisa (Cymbopogon citratus) fueron más efectivos en controlar 50% DL y TL con 5,5 y 5,4 ml en 12,35 y 12,97 horas respectivamente.
Los aceites esenciales son alternativas para el control de plagas y enfermedades y que su efectividad depende del ingrediente activo que aporta la especie, época de cosecha, parte vegetativa o reproductiva empleada como material inicial para la extracción de aceite y el tipo de extractor empleado.
