Lotta biologica alla flora infestante mediante l`uso di funghi

Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia
Ambasciata d’Italia
Marzo 2003
CANBERRA
Lotta biologica alla flora
infestante mediante l’uso di
funghi fitopatogeni
Biological control of weeds
using fungal pathogens
Maurizio Vurro and Bruce Auld
Maurizio Vurro and Bruce Auld
Introduzione
L’idea di impiegare agenti di malattie
per controllare piante infestanti è stata
utilizzata intorno agli anni ’60. A
partire dagli anni ’80 vi è stato un
aumento delle attività di ricerca con
numerosi promettenti sviluppi, e nel
prossimo
futuro
ci
saranno
probabilmente ulteriori motivi di
interesse per questo campo di ricerca,
quali:
Introduction
The concept of using plant diseases
to control weeds was first utilized in
the 1960’s. Since the 1980’s there
has been an increased research effort
in this area with many promising
developments. In the future there is
likely to be further impetus given to
this work for the following reasons:
ƒ un
aumentato
interesse
dell’opinione pubblica verso la
riduzione dell’impiego dei prodotti
chimici nelle produzioni alimentari;
ƒ l'incremento dei consumi di prodotti
agricoli e agro-industriali biologici;
ƒ la revoca di diserbanti ritenuti
pericolosi;
ƒ l'alto costo di sviluppo e
registrazione di nuove sostanze
attive;
ƒ la mancanza di erbicidi registrati per
le colture minori;
ƒ l'insorgenza nelle specie infestanti
della resistenza agli erbicidi di
sintesi;
ƒ l'impossibilità di utilizzare prodotti
chimici in taluni ambienti naturali o
antropizzati quali i parchi urbani o
naturali,
zone
archeologiche,
foreste;
ƒ l’aumentata consapevolezza della
necessità
di
protezione
dell’ambiente
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ƒ an increased public interest toward
reduction in use of chemicals in
food processes
ƒ an increased consumption of food
and non-food products from
organic farming
ƒ the banning of a number of
dangerous herbicides
ƒ the high costs of development and
registration of new chemical
compounds
ƒ the lack of registered herbicides in
minor crops
ƒ the appearance of herbicidal
resistance of many weeds
ƒ the prohibition of the use of
chemicals in natural or human
environments, such as urban or
natural parks, archaeological sites,
forests
ƒ the increased perception of the
need for environmental protection
There
are
many
fields
or
environments where weed biocontrol
programs
have
been
already
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Molteplici sono i tipi di coltivazione o
gli ambienti in cui sono stati
sviluppati o sarebbe auspicabile
sviluppare programmi di lotta
biologica, quali:
ƒ coltivazioni biologiche
ƒ coltivazioni
tradizionali
(lotta
integrata)
ƒ ambienti naturali
ƒ ambienti
forestali
(naturali/riforestazione)
ƒ ambienti acquatici (canali, corsi
d’acqua, risaie)
ƒ ambienti antropizzati (parchi urbani,
zone archeologiche)
developed or could have an increased
interest for their application, i.e.:
ƒ organic farming
ƒ traditional farming (integrated
control)
ƒ natural environments
ƒ forests (natural/reforestation)
ƒ aquatic environments (canals,
rivers, lakes, rice fields)
ƒ human environments (recreational
parks, archaeological sites)
La lotta biologica
La lotta biologica contro le infestanti
con microrganismi fitopatogeni viene
realizzata
con
due
modalità
fondamentali: il metodo classico e
quello inondativo.
Biological control
Basically, biological control of
weeds using plant pathogens can be
realized through two approaches: the
classic approach and the inundative
one.
Il metodo classico
Definito anche “inoculativo” consiste
nella introduzione di uno o più agenti
patogeni, prelevati dalla stessa zona di
origine della infestante, nell’ambiente
in cui l'infestante si è diffusa e provoca
danni in quanto non “naturalmente”
controllata dai suoi nemici naturali.
Questo metodo prevede l'immissione
del patogeno su una superficie limitata
rispetto a quella infestata in modo da
ottenere una progressiva epidemia che
consenta il controllo dell'infestante
nell'area considerata nel tempo.
Trattandosi di una strategia dal relativo
basso costo, quella inoculativa è adatta
per la gestione delle infestanti diffuse
in aree vaste o a basso redditività,
quali pascoli, ambienti naturali,
The “classical” approach
This
method,
also
called
“inoculative” is based on the
introduction of one or more
pathogens, coming from the same
area of origin as the infesting weed
species, into the place where the
weed has spread and caused damage,
partly due to the absence of natural
enemies. With this approach, the
pathogen is introduced in a limited
area and spreads by itself causing a
progressive epidemic that reduces the
weed infestation over time. In this
case, several years are usually needed
to reach an adequate level of control.
This is a low-cost strategy, and for
that reason is particularly useful
against weeds infesting very wide
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ambienti acquatici, zone boschive. I
migliori risultati sono stati ottenuti in
questo campo in particolare in
Australia e nel continente americano,
proprio perché numerose specie
vegetali sono state introdotte, quasi
sempre dall’Europa e spesso al
semplice scopo ornamentale, e sono
divenute infestanti proprio perché non
avevano nessun nemico naturale.
and/or low income areas, such as
pastures,
natural
environments,
aquatic environments and forests.
This strategy has obtained the best
results mainly in Australia and in
America, where many plant species
have been introduced, often from
Europe
as
ornamentals
and
subsequently escaped cultivation.
Un esempio di lotta biologica riuscita
è il rilascio della ruggine Puccinia
chondrillina per la lotta a Chondrilla
juncea, una infestante di origine
mediterranea diffusasi in maniera
devastante in Australia. Il fungo,
isolato in Italia fu introdotto con
successo
in
Australia.
Successivamente altri isolati dello
stesso fungo, dotati di diversa
virulenza,
furono
ulteriormente
introdotti per contrastare la diffusione
di altri biotipi della infestante. Lo
stesso fungo è stato in seguito
rilasciato con successo negli Stati
Uniti contro la stessa infestante.
One example of success of this
method was the release of the rust
fungus Puccinia chondrillina to
control Chondrilla juncea, a weed of
Mediterranean origin, which had
become widespread in Australia. The
pathogen, isolated in Italy, was
successfully introduced in Australia.
Later, other strains of the same
fungus isolated from the same area of
origin and having different virulence,
where successfully released to
control different weed biotypes. The
same fungus has been introduced
with success also in North America.
Poiché fondamentalmente l’uomo non
ha ulteriori possibilità di gestione del
microrganismo una volta rilasciato
nell’ambiente, per poter avere
successo e nel contempo non causare
danni, i requisiti fondamentali che un
fungo patogeno utilizzabile con il
metodo classico deve soddisfare sono:
a) specificità; b) virulenza; c) mobilità
nell’ambiente;
d)
capacità
riproduttiva;
e)
adattabilità
all'ambiente.
Considering that humans cannot
manage the pathogen after it has been
released into the environment, to be
successful and safe, the main
characteristics it should possess are:
a) specificity; b) high virulence; c)
mobility; d) reproductive capability;
e) environmental fitness.
Il metodo inondativo
Consiste nell'applicazione dell'agente
The “inundative” approach
The inundative approach is based on
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fitopatogeno (in genere spore
fungine) in grandi dosi al fine di
ottenere una rapida epidemia, con
applicazioni analoghe a quelle
impiegate per gli erbicidi chimici.
Esso si basa quindi sulla gestione
delle specie indesiderate utilizzando i
nemici
naturalmente
presenti
nell’ambiente di diffusione della
infestante e potenzialmente in grado
di causare un elevato grado di
malattia. In natura questa potenzialità
non si esplica a causa, per esempio, di
un basso livello di diffusione del
patogeno nell’ambiente o ad una
ridotta disponibilità d’inoculo nel
momento in cui sarebbe necessario
intervenire. Il metodo inondativo si
propone, quindi, di aumentare la
disponibilità
di
inoculo,
accrescendolo in idonee condizioni di
laboratorio
o
industriali
e,
successivamente, di applicarlo in dosi
elevate sulla intera popolazione
infestante,
come
un
erbicida
tradizionale. Il metodo inondativo è
più adatto negli agrosistemi intensivi
sia per le modalità di azione e di
somministrazione, e sia per l'efficacia
dei trattamenti. A causa delle analogie
con gli erbicidi chimici, tali patogeni
vengono chiamati micoerbicidi. La
maggior parte dei funghi fitopatogeni
impiegati sono patogeni indigeni,
benché molti studi abbiano riguardato
la possibile introduzione in quantità
massicce di patogeni esotici. Questi
sono
spesso
applicati
come
bioerbicidi di post-emergenza delle
infestanti, e possono essere applicati
anche più di una volta durante la
stagione.
I requisiti fondamentali che un
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the application of large amounts of
inoculum (fungal spores) to obtain a
fast and severe epidemic, using
methods like those used for herbicide
applications. This strategy uses fungi
naturally present in the environment
that have the potential to cause a
severe disease. In natural conditions
the pathogen is usually not able to
control the weed, usually due to its
scarce presence and limitations to
self spreading. With the inundative
method the pathogen population is
increased in artificial conditions in
the laboratory and then released at
high rates on all the weed population,
as
for
traditional
herbicides.
Considering both the mechanism of
action as well as the management
and the efficacy of treatments, this
strategy is particularly useful in
intensive cropping. Due to the
similarity with chemical treatments,
those agents are usually called
“mycoherbicides” or bioherbicides.
Most of the pathogens used are
indigenous pathogens, although
many studies have focused on the
possibility to use exotic pathogens.
Usually they are used as postemergence treatments, and can be
repeatedly applied during the season.
The main characteristics a pathogen
should have to be considered as a
potential mycoherbicide are: a)
specificity (even if not strictly
necessary); b) high virulence; c)
ability to grow and reproduce in in
vitro conditions; d) high speed of
action;
e)
compatibility
with
common application equipment; f)
compatibility
with
chemical
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micoerbicida dovrebbe possedere
sono i seguenti: a) specificità; b)
virulenza;
c)
possibilità
di
accrescimento in vitro; d) velocità di
azione; e) applicabilità con i comuni
sistemi per la somministrazione dei
fitofarmaci; f) compatibilità con i
fitofarmaci che possono essere usati
nella stessa coltura.
pesticides which may be used in the
same crop.
I micoerbicidi
Nonostante i numerosi studi compiuti,
il numero di micoerbicidi disponibili
in commercio è ancora scarso, a causa
di una serie di problemi che ne
limitano la diffusione. Essi sono di
natura tecnologica, come la difficoltà
di produrre per via fermentativa
grandi quantità, o di ottenere delle
formulazioni stabili nel tempo;
commerciali, quali una ridotta
dimensione dei mercati, rispetto ai
prodotti tradizionali, o gli elevati costi
di produzione e di registrazione, o le
restrizioni
legislative
che
impediscono l’impiego di organismi
viventi; biologici, come la possibilità
di
disporre
di
organismi
particolarmente virulenti, stabili o
l’esistenza di interazioni con altri
organismi;
ambientali,
quali
l’influenza
delle
condizioni
ambientali, i fenomeni di dilavamento
o la inattivazione per effetto delle
radiazioni luminose.
Per questo motivo, numerose strategie
per il miglioramento dei patogeni
sono state proposte, fra cui: impiego
di nuove formulazioni, miglioramento
delle modalità di distribuzione,
aumento della virulenza attraverso la
selezione
di
caratteristiche
migliorative, strategie genetiche,
Mycoherbicides
Although many studies have been
carried out, the number of
mycoherbicides that have reached the
market is still quite low, due to a
number of constraints that hamper
their development. These include:
technological problems, such as
difficulties in
producing large
amounts of inoculum through
fermentation
processes,
or
formulations that ensure high
stability
during
shelf
life;
commercial limitation, as usually the
small size of the markets, high
registration and production costs, or
restricting rules that limit the use of
living
products;
biological
constraints, such as difficulties due to
the management of living organisms
that may lose virulence or interact
with other organisms when applied;
environmental factors, as the
negative
effects
of
weather
conditions, or removal problems due
to washing, or inactivation due to
light.
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For those reasons, many approaches
to enhance the efficacy of
microorganisms have been proposed,
i.e.:
use
of
different
new
formulations;
enhancement
of
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impiego contemporaneo di più
patogeni,
impiego
di
nuovi
microrganismi, inoculazioni con
tossine, batteri, insetti, dosi ridotte di
erbicidi chimici o soppressori dei
meccanismi di difesa.
Qui di seguito sono brevemente
illustrati i bioerbicidi immessi nel
mercato con alterne vicende ed
impiegabili in alcune nazioni.
application
systems;
virulence
enhancement through selection of
better qualities; genetic strategies;
multi-pathogen applications; use of
new microorganisms; inoculations
with toxins, bacteria, insects, low
doses of herbicides or suppressors of
defense mechanisms.
Three commercial mycoherbicides
are briefly described:
Collego
Formulato commerciale a base di
Colletotrichum gloeosporioides f.sp.
aeschynomene usato negli Stati Uniti
nel 1982 per la lotta la leguminosa
infestante Aeschynomene virginica,
nelle colture di riso e soia. E' un
formulato a base di spore disidratate
applicate in una sospensione liquida.
E' in grado di infettare foglie, piccioli e
fusti, oltre che semi e plantule. Dopo
l'applicazione, le lesioni sono visibili
dopo 7-10 giorni, e la malattia
consente un controllo del 90-100%.
Collego
Is a commercial product based on the
fungus
Colletotrichum
gloeosporioides f.sp. aeschynomene,
is used in the United States for
biological control of Aeschynomene
virginica, a legume weed infesting
rice and soybean crops. It consists of
dried spores which are applied in
liquid suspension. It attacks leaves
and stems, as well as seeds and
seedlings. Lesions can be visible 710 days after the application, and
produce between 90 and 100% weed
control.
De Vine
A base di Phytophthora palmivora, un
fungo patogeno di Morrenia odorata,
una infestante degli agrumeti. E'
venduto come sospensione liquida
contenente
circa
6x105
clamidospore/ml, da applicare sulla
superficie del terreno. Provoca la
necrosi dei fusti e la morte delle piante
in 1-6 settimane, a seconda della età
delle piante.
De Vine
The
product
is
based
on
Phytophthora palmivora, a fungus
pathogen of Morrenia odorata, a
noxious plant infesting citrus groves.
It is sold as liquid suspension of
chlamydospores
(around
6x105
chlamydospores/ml), to be applied on
soil surface. It causes stem necrosis
and plant death within 1-6 weeks after
the application, depending on plant
age.
Stompout
Sviluppato in Sud Africa, è un
preparato a base del fungo
Stompout
It has been developed in South Africa
and is based on Cylindrobasidium
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basidiomicete
Cylindrobasidium
laeve per la lotta contro alcune specie
di Acacia introdotte dall'Australia. Le
basidiospore del fungo, confezionate
in sacchetti, prima dell'applicazione
vengono diluite in olio di girasole ed
1-2 ml della emulsione vengono
applicati con un pennello sulla
superficie di taglio fresca delle
infestanti. Il fungo entro 6-12 mesi
dal trattamento, colonizza il ceppo ed
impedisce lo sviluppo di ricacci,
determinando quindi la morte della
pianta, con una efficacia quasi totale.
laeve to control Acacia species
introduced from Australia. The
basidiospores are packaged in small
bags, and are suspended in sunflower
oil before application. 1-2 ml are
applied with a brush on the cut
surface of weeds. The fungus within
6-12 months is able to colonize the
stump preventing the weed resprouting and causing their death. The
application allows an almost complete
control of the plants.
Situazione in Italia
In Italia non sono molto numerosi gli
studi compiuti. Nel 2000 è iniziato un
progetto
di
ricerca
nazionale
intitolato: “Lotta biologica contro
specie di Orobanche mediante funghi
fitopatogeni e loro fitotossine”,
mentre nello stesso anno si è concluso
un progetto triennale finanziato dalla
Commissione Europea denominato
“Optimizing biological control of a
dominant weed in major crops”,
avente
come
obiettivo
il
miglioramento dell’efficacia di un
potenziale micorbicida, Ascochyta
caulina per la lotta a Chenopodium
album, una delle infestanti più diffuse
e dannose in Europa. Lo scorso anno
ha preso avvio un nuovo progetto
europeo (denominato COST 849)
sulla gestione delle piante parassite,
che prevede anche un gruppo di
lavoro interessato alla lotta biologica
contro tali dannose specie infestanti.
Situation in Italy
In Italy studies on biological control
of weeds using fungal pathogens are
few. A national project entitled
“Biological control of Orobanche
using phytopathogenic fungi and
their toxic metabolites” started in
2000, whereas an European Project
entitled
“Optimizing
biological
control of a dominant weed in major
crops” ended in the same year, the
latter having the main aim of
enhance the efficacy of a potential
mycoherbicide, Ascochyta caulina, to
control Chenopodium album, one of
the worst weeds in Europe. Last year
an European Network (named COST
849) on “Parasitic plant management
in sustainable agriculture” was
established, and a working group
dealing with biological control of
those very dangerous plants has been
formed.
Situazione in Australia
Ci sono state numerose introduzioni
di patogeni esotici per controllare
Situation in Australia
There have been a number of
successful introductions of exotic
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infestanti con il metodo classico.
Funghi provenienti dall’Europa, Sud
Africa ed America sono stati
introdotti.
plant pathogens to control weeds in
Australia by the classical method.
Fungi from Europe, South Africa and
America have been introduced.
Le ricerche sull’uso di micoerbicidi in
Australia hanno preso avvio con la
registrazione dell’impiego del fungo
Colletotrichum orbiculare per la lotta
a Xanthium spinosum, infestante
nativa dell’Australia, fin dal 1988. Da
allora, numerosi progetti di ricerca
sono stati condotti in diversi istituti.
Di particolare importanza gli studi
che riguardano la possibilità di
sviluppare formulazioni in colture
non irrigue. Recenti ricerche hanno
permesso la messa a punto ed il
brevetto di una formulazione basata
su una emulsione complessa acquaolio-acqua.
Research into mycoherbicides in
Australia began with the patenting of
the novel use of the fungus
Colletotrichum orbiculare to control
Xanthium spinosum, a native of
Argentina in 1988. Since that time,
several new research projects have
begun at a number of institutes. An
emphasis in Australia has been on
the development of formulations of
mycoherbicides to be used in nonirrigated agriculture. Recent research
has seen the patenting in 2002 of a
formulation based on a water-in-oilin water complex emulsion.
Collaborazioni
Collaborazioni fra Italia ed Australia
sono già in atto fra le istituzioni dei
due autori. Un obiettivo comune è la
possibilità
di
combattere
con
microrganismi l’avena selvatica, la
peggiore infestante del grano.
Metaboliti tossici prodotti da isolati
di Drechslera avenacea, un fungo
isolato in Australia, sono oggetto di
studio in Italia. Un altro potenziale
micoerbicida,
Pyrenophora
semeniperda, patogeno di semi di
graminacee, è risultato produttore di
alcune interessanti tossine.
Collaborations
Collaboration between Italy and
Australia has already been underway
for a number of years with the
institutions of the authors. A
common interest in control of the
world’s worst weed in wheat Avena
spp., wild oats, has been the focus of
one project.
Toxic metabolites of strains of the
fungus Drechslera avenacea found
in Australia are being studied in
Italy. Another potential fungus,
Pyrenophora semeniperda, which
attacks grass seeds, has been found to
have interesting new metabolites.
Prospettive di lavoro congiunto
Italia ed Australia presentano
affinità e differenze che possono
rendere
particolarmente
Perspectives for joint projects
Italy and Australia show affinities
and differences that make the
possibility
of
joint
studies
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interessanti gli studi congiunti. Per
esempio, da un punto di vista
ambientale e climatico, vi sono
delle somiglianze che permettono
a specie vegetali spontanee di un
paese di adattarsi facilmente
nell’altro. Una volta introdotte
queste
piante
spontanee
o
ornamentali, in assenza di nemici
naturali
possono
facilmente
diventare
invasive
e
problematiche. Nel campo della
lotta biologica classica, essendo al
centro del Mediterraneo, l’Italia
costituisce il centro di origine di
numerose
specie
introdotte
volontariamente o accidentalmente
e divenute poi infestanti nel nuovo
mondo. Ed è quindi proprio in
questi ambienti che agenti
fitopatogeni
possono
essere
scoperti e studiati prima del loro
possibile rilascio in Australia. Ma
anche la situazione opposta si può
verificare. Grazie agli scambi
commerciali sempre più intensi, vi
è la possibilità che specie vegetali
originatesi in Australia divengano
gravi infestanti esotiche in Italia.
Questo è accaduto spesso anche in
altri campi della protezione
vegetale, come la introduzione di
Gonipterus scutellatus, un insetto
responsabile di gravi danni
sull’Eucalipto, introdotto in Italia
dall’Australia e successivamente
controllato con buoni risultati
mediante il rilascio del predatore
Anaphes nitens, proveniente dallo
35
particularly
interesting
and
noteworthy. For example, from an
environmental and climatic point of
view, there are many similarities that
allow plants from one country to
easily adapt into the other. Once
those ornamentals or spontaneous
species have been introduced,
without enemies, often they can
easily
spread,
becoming
a
troublesome invasive plant. Being in
the middle of the Mediterranean
basin, Italy often represents the
center of origin of numerous species
introduced
voluntarily
or
accidentally,
which
become
problems in Australia. Precisely in
those centers of origin it could be
possible to find the natural enemies
necessary to control the weeds. But
also the reverse situation could
happen. Due to frequent commercial
trading, there is the possibility that
some species could be introduced
from Australia to Italy and in the
Mediterranean area. This happened
also in other fields of crop protection,
as for example the accidental
introduction
of
Gonipterus
scutellatus, an insect causing severe
damage
on
Eucalyptus
spp.,
introduced in Italy from Australia
and
then
controlled
quite
successfully introducing Anaphes
nitens, a predator found into the same
country.
In the field of inundative weed
biocontrol there are many
opportunities to collaborate, i.e.:
the
possibility
of
finding
pathogens of weeds infesting both
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stesso paese.
Anche nel campo della lotta
biologica inondativa numerose
sono le possibilità di sviluppo di
studi congiunti: possibilità di
individuare patogeni di infestanti
presenti nelle medesime colture,
per esempio frumento e vite;
valutazione della efficacia di
bioerbicidi su biotipi diversi di
infestanti,
confronto
dell’adattabilità
ambientale;
valutazione del rischio del rilascio;
possibilità di eseguire prove in
campo per infestanti o con
microrganismi che non sono da
quarantena;
valutazione
dell’efficacia di formulati in
condizioni colturali differenti.
Australian and Italian crops e.g.
wheat, vineyards; evaluation of
efficacy
of
a
potential
mycoherbicide on different weed
biotypes, comparison of pathogen
fitness in different environmental
conditions; evaluation of risks of
release; field experiments in a
country where the pathogen and
the weed are not quarantine
organisms;
evaluation
of
formulation efficacy in different
cultural conditions.
Dr Maurizio Vurro
Institute of Sciences of Food Production,
C.N.R., Bari, Italy,
email: [email protected]
Dr Bruce Auld
NSW Agriculture and University of Sydney,
Orange, Australia,
email: [email protected]
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