López-Vázquez, Víctor Hugo*; Aguilar-Rivera, Noé**; Algara-Siller, Marcos*; Ibarra-Zapata, Enrique*

*Sistema Nacional de Vigilancia Epidemiológica Fitosanitaria (SINAVEF), Universidad Autónoma de San Luis

Potosí ** Universidad Veracruzana, Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias

hugo.lopez@uaslp.mx

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Análisis de riesgo de dispersión de roya anaranjada (Puccinia Kuehnni) a través del modelo HYSPLIT.

Resúmen La roya anaranjada es una enfermedad que ataca principalmente a la caña de

azúcar (Saccharum officinarum). La forma de trasmisión es a través de las esporas del hongo llamado Puccinia Kuehnni, que son transportadas con facilidad por el viento.

El modelo Hysplit (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model) desarrollado por la NOAA, está diseñado para determinar la trayectoria que siguen las partículas y su dispersión a través de las corrientes de aire; su utilidad ha sido probada en la emisión de alertas atmosféricas de contaminantes, erupciones volcánicas, plumas de humo causadas por incendios forestales o tormentas de arena, pero por sus características de modelación tiene el potencial de ser aplicado en estudios fitosanitarios, sobre todo de aquellos agentes patógenos relacionados con esporas, como en el caso de la roya anaranjada.

Se simuló la trayectoria que pueden seguir las esporas de Puccinia Kuehnni a través de las corrientes de aire, y su aplicación en la determinación de zonas de dispersión y deposición sobre plantaciones de caña de azúcar de México. El modelaje se realizó a partir de los puntos infectados conocidos en los que se ha desarrollado la enfermedad en México. Los resultados fueron integrados en un Sistemas de Información Geográfica para que, en combinación con datos sobre la localización de los hospederos y las condiciones ambientales propicias para el desarrollo de esta enfermedad, se construyera un mapa preliminar de riesgo de roya anaranjada para las zonas cañeras del país. Palabras clave: Roya anaranjada, Hysplit, Puccinia Kuehnni, Modelado aerobiológico Introducción

La roya anaranjada es una enfermedad transmitida por las esporas del hongo llamado Puccinia Kuehnni. Ataca principalmente a los cultivos de caña (Saccharum officinarum), aunque también se ha reportado en S. arundinaceum, Sclerostachya fusca; así como en S. edule, S. robustum y S. Spontaneum (DGSV, 2010). Se caracteriza por la formación de lesiones en las hojas, lo que le da una apariencia pustulosa a la superficie foliar. Los síntomas consisten en pequeñas manchas amarillas y alargadas de entre 2 a 10 mm de largo y de 1 a 3 mm de ancho paralelas a las venas del limbo. Las manchas se tornan rojizas o pardas con el desarrollo de la enfermedad y son visibles por ambos lados de la hoja, rodeándose de un halo amarillo-verdoso al aumentar su tamaño (Sánchez, et al., 2010) (Figura 1).

La enfermedad es proveniente del continente asiático y actualmente se encuentra distribuida en Australia, China, Guam, Indonesia, Japón, Península de Malasia, Myanmar, Nueva Caledonia, Pakistán, Papúa Nueva Guinea, Filipinas, en la parte occidental de Samoa, Islas Salomón, Sri Lanka, Taiwán, Tailandia y Vietnam (CABI, 2010). En América el primer informe verificado se produjo en Florida en 2007 (NAPPO, 2007) Posteriormente se ha detectado en Nicaragua, Panamá, Costa Rica, Guatemala y Venezuela (Figura 2).

En México la primera detección se produjo en el Centro de Investigación y Desarrollo de la Caña de Azúcar (C.I.D.C.A) en Chiapas en el año 2008. Actualmente se ha extendido a los estados de Quintana Roo y Veracruz (CNRF, 2010; Cárcamo et al., 2010) (Figura 3).

Figura1. Síntomas de roya anaranjada en una hoja de caña de azúcar

Figura 2. Distribución mundial de Roya anaranjada

El peligro de esta enfermedad es que la afectación en los cultivos puede

representar hasta el 30% del rendimiento, por lo que el monitoreo y detección temprana son de gran importancia para evitar pérdidas, ya que la severidad de la espora se incrementa de forma exponencial con el tiempo y aparecen de manera repentina durante condiciones ambientales favorables. Su aparición ocurre sobre todo en verano y otoño, ya que se ve favorecida por las condiciones templadas y húmedas. La germinación de las esporas se da dentro del intervalo de 17 a los 34°C de temperatura, pero la óptima es de 18oC, con un 97% de humedad relativa que puede provenir de la lluvia o el rocío (Infante, et al, 2009).

Figura 3 Distribución Nacional de Roya anaranjada La severidad de la roya puede incrementarse dentro de un breve periodo de tiempo,

porque el ciclo reproductivo es muy corto. Una uredospora puede infectar y desarrollar la enfermedad dentro de un ciclo de 14 días, y en un tiempo de seis semanas, pueden haberse infectado campos completos. Las plantas jóvenes de 2-6 meses de edad son más sensibles a la roya que las plantas maduras por lo que la severidad de la enfermedad puede disminuir con la edad (Moreno, et al., 1990).

El principal medio de dispersión de la espora es a través del viento, aunque también puede movilizarse adheridas a la ropa de gente procedente de lugares con presencia de la enfermedad y desplazamiento de material infectado (CABI, 2010). Debido a que el viento es el principal factor de movilización de las roya anaranjada, se monitoreo las trayectorias del viento a través del modelo HYSPLIT para determinar zonas de posible dispersión y deposición de las esporas del hongo Puccinia Kuehnni. Materiales y métodos

Se tomo como base del monitoreo los13 puntos hasta ahora conocidos donde se ha desarrollado la enfermedad de la roya anaranjada en México (DGSV, 2010). Se corrió el modelo HYSPLIT a través de la plataforma SCOPE del SINAVEF para la semana del 14 al 19 de de junio, la última semana de agosto y la semana del 12 al 18 de septiembre 2010 para observar las zonas de posible dispersión de las esporas; finalmente esta información fue conjuntada con el mapa de confort climático del hongo, creado a partir de las condiciones de temperatura y humedad óptima, y se construyó un mapa de riesgos.

El modelo Hysplit (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model),

desarrollado por el Air Resources Laboratory (ARL) de la NOAA, en conjunto la Oficina Meteorológica de Australia, es un modelo que permite simular tanto las trayectorias de partículas, como su dispersión a través del viento, la concentración y las zonas de posible deposición. El modelo está basado en un enfoque Lagrangiano y Euleriano. El primero es utilizado para calcular la dinámica del sistema a través del transporte y la dispersión de las partículas, mientras que el segundo es utilizado para calcular las concentraciones de contaminantes (Draxler y Hess, 1997). La información meteorológica para el modelado es obtenida de diversas bases de datos, históricos de la National Weather Service's National Centers for Environmental Prediction (NCEP) y del National Center for Atmospheric Research (NCAR) de la NOAA (ARL [en línea])

Originalmente, HYSPLIT fue creado para observar la dispersión de gases o partículas provenientes de alguna fuente de contaminación química o nuclear, pero por sus características, actualmente el rango de aplicaciones es variado, ya sea para responder a emergencias atmosféricas derivadas de contaminantes, como para el monitoreo de peligros asociados a erupciones volcánicas, columnas de humo de incendios forestales o tormentas de arena y la vigilancia epidemiológica, como es el caso de estudio Rhome, et al., 2003, NPS [en línea]; Kinser, 2001, Universidad de Huelva [en línea], Baerman, et al., 2001, Clarck, et al., 2002). Resultados

En México, la caña de azúcar se cultiva en 15 estados, pero por su volumen de producción los más importantes son Veracruz, Jalisco, San Luis Potosí y Tamaulipas. Actualmente existen 53 ingenios azúcareros distribuidos en 14 estados que abarcan una superficie de 1,433,439 ha con una producción de azúcar en 2009 de 496,2497 toneladas (CNIAA, 2009) (Figura 4).

Por sus características ambientales de hospederos y clima, ligadas a la presencia

de la plaga, México es vulnerable al ataque de la roya anaranjada en las plantaciones de caña del país. De acuerdo con el modelo climático Maxent, que permite observar las condiciones climáticas análogas a donde se localizan los puntos positivos de Puccinia Kuehnni a través del análisis climático histórico de 19 variables, se observa que prácticamente todas las zonas cañeras del pacífico, con excepción de la parte norte de Sinaloa, están expuestas a la aparición del hongo. Esas mismas condiciones se presentan en la vertiente del Golfo de México hasta el municipio de Úrsulo Galván, Veracruz, donde se realizó la última detección, mientras que para la huasteca, las condiciones aparecen con probabilidades medias de que se presente la Roya anaranjada (Figura 5).

De acuerdo con lo anterior, es importante mantener un monitoreo sobre las zonas cañeras del país, a fin de poder anticipar cualquier brote de la enfermedad, y debido a que el viento es el principal medio de movilización de la enfermedad, HYSPLIT permitió delimitar trayectorias y zonas de posible deposición de las esporas para la construcción del mapa de riesgos.

Figura 4 Estado productores de caña de azúcar

Figura 5 Modelo de máxima entropia

De esta manera, la dirección del viento modelada a través del HYSPLIT, muestran

para junio que las trayectorias pudieron transportar las esporas de Puccinia Kuehnni a las áreas localizadas en los estados de Chiapas, Tabasco, Puebla, Morelos, Michoacán Jalisco y Nayarit, lo que abarcó un área de 877,131 ha de cultivos de caña. En la semana de agosto, el viento mantuvo su trayectoria hacia los ingenios del centro del país, pero esta vez llegó a tocar también la parte de los ingenios de San Luis Potosí, Tamaulipas y Veracruz. Mientras tanto, para septiembre los vientos provenientes de los puntos positivos con la enfermedad, se concentraron en los estados de Veracruz, Tabasco, Oaxaca, Chiapas, Campeche, Puebla y Morelos. En total, durante los periodos seleccionados, las áreas de dispersión de la espora Puccinia Kuehnni, en ingenios azucareros, fue de 1,263,193 ha es decir el 88% del total de superficie cultivada, y con excepción de Sinaloa, los demás estados estuvieron expuestos a la dispersión de la enfermedad. (Figura 6).

Figura 6. Trayectorias de los vientos a partir del modelo HYSPLIT Los modelos HYSPLIT se combinaron con el de Maxent para obtener un mapa preliminar de riesgo. El resultado muestra las zonas que cumplen las condiciones climáticas y que además son las más expuestas a la deposición de esporas de Puccinia Kuehnni. Son las zonas que se localizan en los estados de Campeche, Veracruz, Jalisco, Chiapas y Nayarit (Figura 7).

Figura 7 Mapa de riesgo para roya anaranjada Conclusiones

HYSPLIT representa la primera aproximación a un monitoreo epidemiológico como herramienta en estudios fitosanitarios y de vigilancia epidemiológica, ya que su aplicación en el cálculo de trayectorias del viento resulta de utilidad para la elaboración de mapas de riesgo y emisión de alertas hacia las zonas que presentan vulnerabilidad a enfermedades.

El modelo resulta ideal para organismos como las esporas, ya que tienen un

comportamiento similar al de una partícula contaminante, sin embargo es necesario corroborar los resultados obtenidos con muestreos de campo para validar el modelo, así como incorporar datos de las temperatura y humedad de las fechas en las que se hace el modelaje de las trayectorias para tener datos más precisos sobre la deposición.

El mapa de riesgo para zonas cañeras permite tener una visión preliminar sobre las

zonas cañeras más expuestas a riesgo de roya anaranjada y puede ser insumo para análisis más detallados.

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roya anaranjada (puccinia kuehnii e.j. butler ) en cultivos comerciales de la caña de

azúcar, en el estado de Chiapas, México. XII Congreso Internacional de Fitopatología.

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Clarck, R. Jeong, CH., Phibrick, R., 2002. The influence of canadian wildfires on air quality in philadelphia pa During ne-ops-dep. Pennsylvania Department of Environmental DGSV – CNRF. 2010. Estudio Epidemiológico. Dirección General de Sanidad Vegetal – Centro Nacional de Referencia Fitosanitaria. SENASICA. Draxler, R.; Hess, G., 1997. Description of the HYSPLIT_4 modeling system. NOAA Tech. Memo. ERL ARL-224, NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD, 24 pp Infante, D.; Martínez, B.; González, E.; González, N., 2009. Puccinia kuehnii (KRÜGER) BUTLER Y Puccinia melanocephala H. SYDOW Y P. SYDOW. en el cultivo de la caña de azúcar. Revista de Protección Vegetal (4) 1. Kinser, A., 2001. Simulating Wet Deposition of Radiocesium from the Chernobyl Accident. Master´s thesis. Air Force Inst of Tech Wright-Patterson afb oh school of engineering and management. USA. NAPPO, 2007. Detecciones de roya de la caña de azúcar, Puccinia kuehnii, en el condado de Palm Beach, Florida, Estados Unidos. Sistema de Alerta Fitosanitaria. NAPPO. Disponible en < http://www.pestalert.org/espanol/oprDetail.cfm?oprID=270> [Consultado el 27 de septiembre de 2010] Rhome, J.; Niyogi, D.; Raman, S., 2003. Assessing Seasonal Transport and Deposition of Agricultural Emissions in Eastern North Carolina, U.S.A. Pure and Applied Geophysics (160): 117-141. Sanchéz, J.; Cadavi, M.; Victoria, J., 2010. Presencia de roya anaranjada (Puccinia Kuehnni) en el vallle del Cauca y estrategias de manejo. CENICAÑA, Documento de trabajo 715, Cali, Colombia.

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