FITOPATOLOGIE

Conf. dr. Beatrice Michaela IACOMI

2010

2

Capitolul 1

Bolile plantelor. Generalit i.

Con inut. Obiective. Capitolul abordeaz terminologia specific, diversitatea simptomelor prin care se manifest bolile plantelor precum i raportul dintre acestea i tipurile de pierderi ocazionate de prezen a lor. De asemenea, sunt prezentate no iuni de baz referitoare la agen ii fitopatogeni: mod de via , propriet i parazitare, patogenez. Acest capitol are drept obiective: precizarea obiectului de studiu al fitopatologiei i importan a acestei discipline n practica horticol; familiarizarea cu principalele simptome ale bolilor plantelor i cu propriet ile agen ilor fitopatogeni. 1.1. Fitopatologia. Defini ie i obiect de studiu Fitopatologia (Patologia vegetal) este tiin a care studiaz bolile plantelor. Termenul provine din cuvintele greceti phyton - plant, pathos suferin i logos tiin . n linii mari termenul corespunde conceptului de medicin a plantelor. Fitopatologia studiaz simptomatologia (patografia) bolilor, cauzele care stau la baza apari iei lor (etiologia), modul de ac iune al agen ilor fitopatogeni i evolu ia bolilor (patogeneza), rela iile plant gazd - agent patogen - condi ii de mediu (ecologia bolilor) precum i experimentarea, elaborarea i aplicarea msurilor de combatere preventive (profilaxia) i curative (terapia). Ca urmare, fitopatologia are rolul de a dezvolta cunotin ele despre bolile plantelor dar i de a elabora metode i strategii prin care acestea pot fi evitate sau controlate. Rezolvarea unei probleme fitopatologice n practica horticol se bazeaz pe cunoaterea aprofundat a plantei gazd, a cerin elor i modalit ilor de cultur, a agen ilor fitopatogeni i a condi iilor care favorizeaz evolu ia acestora precum i a contextului socio-economic n care evolueaz sistemul de produc ie. Fitopatologia reprezint un factor major n produc ia vegetal. Prin cunoaterea i diagnosticarea corect a agen ilor responsabili, fitopatologia se impune ca o baz de reflec ie i de ac iune n aplicarea strategiilor de combatere a patogenilor plantelor. De asemenea, fitopatologia are i o coordonat economic, impus de aprecierea pierderilor datorate prezen ei agen ilor fitopatogeni, de alegerea unei strategii de combatere, fapt care se bazeaz pe o analiz economic n care intr n calcul rela iile ntre costul metodelor de lupt, severitatea bolii i venitul ateptat. Nu n ultimul rnd, fitopatologia are i o coordonat legat de protec ia mediului nconjurtor (poluarea apelor, aerului) i sntatea consumatorilor (micotoxine, reziduuri de pesticide n recolt i produsele finite). Fitopatologia este o tiin care utilizeaz i combin no iuni de baz de botanic, micologie, bacteriologie, virologie, fiziologie, genetic, biologie molecular, biochimie, legumicultur, viticultur, pomicultur, arboricultur, floricultur. Prin boal se n elege, n sens larg, orice abatere (anomalie) observat n raport cu fenotipul ateptat, cauzat de ac iunea microorganismelor virusuri, bacterii, fitoplasme sau ciuperci. Ca urmare, conceptul de boal se refer la orice tulburare a echilibrului func ional (fiziologic) i structural (anatomo-morfologic) care pune n pericol dezvoltarea normal a plantei i care conduce la scderi cantitative i calitative de recolt.

3

Pentru fermierul horticultor acest concept este n primul rnd unul opera ional, fiind legat de obiectivul economic ateptat i fixat. Este acceptat faptul c o plant este sntoas atunci cnd func iile fiziologice (absorb ia apei i elementelor nutritive i translocarea acestora n plant; fotosintez; metabolizarea sau depozitarea produilor de fotosintez; capacitatea de a produce semin e sau organe vegetative de nmul ire) sunt ndeplinite la nivelul poten ialului su genetic. Cnd capacitatea celulelor plantei de a ndeplini func ii fiziologice interfer cu agen i patogeni, activitatea lor este alterat, ntrerupt sau inhibat iar planta se mbolnvete. Este greu de demarcat net starea normal a plantei de starea de boal. Momentul n care apar simptomele este adesea considerat ca fiind nceputul declanrii bolii ns, n realitate, procesul patologic este ini iat anterior, odat cu prima celul contaminat, prin modificri cantitative imperceptibile ale proceselor fiziologice i biochimice. Amplificarea acestor procese i acumularea lor determin dezechilibre progresive la nivel celular, exteriorizate la un moment dat prin modificri anatomo-morfologice evidente (simptome) caracteristice strii de boal. Tipul de celule i esuturi afectate determin tipul de proces fiziologic alterat; de exemplu: putrezirea rdcinilor mpiedic absorb ia apei i elementelor nutritive din sol; infec ia vaselor conductoare de tip xilem n cazul ofilirilor vasculare sau a unor ulcera ii interfer cu translocarea apei i mineralelor n plant; infec ia vaselor floemice (la nivelul nervurilor frunzelor sau n scoar a tulpinilor i lstarilor) n cazul ulcera iilor i bolilor produse de virusuri i fitoplasme interfer cu translocarea produilor de fotosintez prezen a patogenilor la nivel foliar (ptri, rugini, man, mozaic, finri, arsuri) interfer cu fotosinteza; infec ia la nivelul florilor i fructelor interfer cu capacitatea de multiplicare a plantei (Agrios, 2005). Uneori, simptomele nu se manifest (laten ) sau pot fi mascate, n anumite condi ii (temperatur, nutri ie, fenofaza plantei), reaprnd ulterior. Este important deosebirea dintre cazul unei plante purttor de germeni, care nu manifest simptome i cel al unei plante cu simptome mascate. De aceea, n aceste situa ii determinarea unei boli face obiectul unor analize speciale, care fundamenteaz tiin a diagnosticrii. Simptomele pot fi primare (planta sntoas a fost supus atacului patogenului) sau secundare (planta se dezvolt din organe deja infectate bulbi, tuberculi, semin e). De asemenea, simptomele primare definesc simptomele care stau la originea ansamblului de anomalii observate n timpul dezvoltrii unei boli, simptomele secundare fiind consecin e ale acestora. De exemplu, necrozele radiculare produse de un patogen de sol sunt simptome primare, care antreneaz ofilirea plantei simptom secundar (Lepoivre, 2003). Simptomele pot fi localizate sau generalizate; n cazul n care se extind prin sistemul de vase conductoare, vorbim de simptome sistemice. Semnele precursoare ale apari iei unei boli poart denumirea de prodrom. Totalitatea simptomelor care se succed pe parcursul evolu iei unei boli reprezint un sindrom.

4

1.2. Tipuri de simptome Modificri de culoare. Anomaliile de culoare afecteaz, n principal, frunzele, dar pot fi prezente, n egal msur, la nivelul florilor, fructelor, rdcinilor sau tulpinilor. Ptare: apari ia de pete, de diferite forme (sferice, elipsoidale, liniare, concentrice), mrimi i culori. a Mozaic: alternan a zonelor de culoare verde deschis sau nchis cu zone clorotice, glbui. Cnd separarea zonelor este difuz, simptomul este denumit marmorare. Alternan a plajelor de culori diferite, cu zone definite, se poate traduce prin pete inelare, semi-inelare, striuri, arabescuri etc. b Hipoclorofiloz sau cloroz: lipsa de clorofil, tradus printr-o nglbenire a frunzelor (revelarea culorii carotenoizilor i xantofile). Uneori cloroza este limitat la nervuri (clarefierea nervurilor) sau la limbul dintre acestea (nglbenire internervurian). Antocianoz: exces de pigmen i antocianici (culoare rou-violacee), rezultat fie al distrugerii clorofilei (astfel, antocianii prezen i sunt eviden ia i), fie al producerii anormale, abundente a acestora. Melanoz: acumularea de pigmen i (melanine) care confer o culoare nchis esutului. Modificri la nivelul frunzelor Ena ii: excrescen e ale esutului, formate la nivelul nervurilor, n general ca urmare a unei infec ii virale (virusul mozaicului ena iei la mazre - PEMV) c Perforarea organelor: formarea de necroze localizate pe frunze (datorit bacteriilor sau ciupercilor), urmat de cderea esutului mort i lasnd organul perforat d Polifilie: divizarea limbului frunzelor, limb n mod normal simplu; creterea numrului de foliole la frunzele compuse; creterea anormal a numrului total de frunze. Anomalii diverse: deformare (limb gofrat, ncre it); rsucirea frunzelor ctre fa a superioar; rsucirea ctre fa a inferioar (epinastie); frunze filiforme (reducerea limbului) e Modificri ale organelor florale Virescen : piese florale care rmn verzi, n timp ce sunt colorate la planta normal; fenomenul nso ete adesea anomalii morfologice ale organelor florale filodie Filodie: transformare regresiv a florilor n frunze ca urmare a infec iei cu fitoplasme (sau unor circumstan e climatice excep ionale n momentul nfloritului). Filodia succede adesea virescen ei iar ansamblul acestor dou fenomene se numete antoliz

5

a

ptarea brun a frunzelor de gutui; rapnul merelor (frunz i fructe), ptarea neagr a frunzelor de trandafir (B. Iacomi, 2009)

b

mozaicul trandafirului (B. Iacomi, 2009)

c

enatii la mazre (www.dias.kul.dk.plantvirology)

d

ciuruirea frunzelor (B. Iacomi, 2009)

d

deformarea frunzelor de piersic (B. Iacomi, 2010)

6

Modificri la nivelul ramurilor i tulpinilor Mturi de vrajitoare: anomalii de ramificare a tulpinii care corespund unei proliferri abundente a ramurilor cu internodii scurte, cu frunze mici, adesea deformate f Elasticitatea lemnului: trunchiul arborilor prezint un defect de rigiditate - deficien de lignificare, n principal ca urmare a atacului de fitoplasme (lemn de cauciuc). Ulcera ii: alterri localizate ale scoar ei plantelor lemnoase, nconjurate de esut cicatricial suberos (reac ii ale cambiului ca rspuns la stress biotic sau abiotic ciuperci, bacterii, factori climatici) g Fascia ie: morfogenez anormal a tulpinilor, care pierd simetria radial i se aplatizeaz ntro band simetric n raport cu un plan. Anomalii de cretere Hipertrofie i hiperplazie: tumori: cretere anormal a anumitor organe sau a plantei ntregi, ca urmare a creterii dimensiunii celulelor (hipertrofie) sau a unei multiplicri anormale a acestora (hiperplazie) h Teratom: (teratologia = tiin a montrilor): diferite malforma ii i excrescen e i Nanism (piticire) i atrofie: reducerea taliei plantelor sau a unor organe ale acesteia j Diferite alterri ale organelor plantelor Ofilire: determinat de o disfunc ie a vaselor xilem datorit pataogenilor radiculari sau vasculari k Necroz: corespund mor ii celulelor esutul atacat este brunificat. Apar adesea pe o suprafa limitat dar uneori se pot extinde la totalitatea organului, la un grup de organe sau se pot generaliza la intreaga plant. La nivelul frunzelor se pot observa pete necrotice sau necroze ale nervurilor; tulpinile pot prezenta uneori necroze apicale, necroze corticale (ulcera ii) sau necroze ale esutului conductor. Rdcinile necrozate prezint, adesea, o colora ie brun sau negricioas i antreneaz pierderea turgescen ei plantei l Putregai: descompunerea esuturilor (dislocarea celulelor ca urmare a unei alterri enzimatice a pectinei lamelelor pere ilor). Adesea, celulele mor, esuturile i pierd consisten a oi devin sediul colonizrii cu organisme secundare (bacterii sau ciuperci) m Man: simptom frecvent pe frunze, caracterizat prin apari ia unor pete clorotice pe fa a superioar a limbului i de prezen a unui puf, alb sau cenui, pe fa a inferioar n Rugin: apari ia unor grmjoare de spori (pustule) pigmenta i, ini ial acoperite de epiderm apoi prfoase o Finare: apari ia unei psle albe pe suprafa a organelor verzi ale plantei (frunze, flori, lstari), care devine prfoas p

7

f

g

h

f. mturi de vrjitoare; g. ulcera ii; tumori (Plant disease control Oregon State University)

k

i

j

i. malformatii (cartof); j. piticire (crizanteme); k. ofilire fuzariana la tomatem

l

l. necroz (mozaicul Y al cartofului); m. putregai (monilioza mere), putregai alb la castrave i (B. Iacomi, 2009)o p

n

n. man (vi a de vie); o. finare (vi a de vie); p. rugin la trandafir (B. Iacomi, 2009)

8

Modificri biochimice: con inutul n ap: este redus n cazul atacului patogenilor care se instaleaz n vasele conductoare cantitatea de clorofil: este redus, ca urmare a distrugerii cloroplastelor con inutul n hidra i de carbon: scade ca urmare a diminurii asimila iei i intensificrii dezasimila iei sau crete (aglomerare de amidon n celulele rdcinilor de varz atacate de Plasmodiophora brassicae; la deformarea frunzelor de piersic Taphrina deformans con inutul n rsini, gome, alte substan e de excre ie: crete la plantele lemnoase atacate (ciuruirea micotic a frunzelor Stigmina carpophila) Modificri fiziologice: asimila ia (fotosinteza): se micoreaz n cazul patogenilor care produc ptri foliare respira ia: in general, crete transpira ia: scade n cazul ofilirilor (traheomicozelor) Modificri citologice: membrana celular: este dezorganiat sau suberificat, cutinizat citoplasma: este consumat par ial sau total, n cazul patogenilor cu dezvoltare intracelular nucleul: fie se mrete i apoi se fragmenteaz (ria neagr a cartofului - Synchytrium endobioticum), fie se reduce, atrofiaz (mnri, rugini) prezen a unor incluziuni: n cazul unor boli de natur viral, examenul microscopic al celulelor vegetale (microscopie optic sau electronic) eviden iaz prezen a unor incluziuni diverse, amorfe sau cristaline. Aspectul incluziunilor poate orienta diagnosticarea virusului responsabil. 1.3. Clasificarea bolilor plantelor Zeci de mii de boli pot afecta plantele, cultivate sau nu. In medie, o plant de cultur poate fi afectat de peste 100 de boli (Agrios, 2005). Bolile plantelor se pot grupa dup numeroase criterii, cele mai uzuale fiind urmtoarele: 1. agentul responsabil: n func ie de agentul responsabil, bolile plantelor pot fi: a. boli neparazitare (abiotice, fiziologice sau neinfec ioase), care definesc modificrile de metabolism, tulburrile de cretere sau anomaliile n dezvoltarea plantelor, netransmisibile de la o plant la alta, provocate de factori externi nefavorabili. Principalii factori abiotici sunt factorii fizici (varia iile termice, modificarea condi iilor hidrice, lumina radia iile), edafici (solul cu propriet ile sale: pH, structur, compozi ie, salinitate, disponibilitate n elemente nutritive, aerare) i antropici: poluan i atmosferici, caren e nutritive, practici culturale, prezen a contaminan ilor n apa de irigare (detergen i, hidrocarburi, pesticide etc.).

9

b. boli parazitare (infec ioase) produse de agen i patogeni. Din acest punct de vedere se poate vorbi de viroze (produse de virusuri), viroidoze (produse de viroizi), fitoplasmoze (produse de fitoplasme), bacterioze (produse de bacterii), micoze (produse de ciuperci), antofitoze (produse de antofite parazite) etc. Acest criteriu de clasificare, bazat pe etiologia bolii, are o importan major n practic: cunoaterea cauzei apari iei bolii sugereaz, de asemenea, dezvoltarea probabil i rpndirea i genereaz alegerea strategiilor de combatere. 2. simptome: dup tipul generic de simptome, putem clasifica bolile plantelor n ptri, cloroze, necroze, hipertrofii, atrofii, putregaiuri, deformri, ofiliri, nanism, etc. Acest criteriu de clasificare a fost frecvent utilizat n perioada empiric a fitopatologiei, cnd nu se cunotea etiologia bolilor. Unele boli ale plantelor pot fi identificate imediat pe baza simptomelor specifice: ruginile, finrile, mnrile etc. Alteori, acest sistem de clasificare poate prezenta minusuri. Astfel, un acelai simptom poate fi generat de cauze foarte diferite. De exemplu, nglbenirile (clorozele) pot fi datorate att unor cauze neparazitare (exces de ap, caren n fier, absen a luminii, fitotoxicitate) ct i parazitare (virusuri, viroizi, fitoplasme, ciuperci vasculare). O ofilire poate fi generat de lipsa apei, de alterarea rdcinilor sau coletului plantei, de o transpira ie excesiv sau de instalarea bacteriilor/ciupercilor n vasele conductoare. Pe de alt parte, o aceeai cauz poate produce simptome foarte diferite, n func ie de planta gazd, fenofaza acesteia, condi iile biotice sau abiotice ale mediului sau momentul observrii. Un exemplu n acest sens l poate constitui virusul mozaicului castrave ilor (Cucumber mosaic virus) cu o simptomatologie variat n func ie de planta gazd: mozaic foliar la castrave i, frunze filiforme la tomate, piticire i necroze foliare la ardei. 3. evolu ia i durata procesului parazitar: boli acute, cu evolu ie rapid putregaiul plntu elor (Pythium ultimum) i boli cronice, cu evolu ie lent: cancerul bacterian al pomilor fructiferi i al vi ei de vie (Agrobacterium tumefaciens), vrsatul prunelor (Plum pox virus). 4. viteza de rspndire i suprafa a ocupat: boli epifitice (pandemice), care se rspndesc rapid pe suprafe e mari, producnd adevrate epidemii - ruginile, finrile, mnrile i boli endemice, care se rspndesc lent, fiind cantonate n anumite regiuni i condi ionate de prezen a unor anumi i factori, ca de exemplu un sol acid ria neagr a cartofului (Synchytrium endobioticum) sau hernia rdcinilor de crucifere (Plasmodiophora brassicae). 5. extinderea pe plant: boli generalizate, care afecteaz ntreaga plant - viroze, traheobacterioze, traheomicoze i boli localizate, care cuprind numai anumite por iuni din plant, de exemplu frunzele ptarea roie a frunzelor de prun (Polystigma rubrum). 6. tipul de organ afectat: boli de depozit (afecteaz organele depozitate); boli ale semin elor i pln u elor; boli ale ramurilor; boli foliare; boli vasculare (cu dezvoltare n xilem sau floem). 7. planta gazd: bolile tomatelor, bolile mrului, bolile garoafelor, bolile vi ei de vie etc. 8. familia botanic a plantelor gazd: bolile solanaceelor, bolile cruciferelor, bolile rozaceelor etc.

10

9. grupe mari de plante, privite din punct de vedere horticol: bolile legumelor, bolile pomilor fructiferi, bolile plantelor ornamentale, bolile vi ei de vie etc. 10. frecven a apari iei i importan a economic a pagubelor produse: boli cheie, principale, care apar n fiecare an n cultur i produc pagube importante, care impun aplicarea msurilor de combatere mana (Plasmopara viticola), finarea (Uncinula necator) i putregaiul cenuiu (Botryotinia fuckeliana) la vi a de vie i boli secundare, care nu produc pagube dect n unii ani, n anumite condi ii. Cunoaterea i clasificarea bolilor n func ie de acest criteriu are importan n elaborarea i adaptarea strategiei de protec ie a culturii, care se construiete avnd n vedere numai bolile cheie; n acest mod se diminueaz presiunea tratamentelor chimice asupra biocenozei. 11. fenofaza plantei: boli ale plntu elor, puie ilor, boli ale plantelor dezvoltate, boli de depozit. 1.4. Pagube i pierderi ocazionate de atacul agen ilor fitopatogeni Se estimeaz faptul c bolile, duntorii i buruienile interfer cu produc ia, pierderile nregistrate fiind cuprinse ntre 31 si 42%, pentru ansamblul culturilor de pe glob. De asemenea, s-a estimat faptul c, din media de 36,5% a pierderilor nregistrate, 14,1% sunt generate de boli, 10,2% de insecte i 12,2% de buruieni (Agrios, 2005). Alterrile care ating valoarea de utilizare a plantei (de ex. valoarea estetic, n cazul plantelor ornamentale), recolta (randamentul) sau poten ialul de produc ie (de ex. longevitatea, pentru planta iile pomicole) sunt cuprinse n no iunea de pagube. Deficitul economic sau social care rezult din pagube, definit ca valoare finaciar, exprim pierderile economice. Tipul i nivelul pierderilor produse ca urmare a prezen ei bolilor variaz cu tipul de cultur sau recolt, agentul patogen, factorii de mediu, msurile de control practicate precum i cu o combina ie a acestor factori. Tipul de produc ie (culturi comerciale, culturi de subzisten n regiuni neindustrializate, grdini de agrement) trebuie, de asemenea, luat n considerare. Cteva pete superficiale de rapn (Venturia inaequalis, V. pirina) la merii sau perii dintr-o grdin de agrement reprezint un simptom i constituie o pagub (la nivel estetic, n compara ie cu un fruct sntos, perfect) dar nu antreneaz pierderi finaciare, fructul nefiind destinat comercializrii. In schimb, ntr-o livad destinat comercializrii produc iei, petele de rapn declaseaz recolta i diminueaz valoarea de pia (ceea ce reprezint o pierdere financiar), aspectul lor fiind mai pu in apreciat. De asemenea, aceste pete superficiale de rapn pot fi ulterior invadate de parazi i secundari (Trichothecium, Monilia) care pot genera putrezirea i necomercializarea fructelor (Lepoivre, 2003). Bolile plantelor pot afecta cantitatea i calitatea recoltei. Majoritatea bolilor plantelor au repercusiuni asupra randamentului (cantitativ), la nivelul produc iei sau n perioada de depozitare. Frecvent, pierderi severe sunt generate de calitatea recoltei. De ex., dac ptrile foliare sau bolile de tip rapn ale legumelor, fructelor sau plantelor ornamentale au un efect mai mic asupra cantit ii recoltate, calitatea acesteia poate reduce valoarea de pia pn la a face neprofitabil cultura sau pna la pierderi totale. Astfel, un atac de rapn de numai 5% poate reduce la jumtate pre ul merelor.

11

Bolile plantelor pot limita tipul de culturi i industria n anumite regiuni geografice. De ex. castanul american a fost anihilat n America de Nord ca timber tree ca urmare a atacului patogenului Cryphonectria parasitica iar ulmul american a fost eliminat ca arbore de ornament n urma atacului patogenului Ophiostoma ulmi (boala olandez a ulmului). Bolile plantelor pot determina acumularea de toxine n produsele recoltate. Bolile plantelor cultivate pot avea, n afara consecin elor economice evidente, i efecte ascunse, greu de detectat. Prezen a substan elor toxice elaborate de ciupercile fitopatogene micotoxine poate devaloriza recolta. In plus, cazurile de intoxicare ca urmare a consumului de alimente contaminate de ciuperci microscopice sunt cunoscute din vechime (focul Sfntului Anton generat de cornul secarei sau boala beriberi produs de diferite specii de Penicillium).

Micotoxine. Micotoxinele sunt produi secundari de metabolism ai ciupercilor (mykes ciuperc, toxicum otrav) i regsi i n recolt sau produse derivate din aceasta. Induc efecte biologice puternice i variate (mutagene, teratogene, carcinogene, nefrotoxice, imunotoxice, hepatotoxice, neurotoxice, hemoragice). Sunt produse n principal de 5 genuri de ciuperci: Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria i Claviceps dei au fost semnalate i la specii ale genurilor Cladosporium, Chaetomium, Stachybotrys, Rhizopus i Talaromyces. Contaminarea poate avea loc nainte de recoltare (Fusarium, Aspergillus, Claviceps) sau n perioada depozitrii (Aspergillus, Penicillium). Dei au fost izolate, n condi ii de laborator, peste 300 de micotoxine doar 20 sunt cunoscute a fi cauza unor micotoxicoze naturale, n diferite regiuni geografice. Toxine elaborate de specii de Aspergillus. Peste 130 de specii ale genului Aspergillus contamineaz substraturi de origine vegetal (arahide, nuci, fistic) precum i majoritatea alimentelor conservate. Circa 50 de specii au fost identificate ca productoare de metaboli i toxici: aflatoxine, ochratoxine, sterigmatocistin, citrinin, patulin, toxine tremorgene. Aflatoxinele sunt reprezentate de un grup de peste 20 de metaboli i, deriva i ai cumarinei, cu ac iune carcinogenic (ficat, esofag, stomac, rinichi, piele). Cele mai importante specii responsabile de producerea lor sunt: A. flavus, A. parasiticus i A. nominus. Ochratoxinele. Cea mai impotant i studiat este ochratoxina A (OTA), o micotoxin nefrotoxic i hepatotoxic. Este produs de A. ochraceus, n special n regiunile tropicale i de Penicillium verrucosum, n cele temperate, aceast specie fiind un frecvent contaminant al produselor depozitate ( legume, arahide). Toxine elaborate de specii de Penicillium. Dintre cele peste 150 de specii de Penicillium, aproape 100 sunt productoare de micotoxine, importante fiind citreoviridina, citrinina, acidul ciclopiazonic, OTA, patulina, roquefortina C. n general sunt toxine tremorgene (declaneaz tremurturi, convulsii i tetanii letale). Patulina este produs de P. expansum, un contaminant de depozit frecvent al merelor, P. urticae, P. claviforme i A. clavatus. Pezen a patulinei a fost semnalat n sucul de mere ob inut prin presarea fructelor dar i n alte produse din mere, pere, struguri i alte fructe, n cantit i mai mici. Toxine produse de ciuperci din genul Alternaria. Ciupercile din genul Alternaria pot fi contaminan i importan i ai plantele n perioada de vegeta ie dar i ai fructelor i legumelor sau produselor refrigerate. Principalele toxine sunt alternariol, alternariol monometil eterul, altertoxinele, acid tenuazonic i altenuenele. Toxine produse de ciuperci din genul Fusarium. Speciile de Fusarium contamineaz n mod frecvent semin ele de cereale, leguminoase pentru ulei, fasole i produse finite ale acestora. Cele mai importante specii implicate n producerea de micotoxine sunt F. graminearum i F. culmorum. Trichotecenele: semnalate la speciile de Fusarium, aceste micotoxine sunt produse i de alte ciuperci (Cephalosporium, Trichoderma, Stachybotrys, Myrothecium). Toxine produse de ciuperci din genul Claviceps. Peste 100 de ergotoxine, din 10 grupe diferite sunt produse de reprezentan ii genului Claviceps: ergotamine, ergotoxine, ergometrine. To i alcaloizii con in acid lisergic, producnd tulburri ale sistemului nervos central, vasoconstric ie sau vasodilata ie. Ergotismul este micotoxicoza produs de sclero ii ciupercii C. purpurea (cornul secarei) - tulburri nevoase i/sau gangrene la nivelul extremit ilor.

12

Prevenirea contaminrilor cu micotoxine. In fa a unor cereri europene din ce n ce mai mari pentru produse ecologice, cercetri intense se desfoar pentrua a asigura calitatea i siguran a alimentelor proaspete sau prelucrate. Prin defini ie, produsele organice nu sunt supuse nici unui tratament chimic. Singura cale de prevenire a contaminrilor majore cu ciuperci este prevenirea apari iei acestora iar problema prezen ei micotoxinelor n astfel de produse este mai acut. Ca urmare, cercetrile sunt ndreptate ctre o mai bun cunoatere a condi iilor care favorizeaz dezvoltarea micotoxinelor n lan ul alimentar i spre introducerea sistemelor de control capabile s detecteze prezen a micotoxinelor. Sub egida Safe Organic Vegetables exist programe pilot de cercetare care au ca model specii de Alternaria patogene pentru morcov i productoare de micotoxine. Astfel de cercetri au ca scop dezvoltarea de strategii pentru producere de produse sigure prin: stabilirea de metode moleculare, rapide i precise, pentru detectarea i cuantificarea infec iilor cu Alternaria, determinarea bazelor fiziologice i genetice ale producerii i acumulrii de toxine, monitorizarea prezen ei micotoxinelor pe parcursul producerii, depozitrii i procesrii morcovului, identificarea riscului apari iei micotoxinei n lan ul de produc ie, dezvoltarea msurilor preventive: soiuri rezistente, msuri alternative de tratare a semin elor (microorganisme antagoniste). Prevenirea apari iei micotoxinelor presupune un ansamblu de strategii aplicate nainte sau dup recoltare pentru detectarea precoce a contaminrii (i, implicit, redirec ionarea recoltei pentru alte utilizri) i cunoaterea factorilor ecologici care favorizeaz infec ia i producerea de micotoxine. n prezent, o mare diversitate de strategii preventive se folosesc sau sunt n curs de examinare, cele mai utilizate tehnici fiind: a. nainte de recoltare: 1. asigurarea condi iilor ecologice care favorizeaz plantele de cultur (verigi tehnologice) i evitarea celor care favorizez apari ia patogenilor; 2. distrugerea resturilor vegetale infectate; 3. utilizarea de plante rezistente la atacul patogenilor productori de toxine. Un factor de protec ie, legat aproape n ntregime de pelicula care nconjur miezul este semnalat la nuci (varietatea Tulare) suprim total producerea de aflatoxin (caracterul se motenete pe linie matern, ceea ce contribuie la crearea de variat i cu rezisten natural la aflatoxine). Acesta este primul exemplu de variatate comercial rezistent complet la contaminarea cu aflatoxine. 4. tratamente chimice de combatere a patogenilor: tratarea semin elor cu bacterii endofite care exclud fungii toxinogeni; preinfectarea plantelor cu izolate netoxinogene, competitori pentru cele care produc toxine. b. dup recoltare: igiena depozitelor, asigurarea condi iilor adecvate de temperatur i umiditate; detectarea prezen ei micotoxinelor n recolt. Micotoxinele sunt molecule care sunt extrem de stabile, decontaminarea unei recolte puternic infestate fiind dificil. Cea mai sigur solu ie, pentru moment, este detectarea stocurilor contaminate i canalizarea lor ctre alte sisteme de utilizare. n industria limentar este cunoscut sistemul HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) utilizat pentru detectarea prezen ei microorganismelor sau a toxinelor lor, a rezidiilor de pesticide, a corpurilor strine (definirea unui punct critic n diferitele etape ale procesului n care riscul poate s apar, cnd pierderea controlului poate conduce la riscuri inacceptabile de sntate, fiind descrise msurile adecvate preventive). Detectarea contaminrilor cu micotoxine a substraturilor stocate ntmpin dificult i: contaminarea nu este uniform distribuit n lot, prezen a ciupercii productoare de micotoxine nu nseamn neaprat c micotoxina este prezent. Condi iile n care se produc aceste micotoxine sunt specifice; de altfel i n cazul n care patogenul nu este vizibil (lipsa mucegaiului) nu nseamn c micotoxinele nu sunt prezente, acestea rmnnd chiar dup ce ciuperca a disprut. Tehnicile de detec ie rapid i sigur asupra crora sunt focalizate cercetrile sunt cele imunologice (tehnici ELISA bazate pe reac ii n plac de microtitrare capabile s aproximeze concentra ii de micotoxin pe baza intensit ii culorii) i moleculare (utilizarea primerilor specifici pentru fungii toxinogeni sau a anticorpilor specifici). Rezultate importante s-au ob inut n detec ia molecular, precoce, a speciilor toxinogene precum i n dezvoltarea de teste imunologice sensibile pentru diagnosticarea prezen ei micotoxinelor n produsele alimentare. Astfel, prin tehnici moleculare (PCR, Real time PCR) a fost posibil identificarea speciilor de Fusarium (Fusarium proliferatum, F. moniliforme, F. culmorum) productoare de fumonisine. De asemenea, au fost izolate i caracterizate genelor responsabile de producerea de ochratoxin A la specii de Aspergillus i Penicillium. Pentru caracterizarea speciilor de Aspergillus i Penicillium productoare de micotoxine (diferen ierea izolatelor de Penicilium verrucosum n func ie de capacitatea lor de a produce OTA) s-a recurs, de asemenea, la utilizarea de markeri moleculari, cuantificarea speciilor productoare fiind posibil prin folosirea unui kit molecular.

13

Cu toate eforturilor de prevenire, contaminarea recoltelor cu micotoxine este uneori inevitabil. Totui, este posibil recuperarea produselor infectate prin decontaminarea lor: indeprtarea, distrugerea sau reducerea efcetului toxic al micotoxinelor. Tradi ional, strategiile de detoxificare sunt bazate pe metode chimice, fizice sau microbiologice. Mijloacele chimice presupun tratamente aplicate loturilor depozitate cu scopul de a distruge dau dezactiva micotoxinele. Totui, exist constrngeri la tipul de substan e utilizate (amoniacul este eficace dar i poten ial duntor pentru sntate). Metodele fizice includ degradarea prin cldur sau radia ii (microunde) a micotoxinelor prezente n substraturi, prin modificarea structurii lor chimice. n Europa sunt studiate, cu rezultate promi toare, noi molecule a cror structur arat o anumit afinitate cu unele catagorii de micotoxine. Aceste molecule se cupleaz cu micotoxinele din produsele destinate hranei omului i animalelor iar efectul este diminuarea toxicit ii lor. Studiate n principal pentru aflatoxine, aceste metode reduc concentrarea micotoxinelor n snge i distribu ia lor n organele int. Metodele microbiologice sunt obiectivul principal al unor cercetri care investigheaz poten ialul unor levuri, ciuperci sau bacterii n degradarea micotoxinelor. Astfel, n limitarea contaminrii cu micotoxine produse de A. flavus s-au dovedit utile microorganismele Saccharomyces chevalieri, Trichoderma viride, Bacillus subtilis. Oprea i Ciurdrescu (2004) au eviden iat capacitatea unor izolate de A. niger de a reduce nivelul de aflatoxin B1.

Bolile plantelor pot genera pierderi economice. Pierderilor directe, cantitative i calitative, li se adaug diferite pierderi finaciare. Astfel, fermierul trebuie s utilizeze variet i sau specii de plante rezistente, poate, mai pu in productive sau, comercial mai pu in profitabile comparativ cu altele. Alte costuri sunt ocazionate de necesitatea aplicrii msurilor de control incluznd aici tratamentele chimice (costuri cu achizi ionarea i depozitarea produselor fitosanitare, aplicarea tratamentelor) precum i a altor msuri de control precum i de perioada de pstrare a produselor recoltate. Unele boli pot fi controlate prin aplicarea aproape n totalitate numai a unei msuri. Pentru alte boli, ns, nu sunt disponibile nc msuri eficace de control i numai o combina ie de msuri culturale i utilizarea unor variet i rezistente poate face posibil reuita culturii. Totui, pentru majoritatea bolilor plantelor, controlul este atins n practic prin utilizarea produselor fitosanitare. In acest caz, beneficiile cu aplicarea acestei msuri de control sunt mai mari dect pierderile directe (datorate bolii) i indirecte (costurile cu aplicarea). In plan macroeconomic, pierderile cantitative (diminuarea randamentului) sunt nso ite i de restric ii n comercializarea recoltei, legisla iile fiecrei ri importatoare impunnd standarde de calitate fitosanitar. Dei tipul i mrimea pierderilor financiare sunt extrem de variate, fermierii bine informa i utilizeaz combina ii ale msurilor de control variet i rezistente, msuri culturale, chimice i biologice, aceasta permi nd ob inearea de recolte i beneficii chiar n anii cu epidemii. Pierderile ocazionate de agen ii patogeni pot fi: a. Pierderi directe (produc ie) pierderi primare - afecteaz produc ia (efect imediat) - diminuarea cantita ii i calit ii recoltei pierderi secundare - afecteaz poten ialul de produc ie (efect diferen iat) contaminarea culturilor urmtoare; diminuarea capitalului de produc ie (longevitatea culturilor perene, productivitate) b. Pierderi indirecte (conservare i utilizare) - n cursul depozitrii, la productor; la prelucrarea industrial; la consumator

14

Aprecierea pierderilor este, adesea, dificil de cuantificat. In teorie, este comparat o situa ie de fapt (nivel de produc ie corespunzator gradului de atac al unui agent patogen) cu o situa ie ideal (absen a bolii), ceea ce tehnic este adesea imposibil de reprodus pe scar larg Lepoivre, 2003). Pierderile se pot aprecia n compara ie cu un randament poten ial teoretic, ntr-un mediu abiotic ideal (lumin, fertilizare, temperatur, ap) i liber de patogeni. Randamentul real maxim este atins n condi ii ecologice reale (cu limitrile asociate) i se evaluaez cu cele mai bune practici culturale i aplicnd o protec ie total (independent de rentabilitatea sa economic sau de impactul su asupra mediului nconjurtor). Aceste date trebuie interpretate cu pruden , date fiind i alte interac iuni existente (efectul pesticidelor asupra plantei, parazi ilor secundari etc.). Prin scderea randamentului ob inut n absen a msurilor de control din randamentul maxim real se ob in pierderile poten iale datorate agen ilor patogeni. Pierderile reale sunt cele observate efectiv, chiar dac au fost aplicate msuri de protec ie (culturale, genetice, chimice i biologice). Reducerea pierderilor (pierderi poten iale din care se scad pierderile reale) atribuit msurilor de protec ie i raportat pierderilor poten iale permite evaluarea gradului de eficacitate a acestor msuri (fig. 1.1). Principalele dificult i n evaluarea pierderilor de randament i consecin ele economice i sociale sunt generate de distribu ia variabil a bolilor n timp i spa iu, interac iunea dintre boli, insecte i buruieni, factori economici i sociali. Dintre datele necesare pentru a cuantifica cu precizie impactul bolilor - rar disponibile (pu ine anchete sunt realizate la scar mondial, fiabilitatea surselor care stau la baza acestora este dificil de controlat) men ionm: cunoaterea zonei geografice (extindere geografic a bolii) intensitatea i frecven a bolii n diferitele parcele cultivate cunoaterea rela iei ntre pierderile de randament i intensitatea bolii, ca i modul n care al i patogeni, insecte sau buruieni pot afecta aceast rela ie variabilitatea anual legat de codi iile climatice Impactul macroeconomic i social al pierderilor de randament difer n func ie de nivelul de industrializare al rilor n cauz. Astfel, n SUA, pierderile ocazionate culturilor (nainte i dup recoltare) sunt evaluate la 40% din produc ie, chiar dac sunt aplicate variate msuri de control. Asemenea pierderi afecteaz productorul individual dar procentul popula iei active din agricultur fiind de 2-3%, veniturile din aceasta activitate nu reprezint dect un mic procent din venitul na ional. Astfel, chiar dac pierderile se cifreaz la cateva zeci de miliarde de dolari, masa specific a acestora ntr-o economie diversificat i industrializat este relativ limitat. La polul opus, n rile a cror economie este axat pe agricultur, impactul pierderilor de randament datorat bolilor i duntorilor este important. In America Central, peste 50% din popula ia activ este angajat n agricultur; pierderile din principalele culturi se ridic la 20-30% iar cele nregistrate dup recoltare depesc aceste valori. In acest tip de agricultur, masa relativ a pierderilor ocazionate de agen ii patogeni este extrem de important asupra economiei i utilizrii for ei de munc (Lepoivre, 2003).

15

Randament potential teoretic

Randament real maxim

Lipsa pierderilor

Pierderi reale

Pierderi potentiale

Randament cu masuri de protectie

Raspuns la masurile de protectie

Randament fara masuri de protectie

Fig.1.1 Tipuri de randament i evaluarea pierderilor (Lepoivre, 2003) 1.5. Agen i fitopatogeni - generalit i 1.5.1. Modul de via al agen ilor fitopatogeni n func ie de rela ia cu substratul microorganismele pot fi saprofite, parazite sau simbionte. Totui, aceast clasificare nu trebuie privit ca static, numeroase specii intrnd n dou categorii (de exemplu pot fi saprofite dar pot forma i micorize cu plantele lemnoase sau ierboase; sunt parazite dar pot tri, n anumite condi ii, saprofit). Microorganismele saprofite se hrnesc cu substan e organice moarte. Ele sunt preponderente n diferite habitate, popula iile acestora ntlnindu-se n sol, ap sau resturi vegetale. Microorganismele parazite sunt cele care ntr-una sau n toate fazele ontogenezei lor se hrnesc din esuturi vii.

16

Dup gradul de parazitism, acestea pot fi parazite obligate, cu un echipament enzimatic redus (duc o via strict parazitar - Synchytriaceae, Oomycetes, Uredinales, unele Ustilaginales, virusurile) sau facultativ saprofite (duc obinuit o via parazitar dar, n anumite condi ii, n general dup ce planta gazd i nceteaz vegeta ia, triesc saprofit - Pythium, Phytophthora, Venturia). Distinc ia dintre saprofitism i parazistism nu este ntotdeauna uor de demarcat, n natur existnd o multitudine de cazuri intermediare. De exemplu, n cadrul genului Fusarium se observ toat gama formelor de tranzi ie, de la saprofite pn la parazite. In general, evolu ia microorganismelor ctre un parazitism obligat este asociat cu anumite caractere fitopatologice, prezentate, n cazul ciupercilor, n tabelul 1.1. Tabelul 1.1 Caractere asociate saprofitismului/parazistismului (Lepoivre, 2003)

Caracterul Calea de ptrundere esutul infectat Miceliul Efectul asupra celulelor gazd Capacitate saprofitic Spectrul de gazde

Parazi i facultativi rni esut senescent haustori absen i necroz faz saprofit important larg

Parazi i obliga i Direct (stomate, epiderme intacte) nici o restric ie haustori prezen i faz saprofit absent sau limitat la structuri de supravie uire restrns

1.5.2. Propriet ile parazitare ale agen ilor patogeni Patogenii plantelor produc mbolnvirea acestora datorit nsuirilor parazitare: a. afinitatea: proprietatea patogenului de a ptrunde n interiorul plantei dup ce a ajuns n contact cu ea i de a se dezvolta. Sporii apar innd diferi ilor patogeni ajung n contact cu plantele ns numai unii ptrund dac exist afinitate ntre ei i planta gazd. b. patogenitatea: capacitatea patogenilor de a mbolnvi plantele i de a genera apari ia simptomelor. c. virulen a: nsuirea patogenilor de a genera boli cu o anumit intensitate, n func ie de factori de mediu i, mai ales, de factori genetici. Unele izolate ale patogenilor nu declaneaz boala, ele fiind numite avirulente.

17

Izolatele avirulente se comport astfel numai n prezen a unor anumite soiuri (hibrid, linie), fa de o anumit gen de rezisten . Diferen ele de virulen ntre popula iile patogene se datoreaz diferen elor genetice care apar n evolu ia patogenului n strns legtur cu noile soiuri cultivate. d. agresivitatea: nsuirea patogenilor de a ataca una su mai multe specii/familii de plante. Astfel, exist patogeni monofagi (atac o singur specie de plante), oligofagi (atac mai multe specii din aceeai familie botanic), polifagi (pot produce boli la numeroase specii de plante), omnivori (atac plantele numai n anumite condi ii plante debilitate) e. capacitatea de secreta enzime i toxine. Toate propriet ile patogenilor depind de complexul enzimatic al acestora precum i de capacitatea de a elabora produi de metabolism toxine.Enzimele ac ioneaz asupra esuturilor plantei prin degradarea substan elor complexe i transformarea acestora n substan e simple. Enzimele pot ac iona nc de la ptrunderea patogenului n plant degradarea peretelui celular. Bacteriile i ciupercile care produc putregaiuri transform substan ele complexe din organele atacate (tuberculi, fructe, legume) n substan e mai simple prin ac iunea enzimelor. Dintre cele mai importante enzime amintim: celulaza i hemicelulaza (degradeaz substraturile celulolitice), ligninaza (degradeaz lignina), pectinaza (pentru degradarea substan elor pectolitice), enzime care degradeaz substraturi polizaharidice. Sistemul enzimatic al patogenilor prezint o mare variabilitate, legat n primul rnd de modul de nutri ie. Astfel, organismele saprofite posed un complex de enzime foarte larg, pe cnd la parazi ii obliga i acesta este mai restrns, prezentnd o specializare mai pronun at. Toxinele sunt produi de metabolism ai unor patogeni (ciuperci - de ex. genul Fusarium i bacterii de ex. Pseudomonas tabaci) care ac ioneaz asupra plantelor producnd ofiliri, cloroze, necroze localizate.

1.5.3. Patogeneza Patogeneza reprezint ansamblul proceselor care induc instalarea bolii, avnd ca rezultat final exprimarea simptomelor. Aceste procese sunt contaminarea, infec ia, incuba ia i apari ia simptomelor. a. Contaminarea reprezint stabilirea contactului dintre patogen i planta gazd, fr s existe vreo influen reciproc. b. Infec ia ncepe din momentul n care agen ii patogeni ptrund n plant i dureaz pn cnd se stabilesc rela ii parazitare definitive ntre patogen i planta gazd. Aceast etap implic: ptrunderea (trecerea de barierele naturale) i interac iunea cu planta gazd, cu stabilirea rela iilor parazitare. c. Ptrunderea n plante se face cel mai des prin deschideri naturale sau prin rni (fig. 1.2.) Stomatele constituie un punct de ptrundere important; structura lor (mai mult sau mai pu in accesibil) sau nchiderea lor pot influen a ptrunderea (oprirea patogenului n camera substomatic sau continuarea procesului de infec ie). De notat c unele bacterii (de ex. Peudomonas tomato) produc cutinaze capabile s degradeze cutina. Stomatele sunt cele mai importante deschideri naturale pentru ptrunderea bacteriilor: Pseudomonas lachrymans, Xanthomonas phaseoli, Erwinia amylovora (a) Lenticelele sunt n mod normal protejate de un strat suberizat care se rupe n condi ii de umiditate ridicat permi nd astfel accesul bacteriilor n straturile adiacente, nesuberificate unde poate avea loc macerarea. Prin lenticele ptrund n tuberculii de cartof bacteriile E. carotovora, Streptomyces scabies iar la pomi - E. amylovora (b)

18

Hidatodele, situate la extremitatea vaselor de la periferia frunzelor joac un rol important n ptrunderea bacteriei Xanthomonas campestris n frunzele de varz. Nectariile (glande nectarifere) constituie o alt cale de intrare a bacteriilor specializate n infectarea pieselor florale (E. amylovora). Rnile: frecrile mecanice mai ales sub influen a vntului, cicatricile foliare (la nivelul zonei de ruptur a xilemului care nu este suberificat n timpul cderii frunzelor), rnile produse de insecte, grindin, cderea frunzelor sau de lucrrile de ntre inere favorizeaz ptrunderea patogenilor Xanthomonas juglandis, Agrobacterium tumefaciens, Clavibacter michiganense, Monilinia fructigena, Botrytis cinerea (e)

a.

b.

c.

d.

e.

Fig. 1.2 Diferite modalit i de ptrundere a agen ilor fitopatogeni

19

d. Incuba ia: perioada cuprins ntre infec ie i apari ia primelor simptome ale bolii. In aceast faz, patogenul crete, se dezvolt, se nmul ete, invadnd planta. Cunoaterea perioadei de incuba ie, care variaz n raport cu specia i condi iile de temperatur este important n prognoza i avertizarea bolilor plantelor. e. Manifestarea bolii: perioada care debuteaz cu apari ia primelor simptome. Intrebri 1. Care sunt principalele tipuri de simptome prin care se manifest bolile pantelor? 2. Care sunt diferitele tipuri de pierderi ocazionate de atacul agen ilor patogeni? 3. Defini i no iunile de simptome primare i secundare ale unei boli? Explica i importan a acestei deosebiri n diagnoza bolilor. 4. Corela i simptomele interne observate n cazul unor boli i manifestarea lor extern. 5. Enumera i modalit ile de ptrundere a agen ilor patogeni n plante i argumenta i importan a cunoaterii lor.

20

Capitolul 2

Virusuri i viroizi

Con inut. Obiective. Sunt prezentate caracterele generale ale virusurilor i viroizilor, clasificarea i multiplicarea acestora, simptomele caracteristice precum i modalit ile de transmitere i rspndire care fundamenteaz posibilit ile de control. Capitolul ofer o imagine de sintez asupra structurii i func ionrii acestor particule fitopatogene, rela iile lor cu planta i factorii de mediu, elemente specifice care orienteaz modalit ile de diagnostic precum i strategiile de control. 2.1. Virusuri (fitovirusuri) Bolile virale ale plantelor sunt boli persistente i incurabile. Spre deosebire de om sau animale, plantele nu dispun de un sistem de aprare de tip imunitar, capabil s elimine agen ul infec ios i s antreneze nsntoirea. In plus, nu exist, pentru moment, procedee de lupt chimic direct contra infec iilor virale; substan ele active care ar fi capabile s interfere specific cu ciclul viral de multiplicare sunt, n general, fitotoxice. In consecin , metodele de combatere practicate n prezent sunt de natur profilactic. Aceast generalizare i persisten a infec iilor virale, adugat dificult ilor de control, explic importan a acestor boli n fitopatologie. In ceea ce privete pagubele produse n horticultur, dei virozele nu produc ntotdeauna simptome spectaculare la nivelul plantei infectate, ele afecteaz vigoarea plantei i sunt adesea cauza unor puternice scderi de randament. La aceasta se adaug un efect negativ asupra calit ii produc iei, prejudiciabil n special la plantele ornamentale. 2.1.1. Caractere generale Defini ie. Virusurile sunt sisteme acelulare nucleo-proteice, fr metabolism propriu i care se pot multiplica numai n celulele vii. Numrul total de virusuri cunoscute pn n prezent depete 2000 i aproape jumtate dintre acestea sunt virusuri ale plantelor. Virusurile difer de toate celelalte microorganisme patogene nu numai prin form i mrime ci i prin simplitatea alctuirii chimice i structurii fizice, a metodelor de infec ie, multiplicare, translocare n gazd, diseminare i simptome produse. Termenul virus (n latin otrav) a fost utilizat, la origine, pentru a desemna orice agent necunoscut responsabil de boli care nu aveau o cauz determinat. In urma descoperirilor din bacteriologie i identificrii a numeroi germeni patogeni, acest termen a fost rezervat agen ilor de mrime mic, capabili s traverseze filtrele bacteriologice i avnd capacitatea de a se multiplica n organismul viu, infectat. Morfologie. Particulele virale (virionii) prezint diferite forme: bastona (baciliforme), filamentoase, flexuoase sau rigide, sferice (fig. 2.1). Dimensiunile lor variaz ntre 17-30 nm (particule sferice) i 120-1720 nm (particule alungite). Genomul particulelor virale este reprezentat n general de ARN (acid ribonucleic), mai rar de ADN (acid dezoxiribonucleic), niciodat de ambii acizi nucleici. Genomul este nconjurat de unit i proteice (capsomere) al cror ansamblu formeaz un nveli extern (capsida). Capsida stabilizeaz nucleoproteina viral i protejeaz acidul nucleic intern. La unele virusuri exist i un alt nveli peplos, care asigur stabilitatea particulei i fixarea ei de peretele celulei.

21

Acidul nucleic reprezint 5-40% din virus, restul fiind protein (60-95%). Numrul, dimensiunea i forma capsomerelor difer de la un virus la altul, aceste elemente constituind criterii taxonomice. Natura acidului nucleic viral (ADN sau ARN), structura sa (monocatenar sau bicatenar), masa molecular i secven a de baz a fiecreia dintre ele constitue parametri de precizie care permit stabilirea fiei de identitate a fiecrui virus ca i legturile cu alte tipuri de virusuri.

a c

b d

Fig. 2.1. Morfologia particulelor virale a. rigide (Tobacco Mosaic Virus); b. flexuoase (Potato Virus X); c. sferice (Cucumber Mosaic Virus); d. perechi (Tomato Spotted Wilt Virus) Taxonomie i clasificare. Taxonomia i clasificarea virusurilor au la baz criterii morfologice (tipul particulei virale, tipul de incluziuni, citopatologie), biologice (spectrul de plante gazd, vectori) i moleculare (organizarea genomului). Clasificarea virusurilor se realizeaz, n prezent, conform sistemului interna ional de clasificare (tabelul 2.1). Cteva exemple selective ale clasificrii unor fitovirusuri sunt prezentate n tabelul 2.2.

22

Tabelul 2.1 Sistemul universal de clasificare a virusurilor (Comitetul Interna ional de Taxonomie a virusurilor)GRUP I (nu se cunosc fitovirusuri n acest grup) II III IV V VI (nu se cunosc fitovirusuri n acest grup) VII TIP DE ACID NUCLEIC ADN bicatenar ADN monocatenar ARN bicatenar ARN monocatenar de tip mesager (ARN +) ARN monocatenar de tip antimesager (ARN -) ARN monocatenar cu replicare prin transcrip ie invers via ADN bicatenar ADN bicatenar cu replicare prin transcrip ie invers via ARN monocatenar

Tabelul 2.2 Clasificarea fitovirusurilor - exemple selective (Lepoivre, 2003)FAMILIE GEN ARN monocatenar mesager Luteoviridae Polerovirus Bromoviridae Cucumovirus Genuri izolate Tobamovirus Potexvirus Potyviridae Potyvirus ARN monocatenar antimesager (ambisens) Bunyaviridae Tospovirus ADN bicatenar transcriptaz invers Caulimoviridae Caulimovirus REPREZENTANT TIP PLRV Potato leaf roll virus CMV Cucumber Mosaic Virus TMV (Tobacco Mosaic Virus) PVX (Potato Virus X) PVY (Potato Virus Y) TSWV (Tomato Spotted Wilt Virus) Cauliflower Mosaic Virus (CaMV)

Nomenclatur. Au existat diferite sisteme de denumire, n prezent fiind acceptat sistemul propus de Comitetul Interna ional de Taxonomie a virusurilor. Exemplificm pentru Virusul Mozaicului Tutunului: a. Smith: numele latin al genului plantei gazd + virus + numr de ordine (cronologia descoperirii): Nicotiana Virus 1 b. Holmes: simptomul principal + numele latin al plantei gazd principale Marmor tabaci c. Gibbs: criptograme cu propriet ile virusului: ex: TMV: R/1; 2,05/5; E/E; S/0 cu simbolurile: acidul nucleic / structura sa: R ARN; 1 monocatenar; greutatea molecular a acidului nucleic (KDa) / procentul acidului nucleic; conturul particulei /forma nucleocapsidei: E alungit, capete drepte; gazda virusului / vector: S plante cu smn ; 0 lips vectori 23

d. Comitetul Interna ional de Taxonomie a virusurilor: denumire n limba englez - Tobacco Mosaic Virus (TMV) virusul mozaicului tutunului Propriet ile virusurilor. Principalele propriet i ale particulelor virale sunt: Ultrafiltrabilitatea: capacitatea virusurilor de a trece prin filtrele bacteriene, dac au dimensiuni pn la 700 micrometri. Cristalinitatea: capacitatea de a cristaliza (producerea de plci hexagonale, cristale aciculare, romboidale). Biotropismul pozitiv: proprietatea virusurilor de a se replica numai n celula vie. Stabilitatea n suc celular, rezisten a sau longevitatea in vitro: timpul de la extragerea sucului infec ios pn la pierderea capacit ii de infec ie (variabil, de la cteva ore la c iva ani). Dilu ia limit. Gradul de dilu ie pe care l poate suporta sucul extras din plantele bolnave pentru a-i pstra capacitatea de infec ie (1/1 000 000 la TMV) Temperatura de inactivare (punctul de inactivare termic): temperatura minim la care sucul infec ios pstrat 10 minute i pierde total capacitatea de infec ie; la majoritatea fitovirusurilor este de 55-700C. Propriet i serologice: inoculate n organismul unui animal (iepure) virusurile dau reac ii serologice specifice (aglutinare, precipitare). Acceast nsuire este folosit n tehnicile de laborator i cmp pentru depistarea infec iilor virale n stare latent). Rezisten a la uscare i nghe : variabile, majoritatea virusurilor nerezistnd mult timp la uscare. Excep ie: Tobacco Mosaic Virus (TMV) - 32 ani n frunze uscate. Rezisten a la presiune: are valori mari. TMV i pierde capacitatea de infec ie la 8000 atm. Sarcina electric: negativ, la electroforez virusul se ndreapt spre anod (polul pozitiv). Procesul infec iei virale. Circula ia virusurilor n plant. Ptrunderea virusului n plant este indispensabil pentru declanarea procesului de infec ie. Spre deosebire de ciuperci, de exemplu, care dispun pentru acest lucru de spori, virusurile nu au structuri proprii adaptate pentru diseminare care s le permit ptrunderea n celula gazd. Pentru a surmonta cele dou bariere fizice cuticula (la suprafa a limbului foliar) apoi peretele pecto-celulozic rigid care nconjur celula vegetal, particula viral nu poate intra n contact cu citoplasma celulei dect dup rnirea cuticulei, prin frecare natural sau provocat (n timpul unei infec ii mecanice experimentale). Vectorii biologici ca insectele i nematozii pot ndeplini eficace intrarea virusului n celulele epidermei foliare sau radiculare sau n esuturile floemului. Dac planta este sensibil la virus, acesta se multiplic n primele celule infectate. Plecnd de la centrul de infec ie primar, virusul se rspndete mai mult sau mai pu in rapid n celulele vecine esutului parenchimatos unde declaneaz alte cicluri de infec ie. Trecerea de la o celul la alta se face prin poduri citoplasmatice plasmodesme, fiind guvernat de o protein viral - protein de difuzie. In parenchimul celulelor frunzelor virusul circul cca. 1mm/zi. Circula ia virusurilor pe distan e mari are loc prin floem antrenate pasiv de curentul de sev elaborat i mai rar prin xilem. In general, virusul, atingnd esuturile vasculare, invadeaz toat planta; infec ia este sistemic i conduce la generalizarea i permanentizarea acesteia. Deplasarea prin floem se face la distan e mari i cu viteze de 0.6-1.5mm/h. Odat virusul intrat n floem circul rapid spre regiunile de cretere (regiunile apicale) sau n alte pr i ale plantei care utilizeaz hrana (tuberculi, rizomi).

24

Multiplicarea virusurilor. Studiu de caz: virusuri cu ARN monocatenar (fig. 2.2.) De ndat ce particula viral a ptruns n celula gazd, acidul su nucleic (ARN) este eliberat (decapsidare) ncepe procesul de replicare a ARN genomic viral. Ribozomii celulei gazd se pozi ioneaz pe acest ARN i traduc mesajul genetic n proteine. Printre proteinele sintetizate sunt i cele structurale virale (capsidiale) i cele nestructurale (replicaze, proteine de difuzie). ARN viral (lan ul +) servete de model replicazei pentru producerea de molecule complementare de ARN (lan -) care vor servi, la rndul lor, pentru sinteza a numeroase molecule de ARN+ Stim c n celul ADN este depozitarul informa iei genetice. Pentru a trece de la informa ia purtat de ADN la sinteza de proteine este nevoie de o molecul mesager; aceasta este ARN mesager (ARNm) care asigur transcrip ia genei i traducerea sa n proteine. Numeroase fitovirusuri au ca suport al informa iei genetice ARN. In timpul infec iei, aceast molecul de ARN va asigura dou func ii: o func ie de mesager de traduc ie, conducnd la sinteza de noi proteine virale i o func ie de model pentru sinteza de noi molecule de acid nucleic. n timp ce sinteza proteinelor virale are loc n citoplasma celular, particulele virale (virionii) se structureaz i se acumuleaz n situsuri specifice (corpi de incluzie, organite celulare..). Numrul de virioni astfel sintetiza i variaz de la un virus la altul. Astfel, pentru Virusul Mozaicului Tutunului, numrul este considerabil (mai multe milioane de particule/celul)

Fig. 2.2. Multiplicarea virusurilor cu ARN monocatenar

25

2.1.2. Simptome caracteristice. Majoritatea virusurilor produc boli cronice i mai rar letale. Simptomele virozelor sunt foarte variate: acelai virus poate produce simptome diferite n func ie de planta gazd dar i mai multe virusuri se pot asocia pe o plant gazd i cauza simptome complexe. Simptomele foliare se manifest prin decolorri cloroze, mozaic, necroze, deformri sau reducerea limbului foliar. Alt simptom caracteristic este nanismul sau piticirea. Lipsa simptomelor este datorat unor virusuri latente pe care plantele le tolereaz. Adesea simptomele sunt mascate ele dispar temporar sub influen a condi iilor climatice (n special a temperaturii mai ridicate). 2.1.3. Transmiterea i rspndirea virusurilor Cu cteva rare excep ii, particulele virale se denatureaz rapid n afara celulei gazd. Men inerea unui virus n natur implic capacitatea acestuia de a se putea transmite la descenden a plantei infectate - transmitere vertical, fie la alte plante ale aceleai specii sau la alte specii transmitere orizontal sau diseminare (rspndire) Modalitti de trasnmitere i rspndire a virusurilor: transmitere vertical prin nmul ire generativ sau vegetativ (semin e, bulbi, tuberculi, butai). Transmiterea vertical perpetueaz virusul contaminnd organele utilizate pentru multiplicarea plantei mai ales prin organe de nmul ire vegetativ i doar n cazuri mai rare prin semin e i polen (la plantele leguminoase i cucurbitacee). Avnd n vedere c aproape toate plantele de cultur se nmul esc vegetativ, acesta este un mod important de trasnmitere. transmitere orizontal prin rnire mecanic: inoculri naturale prin contactul dintre organe (pentru unele virusuri foarte infec ioase)i inoculri artificiale pe cale abraziv (rni ale celulelor epidermice). Trasmiterea mecanic n natur prin contact este relativ neimportant. Asemenea transmitere poate avea loc dup ce un vnt puternic a deteriorat frunzele unor plante vecine, bolnave i sntoase sau cnd plantele sunt rnite n timpul practicilor culturale de unelte, mini, haine, animale care se hrnesc iar sucul vegetal este transportat la plantele rnite. Exemple: Potato Virus X, TMV, CMV. Cea mai mare importan a transmiterii mecanice a virusurilor plantelor const n faptul c este indispensabil n studierea bolilor virale. prin contact ntre protoplasme: altoire, plante vector intermediare (cuscuta). Transmiterea prin altoi. Este realizabil la majoritatea virusurilor, fiind totui legat de receptivitatea donor-acceptor. Altoirea este cteodat utilizat pentru inocularea plantelor indicatoare. Transmiterea prin cuscut. Cuscuta formeaz haustorii care se dezvolt de la epiderm i care ptrund n esutul plantei gazd. Ei se unesc n fascicule, dintre care unele stabilesc contacte cu xilemul, altele cu floemul. In special virusurile din floem sunt transmise prin cuscut, fr ca purttorul de virus (cuscuta) s exteriorizeze simptome. prin vectori (animali sau vegetali). Transmiterea prin insecte (afide, tripi): calea cea mai frecvent de diseminare, majoritatea fiind insecte care au aparatul bucal pentru n epat i supt. Insectele vectoare cele mai active ale virusurilor plantelor sunt reprezentan i ai ordinului Homoptera, dei i al i reprezentan i pot fi vectori ai unor boli cu importan economic. Virusurile transmise prin insecte pot fi clasificate n dou categorii: circulante i necirculante. Nematozi: Virusurile sunt achizi ioante de la o plant i inoculate ntr-una sntoas n 15-60 minute.

26

Persisten a lor n nematozii vector variaz n func ie de cuplul considerat, de la cteva sptmni la cteva luni; nu sunt transmii prin ou. Ciuperci, organisme fungiforme. Se cunosc n prezent cca. 30 de specii de virusuri transmise de: Olpidium brassicae, Polymyxa betae i Spongospora subterranea. Zoosporii sunt cei care asigur transmiterea virusurilor. Acste ciuperci vectori au i alte forme de conservare (spori de rezisten ) care asigur conservarea virusului timp de mai mul i ani n resturi vegetale sau n sol.

Virusurile necirculante sunt purtate pe piesele bucale n timpul transmiterii i comport virusuri nepersistente i semipersistente. Virusurile circulante circul prin vector via canalului alimentar, sistem digestiv, hemolimf, glande salivare i canal salivar prin care sunt introduse ntr-o nou plant; ele sunt de tip persistent. Virusurile nepersistente sunt achizi ionate prin n epturi foarte scurte (optim 15-30 secunde) dar afidul pierde rapid capacitatea de a inocula virusul la plante succesiv (dup cteva minute). Virusurile nepersistente sunt, n general, transmise pe cale mecanic. Virusurile semipersistente necesit o perioad minim de n eptur de 30 minute att pentru achizi ionarea din planta atacat ct i pentru inocularea unei plante sntoase. Optimul de transmitere este ob inut cu n epturi de achizi ie de 12h i n epturi de inoculare de 6 ore. Persisten a este de ordinul a 1-3 zile. Se pare c acest tip de virus se ataeaz la interiorul canalului alimentar unde se acumuleaz, apoi este lsat progresiv n timpul n epturii. Sunt n general dificil de transmis pe cale mecanic. Virusurile persistente sunt virusuri circulante tipice i netransmisibile pe cale mecanic. Perioadele de achizi ie i inoculare sun de ordinul a 1-2 zile. Dup n eptura de achizi ie exist o perioad de laten (cu absen a transmiterii) la sfritul creia insecta poate transmite virusul pstrndu-i puterea de vector timp de lungi perioade.

2.2. VIROIZI In 1967, Diener i Raymer semnaleaz prezen a n plantele de cartof afectate de boala tuberculilor fusiformi (Potao Spindle Tuber Viroid) a unui virus cu propriet ile unui ARN liber. Acest ARN infec ios de mrime mic, care migreaz n electroforez n zona ARN de transfer, a primit numele de viroid. Viroizii sunt alctui i exclusiv din ARN monocatenar circular, cu mrimea de 246-399 nucleotide (80-125kDa). ARN-ul viroizilor se caracterizeaz printr-un procent ridicat de baze G+C (53-60%) i nu codific pentru proteine. Majoritatea viroizilor induc boli specifice la plante importante economic (cartof, tomate, hamei, vi de vie, pomi fructiferi mr, pr, piersic, prun) i plante ornamentale crizanteme, Coleus. Originea viroizilor rmne ipotetic dar nu este vorba de virusuri primitive sau degenerate; ar putea reprezenta subprodui ai activit ii celulare sau corespunde unor molecule fosile ale unei lumi precelulare.

Intrebri 1. Care sunt principalele caracteristici care fac din virusuri un grup aparte de patogeni? 2. Care sunt principalele modalitti de transmitere i rspndire a virusurilor? 3. Cum putem utiliza n practica horticol cunotin ele asupra modalit ilor de transmitere i rspndire a virusurilor?

27

Capitolul 3

Procariote fitopatogene

Con inut. Obiective. Capitolul ofer o imagine de sintez asupra bacteriilor i fitoplasmelor fitopatogene, a rela iilor acestora cu planta i mediul precum i strategiile parazitare specifice. Sunt prezentate caracterele generale, fundamentele clasificrii actuale, strategiile utilizate pentru reuita infec iei. Cunoaterea acestor elemente fundamenteaz diagnosticarea atacului i orientarea strategiilor de control. 3.1. Bacterii fitopatogene 3.1.1. Caractere generale Bacteriile fitopatogene : microorganisme unicelulare, procariote (ale cror celule nu sunt prevzute cu un nucleu diferen iat), Gram pozitive sau Gram negative; majoritatea au form de bastona (frecvent cu lungimea de 1-2 si l imea de 0,5-0,8) dar pot fi i filamentoase (genul Streptomyces). Forma i dimensiunea celulelor reprezint informa ii care definesc morfologia bacterian, aceasta constituind timp indelungat criteriul esen ial de recunoatere i identificare a speciilor. Morfologie si structura. Celula bacterian are o structura simpla, reprezentat de elemente obligatorii (peretele celular, membrana citoplasmatic, citoplasma, nucleoidul) i de elemente facultative (plasmide, capsul, cili, pili, exopolizaharide). Elemente obligatorii Peretele celular este rigid, uneori nvelit ntr-un strat mucilaginos (capsul). Confer forma caracteristic celulei bacteriene; delimiteaza celula bacterian, avand spre interior membrana citoplasmatic iar la exterior, la unele specii, capsula; permite men inerea unei presiuni osmotice ridicate (5-20 atm) datorit concentra iei n metaboli i i are un rol important n procesele de recunoatere (care determin rela iile parazitare plant - patogen). Astfel, peretele celular prezint situsuri antigenice responsabile de reac ii imunologice specifice (rol n identificarea speciilor). Tot la acest nivel sunt localizate i situsurile de fixare a virusurilor care atac bacteriile (bacteriofagi).Peretele celular prezint structur granular (vizibil n microscopie electronic), permeabil pentru solu ii minerale i organice, constituind, n acelai timp, i o barier fa de particulele solide sau coloidale. Compozi ia sa chimic este complex i variaz n func ie de grupa de bacterii. De exemplu, prezint componente care reac ioneaz cu anumi i coloran i. Coloratia Gram permite deosebirea bacteriilor G+ de cele G- (se bazeaz pe diferen ele de structur i compozi ie ale peretelui celular). Pere ii bacteriilor Gram pozitive sunt alctui i, n principal, dintr-o foi de peptidoglucani (50% din materia uscat), con innd acid teichoic, un polimer alctuit din molecule de glicerol sau ribitol asociate cu un zahr (glucoz) sau D-alanin. Bacteriile Gram negative au un perete celular cu structur mai complex, reprezentat de mai multe foi e: un strat sub ire, intern, de peptidoglucani (10% din materia uscat) i un strat extern, dublu, alctuit din molecule hidrofile (fosfa i i zaharide) i hidrofobe (lipide).

Membrana citoplasmatica (citolema sau plasmalema) delimiteaza, la interior, citoplasma, fiind flexibil i dinamic. compus, n principal, din lipide i proteine cu o structur de tip sandwich eviden iat la microscopul electronic (un strat transparent de lipide ntre dou straturi opace, dense, de natur proteic).

28

rol de bariera osmotic, mpreun cu peretele celular (men ine n celula o concentra ie ridicat de macromolecule, molecule mici i chiar ioni, impiedicnd difuzarea lor n mediu). intervine n regularizarea permeabilit ii celulare (controleaz trecerea ionilor i a moleculelor dizolvate att din mediul extern spre interiorul celulei ct i invers, corelat cu activit ile metabolice). particip la formarea peretelui celular, a capsulei i a cililor i este inta asupra creia ac ioneaz produsele chimice bactericide i antibioticele Citoplasma (matricea citoplasmatic) este un sistem coloidal omogen format din proteine (pana la 50% din substan uscat), nucleoproteine (ARN pn la 17 % din s.u.), lipide (pn la 10% din s.u.), hidrati de carbon (12-28%), apa si saruri minerale. Componente citoplasmatice: numr mare de ribozomi (granule sferice, mici, alctuite din ARN - ARN ribozomal reprezint 80-90% din ARN-ul total al celulei i proteine). Rol n biosinteza proteinelor interne ale celulei. Pigmen i - substan e care pot rmne intracelular, colornd specific coloniile sau pot difuza n exterior, colornd mediul de cultur. Pigmen ii frecvent ntlni i sunt carotenoizii (culoare galben, portocalie sau roie la speciile genului Xanthomonas) i fluoresceina (galben-verzuie, la genul Pseudomonas). Substan e de rezerv diferite materii organice i anorganice (n general amidon, lipide, glicogen) acumulate la sfritul perioadei de cretere activ, reprezentnd surse de energie. Sunt vizibile la microscop sub forma unor granulatii Bacteriocine - toxine proteice cu propriet i antibiotice fa de bacteriile apar innd altor tulpini dect cea productoare, din cadrul aceleiai specii. Bacteriocinele pot afecta sinteza proteinelor sau a sintezei ADN iar producerea lor este controlat de plasmide sau de gene cromozomiale. Exemple: agrocina (Agrobacterium tumefaciens) agrocina 84 folosit pe scar industrial n prevenirea cancerului bacterian; siringocina (Pseudomonas syringae); faseolina (Xanthomonas phaseoli); herbicolicina (Erwinia herbicola); carotovoricina (E. carotovora) Vacuole observabile n perioada de cretere activ; n numar de 6-10 la celulele mature sau pn la 20 la cele aflate n cretere activ. Nucleoidul sau echivalentul nuclear este de intorul informa iei genetice a bacteriei. Nu poate fi pus n eviden prin colorri uzuale datorit boga iei citoplasmei n ARN. Dupa o prelucrare special a citoplasmei, materialul nuclear apare sub diferite forme: granule sferica sau ovale, sub forma literei T, V, X. Nucleoidul este lipsit de membrana nuclear, fiind caracteristic procariotelor. Are o structur fibrilar i reprezint 5-16% din volumul celulei. Filamentele fine de ADN (pana la 20%) apar ca o granula sferic pe care o putem derula artificial intr-o molecul circulara de 700900m lungime i care con ine cca. 400 kpb. Elemente facultative Plasmide: ADN circular, liber n citoplasm, care poart unele informa ii ereditare neesen iale pentru via a bacteriei sau determinan i genetici specifici (de ex. gena pentru rezisten a la antibiotice, gene responsabile pentru puterea patogen (producerea de tumori la A. tumefaciens). n anumite condi ii, plasmidele pot fi transferate de la o bacterie la alta i transmite, astfel, anumite propriet i ereditare. n plus plasmidele sunt capabile de trasnfer nu numai orizontal (bacterie-bacterie) ci i transfer inter-regn (bacterii-levuri, bacterii-celule vegetale)

29

Cili (flageli): asigura mobilitatea celulei bacteriene. Datorit grosimii lor foarte mici (10-30 nm), cilii nu pot fi vazu i la microscopul optic dect n urma unor colorri speciale sau la micrsocopul electronic. Lungimea lor poate depi de cteva ori pe cea a celulei care i-a generat. Numrul i dispozi ia cililor sunt, n general, caracteristice pentru o anumit specie, reprezentnd un caracter taxonomic important. Dup numrul i dispozi ia cililor, bacteriile sunt: atrihe (fara cili), monotrihe (cu un cil), amfitrihe (cu cte un cil la fiecare pol), lofotrihe (cu cte un smoc de cili la unul sau ambele capete ale celulei), peritrihe ( cu cili pe toat suprafa a) Pili (fimbrii): apendici filiformi, comuni (cu rol n fixare sau ataare la celulele plantei gazda etap a procesului de patogenez) sau sexuali (rol posibil n transmiterea informa iei genetice n timpul conjugrii). Capsula: un nveli secretat n func ie de calit ile mediului (prezen a hidra ilor de carbon, temperatura), cu posibil rol n aprare Nutri ia/metabolismul. Bacteriile sunt organisme heterotrofe, folosind ca surs de hran esuturile vii dar i pe cele moarte (parazitism sau saprofitism). Substan ele organice sunt descompuse cu ajutorul enzimelor (n special hidrolaze) nmul irea. Bacteriile au capacitate mare de nmultire, realizat prin diviziune. Fazele care sunt specifice procesului de nmul ire sunt faza latent sau sta ionar, cnd bacteriile se adapteaz la mediu; creterea n volum (crete dimensiunea bacteriilor i ncepe procesul de diviziune); faza exponen ial sau logaritmic (diviziune i cretere constant a numrului de celule, n progresie geometric); faza de ncetinire a ritmului de crestere (epuizarea treptat a substratului nutritiv); faza stationar (echilibru ntre multiplicare i moartea celulelor); faza de declin (numr dominant de celule moarte); faza final de declin (autodistrugere). Influenta factorilor externi asupra bacteriilor. n general, toat activitatea bacteriilor este n strns dependen de condi iile mediului nconjurtor. Temperatura este cel mai important dintre factorii abiotici, sub influen a acesteia producndu-se schimbri n starea coloidala a citoplasmei i n activitatea enzimelor. Fiecare specie bacterian are temperaturi cardinale de dezvoltare: minime (- 1 / 60C), optime (20300C) i maxime (35-450C). Bacteriile fitopatogene sunt, n general, mezofile (optimul de temperatur la 20 300C). Cunoaterea temperaturilor cardinale are aplicatii practice: combaterea bacteriozelor prin termoterapie (temperaturile bactericide = 50-520C); sterilizare (caldur umed, caldura uscat). Umiditatea necesar cresterii i dezvoltrii bacteriilor este de 85-100%. Deshidratarea esuturilor sau umiditatea atmosferic redus nu permit dezvoltarea lor n plante. Lumina exercit o ac iune bactericid asupra majorit ii bacteriilor. Lumina difuz are o ac iune mai redus. n schimb, radia iile UV, razele X si razele gamma au efect bacteriostatic, mutagen sau chiar letal (afecteaz, obisnuit, ADN-ul celulei). Aplicatie practic: radiatiile sunt importan i agen i de sterilizare. Pentru razele UV regiunea cea mai activ a spectrului de emisie este cuprins ntre 260-270 nm (n aceasta zon emit lampele cu UV folosite n decontaminarea obiectelor, suprafe elor de lucru). Razele X si gamma sunt mai eficace deoarece au o putere de ptrundere mult mai mare i reprezint un mijloc ideal de sterilizare a conservelor alimentare. Dificult ile n utilizare sunt reprezentate de: instala ii costisitoare; efect i asupra substan elor din jur (sunt radia ii ionizante).

30

Ultrasunetele distrug microorganismele n suspensie, dezintegrnd peretele celular i elibernd con inutul celulei. Agen ii chimici. Substan ele chimice au efect bacteriostatic (se realizeaz o blocare potential reversibil a procesului de multiplicare celular) sau bactericid (se produce o alterare profund i ireversibil a unor procese metabolice esen iale). O substan chimic este bactericid dac efectul ei este rapid, chiar la concentra ii mici. Aplicatie practica: folosirea substan elor bactericide in tratamentul semintei sau in vegetatie pentru limitarea atacului. Agenti biotici bacteriofagi (virusuri ale bacteriilor): ac ioneaz prin liza celulei. 3.1.2. Clasificarea bacteriilor Clasificarea bacteriilor este inspirat ntr-un mod foarte natural din legile care guverneaz clasificarea plantelor sau animalelor, fiind conceput dup regulile lui Linn. Sistemele de clasificare se pot baza pe asemnarea dintre organisme, pentru un maxim de criterii (clasificarea fenetic sau fenotipic) sau pe rela ia evolutiv dintre specii (clasificare cladistic sau filogenetic).Taxonomia clasic se bazeaz n principal pe criterii morfologice, fiziologice, biochimice, ecologice caractere utile pentru o identificare de rutin. Identificarea microorganismelor, dup izolarea n culturi pure, presupune parcurgerea unor etape suucesive: examinarea caracterelor de cultur (analiza macroscopic a culturii pe medii solide i lichide); examinarea caracterelor morfologice i tinctoriale (analiza microscopic n preparate proaspete i frotiuri); examinarea caracterelor biochimice pe medii de testare specifice; examinarea sensibilit ii la antibiotice; examinarea caracterelor serologice i de toxicogenez Chemotaxonomia sau sistematica biochimic se bazeaz pe capacitatea diferen iat a taxonilor de a sintetiza diferite familii de molecule. n sensul cel mai larg chemotaxonomia se bazeaz pe molecule apar innd metaboli ilor primari i secundari (acizi nucleici, proteine, lipide) dar i pe activitatea fiziologic a celulei. Tehnicile moleculare cunosc o dezvoltare considerabil; ele permit solu ionarea unor probleme de identificare aprute i nerezolvate pe plan morfologic i stabilirea rela iilor evolutive ntre taxoni. Tehnica cea mai simpl const n exprimarea raportului procentual al bazelor azotate guanin + citozin (G+C) fa de totalitatea bazelor. n celulele procariotelor valorile G+C (%) variaz, n func ie de taxoni, ntre 25-80% dar sunt constante n interiorul unei specii. Bazele clasificrii moderne ale procariotelor au evoluat spre o abordare filogenetic bazat pe compararea secven elor nucleotidice, genele care codific pentru ARN ribozomal fiind cel mai des utilizate pentru identificarea taxonilor. Aceste date au bulversat clasificarea general a procariotelor i au determinat modificri importante n clasificarea mai multor specii ca i definirea a mai multor genuri noi. Datele moleculare (analiza secven elor nucleotidice) sugereaz c strmoul procariotelor a fost reprezentat de bacterii roii, fotosintetice. Genele care codific pentru ARN ribozomal joac un rol important n certificarea clasificrii clasice. Aceste gene con in regiuni codante foarte conservate (cele care corespund moleculelor 5S, 16S, 23S) i regiuni noncodante, mai variabile. ARN 16S al principalelor grupe filogenetice prezint una sau mai multe caracteristici ale secven elor nucleotidice numite semnturi oligonucleotidice, secven e specifice, prezente la majoritatea sau la to i membrii unui grup anume.

Nivelele taxonomice specifice n patologia vegetal sunt redate n tabelul 3.1. Analiza secven elor de ARN ribozomal clasific procariotele n dou domenii distincte: Bacteria (Eubacteria) care cuprinde toate genurile fitopatogene i Archaea (care difer de Bacteria prin peptidoglucani). n cadrul Eubacteria, clasificarea are la baz colora ia Gram. Bacteriile Gram negative sunt ncadrate n Proteobacteria i constituie un grup foarte diversificat, care con ine 5 sec iuni, definite pe baza secven elor ARN 16S: , , , i .

31

Bacteriile Gram pozitive se clasific n grupe taxonomice pe baza con inutului n Guanin +Citozin, exprimat procentual (coeficient Chargaff). Principalii taxoni ai bacteriilor Gram negative i Gram pozitive sunt prezenta i n tabelul 3.2. Tabelul 3.1. Nivele taxonomice utilizate n clasificarea procariotelor fitopatogene Rang taxonomic Domeniu Regn Sec iunea Clasa Ordinul Familia Genul Specia Patovar Rasa (biotip) Nomenclatur Bacteria (Eubacteria) Proteobacteria Proteobacteria Zymobacteria Pseudomonadales Pseudomonadaceae Pseudomonas Ps. syringae Ps. syringae pv. tabaci Specific anumitor cultivare

Nivele supraspecifice

Nivele infraspecifice

Tabelul 3.2 Pozi ia taxonomic a principalelor genuri din Eubacteria (Prescott i al., 1999; Schaad i al., 2001)Bacterii Gram negative - Proteobacteria Sec iunea Proteobacteria Sec iunea Proteobacteria Agrobacterium Burkholderia Ralstonia Acidovorax Xylophilus Erwinia Pseudomonas Xanthomonas Liberobacter

Sec iunea Proteobacteria

Sec iunea Proteobacteria Bacterii Gram pozitive Con inut n G+C < 50% Sec iunea Clostridia Sec iunea Bacilli Con inut n G+C > 50% Actinobacteria

Clostridium Bacillus Arthrobacter Clavibacter Rhodoccocus Streptomyces

32

3.1.2.1. Bacterii Gram negative Sec iunea Proteobacteria: Genul Agrobacterium cuprinde bacterii Gram negative, sub form de bastona, cu flageli peritrichi (2-6), cu metabolism respirator aerobic, care nu formeaz spori. Tulpinile izolate din ap, sol, rizosfer i esuri vegetale pot fi nepatogene sau pot produce tumori sau proliferri ale rdcinii. Simptomul specific determinat de bacteriile patogene este producerea de tumori pe rdcini sau la baza tulpinii (Agrobacterium tumefaciens). Unele specii de Agrobacterium sunt utilizate i n domeniul ingineriei genetice, permi nd integrarea i exprimarea n plante a unor gene strine. Sec iunea Proteobacteria Din aceast sec iune fac parte bacteriile care au apar inut vechiului grup Pseudomonas, repartizate n noi genuri. Genul Acidovorax a fost propus pentru a desemna vechea specie Pseudomonas avenae. In horticultur, reprezentantul tip este specia A. avenae subsp. citrulli - ptarea bacterian a pepenilor verzi. Genul Xilophilus. Singura specie patogen este X. ampelinus (sin. Xanthomonas ampelina), care atac vi a de vie. Genul Burkholderia: bacterii Gram negative, bastonae curbate, cu flageli polari. Majoritatea sunt strict aerobe, nu produc pigmen i fluorescen i pe medii de cultur srace n fier. Simptomele induse plantelor sunt putregaiuri, ofiliri sau necroze. Reprezentan ii cei mai cunoscu i sunt: B. caryophylli, responsabil de ofilirea vascular la garoafe; B. cepacia, larg rspndit la ceap producnd un putregai al bulbilor depozita i; B. gladioli, pgubitoare n culturile de gladiole dar i pe bulbi, la pstrare. Genul Ralstonia: bacterii cu flageli polari (cnd exist) i care formeaz colonii nefluorescente pe mediul King B, srac n fier. Reprezentantul tip este R. solanacearum, o specie foarte pgubitoare pentru numeroase culturi n regiunile tropicale i subtropicale (cartof, vinete, bananier, tutun, tomate). Bacteria produce ofiliri i nglbeniri asimetrice (se dezvolt n esutul conductor al plantei xilem) i este recunoscut dup mucusul alb - lptos care exsud din esutul vegetal la presarea fragmentelor pr ii bazale a tulpinii. Sec iunea Proteobacteria: n sec iunea Proteobacteria sunt ncadrate dou familii importante: Pseudomonadaceae (cu genurile Xanthomonas i Pseudomonas) i Enterobacteriaceae (cu genurile Erwinia i Pantoea). Genul Xanthomonas: bacterii Gram negative, bastona, cu dimensiuni de 0,4-1m, cu un singur flagel polar, strict aerobe. Majoritatea dezvolt colonii galbene, pigmen ii care intervin fiind carotenoizi, nedifuzibili, numiti xantomonadine. De asemenea, aceste bacterii secret un polizaharid extracelular xantan, care formeaz un mucus strlucitor pe mediile bogate n glucoz. Numeroase specii de Xanthomonas sunt fitopatogene. Specia X. campestris este ubiquist i cuprinde mai multe de 100 de patovar-uri, cercul de plante gazd fiind n general foarte limitat. Infec iile produse se manifest n general pe frunze, tulpini i fructe prin pete brune, cu aspect uleios, nconjurate de o aureol. Principalele patovar-uri sunt X. campestris pv. campestris, care produce nnegrirea nervurilor la crucifere; X. campestris pv. begoniae, extrem de pgubitoare n sere, la begonii, n condi ii de temperatur i umiditate ridicate. Genul Pseudomonas: bacterii Gram negative, bastona, monotriche, lofotriche sau atriche, strict aerob. Pot produce pigmen i solubili n ap, albstrui, glbui, verzui. Aceste bacterii colonizeaz abundent solul i mediul marin sau acvatic, avnd rol n mineralizarea materiei organice. Unele specii se dezvolt n rizosfer, la contactul cu rdcinile plantelor, altele n filosfer, pe organele aeriene ale plantelor.

33

Bacteriile din genul Pseudomonas care colonizeaz rizosfera i stimuleaz creterea plantelor dar ofer i protec ie fa de patogenii din sol fac parte din grupa Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR). Speciile de Pseudomonas sunt repartizate in 2 grupe, pe baza propriet ilor chimice; aceasta clasificare este contrazis, uneori, de asemnrile fenotipice. Specii de Pseudomonas fluorescente. n acest grup sunt clasificate speciile care produc un pigment fluorescent, galben-verzui, solubil pe mediul King B cu concentra ie mica de fier. Speciile acestui grup pot fi nepatogene - Ps. fluorescens, utile n controlul biologic al bolilor plantelor, sau patogene pentru plante. Subgrupa Ps. syringae cuprinde reprezentan i care produc necroze pe frunze, tulpini, ulcera ii i ciuruiri ale frunzelor. Specia Pseudomonas syringae are importan economic major, reunind peste 50 patovar-uri. Cel mai important patovar este Ps. syringae pv. syringae, saprofit dar i parazit, infectnd gazdele prin rni sau flori, cnd condi iile climatice sunt favorabile (vreme rece i umed). Cercul de plante gazd este larg iar gama de simptome variat: ulcera ii pe tulpini i ramuri, adesea asociate cu scurgeri de gome; perforri foliare; necrozarea frunzelor i ramurilor. Patogenul Ps. syringae pv. mors-prunorum este specializat pe cire i prun; produce aceleai simptome ca Ps. syringae pv. syringae dar este mult mai pgubitor deoarece poate infecta ramurile ptrunznd prin cicatrici foliare, toamna. Specii de Pseudomonas nefluorescente. Alctuiesc un grup heterogen, cu 23 de specii i numeroase variet i patogene, specifice gazdei atacate : Ps. amygdali la migdal, Ps. andropogonis la cafea, porumb, garoafe, lalea, Ps. gladioli la gladiole sau Ps. solanacearum la solanacee.Bacterii care nucleaz ghea a. Unii reprezentan i ai genului Pseudomonas induc pierderi prin nghe , datorit formrii cristalelor de ghea la temperaturi apropiate de 00C. La temperaturi cuprinse ntre -100C i 00C ghea a nu se formeaz la plante dect n prezen a unor bacterii specifice, a cror membran are nuclei n jurul crora se formeaz cristale de ghea . Tulpinile bacteriene responsabile de producerea ghe ii apar in speciilor Ps. syringae i Pantoea herbicola, specii epifite sau patogene (atac frunzele, florile i fructele).

Genurile Erwinia i Pantoea cuprind bacterii fitopatogene Gram negative, facultativ anaerobe, form de bastona, cu flageli peritrichi. Familia Enterobacteriaceae are, de asemenea, reprezentan i responsabili pentru boli bacteriene la mamifere, inclusiv om. Bacteriile Erwinia au fost repartizate n 4 grupe: 1. grupul carotovora: reunea speciile cu puternice activit i pectinolitice; acestea induc la plantele infectate o degradare a structurii esuturilor (macerare) care determin apari ia de putregaiuri umede, mai ales la nivelul organelor de rezerv (rdcini, bulbi, tuberculi); 2. grupul herbicola: cuprindea speciile care produc un pigment galben constituit din carotenoizi insolubili n ap i care sunt asociate cu plantele att ca epifite nepatogene ct i ca parazi i de slbiciune (oportuniti); din acest grup mai fac parte specii ubicviste, patogene pentru om i animale; 3. grupul amylovora (specia tip E. amylovora) cuprindea speciile fitopatogene care produc necroze i ofiliri; ele nu produc nici enzime de macera ie nici pigmen i galbeni. 4. Grup 4: specii de Erwinia atipice, nepatogene, a cror pozi ie taxonomic nu era precis.

34

Genul Erwinia astfel definit forma un ansamblu foarte heterogen. Pe baza analogiei secven elor ARN 16S, aceste specii au fost redistribuite n cadrul unor noi genuri, redistribuire care nu este, ns, unanim acceptat. Conform tendin elor mondiale, n prezentul curs adoptm i noi propunerea propunerea lui Schaad i al. (2001) de a nu re ine un nou gen dect pentru grupul herbicola i de pstrare a denumirii de Erwinia pentru a desemna celelalte specii. Speciile de Erwinia din grupul carotovora (uneori reunite n cadrul unui gen numit Pectobacterium) au fost clasificate pe baza propriet ilor lor biochimice. Speciile de Erwinia responsabile de putregaiuri umede sunt cunoscute pentru activitatea pectolitic puternic, inducnd degradarea esuturilor plantelor (macerare) cu apari ia unui putregai umed, mai ales la organele de rezerv. Dezvoltarea speciilor de Erwinia este favorizat de traumatisme, nghe , rni mecanice, agen i toxici, salinitate excesiv, prezen a altor patogeni (Sclerotinia la morcov). Reprezentant important al genului sunt: E. carotovora, care produce nnegrirea bazei tulpinii i putregaiul umed al tuberculilor de cartof (pv. atroseptica n zonele temperate i pv. carotovora n zonele calde). Grupul amylovora reunete cca. 10 specii care nu produc putregaiuri umede. Specia E. amylovora (focul bacterian al rozaceelor) este reprezentantul tip al acestui grup. Gazdele cele mai importante din punct de vedere economic sunt prul (Pyrus communis) i mrul (Malus domestica). Sunt ataca i de asemenea arbuti ornamentali: Crataegus, Sorbus, Pyracantha, Cotoneaster iar rolul lor este foarte important n transmiterea bolii. Bacteria Pantoea herbicola pv herbicola (sin. Erwinia herbicola) este o specie ubiquist, foarte rspndit la suprafa a plantelor dar i n medii foarte diferite (ape curgtoare, insecte, tub digestiv al omului). Bacteria se poate manifesta i ca parazit de slbiciune la plante dar i la animale provocnd septicemii, conjunctivite, abcese i meningite. Ea poate modifica n unele cazuri sensibilitatea plantelor la atacul altor patogeni sau se comport ca antagonist fa de alte specii patogene, n special E. amylovora. 3.1.2.2. Bacterii Gram pozitive Bacterii cu con inut n G+C < 50% Sec iunea Clostridia. Bacteriile pectinolitice care apar in genului Clostridium au form de bastona, sunt strict anaerobe i formeaz spor. Ele sunt uneori asociate cu putregaiuri moi (umede) ale plantelor plasate n condi ii de anaerobioz. Bacteriile din genul Clostridium sunt frecvent implicate n ini ierea i dezvoltarea simptomelor de putregai umed la tuberculii de cartof cnd umectarea suprafe ei acestora men ine condi ii anaerobice. Aceste bacterii (C. butyricum, C. puniceum) sunt frecvente n sol i n rizosfera plantelor. Importan a lor a fost pn n prezent subestimat deoarece izolrile sunt n mod obinuit realizate n condi ii aerobice care favorizeaz dezvolatrea altor specii. Sec iunea Bacilli. Genul Bacillus cuprinde bacterii n principal saprofite utilizate ca agen i de combatere biologic (B. subtilis, B. cereus, B. thuringiensis). Specii patogene: B. polymyxa la tomate.

35

Bacterii cu con inut n G+C > 50%. Au form variabil, fiind bastonae mai mult sau mai pu in curbate, lungi de 2-6 m, una din extremit i fiind adesea umflat. Genul Clavibacter (Corynebacterium) este principalul gen al bacteriilor Gram pozitive. Reprezentan ii sunt specii patogene pentru om sau animale (difteria C. diphteriae) dar i responsabile de producerea unei mari variet i de simptome la plante (infec ii vasculare). Reprezentan ii genului sunt relativ usor de identificat pe baza morfologiei celulare (celule drepte sau uor curbate, adesea cu umflturi, imobile) caracterului lor Gram pozitiv i pigmentrii caracteristice roii-portocalii sau roz a col