MICROBIOLOGIE

MICROORGANISME IN CEREALE

Datorită cantităţilor foarte mari ce se recoltează, manipulează, transportă şi înmagazinează, datorită păstrării lor mai indelungate ca şi extinderii mecanizării operaţiilor enumerate, cerealele păioase ridică uneori probleme serioase şi variate după recoltare şi până la valorificare.

Cerealele păioase se stochează, de regulă, la un conţinut în umiditate de 13-14,5 % într-un echilibru de 70-75 % umiditate relativă a aerului. Sunt însă ani şi cazuri când depozitarea cerealelor se face la o umiditate relativă a atmosferei mai ridicată (peste 80%) sau când recoltarea cerealelor se face la un conţinut în umiditate de 16-18 % si se depozitează fără o prealabilă uscare. Aceste cereale creează mari dificultăţi deoarece favorizează dezvoltarea microorganismelor şi înmulţirea dăunătorilor.

Cu toată atenţia acordată culturilor de cereale , porumb şi sorg pentru a se obţine recolte bogate si de calitate superioară există ani şi cazuri în care pierderile provocate de diferiţi factori post-recoltare sunt deosebit de mari. Desi greu de apreciat, aceste pierderi, în unele ţări se ridică în medie între 2-5 % din producţia globală, iar în anii nefavorabili se pot ridica şi până la 10 %. Cele mai multe pierderi sunt atribuite microorganismelor şi dăunătorilor la care trebuie adăugate şi pagubele provocate de factorii abiotici.

Microorganismele ajung pe seminţele depozitate pe diferite căi : - unele provin din câmp şi se găsesc în sau pe seminţe, multe din ele fiind

patogene, adică se transmit prin intermediul seminţelor în culturile viitoare. Aceste microorganisme sunt deci periculoase în primul rând pentru cerealele destinate însămânţărilor, dar şi pentru cele de consum pentru om şi animale. Altele sunt saprofite şi se instalează pe şi în seminţe, cu diferite ocazii. În condiţii favorabile aceste microorganisme fructifică la suprafaţa seminţelor de unde se răspândesc în masa de seminţe. Ele fac parte din microflora de câmp;

- alte microorganisme contaminează seminţele în timpul treieratului, al manipulării, condiţionării şi transportului, fie prin intermediul prafului ce se creează deasupra câmpului în urma acestor operaţii, fie din combine, platforme de transport, de pe uneltele utilizate la manipulare, de la ambalajele vechi. Aceste

microorgansime pot fi patogene sau saprofite şi alcătuiesc grupa microflorei intermediare;

- a treia categorie de microorganisme se dezvoltă de regulă în timpul stocării şi este constituită numai din specii de bacterii si ciuperci saprofite, cele mai multe aparţinând genurilor Aspergillus, Penicillium, Mucor, Bacillus, Psudomonas. Dezvoltarea şi înmulţirea lor este strâns legată de conţinutul în umiditate al seminţelor, de umiditatea relativă şi temperatura mediului înconjurător, de prezenţa dăunătorilor. Aceasă ultimă categorie constituie aşa numita microfloră de depozit.

Microflora patogenă şi saprofită de câmp şi intermediară

Este foarte bogată şi este constituită, aşa cum s-a arătat, din bacterii şi ciuperci care colonizează seminţelor înainte de recoltare. Acestea pot afecta aspectul, calitatea şi germinaţia seminţelor, dar numai unle produc pierderi în timpul păstrării.

Dintre bacterii, cea mai păgubitoare este Xanthomonas translucens var. cerealis. Seminţele infectate de această bacterie sunt mai mici ca cele neînfectate, sunt zbârcite şi cu dungi longitudinale sau punctişoare înşiruite în formă de dungi, de culoare brună-negricioasă.

La ovăz a fost identficată arsura bacteriană, produsă de Pseudomonas coronafaciens care se transmite prin sămânţă, în care supravieţuieşte până la 2 ani. Este periculoasă numai pentru ovăzul de semănat.Dintre ciuperci se regăsesc în depozite speciile de Tilletia, care produc mălura comună a grâului (T.foelida şi T. Tritici), mălura orzului (Tilletia pancicii), mălura secarei (Tilletia secalis). Toate aceste ciuperci trăiesc în boabele cerealelor menţionate, sub formă de teliospori bruni care alcătuiesc pulberea de mălură. La treierat aceste boabe se sparg şi pulberea de mălură se împrăştie în toata masa de grâu, orz, secară, fiind dusă în depozite unde rezistăunul sau mai mulţi, până la reînsămânţare. Importanţă deosebită pentru semănat au boabele parţial mălurate, care nu se sparg la treierat, au aceeaşi mărime cu boabele sănătoase, dar laînsămânţare transmit bola în câmp.

Fig 1. Boabe de grâu sănătoase (stânga) Fig 2. Spic infectat cu Tilletia controversa

şi infectate de Tilletia foetida (dreapta) (sursa www.tolweb.org)(sursa www.agric.gov.ab.ca)

Specia cea mai păgubitoare pentru grâu este însă Tilletia controversa care produce piticirea grâului. Importanţa acestei boli constă nu numai în intensificarea ei în zonele contaminate, dar şi în faptul că se extinde în zonele necontaminate; de aceea trebuie luate măsuri chiar de la depozitare, de a nu se amesteca loturile de grâu infectat cu cele de grâu neinfectat.

Loturile de grâu infectate cu Ustilago tritici, care produce tăciunele zburător al grâului, şi cele de orz infectate cu Ustilago nuda, care provoacă tăciunele zburător al orzului prezintă, de asemenea, inconveniente pentru materialul depozitat, destinat însămânţării. Aceste două boli se transmit în câmp prin intermediul seminţei infectate cu miceliul ciupercilor.

Tăciunele îmbrăcat (Ustilago hordei) şi tăciunele zburător negru (Ustilago nigra) ale orzului au acelaşi mod de infecţie ca şi speciile de Tilletia.

Toate aceste ciuperci care produc mălura şi tăciunii cerealelor sunt periculoase. Cerealele contaminate cu spori de Tilletia şi Ustilago în cantitate mare sunt periculoase pentru animale când le consumă, deoarece elaborează toxine puternice.

Cele mai răspândite şi mai periculoase pentru cerealele păioase sunt speciile de Fusarium. Aceste ciuperci contribuie la scăderea germinaţiei seminţelor, atât înainte cât şi după depozitare. În anii cu primăveri reci şi prelungite, în care zăpada stagnează mai mult decât obişnuit pe câmp, apare frecvent Fusarium nivale. Loturile de cereale infectate cu aceste ciuperci trebuie bine condiţionate imediat după recoltare, pentru a elimina cât mai multe din seminţele infectate. Acestea se recunosc fiindcă sunt mai mici, mai subţiri şi mai uşoare decât boabele neinfectate, iar culoare lor este albicioasă din cauza ciupercilor ce se dezvoltă în interiorul şi pe suprafaţa boabelor. În condiţii favorabile, aceste conidii germinează şi dezvoltă un miceliu care se intinde pe suprafaţa seminţelor mai ales a celor sparte, fisurate şi chiar pe cele întregi, comportându-se ca nişte ciuperci de depozit.

Fig. 3. Boabe sănătoase (stânga) şi infectate cu Fig .4. Boabe de grâu infectate Fusarium graminearum (dreapta) cu Ustilago tritici

(sursa www.scarab.msu.montana ) (sursa www.probstdorfer.ro)Loturile de cereale cu procente mari de boabe infectate su specii de

Fusarium nu se vor depozita în amestec cu loturile neinfectate, nici în cazul cerealelor destinate însămânţării şi nici a celor destinate consumului, deoarece aceste ciuperci provoacă micotoxine grave la om şi animale. În general, cerealele infectate puternic cu specii de Fusarium trebuie stocate separat şi vor fi dirijate spre alte scopuri.

În depozitele de cereale şi îndeosebi în cele de grâu se mai pot întâlnişi alte ciuperci patogene, periculoase pentru sămânţă, între care cele de Septoria nodorum care se recunoaşte prin aceea că boabele infectate sunt mai mici, şiştave şi au pe partea bombată o pată mai decolorată, uşor zbârcită, adâncită, iar pe suprafaţa ei se dezvoltă fructificaţiile ciupercii sub formă de punctişoare negre (picnidiile). Ciuperca este periculoasă pentru grâul de sămânţă.

Pe seminţele de orz depoziate se întâlnesc, în unii ani, ciupercile Helminthosporium gramineum şi H. Sativum, iar pe cele de ovăz Helminthosporium avenae. Seminţele infectate sunt mai subţiri şi mai uşoare decât cele sănătoase, au în general o culoare brună-închis. În general, boabele infectate sunt lipsite de germinaţie. Helminthosporium victoriae este periculoasă si pentru ovăzul de consum, fiindcă in anumite condiţii elaborează o micotoxină, victorina, toxică pentru animale.

Pe orez in afară de speciile de Fusarium se mai pot întâlni în depozite ciupercile Helminthosporium oryzae şi Piricularia oryzae. Infecţia cu prima ciupercă provoacă formarea de seminţe mici, şiştave şi pătate în brun. Conidiile ei aderă şi pe suprafaţa seminţelor sănătoase transmiţând odată cu ele boala, în câmp. Ciuperca Piricularia oryzae determină formarea de seminţe de seminţe mici, şiştave, deformate si cu pete gălbui, mărginite de o dungă brună.

La secară, cele mai importante ciuperci patogene provenite din câmp sunt : Claviceps purpurea care produce cornul secarei şi Phialea temulenta.

Fig. 5. Spice infectate cu Claviceps purpurea; (sursa www.britanica.com)

Scleroţii de Claviceps se amestecă la treierat cu seminţele şi sunt duşi în depozit. Se recunosc după forma lor alungit-cilindrică, sunt lungi de 1-2 cm, de culoare brună-vineţie, tari si putin încovoiaţi. Datorită alcaloizilor toxici pe care îi conţin aceşti scleroţi, amestecaţi în hrana animalelor le provoacă acestora o boală gravă a sistemului nervos. Transportati şi semănaţi în câmp odată cu seminţele, scleroţii transmit boala. Gleotinia temulenta infectează seminţele înainte de recoltare. Pe suprafaţa acestora se dezvoltă un miceliu alb, abundent şi conidioforii cu conidii sub forma unor pustule albe.

Microflora saprofită a cerealelor păioase contaminează seminţele de la formare şi până la recoltare, localizându-se în tegumente sau chiar în ţesuturile mai profunde ale embrionului. În timpul treieratului, manipulării şi transportului, această microfloră, constituită dintr-un mare număr de genuri şi specii de bacterii si ciuperci, aderă de seminţe, de fragmentele acestora ca şi de cele care prezintă fisuri.

Dintre bacterii se întâlnesc mai frecvent speciile Erwinia herbicola aurea şi Erwinia herbicola rubra, care se deosebesc între ele prin cularea galbenă-aurie sau chair rubinie a coloniilor obţinute pe medii nutritive artficiale. Ambele bacterii sunt tipic epifite; ele continuă să trăiască si să se înmulţească în timpul păstrării dacă umiditatea atmosferică relativă le permite. Prin respiraţia lor se degajă umiditate şi căldură care contribuie la apariţia procesului de încălzire a cerealelor. Întrucât se dezvoltă îndeosebi pe seminţele proaspăt recoltate, prezenţa lor indică gradul de vechime al unui lot de seminţe.

Alte specii de bacterii saprofite ce se pot găsii pe cereale post-recoltare sunt: Bacterium prodigiosum, ale cărei colonii sunt de culoare roşie pe seminţe şi roz pe alte substraturi, apoi Bacterium fluorescens, Bacterium mesenthericus. Aceasta din urmă este foarte activă în degradarea amidonului, zahărului şi dextrinei. În

cantitate mare, această specie modifică gustul şi mirosul făinii şi deci al pâinii. Este o bacterie termofilă dezvoltându-se bine între 35-50ºC, contribuid astfel la încingerea cerealeor în depozite.

Dintre Actinomycete se izolează destul de frecvent de pe seminţele de cereale, după recoltare şi în primele zile după depozitare, Streptomyces albus si Streptomyces griseus care nu prezintă importanţă practică.

Cele mai numeroase genuri şi specii sunt cele de ciuperci. Dintre cele care provin din culturi, infectând boabele de la formare si până la coacerea în lapte, sunt speciile de Cladosporium, Alternaria şi Helminthosporium. Ele se localizează de regulă în zona embrionară, brunificând ţesuturile. Procentul ridicat de astfel de boabe alterează calitatea făinii datorită particulelor de ţesuturi înnegrite.

Dintre seminţele de cereale recoltate, se mai pot izola numeroase alte genuri si specii de ciuperci saprofite intre care amintim : Aternaria alternata, Curvularia spp., Helminthosporium spp., Botrytis cinerea, Mucor spp.

Compoziţia microflorei de câmp şi cea intermediară variază în funcţie de condiţiile climatice ale anului şi zonei respective cât şi în funcţie de conţinutul în umiditatea al boabelor.în perioada recoltării, apoi de soiul de cereală si de sensibilitatea lui.

Dacă continutul de umiditate al seminţei se menţine ridicat şi după înmagazinare, aceste ciuperci persistă şi chiar continuă să se dezvolte şi să acţioneze, un timp mai mult sau mai puţin îndelungat, înfluenţând negativ calitatea seminţelor. Condiţiile din spaţii închise fiind diferite de cele din are liber, microflora se modifică după un anumit timp, locul ciupercilor fiind preluat trepata de drojdii sau de ciuperci asemenea drojdiilor (Candida sp., Pullularia sp., Monascus purpurens). Aceste ciuperci nu sunt în general vătămătoare pentru seminţe , totuşi prin respiraţia lor produc umiditate şi căldură suficientă pentru dezvoltarea mucegaiurilor de depozit.

Microflora de depozit

Cerealele păioase se păstrază pentru diferite scopuri (cosum, export, însămânţare, industrializare), în diferite tipuri de depozite.

Este cunoscut că, la bazele de recepţionare sunt aduse loturi de cereale cu umidităţi şi grad de impurităţi diferite, cu procente mai mici sau mai mari de seminţe crăpate, fragmentate sau infectate, provenite din câmp după recoltare. Prin amestecarea la întâmplare a loturilor calitativ bune cu cele necorespunzătoare se favorizează dezvoltarea şi înmulţirea insectelor şi mucegaiurilor de depozit care produc mari pagube producţiilor.

După uscarea cerealelor şi aducerea lor la un conţinut de umiditate coerspunzător (13-14,5%), microflora de câmp şi mai ales cea internediară se reduc

treptat. Dacă însă umiditatea creşte din nou, această microfloră este înlocuită de speciile de ciuperci de depozit, din care fac parte genurile de : Aspergillus, Penicillium, Mucor, Absidia, Paecilomyces, primele două fiind foarte bogate în specii. Numărul speciilor de Aspergillus indentificate pe grâu, orz, secară, ovăz este de aproximativ 30, între cale cele mai frecvente sunt : membrii ai grupurilor Aspergillus flavus oryzae, A. glaucus, A. candidus, A. niger. Dintre speciile de Penicillium s-au izolat aproximativ 60 de specii printre care : P. frequentans, P. spinulosum, P. purpurogenum, care produc mucegaiuri verzi, albastre, cenuşii de diferite nuanţe şi intensităţi.

Dintre Mucoraceae sunt frecvente pe seminţele de cereale : Mucor racemosus, M. pusillus, M. spinulosum, apoi Absidia corymbifera, Rhizophus stolonifer. Aceste ultime specii apar mai târziu, către o fază de degradre mai accentuată a seminţelor. Ele fac parte din microflora termofilă, care provoacă încingerea cerealelor umede.

Porumbul este o cultură de o importanţă deosebită, el constituie hrana de bază a animalelor, este consumat mult şi de om sub diferite forme şi este utilizat în industria alimentară.

Ca şi celelalte cereale, porumbul şi sorgul aduc din câmp un mare număr de ciuperci patogene şi saprofite care contribuie într-o măsură mai mare sau mai mică la degradarea lor după recoltare, în funcţie de conţinutul în umiditate al boabelor.

Se pot regăsi pe ştiuleţii sau boabele de porumb depozitate teliospori de Ustilago maydis, care provoacă tăciunele comun al porumbului, şi de Sorosporium holci-sorghi, care produce tăciunele prăfos sau tăciunele paniculelor şi ştiuleţilor de porumb. Desi nu provoacă daune în timpul păstrării, aceşti doi tăciuni prezintă importanţă pentru porumbul de sămânţă, deoarece se transmit în culturi. Prezintă importanţă şi pentru porumbul de consum, deoarece în cantităţi mari cele două ciuperci pot provoca tulburări în sănătatea animalelor.

Mult mai periculoasă este fuzarioza ştiuleţilor de porumb şi a paniculelor de sorg provocată de mai multe specii de Fusarium, şi anume : F. moniliforme, F. Roseum f.graminearum, F. Roseum f. avenaceum. La porumb F. moniliforme infectează ştiuleţii sub forma de insule (de diferite mărimi) risipite pe oricare parte a ştiuleţilor şi produce crăparea boabelor. Acestea sunt de culoare albicioasă, roz-deschis sau violet-deschis, rămân mici şi şiştave, cu aspect uscat şi sunt lipsite total de germinaţie.

Fig.6.Boabe de porumb infectate cu Fig.7. Ştiulete de porumb infectat cu Fusarium moniliforme. Fusarium graminearum (sursa www.apsnet.ro) (sursa www.up.ac)

Fusarium roseum f. graminearum şi f. avenaceum ca şi F. tricinctum f. poae produc putrezirea aproape totală a ştiuleţilor, începând de la vârf sper bază, iar miceliul ciupercii şi boabele au o culoare roşie-vişinie-deschis sau rubinie-închis. Boabele acoperite de miceliu brune, seci şi putrezite uscat. Dacă infecţia a fost puternică şi s-a produs de timpuriu, pănuşile care învelesc ştiuleţii rămân lipite de boabe şi prezintă pete negre de diferite mărimi. Boabele infectate sunt lipsite de germinaţie, iar valoarea lor nutritivă este foarte scăzută.

Porumbul provenit din loturi infectate cu specii de Fusarium trebuie foarte bine sortat, chiar de la recoltare sau înainte de uscare si mai ales înainte de a fi introdus în magazii.

De foarte multe ori, conidiile şi miceliul de Fusarium se găsesc şi pe boabele cu aspect sănătos, dar care au provenit dintr-un lan infectat.sau care s-au contaminat după recoltare. În timpul păstrării, aceste conodii şi miceliul contribuie la mucegăirea sau încingerea porumbului, ca şi la pierderea germinaţiei.

În anii secetoşi, se poate constata pe porumbul din magazii, hambare ciuperca Nigrospora oryzae, care produce putrezirea uscată a ştiuleţilor şi boabelor. Adusă din câmp, această ciupercă se poate extinde în timpul

manipulării, transportului şi înmagazinării, datorită conidiilor sale mici, negre şi aproape sferice, dezvolate la baza baobelor şi în alveloe. Ştiuleţii infectaţi au boabele şiştave care joacă în alveloe, se rup uşor, din cauză ca rahisul este putred, iar pe suprafaţa de ruptură se observă o pulbere fină, neagră de conidii..

Două dintre cele mai păgubitoare ciuperci ale ştiuleţilor şi seminţelor de porumb sunt : Helminthosporium maydis şi Helminthosporium carbonum. Ele infectează porumbul în câmp, provocând uscarea frunzelor şi putrezirea ştiuleţilor, transmiţându-se prin sămânţa infectată sau contaminată în timpul manipulării.

Fig. 8. Ştiuleţi infectati de Helminthosporium Fig.9.Ştiuleţi infectaţi de elminthosporium

maydis carbonum(sursa www.forestryimages.org) (sursa www.aces.uiuc.edu)

Cele mai practice măsuri de prevenire sunt neamestecarea loturilor de porum infectate cu cele neinfectate, precum şi sortarea atentă a ştiuleţilor începând de la recoltare şi în tot timpul operaţiilor. Ştiuleţii infectaţi- îndeosebi de Helminthosporium carbonum- prezintă pete negre cu aspect prăfos de diferite dimensiuni. Boabele de pe ştiuleţii infectaţi sunt lipsite de germinaţie şi nici nu se pot consuma.

Diferenţierea dintre cele două specii se poate face numai la microscop, după mărimea, culoarea şi forma conidiilor.

Alte două specii de ciuperci semnalate pe ştiuleţii de porumb provin din câmp şi se regăsesc în depozite. Ele sunt : Curvularia inaequalis şi Curvularia intermedia, care produc pete negre pe ştiuleţi. Miceliul lor se dezvoltă în şi pe boabe izolate sau grupate ocupând portiuni destul de mari din ştiuleţi. Boabele infectate şiştăvesc, pierd facultatea germinativă, tranformându-şi conţinutul într-o masă prăfoasă. La un atac puternic, întregul ştiulete putrezeşte uscat şi devine cărbunos. Cele două specii se deosebesc de asemenea sub microscop.

Ştiuleţii cu atac de Curvularia trebuie eliminaţi de la recoltare sau înmagazinare, deoarece, pe lângă că determină pierderi cantitative şi calitative în timpul păstrării, influenţează germinaţia seminţelor şi modifică gustul porumbului.

La sorg se întâlnesc mai frecvent în depozite specii de Fusarium, aceleaşi ca la porumb, precum şi teliospori de Sorosporium sorghi care produce tăciunele. Este păgubitoare numai pentru sorgul de sămânţă, deoarece transferă boala în viitoarele culturi.

Ciuperci de depozit. Ca si la celelalte păioase, porumbul şi sorgul cu conţinut ridicat de umiditate (peste 14%) şi netratat sunt frecvent invadate de mucegaiuri diverse, din categoria mocroflorei intermediare, care poluează seminţele după recoltare, si din aceea a mucegaiurilor de depozit, care se dezvoltă pe porumb la câtva timp după recoltare.

Ciupercile se clasificat în 4 categorii în funcţie de frecvenţa cu care apar : foarte frecvente, frecvente, rare şi ocazionale.

Din prima categorie - foarte frecvente – fac parte numeroase specii de Aspergillus (A. terreus, A. restrictus, A. flavus, A. candidus) şi de Penicillium apoi specii de Fusarium (F. moniliforme, Candida sp., ).

Din grupa a doua – frecvente – au făcut parte alte specii de Aspergillus (A. glaucus, A. ochraceus) şi Penicillium (P.purpurogenum, P. frequentans), drojdii diverse, diferite specii de bacterii şi de Actinomycete.

În grupa a treia – cu frecvenţă redusa – s-au identificat Neurospora sitophila, Epicoccum purpurascens, Veticillium tenerum, Cladosporium herbarum. Cu totul ocazional s-au izolat ciupercile Monascus purpureus, Botrytis cinerea şi Aspergillus vesicolor.

Ca şi în cazurile cerealelor păioase, cipercile de depozit, sunt cele mai vătămătoare. Ele, degradând boabele de porumb până la putrezire , inflenţează negativ germinaţia, alterează gustul şi mirosul porumbului, îl încinge şi îl mucegăieşte.

În concluzie, păstrarea porumbului şi sorgului cu un conţinut în umiditate mai mare de 14% la o umiditate relativă a aerului mai ridicată de 70 % şi la o temperatură mai mare de 2-3 ºC, ca şi lipsa de aerisire duc în mod inevitabil la dezvoltarea mucegaiurilor.

În afară de ciupercile patogene şi de mucegaiurile de depozit, în masa de porumb depozitat se întâlnesc şi unele tulburări (boli) neparazitare care depreciază caliatea porumbului de consum sau de însămânţat expunându-l totodată invaziei mai rapide a mucegaiurilor de depozit. Printre acestea amintim de Popped-Kernel (sau boabe înflorite) şi de silk-cut sau crăparea transversală a boabelor. La porumbul depozitat în ştiuleţi, crăparea transversală nu se observă decât după ruperea ştiuletilor, deoarece fisurarea transversală a tegumentului se petrece la nivelul ieşirii bobului din alveolă. Un mare neajuns al boabelor crăpate transversal, de altefel ca şi a celor înflorite, este că permit mucegaiurilor să se dezvolte mai bine şi mai rapid, provocând putrezirea endospermului în timp foarte scurt.

Apariţia crăpăturii transversale a cariopselor de porumb este cauzată de presiunea internă ce se creează în endosperm ca urmare a unei absorbţii bruşte şi în cantitate mare de apă când, după o perioadă mai lungă de secetă, survine o ploaie sau o irigaţie abundentă. Aceată boală este după părerea celor mai mulţi cercetători de natură genetică, fiind frecventă numai la unii hibrizi sau linii.

Sămânţa ce prezintă boabe cu fisuri nu trebuie păstrată în depozite decât pe timp scurt.