Appunti biotecnologie fitopatologiche

CAPITOLO 1

BIOTECNOLOGIE FITOPATOLOGICHE

La patologia (dal greco pathos “sofferenza” e logos “studio”) vegetale è la scienza che

studia:

1. gli organismi viventi e le condizioni ambientali che causano le malattie nelle piante;

2. i meccanismi attraverso i quali questi fattori producono alterazioni nelle piante;

3. le interazioni tra le piante e gli agenti delle malattie;

4. i metodi per prevenire o controllare le malattie.

Quando una pianta si definisce sana?

Quando è capace di svolgere le normali funzioni fisiologiche ad un livello accettabile.

Tra le normali funzioni fisiologiche abbiamo: divisione e differenziazione cellulare;

assorbimento di acqua e minerali; fotosintesi e accumulo dei prodotti fotosintetici;

riproduzione.

CONCETTO MALATTIA

La malattia è un “alterazione dannosa dei processi di crescita o un danno alle strutture

della pianta in maniera molto pronunciata e permanente da produrre sintomi visibili e

capace di diminuire la qualità e il valore economico del prodotto”.

Altra definizione “ogni disturbo della pianta che interferisca con la sua normale

crescita e sviluppo, valore economico, o qualità estetica”.

LO SVILUPPO DELLA MALATTIA

Le malattie conducono ad un danno fisiologico e strutturale e portano a perdite

qualitative del prodotto.

La malattie è causata dall’interazione di questi 3 fattori:

1. PIANTA SUSCETTIBILE (ospite)

2. PATOGENO VIRULENTO (patogeno)

3. CONDIZIONI FAVOREVOLI (ambiente)

Il cosiddetto “triangolo della malattia”.

CONCETTI

MALATTIA è il risultato di una costante reciproca influenza tra la pianta e il patogeno

LESIONE improvvisa alterazione della struttura di una pianta causata da un fattore

irritante discontinuo

DANNO e PERDITAsono gli stadi finali dell’evoluzione dei sintomi

AGENTI DI DANNO tutti i fattori biotici e abiotici dannosi alle piante

TIPI DI “MALATTIA”

Le malattie vengono distinte in base a:

1. INFETTIVITA’ ossia la trasmissione da pianta malata a pianta sana;

2. DISTRIBUZIONE NELLA PIANTA DELLE MANIFESTAZIONI PATOLOGICHE che possono

essere: localizzate (macchie nelle foglie) o sistemiche;

3. SINTOMATOLOGIA INDOTTA (non è correlata alla causa). I principali sintomi sono:

giallumi, maculature, ticchiolature, avvizzimenti, marciumi, cancri.

4. MECCANISMI PATOGENETICIepifitiche, tossiche o necrotiche, auxoniche o dello

sviluppo, trofiche, vascolari, litiche, ipnochereutiche.

a) MALATTIE TROFICHE O DEL RICAMBIO ALIMENTARE (TROPS= ALIMENTO)

In questo caso il patogeno ruba alla pianta ospite gli elementi nutritivi, quindi la pianta

è debole e non riesce a produrre bene. Il patogeno è dotato di un organo detto

austorio che gli permette di stabilire dei rapporti con l’ospite.

Nei funghi l’austorio ha una sola cellula che penetra nell’ospite e vi si adatta e vive in

simbiosi per un determinato periodo di tempo.

b) MALATTIE DELLO SVILUPPO O AUXONICHE

Il termine auxina deriva da greco e vuol dire “crescita” in cui i patogeni sottraggono

alle piante gli ormoni di crescita. Influenzano lo sviluppo e i sintomi sono nanismo,

gigantismo ecc…

c) MALATTIE NECROTICHE o TOSSICHE

Queste malattie sono causate da patogeni che uccidono subito l’ospite che hanno

colpito.

Questi patogeni si dividono in saprofiti che attaccano i tessuti in decomposizione;

biotrofi che attaccano i tessuti della pianta ancora in vita.

Questi patogeni rilasciano anche delle tossine che sono tossiche per la pianta e

portano a necrosi.

d) MALATTIE LITICHE

Queste malattie sono provocate dalla demolizione delle pareti cellulari con

conseguente formazione di marciumi molli e gommosi.

e) MALATTIE IPNOCHEREUTICHE

Il termine ipnochereutiche deriva da ipno che significa “dormiente” e chereusi che

significa “distruzione”.

Queste malattie sono causate da basidiomiceti che attaccano il legno non più attivo

degli alberi. Nel legno si hanno 3 tipi di alterazioni: carie bianche, carie brune e

colorazione anomala del legno.

f) MALATTIE EPIFITICHE

Queste malattie si hanno con lo sviluppo di funghi sulle foglie degli alberi in seguito

all’attacco di alcuni insetti.

La pianta per proteggersi dall’attacco degli insetti produce un liquido zuccherino per

impedire all’insetto di infettarla. In questo liquido zuccherino si formano dei funghi che

bloccano la fotosintesi causando una diminuzione della produzione

5. PROCESSO FISIOLOGICO ALTERATO marciumi molli e malattie dei semi, marciumi

radicali, tracheopatie, necrosi o clorosi fogliari, neoplasie.

6. NATURA E POSIZIONE TASSONOMICA DEL PATOGENO. I principali patogeni possono

essere: virus e virus simili, da fitoplasmi, batteri, funghi, alterazioni non parassitarie

PRINCIPALI MALATTIE DELLE PIANTE CAUSATE DA PATOGENI NEL

CORSO DELLA STORIA

FUNGHI (ruggine dei cereali; segale cornuta e l’ergotismo; la peronospora della patata

e la carestia irlandese; malsecco degli agrumi)

BATTERI(colpo di fuoco batterico delle pomacee)

VIRUS (virus del mosaico del tabacco; Citrus Tristeza virus)

FITOPLASMI (scoperti negli anni ’70 appartenenti alla classe dei Mollicutes)

VIROIDI (Cadang-cadang della palma da cocco)

EMERGENZA DI UN NUOVO PATOGENO

- SPECIAZIONE SIMPATRICA quando un nuovo patogeno emerge tramite la

specializzazione dell’ospite. E’ il processo attraverso il quale una nuova specie

si sviluppa da specie ancestrali che abitano nella stesso zona geografica.

- SPECIAZIONE ALLOPATRICA avviene tramite l’introduzione e lo stabilimento di

un patogeno in nuovo ambiente che è separato dalla zona di origine. Avviene

tra popolazioni che sono separate geograficamente (es: viaggio globale).

PATOGENICITA’= è la capacità di causare la malattia.

VIRULENZA = è il grado di patogenicità.

PARASSITISMO

Relazioni tra gli organismi

Le relazioni possono essere:

1) RELAZIONI ECOLOGICHE (senza contatto fisico tra i bionti) che si dividono in:

relazioni sinergiche e relazioni antagonistiche.

Le relazioni sinergiche sono caratterizzate dal vantaggio per almeno uno dei due

bionti o entrambi. Alcuni esempi sono:

- emissioni di composti chimici o modificazioni dell’ambiente e del substrato;

- trasformazione di un substrato da parte di un organismo che ne rende possibile la

successiva utilizzazione da parte di un altro organismo;

Le relazioni antagonistiche sono caratterizzate da una competizione per l’acqua,

luce, elementi nutritivi e spazio. Un esempio è lo sviluppo limitato delle piante dovuto

da eccessivi addensamenti oppure improprie consociazioni colturali.

Un altro tipo di relazioni antagonistiche è il rilascio di composti chimici, in questo caso

si parla di allelopatie e antibiosi che sono dei fenomeni provocati a distanza mediante

composti chimici. Un esempio è la produzione di sostanze tossiche di una specie nei

confronti di un’altra.

La competizione e antibiosi sviluppata dalla microflora ha un ruolo nel contenimento

dei patogeni delle piante, infatti la disinfezione totale del terreno provoca il fenomeno

del vuoto biologico ad esempio nel terreno sterile c’è un vuoto biologico perché

l’introduzione del patogeno è devastante in quanto non ci sono organismi che ne

controllano lo sviluppo.

2) RELAZIONI SIMBIONTICHE in cui vi è un contatto fisico tra i bionti e vi è la

convivenza di due o più organismi in stretto contatto fisico. Queste si dividono in:

- Mutualismo in cui si ha un reciproco beneficio tra i due bionti. Un esempio è il

mutualismo che si ha tra le leguminose e il Rhizobium (batterio).

- Commensalismo in cui un bionte ricava dalla pianta supporto, nutrimento e riparo

senza danneggiare la pianta. Gli organismi commensali possono risiedere sulla

superficie delle piante (epifiti ossia gli organismi che risiedono sulla superficie delle

piante) o al loro interno (endofiti) e sono patogeni cioè capaci di causare la malattia.

- Parassitismo (patoidismo) è un organismo o virus che sta dentro o attaccato o

in intimissima associazione con un altro organismo vivente senza conferire alcun

beneficio in cambio e senza di esso non potrebbe vivere.

La PATOGENICITA’ è riferita al parassita e si misura come virulenza.

La SUSCETTIBILITA’ si riferisce all’ospite e si misura come resistenza.

RAPPORTI TROFICI

I parassiti di solito sono eterotrofi e si distinguono dai saprofiti per la capacità di

insediarsi nei tessuti vivi. Si possono dividere in base:

1. ECOLOGIA in:

- PARASSITI FACOLTATIVI capaci di vivere come saprofiti in natura o crescere su mezzi

di laboratorio;

- PARASSITI OBBLIGATI sono obbligati a vivere come parassiti (non possono vivere

senza ospite);

- PARASSITI ECOLOGICAMENTE OBBLIGATI riescono a crescere e vivere in laboratorio.

2. FISIOLOGIA in:

- PARASSITI BIOTROFI sono parassiti obbligati e dipendono dall’attività metabolica

cellulare per il loro nutrimento

- PARASSITI NECROTROFIsono parassiti facoltativi e traggono il nutrimento dalle

cellule dopo averle uccise.

- PARASSITI EMIBIOTROFI che inizialmente vivono da biotrofo ma nella seconda parte

della loro vita si comportano come necrotrofi.

3. SPECIALIZZAZIONE D’ORGANO in: parassiti che infettano TUTTA LA PIANTA;

quelli che infettano le parte ipogee ed epigee e quelli che infettano determinati organi

(foglie, frutti e fiori).

SINTOMATOLOGIA

E’ lo studio dei sintomi e, se presenti, delle tracce del patogeno.

Distinguiamo:

SINTOMI ogni manifestazione macroscopica interna o esterna di malattia.

SINDROME insieme dei sintomi di una malattia.

SEGNI qualsiasi parte osservabile dell’agente responsabile della malattia (es:

strutture vegetative o riproduttive dei funghi (es. muffe, struttura riproduttiva dello

sclerozio a forma di corno; essudati batterici che si manifestano con elevata umidità).

CLASSIFICAZIONE DEI SINTOMI

I sintomi si possono classificare secondo:

1. MODIFICAZIONE CROMATICHE (cioè del colore) in generale possiamo avere la

parziale o totale scomparsa della clorofilla con clorosi e giallumi. Altre modificazioni

cromatiche sono: imbrunimenti, arrossamenti, macchie e striature dei petali, rotture di

colore, mosaico.

2. NECROSI ED ALTRE ALTERAZIONI DEGENERATIVE possiamo avere: macchie

necrotiche, marciumi molli e secchi, picchiettatura, antracnosi, cancro (spaccatura nel

fusto delle piante erbacee come nel pomodoro oppure una degenerazione del legno

sotto la corteccia nelle colture arboree), ticchiolatura (mela), marciume radicale,

sgabbia (patata).

3. SOLUZIONI DI CONTINUITA’ E DISTACCO DI PARTI (cioè un buco che interrompe

la continuità) questi processi non sono dovuti all’attacco del patogeno ma alla

reazione della pianta. Alcuni sintomi di questi sono: la spaccatura, filloptosi, antoptosi

(caduta dei fiori), carpoptosi, vaiolatura.

4. MODIFICAZIONE DI FORME E DIMENSIONI alcuni sintomi di questi sono:

bollosità, arrotolamento, epinastia (piegamento del picciolo verso il basso in seguito a

risposta da stress idrico), tumore (iperplasia e ipertrofia di organi dovuta a batteri A.

tumefaciens), galle (bolle nelle foglie); enazioni (proliferazione a carico delle

nervature), butteratura del legno (riguarda la corteccia), virescenza (i fiori diventano

verdi), nanismo, filloidia, scopazzi e fasciazioni (cioè steli molto lunghi).

ALTERAZIONI FISIOLOGICHE E FUNZIONALI

Le alterazioni del metabolismo della pianta comportano reazioni che coinvolgono un

intero metabolismo. Le principali alterazioni riguardono:

1. BILANCIO DEL CARBONIO in cui si ha sottrazione dei carboidrati oppure

interferenza esercitata dai parassiti per quanto riguarda le fasi di sintesi e utilizzazione

dei carboidrati che hanno effetto su fotosintesi, trasporto dei carboidrati

erespirazione.

Nella fotosintesi si ha un’ interferenza con la fase non luminosa e con la fase

luminosa. In quest’ultima si ha la distruzione del sistema in cui si realizza la fase

luminosa poiché si ha la chiusura degli stomi, si ostacola il passaggio della luce

(fumaggini) e si riduce la superficie attiva in quanto l’area fogliare destinata ad

assorbire la luce diminuisce perché si hanno ad esempio clorosi che diminuiscono di

numero e dimensione i cloroplasti.

Nel trasporto dei carboidrati vi è un’alterazione della destinazione e ripartizione dei

fotoassimilati tra i diversi organi dovuta a condizioni patologiche, ad esempio il

trasporto dei fotoassimilati viene inibito da virus, fitoplasmi, carenza di K con

conseguente accumulo di zucchero nelle foglie, oppure si può avere la mobilizzazione

dei carboidrati nei tessuti colonizzati dai patogeni.

Nella respirazione , essa aumenta quando si ha una richiesta di energia poiché la

pianta è attaccata da patogeni, è coinvolta nell’attivazione dei processi ad azione anti-

microbica e deve diffondere nuove strutture o tessuti con funzione di difesa (es. sintesi

della lignina).

Quando la pianta è infetta si attiva il ciclo dei pentosi fosfati in cui i carboidrati

vengono utilizzati come funzione di mantenimento (reazione di difesa).

2. METABOLISMO FENOLICO la più comune manifestazione patologica è

l’imbrunimento dei tessuti che può essere causata da fattori biotici e abiotici. Questo è

dovuto all’ossidazione dei fenoli in chinoni e questi in pigmenti di melanina.

3. CRESCITA E DIFFERENZIAZIONE queste funzioni influenzano negativamente lo

sviluppo e la crescita e sono dovuti ad un ridotto assorbimento di acqua e nutrienti e i

processi di differenziazione cellulare e crescita sono disturbati dagli ormoni.

4. ALTERAZIONE DEL BILANCIO IDRICO le variazioni della quantità di H2O assorbita

dipendono dalle interferenze in senso positivo o negativo esercitate dai patogeni sulle

resistenze, quest’ultime sono cellule della guaina e del mesofillo che sono inspessite.

Si parla di deficit idrico quando l’attività traspiratoria eccede la capacità di

assorbimento di acqua. Alcuni sintomi dovuti ad alterazioni di bilancioidrico sono:

marciumi radicali che causano la difficoltà di assorbimento e trasporto dell’acqua delle

radici; tracheopatie che sono alterazioni dello xilema dovute allo sviluppo di patogeni

che occludono i vasi, la pianta in risposta produce gomme che occludono i vasi, e i

patogeni disperdono dei materiali viscosi.

CAPITOLO 2

CICLO DELLA MALATTIA

Ogni malattia infettiva prevede una serie di eventi più o meno distinti che avvengono

in successione e conducono allo sviluppo della malattia e alla sopravvivenza del

patogeno.

Il ciclo della malattia (funghi, batteri) prevede:

- INOCULAZIONE ossia il primo contatto del patogeno con l’ospite;

- PENETRAZIONE del patogeno nell’ospite;

- COLONIZZAZIONE o invasione;

- COMPARSA DEI SINTOMI; INFEZIONE

- EVASIONE o riproduzione del patogeno;

- SOPRAVVIVENZA DEL PATOGENO in assenza dell’ospite.

INOCULAZIONE

E’ il contatto tra il patogeno e l’ospite.

Il patogeno che si posa o arriva a contatto con la pianta prende il nome di inoculo.

L’inoculo è anche l’insieme dei propaguli o elementi infettivi di un patogeno.

Per quanto riguarda i virus l’inoculo è rappresentato dalle particelle virali.

Per i batteri l’inoculo è rappresentato dalle cellule batteriche, mentre per i funghi dal

micelio, conidi, spore, sclerozi.

I tipi di inoculo possono essere:

- inoculo primario ossia i propaguli che sopravvivono in inverno o in estate e

causano le infezioni originali in primavera e autunno; ed esso causa le infezioni

primarie.

- inoculo secondario ossia i propaguli che sono prodotti durante le infezioni primarie,

ed esso causa le infezioni secondarie.

Le fonti di inoculo si possono trovare nei residui di piante infette o nel terreno di

coltura; l’inoculo può arrivare alla pianta tramite seme, tuberi o altri organi di

propagazione; può arrivare da piante o campi vicini o da piante infestanti ecc..

Funghi e batteri possono produrre l’inoculo sulla superficie della pianta oppure

l’inoculo raggiunge la superficie della pianta quando i tessuti infetti si rompono per

consentirne la fuoriuscita dell’inoculo.

Virus, viroidi e fitoplasmi producono l’inoculo (elementi infettivi) all’interno della

pianta ed esso da solo non riesce ad uscire e raggiungere un’altra pianta.

L’inoculo può essere liberato ovvero immesso nell’ambiente in maniera:

- Passiva tramite gravità, vento, acqua e animali, ma anche da spore tramite

acqua e vento.

- Attiva quando propiziato da un parassita.

(Penetrazione, colonizzazione, comparsa dei sintomi ed evasione)

INFEZIONE

E’ un processo mediante il quale un organismo o un virus stabilisce o tenta di stabilire

un rapporto trofico con cellule o tessuto dell’ospite.

FENOMENI DI PRE-PENETRAZIONE

I fenomeno di pre-penetrazione comprendono:

- MIGRAZIONE E CONTATTO CON L’OSPITE Il contatto con l’ospite, per quanto

BATTERI

riguarda i si ha poiché essi sono attratti dagli essudati radicali prodotti dalla

Ralstonia solanacearum

pianta ospite, ad es. il batterio è attratto dalle radici delle

piantine di pomodoro e forma degli aggregati soprattutto nella zona di allungamento

radicale. Una volta avvicinatisi all’ospite, i batteri tramite forze attrattive fra cariche

elettriche di segno opposto oppure tramite le fimbrie lo ancorano alla superficie

dell’ospite.

Nelle foglie ci sono delle vere e proprie oasi che sono aree dov’è possibile ritrovare

protezione contro i raggi UV, ma anche nutrienti e acqua per la crescita del batterio.

Queste oasi si trovano alla base dei tricomi (peli della foglia), idatodi (aperture laterali

nelle foglie) e stomi. BATTERI, FUNGHI e PIANTE PARASSITE

- ANCORAMENTO DEL PATOGENO ALL’OSPITE

sono di solito portate sulla superficie della pianta, e pr