Appunti Patologia delle derrate alimentari

Patologia delle derrate alimentari

Prof.ssa Gullino

Introduzione – Patologia vegetale

Le piante, coltivate e non, si sviluppano e sono produttive fintanto che il suolo fornisce loro sostanze nutritizie in quantità sufficiente, in presenza di contenuti in acqua sufficienti e di condizioni di luminosità e temperatura adeguate. Le piante possono ammalarsi. Le piante malate hanno uno sviluppo ridotto, producono meno, presentano vari tipi di segni e sintomi e, talora, muoiono. Gli agenti responsabili delle malattie delle piante sono gli stessi o sono comunque molto simili a quelli che attaccano animali e uomo. Comprendono sia agenti biotici (quali virus, batteri, funghi) sia agenti abiotici (quali mancanza o eccesso di sostanze nutritizie, di luce, di acqua oppure presenza di inquinanti nell’aria o nel suolo).

Ad ammalarsi è una minoranza di piante e l’interazione ospite-parassita che porta all’espressione della malattia è minoritaria rispetto a tutte le altre che è possibile osservare in condizioni normali in cui piante e parassiti possono coesistere senza arrivare al concetto di malattia.

La patologia vegetale studia:

• Gli organismi e i fattori ambientali che causano la comparsa di malattie delle piante
• I meccanismi attraverso i quali essi inducono la comparsa di malattie
• I metodi per prevenire o contenere le malattie, limitando i danni che essi possono causare

La patologia vegetale rappresenta per le piante ciò che la medicina rappresenta per l’uomo e la medicina veterinaria per gli animali. La patologia vegetale è una materia multidisciplinare e una professione che impiega e combina le conoscenze derivanti dalla botanica, micologia, batteriologia, virologia, anatomia delle piante, fisiologia vegetale, genetica, biologia molecolare e ingegneria genetica, biochimica, orticoltura, agronomia, chimica del suolo, scienze forestali, chimica, fisica, meteorologia, ...

La patologia vegetale trae vantaggio dalle scoperte fatte in tali ambiti. Al tempo stesso, molte scoperte in altri ambiti sono derivate dal tentativo di risolvere problemi fitopatologici. La patologia vegetale ha il compito di accrescere le nostre conoscenze sulle malattie delle piante. Allo stesso tempo, sviluppa metodi, strumenti, prodotti con i quali le malattie possono essere contenute. Il mancato contenimento di una malattia può risultare in perdite di produzione, aumento dei costi, calo della qualità delle produzioni. Piante malate possono produrre cibo contaminato (pianta contaminata da funghi che producono micotossine), il cui consumo può risultare pericoloso. Alcune malattie possono distruggere intere specie e possono danneggiare l’ambiente e il paesaggio.

Si possono osservare danni di tipo sia quantitativo sia qualitativo. Contenere le malattie delle piante significa:

• Migliorare qualitativamente e quantitativamente le produzioni
• Godere di un ambiente e paesaggio migliore (es: Xylella che colpisce olivo)

La patologia vegetale contribuisce in modo significativo a:

• Sicurezza alimentare (disponibilità di cibo sicuro non contaminato)
• Disponibilità di cibo (PVS – Paesi in Via di Sviluppo)
• Protezione dell’ambiente

Fino al secolo scorso, il contenimento dei patogeni vegetali (e più in generale di tutti i parassiti delle piante) è avvenuto soprattutto utilizzando mezzi chimici, con effetti collaterali negativi consistenti. Buona parte della ricerca oggi condotta in patologia vegetale tende allo sviluppo di metodi ambientalmente sicuri per contenere i patogeni. Tra i metodi più studiati: miglioramento genetico tradizionale; ingegneria genetica; tecniche per ridurre gli attacchi dei parassiti; silenziamento genico; sviluppo di agrofarmaci innovativi; lotta biologica, …

Sfide per la patologia vegetale in un’agricoltura che cambia

• Ridurre le perdite
• Migliorare la qualità (sotto il profilo nutrizionale e dell’assenza di residui di agrofarmaci e di contaminanti)
• Proteggere l’ambiente

La patologia vegetale aiuta anche ridurre la fame e la povertà, a migliorare la parità di genere e la struttura economica dei paesi a mitigare i cambiamenti climatici. Questa materia si colloca, quindi, in un contesto globale in continua evoluzione. In questo momento sta aumentando la richiesta di prodotti cerealicoli (dal grafico). Da quanto detto si evince quanto la patologia vegetale sia una materia estremamente attuale, vivace e aperta alle innovazioni.

La situazione attuale porta a determinare una competizione tra la produzione di cibo e quella di biocarburanti. Calo delle riserve di cibo e aumento dei prezzi: la primavera araba insegna.

Nel 2006/2007 si erano ridotti fortemente gli stock dei cereali a causa di problemi nella produzione. Questo ha portato ad un aumento dei prezzi con conseguenti disordini. Crescita della popolazione e disponibilità di terra coltivabile.

Perché è indispensabile difendere le colture (dagli attacchi dei parassiti)?

• Perché in assenza di difesa le produzioni dimezzerebbero rispetto ai valori attuali
• Perché nonostante gli interventi di difesa, un terzo della produzione è persa a causa dell’attacco di parassiti animali e vegetali
• L’industria agrochimica continua ad investire in R&D, nonostante l’aumento dei costi e l’inasprimento della normativa che regola lo sviluppo di agrofarmaci

Dal seguente grafico è possibile osservare il contributo della difesa delle colture alla produttività.

• Verde scuro (produttiva media a livello mondiale in assenza di interventi di difesa)
• Verde medio (produttiva media a livello mondiale intervenendo con metodi di difesa contro parassiti, animali, vegetali infestanti)
• Verde chiaro (potenziale rimanente)

Negli anni passati il miglioramento genetico ha portato a varietà agronomicamente interessanti, ma molto suscettibili agli attacchi dei parassiti. In quest’altro grafico si vedono le perdite di produzione causate da parassiti: il riso rappresenta l’elemento base della nutrizione in molte aree geografiche. Molti parassiti vegetali e animali possono determinare significative perdite di produzione, con conseguenze sulla sicurezza alimentare di intere popolazioni.

Concetto di malattia

Una pianta è sana quando è in grado di svolgere le sue funzioni fisiologiche al meglio delle sue potenzialità genetiche. Quando la capacità delle sue cellule o di una parte della pianta di svolgere una o più funzioni viene impedita da un fattore biotico o abiotico, le cellule cominciano a non funzionare o vanno incontro a morte e la pianta si ammala. All’inizio, il fenomeno interessa solo una o poche cellule e non è visibile all’esterno. Ma ben presto la reazione diventa più diffusa e le parti colpite della pianta manifestano cambiamenti spesso visibili a occhio nudo. Questi cambiamenti visibili costituiscono i sintomi della malattia.

Nel disegno si può vedere una pianta con radici marcescenti, tumori, foglie avvizzite, ecc. I mezzi di diffusione di patogeni sono svariati: insetti, strumenti, macchine, materiale di propagazione, acqua, ecc. I patogeni vegetali generalmente alterano il metabolismo delle cellule vegetali producendo enzimi, tossine, regolatori di crescita, e altre sostanze che producono sottraendo sostanze nutritizie alla pianta ospite. Alcuni patogeni possono crescere e moltiplicarsi nello xilema o nel floema, bloccando quindi il trasporto dell’acqua o della linfa. Anche fattori abiotici (temperatura, umidità, sostanze nutritizie, inquinanti, …) sono agenti di malattie delle piante.

Tipi di malattie delle piante

Decine di migliaia di malattie possono colpire le piante coltivate e non. Mediamente, ogni tipo di pianta può essere colpita da più di cento patogeni vegetali. Alcuni patogeni colpiscono solo una varietà di un certo tipo di pianta. Altri patogeni possono colpire decine o centinaia di specie. Le malattie delle piante possono essere classificate a seconda di:

• Sintomi causati (marciumi radicali, avvizzimenti, maculature fogliari, ruggini, carboni)
• L’organo colpito (malattie radicali, del fusto, fogliari)
• Il tipo di pianta colpita (malattie delle orticole, frutticole, floricole, tappeti erbosi)

Un criterio utile per raggruppare le malattie consiste nel basarsi sul tipo di patogeno che ne è l’agente causale. Il vantaggio che ne deriva è rappresentato dal fatto che, indicando subito l’agente, si ricavano indicazioni sulle modalità di diffusione e sui metodi di difesa. Nell’immagine si osserva una cellula in cui sono presenti batteri, micelio di fungo, ecc.

Lista completa di agenti di malattia

• Malattie infettive o biotiche causate da:
  • Funghi
  • Procarioti (batteri e mollicuti)
  • Piante superiori parassite, alghe verdi
  • Virus e viroidi
• Malattie non infettive o abiotiche, causate da:
  • Basse o elevate temperature
  • Carenza o eccessi di sostanze nutritizie
  • Carenza o eccessi di luce
  • Carenza di ossigeno
  • Inquinanti dell’aria
  • Carenze nutrizionali
  • Eccessi nutrizionali
  • Acidità o basicità del suolo
  • Tossicità da agrofarmaci
  • Pratiche colturali scorrette

Come le persone possono influire sulle epidemie?

Per far sì che si verifichi una malattia è necessario che sia presente un ospite in fase di suscettibilità, un patogeno in grado di attaccarlo ed un ambiente favorevole. In passato si parlava di triangolo della malattia, poi, in un secondo momento, è stato inserito il fattore tempo (es: ospite deve trovarsi in una fase di suscettibilità, può essere poco suscettibile da giovane e più in fase successiva, / patogeno deve trovarsi in una fase di aggressività, ecc.). Il triangolo, quindi, si trasforma in una piramide.

Le persone, quindi, spostano con grande facilità i parassiti. Globalizzazione dei mercati e import-export di parassiti:

• Globalizzazione dei mercati
• Concentrazione della produzione di semi e materiale di propagazione in pochi stabilimenti e in poche aree geografiche (molto spesso sono Paesi terzi perché, ad esempio, condizioni climatiche più favorevoli e minori costi della manodopera)
• Diversificazione delle produzioni
• Adozione di nuove tecniche colturali
• Cambiamenti climatici

Biosicurezza significa proteggere uno stato dall’invasione di patogeni vegetali (Brasier, 2008) ed è garantita dalla normativa e da protocolli di quarantena.

Specie invasive: ruggine della soia

Tracheofusariosi della lattuga:

• Giappone (1967)
• California U.S.A. (1993)
• Taiwan (1998)
• Italia (2002)
• Arizona U.S.A. (2003)
• Portogallo (2005)

Il lungo viaggio della peronospora del basilico:

• Uganda, 1930
• Svizzera 2001
• Italia 2003
• Belgio, Francia, 2004
• Israele
• Nuova Zelanda
• Argentina
• USA

Esempi di malattie i cui agenti sono trasmessi per seme. Un problema emergente: la contaminazione di prodotti ortofrutticoli da parte di patogeni umani:

• Salmonella
• Escherichia coli si sono sviluppati dei ceppi particolari che hanno acquisito, da un lato, la capacità di produrre danni molto più forti (come fenomeni emorragici gravi e non un semplice mal di pancia) e, dall’altro, la capacità di colonizzare le piante (senza produrre danni), quindi acquisiscono una maggiore capacità di sopravvivenza e, perciò, diventano più pericolosi

Breve storia della patologia vegetale

Perdite significative di raccolto sono state descritte in molti testi storici. Le perdite variavano di anno in anno, portando in qualche caso a vere e proprie carestie. Le malattie delle piante sono citate e talora anche descritte con precisione da Omero, Teofrasto, Democrito, ... Esse erano temute così come le malattie dell’uomo e le guerre. Ovviamente in passato i tentativi di difesa dalle malattie erano resi difficili dalla mancata conoscenza delle cause delle malattie e dalla convinzione che esse fossero dovute alla maledizione di qualche divinità. Già Omero, (Omero, 1000 a.C.) cita le proprietà terapeutiche dello zolfo. Democrito (470 d.C.) consiglia l’impiego di estratti di olio per la lotta alle malattie delle piante.

Biologia e patologia vegetale nel Rinascimento

Sono noti parecchi esempi di malnutrizione e malattie causate da malattie delle piante. Tuttavia, per molto tempo le malattie delle piante sono state considerate la conseguenza della maledizione divina e quindi come eventi impossibili da comprendere e evitare.

Tappe importanti

• Metà 1600: Alcuni agricoltori francesi osservano che la ruggine del grano è più grave quando il grano è coltivato vicino al crespino
• 1670: Thoullier osserva che l’ergotismo non si trasmette tra persone ma sembra associato al consumo di cereali contaminati. Invenzione del microscopio
• 1755: Tillet infetta piante di grano con carbone, senza però riuscire a comprendere completamente il processo
• 1807: Prevost ripete l’esperimento di Tillet e comprende il fenomeno del processo infettivo.

Patologia vegetale in Italia

Già all’inizio del 17° secolo, alcuni botanici riconoscono sintomi di malattie oggi riconducibili ad attacchi di fitoplasmi o virus. U. Adovrandi nel 1642, descrive con il nome di Aquilina monstrosissima una virescenza della columbina. Tuttavia è solo a partire dalla seconda metà del 19° secolo, con la diffusione dell’uso del microscopio, che gli studi di micologia e di microbiologia diventano più comuni.

• 1869: Regio Istituto Superiore Forestale, Vallombrosa (Firenze)
• 1871: Laboratorio di Botanica Crittogamica, Pavia
• 1887: Regia Stazione di Patologia Vegetale, Roma
• 1905: Laboratorio Sperimentale di Fitopatologia, Torino
• 1883: Atti dell'Istituto Botanico e Laboratorio Crittogamico dell'Università di Pavia
• 1892: Rivista di Patologia Vegetale

Perdite causate dalle malattie delle piante

Le malattie delle piante danneggiano le piante e i loro prodotti, da cui l’umanità dipende per cibo, abiti e legname. Causano inoltre danni all’ambiente e al paesaggio.

• 1845: Peronospora della patata e carestia in Irlanda (economia dell’Irlanda si basava sulla coltivazione della patata che nutriva le persone e veniva utilizzata negli scambi commerciali)
• Oggi: carestie nei PVS, perdite consistenti nei paesi industrializzati

Conseguenze delle malattie delle piante

• Riduzione delle produzioni in termini qualitative e quantitative
• Limiti ai tipi di piante che possono essere coltivate
• Produzione di sostanze tossiche per uomo e animali (ad esempio micotossine)
• Perdite economiche
• Danni all’ambiente
• Danni al paesaggio

Lezioni dal passato

• Peronospora della patata (Phytophthora infestans): Carestia in Irlanda nel 1845-46 (250.000 morti; 1,5 milioni emigrano negli USA)
• Ruggine del caffè (Hemileia vastatrix): Ceylon 1870 (scompare la coltivazione del caffè, sostituita da quella del te dopo anni di profonda crisi economica)

Ruolo sociale delle malattie: alcuni esempi dal passato

Esempi di epidemie con impatto sociale ed economico:

• Carestia in Irlanda 1845-1850
• Helmintosporium su mais, USA, 1970

Caso studio: carestia in Irlanda

Nel 1840 metà degli irlandesi aveva come fonte nutrizionale principale la patata. Per rispondere alle esigenze produttive, in Irlanda venivano coltivate 2 varietà di patata ad alta resa. Quando comparve improvvisamente la peronospora della patata, ci furono attacchi violentissimi e perdite di produzione per 5 anni (1845-1850). A causa delle perdite di produzione migliaia di persone diventarono mendicanti, ci furono rivolte popolari, molti finirono in galera, alcune case vennero bruciate.

Nel giro di 15 anni, l’Irlanda soffrì di:

• Un milione di morti per fame e malattie
• Un milione e mezzo di emigrati
• La popolazione irlandese di 8 milioni nel 1845 scese a 5.5 milioni nel 1860

Cosa ha causato la carestia in Irlanda? Una malattia fungina, chiamata Peronospora della patata che attacca foglie e tuberi della patata. L’agente della malattia è un fungo Phytophthora infestans. Come si è diffuso il patogeno?

Altri esempi

• Southern Corn Leaf Blight Epidemic (1970): Nel 1970, l’80% dei campi di mais negli USA era coltivato con ibridi di mais sensibili a Helminthosporium per un anno (solo questo periodo di tempo perché si conoscevano i mezzi di difesa) le perdite sono diventate elevatissime
• Epidemia di elmintosporiosi su mais: L’agente della malattia era la razza T di Cochliobolus heterostrophus
• Ruggine del caffè (Hemileia vastatrix): Ceylon 1870. Le cultivar più pregiate di caffè sono attaccate e distrutte. A causa della comparsa della malattia cambia completamente la struttura socio-economica del paese. Ora Ceylon è nota per la produzione di te. Ma c’è stata una difficile fase di passaggio. Ecco perché gli inglesi bevono il te
• Karnal Bunt, carie (Tilletia indica): Perdite qualitative, non quantitative. Scoperto negli USA in AZ, CA, TX (USA) nel 1996. L’eradicazione è costata più di $45 milioni. Il patogeno resta vitale nel terreno per 5 anni, viene anche diffuso da insetti. Comporta divieti di esportazione del prodotto
• Xylella fastidiosa: Se la Xylella fastidiosa dovesse diffondersi dalla Puglia a tutta l’Europa si prevedono:
  • Danni economici per 5,5 miliardi di euro
  • Perdite di produzione del 70% su olivi di 30 anni, del 35% su olivi più giovani; del 35% su agrumi, del 13% su mandorlo, dell’1-2% su vite
  • Perdita di 300.000 posti di lavoro

La patologia vegetale nel 20° secolo