Mikrobiologiske bekæmpelsesmidler og toksiske metabolitter

2. Beskrivelse af de økologiske habitater hvortil mikrobiologiske bekæmpelsesorganismer kan applikeres og spredes

2.1 Jordbunden
2.1.1 Non-rhizosfæren
2.1.2 Planterester
2.1.3 Rhizosfæren
2.2 Fyllosfæren
2.3 Lagrede høstprodukter
2.3.1 Lagring af frugt og grønt
2.3.2 Lagring af cerealier
2.4 Spredning af mikroorganismer
2.4.1 Jordboende mikroorganismer
2.4.2 Fyllosfære mikroorganismer
2.5 Opsummering

Økologiske habitater

De økologiske habitater, som de mikrobiologiske bekæmpelsesmidler kan applikeres og spredes til, kan inddeles i tre overordnede habitater: jordbunden, fyllosfære og lagrede høstprodukter. Disse er beskrevet med hensyn til karakteristiske og generelle forhold. Desuden er generelle forhold omkring spredning af mikroorganismer beskrevet.

2.1 Jordbunden

Jorden er et komplekst og dynamisk miljø, hvor den kvalitative og kvantitative sammensætningen af den mikrobiel le flora er under indflydelse af jordtype, vegetation, kulturforanstaltninger og de klimatiske forhold og komplekse og multiple interaktioner mellem disse parametre. Der er store sæsonmæssige svingninger i populationen af mikroorganismer som følge af interaktioner mellem disse parametre. I tabel 2.1 er en skønnet naturlig forekomst af svampe og bakterier i pløjelagets dybde i markjord uden hensyntagen til betydningen af interaktioner mellem jordtype, kulturplante- og foranstaltninger og klima (Brady, 1984). Under tempererede klimaforhold er svampefloraen ofte domineret af arter indenfor slægterne Penicillium, Fusarium, Mucor, Aspergillus, Gliocladium, Trichoderma, Trichothecium, Alternaria, Cladosporium, Rhizopus og Chaetomium (Brady, 1984; Domsch et al., 1980; Martin & Ordal, 1980). Den overvejende del af svampepopulationen i jord ernærer sig som saprofyter af dødt organisk materiale, primært plantevæv. En del af populationen er plantepatogener. Disse er enten biotrofe patogener, det vil sige at de ernærer sig af værtplanten uden at dræbe denne eller nekrotrofe patogener, der ernærer sig af væv de selv har dræbt. Mange nekrotrofe patogener er dog fakultative saprofyter. Bakterier, der hyppigt forekommer i jorden findes indenfor slægterne Pseudomonas, Rhizobium, Agrobacterium, Alcaligenes, Chromobacterium, Micrococcus, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium og Streptomyces (Martin & Ordal, 1980). Hovedparten af bakterierne i jorden er heterotrofe og ernærer sig af organiske stoffer (sukker, stivelse, cellulose og protein) syntetiseret af andre organismer. En del af populationen er autotrofe og er stand til at opbygge livsnødvendige organiske stoffer af uorganiske forbindelser (Subba Rao, 1995). Mikroorganismernes mest betydelige rolle i naturlige økosystemer, som jord, må henføres til deres aktive involvering i nedbrydning og mineralisering af plante (og animalsk) materiale. De tilstedeværende organismers næringskrav, vækstrate, formering, enzymproduktion (cellulaser, kitinaser etc.), antibiotikaproduktion o.s.v. og deres gensidige påvirkninger vil resultere i successive ændringer i mikrofloraens sammensætning på et givent habitat i form af et givent organisk materiale.

Voksemedier

I væksthuse anvendes ofte voksemedier som rockwoll, sphagnum, pottemix, vandkultur. Disse medier har som habitat for mikroorganismer en langt mindre diversitet og mangfoldigt end markjord. Desuden giver plantedyrkning i væksthuse mulighed for i høj grad at kontrollere dyrkningsbetingelser og klimatiske parametre.

Tabel 2.1. Relative antal af mikroorganismer fundet i jord (Brady,1984)

Table 2.1. Relative number of microorganisms in soil.

¹⁾ 18 cm dybde
 

Jord udgør ikke et homogent miljø, og indenfor en specifik jord er mulighederne for mikrobiel aktivitet meget forskelligartede, afhængig af om organismen befinder sig i non-rhizosfæren (bulk soil), på planterester, i rhizosfæren (rodzonen) eller i spermosfæren. Generelle økologiske forhold for mikroorganismer i disse overordnede habitater vil blive beskrevet.

2.1.1 Non-rhizosfæren

Non-rhizosfære jord (bulk soil) defineres som jord, der ikke er koloniseret af planterødder. De fleste mikroorganismer, der befinder sig uden for rhizosfæren, er inaktive eller i hviletilstand. Denne tilstand benævnes ofte fungistasis og er en exogen hviletilstand, der formodentlig skyldes en kombination af generel mangel på substrat og/eller antibiosis og næringsmangel som følge af konkurrerende mikroorganismers aktivitet (Curl & Truelove, 1986). Mange af de inaktive organismer vil dog være stand til at spire og vokse, så snart en rod trænger ind i det område hvor organismen befinder sig, eller når der tilføres en passende næringskilde f.eks. i form af planterester under nedbrydning til området.

2.1.2 Planterester

Den næring der frigøres fra planterester under nedbrydning i jorden kan stimulerer spiringsenheder (sporer, mycelium, o.s.v.), der er under indflydelse af fungistasis til at spire. Endvidere kan planterester tjene til overlevelse eller opformering af patogener i perioder, hvor modtagelige værtplanter ikke er tilgængelige .

2.1.3 Rhizosfæren

Definition

Rhizosfæren der er knyttet til planterødder udgør et speciel og kompliceret miljø. Rhizosfæren betegner området omkring roden, hvor aktiviteten af mikroflora - og fauna påvirkes af eksudater fra roden. Rodeksudaterne består af kemiske forbindelser som f.eks kulhydrater, aminosyrer, glykosider, organiske syrer, vitaminer og enzymer. Disse molekyler udskilles især bag rodkappen og ved basis af siderødder (Bolton et al., 1993; Curl & Truelove, 1986; Lynch, 1990; Subba Rao, 1995).

Rhizosfæreeffekten

Rhizosfæren er karakteriseret af højere mikrobiel aktivitet end i jorden udenfor rhizosfæren. Den effekt rødder udøver på den mikrobiel le aktivitet kaldes rhizosfæreeffekten. Rhizosfæreeffekten er bestemt dels af jordens tekstur og dels af de udskilte stoffers tilstand. Eksempelvis diffunderer flygtige forbindelser længere end forbindelser, der er opløst i jordvandet, og faste forbindelser vil ophobes på rodoverfladen (Jensen & Hockenhull, 1984). Som det fremgår af tabel 2.2 er aktiviteten af både bakterier, actinomyceter og svampe meget højere i rodzonen end i rodfri jord (non-rhizosfærejord). R/S forholdet (population i rhizosfære jord /population i non rhizosfære jord), der er et mål for rhizosfæreeffekten i et givet rod/plante system er større og mere udtalt for bakterier end for svampe (Curl & Truelove, 1986), svarende til at bakterier generelt er mere tilpassede til at udnytte rodeksudater og konkurrence i rodzonen.

Tabel 2.2. Sammenligning af grupper af mikroorganismer pr g tør jord i rhizosfæren af hvede og non-rhizosfære jord (Curl & Truelove, 1986).

Table 2.2. Comparison of the numbers of various groups of organisms g-¹ dry soil in the rhizosphere of wheat and in non-rhizosphere soil

Faktorer der influerer på rodeksudation

Såvel kvantitet som kvalitet af rodeksudater er under indflydelse af mange forskelligartede faktorer, herunder planteart -og udviklingstrin, temperatur- og lysforhold, jordens fugtighed, flygtige forbindelser, kultur-foranstaltninger som eksempelvis planteernæring (gødskning) og anvendelse af kemikalier på såvel blade som jord (næringsstoffer, fungicider, antibiotika, herbicider m.v.). Endvidere sker der mikrobiel le interaktioner, der influerer på permeabiliteten af rodceller, rodens metabolisme, absorption af specifikke eksudater og påvirker mængden af plantetilgængelig næring.

Faktorer der influerer på rhizosfærepopulationer

Den kvalitative og kvantitative sammensætning af rhizosfærens mikrobielle population påvirkes enten direkte eller indirekte af rodeksudater og vil derfor i varierende grad være påvirket af de faktorer, der influerer på planternes rodeksudation som nævnt ovenfor. Generelle effekter af udvalgte faktorer er yderligere uddybet.

Planteart, sort og udviklingstrin

Bælgplanter inducerer eksempelvis en større opformering af bakterier end ikke-bælgplanter. Også mellem sorter indenfor en art er der observeret signifikante forskelle i rhizosfære populationer. Ved sammenligning af sorter der er modtagelige for visse patogener, med sorter der ikke er modtagelige, er det fundet, at rhizosfære populationer af bakterier og svampe ofte har været større for de modtagelige sorter (Curl & Truelove, 1986; Liljeroth, 1990; Weller & Thomashow, 1994). Densiteten af rhizosfære populationen øges generelt med stigende plantealder, ligesom sammensætningen af populationen er anderledes på kimrødder og unge rødder end på ældre og etablerede rødder.

Jordtype

Generelt er rhizosfæreeffekten målt på den totale rhizosfære population mest udtalt i sandede jorde og mindst tydelig i svære lerjorde og jorde med højt humusindhold.

Jordbehandling

Jordbehandlinger i form af gødskning med kunstgødning eller organisk gødning, planterester, kalkning og tilførsel af pesticider er formodentlig af større betydning end jordtypen. Eksempelvis medfører gødskning med mineralsk gødning ikke blot en betydelig forøgelse af den mikrobielle population i rhizosfæren, gødskningen influerer også på sammensætningen af floraen (Curl & Truelove, 1986; Liljeroth, 1990).

Miljøfaktorer

Specielt jordtemperatur og vandindhold er betydende parametre. Effekten er i høj grad indirekte effekt af disse faktorers indflydelse på mængden og kvaliteten af plante eksudater (Curl & Truelove, 1986).

Rhizosfærens udstrækning

Rhizosfæreeffekten er i sig selv knyttet til et meget snævert område omkring rodnettet og strækker sig generelt fra rodoverfladen (rhizoplanet) og nogle få millimeter ud i jorden (Bolton et al., 1993; Campbell & Greaves, 1990; Curl & Truelove, 1986). I tabel 2.3 er givet et eksempel, der viser hvorledes populations densiteten af mikroorganismer bestemt ved pladespredning hurtigt aftager når afstanden til rodoverfladen øges (Papavizas & Davis, 1961). Også diversiteten blandt mikroorganismerne aftager med stigende afstand til rodoverfladen (Bolton et al., 1993).

Tabel 2.3. Mikroorganismer i varierende afstand fra rodoverfladen af lupin småplanter (Papavizas & Davis, 1961).

Table 2.3. Microorganisms at various distances from the root surface of lupin seedlings.

¹⁾ Rodoverfladen (rhizoplan)
²⁾ R/S forhold = (Antal mikroorganismer på rodoverfladen)/ (Antal mikroorganismer i non-rhizosfæren).
 

Mikrobielle interaktioner og de enkelte arters økologiske tilpasning er afgørende for artssammensætningen i rhizosfæren. Generelt set er bakterier mest dominerende i rhizosfæren og mange svampe konkurrerer dårligt om rodeksudater eller kan ikke udnytte disse.

2.2. Fyllosfæren

Overfladen af overjordiske plantedele er et meget dynamisk miljø, der udsættes for meget store mikroklimatiske fluktuationer i temperatur, relativ luftfugtighed, dug, regn, vind og indstråling. Disse forhold påvirker mikrofloraens aktivitet og sammensætning dels direkte og dels indirekte gennem modificering af planteoverfladens metaboliske tilstand, morfologi og overflade kemi. Den mikrobiel le dynamik i fylloplanet afspejles dels ved en uensartet fordeling af populationer indenfor blade (aggregering af populationer) og dels ved stor variation i den mikrobiel le population mellem individuelle blade og mellem planter. Derudover ses der generelt en stigning i densiteten af den mikrobiel le population i løbet af vækstsæsonen og en udpræget/tydelig ændring i sammensætning af populationen i løbet af sæsonen (Andrews, 1992; Kinkel, 1997).

Langt den overvejende del af fyllosfærens mikrobiota er saprofytisk og lever af dødt organisk materiale og kun en mindre del udgøres af patogener (Tolstrup, 1984)

Næringsstoffer

På plantens overflade er tilstedeværelsen af næringskilder en absolut nødvendighed, dels for vækst af saprofyter, og dels for patogener, der har en epifytisk vækstfase inden penetrering af planten. Næringskilderne i fyllosfæren kan være af endogen eller exogen oprindelse og består af carbonhydrater, aminosyrer, organiske syrer etc. I modsætning til rhizosfæren, bidrager exogene kilder i høj grad med næringsstoffer gennem jord partikler, støv, ioner og stoffer opløst i regnvand, honningdug fra bladlus, døde mikroorganismer, pollen etc. Den næring der udskilles af planten i form af eksudater påvirkes kvantitativt og kvalitativt, dels af plantealder, og dels af miljøændringer som temperatur, lys og gødskning (Kenerley & Andrews, 1990).

Fyllosfære organismers succession

De dominerende fyllosfære mikroorganismer i den tempererede zone består af svampe, gær og bakterier og forekommer i størrelsesordenen 10⁴-10⁷ spiringsenheder per cm² bladareal (Kenerley & Andrews, 1990). Kolonisering af fyllosfæren er som nævnt i høj grad sæsonafhængig, hvilket hovedsagelig skyldes at bakterier, gær og svampe har forskellige vækstkrav både med hensyn til næring og mikroklima og dermed udnytter forskellige nicher. Bakterier er generelt mest til stede i begyndelsen af vækstsæsonen, mens populationen af gærsvampe kun forøges langsomt og først er tilstede i højt antal midt i sæsonen. Svampene er derimod generelt først aktive mod slutningen af vækstsæsonen, hvor bladene begynder at senescere (Blakeman, 1985; Blakeman & Fokkema, 1982).

Bakterier

Bakterier er oftest de første og eneste kolonisatorer af de unge blade, hvor nærings niveauet på bladene er lavt, idet bakterier kan multiplicere i opløsninger med meget lavt indhold af aminosyrer og carbonhydrater. Bakterier indenfor arterne Pseudomonas, Xanthomonas, Chromobacterium og Klebsiella vil ofte være tilstede i fyllosfæren (Campbell, 1989). Under markforhold fandt Morris & Rouse (1985), at bakteriepopulationen på bønneblade var af størrelsesordenen 5 x 10³-5 x 10⁵/blad og ca. 10⁶/bælg.

Gærsvampe

Forekomsten af gær på blade er hovedsagelig et resultat af kolonisering fra luftbårnet inokulum. Gæren kræver adgang til simple sukkerforbindelser, der som oftest er utilstrækkelig på nyudfoldede blade. I løbet af vækstsæsonen øges udskillelsen af sukkerforbindelser fra det indre bladvæv og samtidig afsættes carbonholdige forbindelser i form af pollen og honningdug på bladene. Tilgængelighed af N-forbindelser kan blive begrænsende faktor når densiteten af gærsvampe er høj, og konkurrence om aminosyrer kan forklare det fald i bakteriepopulationen, der ofte indtræffer senere på vækstsæsonen. I modsætning til fyllosfærebakterier, der kun overlever kort tid i tørt vejr, kan gærsvampe overleve og kolonisere blade i en længere periode uden regn. Den saprofytiske mikroflora på overjordiske plantedele er i store dele af vækstsæsonen stærkt domineret af gærsvampe, der koloniserer bladet eksponentielt og kan opnå densiteter på 10⁴-2 x 10⁵ cfu/cm². Gærsvampe som Cryptococcus spp., Sporobolomyces spp. og Aureobasidium pullans er naturligt forekommende og adapteret til miljøet i fyllosfæren (Fokkema, 1983; Köhl & Fokkema, 1994).

Svampe

Svampesporer afsættes på blade gennem hele vækstsæsonen, men i starten af sæsonen vil de som oftest være i hviletilstand eller eventuelt være i stand til at vokse langs de antikline epidermis cellevægge, hvor en forholdsvis høj næringsudsivning finder sted. Når bladet undergår de første stadier af senescens kan sporer, af f.eks Cladosporium og Alternaria spire og afhængig af bladalder, næringsstatus på bladet og mikroklima kan en kolonisering ved hyfevækst finde sted. Kvalitativt set er sammensætningen af svampefloraen i fyllosfæren meget divers (Dickinson, 1976; McLean & Sutton, 1992). I følge Dickinson (1976) er der fra fylloplanet af 35 værtplantearter identificeret over 100 forskellige svampeslægter. Ved en undersøgelse af svampepopulationens sammensætning på æbleblade, blev der isoleret mere 100 arter, men kun 7 af arterne var dominerende i fylloplanet, mens resten blev betegnet som sjældne (kontaminering) (Kenerly & Andrews, 1990). Falconi & Mendgen (1994) undersøgte ligeledes populationen af svampe på æbleblade og var stand til at identificerede 32 arter, hvoraf de 21 var tilstede gennem hele vækstsæsonen i højt antal.

De epifytiske svampe, der kan findes i fyllosfæren kan i henhold til Dickinson (1976) inddeles i 3 hovedklasser.

A. Non-patogene epifyter

1. Fylloplan beboere, der er stand til at gro og sporulere under vekslende klima og næringsforhold f.eks Sporobolomyces, Aureobasidium, Cladosporium,
2. Fylloplan "invaders", der kun kan opnå betydelig vækst såfremt der er særligt favorable forhold, f.eks Alternaria, Epicoccum, Stemphylium.
3. Primære saprofyter, der først er stand til at vokse ekstensivt efter senescens er begyndt, f.eks Ascochytula, Leptosphaeria, Pleospora, Phoma.

B. Patogener

1. Patogener der er helt eller delvist afhængig af fylloplanet, f.eks Erysiphe.
2. Patogener der er stand til at vokse og overleve over lange perioder i fylloplanet før planten penetreres f. eks. Alternaria, Botrytis, Drechslera, Septoria.
3. Patogener, uden stand til at inficere den værtplante, de er landet på. De kan eventuelt have en begrænset vækst eller forblive i hviletilstand.

C. Svampe der ikke udnytter fylloplanet som substrat.

1. Svampe, for hvem fylloplanet indgår som et essentielt led i organismens livscyklus. f.eks. Cryptococcus, Myrothecium, Pilobolus.
2. Svampe der er afsat på blade, men er ude af stand til at udnytte og drage fordele af dette habitat. Til denne gruppe regnes mange jordbårne svampe.

I tabel 2.4 ses eksempler på kvalitative og kvantitative sammensætninger af mikroorganismer i fyllosfæren på forskellige plantearter. Identificerede slægter og arter i fyllosfæren af forskellige plantearter. Som det fremgår af tabellen er der specielt tale om arter indenfor slægterne Cladosporium, Alternaria, Epicoccum og Rhizopus. I fyllosfæren forekommer der også ofte svampe indenfor slægterne Penicillium, Fusarium og Aspergillus, der ligesom arter af Alternaria potentielt er stand til at producere mykotoksiner. Det skal dog understreges at de talmæssige bestemmelser af densiteten i fyllosfæren enten er opgjort ved pladespredninger eller ved direkte tælling af sporer, og derved ikke udtrykker noget om organismernes aktivitet, som beskrevet i afsnit 1.3.

UV

I modsætning til mikroorganismer i jorden bliver epifytiske mikroorganismer i fylloplanet eksponeret for UV-lys, der kan skade mikroorganismer. UV-bestråling skader ikke plantevævet, men kan totalt eliminere de epifytiske mikroorganismer (Sztejnberg & Blakeman, 1973). Strålings eller tørkeresistente sporer i form af tykvæggede eller pigmenterede cellevægge er formodentlig af stor betydning for overlevelsen. Der findes dog også tyndvæggede hyaline residenter i fyllosfæren, hvilket indikerer at andre mekanismer end resistens mod strålingsskade, så som hastigheden af DNA- photorepair kan være af betydning (Cullen & Andrews, 1984; Tronsmo, 1992).

Tabel 2.4 Naturlig forekomst af bakterier og svampe i fyllosfæren (blade) af forskellige plantearter

Table 2.4. Natural occurrence of bacteria and fungi in the phyllosphere of crop plants

Se her

2.3 Lagrede høstprodukter

Størstedelen af de grønsager, frugter og cerealier der høstes med henblik på anvendelse til konsum, lagres gennem kortere eller længere perioder inden de når frem til forbrugeren. De fysiske og kemiske forhold som forskellige produkter lagres under frembyder forskellige habitater og nicher for aktivitet af mikroorganismer.

2.3.1 Lagring af frugt og grønt.

Frisk frugt og grønsager består af levende væv, der konstant undergår irreversible ændringer og processer, der for størstedelens vedkommende er uønskede. Senescens er det sidste stadie i et planteorgans udvikling og fører gennem irreversible stadier til nedbrydning af cellerne og død. Respiration er den overordnede proces, hvorved organisk materiale nedbrydes og energi frigøres, en proces, der kræver O₂ og resulterer i CO₂ frigives. Som følge af respiration sker der et tab af oplagret næring, der medfører at senescensen fremskyndes, og at produktets kvalitet i form af energiværdi, smagsparametre og tørvægt gradvist forringes. Den hastighed, hvormed de enkelte produkter fordærves er generelt proportional med den produktspecifikke respirationsrate (RR). Eksempelvis har æbler, løg og kartofler en lav RR-værdi, gulerødder, kål, salat og tomater en moderat RR-værdi og jordbær , bønner og broccoli har en høj RR-værdi (Kader, 1985). Faktorer som temperatur, luftfugtighed, udvikling af ethylen, såringer og patogener indvirker alle på senescens og nedbrydning af lagrede planteprodukter.

Friske planteprodukter er meget forskellige i morfologisk struktur (rødder, stængler, blade, blomster, frugter etc.), i kemisk sammensætning og med hensyn til den generelle fysiologi (Kader, 1985). Derfor varierer det enkelte produkts lagringskrav, og anbefalinger vedrørende maksimum postharvest shelf-life meget mellem forskellige produktgrupper (se tabel 2.6).

Lagersygdomme

Udvikling af lagersygdomme forudsætter først og fremmest forekomst af organismen på det pågældende produkt. Dernæst er organismens mulighed for aktivitet på produktet stærkt påvirket af høst- og håndterings forhold og af de fysiske og kemiske lagerbetingelser.

Naturlig forekomst

Den mikrobielle sammensætning på høstprodukter er meget afgørende for potentiel udvikling af lagersygdomme. Mikrofloraen på frugt og grønsager, der ikke er i direkte eller nær kontakt med jorden, vil i høj grad være påvirket af fyllosfære mikrofloraen (se tabel 2.4). Hvorimod mikrofloraen på planteprodukter, der høstes fra jorden eller er i tæt kontakt med jorden (kartoffel, gulerod, salat) kan forventes at have en anderledes sammensætning (Smith & Anderson, 1992). I Tabel 2.5 er angivet eksempler på slægter og arter, der er identificeret på frugt, grønsager og cerealier.

Tabel 2.5. Naturlig forekomst af gærsvampe, svampe og bakterier på høstede frugter, grønsager og frø. Identificerede slægter og arter af mikroorganismer er angivet.

Table 2.5. Natural occurrence of yeasts, fungi and bacteria on post harvest products (fruits, vegetables and seeds). Identified genera and species are given.

Se her

Høst og håndtering

Høstmetode og håndtering før lagring er også afgørende for udviklingen af lagersygdomme. Frugt og grønsager udsat for stød, såring, vask, opvarmning og køling etc. kan dels medføre prædisposition for råd ved at skabe indfaldsveje for patogener og dels medvirke til at patogener spredes til ikke kontaminerede produkter (Spurr, 1994).

Lagerbetingelserne

Høstprodukternes resistens overfor postharvest patogener er tæt knyttet til modningsprocessen. Med få undtagelser stiger frugt og grønsagers modtagelighed overfor postharvest patogener således stærkt med stigende senesceringsgrad af vævet (Arul, 1994; Sommer, 1985 a). En passende modenhedsgrad ved høst samt lagerbetingelser der minimerer respiration og senescens under lagring er afgørende for produkternes resistens overfor postharvest patogener. Under lagring er miljøbetingelserne mere ensartede end under markforhold, idet temperatur, fugtighed og /eller luftarternes sammensætning kan kontrolleres i større eller mindre grad (Lacey, 1989).

Temperatur

Temperaturen er formodentlig den faktor, der påvirker holdbarheden af produkter og herunder udvikling af lagersygdomme mest. En lav temperatur under lagring og transport undertrykker sygdomsudvikling på to måder, dels ved direkte at hæmme patogeners vækst og dels ved at opretholde værtens naturlige resistens ved at forsinke senescens. I tabel 2.6 er angivet idealkrav til opbevaring af frugt og grønsager udarbejdet af Bioteknisk Institut (Anon., 1984 & 1986). Samtidig er nogle af de alvorligste lagersygdomme angivet. For de fleste produkter anbefales en lagertemperatur på ca. 0°C som optimal eks. æble, gulerod. En del produkter er følsomme overfor køleskader og må derfor opbevares ved højere temperaturer såsom kartoffel 4-6°C, agurk 7-14 °C og tomat 11-14°C.

Vandindhold og pH

Langt de fleste frugter og grønsager har højt vandindhold og en nærings sammensætning, der kan understøtte vækst af mikroorganismer. Frugt har dog generelt lav pH og angribes derfor primært af svampe, mens grønsager er modtagelige for både svampe og bakterier (Bulgarelli & Brackett, 1991; Pitt & Hocking, 1985).

Tabel 2.6. Anbefalede lagerbetingelser under transport og/eller lagring af frugt og grønsager med hensyn til temperatur, luftfugtighed og kontrolleret atmosfære (O₂ og CO₂). Vigtige postharvest patogener er endvidere angivet.

Table 2.6. Recommended storage conditions regarding temperature, relative humidity and controlled atmosphere during transport and storage. Important postharvest pathogens are mentioned.

Se her

Når produkterne når ud i detailhandlen, transporteres eller opbevares hjemme hos forbrugeren, er det ikke sandsynligt at lagerbetingelser skitseret i Tabel 2.6 opretholdes. Der må nok generelt regnes med betydeligt højere temperaturer, hvilket i de fleste tilfælde øger væksten af mikroorganismer, især hvis fugtigheden samtidig er høj.

Kontrolleret atmosfære

Kontrolleret atmosfære (KA) anvendes ofte under transport og/eller lagring af frugt og grønsager. Atmosfærens sammensætning ændres, hvilket oftest indebære reduktion af oxygen (O₂) og/eller forhøjelse af carbondioxid (CO₂) koncentrationen (Kader, 1985, Spott & Sanderson, 1994). Kommerciel anvendelse af KA finder mest sted indenfor produktion af frugter som æbler, jordbær, pære og indenfor grønsager som salat, kål og tomat. I tabel 2.6 er anbefalede koncentrationer af O₂ og CO₂ angivet. I forhold til bekæmpelse af efterhøst sygdomme har KA dels en indirekte effekt ved at forlænge produkternes shelf-life og dels en direkte reducerende effekt på sygdomsudvikling af visse patogener. Sommer et al. (1981) fandt eksempelvis at ved en reduktion af O₂ koncentrationen til under 2% blev væksten af B. cinerea reduceret.

2.3.2 Lagring af cerealier

Korn er altid kontamineret med mikroorganismer i form af primært svampe og gærsvampe. Den mikrobiel le populations størrelse og sammensætning (Tabel 2.5 ) er dog stærkt afhængig af kornets udvikling og modningsgrad før høst og af de efterfølgende lagerbetingelser (Lacey et al., 1991). Ved høst vil kernerne i høj grad være invaderet med såkaldte marksvampe så som Alternaria spp., Cladosporium spp., Fusarium spp. og Drechslera spp. Der er som regel kun små mængder inokulum på kernerne inden høst af slægter som Aspergillus og Penicillium. Konidier af disse deciderede lagersvampe forekommer med lav frekvens i luft over åbent land og ofte med høj frekvens i lukkede rum, hvilket betyder at korn kan bliver yderligere kontamineret under lagringsprocessen. Ved høstprocessen kan kernerne også blive kontamineret med jordbårent inokulum.

Med stigende lagertid vil der som følge af respiration ske en gradvis kvalitetsforringelse af cerealier. Den generelle kvalitetsforringelse kan dog accelereres kraftigt som følge af mikroorganismernes (svampes) aktivitet. Derudover er arter indenfor slægterne Aspergillus og Penicillium stand til at producere mykotoksiner i korn under specifikke vækstvilkår (se endvidere kapitel 4).

Vandindhold/vandaktivitet

I relation til mikroorganismers vækst er vandtilgængelighed den mest betydende faktor for en god opbevaring af korn, og derfor bliver cerealier ofte tørret for at nedbringe vandindholdet i kernerne. Vand der er tilgængeligt for vækst af mikroorganismer udtrykkes bedst ved hjælp af enheden vandaktivitet (a_w), der defineres som forholdet mellem vanddamptrykket i substratet (P) og vanddamptrykket i rent vand (P₀) ved samme temperatur. Vandpotentialet (Y), der udtrykker summen af osmotisk, matrix og turgor potentialer, er også et mål for tilgængelighed af vand. Mikroorganismer reagerer således i relation til a_w (eller Y) og ikke på vandindholdet som sådan. Svampevækst kan foregå i området fra 1.00 (rent vand) og ned til 0.6 a_w (Lacey, 1989; Lacey et al.,1991).

Den nedre grænse for vandaktivitet med hensyn til vækst af de svampe der normalt findes på lagret korn er omkring 0.70 (-0.49 MPa). Med en vandprocent i kornet på omkring 13% vil risikoen for mykotoksin dannelse under lagring derfor være minimal (Hermansen & Stapel, 1979; Lacey et al., 1991). Som det fremgår af tabel 2.7 skal man være opmærksom på at tilsyneladende små udsving i vandprocenten på 1-2% giver betydelige udsving i a_w og dermed i mikroorganismernes muligheder for aktivitet.

Tabel 2.7 Sammenhæng mellem vandindhold i korn og vandtilgængelighed (Lacey et al., 1991).

Table 2.7. The correlation between water content of grain and water availability.

Temperatur

Temperaturen er afgørende for en svamps væksthastighed og dermed for den skade, der forvoldes i en given lagerperiode. Den optimale væksttemperatur er desuden afhængig af vandaktiviteten i substratet (Hermansen & Stapel, 1979; Lacey et al., 1991)

Opsummering

For optimal lagring anbefales det, at kornet nedtørres til ca. 13% vandindhold, og holdes konstant på dette niveau i lagerperioden. Under sådanne lagerforhold vil vandaktiviteten i kernerne være så lav at vækst af mikroorganismer generelt ikke er mulig.

2.4 Spredning af mikroorganismer

De fleste undersøgelser af mikroorganismers spredning i jord og fyllosfæren er udført med patogene svampe og bakterier. Men mange af de kendte spredningsmekanismer vil formodentlig være de samme for mikroorganismer generelt (Fitt et al., 1989; Ingold, 1979; McCartney, 1994; Wallace, 1978).

2.4.1 Jordboende mikroorganismer

Spredning af bakterier i jorden sker med sammenhængende vandstrømme og er afhængig af porestørrelsen i jorden. Svampe har mulighed for aktiv spredning i jorden dels igennem zoosporer eller ved hjælp af mycelievækst igennem jorden. Spredning af jordbårne svampe og bakterier kan også ske passivt ved hjælp af jordens fauna, så som orme og insekter.

Selvom jordbårne mikroorganisme og patogener i særdeleshed er tilpasset jordmiljøet, forekommer mange af disse organismer også ofte på overjordiske plantedele, det gælder blandt andet arter indenfor Penicillium, Fusarium, Rhizopus og Aspergillus (se tabel 2.4 og 2.5). Andre arter isoleres derimod meget sjældent i fyllosfæren. Der er som oftest tale om en passiv proces, hvor sporer eller mycelium spredes til overjordiske plantedele med fugle, dyr og insekter, med vedhængende jord på høstede planter eller som følge af vind eller maskinel bearbejdning af jord og afgrøder. Herved hvirvles jordpartikler op i luften, hvormed mikroorganismer kan transporteres over korte eller lange afstande og derved spredes til overjordiske plantedele. Ved høst af mange grønsager og cerealier kan jord og dermed mikroorganismer kontaminere produkterne (Wallace, 1978).

2.4.2 Fyllosfære mikroorganismer

For mikroorganismer, der befinder sig i fyllosfæren, sker spredning primært i form af sporer, ved hjælp af vind, regn, vandplask og insekter (Fitt et al., 1989; Ingold, 1960; 1979; McCartney, 1994).

Spredning via luft

Sporer kan frigøres som følge af en aktiv proces, hvor mekanismen bag frigørelsen generelt er stærkt afhængig af fugtighedsforholdene, som oftest høj fugtighed. Denne spredningsmekanisme findes især hos basidiosvampene og visse gærsvampe (Sporobolomyces, Tilletiopsis m.fl). Passiv frigørelse sker enten som en direkte følge af vind eller ved at blade og stængler bevæges som følge af vind eller kraftig regn. Studier af plantepatogene svampe har vist at luftbårne sporer kan spredes op til flere hundrede kilometer fra kilden, men at hovedparten af sporene afsætte indenfor få cm. Spredning af sporer via luften er kun af betydning såfremt sporene forbliver levedygtige (Ingold, 1979; McCartney, 1994). Temperatur, lys herunder især UV-lys, og resistens mod udtørring influerer på overlevelsen af sporer i luften. Afsætning (landing) af luftbårne sporer på planter kan ske ved sedimentation eller stød og er mere effektiv for store sporer eksempelvis Drechslera spp. end for små sporer eksempelvis Penicillium, Aspergillus spp. Afsætning med turbulente luftstrømme er formodentlig af størst betydning og er meget effektiv for alle typer af sporer. Luftbårne sporer kan dog også fanges af regndråber, og derefter afsættes på planter eller på jorden. Regn kan også skylle sporer af planterne, så disse derved spredes til jorden (Hermansen & Stapel, 1979; Ingold, 1979; McCartney, 1994).

Vandplask

Spores frigørelse og spredning kan også ske ved hjælp af vandplask, hvor sporene som oftest spredes over meget små afstande. Eksempelvis spredes konidier af Fusarium arter i stor udstrækning ved regnplask (Fitt et al., 1989; McCartney, 1994).

Insekter

Spredning med insekter er formodentlig af mindre betydning ihvertfald når det gælder epidemisk udvikling af patogener. Til gengæld kan insektspredning foregå inden for meget forskelligartede taksonomiske grupper ligesom mange forskellige insekttyper kan være vektorer så som bier, fluer, bladlus etc. (Ingold, 1979).

For en specifik organisme må forhold vedrørende sporulering, sporestørrelse etc. kendes for at vurdere organismens muligheder for spredning indenfor og mellem habitater.

2.5 Opsummering

Mikroorganismer findes overalt i vores miljø, og dermed også på alle ferske planteprodukter til konsum så som frugt, grønsager og cerealier (Tabel 2.4 og 2.5 ). Som det fremgår af redegørelsen vil muligheden for vækst af en introduceret/kontaminerende mikroorganisme være meget afhængig af om denne introduceres til jorden, fyllosfære eller til efterhøst produkter. Jorden/rhizosfæren er karakteriseret af en både kvalitativ og kvantitativ stor naturligt forekommende saprofytisk mikroflora, der konkurrerer intensivt om nicher med tilgængelig næring. De komplicerede sammenhænge mellem miljø, plante og mikroorganismer som er gældende i jord og rhizosfæren gør det vanskeligt at forudse en introduceret organisme mulighed for aktivitet og overlevelse. Fyllosfæren er et meget dynamisk habitat, der generelt er karakteriseret af store fluktuationer i temperatur og fugtighed, der kræver stor tilpasningsevne af mikroorganismerne. Tilgængelige næringskilder for saprofytisk vækst af mikroorganismer er stærkt begrænsede og ændres successivt i løbet af vækstsæsonen. Efterhøst miljøet er derimod mere stabilt og defineret med hensyn til klimaparametre og substrat. Optimale lagerbetingelserne for henholdsvis frugt og grønt og for cerealier er meget forskellige. Frugt og grønsager lagres ved høj luftfugtighed og en lav lagertemperatur, der er afgørende for såvel kvaliteten generelt og som for udvikling af lagersygdomme. For optimal lagring af cerealier anbefales det, at kernerne nedtørres til ca. 13% vandindhold og holdes konstant på dette niveau i lagerperioden. Under sådanne lagerforhold vil vandaktiviteten i kernerne være så lav, at vækst af mikroorganismer generelt ikke er mulig.