Bài giảng Vi sinh vật hại nông sản sau thu hoạch - Chương 1: Giới thiệu môn học vi sinh vật hại nông sản sau thu hoạch - Ngô Bích Hảo

Vi sinh vật hại Nông sản sau thu hoạch POSTHARVEST DISEASE PGS.TS.Ngô Bích Hảo Bộ môn Bệnh cây Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC Tên môn học: Vi sinh vật hại Nông sản sau thu hoạch (phần bệnh cây) Lý thuyết 11 tiết, thực hành 3 tiết - Giảng viên môn học: PGS.TS. Ngô Bích Hảo - Giáo viên hướng dẫn thực hành: Th.s. Nguyễn Thanh Hồng - Bộ môn phụ trách: Bệnh cây - Mục tiêu môn học: Sinh viên nắm được các kiến thức cơ bản về mối quan hệ giữa tác nhân gây bệnh và nông sản sau thu hoạch. Kiểm tra, giám định bệnh hại nông sản STH và biện pháp phòng trừ bệnh hại nông sản sau thu hoạch phục vụ sản xuất, chế biến, quản lí và kinh doanh nông sản Nội dung học phần • Tác hại của các vi sinh vật gây hại nông sản sau thu hoạch. • Tác nhân gây bệnh hại nông sản STH (Nguồn bệnh, quá trình xâm nhiễm, lan truyền và ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh) - Nấm hại nông sản sau thu hoạch - Vi khuẩn hại nông sản sau thu hoạch • Các biện pháp phòng trừ bệnh hại nông sản STH Tài liệu tham khảo 1. Lê Lương Tề. Bệnh cây Nông nghiệp NXB NN 2007 2. Ngô Bích Hảo. 2008. Bài giảng bệnh hại nông sản sau thu hoạch 3. Mathur & Olga, 1998. Seed health testing methods for detecting fungi 4. Trần Minh Tâm. 1986. Giáo trình Bảo quản chế biến Nông sản. NXB NN 5. Kulwant Singh, Jens C. et all. An Illustrated Manual on Identification of some seed-borne Aspergilli, Fusaria, Penicillia and their Mycotoxins. Chương I: Giới thiệu môn học Vi sinh vật hại nông sản sau thu hoạch 1. Một số khái niệm chung - Nông sản sau thu hoạch gồm các loại sản phẩm cây trồng dưới dạng thân lá, rễ, củ, quả, hạt - Vi sinh vật hại nông sản sau thu hoạch bao gồm các loại nấm, vi khuẩn, chúng sử dụng nông sản làm nguồn thức ăn làm giảm chất lượng nông sản trong quá trình bảo quản, tồn trữ Kích thước của các tác nhân gây bệnh cây so với tế bào cây trồng 1. Một số khái niệm chung • Vi sinh vật hoại sinh: là các loại vi sinh vật chỉ có thể phát triển và sử dụng nguồn thức ăn từ các tế bào cây đã chết mà không có khả năng kí sinh, sống ở mô tế bào còn sống • Vi sinh vật bán hoại sinh: Là các vi sinh vật chủ yếu sống trên các tế bào cây trong giai đoạn ngủ hoặc đã suy nhược và chết, nghỉ như hạt quả..nhưng trong những điều kiện cho phép chúng có thể kí sinh gây bệnh trên tế bào cây còn sống như nấm mốc, nấm Aspergillus, Penicillium, Botrytis Nấm mốc Penicillium hại nông sản STH Thối ướt khoai tây do vi khuẩn Erwinia 1. Một số khái niệm chung • Vi sinh vật bán kí sinh: Là các loại VSV sống kí sinh trên tế bào sống của cây là chủ yếu để sinh trưởng và sinh sản vô tính nhưng trong điều kiện nhất định chúng vẫn có khả năng sống , tồn tại trên tàn dư cây trồng. Ví dụ nấm Túi • Kí sinh chuyên tính: Là các loại VSV chỉ có khả năng sử dụng các vật chất hữu cơ sẵn có trong tế bào cây còn sống mà không thể phát triển kí sinh trên các tế bào cây đã chết. Ví dụ nấm sương mai gây hại cà chua khoai tây Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Monilia fructicola Rhizopus Rhizopus Fusarium Peronospora Đốm vòng cà chua (Alternaria solani) Đốm Vi khuẩn trên rau quả 1. Một số khái niệm chung • Chất lượng là những nét đặc trưng cho biết đó là sản phẩm gì, hay mức độ thơm ngon hoặc tính ưu việt được mô tả bởi người tiêu thụ, do đó từ này không có một định nghĩa khách quan và nhất định • Đời sống tồn kho (shelf-life) là giai đoạn sau khi tồn trữ trong suốt quá trình sản phẩm được giữ ở nhiệt độ và độ ẩm tương đối bình thường mà không làm mất giá trị thương phẩm của chúng • Độ chín là giai đoạn phát triển mà lúc đó sản phẩm đã hoàn tất sự sinh trưởng tự nhiên của chúng và sẵn sàng cho thu hoạch 2. Vai trò của quá trình bảo quản đối với chất lượng nông sản sau thu hoạch  Nước ta là nước nông nghiệp nhiệt đới  Quanh năm có nông sản thu hoạch, đòi hỏi phải bảo quản chế biến  Các loại dịch hại cây trồng và nông sản sau thu hoạch phát triển quanh năm  Việc đảm bảo và nâng cao chất lượng nông sản có ý nghĩa rất to lớn đối với nền kinh tế  Để tăng được 1% năng suất ngoài đồng trên một diện tích lớn là một điều hết sức khó khăn, nhưng sau khi thu hoạch về nếu không bảo quản tốt thì nông sản phẩm sẽ bị hao hụt rất lớn cả về số lượng lẫn chất lượng 2. Vai trò của quá trình bảo quản đối với chất lượng nông sản sau thu hoạch • Chất lượng nông sản phẩm chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, điều kiện canh tác, kĩ thuật thu hái vận chuyển và chế độ bảo quản • Chất lượng nông sản tốt sẽ kéo dài thời gian sử dụng và giảm bớt sự chi tiêu của Nhà nước, giảm thiệt hại cho xã hội • Việc đảm bảo hạt giống có chất lượng cao đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp • Việc đảm bảo nông sản tốt sẽ cung cấp cho công nghiệp chế biến nguyên liệu tốt để sản xuất ra nhiều hàng hoá phục vụ trong nước và xuất khẩu, giúp tăng thu nhập quốc dân và nâng cao đời sống nhân dân 3. Thiệt hại nông sản sau thu hoạch trên thế giới • Theo thống kê của liên hiệp quốc, mỗi năm trung bình thiệt hại của thế giới về lương thực chiếm từ 15 – 20% tính ra tới 130 tỷ đô la, đủ nuôi được 200 triệu người trong 1 năm. • Theo bộ nông nghiệp Mỹ hàng năm thiệt hại của nông sản sau thu hoạch lên tới 300 triệu đô la. Còn ở các nước khác như ở Đức hàng năm thiệt hại 80 triệu mác, ở Nhật là 31 triệu yên 1 năm. • Theo tài liệu điều tra của FAO hàng năm trên thế giới có tới 6 – 10% số lương thực bảo quản trong kho bị tổn thất, riêng các nước có trình độ bảo quản thấp và khí hậu nhiệt đới, sự thiệt hại lên tới 20%. 3.2. Thiệt hại nông sản sau thu hoạch ở nước ta • Ở Việt Nam đối với các loại hạt, tổn thất sau thu hoạch là 10%, đối với cây có củ là 10 – 20%, với rau quả là 10 – 30%. Hàng năm trung bình thiệt hại 15%, tính ra hàng vạn tấn lương thực có thể đủ nuôi sống hàng triệu người • Năm 1995, sản lượng lúa ước chừng 22 triệu 858 tấn hao hụt với 10% cũng chiếm tới 2,3 triệu tấn tương đương với 350 – 360 triệu USD. • Các loại cây có củ mức hao hụt là 20%, với sản lượng 2 triệu tấn khoai lang, 722.000 tấn khoai tây và 3,1 triệu tấn sắn, hàng năm chúng ta mất đi khoảng 1,15 triệu tấn, tương đương với 80 triệu USD. • Đối với ngô, hao hụt hàng năm có thể lên đến 100.000 tấn tương đương với 13 – 14 triệu USD. Chưa tính tổn thất về các loại rau quả, đậu đỗ và nông sản khác. SỰ HAO HỤT VỀ SỐ LƯỢNG (TRỌNG LƯỢNG) Quá trình hô hấp Sự nảy mầm Sự phát triển của nấm vi khuẩn Sự phát triển của côn trùng Quá trình tự bốc nóng Sự phá hoại của chuột Sự phá hoại của chim CƠ HỌC Sự chấn thương, vỡ nát Sự rơi vãi Tình trạng đổ SỰ HAO HỤT VỀ CHẤT LƯỢNG 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nông sản sau thu hoạch • Yêú tố phi sinh vật: bao gồm các yếu tố môi trường như ẩm độ, nhiệt độ không khí, thành phần khí quyển và các điều kiện kĩ thuật canh tác, độ chín thu hoạch, điều kiện thu hái, chuyên chở, bảo quản vật dụng chứa đựng, kho bảo quản • Yếu tố sinh vật: bao gồm sự tác động của các loại vi sinh vật như nấm, vi khuẩn hoặc các loại côn trùng và động vật hại nông sản như sâu, mọt , gián, nhện , tuyến trùng, chim , chuột và con người. Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 4.1. Yếu tố phi sinh vật • Nhiệt độ Quyết định thời gian và chất lượng bảo quản nông sản - Nhiệt độ thấp làm giảm quá trình trao đổi chất, giảm cường độ hô hấp và làm chậm quá trình sản xuất Ethylen của nông sản. Nhiệt độ thấp làm giảm sự mất nước của rau quả 4.1. Yếu tố phi sinh vật Hoạt động sống của các loại VSV trên NS phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ. • Nhiệt độ tăng hoạt động sống của VSV tăng, sự gây hại tăng thời gian bảo quản ngắn. Nhiệt độ thấp hoạt động sống của các loại vi sinh vật bị ức chế vì vậy thời gian bảo quản tăng • Nhiệt độ bảo quản thấp đối với rau quả tươi sẽ bị tổn thương lạnh, rau quả biến màu và sau khi chuyển ra nhiệt độ bình thường sẽ bị nhũn không còn giá trị trên thi trường. Nhiệt độ 4.1. Yêú tố phi sinh vật Ẩm độ không khí • Ẩm độ thấp hạn chế hoạt động sống của các loại vi sinh vật gây hại nông sản, thích hợp cho việc bảo quản các loại hạt ngũ cốc • Đối với rau hoa quả tươi ẩm độ không khí thấp gây ra hiện tượng mất nước nhanh, rối loạn các hoạt động sống và hoạt hóa các men polyphenoloxydaza và peoxydaza làm cho rau quả bị biến màu nâu rất nhanh • Âm độ không khí cao hạn chế sự mất nước, ức chế một phần quá trình hô hấp của rau quả song lại dẫn đến hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt rau quả tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại phát triển Thành phần khí quyển trong môi trường bảo quản • Thành phần KK có liên quan mật thiết với quá trình hô hấp. Hàm lương khí O2 trong môi trường bảo quản cao thì cường độ hô hấp của quả càng lớn. Ngược lại khi hàm lượng O2 giảm thì hô hấp hiếu khí sẽ chuyển sang hô hấp yếm khí • Hàm lượng CO2 cao có thể hạn chế được quá trình hô hấp và hạn chế hoạt động của các loại vi sinh vật. Tuy nhiên hàm lượng CO2 quá cao sẽ làm rối loạn quá trình sống của quả và tăng giá thành bảo quản. Ví dụ: Bảo quản táo quả tươi • Quả táo bảo quản ở 0 o C chín chậm hơn 7-10 lần so với bảo quản ở 20 o C • Trong điều kiện lạnh quả táo duy trì được độ cứng và hàm lượng axit của quả, màu sắc, độ ngọt và mùi thơm của quả • Độ ẩm 92% tránh được sự mất nước của quả táo trong điều kiện lạnh tuy nhiên cần hạn chế đọng nước để hạn chế nấm vi khuẩn phát triển • Kiểm soát không khí (thông thường O2 2-3%/CO2 2-5%) và kiểu ULO (Ultra low oxygen O2<2%/CO2 1-3% Các yếu tố canh tác kĩ thuật trong quá trình trồng trọt • Tưới tiêu, bón phân, độ chín khi thu hoạch là các yếu tố chính quyết định thời gian có thể tồn trữ của sản phẩm • Biện pháp thu hoạch, quyết định mức độ tổn thương do cơ học của nông sản • Các biện pháp xử lí và bảo quản sau thu hoạch đóng vai trò quan trọng vì trong giai đoạn này nếu làm tốt có thể bảo vệ được chất lượng ngược lại có thể làm cho sản phẩm dễ bị hư hỏng vì tác động của môi trường và các lọai vi sinh vật tấn công gây hại 4.2. Yếu tố sinh vật • Bao gồm sự tác động của các loại vi sinh vật như nấm, vi khuẩn hoặc các loại côn trùng và động vật hại nông sản như sâu, mọt , gián, nhện , tuyến trùng, chim , chuột và con người. • Các loại trái cây tươi, rau hoa quả và hạt là sinh vật sống bản thân chúng còn xảy ra quá trình hư hỏng về mặt sinh học và vật lí do quá trình hô hấp và mất nước do tiêu thụ khí O2 trong không khí, nhả ra khí CO2 và thoát hơi nước. Dưới điều kiện không khí bình thường, sự hô hấp hiếu khí chiếm ưu thế, khi đó có sự oxy hóa đường gluco theo phương trình sau: C6H12O6 + 6 O2 – 6 CO2 + 6 H2O + năng lượng Theo A. K. Thompson, 1996 các thiệt hại đối với ngành sản xuất rau quả là bởi các lý do sau • Thiếu sự hướng dẫn cụ thể cho nông dân về thời điểm chín phù hợp cho thu hoạch • Sản xuất còn thô sơ • Chuyên chở còn thô sơ, không có bao gói • Bao gói chưa bảo đảm để bảo vệ nông sản • Thiếu sự kiểm soát về ôn ẩm độ trong bảo quản • Không có biện pháp sử lý cần thiết sau thu hoạch • Sử dụng thuốc hóa học không bảo đảm • Giá cả thấp trên các thị trường bán lẻ không cho đủ cho chi phí đóng gói trong quá trình chuyên chở 4.3. Tổn thất nông sản sau thu hoạch do vi sinh vật gây ra 4.3.1. Thiệt hại về sản lượng Theo thống kê tổn thất sau thu hoạch của các loại nông sản trên thế giới là khoảng 10-20%, trong đó sản phẩm rau, hoa quả tươi tổn thất ở các nước phát triển là 25% và 50% ở các nước đang phát triển. Phần lớn các thất thoát này là do thối hỏng bởi các vi sinh vật gây ra đặc biệt là do nấm và vi khuẩn. Sự thối hỏng này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến số lượng và chất lượng nông sản sau thu hoạch. (CABI 2002) . Thiệt hai về lương thực và cây có sợi bởi các loại sinh vât hại ước tinh khoảng một nửa sản lượng trên toàn thế giới (Pimental & cs. 1978) 4.3.2. Thiệt hại về chất lương nông sản • Vi sinh vật gây hại không chỉ làm giảm sản lượng nông sản do thối hỏng mà chúng còn làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng nông sản. Hàm lượng các chất đường, đạm, chất béo, vitamin ở nông sản nhiễm bệnh giảm đáng kể so với nông sản không bị nhiễm bệnh • Rất nhiều loại hạt khi bị nhiễm bệnh hàm lượng chất dinh dưỡng giảm đáng kể VD. Hạt đậu tương bị nhiễm bệnh do nấm Fusarium và Phomopsis thường có hàm lượng dầu giảm, gốc axit béo tự do tăng. Hạt lúa nhiễm A. padwickii hàm lượng carbohydrate giảm Hạt lạc, vừng nhiễm bệnh nấm thường có hàm lượng dầu giảm, chất lượng dầu kém Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 4.3.2. Thiệt hại về chất lương nông sản • Các loại hạt củ quả khi bị nấm hoặc vi khuẩn tấn công thường bị biến màu, hoặc hình thành các vết đốm làm ảnh hưởng đến giá trị thương phẩm của chúng. Ngoài giá trị dinh dưỡng hạt nhiễm bệnh thường bị biến màu, giảm trọng lượng và kích thước của các hạt tinh bột Ví dụ: Than đen hạt lúa, mốc hồng ngô, thán thư chuối Một số loại nấm và vi khuẩn còn gây thối các loại nông sản có chứa nhiều nước như rau, củ quả. Ví dụ: Thối xám nho, thán thư xoài, mốc xanh, mốc lục cam chanh, thối nhũn cải bắp, thối ướt khoai tây, thối đen ruột mía. 4.3.3. Sinh ra độc tố • Vi sinh vật gây hại khi phát triển trên nông sản có thể sinh ra độc tố làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người và gia súc. • Một số loài nấm mốc như mốc cúc vàng A. flavus và A. parasiticus sinh ra độc tố Alflatoxin gây ung thư cho người và gia súc. Các loài hạt và nông sản thường nhiễm loài nấm này. 4.3.3. Sinh ra độc tố • Kết quả điều tra từ 1992- 1998, có đến 70- 100% mẫu ngô Việt Nam nhiễm aflatoxin từ 10- 100ppb, thậm chí có mẫu lên tới 600ppb. • Các điều kiện làm khô, phân loại và bảo quản lạc hậu, việc tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về vệ sinh an toàn thực phẩm vẫn đang là một thách thức lớn ở Việt Nam • Hầu hết ngô, đậu tương và lạc được bảo quản ở khu vực nông thôn bị nhiễm aflatoxin ở các mức độ khác nhau - Một số độc tố nấm bệnh hại nông sản trong bảo quản gây hại cho người và gia súc • Hạch Nấm Claviceps purpurea có hàm lượng alkanloid cao sinh độc tố gây tổn thương cho hệ thần kinh của người và vật nuôi, gây nôn mửa, tiêu chảy, rối loạn nội tiết, có thể gây tử vong. • Nấm Sclerotinia sclerotiorum tiết ra độc tố gây bệnh ngoài da • Nấm Phomopsis leptostromiformis hại cây đậu lupin có thể gây bệnh cho cừu, ngựa và dê. • Độc tố Aflatoxin thường được sinh ra do nấm Aspergillus flavus trong quá trình bảo quản hạt, đặc biệt là lạc. • Các độc tố Aflatoxin do nấm Aspergillus flavus sinh ra có thể gây bệnh cho rất nhiều loài gia súc và gia cầm và con người vì chúng làm tổn thương các tế bào gan và các mô tế bào khác trong cơ thể con người. • Độc tố Aflatoxin có thể kích thích sự phát triển của các dạng tế bào ác tính dẫn đến khả năng gây ung thư ở người, trong đó aflatoxin B được coi là chất gây ung thư gan nguy hiểm nhất. • Kết quả điều tra ở Châu Phi, nơi người dân thường sử dụng lạc làm nguồn thực phẩm cung cấp protein thì tỷ lệ ung thư gan cao hơn 100 lần so với các nước khác ở Châu Âu (Wogan, 1966). Một trong những nguyên nhân là do lạc bị nhiễm aflatoxin. Tại Việt Nam kết quả kiểm tra aflatoxin B1 trên lạc ở Nghệ An sau 3 tháng bảo quản đã phát hiện 1 mẫu có aflatoxin B1 với hàm lượng 55 g/kg, ở mức có thể gây bệnh cho người. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy các chất aflatoxin được sinh ra nhiều nhất ở lạc, lúa mì và lúa nước, nhưng cũng có thể được sinh ra từ các hạt khác như bông, ngô và đậu tương trong quá trình bảo quản. • Độc tố của nấm F. nivale có thể gây ra các triệu chứng nôn mửa, độc tố của nấm F. equiseti và nấm F. tricinctum có thể gây tiêu chảy và giảm cân (Lillehoj, Ciegler và Detrov, 1970) • Đặc biệt nguy hiểm đối với người là các độc tố sinh ra từ nấm Fusarium sporotrichioides. Nấm này thường xuất hiện ở các loài ngũ cốc, đặc biệt là ở kê. Độc tố của nấm này có thể gây ra các bệnh như xuất huyết dưới da, giảm bạch cầu, sốt cao và tiêu giảm tủy xương. Nếu ăn phải thực phẩm bị nhiễm nấm F. sporotrichioides ăn có thể bị ngộ độc và dẫn đến tử vong (Sarkisov, 1954; Spesivtseva, 1954; Bilai, 1965). Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Penicillium • Gây bệnh mốc xanh và mốc lục • P.digitatum and P. italicum Penicillium • Sinh ra mycotoxins là patulin Các loại độc tố nấm mốc trong bảo quản Một số loại mycotoxin (độc tố nấm mốc), nguồn gốc và khả năng gây hại Độc tố (Toxins) Nấm sinh ra độc tố Khả năng gây độc Aflatoxin Aspergillus flavus Ung thư gan Aspergillus parasiticus gan nhi ễm m ỡ Citreoviridin Penicillium viridicatum Citrinin Penicillium vindicatum Penicillium citrinum Cyclochlorotine Penicillium islandicum gây tổn thương thận Cytochalasin E Aspergillus clavatus Maltoryzine Aspergillus oryzae Ochratoxins Aspergillus ochraceus gây tổn thương thận Patulin Penicilliumc-expansum Gây tổn thương não và phổi Penicillium patulum PR Toxin Penicillium requeforti Rubratoxin Penicillium rubrum gan nhiẽm mỡ Rugulosin Penicillium islandicum t ổn th ư ơng gan Sterigmatocystin Aspergillus flavus Aspergillus versicolor Tremorgens Penicillium and Aspergillus Trichothecenes Fusarium graminearum gây nôn mửa, tiêu chảy Vomitoxin (Deoxynivalenol) Fusarium graminearum gây nôn mửa, tiêu chảy Zearalenone Fusarium sưng cơ quan ss, rối loạn sinh sản OH NH OH NH OHOH OH O O O O OH O NH OHOHO O O O OH O OHO O O OH O OH H H TOXIN-LIPID STRUCTURAL RELATIONSHIPS AAL-TOXIN TA FUMONISIN B-1 NH OHOH OH O O O O OH O H NH OHOHO O O O OH O OHO O O OH O OH H APOPTOSIS Fumonisins AAL toxins . . Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/