Эпифитная микрофлора зерна

 Существование эпифитных микроорганизмов на здоровом растении в значительной степени связано с климатическими условиями. При благоприятных условиях, например, во влажную погоду, количество эпифитных микроорганизмов значительно возрастает, а в сухую, наоборот, уменьшается. У тех растений, которые интенсивнее выделяют продукты обмена клеток, микрофлора богаче и разнообразнее. Эпифитные микроорганизмы, размножающиеся на поверхности стеблей, листьев и семян растений, получили название микроорганизмов филлосферы [16,18].

Во время уборки и обмолота зерно сильно загрязняется микроорганизмами. Часть микроорганизмов попадает из ризосферы, часть заносится с пылью и насекомыми. Степень обсеменения различного зерна микроорганизмами неодинакова. Здесь сказываются индивидуальные особенности растения, условия созревания зерна и морфологические его признаки. Так, бороздка, шероховатая поверхность эпидермиса или цветочные пленки способствуют скоплению на поверхности зерна большого количества пыли и микрофлоры. Поэтому на зерне злаковых растений больше микроорганизмов, чем на семенах некоторых масличных или бобовых с гладкой поверхностью. Зерно в процессе созревания, уборки и хранения неизбежно инфицируется с поверхности микрофлорой из окружающей среды.

Зерновая микрофлора может сохраняется длительное время даже в условиях, исключающих ее активное развитие. Правда, численность микроорганизмов постепенно уменьшается, изменяется ее видовой состав. Эпифитные бактерии гибнут при активном развитии на зерне спорообразующих бактерий и плесневых грибов [10,21].

Наряду с этим отмечается также способность отдельных представителей эпифитных бактерий поражать растения. Более того, высказывается предположение о происхождении фитопатогенных бактерий от эпифитных. В пользу этого предположения служат найденные промежуточные формы, занимающие положение между сапрофитными, эпифитными и паразитирующими фитопатогенными бактериями. Так, М.В. Горленко (1966) установил, что связующим звеном между эпифитной бактерией X. herbicolaaureum и фитопатогенными бактериями этого рода является X. heterocea, паразитирующая на многих растениях. Вероятно, основной причиной эволюции эпифитных бактерий в направлении паразитизма явилось питание растительными тканями. Поселяясь на поврежденных растениях, бактерии вначале питались мертвыми, затем отмирающими тканями и постепенно давали начало развитию паразитирующих форм. Быстрая изменчивость и приспособляемость микроорганизмов к факторам питания обусловливает возможность эволюции сапрофитных бактерий в направлении паразитизма [4].

Воздействие эпифитных микроорганизмов на растительный организм может быть очень разнообразным в зависимости от окружающих условий. В первые этапы прорастания зерна эпифитные микроорганизмы начинают размножаться и переходят на корни, а во время  вегетации переходит на надземные органы и продолжает здесь размножаться. Некоторое число микробов заносится на поверхность растений с пылью и насекомыми.

В процессе развития растения происходит накопление микрофлоры на поверхности всех его частей.  Отмечается значительное увеличение количества микробов к периоду полной зрелости растения. На растении, как и в ризосфере, главным образом размножаются неспороносные бактерии, а бациллы составляют лишь небольшой процент бактериального эпифитного населения [8,21].

Более 90% эпифитных микроорганизмов составляют гнилостные бактерии. В основном эпифитная микрофлора представлена неспороносными бактериями. Большую часть бактериального населения зерна составляют неспороносные палочки рода Pseudomonas. активно развивающиеся на поверхности растений. Встречаются также Pseudomonas fluorescens, микрококки, молочнокислые бактерии, дрожжи. Бациллы и микроскопические грибы составляют небольшой процент. В определенных условиях эпифитные микроорганизмы могут быть полезны для растений, так как препятствуют проникновению паразитов в ткани растения. При хранении зерна эпифитные микроорганизмы могут играть отрицательную роль. В зрелом зерне вода находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам. На таком зерне они находятся в состоянии анабиоза (покоя) [4].

Всю микрофлору по влиянию ее на зерновые продукты и значению можно разделить на две группы.

1. Сапрофитные микроорганизмы.
2. Фитопатогенные микроорганизмы.

Черты, присущие представителям эпифитной микрофлоры:

1) Способны жить на поверхности, не проникая в ткани.

2) Обладают повышенной устойчивостью к фитонцидам.

3) Устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей.

4) Олиготрофы.

5) Устойчивы к периодическому подсушиванию [10,19].

Количество пыли и микробов, задерживающихся на зерне, зависит отчасти от условий обмолота, и в большей степени от морфологических признаков зерна. Зерно злаковых больше заселено микроорганизмами, чем семена некоторых масличных и бобовых, имеющих ровную, гладкую поверхность.

При  уборке, а также значительной влажности зерна может происходить бурное развитие микроорганизмов. Особенно энергично они размножаются на зародыше, влажность которого выше, чем у остальных частей зерна.

Микроорганизмы накапливаются в зерновой массе во время перевозки ее к зернохранилищу, при этом от транспортного средства оно может загрязниться некоторыми видами патогенных микроорганизмов, а в некоторых случаях клещами.

В отличие от эпифитной микрофлоры болезнетворные микроорганизмы могут внедряться в зерно, которое становится источником распространения инфекции [10,17].

Большую роль эпифитные микроорганизмы играют при хранении зерна и семян. При созревании зерна влажность сильно снижается и достигает уровня, когда размножение микроорганизмов становится невозможным. В спелом зерне вся влага находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам.

 Отдельные группы микрофлоры  начинают развиваться на зерне  при разных уровнях влажности. Так, при температуре около 15— 20°С некоторые грибы могут размножаться на зерне пшеницы и кукурузы с влажностью 14,5—15%, а бактерии — при увлажнении зерна пшеницы до 17,5—18%. Для зерна различных культур имеется своя критическая влажность, при которой на нем возможно размножение микроорганизмов. На семенах бобов при указанной выше температуре грибы развиваются при влажности 16%, подсолнечника— 7—9%. Это зависит от количества связанной воды у различных семян, что определяется их структурой и химическим составом. Микроорганизмы начинают развиваться на зерне, лишь, когда в нем появляется свободная вода, то есть степень увлажнения превышает уровень связанной воды.

Степень увлажнения хранящегося зерна зависит от влажности окружающего воздуха. К настоящему времени установлены значения равновесной влажности семян и зерна растений при различной влажности воздуха. Руководствуясь этими показателями, можно создавать благоприятные условия для хранения зерна и семян.

Развитие микроорганизмов на зерне и семенах зависит также от температуры. Эта зависимость отмечается только для несколько увлажненного материала, так как на сухом зерне независимо от температуры микроорганизмы не развиваются. При повышенной влажности зерна микроорганизмы размножаются тем быстрее, чем выше температура.

При температуре 10°С даже довольно влажное зерно (18—19% влаги) может хорошо храниться, а при 15—20°С оно начинает быстро плесневеть и портиться бактериями. Для успешного хранения зерна при более высокой температуре его влажность необходимо снизить.

Активное развитие микроорганизмов в зерновой массе различных культур при одной и той же степени увлажнения начинается в разные сроки. Пшеница, рожь, ячмень, горох, бобы и гречиха более устойчивы. В просе, кукурузе и подсолнечнике микроорганизмы развиваются быстрее и интенсивнее.

При подмокании зерна свойственная ему эпифитная микрофлора быстро исчезает. Начинают развиваться разные плесени, преимущественно представители родов Penicillium и Aspergillus. Последний род преобладает при повышенной температуре (выше 25°С). Из бактерий на зерне сначала обильно размножаются микрококки, полностью вытесняющие Erwinia herbicola, позднее появляются разнообразные неспороносные палочки, а при повышенной температуре — бациллы (Bac. mesentericus, Вас. subtilis и др.). Следовательно, по составу микрофлоры зерна можно судить об условиях его хранения.

При более или менее длительном развитии микроорганизмов в результате их жизнедеятельности масса зерна может разогреться. Зерновые массы имеют низкую теплопроводность и поэтому хорошо аккумулируют тепло. Наряду с микроорганизмами тепло выделяется вследствие дыхания зерна, развития насекомых и т. п. Глубоко зашедший процесс разогревания зерна приводит к повышению его температуры до 60°С. Зерно при этом нередко приобретает темную окраску — «обугливается», так как в нем образуются темноокрашенные соединения меланоидной природы [22].

Ежегодно в мировом хозяйстве при хранении теряют до 1–2% сухих веществ зерна в результате активной жизнедеятельности его микрофлоры, главным образом бактерий и плесневых грибов. Потери массы сопровождаются и огромными потерями качества. Существенную роль играют целость и состояние покровных тканей зерна, его жизненные функции, количество и видовой состав примесей.

Зерновая микрофлора может сохраняется длительное время даже в условиях, исключающих ее активное развитие. Правда, численность микроорганизмов постепенно уменьшается, изменяется ее видовой состав. При длительном хранении постепенно отмирают неспоровые бактерии, а бактерии, образующие споры, и споры плесневых грибов сохраняются [10,19].

Как в свежеубранной, так и в долго хранившейся зерновой массе сначала развиваются плесневые грибы. Они более приспособлены к существованию, чем бактерии и дрожжи. Но при активном развитии плесневых грибов изменяется и их видовой состав. Так называемые «полевые» плесени (Clodosporium и другие), характерные для эпифитной микрофлоры зерна, исчезают и вместо них развиваются–типичные плесени хранения. Видовой состав плесеней включает более 60 видов разнообразных грибов. На сохранность и качество зерна влияют главным образом грибы рода Aspergillus и Penicillium  называемые «плесенями хранения». Присутствие большого количества плесеней хранения и отсутствие «полевых» указывает на активные микробиологические процессы. Такие зерновые массы при дальнейшем хранении менее устойчивы [3, 20].

Видовой состав микрофлоры зерна, следует рассматривать как показатель качества его хранения, в частности, отсутствие Erwinia herbicolа и Pseudomonas fluorescens следует рассматривать как показатель несвежести зерна (Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева, 2004) [17].

1.1 Эпифитные бактерии

Основная микрофлора зерна состоит из бактерий. Большую часть бактериального населения семян всех растений составляет неспороносная палочка из рода Pseudomonas, активно размножающаяся на поверхности растений. Особенно часто встречается Ps. herbicola, которая образует на твердых питательных средах колонии золотисто– желтого цвета. Преобладание этой бактерии на зерне служит показателем его высоких качеств. При всевозможных пороках этот микроорганизм вытесняется другими. Нередко на зерне может быть найден Ps. fluorescens, дающий флюоресцирующие колонии.

Из бактерий других видов на зерне встречаются микрококки, молочнокислые бактерии. На зерно вместе с пылью и насекомыми попадают масляно–кислые бактерии и бациллы, которые на растениях, сохраняются в пассивном состоянии, не размножаясь. Всего на растениях обнаруживаются до 50 видов бактерий [17].

В свежеубранном зерне присутствуют типичные эпифитные бактерии, не образующие спор (подвижная мелкая палочка Erwinieae herbikola).

Эти бактерии не могут разрушать (гидролизовать) оболочки зерна и не участвуют непосредственно в его порче, однако они выделяют много тепла, чем и способствуют возникновению самосогревания. Эпифитные бактерии гибнут при активном развитии на зерне спорообразующих бактерийи плесневых грибов. Это позволяет считать эпифиты биологическим индикатором и по их содержанию судят о свежести сроке хранения данной партии зерна [3,19].

Спорообразующие бактерии в зерновой массе представлены главным образом картофельной (Bac. mesentericus)и сенной палочками (Bac. subtilis). Это типичные сапрофиты, споры их очень устойчивы, поэтому эти палочки сохраняются в зерновой массе длительное время. Численность сапрофитов сильно возрастает при длительном хранении, особенно, если пapтии зерна сильно запылены или подверглись самосогреванию.

Картофельная и сенная палочки активно участвуют в процессе самосогревания и форсируют его в зоне высоких температур (30–40°С). Споры их очень устойчивы: они выдерживают нагревание до 109–113°С в течение 45 мин, а кипячение – несколько часов. При помоле зерна значительная часть их попадает в муку. Если споры не подавляются в процессе приготовления теста (для этого повышают его кислотность), то при выпечке хлеба они сохраняются.

При известных условиях (медленном охлаждении хлеба после выпечки или хранении его при повышенных положительных температурах) палочки бурно размножаются в мякише, хлеб портится. Такой порок печеного хлеба называют тягучей или картофельной болезнью. При ее развитии мякиш теряет упругость, делается липким и тянущимся, в нем появляются тонкие серебристые нити, образуются очень неприятные запах и вкус. Хлеб становится непригодным для употребления. Разрушение хлеба и образование запаха происходят под действием ферментов, гидролизующих белки и крахмал [3,20].

1.2 Эпифитные грибы

Грибов на поверхности растений и на зерне немного, вероятно их размножению препятствует слабая концентрация питательных веществ.

Один грамм доброкачественного зерна содержит несколько тысяч зародышей

грибов.

При хранении значительно изменяется состав грибной флоры. Доминирующими компонентами становятся пеницилловые и аспергилловые грибы (получившие название «плесени хранения»), а типичные представители свежеубранного зерна — «полевые плесени» (Akernaria, Helminthosporium, Dematium, Trichodepma), а на влажном зерне (Fusarium и другие) сохраняются в небольшом количестве. Большинство грибов представлены видами рода Penicillium. Род Aspergillus представлен на здоровом зерне менее обильно. В зерне южного происхождения роль грибов рода Aspergillus возрастает, так как их больше в южных почвах. В значительно меньшем количестве на зерне встречаются другие грибы из родов Cladosporium, Alternaria, Mucor.