Development of apple rot in conservation in the presence of calcium salts

ARTICLE

Auteur(s) : Khaled Attrassi¹, Rachid Benkirane¹, Benaissa Attarassi², Allal Douira¹

¹Laboratoire de botanique et de protection des plantes, UFR de mycology, Département de biologie, Faculté des sciences, Université Ibn Tofail, BP133, Kénitra, Maroc
²Laboratoire de microbiologie appliquée, UFR des eaux usées, Département de biologie, Faculté des sciences, Université Ibn Tofail, BP133, Kénitra, Maroc

Depuis longtemps, certains chercheurs (Delong, 1937 ; Garman et Mathis, 1956 ; Sugar et al., 1988) ont mis l’accent sur l’importance du calcium dans le développement des maladies et accidents physiologiques des pommes et des poires. Une relation très étroite a été observée entre la quantité de calcium contenue dans ces fruits et l’incidence de maladies telles que le bitter pit ou les « taches amères » des pommes (Perring, 1986) et le cork spot des poires (Raese, 1988 ; Raese et Stahly, 1988).

Les pertes économiques dues au pourrissement (Gautier, 1979 ; Bondoux, 1992 ; Palazon et al., 1984), les risques de pollution des fruits par les résidus et l’apparition de souches résistantes suite à l’utilisation répétée de fongicides (Prusky, 1985 ; Maouni et al., 2002) justifient des applications phytosanitaires avec des produits comme les dérivés calciques, tant au verger en prérécolte qu’avant l’entreposage.

Certains travaux ont mis l’accent sur l’importance du calcium dans la lutte contre les maladies fongiques et physiologiques des pommes et des poires (Garman et Mathis, 1956 ; Meheriuk et al., 1984 ; Botton et al., 1990 ; Dris et Niskanen, 1998 ; Bennett et Klich, 2003 ; Cocci et al., 2006 ; Chapeland-Leclerc et al., 2005 ; Harker et al., 2005 ; Harker et al., 2006a ; Harker et al., 2006b ; Lara et al., 2006) et des bananes (Zambrano et Manzano, 1995 ; Antenette et Anjani, 2002 ; Perera et Karunaratne, 2002 ; Gunasinghe et al., 2004 ; Ümit Ünal, 2007). En effet, le calcium confère aux pommes une grande résistance vis-à-vis des champignons parasites. Il empêche le développement des désordres physiologiques et peut entraîner une diminution du taux général de sénescence des tissus (Sharples et Johnson, 1977). Ainsi, les pommes trempées dans une solution de CaCl₂ restent fermes par rapport aux pommes n’ayant reçu aucun traitement (Bangerth et al., 1972).

Tous les travaux qui ont montré l’importance du calcium dans la lutte contre la pourriture des pommes n’ont concerné que certains champignons tels que Penicillium spp. (Biggs et al., 1993) et Leucostoma personii (Biggs et al., 1994). Mais cette pourriture est généralement due à une association complexe de champignons (Selmaoui et Douira, 1997). En effet, dans une même lésion peuvent coexister de nombreux champignons participant ensemble à l’altération des pommes (modification de pH, la couleur et la teneur en eau). Ces modifications peuvent également favoriser l’installation ultérieure d’autres champignons (Selmaoui et al., 1999 ; Oukabli, 2004).

Les sels de calcium utilisés doivent être efficaces à l’égard de tous les champignons susceptibles de provoquer des altérations chez les pommes en conservation.

Matériel et méthode

Espèces fongiques retenues

La détermination des espèces fongiques isolées a été réalisée par l’utilisation de plusieurs clés de détermination (Botton et al., 1990 ; Pitt, 1988 ; Samson et al., 1984 ).

Les champignons identifiés sont au nombre de douze espèces fongiques qui ont été isolées à partir des pommes en conservation au Maroc : Rhizopus stolonifer, Penicillium expansum, Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Alternaria alternata, Cladosporium herbarum, Fusarium oxysporum, Saccharomyces cerevisiae, Monilia fructigina, Cryptosporiopsis malicorticis, Spilocaea pomi et Trichothecium roseum. En effet, elles se développent de façon très importante sur le milieu PDA, produisent des lésions très largement sur les pommes et favorisent généralement leur pourriture.

Sels de calcium testés

Effet in vitro des sels de calcium sur les trois stades de vie des champignons

Ainsi, pour la germination conidienne, une suspension de spores (10⁵spores/mL) est étalée à la surface de boîtes de Petri contenant un mélange agar-sels de calcium. Les composés calciques ont été ajoutés au milieu gélosé encore en fusion. Le comptage des spores germées a été effectué sur un total de 200 spores après 24 heurs d’incubation à 25 °C et à l’obscurité, avec trois essais, et pour chaque essai trois boîtes sont utilisées avec trois inoculations.

Alors que pour la sporulation des espèces fongiques, quatre disques de 5 mm de diamètre ont été prélevés à partir de la bordure des cultures des champignons et ont été placés dans un tube contenant 1 mL d’eau distillée stérile. Après écrasement des disques et agitation au vortex pendant 30 secondes, les spores ont été comptées à l’aide d’une cellule de Malassez à raison de trois comptages par suspension. La sporulation est exprimée en nombre de conidies par unité de volume (spores/mL). Pour chaque traitement, trois répétitions ont été effectuées, chacune des répétitions représente la moyenne de dix comptages.

L’efficacité de chaque composé calcique est déterminée selon la formule suivante et pour les trois stades de vie des champignons.

Où :

• – Nt : estimation de la croissance mycélienne, de la germination conidienne ou de la sporulation chez le témoin ;
• – N : estimation de la croissance mycélienne, de la germination conidienne ou de la sporulation en présence de sels de calcium.

Les CI₅₀ et les CI₉₀ ont été déterminées graphiquement à partir de la relation linéaire entre le logarithme décimal de la concentration en composé minéral calcique et les valeurs probits issues des pourcentages d’inhibition de la germination, de la croissance ou de la sporulation.

Effet in vivo des sels de calcium sur le développement de la pourriture des pommes en conservation

Pour chaque test, trois essais séparés dans le temps ont été effectués et pour chaque essai, trois pommes ont été utilisées.

Où :

• – Di : diamètre de la pourriture du fruit traité par les sels de calcium ;
• – D : diamètre de la pourriture du témoin.

Analyse statistique

Résultats

Effet des sels de calcium sur les trois stades de vie des champignons

En présence du nitrate de calcium et du carbonate de calcium, la croissance mycélienne des champignons testés est sensiblement affectée (les pourcentages d’inhibition compris entre 11,40 et 34,75 %) à l’exception de Saccharomyces cerevisiae et de Trichothecium roseum qui se sont montrés résistants au Ca(NO₃)₂ et Fusarium oxysporum au Ca(CO₃). Ainsi, l’effet des sels de calcium sur la germination montre que l’hydroxyde de calcium et le chlorure de calcium sont efficaces de 69,20 à 100 % sur la germination des 12 espèces fongiques. En revanche, le nitrate de calcium et le carbonate de calcium sont moins actifs sur la germination de ces espèces fongiques. Saccharomyces cerevisiae, Monilia fructigina, Cryptosporiopsis malicorticis et Trichothecium roseum sont faiblement sensibles au Ca(CO₃) (tableau 1), alors que l’effet des sels de calcium sur la sporulation est le même que sur la croissance mycélienne, les sels de calcium sont consignés en deux groupes selon leur efficacité (tableau 1). Le premier groupe est constitué par le Ca(OH)₂ et le CaCl₂. Ces produits ont inhibé la sporulation de tous les champignons d’une façon remarquable (le pourcentage d’inhibition de la sporulation varie entre 46,35 et 90,75 %). Le second groupe, constitué par le Ca(NO₃)₂ et le CaCO₃, est caractérisé par une efficacité très faible (le pourcentage d’inhibition varie entre 3,99 et 14,39 %).

Les sels de calcium à savoir le Ca(NO₃)₂ et le CaCO₃ n’ont montré aucune efficacité aussi bien sur la germination que sur la croissance mycélienne et la sporulation de tous les champignons étudiés.

Tableau 1 Efficacité ou pourcentage d’inhibition de quatre sels de calcium sur la croissance mycélienne, la germination conidienne et la sporulation de douze agents pathogènes fongiques des pommes après 10 jours d’incubation à 25 °C.Table 1. Efficiency or percentage of inhibition of four calcium salts on mycelium growth, conidial germination and sporulation of twelve pathogenic fungal agents in apples after 10 days of incubation at 25°C.

CI₅₀ et CI₉₀ de Ca(OH)₂ sur les trois stades de développement des champignons étudiés

Effet des sels de calcium sur le développement de la pourriture des pommes

Ainsi, les résultats obtenus à basse température (figure 1) montrent que tous les champignons testés sont plus sensibles à Ca(OH)₂, suivi de CaCl₂ et de Ca(NO₃)₂ à l’exception de Penicillium expansum, Fusarium oxysporum et Trichothecium roseum, qui sont plus sensibles à Ca(NO₃) et Alternaria alternata qui est plus sensible à CaCl₂.

À température ambiante, toutes les espèces fongiques testées sont globalement moins sensibles à CaCl₂, Ca(NO₃) et CaCO₃ et plus sensible à Ca(OH)₂.

Il ressort de ces résultats que l’hydroxyde de calcium et le chlorure de calcium présentent une efficacité importante vis-à-vis des champignons étudiés aussi bien in vitro qu’au niveau des traitements postrécolte des pommes avant leur conservation. Les autres sels de calcium (carbonate de calcium et nitrate de calcium) sont moins fongitoxiques et ne présentent aucun intérêt pour les traitements postrécolte des pommes.

Discussion et conclusion

De même, le CaCl₂ appliqué au verger ou au drencher réduit d’une façon significative l’incidence de la pourriture des pommes provoquée par Alternaria spp.(Biggs et al., 1993).

Le traitement des pommes par le calcium peut prévenir contre la destruction de la pectine par l’enzyme pectique (Faust, 1974). Le calcium confère également aux cellules une grande résistance à l’activité enzymatique du champignon et diminue ainsi le taux de la maladie due au Penicillium expansaum. Ce rôle protecteur ne peut être réalisé que dans le cas où les fruits présenteraient un niveau important de calcium durant la production ou pendant l’application postrécolte (Meheriuk et al., 1984 ; Conway et al., 1987 ; Dris et Niskanen, 1998 ; Zambrano et Manzano, 1995 ; Antenette et Anjani, 2002 ; Perera et Karunaratne, 2002 ; Gunasinghe et al., 2004 ; Ümit Ünal, 2007).

Le mécanisme proposé dans le cas de l’inhibition des champignons responsables de la pourriture des pommes par les sels de calcium suggère un empêchement de l’activité enzymatique pectolytique par les Ca⁺⁺ associés avec les substances pectiques intercellulaires des fruits (Bateman et Lumsden, 1956 ; Conway et al., 1987). Ce mécanisme proposé peut être opérationnel pour le système variété de pomme Nittany causé par Alternaria spp.

Les ions Ca²⁺ peuvent réduire l’efficacité de l’enzyme polygalacturonase, fréquemment produite par les champignons et les bactéries dans les tissus malades de l’hôte (Bateman et Millar, 1966 ; Barash et Angel, 1970 ; Barmore, 1979) et qui participe avec la pectine méthyle estérase à l’altération des tissus des poires. Cette réduction est réalisée par la formation des cations avec les acides pectiques constituant ainsi une muraille de cellules résistantes à la dégradation par l’enzyme polygalacturonase (Conway et al., 1987).

Par ailleurs, Kohle et al. (1985), suggèrent que les ions Ca²⁺ stimulent probablement la synthèse des phytoalexines et/ou des phénols qui jouent un rôle très important dans la résistance des plantes aux agressions parasitaires (Seiji, 1983 ; Nicholson et Hammershmidt, 1992). Ces composés traduisent notamment une action inhibitrice de l’activité des enzymes hydrolytiques parasitaires telles que les pectinases (Davet et Ravise, 1976) et les cellulases (Reddy et Mahadevan, 1976). Les composés phénoliques peuvent également inhiber la biosynthèse des toxines parasitaires (Desjardins et al., 1988) et la production des enzymes hydrolytiques (Bostock et al., 1999). Il semble que l’apport de calcium aux pommes leur confère, à basses températures, une résistance vis-à-vis des champignons. Des travaux effectués dans ce sens (Conway et al., 1987) ont suggéré que les ions Ca²⁺ peuvent s’associer aux acides pectiques, empêchant ainsi l’activité de l’enzyme polygalacturonase. À des températures plus élevées, le calcium semble être insuffisant pour empêcher une telle activité enzymatique. Il convient donc de suggérer une utilisation des dérivés calciques tels que Ca(OH)₂, CaCl₂, et Ca(NO₃)₂ tant au verger en prérécolte (pulvérisation) qu’en station avant l’entreposage (trempage), en raison de leur efficacité contre les maladies d’origine physiologique et fongique et aussi, de leur nature non polluante.

Références

Bangerth et al, 1972 Bangerth F, Dilley DR, Dewey DH. Effect of postharvest calcium treatments on internal breakdown and respiration of apple fruits. J Am Soc Hortic Sci 1972 ; 102 : 785-8.

Barash et Angel, 1970 Barash I, Angel E. Isolation and properties of an exopolygalacturonase produced by Penicellium digitatum during infection lemon fruits. Israel J Bot 1970 ; 19 : 599-608.

Barmore et Browm, 1979 Barmore CR, Browm GE. Role of pectolytic enzymes and galacturonic acid in citrus fruits caused by Penicellium digitatum. Phytopathology 1979 ; 69 : 675-8.

Bateman et Lumsden, 1956 Bateman DF, Lumsden RD. Relation of calcium Content and nature of the pectic substances in beau hypocotyls of differents ages to succeptibility to au isolate of Rhizoctonia Solani. Phytopathology 1956 ; 55 : 734-8.

Bateman et Millar, 1966 Bateman DF, Millar RL. Pectic enzymens in tissue degradation. Annu Rev Phytopathol 1966 ; 4 : 119-46.

Bennett et Klich, 2003 Bennett JW, Klich M. Micotoxins. Clin Microbiol Rev 2003 ; 16 : 497-516.

Biggs et al, 1993 Biggs AR, Ingel M, Solihati WD. Control of Alternaria infection of fruit of apple cultivar Nittany with calcium chloride and fungicides. Plant Dis 1993 ; 77 : 976-80.

Biggs et al, 1994 Biggs AR, El Kholi MM, El-Neshawy SM. Effect of calcium. salts on growth, pectic enzyme activity and colonization of peach twings by Leucostoma persoonii. Plant Dis 1994 ; 78 : 886-90.

Biggs et Peterson, 1990 Biggs AR, Peterson CA. Effect of chemical applications to peach bark wounds on accumulation of lignin and suberin and susceptibility to Leucostoma personnii. Phytopathology 1990 ; 80 : 861-5.

Bondoux, 1992 Bondoux P. Maladies de conservation des fruits à pépins : pommes et poires. Coll. Techniques et pratiques. Paris : éditions QUAE, 1992.

Bostock et al, 1999 Bostock R, Wilcox SM, Wany G, et al. Suppression of Monilia fructicola cutinase by peach fruit surface phenolic acids. Physiol Mol Plantpathol 1999 ; 54 : 37-50.

Botton et al, 1990 Botton B, Burton A, Fevre M, et al. Moisissures utiles et nuisibles, importance industrielle. Paris : éditions Masson, 1990.

Chapeland-Leclerc et al, 2005 Chapeland-Leclerc F, Nicolas Papon N, Thierry Noël T, Villard J, et al. Moisissures et risques alimentaires (mycotoxicoses). Revue Française des Laboratoires 2005(373) : 61-6.

Cocci et al, 2006 Cocci E, Rocculi P, Romani S, et al. Changes in nutritional properties of minimally processed apples during storage. Postharvest Biol Technol 2006 ; 39 : 265-71.

Conway, 1982 Conway WS. Effect of post-harvest calcium treatment on decay of Delicious apples. Plant Dis 1982a ; 66 : 402-3.

Conway, 1982 Conway WS. Effect of post-harvest calcium treatment on decay of Delicious apples and its effect on decay. Phytopathology 1982b ; 73 : 1068-71.

Conway et al, 1987 Conway WS, Gross KC, Sam CE. Relation ship of bound calcium and inoculum concentration to the effect of post-harvest calcium treatement on decay of apples Caused by Penicillium expansum. Plant Dis 1987 ; 71 : 78-80.

Davet et Ravise, 1976 Davet P, Ravise A. Inhibition du colletotrichum coccodes du pyrenochaeta lycopersici et de leurs enzymes paectinolytiques par des substances élaborées chez quelques Lycopersion Mill. en réaction à l’infection par le complexe parasitaire des racines. CR Acad Sci (Paris) Ser D 1976 ; 282 : 1351-4.

Delong, 1937 Delong WA. Calcium and boron contents of the apple fruit as related to the incidence of Blotchy Cork. Plant Physiol 1937 ; 12 : 552-6.

Desjardins et al, 1988 Desjardins AE, Plattner RD, Spencer GF. Inhibition of trichothecene toxin biosynthesis by naturally occurring shikimate aromatics. Phytopathology 1988 ; 27 : 767-71.

Dris, 1998 Dris R, Niskanen R. The impact of calcium chloride and heat treatments on the quality maintenance of ’Lobo’ apples after cold storage. Congress “Advances in the refrigeration systems, food technologies and cold chain”, Sofia, Bulgaria, 23-26 September, 1998. Paris : Institut international du froid, 2000.

Faust, 1974 Faust M. The role of calcium in the respiratory mechanism and senescence of apples. Colloque Int CNRS 1974 ; 238 : 87-92.

Garman et Mathis, 1956 Garman P, Mathis WT. Studies of mineral balance as related to occurrence of Baldwin spot in Connecticut. Bull Conn Agric Exp Stn 1956(601) : 1-19.

Gautier, 1979 Gautier M. La conservation des fruits 3^e partie. Arboriculture fruitière 1979 ; 309 : 27-49.

Gunasinghe et al, 2004 Gunasinghe RN, Ikiriwatte CJ, Karunaratne AM. The use of Pantoea agglomerans and Flavobacterium sp. to control banana pathogens. J Hortic Sci Biotechnol (GBR) 2004 ; 79 : 1002-6.

Harker et al, 2005 Harker FR, Norquay C, Amos R, et al. The use and misuse of discrimination tests for assessing the sensory properties of fruit and vegetables. Postharvest Biol Technol 2005 ; 38 : 195-201.

Harker et al, 2006a Harker FR, White A, Gunson FA, Hallett IC, De Silva HN. Instrumental measurement of apple texture : A comparison of the single-edge notched bend test and the penetrometer. Postharvest Biol Technol 2006a ; 39 : 185-92.

Harker et al, 2006b Harker FR, Gunson FA, Triggs CM. Apple firmness : Creating a tool for product evaluation based on a sensory– instrumental relationship. Postharvest Biol Technol 2006b ; 39 : 327-30.

Kohle et al, 1985 Kohle H, Jeblick W, Poten F, et al. Chitosan-elicited callose synthesis in soy bean cells as a Ca²⁺ dependent process. Plant Phytopathol 1985 ; 77 : 544-51.

Lara et al, 2006 Lara I, Graell J, López ML, et al. Multivariate analysis of modifications in biosynthesis of volatile compounds after CA storage of ‘Fuji’ apples. Postharvest Biol Technol 2006 ; 39 : 19-28.

Maouni et al, 2002 Maouni A, Lamarti A, Douira A, et al. Étude de la résistance d’Alternaria alternata et Penicillium expansum aux fongicides lors de la conservation des poires. Bull Soc Pharm Bordeaux 2002 ; 141 : 55-66.

Meheriuk et al, 1984 Meheriuk M, Lau OL, Hall JW. Effects of some postharvest and storage treatments on the incidence of flesh browning in controlled-atmosphere-stored Delicious apples. J Am Soc Hortic Sci 1984 ; 109 : 290-3.

Nicholson et Hammershmidt, 1992 Nicholson RL, Hammershmidt R. Phenolic compounds and their role in disease resistance. Annu Rev Phytopathol 1992 ; 30 : 369-89.

Oukabli, 2004 Oukabli A. Le pommier : une culture de terroir en zones d’altitude - Transfert de Technologie en Agriculture, Bulletin Mensuel d’Information et de Liaison du PNTTA . 2004 ; 115. www.iav.ac.ma/pntta/115.pdf.

Palazon et al, 1984 Palazon IC, Palazon P, Robert, et al. Estudio de los problemas de la conservation de peras y manzanas en la provincia de Zaragoza. Diputación Provincial Zaragoza Publication, N°990. Zaragoza : Institución Fernando el Católico, 1984.

Perera et Karunaratne, 2002 Perera AN, Karunaratne AM. Postharvest calcium chloride treatments do not help to increase shelf-life of bananas. Fruits 2002 ; 57 : 87-94.

Perring, 1986 Perring MA. Incidence of Bitter pit in relation to the calcium content of apples : Problems and paradoxes, a review. J Sci Food Agric 1986 ; 37 : 591-606.

Pitt, 1988 Pitt JI. Laboratory guide to common Penicillium species. Dickson (Australia) : Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) : Division of Food Processing, 1988.

Prusky, 1985 Prusky D. Developpement, persistence, survival and stratigies for control of thiaendazol resistant strains of Penicellium ou pomes fruits. Phytopathology 1985 ; 75 : 877-82.

Raese, 1988 Raese JT. Calcium : Effects ou apple and pear disorders and fruit quality and control. Proc Wash State Hortic Assoc 1988 ; 84 : 247-56.

Raese et Stahly, 1988 Raese JT, Stahly EA. Timing of calcium sprays to increase fruit calcium, improve fruit quality and control disorders of ‘Anjon’ Pears. Hortic Sci 1988 ; 23 : 836 ; (Abstract).

Reddy et Mahadevan, 1976 Reddy MK, Mahadevan A. Effect of phenolic compounds on cellulase. Indian Phytopathology 1976 ; 20 : 265-7.

Samson et al, 1984 Samson RA, Hoekstra ES, Van Dorschot CAN. Introduction to food-Borne fungi. Second edition Central bureau Voor Schimmelcultures. Amsterdam : Institute of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, 1984.

Seiji, 1983 Seiji O. Induction of resistance or susceptibility. Annu Rev Phytopathol 1983 ; 21 : 289-315.

Selmaoui et Douira, 1997 Selmaoui K, Douira A. Microsclerotia in Alternaria alternata. Phytopathol Mediyt 1997 ; 38 : 43-6.

Selmaoui et al, 1999 Selmaoui K, Ouazzani Touhami A, Douira A. Maladies de conservation des pommes au Maroc. Le monde agricole et la pêche maritime mars-avril. 1999 ; (14).

Sharples et Johnson, 1977 Sharples RO, Johnson DS. The influence of calcium on Senescence changes in apples. Ann Appl Biol 1977 ; 85 : 450-3.

Sugar et al, 1988 Sugar D, Power K, Basile SA. Effect of summer application of calcium chloride on post-harvest decay of pear (Abstr.). Phytopathology 1988 ; 78 : 1553-5.

Ümit Ünal, 2007 Ümit Ünal M. Properties of polyphenol oxidase from ’Anamur’ banana (Musa cavendishii). Food Chem (GBR) 2007 ; 100 : 909-13.

Zambrano et Manzano, 1995 Zambrano J, Manzano J. Influence du calcium sur la maturation et la conservation des mangues après leur récolte. Fruits 1995 ; 50 : 145-52.