Фузариоз зерна: опасность и меры снижения вредоносности

Фузариоз зерна — это заболевание растений, вызывающее значительные потери как урожая, так и в качества собираемого зерна. Зараженность зерна фузариевыми грибами приводит к снижению энергии прорастания и всхожести семян. Некоторые виды грибов образуют микотоксины, такие как дезоксиниваленол (ДОН), Т-2 и НТ-2 токсины, зеараленон, ниваленол и др. Микотоксины, присутствующие в зерне, делают его непригодным для использования на пищевые и кормовые цели.

Фузариоз зерна вызывают различные виды грибов рода Fusarium.

Наиболее опасными и распространенными в РФ видами являются:

• Fusarium graminearum
• Fusarium culmorum
• Fusarium sporotrichioides
• Fusarium langsethiae
• Fusarium avenaceum
• Fusarium poae
  Виды грибов рода Fusarium

  
  F. graminearum

  
  F. culmorum

  
  F. avenaceum

  
  F. sporotrichioides

  
  F. langsethiae

  
  F. poae

  Симптомы фузариоза колоса

  Симптомы включают:

  Розово-оранжевый налет мицелия и спороношения гриба на колосковых чешуйках колоса

  

  

  

  Fusarium graminearum, F. culmorum, F. avenaceum

  Бледно-розовое спороношение гриба на колосковых чешуйках

  

  

  Fusarium sporotrichioides, F. poae и другие

  Глазковая пятнистость на колосковых чешуйках

  

  

  

  Fusarium tricinctum, F. sporotrichioides и другие

  Образование щуплых, сморщенных легковесных зерен

  

  

  

  Основные признаки зерна, пораженного фузариозом

  • пораженные зерна щуплые, морщинистые с вдавленной глубокой бороздкой и заостренными бочками;
  • поверхность зерна обесцвеченная или розоватая, без блеска;
  • эндосперм рыхлый, крушащийся; низкая стекловидность зерна или полная ее потеря;
  • в бороздке и особенно в зародышевой части зерна имеется паутинообразный налет мицелия гриба, белого или розового цвета и подушечки скопления конидий;
  • зародыш зерна нежизнеспособный, на срезе темного цвета.

  

  Однако, внешне здоровое зерно также может быть пораженно грибами и содержать микотоксины!

  Жизненный цикл грибов рода Fusarium

  

  Распространение грибов рода Fusarium

  Фузариевые грибы зимуют в виде мицелия и спор на отмирающих остатках растений, например на соломе и стерне.

  Аскоспоры, которые развиваются в плодовых телах (перитециях), разносятся ветром на большие расстояния. Конидиоспоры заражают колос, затем вновь образуясь на пораженных колосковых чешуйках, разносятся ветром и каплями дождя на другие колосья в период вегетации до уборки растений.

  
  Хламидоспоры

  
  Конидии

  
  Аскоспоры

  
  Перитеции

  Процесс заражения растений грибами

  Заражение вторичных колосков

  При цветении аскоспоры или конидии проникают во внутреннюю часть оболочки зерна

  После цветения, гифа гриба проникает в ткань колоса и могут заражать образующуюся зерновку на всех стадиях ее развития.

  

  Микроскопическое развитие

  
  Конидии развиваются на поверхности растения…

  
  образуют мицелий…

  
  проникают в растение…

  
  и развиваются в ткани…

  
  После инкубационного периода проявляются симптомы и формируются новые конидии

  Причины усиления поражения зерна фузариозом

  • Насыщение севооборота зерновыми культурами
  • Прямой посев и минимальная обработка почвы
  • Восприимчивые сорта
  • Теплая погода и повышенная влажность во время цветения — созревания и уборки растений
  • Отсутствие методов защиты !!!

  Прямые потери урожая до 15-20 %
  Потери качества зерна до 100%

  Влияющие на заражение факторы

  На заражение фузариозом влияют три основных фактора риска:

  
  1. Погода при цветении

  
  2. Обработка почвы

  
  3. Предшествующая культура

  Влияние погодных условий

  Поражение зерна возможно на всех этапах его формирования.

  Растения особенно восприимчивы к фузариозу в фазе цветения при условиях повышенной влажности и температуре около 20-25°C (особенно F. graminearum).

  

  Однако, для развития Fusarium sporotrichioides, F. poae такие показатели как повышенная влажность и температура не являются ключевыми!

  Влияние обработки почвы

  Методы обработки почвы имеют большое влияние на развитие фузариоза.

  

  • Нахождение на поверхности или в поверхностных слоях почвы зараженных грибами растительных остатков после минимальной обработки сильно увеличивают вероятность заражения растущих растений.
  • Это означает, что можно уменьшить риск заражения, запахивая остатки растений в почву, где они быстрее разлагаются.

  No-Till или минимальная обработка почвы увеличивают риск развития фузариоза

  * ДОН — дезоксиниваленол

  Влияние севооборотов

  

  • Чередование культур в севообороте имеет особое влияние на потенциальное развитие заражения.
  • Насыщение севооборота зерновыми культурами, способствует накоплению инокулюма.
  • Короткий севооборот, особенно включающий кукурузу, увеличивает поражение растений фузариозом.
  • К неблагоприятным предшественникам также относится свекла.

  Влияние предшествующей культуры

  Кукуруза и другие зерновые предшественники значительно увеличивает риск появления фузариоза

  

  Влияние устойчивости сорта

  

  • Возделывание устойчивых сортов имеет больше влияние на уменьшение заболеваемости и улучшение качества зерна.
  • Большинство возделываемых сортов зерновых культур восприимчивы к фузариозу.
  • Сорта мягкой пшеницы различаются по уровню восприимчивости от относительно устойчивых до высоко восприимчивых.
  • Твердые сорта пшеницы и овес высоко восприимчивы к фузариозу зерна.

  

  На что влияет фузариоз зерна?

  • Урожайность
  • Семенные качества семян (снижение энергии прорастания и всхожести)
  • Питательную ценность пищевых и кормовых продуктов на основе зерна за счет присутствия микотоксинов
  • Хлебопекарные качества муки
  • Качество пива (эффект гашинга)

  

  Фузариоз и качество продуктов питания

  Во время термической обработки уменьшения уровня микотоксинов не происходит!

  Качество хлеба

  Зерна, зараженные фузариозом, имеют низкое качество, из них получается плотный хлеб с большими порами

  

  Качество макаронных изделий

  Фузариоз оказывает влияние на стандарт качества в отношении вязкоупругости и цвета макаронных изделий, которые изготавливаются из твердых сортов пшеницы .

  

  Качество пива

  Спонтанное и интенсивное образование пены может привести к быстрому неконтролируемому опустошению бутылки, наподобие эффекта фонтанирования — «гашинга».

  

  Влияние фузариоза на качество хлеба

  
  Незараженное зерно

  
  Зерно, пораженное фузариозом

   

  • Микотоксины образуемые различными видами грибов р. Fusarium имеют различные токсикологические свойства.
  • Микотоксины оказывают различное воздействие на разные виды, например свиней, домашнюю птицу, людей и т.д.
  • Наиболее распространенными микотоксинами в зерновых культурах является дезоксиниваленол (ДОН) и Т-2 токсин

  
  ДОН

  
  Т-2 токсин

  
  Зеараленон

   

  Вид гриба	Трихотецены		Зеараленон	Фумонизины	Монилиформин
  	Тип A1	Тип B2
  		ДОН, НИВ	+
  	T-2/HT-2
  		НИВ, ДАС
  					+
  				+

  1 — трихотецены тип A: T-2 и HT-2 токсины, диацетоксисцирпенол (ДАС)
  2 — трихотецены тип B: дезоксиниваленол (ДОН), ниваленол (НИВ)

  Фузариоз — угроза для людей в прошлом и настоящем

  Токсичность митотоксинов

  Все микотоксины вызывают снижение иммунитета

  	Токсичность
  Трихотецены типа A (T-2, HT-2, ДАС)	Наиболее токсичные метаболиты. Более токсичны, чем трихотецены типа B Ответственны за алиментарно-токсическую алейкию (АТА) Взывают эпидермальные некрозы и язвенный стоматит, серьезные желудочно-кишечные расстройства, которые могут привести к смерти
  Трихотецены типа B (ДОН, НИВ)	Острая токсичность, характеризуемая рвотой (большая чувствительность у свиней), отказом от приема пищи, снижением массы тела, диареей, некрозом тканей Нет указания на канцерогенное, мутагенное или тератогенное воздействие
  Зеараленон	Снижают продуктивность животных Эстрогенное воздействие, вызывающее бесплодие, выкидыш (особенно чувствительны свиньи) Возможное влияние на рак шейки матки у женщин
  Фумонизины	Лошадиная лейкоэнцефаломаляция (заболевание лошадей), характеризуемая нейротоксическим воздействием, отеком легких и мозга, поражением печени Возможная связь с раком пищевода у людей
  Монилиформин	Изменения в мышечной ткани сердца Кишечное кровотечение (ограниченные исследования)

   

  Распределение дезоксинивалеонола в продуктах помола фузариозной пшеницы

  Фракция	Содержание дезоксиниваленола
  	мг/кг	% к исходному зерну
  Исходное зерно	5,4	100
  Мука 70%-ного выхода	2,16	40
  Мука с Ш др. и 3-й разм. систем	3,6	67
  Отруби драные	9	167
  Отруби размольные	7,71	142

   

  Доказано, что в хлебе, выработанном из фузариозного зерна содержание микотоксинов не уменьшается, а иногда даже увеличивается, особенно при выработке дрожжевого теста и хлеба!

  Влияние микотоксинов на животных

  Пшеница представляет 50% кормов для роста свиней. Если в ней присутствуют микотокисны, употребление кормов свиньями значительно уменьшается. Серьёзными симптомами являются отказ от еды, снижение массы и рвота. Более того, может быть оказано влияние на репродуктивную функцию

  Влияние микотоксинов на употребление кормов свиньями

  

  Воздействие фузариотоксинов, содержащихся в кормах, на здоровье животных и птицы

  

  

  

  

  • Отказ от корма
  • Снижение продуктивности
  • Иммуносупрессия
  • Повреждение внутренних органов (печень, почки, органы воспроизводительной системы и др.)
  • Язвенный стоматит
  • Эпидермальные некрозы

   

  Показатель ЛД₅₀ для некоторых микотоксинов при поступлении через желудочно-кишечный тракт

  Микотоксин	ЛД50 для мышей		ЛД50 для птицы
  	мг/кг ЖМ	Относит. токсичность	мг/кг ЖМ	Относит. токсичность
  T-2 токсин	5,2	1,0	5,0	1,0
  HT-2 токсин	9,2	1,8	7,2	1,4
  ДОН	70,0	13,5	140,0	28,0
  Ниваленол (НИВ)	4,1	0,8	–	–
  Диацетоксисцирпенол (ДАС)	23,0	4,4	3,8	0,7
  Монилиформин	20,0	3,8	5,4	1,1

   

  Встречаемость видов рода Fusarium в образцах зерна из различных регионов России

  Вид гриба	Регион РФ
  	Сев. Кавказ	ЦЧР + Центр	Вол. Вятский	Сев. Запад	Урал	Сибирь	Дальний Восток
  F. graminearum	+++	++		+			+++
  F. culmorum		++	++	+		+	+
  F. sporotrichioides	+++	++	+++	+++	+++	+++	+++
  F. langsethiae	++	+		++
  F. poae	++	+++	+++	+++	+++	+	+++
  F. cerealis	++	+					++
  F. avenaceum	++	++	+++	+++	++	++	++
  F. tricinctum	+	++	++	++			+
  F. verticillioides	++		+				++

   

  Способность грибов рода Fusarium вызывать типичные симптомы фузариоза и продуцировать характерный для вида микотоксин

  Вид гриба	Наличие типичных симптомов фузариоза		Образуемый микотоксин
  	генеративный орган	зерно
  F. graminearum	++	++	ДОН, ЗЕН
  F. culmorum	++	++	ДОН, ЗЕН
  F. sporotrichioides	+	—	Т-2
  F. langsethiae	—	—	Т-2
  F. poae	—	—	НИВ
  F. tricinctum	+	—	МОН
  F. avenaceum	++	+	МОН
  F. verticillioides (на кукурузе)	++	+	ФУМ

   

  ++ массовое явление; + возможное явление; — отсутствие

   

  Доля видов грибов рода Fusarium (%) в зерне озимой пшеницы из Краснодарского края в 2010-2011 годах

  2010 г.

  

  

  2011 г.

  

  

   

  Доля видов грибов рода Fusarium (%) в зерне озимой пшеницы из Ставропольского края в 2010-2011 годах

  2010 г.

  

  

  2011 г.

  

  

   

  Доля образцов (%) зерна пшеницы с различными уровнями фузариозной инфекцией в Краснодарском и Ставропольском краях

  2010 г.

  В среднем ФЗ — 3,1% — 6,9%

  

   

  2011 г.

  В среднем ФЗ — 2,6% — 4,3%

  

   

  Распределение образцов зерна озимой пшеницы с фузариозной инфекцией по различным районам Краснодарского и Ставропольского края (2010-2011 гг.)

  
  Ставропольский край

  
  Краснодарский край

        — относительно высокая зараженность зерна

  — относительно низкая зараженность зерна

   

  Зараженность зерна озимой пшеницы грибами рода Fusarium в зависимости от предшественников (Краснодарский и Ставропольский края), 2010 г.

   

  Как определить фузариоз?

  Визуальная оценка

  В районах распространения видов F.graminearum, F.culmorum, F.avenaceum видимые симптомы фузариоза на колосьях можно обнаружить в поле. Однако, этот метод не является достаточно надежным.

  

   

  Как определить Fusarium?

  Микологический анализ

  В лаборатории инфицированные части растения могут быть помещены в питательную среду, которая способствует росту грибов.

  Через несколько дней инкубации под микроскопом можно определить грибы рода Fusarium, основываясь на характерных для них таксономических признаках.

  

  

  Молекулярные биологические методы: принцип диагностики полимеразной цепной реакции (ПЦР)

  • ПЦР основывается на ферментной амплификации фрагмента ДНК
    с использованием фермента (Taq-полимеразы).
  • Цепная реакция является процессом, проходящим в три этапа (денатурация, отжиг и расширение), повторяющимся в нескольких циклах.
  • На каждом этапе процесса количество копий удваивается с двух до четырех, затем до восьми и т.д. После 20 циклов имеется примерно 1 миллион копий, то есть достаточное количество материала для определения желаемой ДНК традиционным методом

  ПЦР: Полимеразная цепная реакция	30 — 40 циклов за 3 этапа:
  	Этап 1: Денатурация
  	Этап 2: Отжиг
  	Этап 3: Синтез новой цепи ДНК

   

  Диагностика Fusarium с использованием технологий ПЦР

  • ПЦР является относительно быстрым и надежным методом выявление грибов.
  • Позволяет выявлять наличие определенного вида или нескольких видов грибов в растительной ткани.
  • Выявление количества грибов возможно методом количественной ПЦР (ПЦР в реальном времени). Количество выявленного ДНК грибов связано с присутствием, продуцируемых ими микотоксинов.

  

  

  Технология планарного волновода

  Надежный и быстрый метод, использующий инновационную технологию планарного волновода для определения от четырех до пяти токсинов за одно измерение!!!

  • Одновременное определение нескольких микотоксинов.
  • Легкость пробоподготовки.
  • Быстрый результат (25 мин).
  • Отсутствие необходимости в специальной лабораторной подготовке

  

  

  Как бороться c фузариозом?

  В течение многих лет учёные всего мира работали в области проблемы фузариоза — распространенной по всему миру болезни, поражающей различные зерновые культуры.

  Интенсивная исследовательская работа привела к лучшему пониманию аспектов заболевания и выработки оптимальных решений для подавления патогенных грибов и уменьшению их негативного воздействия на качество продукта.

   

   

  Применение фунгицидов

   

  Азолы — лучшее оружие против фузариоза!

  Обработка посевов фунгицидом во время цветения является важным методом борьбы с фузариозом.

  • Тебуконазол, активный ингредиент, который успешно использовался в течение многих лет для контроля патогенных фузариевых грибов
  • Недавно было разработано новое действующее вещество протиоконазол. Протиоконазол обеспечивает высокий уровень защиты колоса от фузариоза и, как следствие, приводит к наиболее эффективному уменьшению уровня микотоксинов в зерне.
  • Оба активных ингредиента относятся к химическому классу ингибиторов деметилазы и воздействуют на биосинтез стеролов в грибах.

    Независимая оценка различных действующих веществ в борьбе с фузариозом колоса в европейских странах

    Источник: www.eurowheat.org

    Только комбинация тебуконазола с протиоконазолом имеет максимальную эффективность против фузариоза колоса!

     

    Сравнение различных действующих веществ в эффективности контроля микотоксинов (на примере дезоксиниваленола-ДОН)

    Источник: www.hgca.com

    Самое эффективное «оружие» в борьбе с фузариозом — триазолы!

     

    Применение фунгицидов

    Биохимический метод действия азолов

    Фунгициды на основе ингибиторов деметилазы воздействуют на деметилирование С14, которое удаляет метиловую группу C14 из эбурикола Удаление метиловой группы C14 является абсолютно важным для биосинтеза функциональных стеролов.

    Таким образом, ингибирование деметилазы C14 значительно разрушает клеточный рост.

    

     Инфоиндустрия по материалам http://www.bayercropscience.ru