CC BY
80
УДК 632.4.01/.08
Фузариоз зерна
на севере Нечерноземья и в Калининградской области в 2007-2008 гг.
О.П. ГАВРИЛОВА, аспирант ВИЗР Т.Ю. ГАГКАЕВА, ведущий научный сотрудник e-mail: vizrspb@mail333.com
Проведена оценка зараженности грибами р. Fusarium и контаминации микотоксинами 76 образцов зерна овса и ячменя, выращенных на севере Нечерноземной зоны РФ и в Калининградской области в 2007 г и 146 - в 2008 г. Образцы зерна для анализа были получены из ФГУ «Россельхозцентр», сельскохозяйственных предприятий и НИИ.
Около 100-200 поверхностно стерилизованных зерен из среднего образца раскладывали на питательную агаризованную картофельно-сахарозную среду (КСА). Зараженность зерна оценивали по процентному содержанию зерен, из которых выделяли грибы р. Fusarium. Анализ зерна на загрязненность Т-2 токсином, дезоксинивалено-лом (ДОН) и зеараленоном (ЗЕН) проводили иммуноферментным методом, изложенным в ГОСТ Р 52471-2005, с применением тест-систем российского производства «ИФА - Т-2 токсин», «ИФА - Дезок-
синиваленол» и «ИФА - Зеарале-нон» с пределами определения соответственно 4, 20 и 20 мкг/кг.
Микологический анализ выявил постоянное присутствие грибов р. Fusarium в образцах (табл. 1). В 2007 г. зараженными были 93,3 %, а в 2008 г. - 87,3 % анализированных образцов.
Наибольшая доля зараженного зерна в 2007 г выявлена в Калининградской области (в среднем 22,9 %), а в 2008 г - в Новгородской (в среднем 22 %). Однако во всех исследованных областях образцы различались по уровню зараженности, часто весьма значительно.
В зерне овса выявлено 11 видов (F. poae, F. sporotrichioides, F. avena-ceum, F. tricinctum, F. langsethiae, F. anguoides, F. incarnatum, F. hetero-sporum, F. graminearum, F. equiseti, F. dimerum), ячменя - более 16 (F. poae, F. sporotrichioides, F. avena-ceum, F. tricinctum, F. anguoides, F. incarnatum, F. heterosporum, F. graminearum, F. equiseti, F. dime-rum, F. culmorum, F. acuminatum, F. oxysporum, F. solani, виды комплекса Gibberella fujikuroi). Выявление видового состава комплекса
грибов на зерне позволяет установить конкретную роль слагающих его видов, различающихся по биологическим характеристикам, пато-генности и способности продуцировать микотоксины. Из обширного списка фузариотоксинов в настоящее время только три обязательны к анализу в зерне и продуктах его переработки - ДОН, ЗЕН и Т-2 токсин, ПДК составляют соответственно 700-1000, 200-1000 и 100 мкг/кг в зависимости от вида используемой продукции (СанПиН 2.3.2.1078-01).
Наиболее часто из зерна выделяли вид F. poae, за ним следует, но со значительно более низкой частотой выявления, F. sporotrichioides. В 2007 г. доля зерна, зараженного только одним видом (Я poae), достигала 51 % (овес сорта Аргамак, Ленинградская область, Тосненский район), в 2008 г. - 56 % (овес этого же сорта, Ленинградская область, Лужский район). В то же время F. sporotrichioides было заражено не более 12,5 % зерна (ячмень сорта Зазерский, Вологодская область, Вологодский район) в 2007 г. и 15,7 % (несортовой овес, Калини-градская область, Правдинский район) в 2008 г. Грибы этих доминирующих видов продуцируют Т-2 токсин, причем штаммы F. sporotrichioides чаще и в более значительных количествах, чем F. poae [8]. По нашим данным, при выявлении более 5 % зерен, зараженных грибом F. sporotrichioides, есть основания предполагать наличие Т-2 токсина в образце, в то время как заражение большого количества зерна F. poae не приводит к накоплению значительных уровней Т-2 токсина. Из литературы известно, что штаммы F. poae способны образовывать высокотоксичные структурные аналоги Т-2 токсина и ДОН, такие как диаце-токсисцирпенол (ДАС) и ниваленол [7, 8, 1]. В России анализ этих мико-токсинов в зерне не проводится, хотя высокая встречаемость F. poae предполагает их наличие в зерне.
В последние годы на территории Финляндии, Норвегии, Швеции и других европейских стран выявлен и
Таблица 1
Зараженность грибами р. Fusarium образцов зерна из Нечерноземья РФ и Калининградской области, 2007-2008 гг.
Область Доля образцов с фузариозной инфекцией (%) Доля зараженного зерна (%) Уровень зараженности зерна (%)
2007 2008 2007 2008 2007 2008
Вологодская 100 89 15,1 5,1 2,8-34,7 1-15,7
Калининградская 100 95 22,9 10,6 11,4-45,7 1-30
Кировская 92 80 12,3 8,7 2-36,7 1-37,1
Ленинградская 82 78 9,2 14,3 2-57,1 1-68,6
Новгородская 100 100 11,9 22 2-33,3 1-37,1
Псковская 86 82 11,6 10,4 4,1-42,9 2,9-40,6
Среднее 93,3 87,3 13,8 11,9 2-57,1 1-68,6
описан новый вид гриба Р. ¡апдвв-thiae, который, как и Р. врогМг оЬмбвв, является продуцентом высокотоксичного Т-2 токсина [9]. Этот вид выявляется в зерне со значительной частотой и является объектом интенсивных исследований [6]. На территории РФ гриб Р. ¡aпgsвthiaв впервые был выделен в 2003 г из зерна ячменя, выращенного в Ленинградской области [5]. В 2007 г. Р. ¡aпgsвthiaв впервые был найден в образцах зерна из Новгородской, Псковской и Вологодской областей. Максимальное количество зерна (5 %) было заражено этим видом в образцах овса сорта Боррус из хозяйства «Красная звезда» Вологодской области. При отсутствии в этом образце Р. sporotriоhioidвs количество Т-2 токсина превышало ПДК (114 мг/кг). В 2008 г. Р. ¡aпgsвthiaв обнаружен в образцах зерновых, выращенных натерритории Калининградской, Ленинградской и Новгородской областей. Максимальное количество зараженных семян (3 %) было у овса сорта Привет из Ленинградской области (Лужский район). По нашему мнению, в настоящее время Р. ¡aпgsвthiaв является постоянным компонентом микофлоры зерна, выращиваемого на севере Нечерноземья и в Калининградской области, однако частота встречаемости этого вида невысока. Поскольку в результате происходящих климатических изменений могут сложиться условия, способствующие его широкому распространению на территории нашей страны, необходимы проведение постоянного надзора за ареалом этого гриба и выявление Т-2 токсина в выращенном зерне.
Р. gramiпвarum - опасный патоген зерна в условиях теплого и влажного климата. До недавнего времени выявление этого вида в северных регионах возделывания зерновых казалось фактом маловероятным. Однако, начиная с 2003 г, Р. gramiпвarum и продуцируемые им микотоксины постоянно выявляются в зерне из Ленинградской области [2]. В 2007 г. этот вид впервые обнаружен на территории трех областей севера Не-
черноземья (Новгородская, Кировская и Вологодская), им было заражено до 10 % зерна овса сорта Фухс в хозяйстве «Майский» Вологодской области. В 2008 г. Р. gramiпвarum выявили в образцах зерна из всех исследованных областей, кроме Кировской. В Вологодской области данный вид был обнаружен в 40 % образцов (максимально - 7,1 %, заражено было зерно овса сорта Фухс из СПК ПКЗ «Вологодский»). В двух из четырех образцов, полученных из различных хозяйств Боровичского района Новгородской области, Р. grami-пвarum выявлен с высокой частотой встречаемости (12,9 и 15,7 %). Впервые этот вид обнаружен в образцах, полученных из Калининградской и Псковской областей (1-4,1 %). Вероятно, распространению этого патогена в регионе и увеличению опасности контаминации зерна микотоксина-ми ДОН и ЗЕН способствует и изменение климата.
В то же время, обычно широко распространенный на данной территории гриб Р. оu¡morum [4, 3] в 2007 г отмечен нами только в Кировской области. При этом максимально заражено было 4,1 % зерна (овес сорта Кречет, ОАО «Среднеивкино»). В 2008 г. Р. оu¡morum обнаружен только в образцах зерна ячменя сорта Нур из Правдинского и Зеленоградского районов Калининградской области (зараженность в обоих случаях составила 1 %).
Об уровнях накопления в зерне ДОН и Т-2 токсина можно судить по данным, представленным в табл. 2. В 2007 г. Т-2 токсин (от 4 до
228 мкг/кг) был выявлен в 50 % исследованных образцов, в 9 %(Воло-годская, Кировская, Псковская и Калининградская области) его содержание было равно или выше ПДК. В зерне из других областей данный микотоксин обнаруживали реже и в меньших количествах.
В 2008 г. Т-2 токсином были кон-таминированы 46 % исследованных образцов в количествах от 4 до 182 мкг/кг, в 5 % его количество было равно или выше ПДК. В одном образце из Вологодской области (овес сорта Фухс из ЗАО «Надеево») выявлен Т-2 токсин в количестве, равном ПДК, при незначительной (1 %) зараженности зерна основным продуцентом этого микотоксина -Р. sporotriоhioidвs. Превышение установленных СанПиН уровней Т-2 токсина выявлено в 4 образцах, полученных из Кировской области (100-182 мкг/кг), при зараженности зерна Р. sporotriоhioidвs от 5,7 до 10 % и одном образце из Новгородской области (175 мкг/кг) при зараженности видами Р. sporotriоhioi-dвs и Р. ¡aпgsвthiaв соответственно 2,9 и 1 %.
Микотоксикологический анализ в
2007 г. выявил ДОН в 66 % образцов зерна (от 20 до 3155 мкг/кг), в
2008 г - в 47 % (от 36 до 2505 мкг/кг).
В 2007 г. количества ДОН, превышающие ПДК, отмечены только в образцах из Вологодской и Кировской областей. В Вологодской области в двух образцах овса выявлен Р. gra-miпвarum (10 %), оба эти образца имели высокие уровни ДОН - 889 и 3155 мкг/кг. Виды Р. gramiпвarum
Таблица 2
Содержание микотоксинов в образцах зерна из Нечерноземья РФ и Калининградской области, 2007-2008 гг.
Область Т—2 токсин ДОН
2007 2008 2007 2008
Вологодская 73/5—114* 67/5—114 82/38—3155 20/71—2390
Калининградская 100/25—158 12/5—13 67/32—56 41/61—731
Кировская 77/9—228 56/5—182 85/24—1620 87/50—397
Ленинградская 18/4—64 15/4—72 14/20—644 69/36—141
Новгородская 20/12—19 62/4—175 100/31—998 47/68—2505
Псковская 86/4—141 35/5—46 93/20—397 82/39—290
* В числителе число образцов, содержащих микотоксины (%), в знаменателе — диапазон содержания (мкг/кг зерна).
(0,5-1,8 %) и Р. си1тогит (1-4,1 %) идентифицированы в 4 образцах овса из Кировской области, в которых ДОН обнаружен в количестве от 54 до 1620 мкг/кг Образец овса из Новгородской области с наибольшей зараженностью Р. дгат1пвагит (8,2 %) содержал ДОН в количестве 998 мкг/кг
В 2008 г. выявлено 6 % образцов зерна с уровнями ДОН выше ПДК. Два образца овса из Вологодской области с зараженностью Р. дгат1-пеагит 4,3 и 7,1 % содержали ДОН в количествах, значительно превышающих ПДК, - 2390 мкг/кг и 1656 мкг/кг. Также превышение ПДК ДОН обнаружено в 1 образце овса из Ленинградской области (1240 мкг/кг) и в 5 образцах, полученных из Новгородской области (11102505 мкг/кг), у которых зараженность зерна Р. дгат1пеагит составила от 2,9 до 15,7 %.
В 2007 г. ЗЕН был обнаружен в количестве 182 мкг/кг только в 1 образце зерна овса из Вологодской области. В 2008 г. его содержали 3 образца зерна из Новгородской области (40-78 мкг/кг) и 1 из Вологодской (79 мкг/кг). Все образцы также были контаминированы ДОН в значительных количествах.
Результаты двух лет мониторинга показывают, что только 10-13 % образцов зерна, выращенного на севере Нечерноземья и в Калининградской области, не содержали фузари-озной инфекции. Наряду с этим, ми-котоксины, требующие обязательной токсикологической экспертизы (ДОН, Т-2 токсин и ЗЕН), не выявлены в 24-28 % анализированных образцов. В зависимости от доминирующего патогена и всего видового состава микобиоты, вида растений, зонально-климатических условий произрастания культуры зерно может содержать разные сочетания микотоксинов, в том числе и пока мало изученных. Присутствие в зерне разнообразных видов грибов оказывает существенное влияние как на посевные качества семян, так и пищевую ценность зерновой продукции. Большинство фузариотоксинов
являются иммунодепрессантами и даже при незначительном, но постоянном поступлении в организм человека и животных приводят к необратимому ухудшению здоровья.
Вегетационный период 2009 г. с большим количеством осадков на территории Нечерноземья благоприятствовал развитию фузариоза зерновых. Сложившаяся ситуация требует тщательного микотоксико-логического анализа зерна нового урожая, выращенного на этой территории, и рационального его использования.
Авторы выражают благодарность сотрудникам филиалов ФГУ «Россельхоз-центр» по Вологодской, Калининградской, Кировской, Новгородской, Псковской областям за предоставленные образцы, а также к.б.н. А.А. Буркинуид.б.н. Г.П. Кононенко (Всероссийский НИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии РАСХН) за проведенный анализ ми-котоксинов.
Исследования выполнены при поддержке проекта РФФИ № 08-04-13668-офи_ц и проекта Nordforsk «Newemerging mycotoxins and toxigenic fungi in Northern Europe» (2005-2009).
ЛИТЕРАТУРА
1. Буркин А.А., Пирязева Е.А., Малиновская Л.С., Кононенко Г.П. Метаболический профиль грибов рода Fusarium Lk.: Потенциал биосинтеза Т-2 токсина и диацеток-сисцирпенола // Успехи медицинской микологии, 2006, 7, с. 95-96.
2. Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю., Буркин А.А., Кононенко Г.П. Фузариоз зерновых культур на Волосовском государственном сортоучастке Ленинградской области // Вестник защиты растений, 2009, 3, с.37-43.
3. Левитин М.М., Иващенко В.Г., Шипилова Н.П., Нестеров А.Н., Гагкаева Т.Ю., По-торочина И.Г., Афанасьева О.Б. Возбудители фузариоза колоса зерновых культур и формы проявления болезни на северо-западе России // Микология и фитопатология, 1994, 28, 3, с. 58-64.
4. Шипилова Н.П., Гагкаева Т.Ю. Фузариоз колоса и зерна в северо-западном регионе России // Защита растений, 1992,11, с. 7-8.
5. Gagkaeva T., Gavrilova O., Levitin M., Kononenko G., Burkin A. Characterization of distribution, cultural characters and T-2 toxin production of Fusarium sporotrichioides, F. poae and F. langsethiae from Russia // Book of Abstracts. European Fusarium Seminar 19-22 September 2006, Wageningen, The Netherlands, 2006, p. 49.
6. Parikka, P., Hietaniemi, V., Rämö, S., Jalli, H. Fusarium langsethiae infection and mycotoxin contents of oats and barley // Journal of Plant Pathology, 2008, 90: 3, Supplement, S3.86.
7. Sugiura Y., Fukasaku K., Tanaka T., Matsui Y., Ueno Y. Fusarium poae and Fusarium crookwellense, fungi responsible for the natural occurrence of nivalenol in Hokkaido // Applied and Enviromental Microbiology, 1993, 59, p. 3334-3338.
8. Thrane U., Adler A., Clasen P.E., Galvano F., Langseth W., Logrieco A., Nielsen K.F., Ritieni A. Diversity in metabolite production by Fusarium langsethiae, Fusarium poae, and Fusarium sporotrichioides// Intern. J. Food Microbiol., 2004, 95, p. 257-266.
9. Torp M., Langseth W. Production of T-2 toxin by a Fusarium resembling Fusarium poae // Mycopathologia, 1999, 147, p. 89-96.
Аннотация. Приведены результаты изучения фузариоза зерна овса и ячменя на севере Нечерноземья и Калининградской области (2007-2008 гг.), включающие оценку зараженности зерна, установление патогенного комплекса грибов рода Fusarium и загрязненность микотоксинами. Основные виды в комплексе грибов, поражающих зерно, - F. poae и F. sporotrichioides. Анализ выявил, что только 10-13 % образцов зерна не содержат фузариозной инфекции. Фузариотоксины (ДОН, Т-2 токсин и ЗЕН) не выявлены в 24-28 % анализированных образцов. Показана необходимость тщательного анализа зерна, выращенного на этой территории, и рационального его использования. Ключевые слова. Фузариоз зерна, микотоксины, зерновые культуры Abstract. The objective of this study was to examine grain samples of cereals harvested in 2007-2008 on the territory of Nerchernozem region and Kaliningrad region, including causal Fusarium species and mycotoxin accumulation. The most common Fusarium species isolated from seeds were F. poae and F. sporotrichioides. In average, only 10-13 % grain samples have not been contained by Fusarium infection. Mycotoxins DON, T-2 and ZEA have not been detected in 24-28 % analyzed grain samples. It was shown the barest necessity to evaluate the severity and extent of the disease and to develop the effective management strategy. Keywords. Fusarium head blight, mycotoxins, small grain cereals.
