Научная статья на тему 'О накоплении зеараленона в травяных кормах и токсинообразующей активности грибов рода Fusarium'

О накоплении зеараленона в травяных кормах и токсинообразующей активности грибов рода Fusarium Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
242
91
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРАВЫ / КОРМА / СЕНО / ЗЕАРАЛЕНОН / ГРИБЫ FUSARIUM / GRASSES / FODDERS / HAY / ZEARALENONE / FUSARIUM FUNGI

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Буркин А. А., Кононенко Г. П., Гаврилова О. П., Гагкаева Т. Ю.

Загрязненность кормов зеараленоном (ЗЕН) метаболитом грибов рода Fusarium с эстрогенным действием служит причиной значительного экономического ущерба во многих животноводческих отраслях. К кормам, создающим реальную угрозу интоксикаций, относят пастбищные травы и корма из высушенных луговых растений, однако причины аномально высокого накопления этого микотоксина до сих пор остаются невыясненными. В настоящей работе изучена встречаемость и содержание ЗЕН в дикорастущих травяных растениях и сене, а также способность коллекционных штаммов 13 видов грибов Fusarium к его биосинтезу. Средние образцы сена были взяты от 120 партий, заготовленных в хозяйствах 30 районов Московской области в 2013 году. Дикорастущие растения (вейник, гребенник, душистый колосок, двукисточник, ежа, костер, мятлик, овсяница, полевица, пырей, тимофеевка, щетинник всего 211 образцов) отобраны в Каширском, Ногинском и Рузском районах в июне-сентябре 2014 года. Образцы луговых трав (всего 427) были собраны также в Северной Карелии, Ленинградской, Тверской и Астраханской областях с 1998 по 2014 годы с разной повторяемостью по годам и видам растений. В этих выборках, наряду с повсеместно встречающимися травами (костер, мятлик, овсяница, пырей, тимофеевка), присутствовали растения локального распространения вейник, двукисточник, ежа, полевица, тростник, колосняк, гребенник, овес, райграс, клевер, чина, горошек, вика, рожь, пампасская трава, щетинник, люцерна. Установлено, что неоднородный характер загрязненности зеараленоном с редкими случаями сверхвысокого содержания формируется в луговых травах к концу вегетации. Для заготовленного сена наблюдалось усиление контаминации ЗЕН как по частоте встречаемости, так и по степени накопления. Микотоксин был выявлен в 54 образцах из 120, более половины положительных образцов содержали его в количестве ниже 100 мкг/кг, но у остальных оно было на порядок выше, а в 13 % образцов составляло 1000-10000 мкг/кг. Показано, что при выращивании культур F. graminearum, F. equiseti и F. semitectum в течение 7 сут на полусинтетической агаризованной среде более 80 % штаммов образовывали ЗЕН, при этом доля высокоактивных продуцентов, синтезирующих его в количестве более 10000 нг/мл, составила соответственно 5, 15 и 44 %. Виды F. cerealis, F. culmorum, F. sporotrichioides, F. poae уступали по этим показателям, а среди представителей F. anguioides и F. langsethiae, а также F. heterosporum, F. chlamydosporum и F. kyushuense продуценты не были найдены. Для единственного исследованного штамма F. flocciferum установлена высокая биосинтетическая активность с накоплением микотоксина в количестве 15500 нг/мл. Обсуждается участие грибов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Fusarium с повышенной метаболической отзывчивостью на изменение внешних факторов в контаминации травяных кормов ЗЕН и возможность прогнозирования загрязненности сена по результатам обследования луговых трав.Zearalenone, the Fusarium fungi metabolite with an estrogenic effect, can lead to significant economic losses in livestock due to fodder contamination. Pasture herbage and fodders from dried pasture plants can really cause intoxication. However, the reasons and mechanism of abnormally high accumulation of zearalenone in these fodders are not still found out. In this article we summarized the data on investigation of frequency and the level of zearalenone contamination in wild herbage and in hay. Also the ability to produce this mycotoxin was studied in vitro in 13 Fusarium strains from laboratory collection. Hay samples from different farms of 30 regions in Moscow Province were prepared from 120 hay batches in 2013. A total of 211 samples of wild herbage including ( Calamagrostis, dogstail grass, Anthoxanthum, reed canary grass, hedgehog, fire, bluegrass, fescue, bentgrass, bluegrass, timothy, foxtail) were collected in Kashirskii, Noginskii and Ruzskii regions of Moscow Province in 2014 from June to September. A total of 427 samples of pasture grasses were also repeatedly collected in North Karelia, Leningradskaya, Tverskaya and Astrakhanskaya provinces from 1998 to 2014 at different frequency for different plant species. In these samples, along with commonly grown grasses such as Bromus, bluegrass, fescue, bluegrass, timothy, some local plants were found, particularly reed, reed canary grass, hedgehog, bent grass, reeds, Leymus, dogtail grass, oats, ryegrass, clover, rank, peas, vetch, rye, pampasskaya grass, foxtail, alfalfa. An uneven zearalenone contamination of pasture grasses with rare overcontamination cases was shown to occur to the end of vegetation. In hay an increased frequency and more high level of contamination were found. The mycotoxin was detected in 54 samples of 120 those tested, and more than a half of them contained zearalenone at the level below 100 mg/kg, while the rest samples contained toxin at 1000 mg/kg, and in 13 % of the samples tested the contamination reached 1000 to 10000 mg/kg. After 7 day cultivation of F. graminearum, F. equiseti and F. semitectum on semi-synthetic agar medium more that 80 % of strains produced zearalenone, and the rate of strains with the high production reaching more than 10000 ng/ml was 5, 15 and 44 %, respectively. F. cerealis, F. culmorum, F. sporotrichioides, F. poae seemed to be less active producers, and among F. anguioides and F. langsethiae, as well as F. heterosporum, F. chlamydosporum and F. kyushuense the zearalenone producers were not found. In a strain of F. flocciferum which was tested a high biosynthetic ability and accumulation of zearalenoine at 15 500 ng/ml were detected. An involvement of Fusarium fungi having more pronounced metabolic response to environment changes in contamination of grass fodder with zearalenone is discussed. Also the possibility of forecasting hay contamination basing on pasture survey is under consideration.

Текст научной работы на тему «О накоплении зеараленона в травяных кормах и токсинообразующей активности грибов рода Fusarium»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2015, том 50, № 2, с. 255-262

Корма: проблема санитарного качества

УДК 636.085.19:636.086.1/3:632.4(470) doi: 10.15389/agrobiology.2015.2.255rus

О НАКОПЛЕНИИ ЗЕАРАЛЕНОНА В ТРАВЯНЫХ КОРМАХ И ТОКСИНООБРАЗУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ГРИБОВ РОДА Fusarium*

А.А. БУРКИН1, Г.П. КОНОНЕНКО1, О.П. ГАВРИЛОВА2, Т.Ю. ГАГКАЕВА2

Загрязненность кормов зеараленоном (ЗЕН) — метаболитом грибов рода Fusarium с эстрогенным действием служит причиной значительного экономического ущерба во многих животноводческих отраслях. К кормам, создающим реальную угрозу интоксикаций, относят пастбищные травы и корма из высушенных луговых растений, однако причины аномально высокого накопления этого микотоксина до сих пор остаются невыясненными. В настоящей работе изучена встречаемость и содержание ЗЕН в дикорастущих травяных растениях и сене, а также способность коллекционных штаммов 13 видов грибов Fusarium к его биосинтезу. Средние образцы сена были взяты от 120 партий, заготовленных в хозяйствах 30 районов Московской области в 2013 году. Дикорастущие растения (вейник, гребенник, душистый колосок, двукисточник, ежа, костер, мятлик, овсяница, полевица, пырей, тимофеевка, щетинник — всего 211 образцов) отобраны в Каширском, Ногинском и Рузском районах в июне—сентябре 2014 года. Образцы луговых трав (всего 427) были собраны также в Северной Карелии, Ленинградской, Тверской и Астраханской областях с 1998 по 2014 годы с разной повторяемостью по годам и видам растений. В этих выборках, наряду с повсеместно встречающимися травами (костер, мятлик, овсяница, пырей, тимофеевка), присутствовали растения локального распространения — вейник, двукисточник, ежа, полевица, тростник, колос-няк, гребенник, овес, райграс, клевер, чина, горошек, вика, рожь, пампасская трава, щетинник, люцерна. Установлено, что неоднородный характер загрязненности зеараленоном с редкими случаями сверхвысокого содержания формируется в луговых травах к концу вегетации. Для заготовленного сена наблюдалось усиление контаминации ЗЕН как по частоте встречаемости, так и по степени накопления. Микотоксин был выявлен в 54 образцах из 120, более половины положительных образцов содержали его в количестве ниже 100 мкг/кг, но у остальных оно было на порядок выше, а в 13 % образцов составляло 1000-10000 мкг/кг. Показано, что при выращивании культур F. graminearum, F. equiseti и F. semitectum в течение 7 сут на полусинтетической агаризованной среде более 80 % штаммов образовывали ЗЕН, при этом доля высокоактивных продуцентов, синтезирующих его в количестве более 10000 нг/мл, составила соответственно 5, 15 и 44 %. Виды F cerealis, F. culmorum, F. sporotri-chioides, F. poae уступали по этим показателям, а среди представителей F. anguioides и

F. langsethiae, а также F. heterosporum, F. chlamydosporum и F. kyushuense продуценты не были найдены. Для единственного исследованного штамма F. flocciferum установлена высокая биосинтетическая активность с накоплением микотоксина в количестве 15500 нг/мл. Обсуждается участие грибов Fusarium с повышенной метаболической отзывчивостью на изменение внешних факторов в контаминации травяных кормов ЗЕН и возможность прогнозирования загрязненности сена по результатам обследования луговых трав.

Ключевые слова: травы, корма, сено, зеараленон, грибы Fusarium.

Зеараленон (ЗЕН) как «эстрогенный кормовой фактор», образуемый грибами Fusarium, представляет серьезную угрозу для здоровья животных. Ситуации с массовым повреждением репродуктивных функций жвачных, лошадей и свиней были описаны в 1970-1980-е годы (1, 2), и подобные сообщения продолжают появляться (3). Частая встречаемость ЗЕН в высушенных травах была установлена в Сербии (4) и позднее — в Ирландии (5). При этом нередко отмечали случаи очень интенсивного накопления — до нескольких тысяч микрограммов на 1 кг сухого материала (1, 4). Похожую ситуацию мы наблюдали для сена из хозяйств европейской России: в большинстве образцов количество ЗЕН было ниже 100 мкг/кг, но в отдельных случаях оно превышало 1000 мкг/кг (6). Несмотря на реальную угрозу интоксикаций скота при использовании таких кормов, выяснению

* Исследование частично финансировано за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-1600114).

255

причин столь высокой контаминации уделялось недостаточно внимания.

Нельзя исключать, что эффект аномального накопления мог быть вызван процессом напочвенного высушивания зеленой массы. На практике его условия неодинаковы и варьируют по продолжительности от нескольких суток до недель в зависимости от погодных и хозяйственноорганизационных причин. Следовательно, первым шагом к пониманию этого феномена должно стать сравнение контаминации сырья перед заготовкой и по окончании сушки.

Целью нашей работы стало изучение встречаемости и содержания зеараленона в травостоях злаковых и бобовых культур в летне-осенний период и в сене разного ботанического состава, а также сравнительная оценка токсинообразующей способности грибов Fusarium, инфицирующих сельскохозяйственные растения.

Методика. Средние образцы сена были взяты от 120 партий, заготовленных в хозяйствах из 30 районов Московской области в 2013 году. Дикорастущие растения (вейник, гребенник, душистый колосок, двукис-точник, ежа, костер, мятлик, овсяница, полевица, пырей, тимофеевка, щетинник — всего 211 образцов) отбирали в Каширском, Ногинском и Рузском районах в июне—сентябре 2014 года. Образцы луговых трав (всего 427 образцов) были собраны также в Северной Карелии, Ленинградской, Тверской и Астраханской областях с 1998 по 2014 годы с разной повторяемостью по годам и видам растений. В этих выборках, наряду с повсеместно встречающимися травами (костер, мятлик, овсяница, пырей, тимофеевка), присутствовали растения локального распространения — вей-ник (везде, кроме Северной Карелии), двукисточник (Северная Карелия, Ленинградская обл.), ежа (Ленинградская и Тверская области), полевица (Северная Карелия, Тверская обл.), тростник (Тверская и Астраханская области), а также найденные на отдельных территориях ко-лосняк (Северная Карелия), гребенник, овес, райграс, клевер, чина, горошек, вика (Тверская обл.), рожь, пампасская трава, щетинник, люцерна (Астраханская обл.).

Свежесобранные образцы трав высушивали при 50 °С, измельчали ножницами, а затем размалывали на лабораторной мельнице. Подготовленный материал экстрагировали смесью ацетонитрила и воды в объемном соотношении 86:14 при расходе экстрагента 10 мл на 1 г навески.

В работе использовали штаммы 13 видов грибов Fusarium из коллекции лаборатории микологии и фитопатологии Всероссийского НИИ защиты растений (г. Санкт-Петербург). Инокулюм представлял собой 1012-суточную моноспоровую культуру гриба, выращенную на картофельносахарозном агаре. В стерильные стеклянные флаконы с плоским дном, закрытые ватно-марлевыми пробками, вносили 1 мл картофельно-сахарозного агара и проводили посев инокулюма гриба. Для предотвращения высыхания питательной среды пробки флаконов оборачивали пленкой Parafilm (США). Через 7 сут (по окончании культивирования) во флакон добавляли по 1 мл смеси ацетонитрила и воды в объемном соотношении 86:14 и интенсивно встряхивали в начале и конце стационарной 14-16часовой экстракции. При сравнительной оценке токсинообразующей способности видов Fusarium и дифференциации культур по интенсивности токсинообразования применяли терминологию, предложенную в специальной литературе (7, 8).

Содержание ЗЕН определяли с помощью коммерческой тест-системы для непрямого конкурентного иммуноферментного анализа Зеара-ленон-ИФА (Россия), которая обеспечивала нижний предел определе-

256

ния 20 мкг/кг в растительных объектах и 4 нг/мл — в мицелиально-спо-ровой биомассе грибов (9).

Результаты. В течение всего периода наблюдений с июня по сентябрь в вегетирующих луговых травах ЗЕН встречался с частотой 18 % (38 образцов из 211) и в основном в количествах ниже 100 мкг/кг. Тем не менее, в 18 % образцов от числа положительных его содержание было существенно выше с предельно достигаемым значением 5760 мкг/кг (табл. 1). Интересно, что по месяцам сбора при варьировании частоты встречаемости этого микотоксина от 10,6 до 27,3 % наблюдалось его постепенное накопление. Так, в июне содержание ЗЕН было ниже 100 мкг/кг. В июле отмечали единичные случаи, когда значения превышали 100 мкг/кг, а в августе и сентябре появились образцы, содержащие более 1000 мкг/кг этого фузариотоксина. Иными словами, неоднородный характер загрязненности ЗЕН с редкими случаями сверхвысокого накопления формировался в луговых травах к концу вегетации. Значительное содержание ЗЕН было выявлено у пырея, тимофеевки и мятлика, что свидетельствует в пользу микогенной, а не фитогенной природы этого феномена.

1. Встречаемость и содержание зеараленона в луговых травах и заготовленном сене (Московская обл., 2013-2014 годы)

Объект, время сбора, число образцов n+ n+, содержание зеараленона

20-100 мкг/кг | > 100 мкг/кг > 1000 мкг/кг

Луговые травы (n = 211): 38 31 3 4

(25-99) (117-146) (1060-5750)

июнь, n = 92 16 16 — -

(27-56)

июль, n = 55 15 12 3 -

(52-99) (117, 126, 146)

август, n = 47 5 2 - 3

(25, 26) (1060, 2000, 5760)

сентябрь, n = 17 2 1 - 1

79 1520

Сено, n = 120 54 30 17 7

(20-89) (100-870) (1320-10000)

П р и м е ч а н и е. n — число проанализированных образцов, n+ — число образцов, содержащих токсин. Прочерк означает, что положительных проб не обнаружили. В скобках указано содержание зеараленона (минимум-максимум).

Характер контаминации сена, судя по результатам анализа образцов от 120 производственных партий, оказался аналогичным описанному ранее на сборной выборке с разных территорий (6). В основном загрязнение микотоксином было умеренным, но сопровождалось отдельными случаями высокого накопления токсина. Всего ЗЕН выявили в 45 % образцов, при этом более половины из них содержали меньше 100 мкг/кг, в остальных количество микотоксина было на порядок больше, а в 13 % оно превышало 1000 мкг/кг. В одной пробе сена из многолетних трав этот показатель достигал 10000 мкг/кг. Случай такого же сверхвысокого загрязнения сена ЗЕН ранее описан финскими учеными (1). В Словении при обследовании высушенного травостоя кукурузы этот токсин встречался в количествах 200-700 мкг/кг, изредка — более 10000 мкг/кг (4).

Результаты, полученные на материале с одной и той же территории в разные сезоны, свидетельствовали о том, что в целом характер контаминации вегетирующих и заготовленных на корм трав имел черты сходства: при средних показателях встречаемости преобладало низкое содержание ЗЕН, сопровождавшееся накоплением значительного количества микотоксина в некоторых образцах.

Состояние травостоев во второй половине вегетации на конкретной территории может служить ориентиром в оценке риска загрязнения

257

токсином сухих травяных кормов. В этой связи интересны результаты, полученные по другим ареалам. Так, при анализе дикорастущих злаков из Северной Карелии и Ленинградской области (n = 177) не было зафиксировано ни одного случая обнаружения ЗЕН. В Тверской области в июле 2011 года, а также в июле и сентябре 2014 года контаминация оказалась слабо выраженной — только в 12 пробах из 100 при количестве 45-105 мкг/кг. Напротив, в Астраханской области (п = 150) уже в первых сборах в сентябре 1999-2000 годов отмечали высокую загрязненность тростника — 767, 3020 и 10000 мкг/кг. В 2005 и 2009 годы были выявлены единичные положительные образцы. К сожалению, мы не имели возможности провести подобные обследования в Брянской области, где впервые установлена высокая загрязненность сена — до 2000 мкг/кг (6). Отметим, что для прогнозирования конкретной ситуации по каждой территории необходимы репрезентативные выборки растений, составляющих основу естественных местных травостоев.

Несмотря на явное сходство между вегетирующими и высушенными на корм растениями, в сене наблюдалось возрастание частоты выявления ЗЕН, а также доли образцов с высокой степенью контаминации и предельным накоплением. Вероятно, это связано с активацией метаболизма грибов, способных к биосинтезу микотоксина, в процессе провяливания и высушивания. В частности, L.E. Taffarel с соавт. показали (10), что содержание ЗЕН выше в траве, высушенной на солнце при резкой смене дневных и ночных температур, а не в тени (10).

В заражении растений может участвовать значительное число видов Fusarium. Изучению их токсигенности посвящено много работ (11, 12), однако в отношении потенциала образования ЗЕН полной ясности пока нет и какие-либо однозначные выводы делать преждевременно. Оценочные эксперименты проведены в основном при выращивании грибов на стерилизованных зерновых субстратах при 15-27 °С в течение нескольких недель. Установлено, что этот токсин с разной интенсивностью продуцировали представители 8 видов: F. graminearum Schwabe, F. culmorum (W.G. Sm.) Sacc., F. sporotrichioides Sherb., F. poae (Peck) Wollenw., F. arthro-sporioides Sherb., F. avenaceum (Fr.) Sacc., F. langsethae Torp et Nirenberg, F. tricinctum (Corda) Sacc., наиболее распространенных в зерне в Финляндии (13, 14). Тем не менее, среди штаммов F. culmorum, F. equiseti (Corda) Sacc. и F. avenaceum, выделенных из всходов озимой пшеницы в Московской области, продуценты выявлены не были (15). У видов, инфицирующих зерно в том же регионе, ЗЕН в небольших количествах найден только у 3 изолятов F. culmorum из 11, а среди F. avenaceum, F. sporotrichioides, F. poae продуцентов не оказалось (16). F sporotrichioides, F. poae, F. equiseti, F. acuminatum Ellis et Everh. в составе микобиоты зерна из других областей характеризовались низким накоплением этого метаболита (17, 18). Среди 76 изолятов F. graminearum, которые были получены из фузариозного зерна, выращенного в Краснодарском крае, более половины образовывали ЗЕН (19).

В последние годы для сравнительной оценки токсинообразования грибов все чаще используется новый альтернативный подход, состоящий в краткосрочном культивировании штаммов на жидких или агаризованных средах (8). Один из вариантов (выращивание в течение 7 сут на картофельно-сахарозном агаре при 23-24 °С) использован в настоящей работе. Для исследования были отобраны 13 видов Fusarium, для 9 из которых объем выборки составил от 14 до 74 штаммов. Результаты показали, что большинство представителей F. graminearum (61 из 74) продуцировали ЗЕН в количестве 23-41200 нг/мл среды (табл. 2). В пределах этого диапа-

258

зона они распределялись неравномерно, и доля изолятов с накоплением микотоксина более 10000 нг/г оказалась равной 5 %. Потенциал токсинообразования у F equiseti составил 100 % с интенсивностью 50-39810 нг/мл и увеличением числа высокоактивных штаммов до 15 %. Вид F. semitectum Berk. & Ravenel [син. F. incarnatum (Desm.) Sacc.] с примерно таким же потенциалом, как у F graminearum (90,0 % в сравнении с 82,4 %), характеризовался значительно большей долей высокоактивных продуцентов (44 %), которые могли образовавывать микотоксин в количестве более 100000 нг/мл.

2. Количество зеараленона, продуцируемое коллекционными штаммами Fusaiium при 7-суточном культивировании на картофельно-сахарозном агаре при 23-24 °С (лабораторный опыт)

Вид Fusaiium n+/n n+, количество зеараленона

10 нг/мл | 100 нг/мл I 1000 нг/мл | 10000 нг/мл

F graminearum 61/74 12 32 14 3

(2-70) (105-813) (1100-7080) (11480, 12880, 41200)

F. equiseti 14/14 1 4 7 2

50 (170-830) (1050-3470) (12590, 39810)

F semitectum 27/30 - 11 4 12

(130-880) (1260-5125) (16220-181970)

F. cerealis 18/26 4 13 1 -

(30-80) (100-795) (1260)

F. culmorum 15/16 5 10 - -

(40-80) (157-616)

F sporotrichioides 3/43 2 1 - -

(11, 19) (190)

F poae 3/46 3 - - -

(10, 12, 40)

П р и м е ч а н и е. n — число проанализированных образцов мицелиально-споровой биомассы гри-

ба, n+ — число образцов, содержащих зеараленон. Прочерк означает, что положительных образцов не

обнаружили. В скобках указано содержание зеараленона (минимум-максимум).

У F cerealis (Cooke) Sacc. и F culmorum частота обнаружения ЗЕН была достаточно высокой при его содержании в основном от 100 до 1000 нг/мл. В сопоставимых по объемам выборках F sporotrichioides и F poae лишь редкие штаммы образовывали этот токсин и, как правило, в низких концентрациях (10-40 нг/мл). Среди представителей видов F an-guioides Sherb. (n = 20) и F langsethiae (n = 17) продуцентов не оказалось.

В немногих доступных для обследования культурах F heterosporum Nees et T. Nees (n = 6), F chlamydosporum Wollenw. & Reinking (n = 2) и F kyushuense O’Donnell & T. Aoki (n = 2) ЗЕН не обнаружили. Для единственного исследованного штамма F. flocciferum Corda была установлена высокая активность биосинтеза этого метаболита (15500 нг/мл).

Исходя из полученных результатов, к числу возможных источников накопления ЗЕН в травах могут быть отнесены F graminearum, F equiseti и F semitectum. Интересно заметить, что из тростника в Астраханской области, интенсивно контаминированного ЗЕН, были получены изоляты Fusarium sp., предположительно принадлежащие к виду F graminearum и активно продуцирующие этот метаболит как на зерновом субстрате, так и на агаризованной среде. При микологическом анализе пробы сена из Брянской области, содержащей токсин в количестве 2000 мкг/кг, также получили изолят того же вида. Ранее было показано, что при понижении температуры инкубации до 22 °С способность к накоплению ЗЕН у F gra-minearum существенно возрастает (20). Возможно, он особенно подвержен изменению метаболических путей под влиянием условий развития. Ясность в эту проблему может внести изучение генных механизмов регуляции биосинтеза ЗЕН у F graminearum, проводимое в последнее время (21, 22).

Уточнение видового состава и биосинтетических возможностей

259

грибов Fusarium, представленных в микобиоте травяных культур, остается задачей будущих исследований. В этой связи большое значение имеет идентификация составляющих ее организмов с учетом последних достижений в области хемотаксономической и молекулярно-генетической дифференциации грибов (23, 24), а также изучение факторов, под влиянием которых возможна активация соответствующих участков геномов.

Таким образом, для вегетирующих луговых растений и сена установлены черты сходства и различия по частоте встречаемости и содержанию зеараленона — фузариотоксина с эстрогенным действием, а также обозначены основные методологические подходы, необходимые для выяснения причин, вызывающих интенсивное накопление микотоксина в травяных кормах. Решение этой проблемы позволит устранить или существенно снизить угрозу микогенных интоксикаций, приводящих к нарушению репродуктивной функции животных.

Авторы выражают признательность руководству Главного управления ветеринарии Московской области и сотрудникам районных станций по борьбе с болезнями животных за организацию отбора образцов сена для исследования.

ФГБНУ Всероссийский НИИ ветеринарной Поступила в редакцию

санитарии, гигиены и экологии, 3 сентября 2014 года

123022 Россия, г. Москва, Звенигородское ш., 5, e-mail: [email protected];

2ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений,

196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3, e-mail: [email protected]

Sel’skokhozyaistvennaya biologiya/Agricultural Biology, 2015, V. 50, № 2, pp. 255-262

ABOUT ZEARALENONE LEVELS IN GRASS FODDERS AND TOXINE PRODUCING ACTIVITY OF Fusarium FUNGI

A.A. Burkin* 1, G.P. Kononenko1, O.P. Gavrilova2, T.Yu. Gagkaeva2

1 All-Russian Research Institute of Sanitary, Hygiene and Ecology, Federal Agency of Scientific Organizations, 5, Zvenigorodskoe sh., Moscow, 123022 Russia, e-mail [email protected];

2All-Russian Research Institute of Plant Protection, Federal Agency of Scientific Organizations, 3, sh. Pod-bel’skogo, St. Petersburg, 196608 Russia, e-mail [email protected] Supported in part by Russian Science Foundation (project № 14-16-00114)

Received September 3, 2014 doi: 10.15389/agrobiology.2015.2.255eng

Abstract

Zearalenone, the Fusarium fungi metabolite with an estrogenic effect, can lead to significant economic losses in livestock due to fodder contamination. Pasture herbage and fodders from dried pasture plants can really cause intoxication. However, the reasons and mechanism of abnormally high accumulation of zearalenone in these fodders are not still found out. In this article we summarized the data on investigation of frequency and the level of zearalenone contamination in wild herbage and in hay. Also the ability to produce this mycotoxin was studied in vitro in 13 Fusarium strains from laboratory collection. Hay samples from different farms of 30 regions in Moscow Province were prepared from 120 hay batches in 2013. A total of 211 samples of wild herbage including (Calamagrostis, dogstail grass, Anthoxanthum, reed canary grass, hedgehog, fire, bluegrass, fescue, bentgrass, bluegrass, timothy, foxtail) were collected in Kashirskii, Noginskii and Ruzskii regions of Moscow Province in 2014 from June to September. A total of 427 samples of pasture grasses were also repeatedly collected in North Karelia, Leningradskaya, Tverskaya and Astrakhan-skaya provinces from 1998 to 2014 at different frequency for different plant species. In these samples, along with commonly grown grasses such as Bromus, bluegrass, fescue, bluegrass, timothy, some local plants were found, particularly reed, reed canary grass, hedgehog, bent grass, reeds, Leymus, dogtail grass, oats, ryegrass, clover, rank, peas, vetch, rye, pampasskaya grass, foxtail, alfalfa. An uneven zearalenone contamination of pasture grasses with rare overcontamination cases was shown to occur to the end of vegetation. In hay an increased frequency and more high level of contamination were found. The mycotoxin was detected in 54 samples of 120 those tested, and more than

260

a half of them contained zearalenone at the level below 100 ^g/kg, while the rest samples contained toxin at 1000 ^g/kg, and in 13 % of the samples tested the contamination reached 1000 to 10000 ^g/kg. After 7 day cultivation of F. graminearum, F. equiseti and F. semitectum on semi-synthetic agar medium more that 80 % of strains produced zearalenone, and the rate of strains with the high production reaching more than 10000 ng/ml was 5, 15 and 44 %, respectively. F. cerealis, F. culmorum, F. sporotrichioides, F. poae seemed to be less active producers, and among F. an-guioides and F. langsethiae, as well as F. heterosporum, F. chlamydosporum and F. kyu-shuense the zearalenone producers were not found. In a strain of F. floccifeium which was tested a high biosynthetic ability and accumulation of zearalenoine at 15 500 ng/ml were detected. An involvement of Fusarium fungi having more pronounced metabolic response to environment changes in contamination of grass fodder with zearalenone is discussed. Also the possibility of forecasting hay contamination basing on pasture survey is under consideration.

Keywords: grasses, fodders, hay, zearalenone, Fusaiium fungi.

REFERENCES

1. Kallela K., Ettala E. The estrogenic fusarium toxin (zearalenone) in hay as a cause of early abortions in the cow. Nordisk Veteiinaermedicin, 1984, 36(9/10): 305-309.

2. Di Menna M.E., Lauren D.R., Poole P.R., Mortimer P.H., Hills R.A., Agnew M.P. Zearalenone in New Zealand pasture herbage and the mycotoxins-producing potential of Fusaiium spp. from pasture. New Zealand J. Agiic. Res., 1987, 30(4): 499-504 (doi: 10.1080/00288233.1987.10417963).

3. Wallg r e n P., S j o lu nd M., Hulten C., Nordkvist E., H a ggblom P. Increased occurrence of Fusarium mycotoxins in this year’s harvest. Svensk Veterinartidning, 2011, 63(15): 35-37.

4. Kordic B., Panin M., Kandic S., Lon c arevic A., Munta n ola-Cvetko-v i c M. Results of a three year microbiological and mycotoxicological examination of feeds in SR of Serbia. Proc. II Simpozijum o mikotoksinima. Sarajevo, 1986: 17-28.

5. Buckley T., Creighton A., Fogarti U. Analysis of Canadian and Irish forage, oats and commercially available equine concentrate feed for pathogenic fungi and mycotoxins. Ir. Vet. J, 2007, 60: 231-236 (doi: 10.1186/2046-0481-60-4-231).

6. Kononenko G.P., Burkin A.A. Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 2014, 4: 120-126 (doi: 10.15389/agrobiology.2014.4.120rus, 10.15389/agrobiolo-gy.2014.4.120eng).

7. Varga J., Rigo K., Lamper C., Teren J., Szabo G. Kinetics of ochratoxin A production in different Aspergillus species. Acta Biologica Hungaiica, 2002, 53(3): 381-388.

8. Kononenko G.P., Burkin A.A. Immunologiya, alleigologiya, infektologiya, 2010, 1: 195-196.

9. Burkin A.A., Kononenko G.P., Soboleva N.A. Piikladnaya biokhimiya i mikrobi-ologiya, 2002, 38(3): 305-311.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10. Taffarel L.E., Mesquita E.E., Castagnara D.D., Costa P.B., Neres M.A., Horn M.B., Oliveira P.S.R., Meinerz C.C. Dehydration curve, fungi and mycotoxins in Tifton 85 hay dehydrated in the field and in shed. Revista Brasileira de Zootecnia, 2013, 42(6): 395-403 (doi: 10.1590/S1516-35982013000600003).

11. M aras as W.F.O. Toxigenic fusaria. In: Mycotoxins and animal foods. J.E. Smith, R.S. Henderson (eds.). Boca Raton, USA, 1991: 119-139.

12. Leslie J.F., Summerell B.A. The Fusaiium laboratory manual. Blackwell, 2006.

13. Jestoi M., P a a v a ne n-H uh t al a S., Uhlig S., Rizzo A., Yli-Mattila T. Mycotoxins and cytotoxicity of Finnish Fusaiium strains grown on rice cultures. Proc. 2nd Int. Symp. on Fusaiium head blight incorporating the 8th European Fusaiium Seminar. S.M. Canty, T. Boring, J. Wardell, R.W. Ward (eds.). Orlando, FL, USA, 2004: 405-409.

14. Jestoi M., Paavanen-Huhtala S., Parikka P., Yli-Mattila T. In vitro and in vivo mycotoxin production of Fusarium species isolated from Finnish grains. Arc. Phytopath. Plant Protect., 2008, 41(8): 545-558 (doi: 10.1080/03235400600881547).

15. Kononenko G.P., Malinovskaya L.S., Piryazeva E.A., Soboleva N.A. Mikologiya i fitopatologiya, 1998, 32(4): 37-41.

16. Kononenko G.P., Malinovskaya L.S., Soboleva N.A., Piryazeva E.A., Zotova E.V., Shalyganova O.N. Mikologiya i fitopatologiya, 1999, 33(2): 118-124.

17. Kononenko G.P. Sistema mikotoksikologicheskogo kontrolya ob"ektov veterinarno-sanitarnogo i ekologicheskogo nadzora. Avtoreferat doktorskoi dissertatsii [The system for myco-logical and toxicological control of the objects of veterinary, sanitary and environmental surveillance. DSc Thesis]. Moscow, 2005.

18. Tokarev S.V., Kononenko G.P., Soboleva N.A., Burkin A.A. Sel’skokhozyai-

261

stvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 2009, 1: 89-92.

19. Leonov A.N., Malinovskaya L.S., Soboleva N.A., Kononenko G.P. Doklady VASKHNIL, 1990, 11: 21-26.

20. Leonov A.N., Kononenko G.P., Soboleva N.A., Malinovskaya L.S. Miko-logiya i fitopatologiya, 1994, 28(1): 60-63.

21. Kim J.E., Han K.H., Jin J., Kim H., Kim J.C., Yan S.H., Lee Y.W. Two different polyketide synthase genes are required for synthesis of zearalenone in Gibberella zeae. Mol. Microbiol, 2005, 58: 1102-1113.

22. Lis 0 e E., Klemsdal S.S., Bone K.R., Flandsen R.J.N., Johansen T., Thrane U., Giese H. The PKS4 gene of Fusarium graminearum is essential for zearalenone production. Appl. Environ. Microbiol., 2006, 72(6): 3924-3932 (doi: 10.1128/AEM.00963-05).

23. Ko s i ak E.B., Holst -Jensen A., Rundberget T., Gonzalez J.M.T., To rp M. Morphological, chemical and molecular differentiation of Fusarium equiseti isolated from Norwegian cereals. Int J. Food Microbiol., 2005, 99: 195-206.

24. Gagkaeva T.Yu. V sbornike: Mikologiya segodnya. Tom 2 [In: Mycology today. V. 2]. Moscow, 2011: 14-29.

262

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.