Фузариоз зерна: опасность и меры снижения вредоносности

 

Введение

Совместный проект компании «Байер КропСайенс» и лаборатории микологии и фитопатологии Всероссийского НИИ Защиты Растений позволит Вам более подробно узнать о таком опасном заболевании как фузариоз колоса; его биологии; симптомах; факторах, увеличивающих риск его возникновения; методах диагностики, а также о мерах борьбы, позволяющих получать высокие урожаи качественного зерна!

Что такое фузариоз зерна?

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

Симптомы фузариоза зерна

Симптомы включают:

Образование щуплых, сморщенных легковесных зерен

Fusarium spp.

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

Развитие возбудителя фузариоза на колосе

Модифицированный зеленым флуоресцентным белком ген позволяет проследить за развитием гриба Fusarium graminearum в колосе.

При благоприятных условиях, фузариоз полностью заражает колос через 5-6 суток

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

Фузариоз зерна — угроза для безопасности питания

Почему важно контролировать фузариоз...

Что такое микотоксины?

  • Микотоксины являются молекулами, связанными со вторичным метаболизмов грибов, которые проявляют токсические свойства по отношению к людям и животным.
  • Все основные виды грибов, вызывающие фузариоз, могут производить микотоксины.
  • 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.

Предшествующая культура Краснодарский край Ставропольский край
Кол-во образцов, шт. ФЗ*, % Кол-во образцов, шт. ФЗ, %
в среднем Min-max в среднем Min-max
Горох 3 2,3 1-5 2 4,5 1-8
Кукуруза 21 3,8 1-14 5 25,8 5-53
Лук 1 14
Мн. травы 2 1,5 0-3 1 0
Оз. зерновые 1 1 9 1,7 0-4
Подсолнечник 24 2,7 0-8 3 6,3 2-13
Сах. свекла 7 3,6 0-13
Пар 7 1,3 0-3
Соя 4 1,7 0-5 1 4
НСР 0,8 4,4
% ФЗ, в среднем 3,1 6,9

 

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 более 20 лет компания «Байер» работала 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 препарата Фоликур, успешно использовался в течение многих лет для контроля патогенных фузариевых грибов
  • Недавно Байер КропСайенс разработал новое действующее вещество протиоконазол, входящее в состав инновационного фунгицида Прозаро. 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.

Техническая характеристика

Действующие вещества и концентрации

  • Протиоконазол: 125 г/л
  • Тебуконазол: 125 г/л

Препаративная форма: Концентрат эмульсии

Упаковка: 5 л

Характеристика действующих веществ:

Протиоконазол и тебуконазол являясь системным высокоэффективными триазолами, различаются по степени подвижности, и проявляют как профилактическую так и лечебную активность.

Регистрация

Культура Вредный объект Норма расхода, л/га
Пшеница яровая и озимая Различные виды ржавчины, септориоз листьев и колоса, пиренофороз, темно-бурая пятнистость, мучнистая роса 0,6 — 0,8
Фузариоз колоса, 0,8 — 1,0
Ячмень яровой и озимый Различные виды ржавчины, мучнистая роса, гельминтоспориозные пятнистости листьев (сетчатая и темно-бурая), ринхоспориоз 0,6 — 0,8
Рапс яровой и озимый Альтернариоз, фомоз, склеротиниоз *, пероноспороз * 0,6 — 0,8

* - в годы проведения государственных регистрационных испытаний в России не отмечено развитие этих болезней на растениях в регистрационных опытах, поэтому они не включены в спектр активности препарата, однако согласно данным фирмы препарат обладает активностью против указанных фитопатогенов.

Механизм действия

Азолы: биологический метод действия

Азолы препятствуют биосинтезу стеролов в грибах. Они не ингибируют прорастание спор, но мешают развитию ростковых трубочек в очень низкой концентрации и вызывают серьезные морфологические изменения в грибах.


Необработанные


Обработанные протиоконазолом

Пыльники пшеницы являются благоприятным субстратом для роста гриба F. graminearum.

Без обработки фунгицидом грибные гифы колонизируют ткани пыльников, проникают в эпикарпий (внешний слой зародыша) и распространяются по оболочке зерна.

Ингибирование развития Fusarium graminearum

После обработки протиоконазолом на пыльниках не наблюдается роста грибов.

Развитие грибов ингибировано, заражения не происходит.

Ингибирование развития Fusarium culmorum на колосе пшеницы

Ингибирование развития Fusarium graminearum в зерне пшеницы

Штамм Fusarium graminearum был генетически модифицирован с помощью гена GFP (зеленого флуоресцентного белка) для наблюдения за его присутствием в зерне пшеницы.

Колосья пшеницы были инокулированы Fusarium graminearum c модифицированным GFP, через семь дней после обработки Прозаро.


Экспрессия GFP


Наличие флуоресцентного F. graminearum, в зерне пшеницы было оценено через шесть дней после посева грибов с помощью флуоресцентной микроскопии.

Наиболее благоприятная фаза развития пшеницы для обработки Прозаро против фузариоза колоса

Правильно выбранный период обработки фунгицидом является одним из ключевых факторов достижения максимальной эффективности против фузариоза колоса

Сроки обработки для защиты от фузариоза

Прозаро позволяет расширить окно применения против фузариоза колоса — от начала фазы колошения до конца фазы цветения!

Источник: ВСS (Среднее из 7 опытов; 2004)

Эффективность фунгицидов против фузариоза колоса

Влияние применения фунгицидов для защиты колоса на урожайность

Влияние Прозаро на снижение содержания микотоксинов в зерне

Применение Прозаро позволило снизить содержание микотоксина (ДОН) в зерне в 8 раз по сравнению с контролем!

Снижение содержания микотоксинов в зерне

Электронные микроснимки гиф Fusarium culmorum (метка коллоидным золотом молекул дезоксиниваленола (ДОН))


Необработанный контроль


Обработанный Прозаро

      — частицы золота (черные точки) позволяют увидеть молекулы дезоксиниваленола (ДОН)

Эффективность Прозаро против болезней колоса *

Применение Прозаро «по колосу» позволяет эффективно бороться и с другими заболеваниями колоса (септориоз, альтернариоз, кладоспориоз и другие)


Прозаро 1,0 л/га


Контроль

* - Опыты проведены в НПЦ НАН Беларуси по земледелию, 2009

Высококачественная формуляция

Обработка Прозаро обеспечивает максимальное покрытие поверхности растения каплями рабочего раствора

Покрытие поверхности листа пшеницы, рабочим раствором, содержащим флуоресцирующий краситель. Фотография сделана при УФ-освещении


Прозаро (слева) Стандарт (справа)


Прозаро (слева) Стандарт (справа)

Непревзойденное качество покрытия поверхности растения

Инновационная формуляция обеспечивает Прозаро высокую степень удержания и растекания рабочего раствора препарата на обработанной поверхности!

 

Rambler's Top100