Klimatické prvky a kontaminácia pšenice fuzáriovým mykotoxínom
Výsledky klimatologických štúdií poukazujú na postupný nárast priemernej teploty vzduchu a zmeny v úhrne a rozložení atmosférických zrážok. Tieto zmeny ovplyvnia výskyt chorôb, škodcov a burín. Jedným zo závažných ochorení pšenice sú klasové fuzariózy. Šírenie infekcie ovplyvňujú poveternostné podmienky, najmä vlhké a teplé počasie v čase kvitnutia pšenice a krátko po ňom. Niektoré druhy fuzárií, kolonizujúce klasy a neskôr zrná pšenice produkujú mykotoxíny, najznámejší z nich je deoxynivalenol. Je to veľmi stabilný komponent, počas uskladnenia, mletia zrna, prípadne varenia nedochádza k jeho degradácii a tak nezmenený prechádza do ďalších produktov. Deoxynivalenol je považovaný za indikátor celkovej kontaminácie trichotecénmi.
V rozdielnych agroekologických podmienkach Slovenska sme v rokoch 2004- 2008 a 2010- 2011 sledovali fenologické fázy pšenice, priemernú teplotu vzduchu v mesiacoch máj a jún a úhrn zrážok. Obsah DON bol analyzovaný v 205 zrnových vzorkách komerčných odrôd pšenice letnej f. ozimnej z 10 lokalít Slovenska zaradených do výrobnej oblasti kukuričnej, repárskej, zemiakárskej a horskej. Vzorky boli odoberané priamo od producentov bezprostredne po zbere v množstve 1kg z produkčných plôch, na ktorých boli použité štandardné agrotechnické postupy vrátane aplikácie fungicídov. V sledovaných rokoch boli zrnové vzorky pšenice poskytnuté vždy tým istým producentom, z rovnakej lokality, ale rozdielnych polí v súlade so striedaním plodín.
Poveternostné podmienky a fenofázy
Meteorologické charakteristiky boli získané zo záznamov Slovenského hydrometeorologického ústavu v Bratislave a meteorologických staníc prislúchajúcich danej lokalite, v ktorej boli vzorky monitorované.
V rokoch 2004, 2006 a 2010 sa v mesiaci máj pohybovali teploty od 12,6°C do 14,2°C, pozvoľne stúpali od druhej júnovej dekády, kedy bola pšenica vo väčšine výrobných oblastí v BBCH 65. V týchto rokoch boli zaznamenané vyššie úhrny zrážok v máji i júni. V roku 2005, 2007, 2008 a 2011 boli v mesiaci máj zaznamenané teploty od 14,7 °C do 16,6°C, pšenica v tomto období bola vo fenofáze BBCH 65. Úhrn zrážok bol však v máji i júni nízky. Teploty v mesiaci jún mali stúpajúcu tendenciu v rokoch 2004 až 2008 (Tab.1), v roku 2010 a 2011 mierne klesli na hodnotu 18,3 °C, resp. 18,5 °C.
Tab.1: Priemerné úhrny zrážok a priemerné mesačné teploty v mesiacoch máj a jún v rokoch 2004/2008 a 2010/2011 v sledovaných lokalitách výrobných oblastí Slovenska
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Obsah mykotoxínu DON
Kvantitatívna analýza mykotoxínu deoxynivalenol (DON) sa vykonala pomocou ELISA testu. Rozpätie obsahu DON vo vzorkách pšenice za sledované roky bolo od 0,40 mg . kg -1 do 1,18 mg . kg -1 (Graf 1).
Graf 1: Priemerný obsah DON (mg. kg -1) v zrnových vzorkách pšenice
Najnižší priemerný obsah DON bol zaznamenaný v roku 2011 (0,40 mg. kg -1), kedy v období fenofázy BBCH 65 boli vyššie teploty, ale nižší úhrn zrážok. Žiadna hodnota priemerného obsahu DON neprekročila limit povolený pre nespracované obilie (1,25 mg. kg -1). V rokoch s vyššími teplotami, ale nižším úhrnom zrážok bol zaznamenaný nižší obsah DON - roky 2005, 2007, 2008 a 2011. Ako ukazuje graf 1, vyšší, i keď nie nadlimitný obsah DON sa vyskytoval v rokoch s nižšou teplotou v mesiaci máj a jún, ale vyšším úhrnom zrážok v čase kvitnutia pšenice (2004, 2006, 2010). Najvyšší priemerný obsah DON (1,18 mg. kg -1 ) bol zistený v roku 2004, keď boli celkové úhrny zrážok v čase kvitnutia vysoké (120 mm) a teplota v mesiaci máj i jún bola najnižšia, v tomto roku mala jedna vzorka takmer 6-násobne prekročený limit DON. Pri sledovaní hodnoty DON vo vzorkách pšenice v roku 2004 bol priemerný obsah DON od 1,33 mg. kg -1 do 7,25 mg. kg -1, v roku 2006 od 1,29 mg. kg -1 do 1,66 mg. kg -1, v roku 2010 od 1,45 mg. kg -1 do 3,40 mg. kg -1. Riziková čo do obsahu DON bola zemiakárska výrobná oblasť (ZVO), z ktorej každoročne pochádzalo najviac nadlimitných vzoriek, z lokalít Turčiansky Ďur, kde sa pravidelne bez ohľadu na ročník vyskytovali vzorky s nadlimitným obsahom DON.
V rokoch 2005, 2007, 2008 a 2011 bola v mesiacoch máj a jún vyššia teplota vzduchu, výrazne menej zrážok (Tab. 1) a zaznamenaný bol aj nízky obsah DON, v rozpätí od 0,40 mg. kg -1 do 0,56 mg. kg -1. I tu sa objavili ojedinelé vzorky (v počte 7) s vysokým obsahom DON pochádzajúce opäť zo ZVO. Najvyšší obsah bol zaznamenaný v jednej vzorke v roku 2008 - 8.7 mg. kg -1.
Podľa výskumov sú klimatické podmienky v danom roku najvýznamnejším faktorom ovplyvňujúcim kontamináciu zrna mykotoxínom DON, na celkovej kontaminácii sa môžu podieľať až 48%. Z našich pozorovaní sú zaujímavé roky 2004 a 2006 z hľadiska vývoja teploty vzduchu. V roku 2004 bola v mesiaci máj a jún zo sledovaných rokov najnižšia teplota (Tab. 1), ktorá oddialila kvitnutie. Nástup BBCH 65 sa posunul do poslednej dekády júna, kedy boli vyššie teploty, ale zároveň vyšší úhrn zrážok. Tieto pozorovania boli podobné aj v roku 2006, keď zrážky pribudli v poslednej júnovej dekáde, kedy boli namerané najvyššie denné úhrny zrážok predstavujúce 95 - 128% normálu a vyskytlo sa 5 dní so zrážkami vyššími ako 5 mm a priemernou teplotou od 13,8 °C do 19,1 °C. Predpokladáme, že tieto podmienky vytvorili prostredie pre šírenie infekcie v klasoch pšenice. V rokoch 2005, 2007, 2008 a 2011 neboli zvýšené teploty bez dostatku zrážok podnetom pre rast fuzárií. V rokoch 2004 a 2006 zohralo dôležitú rolu tiež druhové spektrum fuzárií, pretože frekvencia výskytu Fusarium graminearum a Fusarium culmorum, hlavných producentov mykotoxínu DON bola vysoká (Graf 2). Nižšia frekvencia výskytu oboch druhov fuzárií bola zaznamenaná v roku 2008, teda v období s vyššími teplotami a nižším úhrnom zrážok v mesiacoch máj a jún. Zvýšený obsah DON bol zaznamenaný v súčinnosti dvoch klimatických prvkov- teploty vzduchu a úhrnu zrážok v sledovanom priestore a roku.
Graf 2: Priemerná druhová frekvencia (%) výskytu fuzárií v rokoch 2004, 2006 a 2008
Záver
Nižšie teploty v mesiacoch máj a jún, ale zároveň dostatok zrážok boli priaznivé pre vývoj fuzárií a následnú produkciu DON, v rokoch s vyššími teplotami a deficitom zrážok bol zistený nižší obsah DON. Premenlivosť klimatických prvkov má i priestorovú závislosť, čo je evidentné aj na území Slovenska. Najviac nadlimitných vzoriek -17 pochádzalo zo zemiakárskej výrobnej oblasti (ZVO), ktorá je z meteorologického hľadiska charakterizovaná zvýšenou zrážkovou činnosťou a nižšou teplotou vzduchu pred kvitnutím a v čase plného kvitnutia pšenice. Žiadna vzorka z horskej výrobnej oblasti (HVO) neprekročila povolený limit obsahu DON. V tejto VO bola priemerná teplota vzduchu v mesiaci jún v sledovaných rokoch v rozpätí od 14,4°C do 16,6°C, čo bola pre rozvoj choroby nedostačujúca teplota. Súhra viacerých faktorov, ako druhové spektrum fuzárií, pestovanie náchylných odrôd spolu s agrotechnickými zásahmi ovplyvňujú kumuláciu mykotoxínu DON v zrnách pšenice. Pre zníženie kontaminácie zrna mykotoxínami je dôležitý aj výber lokality. V rizikových oblastiach je potrebné dodržiavať všetky opatrenia pre zabránenie šírenia choroby v poraste, ako sú včasné aplikácie fungicídov- pred kvitnutím, v čase nižšej teploty vzduchu a podľa možnosti (a poveternostných podmienok) uskutočniť zber v stanovenom termíne. Predpoklad vývoja počasia nastoľuje scenár vyšších teplôt a nižšieho úhrnu zrážok vo vegetačnom období, čo by mohlo navodzovať predikovanie podlimitného výskytu DON. Avšak fuzáriá, ako ukazujú viaceré štúdie sú veľmi prispôsobivé patogény a dokážu sa adaptovať na zmenené podmienky prostredia. Z monitoringu zameraného na druhové spektrum fuzárií a priestorovú lokalizáciu bol zistený posun výskytu napr. F. graminearum (teplomilný druh) do severnejších lokalít a naopak, v roku 2008 sme izolovali zo vzorky pšenice Arida z lokality Veľký Meder F. culmorum a F. poae, ktoré sú pokladané za chladnomilné druhy.
Táto práca vznikla vďaka podpore OP Výskum a vývoj pre projekt: Vývoj nových typov rastlín s geneticky upravenými znakmi hospodárskeho významu ITMS: 26220220027. Projekt bol spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.
Vystavené 11.2.2014
