Fusarium graminearum – un pericol pentru calitatea grâului în acest an

Iată că, oportunistul Fusarium graminearum a infectat grâul în acest an. Previziunea mea de la începutul primăverii se adeverește din păcate. Avertizam atunci fermierii că, s-ar putea ca primăvara 2023 să fie faborabilă infecțiilor cu fungi micotoxigeni la cereale.

Infecții grave cu Fusarium graminearum am avut în anul 2019, an în care, în România a fost epidemie. S-ar putea repeta istoria? Să sperăm că nu, nimeni nu dorește asta.

Un studiu realizat de mine și colaboratorii mei în anul 2019 și publicat în 2022, arată că, gradul de infecție cu F. graminearum al soiurilor de grâu analizate a fost influențat puternic de condițiile climatice ale primăverii 2019.

Din această perioadă, luna mai iese în evidență. Umiditatea continuă și temperaturile din timpul antezei au favorizat instalarea infecțiilor și acumularea micotoxinelor. Condițiile climatice înregistrate încadrează anul 2019 ca an extrem de favorabil instalării epidemiei de fuzarioză la grâu în partea de vest a României.

Epidemia de Fusarium din anul 2019 a avut impact negativ asupra calității producției de grâu din Câmpia Banatului. Calitatea grâului a fost scăzută din cauza prezenței micotoxinei DON în concentrații mari.

Soiurile analizate au fost contaminate cu DON, ZON și T2 toxin. În urma analizelor de laborator, dintre cele trei micotoxine, prevalentă a fost micotoxina DON, înregistrându-se cantități peste limita maximă permisă la 15 soiuri din 16.

Soiul Ciprian (românesc) a înregistrat cele mai mici valori ale gradului de infecție, dar și cele mai scăzute cantități de DON, fiind singurul soi din experiență la care DON-ul a fost sub limita maximă admisă de legislație.

Toate soiurile din experiență au fost infectate și contaminate cu micotoxine. Soiul Ciprian a ieșit în evidență printr-o bună toleranță la patogen și acumularea de micotoxine, înregistrând un indice de atac scăzut și DON sub limita maximă permisă (1,16 ppm).

Care sunt factorii care influențează infecțiile cu Fusarium graminearum la grâu?

Importanță deosebită în realizarea infecțiilor cu F. graminearum la grâu o au factorii climatici. Fără condiții climatice favorabile Fusarium nu atacă [Popescu, 2005; Suciu et al., 2020]. Parametrii climatici cu importanță în realizarea infecțiilor în câmp sunt: temperatura, precipitațiile și umiditatea relativă a aerului [Magan and Lacey, 1984; Cook, 1981].

Modificările climatice prin care trece planeta și-au pus amprenta asupra factorilor climatici, ducând fie la perioade mari de secetă, fie la perioade mai lungi caracterizate de precipitații excesive.

După Anderson (1948), temperatura optimă pentru realizarea infecțiilor este de 25 grade C, indiferent de cât timp durează umezeala. Cu cât expunerea la umezeală este mai îndelungată, intensitatea atacului la spic crește.

Alți autori arată importanța duratei în ore a precipitațiilor înainte cu șapte zile de înflorit dar și a temperaturilor cuprinse între 15 – 30 grade C [De Wolf et al., 2003]. Este o certitudine că, în condiții de vreme caldă cu temperaturi cuprinse între 25 – 30 grade C și umiditate continuă, simptomele de Fusarium la spic (albire) pot apărea în 2 – 4 zile de la realizarea infecției [Wegulo, 2012]. Astfel, o cultură aparent sănătoasă, brusc poate să prezinte simptome de boală.

Chandelier et al. (2011), într-un studiu efectuat pe o perioadă de șapte ani, arată o corelație puternică între umiditatea relativă medie de peste 80% și cantitatea de DON acumulată în cariopse.

Precipitațiile continue dinainte de înflorit și în timpul dezvoltării cariopselor favorizează acumularea de cantități mari de DON în cereale. Cantitățile de precipitații din lunile mai și iunie predispun cerealele la infecția cu Fusarium. Perioadele în care grâul poate fi infectat sunt la înflorit sau imediat după înflorit [Hernandez Nopsa et al., 2012; Wegulo, 2012].

Schimbările climatice din ultimii ani au influențat pozitiv dezvoltarea fungilor din genul Fusarium favorizând apariția epidemiilor la grâu. Cea mai recentă epidemie de Fusarium la cerealele din Câmpia Banatului (vestul României) a fost în anul 2019, an în care calitatea a fost foarte scăzută, în principal din cauza prezenței micotoxinelor fusariene în cantități care au depășit limitele permise.

Pierderile produse de F. graminearum la grâu în anii epidemici pot fi uriașe. Pagubele se datorează în mare parte sterilității spicelor, MMB – ului scăzut (masa a o mie de boabe) dar mai ales prezenței micotoxinelor în cariopse. În perioada 1991 – 1997, în S. U. A., pierderile produse de Fusarium la grâu și orz au depășit 1,3 miliarde dolari [Johnson et al., 2003].

Micotoxinele produse de fungul F. graminearum sunt încadrate în grupa chimică a trichothecenelor. Cel mai des, la analize se regăsesc în cereale, deoxynivalenolul sau vomitoxina (DON), toxina T – 2, monoacetoxyscirpenol (MAS), diacetoxyscirpenol (DAS) și nivalenolul (NIV).

În cantități mari la cereale, în anii favorabili infecțiilor se acumulează micotoxinele DON și T – 2 [Desjardins, 2006; Singh and Rajaram, 1995]. O altă micotoxină produsă de F. graminearum este zearalenona (ZON). Această micotoxină este asociată cu probleme de reproducere ce pot apărea la animalele care consumă furaje contaminate.

Dintre speciile de Fusarium producătoare de DON, F. graminearum este considerată cea mai importantă [Paraschivu et al., 2014; Paul et al., 2005; Anon, 1993c]. Deoxynivalenolul (DON) aparține familiei chimice de sequiterpene, fiind derivat din trichodiene (precursorul biochimic al tuturor trichothecenelor).

DON – ul este foarte stabil din punct de vedere chimic. Semințele infectate de Fusarium conțin întotdeauna și micotoxine fusariene. Dintre acestea, DON – ul a fost găsit frecvent în cantități mari [McMullen et al., 1997]. După Wegulo (2012), cu cât procentul de boabe fusariate este mai mare cu atât și cantitatea de DON va fi mai ridicată.

De altfel, marea majoritate a cercetătorilor corelează prezența deoxynivalenolului în cariopse cu intensitatea atacului din câmp și procentul de boabe fusariate [Cowger and Arellano, 2013]. Dacă ajunge în hrana oamenilor, deoxynivalenolul poate produce intoxicații alimentare, care se manifestă prin greață, vărsături, diaree, dureri de cap, dureri abdominale, febră etc [Sobrova et al., 2010; Lidell, 2003].

A doua micotoxină importantă produsă de Fusarium graminearum este „toxina T – 2”, care apare în cantități semnificative la cereale, alături de deoxynivalenol [Annon, 1993b]. Alt metabolit toxic produs de fungul F. graminearum este zearalenona (ZON).

Zearalenona apare la grâul fusariat alături de DON și T – 2. Cel mai des apare însă la porumbul infectat cu Fusarium. Un studiu efectuat de Alexa et al. (2013) arată că un procent de 76,92% din probele de cereale analizate au fost contaminate cu zearalenonă cu o valoare medie de 187,74 ppb.

Această toxină afectează eficiența reproductivă nu și pofta de mâncare. Sindromul estrogenic ce apare în urma ingerării de hrană contaminată se caracterizează prin: umflarea glandelor mamare, hipertrofia uterină, umflarea vulvei, infertilitate [Marasas, 1991]. Cei mai sensibili sunt tot porcii.

Factorii care concură la acumularea micotoxinelor fusariene în cariopsele de grâu și în special a deoxynivalenolului, sunt mulți. Numeroase studii arată corelații pozitive între intensitatea atacului fungului Fusarium în câmp și cantitățile de DON acumulate.

Severitatea atacului în câmp este considerată un factor major în acumularea micotoxinelor la cerealele păioase. Concluzia specialiștilor este că, acei factori care influențează dezvoltarea fusariozei în câmp vor influența și acumularea de micotoxine în boabe [Hernandez Nopsa et al., 2012; Paul et al., 2005].

Jansen et al. (2005), arată într-un studiu că deoxynivalenolul pare să joace un rol cheie, în răspândirea ciupercii Fusarium graminearum din floarea de grâu în rahis. Hallen – Adams et al. (2011) susține că, pe măsură ce fungul se răspândește din spiculețul infectat în partea de sus sau de jos a spicului de grâu, biosinteza deoxynovalenolului este maximă în apropierea zonei infectate inițial înainte de apariția simptomelor. Pe măsură ce cariopsele sunt colonizate de ciupercă biosinteza deoxynivalenolului scade.

Pe lângă condițiile climatice, tehnologiile practicate în prezent de către fermieri pot influența pozitiv infecțiile cu Fusarium cât și acumularea de micotoxine. Sistemele de cultivare „minimum tillage” sau „no tillage” (utile pentru conservarea solului), densitățile mari practicate, lipsa rotației, au dus la creșterea sursei de inocul în resturile vegetale ce rămân la suprafața solului [Watkins, 1994; Matei et al., 2010; Unger, 1994].

Pe resturile vegetale, Fusarium poate supraviețui sub formă de micelii, clamidospori și peritecii cu asce și ascospori. La această sursă de inocul se adaugă semințele infectate ce pot răspândi boala [Paraschivu, 2008; Pereyra and Dill – Macky, 2008].

Rezistența soiurilor de grâu la infecția cu Fusarium este foarte importantă și intens studiată astăzi. Sunt descrise până acum cinci tipuri de rezistență: tipul I – rezistența la infecția inițială (reacții de apărare); tipul II – rezistența la răspândirea agentului patogen în țesutul infectat; tipul III – rezistența la infecție a semințelor; tipul IV – toleranța la infecție; tipul V – rezistența la micotoxine [Kosaka et al., 2015; Mesterhazy, 1995; Ma et al., 2009; Zhang et al., 2020].

După Bai și Shaner (2004), crearea unor soiuri cu rezistență la Fusarium poate fi o strategie foarte bună pentru controlul acestei boli. În S. U. A., preocupări de ameliorare a grâului pentru rezistența la Fusarium sp. există de prin anul 1929. Christensen arată după nouă ani de experimente că toate plantele de grâu pot fi infectate în proporție mai mare sau mai mică [Schroeder and Christensen, 1963] .

Evaluarea în teren a genotipurilor rezistente este anevoioasă deoarece epidemiile de Fusarium sunt rare iar metodele de inoculare nu sunt atât de precise. Kumar et al. (2015), arată că metodele utilizate au dus de multe ori la erori experimentale.

De aici a rezultat o clasare uneori incorectă a rezistenței soiurilor de grâu la Fusarium. Pe de altă parte, legătura dintre DON și severitatea infecției se corelează foarte bine în anii cu epidemii, ceea ce nu se întâmplă în anii nefavorabili.

Bibliografie:

• Alexa, E., Dehelean, A. D., Poiană, M. A., Radulov, I., Cîmpean, A. M., Bordean, D. M., Tulcan, C., Pop, G., 2013. The occurrence of mycotoxins in wheat from western Romania and histopathological impact as effect of feed intake. Chemistry Central Journal, 7:99.
• Andersen, A. L., 1948. The development of Gibberella zeae head blight of wheat. Phytopathology, 38, 599 – 611.
• Anon, 1993b. In IARC Monographs on the evaluation of carcinogenic risk to humans, vol. 56, International Agency for Research an Cancer, Lyon, France, pp. 467 – 488.
• Bai, G., and Shaner, G., 2004. Management and resistance in wheat and barley to Fusarium head blight. Annu. Rev. Phytopathol. 42: 135 – 161.
• Chandelier, A., Nimal, C., André, F., Planchon, V., Oger, R., 2011. Fusarium species and DON contamination associated with head blight in winter wheat over a 7-year period 92003–2009) in Belgium. Eur. J. Plant Pathol., 130, 403 – 414.
• Cook, R. J., 1981. Fusarium diseases of wheat and other small grains in North America. In: P. E., Nelson, T. A., Toussoun & R. J., Cook, (eds), Fusarium diseases, biology and taxonomy. Pennsylvania State University Press, University Park, PA. pp. 39 – 52.
• Cowger, C., and Arellano, C., 2013. Fusarium graminearum infection and deoxynivalenol concentrations during development of wheat spikes. Phytopathology 103: 460 – 471.
• Desjardins, A. E., 2006. Fusarium Mycotoxins. Chemistry, Genetics, and Biology, American Phytopathological Society: St. Paul, MN, USA, 2006.
• De Wolf, E. D., Madden, L. V., Lipps, P. E., 2003. Risk assessment models for wheat Fusarium head blight epidemics based on within-season weather data. Phytopathology, 93, 428 – 435.
• Hallen – Adams, H. E., Wenner, N., Kuldau, G. A., and Trail, F., 2011 – Deoxynivalenol biosynthesis – related gene expression during wheat kernel colonization by Fusarium graminearum. Phytopathology 101: 1091 – 1096.
• Hernandez Nopsa, J., Baenziger, P. S., Eskridge, K. M., Peiris, K. H. S., Dowell, F. E., Harris, S. D., Wegulo, S. N., 2012. Differential accumulation of deoxynivalenol in two winter wheat cultivars varying in FHB phenotype response under field conditions. Can. J. Plant Pathol. 34, 380 – 389.
• Jansen, C., von Wettstein, D., Wilhelm, S., Kogel, K. H., Felk, A., and Maier, F. J., 2005. Infection patterns in barley and wheat spikes inoculated with wild-type and trichodiene synthase gene disrupted Fusarium graminearum. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102:16892 – 16897.
• Johnson, D. D., Flaskerud, G. K., Taylor, R. D., Satyanarayana, V., 2003. Quantifying economic impacts of Fusarium head blight in wheat. In Fusarium Head Blight of Wheat and Barley; Leonard, K. J., Bushnell, W. R., Eds.; American Phytopathological Society: St. Paul, MN, USA, 2003; pp. 461 – 483.
• Kosaka, A., Manickavelu, A., Kajihara, D., Nakagawa, H., and Ban, T., 2015. Altered gene expression profiles of wheat genotypes against Fusarium head blight. Toxins 72: 604 – 620.
• Kumar, A., Karre, S., Dhokane, D., Kage, U., Hukkeri, S., and Kushalappa, A. C., 2015. Real – time quantitative PCR based method for the quantification of fungal biomass to discriminate quantitative resistance in barley and wheat genotypes to fusarium head blight. J. Cereal Sci. 64: 16 – 22.
• Liddell, C. M., 2003. Systematics of Fusarium species and allies associated with Fusarium head blight. In Fusarium Head Blight of Wheat and Barley; Leonard, K. J., Bushnell, W. R., Eds.; American Phytopathological Society: St. Paul, MN, USA, 2003; pp. 35 – 43.
• Ma, H., Ge, H., Zhang, X., Lu, W., Yu, D., Chen, H., Chen, J., 2009. Resistance to Fusarium head blight and deoxynivalenol accumulation in Chinese barley. J. Phytopathology, 157, 166 – 171.
• Magan, N. and J., Lacey, 1984. Water relations of some Fusarium species from infected wheat ears and grain. Trans. Br. mycol. Soc. 83: 281 – 285.
• Marasas, W. F. O., 1991. In Mycotoxins and Animal Foods (J. E., Smith, and R. S., Henderson, editors), CRC Press, Inc., pp. 119 – 139.
• Matei, G., Păunescu, G., Imbrea, F., Elena, Roşculete, Roşculete, C., 2010. Rotation and fertilization – factors in increasing wheat production and improving the agro productive features of the brown reddish soil from central area of Oltenia, Research Jurnal Of Agricultural Science, Vol. 42 (1). USAMVB Timișoara, pag. 182 – 189.
• Mesterhazy, A. I., 1995. Types and components of resistance to Fusarium head blight of wheat. Plant breeding 114 5: 377 – 386.
• McMullen, M., Jones, R., and Gallenberg, D., 1997. Scab of wheat and barley: A re-emerging disease of devastating impact. Plant Dis. 81:1340 – 1348.
• Pereyra, S. A., Dill – Macky, R., 2008. Colonization of the residues of diverse plant species by Gibberella zeae and their contribution to Fusarium head blight inoculum. Plant Dis., 92, 800 – 807.
• Paraschivu, M., Cotuna O., Paraschivu M., 2014. Integrated disease management of Fusarium head blight, a sustainable option for wheat growers worldwide, Annals of the University of Craiova – Agriculture, Montanology, Cadastre Series, vol. XLIV, p. 183 – 187.
• Paraschivu, M., 2008. The impact of tillage, crop rotation and residue management on Fusarium Head Blight in wheat. In Compendium of deliverables of the Conservation Agriculture course 2008. Bram Govaerts and Antonio Castellanos – Navarrete, Eds. CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Center), Mexico, D. F., Mexico, 6 – 14 (p.48).
• Paul, P. A., Lipps, P. E., and Madden, L. V., 2005. Relationship between visual estimates of Fusarium head blight intensity and deoxynivalenol accumulation in harvested wheat grain: a meta-analysis. Phytopathology 95:1225 – 1236.
• Popescu, G., 2005. Tratat de Patologia plantelor, vol. II – agricultură, Ed. Eurobit, Timişoara, p. 17 – 20.
• Sobrova, P., Adam, V., Vasatkova, A., Beklova, M., Zeman, L., Kizek, R., 2010. Deoxynivalenol and its toxicity. Interdisc. Toxicol., 3, 94 – 99.
• Schroeder, H. W., and Christensen, J. J., 1963. Factors affecting resistance of wheat to scab caused by Gibberella zeae. Phytopathology 53 7, 1: 831 – 838.
• Suciu, L., Șopterean, L., Puia, C., Florian, T., Kadar, R., Russu F., Mureșanu F., Morea, A., Crișan, V., Florian V., Ghețe, A., 2020. The behaviour of some winter wheat varieties created at ARDS Turda against Fusarium sp. attack, during 2015 – 2018, Romanian Agricultural Research, No. 37, 17 – 24.
• Unger, P. W., 1994. Residue production and uses–an introduction to managing agricultural residues. In Managing Agricultural Residues; Unger, P. W., Ed., Lewis Publishers: Boca Raton, F. L., USA, pp. 1 – 6.
• Zhang, W., Boyle K., Brûlé – Babel, A. L., Fedak, G., Gao, P., Robleh Djama, Z., Polley, B., Cuthbert R. D., Randhawa, H. S., Jiang, F., Eudes, F. and Fobert, P. R., 2020. Genetic Characterization of Multiple Components Contributing to Fusarium Head Blight Resistance of FL62R1, a Canadian Bread Wheat Developed Using Systemic Breeding. Front. Plant Sci. 11:580833. doi: 10.3389/fpls.2020.580833.
• Watkins, J. E., Boosalis, M. G., 1994. Plant disease incidence as influenced by conservation tillage systems. In Managing Agricultural Residues; Unger, P. W., Ed. Lewis Publishers: Boca Raton, F. L., USA, pp. 261 – 283.
• Wegulo, S. N., 2012. Factors influencing Deoxynivalenol accumulation in small grain cereals, Toxins, 4, 1157 – 1180.
• Șef lucrări Dr. Ing. Cotuna Otilia, FACULTATEA DE AGRICULTURĂ – USV „Regele Mihai I” din Timișoara.