Fusaria and mycotoxins in maize and cereals – occurrence and influence of various factors on disease

• Forschungsstelle: ART
• Projektnummer: 08.32.04.02
• Projekttitel Englisch: Fusaria and mycotoxins in maize and cereals – occurrence and influence of various factors on disease
• Kurztitel: Fusarien und Mykotoxine in Mais und Getreide

Schlüsselwörter (Englisch)

Fusarium, mycotoxins, maize, wheat, pathogenicity

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei Mais und Maisprodukten ist mit einem erheblichen Fusarium-Infektionsrisiko und entsprechenden Mykotoxin-Belastungen zu rechnen (Stängel- und Kolbenfäule). Im Europäischen Raum liegen wenige repräsentative Untersuchungen über das Auftreten und die Bedeutung von Fusarien bei Mais und den Einfluss von Anbaufaktoren vor. Entsprechende Untersuchungen sowie Empfehlungen zur Risikobegrenzung werden jedoch von der Getreidebranche massiv gefordert. Resultate aus einem Vorprojekt zeigen, dass bei Mais Im Vergleich zu Weizen andere bzw. weitere Fusarium-Arten und damit andere, zum Teil krebserregende, Toxinsubstanzen vorliegen. Zudem wurden Methoden zur Probenahme und zur visuellen Beurteilung von Kolben- und Stängelbefall entwickelt. Diese müssen aber noch evaluiert und optimiert werden, um neben der Erstellung eines Inventars der in der Schweiz wichtigsten Fusariumarten auf Mais auch befallsbeeinflussende Faktoren erkennen und wirksame Massnahmen zur Regulierung und Bekämpfung der Maisfusarien entwickeln zu können.

Zwischen 2001 und 2004 wurde im Kt. Aargau eine Erhebung von Praxis-Weizenproben bezüglich Fusarienbefall und Mykotoxinbelastung (DON) durchgeführt. Dabei wurde unter anderem festgestellt, dass neben der am häufigsten vertretenen Art Fusarium graminearum (FG), auch oft F. poae (FP) auftrat. Die letzte Fusariumart produziert Toxine, die im Vergleich zu DON eine deutlich höhere akute Toxizität aufweisen. Die Verbreitung von FP auf Weizen in der Schweiz und damit die Belastung mit FP-Mykotoxinen ist jedoch nicht bekannt. Zudem liegen im Gegensatz zu FG für FP keine Untersuchungen zur genetischen Diversität, Toxinprofilen und möglichen Korrelationen zur Pathogenität auf Weizen vor. Um das Risiko bezüglich Mykotoxinbelastung in Weizen abschätzen zu können, benötigen wir fundierte Kenntnisse über potentielle Chemotypen und deren Aggressivität auf Weizen.

Zur Prognose von FG-Befall und DON-Kontamination in Weizen wurde im Rahmen des AP04-07 das Internet-Prognosesystem FusaProg entwickelt und der quantitative Einfluss der agronomischen Faktoren validiert. Zur Optimierung sollten noch weitere Faktoren wie z.B. der Befall der Vorfrucht Mais, mit einbezogen werden.

Die im AP04-07 durchgeführten Strohmanagement-Versuche zeigten, dass die Häckselqualität der Erntereste von Mais einen entscheidenden Einfluss auf den Befall von Weizen mit FG und die Belastung mit DON haben. Eine verstärkte Ausrichtung auf technische Aspekte ist nötig, um die Häckselqualität zu verbessern, um die Fusarium-reduzierende Wirkung noch zu verstärken.

Projektziele (Deutsch)

Unser Ziel ist eine wissenschaftlich fundierte Erhebung zur Bedeutung verschiedener Fusarium-Arten auf Mais und Getreide. Durch Methodenentwicklung, repräsentative Beprobung, Diagnose und Analyse werden neben dem Artenspektrum auch die Toxinkontamination von Getreide- und Maisprodukten erhoben und mögliche befallsbeeinflussende Faktoren evaluiert.

Dadurch kann die landwirtschaftliche Beratung das Risiko eines Befalls abschätzen und Empfehlungen zur Vermeidung von toxinbelasteten Ernteprodukten abgeben.

Mais:

1. Methodenvalidierung zur Untersuchung von Fusariumbefall und Toxinkontamination bei Mais

2. Etablierung eines Inventars der wichtigsten Fusarium-Arten auf Mais in der Schweiz und mögliche Einflussfaktoren

3. Ermittlung der wichtigsten Befallsfaktoren

Fusarien auf Weizen und FusaProg

1. Erhebung eines Inventars der häufigsten Fusarien-Arten bei Weizen

2. Sammlung von FP-Isolaten aus Weizen und Hafer

3. Ermittlung der genetischen Diversität von FP, Überprüfung der Toxinprofile und Pathogenität auf Weizen

4. Beurteilung des potentiellen Mykotoxin-Belastungsrisikos durch FP

5. Optimierung des Prognosesystems FusaProg zur Vorhersage von FG-Befallsperioden, einer Vorernte-Risikoberechnung sowie der gezielten Bekämpfung von FG und der Reduktion des Fusarientoxins DON in Weizen.

6. Verbesserung des Maisstrohmanagements zur Reduktion von FG-Befall durch technisch optimierte Häckselverfahren (in Zusammenarbeit mit der FG 34.4, Tänikon).

Unsere Untersuchungen sind Grundlage für die Produktion von gesundem und toxinfreiem Getreide und Mais und im Interesse der Produzenten und Konsumenten dieser Feldfrüchte.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Anonymous. 2007. Incidence of FHB in winter wheat 2007. [cited July 18 2007]. Available from http://cropmonitor.csl.gov.uk/wwheat/encyclopaedia/fusariumEB/inc2.cfm.

Jestoi, M., Paavanen-Huhtala, S., et al. 2007. In vitro and in vivo mycotoxin production of Fusarium species isolated from Finnish grains. Archives of Phytopathology and Plant Protection (in press).

Paavanen-Huhtala, S., Jestoi, M., et al. 2007. Real-time PCR detection and quantification of Fusarium poae, F. graminearum, F. sporotrichioides and F. langsethiae in cereal grains in Finland and Russia. Archives of Phytopathology and Plant Protection (in press).

Presello, D. A., Iglesias, J., et al. 2006. Stability of maize resistance to the ear rots caused by Fusarium graminearum and F. verticillioides in Argentinian and Canadian environments. Euphytica 147(3): 403-407.

Proctor, R. H., Plattner, R. D., et al. 2006. Fumonisin production in the maize pathogen Fusarium verticillioides: Genetic basis of naturally occurring chemical variation. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54(6): 2424-2430.

Reid, L. M., T. Woldemariam, X. Zhu, D. W. Stewart, and A. W. Schaafsma. 2002. Effect of inoculation time and point of entry on disease severity in Fusarium graminearum, Fusarium verticillioides, or Fusarium subglutinans inoculated maize ears. Canadian Journal of Plant Pathology-Revue Canadienne de Phytopathologie 24 (2):162-167.

Thrane, U., Adler, A., et al. 2004. Diversity in metabolite production by Fusarium langsethiae, Fusarium poae, and Fusarium sporotrichioides. International Journal of Food Microbiology 95(3): 257-266.

Vogelgsang, S., Sulyok, M., et al. Effect of fungal isolate and cereal substrate on the in vitro mycotoxin production of Fusarium poae and Fusarium avenaceum. Food Additives and Contaminants: submitted.

Xu, X. M., Parry, D. W., et al. 2005. Predominance and association of pathogenic fungi causing Fusarium ear blight in wheat in four European countries. European Journal of Plant Pathology 112(2): 143-154.

Projektspezifische Kosten (Deutsch)

PCR-basierte Diagnostik: Fr. 15'000.-/Jahr (Verbrauchsmaterial)

PraktikantIn (Mithilfe Probenerfassung und -aufbereitung, Gesundheitstests Mais/Weizen) 4 x Fr. 15'000.-

Software zum Erhalt von FusaProg Internet-Prognosesystem Fr. 15'000.- (zu Lasten EDV-Budget verteilt auf 2008/2009).

Wiss. MitarbeiterIn zur Erfassung Fusarien und Mykotoxine bei Mais. Fr. 240'000.- (3x90'000, 1 Stelle 3 Jahre) – Entsprechende Drittmittel müssen gefunden werden (z.B. BLW, Vereinigung CH Futtermittel­fabrikanten, DSP, kant. Zentralstellen Pfl.schutz, swiss granum etc.)