Prevention of toxigenic fungi and mycotoxins in arable crops and harvested goods

• Research unit: AGS
• Project number: 14.42.4.2

Key words (English)

Mycotoxin, Fusarium, Aspergillus, mould, head blight, ear rot, stalk rot

Short description (German)

Toxigene Pilze verursachen weltweit und in der Schweiz grosse Probleme. Befall durch diese Erreger führen in Getreide und Mais zu erheblichen Ernte- und Qualitätsverlusten. Das Erntegut ist zudem häufig mit gefährlichen Mykotoxinen belastet, welche die Sicherheit der daraus gewonnene Lebens- und Futtermittel gefährden. Fusarium-Arten gehören zu den häufigsten Toxin produzierenden Pilzen. Die Umsetzung der von uns entwickelten Anbauempfehlungen in die landwirtschaftliche Praxis zur Vermeidung von Mykotoxinen in Weizen ist jedoch nicht unproblematisch. Daher planen wir weitere Forschungsarbeiten, zum Beispiel die Überprüfung von Möglichkeiten zur biologischen Bekämpfung mit natürlich vorkommenden Antagonisten. Diese Arbeiten werden einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Kontrolle von Ährenfusariosen in Weizen, aber auch für andere Getreidearten leisten.
Bei Körner- und Silomais ist die Fusarium-Artendiversität und die Mykotoxinbelastung häufig höher als in Getreide. Die beeinflussenden Anbaufaktoren sind bisher nur ansatzweise erkennbar. Der Anbau von Mais als Futtermittel, vereinzelt auch als Lebensmittel, nimmt stetig zu und es ist daher von hoher Bedeutung, Empfehlungen zur Vermeidung von Befall zu erarbeiten.
Neben Fusarium-Pilzen gehören Erreger der Gattung Aspergillus zu weltweit verbreiteten und hoch potenten Toxin-Bildnern. Bis anhin gingen wir davon aus, dass diese Arten vor allem im Lager und in Ländern mit Dürreperioden von Bedeutung sind. Aufgrund des Klimawandels könnten diese Aflatoxin-bildenden Arten jedoch auch in Europa bereits im Feld häufiger auftreten und neue Toxinprobleme hervorrufen. Im Gegensatz zu Fusarium-Toxinen können Aflatoxine durch Futtermittel in Milch- und Fleischprodukte gelangen und gefährden dadurch zusätzlich die Sicherheit von tierischen Lebensmitteln. Unsere derzeit laufende Beprobung von Mais-Sortenversuchen soll dazu genutzt werden, das Auftreten von Aspergillus-Arten und deren Aflatoxine zu klären und analog zu den bisherigen Fusarien-Untersuchungen die Anbaufaktoren zu evaluieren, die den Befall beeinflussen. Damit sollen langfristig Empfehlungen erarbeitet werden, um Aspergillus-Befall zu vermeiden und damit das Risiko von toxinbelasteten Futter- und Lebensmitteln nachhaltig zu verringern.

Project aims (German)

Vermeidung von Ährenfusariosen in Weizen und Stängel- und Kolbenfäule in Mais
Die Bedeutung verschiedener Fusarium-Arten sowie den Einfluss verschiedener Anbaufaktoren auf den Befall und die Mykotoxinbelastung von Weizen, Körner- und Silomais sind in Zusammenarbeit mit den kantonalen Zentralstellen für Pflanzenschutz untersucht. Dazu gehören beispielsweise Fruchtfolge, Bodenbearbeitung, Düngerverfahren und neue Sorten. Zudem untersucht sind die momentan und auch ab 2014 aus Agroscope-Sortenversuchen und aus der Praxis anfallenden Maisproben. Ebenfalls untersucht ist, ob sich durch den Klimawandel die Zusammensetzung des Fusarium-Artenkomplexes ändert.

Biologische Kontrolle von Fusarium graminearum in Weizen
Möglichkeiten zur biologischen Kontrolle der häufigsten Fusarium-Art auf Weizen, F. graminearum, mit natürlich vorkommenden Gegenspielern auf Ernteresten der Vorfrucht sind überprüft. Diese Arbeiten sind als Ergänzung zur nachhaltigen Regulierung von Ährenfusariosen in Weizen geplant.

Abklärung der Bedeutung von Fusarien und Mykotoxinen in Gerste und Hafer
Ein Schweiz weites Fusarien-Monitoring anhand von Praxis-Gerste- und Hafer-Ernteproben ist in der Planung abgeschlossen. Dazu gehört die Identifizierung der dominanten Arten, der häufigsten Toxine und die Erhebung der Anbaufaktoren, die den Befall beeinflussen könnten. Zudem sind neue Linien mit einem höheren Gehalt an gesundheitsfördernden Substanzen auf ihre Anfälligkeit gegenüber der jeweils wichtigsten Fusarium-Art und deren Epidemiologie untersucht. Damit kann das bestehende Prognosesystem FusaProg, das bisher ausschliesslich für F. graminearum in Weizen und das Toxin DON entwickelt wurde, auf zwei weitere Getreidearten und weitere Toxine erweitert werden.

Abklärungen zum Vorkommen von Aspergillus-Arten und Vermeidungsstrategien
Unsere ausgezeichneten Kontakte mit den kantonalen Zentralstellen für Pflanzenschutz sowie unsere derzeit laufende Beprobung von Mais-Sortenversuchen werden dazu genutzt, das Auftreten von Aspergillus-Arten und deren Aflatoxine in Mais zu klären und analog zu den bisherigen Fusarien-Untersuchungen die Anbaufaktoren zu evaluieren, die den Befall beeinflussen. Ein langfristiges Ziel ist, Empfehlungen zu erarbeiten, um Aspergillus-Befall zu vermeiden und damit das Risiko von toxinbelasteten Futter- und Lebensmitteln nachhaltig zu verringern.

Knowlegde improvements / Publications (German)

Cardwell, K. F., Kling, J. G., Maziya-Dixon, B., & Bosque-Perez, N. A. (2000). Interactions between Fusarium verticillioides, Aspergillus flavus, and insect infestation in four maize genotypes in lowland Africa. Phytopathology, 90, 276-284.

Dorn, B., Forrer, H. R., Jenny, E., Wettstein, F. E., Bucheli, T. D., & Vogelgsang, S. (2011). Fusarium species complex and mycotoxins in grain maize from a multiyear maize hybrid trial and from grower’s fields. Journal of Applied Microbiology, 111, 693–706.

Dorn, B., Forrer, H. R., Schürch, S., & Vogelgsang, S. (2009). Fusarium species complex on maize in Switzerland: occurrence, prevalence, impact and mycotoxins in commercial hybrids under natural infection. European Journal of Plant Pathology, 125, 51-61.

Dykes, L., & Rooney, L. W. (2007). Phenolic compounds in cereal grains and their health benefits. Cereal Foods World, 52, 105-111.

Eckard, S., Wettstein, F. E., Forrer, H. R., & Vogelgsang, S. (2011). Incidence of Fusarium species and mycotoxins in silage maize. Toxins, 3, 949-967.

Gembeh, S. V., Brown, R. L., Grimm, C., & Cleveland, T. E. (2001). Identification of chemical components of corn kernel pericarp wax associated with resistance to Aspergillus flavus infection and aflatoxin production. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 49, 4635-4641.

Luongo, L., Galli, M., Corazza, L., Meekes, E., De Haas, L., Van der Plas, C. L., & Kohl, J. (2005). Potential of fungal antagonists for biocontrol of Fusarium spp. in wheat and maize through competition in crop debris. Biocontrol Science and Technology, 15, 229-242.

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Palazzini, J. M., Groenenboom-de Haas, B. H., Torres, A. M., Köhl, J., & Chulze, S. N. (2013). Biocontrol and population dynamics of Fusarium spp. on wheat stubble in Argentina. Plant Pathology, 62, 859-866.

Vogelgsang, S., Hecker, A., Musa, T., Dorn, B., & Forrer, H. R. (2011). On-farm experiments over five years in a grain maize - winter wheat rotation: Effect of maize residue treatments on Fusarium graminearum infection and deoxynivalenol contamination in wheat. Mycotoxin Research, 27, 81-96.

Vogelgsang, S., Jenny, E., Hecker, A., Bänziger, I., & Forrer, H. R. (2009). Fusarien und Mykotoxine bei Weizen aus Praxis-Ernteproben. Agrarforschung, 16, 238-242.

Vogelgsang, S., Sulyok, M., Hecker, A., Jenny, E., Krska, R., Schuhmacher, R., & Forrer, H. R. (2008). Toxigenicity and pathogenicity of Fusarium poae and Fusarium avenaceum on wheat. European Journal of Plant Pathology, 122, 265-276.

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Zhou, K., Hao, J., Griffey, C., Chung, H., O'Keefe, S. F., Chen, J., & Hogan, S. (2007). Antioxidant properties of Fusarium head blight-resistant and -susceptible soft red winter wheat grains grown in Virginia. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, 3729-3736.

Customers / Reporting (German)

Die wichtigsten Kunden sind die Schweizer Landwirte und alle weiteren Vertreter der Getreide- und Maisbranche (swiss granum, SGPV, IP-Suisse, BioSuisse), sowie auch die der Produktion nachgelagerten Betriebe, der Lebensmittelhandel und schliesslich die Konsumenten. Das Tätigkeitsfeld ist zudem für verschiedene Industriepartner interessant (z.B. Firmen spezialisiert auf Produktion von pilzlichen Antagonisten). Die kantonalen Beratungsdienste profitieren von der Arbeit im Rahmen dieses Tätigkeitsfeldes, unterstützen uns im Rahmen der Schweiz-weiten Monitorings und helfen gleichzeitig mit, die Ergebnisse in der Praxis umzusetzen. Zudem sind die Vertreter der nationalen und internationalen Wissenschaft eine wichtige Kundengruppe dieses Tätigkeitsfeldes.

Zwischen- und Endberichte für Drittmittelprojekte; Präsentationen auf nationalen und internationalen Tagungen; Publikationen in wissenschaftlichen Zeitschriften und in der landwirtschaftlichen Presse; Merkblätter; Feldbegehungen und Demonstrationen in Zürich-Reckenholz, Changins & Cadenazzo (NFP 69-Projekt), Workshops mit Vertretern der Getreidebranche.