Зараженность зерна овса грибами Fusarium и Alternaria и ее сортовая специфика в условиях северо-запада России

В настоящее время исследования зараженности зерна овса токсинопродуцирующими видами грибов особенно актуальны, поскольку значительно возросла востребованность этой культуры в качестве исходного сырья для пищевой продукции, в том числе детского и диетического питания (1). В связи с этим все больше внимания уделяется безопасности продуктов на основе овса.

Исследования профинансированы грантом Российского научного фонда (проект ¹ 14-16-00072).

Обилие и видовой состав микобиоты — один из важных факторов, определяющих качество зерна. Грибы рода Fusarium образуют токсичные вторичные метаболиты, способные негативно воздействовать на здоровье потребителей зерновой продукции. В настоящее время в России установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) в зерне и различных продуктах его переработки для трихотеценовых фузариотоксинов дезокси-ниваленола (ДОН) — 700-1000 мкг/кг, Т-2/НТ-2 токсинов (Т-2/НТ-2) — 100 мкг/кг, а также зеараленона (ЗЕН) — 200-1000 мкг/кг (2).

Микотоксикологический анализ овса ежегодно выявляет высокую зараженность грибами Fusarium и контаминацию зерна фузариотоксина-ми. В 2008 году на северо-западе России она в среднем составила 17,0 %. Микотоксины Т-2/НТ-2 и ДОН были обнаружены соответственно в 46 и 47 % образцов, а их максимальное содержание составило 182 и 2505 мкг/кг (3). Результаты исследований, проведенных в Норвегии, показывают, что овес значительно сильнее подвержен заражению грибами Fusarium по сравнению с пшеницей. Кроме того, продуценты трихотеценовых микотоксинов — грибы F. poae (Peck) Wollenw. и F. langsethiae Torp et Nirenberg также чаще встречались на овсе, чем на пшенице и ячмене (4). За 10 лет наблюдений исследователи из Финляндии, Норвегии и Швеции показали превышение допустимого содержания ДОН (1750 мкг/кг) в 3-28 % образцов зерна, употребляемого в пищу, в зависимости от региона (5). Однако им не удалось выявить метеорологические факторы или агротехнические приемы, влияющие на увеличение содержания микотоксина в зерне. Проведенный в 2010-2011 годах анализ образцов овса из трех регионов Швеции показал, что большинство из них (90-100 %) были заражены видами F. poae , F. langsethiae и F. avenaceum (Fr.) Sacc. Обнаружена положительная корреляция (не менее r = 0,52 при уровне значимости 99 %) между присутствием видов Fusarium и количеством выявленных в зерне фузариотоксинов (6). Результаты исследований 98 образцов зерна овса из урожая 2009-2011 годов, выращенного в Польше, свидетельствуют о высокой распространенности Т-2/НТ-2, ниваленола (НИВ), ДОН и ЗЕН в зерне и продуктах, полученных на его основе. Наибольшую опасность, по мнению авторов, представлял НИВ, максимальное содержание которого достигало 655 мг/кг (7).

Также сообщается о заражении зерна представителями рода Alternaria и контаминации микотоксинами, образуемыми грибами этой группы (8-14). По сравнению с видами Fusarium грибы рода Alternaria имеют несколько меньшее значение как фитопатогены и источники контаминации зерна злаков (15). Токсичность вторичных метаболитов, образуемых некоторыми видами этого рода, активно изучается (16, 17). Показано, что один из наиболее распространенных и опасных вторичных метаболитов Alternaria spp. — альтернариол (АОЛ) (18, 19).

Первое сообщение о содержании фузариотоксинов в зерне овса из нескольких регионов России было опубликовано в 2009 году (20). Высокая частота видов Fusarium и Alternaria на зерновых культурах, широкое возделывание овса в регионах с умеренным климатом и его активное использование в производстве кормов и продуктов питания предполагают необходимость контроля качества зернового сырья и совершенствования мер профилактики микотоксикозов.

Целью настоящей работы была оценка зараженности грибами Fusarium и Alternaria зерна у овса с учетом сортовых особенностей и поиск корреляционных связей между интенсивностью инфицирования зерна доминирующими видами грибов и накоплением микотоксинов.

Методика. В 2014 году был проведен анализ зараженности грибами 56 образцов зерна овса, выращенного в пяти областях Северо-Западного региона России: по 7 образцов из Архангельской и Псковской областей, 20 — из Вологодской, 12 — из Ленинградской и 10 — из Новгородской области. Образцы (кроме несортовых или безымянных) относились к 14 сортам: Адамо ( n = 1), Аргамак ( n = 2), Борец ( n = 2), Borrus ( n = 15), Кречет ( n = 1), Лев ( n = 9), ЛОС-3 ( n = 2), Скакун ( n = 4), Скорпион ( n = 1), Теремок ( n = 1), Фухс ( n = 4), Черниговский ( n = 2), Черниговский 83 ( n = 1) и Яков ( n = 4).

Для изучения зараженности образцов из средней пробы каждого образца не менее 100 зерен после поверхностной стерилизации 70 % этанолом помещали на картофельно-сахарозную агаризованную (КСА) среду и через 10-14 сут учитывали число колоний грибов, выросших из зерновок (21). Видовую принадлежность грибов идентифицировали по определителям (22-24). Зараженность образца зерна грибами (%) рассчитывали как отношение числа зерен, зараженных определенным видом или родом гриба, к общему числу проанализированных зерен. Долю конкретного вида (%) в комплексе патогенов рода Fusarium или Alternaria в каждом образце определяли как отношение числа зерен, зараженных определенным видом к числу зерен, зараженных любыми видами этого рода.

Статистическую обработку результатов, в том числе расчет коэффициентов корреляции, проводили с помощью программ Microsoft Excel 2010 и Statistica v. 6.

Результаты . Среди изученных образцов зерна овса, высеваемого в Северо-Западном регионе, самой многочисленной была группа, представленная сортом Borrus (Германия): доля его образцов составила 32 %. Этот сорт районирован в России с 1982 года и до сих пор востребован у производителей сельскохозяйственной продукции благодаря высокой урожайности и толерантности к заболеваниям. Следующим по распостраненности оказался сорт Лев (ГНУ Московский НИИСХ «Немчиновка») — 18 %. Сорта Скакун, Фухс и Яков были представлены реже, их доли не превышали 8 %.

Микологический анализ зараженности зерна овса выявил присутствие в микобиоте различных видов грибов, относящихся к родам Alter-naria , Aspergillus , Bipolaris , Cladosporium , Epicoccum , Fusarium , Penicillium и др. Наиболее распространенными среди выявленных микромицетов оказались представители Fusarium и Alternaria (рис.).

А                         Б                         В

Инфицированность зерна овса различными видами грибов Fusarium , Alternaria , Bipolaris , Epicoccum (после поверхностной стерилизации, 10 сут на картофельно-сахарозном агаре) : А — сорт Borrus (Ленинградская обл.), Б — сорт Скакун (Архангельская обл.), В — сорт Лев (Псковская обл.) (2014 год).

Зараженность грибами Fusarium была обнаружена у 88,9 % проанализированных образцов. Средняя зараженность зерна варьировала по областям Северо-Западного региона от 6,1 до 18,7 %. Максимальное значе- ние этого показателя составило 64,0 %. Грибами рода Alternaria были заражены 91,0 % из изученных образцов овса. Средняя зараженность также варьировала по областям — от 1,5 до 48,0 %, максимальное значение достигало 85 % (табл.).

Зараженность зерна овса из различных областей Северо-Западного региона России грибами родов Fusarium и Alternaria

Область	Fusarium			Alternaria
	доля зараженных образцов, %	зараженность зерна, %		доля зараженных образцов, %	зараженность зерна, %
		средняя ( M ± m )	min-max		средняя ( M ± m )	min-max
Архангельская	71,4	9,3±10,8	2-27	71,4	1,5±1,4	1-3
Вологодская	100	18,7±14,8	2-64	100	48,0±13,0	24-70
Ленинградская	83,3	6,1±8,5	1-26	91,6	23,7±20,2	1-78
Новгородская	90,0	17,5±17,6	5-40	80,0	24,1±23,3	1-57
Псковская	100	8,7±10,3	1-29	100	42,8±34,6	14-85
Всего по региону	88,9	12,1±14,5	1-64	91,1	32,0±24,0	1-85

Анализ видового состава Fusarium выявил, что на зерне овса из всех обследованных областей доминировал гриб F. poae . Его доля в комплексе фузариевых грибов составила 73,9 % — в Архангельской, 80,5 % — в Вологодской, 47,8 % — в Ленинградской, 88,0 % — в Новгородской, 59,0 % — в Псковской областях. Относительно слабый патоген F. poae , как правило, локализуется в цветковой пленке и не поникает глубоко внутрь зерновки. Однако значительная зараженность этим грибом снижает как кормовые, так и семенные качества зерна. Обычно с высокой частотой F. poae встречается именно на овсе (25). Он способен продуцировать трихотецено-вый метаболит НИВ, обладающий высокотоксичными свойствами, но ПДК которого в зерне не нормировано. Следующими по встречаемости были виды F. sporotrichioides Sherb. и F. langsethiae . На территории Архангельской области F. langsethiae обнаружен впервые. Все изоляты этого вида были выделены из зерна, выращенного в Вельском районе, пограничном с Вологодской областью, где F. langsethiae — типичный представитель фуза-риевых грибов в зерне (26). В настоящее время его ареал охватывает всю европейскую часть России, что требует проведения тщательного мониторинга Т-2/НТ-2 в получаемом на этой территории урожае.

Кроме этих видов, с низкой частотой на территории Северо-Запада встречались F. anguioides Sherb., F. avenaceum , F. graminearum Schwabe, F. in-carnatum (Desm.) Sacc., F. subglutinans (Wollenw. et Reinking) P.E. Nelson, Toussoun et Marasas, F. tricinctum (Corda) Sacc.

По сравнению с грибами Fusarium , представители рода Alternaria встречались значительно чаще. Доминирующим видом был токсинопродуцирующий A. tenuissima (Nees et T. Nees: Fr.) Wiltshire, реже обнаруживался также опасный A. arborescens E.G. Simmons . С низкой частотой были обнаружены виды из комплекса A. infectoria . Подобный видовой состав и степень зараженности выявлены на зерновых в европейской части России и в предыдущие годы (27-29). Южнее Архангельской области средняя зараженность Alternaria колебалась в зависимости от региона, но везде достигала высоких значений (57-85 %). Доля A. tenuissima и A. arborescens в большинстве случае составляла 66-86 % от общего числа изолятов Alternaria .

По зараженности зерна грибами Fusarium к группе высоко восприимчивых сортов овса, возделываемых на северо-западе России, были отнесены Лев, Адамо, Яков, Кречет, средняя зараженность зерна которых превышала 20 %. Также отмечена достоверно более высокая зараженность грибами Alternaria сорта Лев по сравнению с остальными проанализированными сортами (р ≤ 0,05).

Ранее сообщалось о выявлении разных количеств микотоксинов в зерне исследованных образцов овса из всех областей (10). Так, образуемые грибами Fusarium Т-2/НТ-2 токсины были обнаружены в 60,7 % образцов. Превышение ПДК этих микотоксинов зафиксировали в пяти образцах зерна из Вологодской (Вологодский, Грязовецкий, Тотемский р-ны), Ленинградской (Ломоносовский р-н) и Новгородской областей (Шимский р-н). По нашим данным, за контаминацию зерна Т-2/НТ-2 в большей мере был ответствен F. langsethiae . Коэффициент корреляции между зараженностью зерна F. langsethiae и содержанием этих микотоксинов оказался положительным и составил 0,7 (р ≤ 0,05). Достоверной связи между присутствием F. sporotrichioides — широко распространенного продуцента Т-2/НТ-2 и количеством этих микотоксинов в зерне не выявлено. Микотоксин ДОН был выявлен в 62,5 % проанализированных образцов овса (10), причем превышение ПДК зафиксировано только в двух образцах: у сорта Borrus (Хвойнинский р-н, Новгородская обл.) и сорта Скакун (Устьянский р-н, Архангельская обл.) — соответственно 1159 и 1990 мкг/кг. Основными продуцентами ДОН были F. graminearum и F. culmorum . Гриб F. graminearum , который ранее рассматривался как типичный патоген зерновых, возделываемых в теплом и влажном климате, впервые выявлен нами сравнительно недавно на территории северо-запада России (30). Проблема появления опасных патогенов и их адаптация на новых территориях приобретает особую важность в связи с потеплением климата (31). Тем самым еще раз подтверждается необходимость проведения тщательной фитоэкспертизы семян для предотвращения заноса в новые регионы нехарактерных для них вредоносных видов организмов.

Установлено, что 29 % этих образцов овса содержали АОЛ (10). Значительное количество этого метаболита отмечали в зерне из Новгородской (Хвойнинский р-н) и Псковской (Печорский р-н) областей — соответственно 1159 и 1545 мкг/кг. Достоверной связи между контаминацией АОЛ и зараженностью зерна видами Alternaria по отдельности и всеми вместе не выявили.

Рост грибов и образование микотоксинов протекает с разной интенсивностью и в значительной степени зависит от ряда факторов (вид и штамм гриба, генотип растения-хозяина, сроки инфицирования и условия окружающей среды). Кроме того, сосуществование разнообразных, в том числе токсинопродуцирующих, микроорганизмов на одном богатом питательными веществами субстрате предполагает различные типы их взаимоотношений. Помимо непосредственной конкуренции за питательные вещества и жизненное пространство, взаимодействие организмов может приводить к изменению метаболической активности и оказывать влияние на образование микотоксинов (32, 33). Оценка взаимовлияния компонентов микобиоты на качество получаемого зерна — приоритетное направление современных исследований. Тщательный мониторинг видового состава патогенов на зерновых культурах позволяет отследить появление новых опасных видов грибов, продуцирующих токсины, и предотвратить снижение качества кормов и продуктов питания.

Таким образом, мы оценили зараженность 56 образцов зерна овса ( Avena sativa L.) у 14 сортов (Адамо, Аргамак, Борец, Borrus, Кречет, Лев, ЛОС-3, Скакун, Скорпион, Теремок, Фухс, Черниговский, Черниговский 83 и Яков, а также несортовые или безымянные образцы) из пяти областей (Архангельская, Псковская, Вологодская, Ленинградская и Новгородская) грибами Fusarium и Alternaria . Рассчитывали зараженность образца зерна грибами и долю конкретного вида (%) в комплексе патогенов рода 115

Fusarium или Alternaria в каждом образце. Микологический анализ выявил присутствие в микобиоте различных видов грибов, относящихся к родам Alternaria , Aspergillus , Bipolaris , Cladosporium , Epicoccum , Fusarium , Penicil-lium и др. Наиболее распространенными оказались грибы Fusarium и Al-ternaria . Зараженность грибами рода Fusarium обнаружена у 88,9 % образцов овса (средняя зараженность зерна варьировала от 6,1 до 18,7 %, максимальное значение составило 64,0 %), грибами Alternaria — у 91,0 % образцов (от 1,5 до 48,0 %, максимальное значение — 85,0 %). С наибольшей частотой среди фузариевых грибов встречались три вида F. poae , F. spo-rotrichioides и F. langsethiae — продуценты трихотеценовых микотоксинов. С низкой частотой встречаемости на территории Северо-Западного региона были выявлены F. anguioides , F. avenaceum , F. graminearum , F. in-carnatum , F. subglutinans , F. tricinctum . Гриб F. langsethiae впервые обнаружен на территории Архангельской области — в самой северной точке ареала этого вида на территории России. Показана высокая положительная связь между выявлением F. langsethiae и T-2/HT-2 токсинов в зерне. Грибы рода Alternaria в основном были представлены видами A. tenuissima и A. arborescens (66-86 % от общего числа изолятов Alternaria ). По зараженности зерна грибами Fusarium к группе высоко восприимчивых сортов овса были отнесены Лев, Адамо, Яков, Кречет (средняя зараженность более 20 %). Отмечена также достоверно более высокая зараженность грибами Alternaria у сорта Лев по сравнению с другими сортами овса. Изучение взаимовлияния компонентов микобиоты на качество получаемого зерна следует рассматривать как приоритетное направление современных исследований. Кроме того, чтобы отследить появление новых опасных продуцирующих токсины видов грибов и предотвратить снижение качества кормов и продуктов питания, необходим тщательный мониторинг видового состава патогенов на зерновых культурах.