Ανίχνευση και προσδιορισμός αφλατοξινών, φουμονισινών και μυκοτοξικογόνων μυκήτων Aspergillus spp. και Fusarium spp. σε καλλιέργειες καλαμποκιού στη Θεσσαλία και Μακεδονία

Abstract

Οι μύκητες των γενών Fusarium spp. και Aspergillus spp. προκαλούν σήψεις σπαδίκων και παράγουν τις καρκινογόνες μυκοτοξίνες φουμονισίνες και αφλατοξίνες αντίστοιχα, στην καλλιέργεια του καλαμποκιού. Η μόλυνση του καλαμποκιού με τους μυκοτοξικογόνους μύκητες ξεκινά με το μετάξωμα του σπάδικα, συνεχίζεται μέχρι την φυσιολογική ωρίμανση των σπόρων και αυξάνεται μέχρι το στάδιο της συγκομιδής ενώ το πρόβλημα εντείνεται σε μετασυλλεκτικό επίπεδο. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η καταγραφή της υφιστάμενης κατάστασης στη Θεσσαλία, στην Κεντρική και Ανατολική Μακεδονία όσον αφορά τα επίπεδα μυκοτοξινών που παράγονται από τα είδη των γενών Aspergillus και Fusarium αλλά και την πληθυσμιακή τους διακύμανση στο καλαμπόκι, μια ιδιαίτερα σημαντική καλλιέργεια της Ελλάδας όπου καλλιεργούνται περισσότερα από 1.300.000 στρέμματα σε αυτές τις περιοχές. Απώτερος στόχος της μελέτης είναι η βελτίωση της ποιότητας του καλαμποκιού που θα μπορούσε να οδηγήσει στην αύξηση της ανταγωνιστικότητας και της εμπορικότητάς του στην ελληνική και διεθνή αγορά. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια σειρά εκτεταμένων δειγματοληψιών καλαμποκιού σε 70 επιλεγμένους αγρούς της Κεντρικής και Βόρειας Ελλάδας (Ν. Καρδίτσας, Ν. Τρικάλων, Ν. Λάρισας, Ν. Μαγνησίας & Ν. Καβάλας, Ν. Σερρών, Ν. Δράμας). Στους αγρούς έγινε εκτίμηση της έντασης της ασθένειας των σήψεων σπαδίκων καλαμποκιού (ποσοστό μολυσμένων σπαδίκων με συμπτώματα σήψεων από Fusarium spp. και Aspergillus spp. ανά αγρό) όπου υπήρχε διακύμανση της προσβολής από 5-100%, ενώ η σοβαρότητα της ασθένειας των σήψεων των σπαδίκων (ποσοστό μολυσμένων σπόρων με συμπτώματα σήψεων ανά σπάδικα ανά αγρό) κυμαινόταν από 0-100%. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε ποσοτικός έλεγχος αφλατοξινών και φουμονισινών κατά το στάδιο της ωρίμανσης των συλλεχθέντων σπαδίκων, όπου έδειξε ότι σε πολλές περιοχές της Θεσσαλίας και Μακεδονίας τα ποσοστά τοξινών ήταν υψηλότερα από τα ανώτατα θεσπισμένα όρια και κυμαινόταν από 0-100 ppm για τις φουμονισίνες και 0-150 ppb για τις αφλατοξίνες. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μελέτη της πληθυσμιακής διακύμανσης και σύνθεσης των μυκοτοξικογόνων μυκήτων στους επιλεγμένους αγρούς. Από τους συλλεχθέντες σπάδικες απομονώθηκαν μύκητες του γένους Aspergillus spp. και Fusarium spp. και ακολούθησε ταυτοποίησή τους με μορφολογικές και μοριακές μεθόδους. Τα αποτελέσματα έδειξαν για πρώτη φορά στην Ελλάδα την απομόνωση και ταυτοποίηση των ειδών F. verticillioides, F. proliferatum, F. subglutinans, F. incarnatum, F. thapsinum, F. solani, F. oxysporum και F. brachygibbosum καθώς και των ειδών A. flavus και A. niger. Τα στελέχη αυτά εξετάστηκαν στη συνέχεια ως προς τη φυλογενετική τους συγγένεια. Ακολούθησε εξέταση 130 στελεχών ως προς τη μυκοτοξικογόνο ικανότητά τους ώστε να πραγματοποιηθεί ποσοτικός προσδιορισμός της παραγόμενης φουμονισίνης και αφλατοξίνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα περισσότερα είδη φουζαρίων είναι ισχυρά τοξικογόνα και παράγουν περισσότερη από 20 ppm φουμονισίνη ενώ τα περισσότερα είδη ασπεργίλλων είναι μη τοξικογόνα με εξαίρεση να αποτελούν π.χ. το στέλεχος 40 που παρήγαγε 40 ppb αφλατοξίνη. Τέλος, με στόχο την αξιολόγηση της επίδρασης των περιβαλλοντικών συνθηκών στα επίπεδα των παραγόμενων αφλατοξινών και φουμονισινών στην καλλιέργεια καλαμποκιού, έγινε συσχέτιση τους με τα μετεωρολογικά δεδομένα των τριών τελευταίων χρόνων (2012-2014) από διάφορες περιοχές της Θεσσαλίας και της Μακεδονίας, τα οποία έδειξαν ότι οι βροχοπτώσεις του 2014 πιθανόν να συντέλεσαν στα έντονα συμπτώματα σήψεων από τα είδη του γένους Fusarium spp. και περιόρισαν τις προσβολές από είδη του γένους Aspergillus spp. χωρίς όμως να περιοριστούν σημαντικά οι αφλατοξίνες στο καλαμπόκι. Με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης κρίνεται αναγκαία η διεξαγωγή τακτικών ελέγχων ανίχνευσης μυκοτοξινών στον αραβόσιτο σε προσυλλεκτικό και μετασυλλεκτικό επίπεδο από τους παραγωγούς, εμπόρους και αρμόδιες υπηρεσίες με απώτερο στόχο στη βελτίωση της ποιότητας και ασφάλειας του καλαμποκιού. Οι έλεγχοι αυτοί είναι απαραίτητοι για την αύξηση της ανταγωνιστικότητας και της εμπορικότητάς του αραβοσίτου στην ελληνική και διεθνή αγορά αφού θα το καθιστούν αυτόματα αξιόπιστο προϊόν με πλήρη φάκελο ιχνηλασιμότητας.

Various species of Aspergillus and Fusarium cause ear and grain molds in maize and produce carcinogenic mycotoxins (i.e. aflatoxins and fumonisins) that are particularly harmful to humans and animals. Aspergillus spp. and Fusarium spp. infection starts usually at physiological maturity of the seed at preharvest level and increase up to storage at postharvest level. The purpose of this study is to evaluate the disease incidence and severity of ear rots and evaluate the aflatoxin and fumonisin contamination caused by Aspergillus spp. and Fusarium spp. in maize fields in Thessaly, in Central and Eastern Macedonia that are major corn producing areas of Greece with varying climatic conditions. Maize is a very important crop in Greece where more than 1.3 million acres to be grown in the above mentioned regions. The ultimate goal of the study is to improve the quality of corn that could lead to increase its competitiveness and marketability in national and international market. Initially, field surveys were conducted and ear samples were collected from 70 fields of Central and Northern Greece (in Prefectures of Karditsa, Trikala, Larisa, Magnesia, Kavala, Serres and Drama). The disease incidence of maize ear rots (percentage of infected plants with ear rot symptoms caused by Fusarium spp. and Aspergillus spp. per field) ranged from 5% to 100% whereas the disease severity of ear rots (percentage of infected grain rot symptoms per ear per field) ranged from 0% to 100%. In parallel, quantification of aflatoxins and fumonisins content of the harvested ears, demonstrated that in many regions of Thessaly and Macedonia, mycotoxin levels were higher than the maximum approved EU limits and ranged between 0-100 ppm for fumonisins and 0-150 ppb for aflatoxins. Then, in order to assess the geographical and physiological divergence and distribution among Aspergillus and Fusarium species in maize fields, a collection of more than 1000 fungal isolates was created and analyzed for morphological, microscopic and molecular differences. The results showed for the first time in Greece, the isolation and identification of the following species: F. verticillioides, F. proliferatum, F. subglutinans, F. incarnatum, F. thapsinum, F. solani, F. oxysporum and F. brachygibbosum and the A. flavus and A. niger species. These strains were then analyzed for their phylogenetic relationships. Next, in order to assess the dynamics of the population composition of aflatoxins and fumonisins producers during the maize growing season, 130 strains were examined for their mycotoxigenic ability. The results showed that most Fusarium species were highly toxigenic and able to produce more than 20 ppm fumonisin while most Aspergillus species are non-toxigenic, with an exception of strain 40 that was able to produce 40 ppb of aflatoxin. Finally, in order to assess the influence of environmental conditions at the level of aflatoxins and fumonisins produced in maize, a correlation was performed between meteorological data of the last three years (2012- 2014) from different regions of Thessaly and Macedonia and the mycotoxin contamination levels that were found. The results demonstrated that the high amount of rainfall in 2014 likely contributed to the severe observed ear rot symptoms from the species of the genus Fusarium and the restricted ear rot symptoms caused by Aspergillus spp. without though observing a reduced contamination of aflatoxin in corn samples. Based on the results of this study, it is apparent the necessity to conduct regular inspections for mycotoxins in maize at pre- and postharvest level from all involved partners (producers, traders and authorities) with a goal to improve the maize quality and safety. These inspections are necessary to increase the competitiveness and marketability of maize in national and international markets since maize will be considered as a reliable product with full traceable production history. Additionally, a better understanding of the epidemiology of Aspergillus spp. and Fusarium spp. and their associated mycotoxins in Greece would facilitate the implementation of an integrated management approach to control and reduce ear rots and mycotoxins contamination in maize.