Zadanie 3.4. Wykonawcy: dr Tomasz Góral, dr Piotr Ochodzki Zakład Fitopatologii, Pracownia Chorób Roślin

Transkrypt

1 Program Wieloletni Tworzenie naukowych podstaw postępu biologicznego i ochrona roślinnych zasobów genowych źródłem innowacji i wsparcia zrównoważonego rolnictwa oraz bezpieczeństwa żywnościowego kraju Zadanie 3.4 Analiza składu gatunkowego grzybów z rodzaju Fusarium powodujących fuzariozę kłosów pszenicy oraz skażenia ziarna toksynami w powiązaniu z warunkami pogodowymi w danym roku Wykonawcy: dr Tomasz Góral, dr Piotr Ochodzki Zakład Fitopatologii, Pracownia Chorób Roślin mgr Magdalena Żurawska-Zajfert Zakład Biotechnologii i Cytogenetyki Roślin, Laboratorium Kontroli Genetycznie Modyfikowanych Organizmów Sprawozdanie PW

2 Cel zadania 3.4: Określenie składu gatunkowego grzybów z rodzaju Fusarium powodujących fuzariozę kłosów pszenicy oraz skażenia ziarna toksynami fuzaryjnymi w różnych regionach Polski w zależności od przebiegu pogody Toksyny fuzaryjne Uszkodzenie ziarniaków Deoksyniwalenol (DON) n.d.p. = 1,250 mg/kg Zearalenon (ZEN) n.d.p. = 0,100 mg/kg Toksyny T-2 + HT-2 p.w. = 0,100 mg/kg Gatunki Fusarium n.d.p. najwyższy dopuszczalny poziom [Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1126/2007] p.w. poziom wskaźnikowy (Zalecenie Komisji 2013/165) Sprawozdanie PW

3 Harmonogram realizacji zadania: 1. Zgromadzenie prób ziarna pszenicy z różnych rejonów Polski we współpracy z COBORU 2. Zgromadzenie danych pogodowych z miejsc pobierania prób ziarna; 3. Analiza stopnia uszkodzenia ziarniaków przez Fusarium; 4. Izolacja kultur Fusarium z porażonych ziarniaków w próbach ziarna z roku 2016; 5. Oznaczanie profilu mikotoksyn fuzaryjnych (DON, ZEN. T-2/HT-2) w próbach ziarna z roku 2016 metodami chromatograficznymi i immunoenzymatycznymi; 6. Oznaczanie zawartości DNA Fusarium (F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. langsethiae, F. poae) w ziarnie oraz jakościowe i ilościowe oznaczanie gatunków metodą real-time PCR w próbach z roku 2016; 7. Analiza statystyczna zależności zwartości mikotoksyn i DNA Fusarium od warunków pogodowych w roku 2016; 8. Identyfikacja izolatów Fusarium z roku 2015; 9. Udostępnienie wyników z roku Informacja w formie broszury lub materiału informacyjnego zostanie udostępniona w formie elektronicznej na stronie www Instytutu, oraz przesłana do ośrodków doradztwa rolniczego w całym kraju i Głównego Inspektora Ochrony Roślin i Nasiennictwa wraz z podaniem ścieżki dostępu do jej pobierania. Sprawozdanie PW

4 Zgromadzenie prób ziarna pszenicy z różnych rejonów Polski we współpracy z COBORU Miejsca pochodzenia prób ziarna pszenicy ozimej Odmiany pszenicy ozimej: Arkadia, Hondia Zebrano: 48 prób z 2017r. OO/indexsiecdosw.aspx 04:59:57 Sprawozdanie PW

5 Suma opadów (mm) Suma opadów (mm) Suma opadów (mm) Gromadzenie danych pogodowych z miejsc pobierania prób ziarna V VI VII VIII VII; Słupia; 408,2 V VI VII VIII 0 250,0 200, ,0 100,0 50,0 O V O VI O VII O VIII 0,0 Sprawozdanie PW

6 Suma opadów (mm) Suma opadów (mm) Suma opadów (mm) Gromadzenie danych pogodowych z miejsc pobierania prób ziarna , , , , ,0 200,0 60,0 40,0 20,0 0, V VI VII VIII 16 V-15 VI* Średnie opady 2014 Średnie opady 2015 Średnie opady 2016 Średnie opady *okres kłoszenia i kwitnienia pszenicy V VI VII VIII V VI VII VIII 150,0 100,0 50,0 O V O VI O VII O VIII 0,0 Sprawozdanie PW

7 FDK (%) Stopień uszkodzenia ziarniaków przez Fusarium (FDK) w 2017r. 10,0 9,0 8,0 7,0 Arkadia FDK = 1,5% Hondia FDK = 2,1% 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 FDK L Arkadia FDK L Hondia Sprawozdanie PW

8 Stopień uszkodzenia ziarniaków przez Fusarium (FDK) w 2017r. Sprawozdanie PW

9 świętokrzyskie opolskie podkarpackie śląskie warmińsko-mazurskie mazowieckie łódzkie dolnośląskie lubelskie kujawsko-pomorskie podlaskie zachodniopomorskie pomorskie wielkopolskie małopolskie lubuskie suma opadów V-VIII (mm) temperatura dobowa (oc) 450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 19,0 18,5 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 Średnia z Opady Średnia z Temp Stopień uszkodzenia ziarniaków przez Fusarium (FDK) w 2017r. Sprawozdanie PW

10 Stopień uszkodzenia ziarniaków przez Fusarium (FDK) w latach r. Sprawozdanie PW

11 Oznaczanie zawartości DNA Fusarium w ziarnie oraz jakościowe i ilościowe oznaczanie gatunków metodą real-time PCR w próbach z roku poprzedniego Oznaczono zawartość DNA w 44 próbach z 2016 r. ABI 7500 (Life Technologies) Sprawozdanie PW

12 Zawartości DNA Fusarium w ziarnie pszenicy ozimej oraz frekwencja gatunków Fusarium w roku 2016 Średnio: 193 pg DNA Fusarium na 1 mg DNA pszenicy Sprawozdanie PW

13 udział DNA gatunku (%) Zawartości DNA Fusarium w ziarnie pszenicy ozimej oraz frekwencja gatunków Fusarium w roku 2016 Średnio: 193 pg DNA Fusarium na 1 mg DNA pszenicy 35,0 33,0 30,0 29,2 25,0 21,8 20,0 15,0 12,6 10,0 5,0 3,5 0,0 F. avenaceum F. culmorum F. graminearum F. langsethiae F. poae Sprawozdanie PW

14 Oznaczanie profilu mykotoksyn fuzaryjnych w próbach ziarna z roku 2016 metodami chromatograficznymi i immunoenzymatycznymi Zawartość deoksyniwalenolu w ziarnie pszenicy z poszczególnych województw w 2016r. Sprawozdanie PW

15 Zawartość toksyn T-2/HT-2 w ziarnie pszenicy z poszczególnych województw w 2016r. Poziomy wskaźnikowe toksyn T-2/HT-2 w ziarnie nieprzetworzonym 0,100 mg/kg oraz w ziarnie do bezpośredniego spożycia dla ludzi 0,050 mg/kg wg Zalecenia Komisji z dnia 27 marca 2013 r. (2013/165/UE) Sprawozdanie PW

16 Analiza statystyczna zależności zwartości mikotoksyn i DNA Fusarium od warunków pogodowych w 2016r. Zależności pomiędzy FDK a zawartościami toksyn fuzaryjnych w ziarnie w 2016 r. Arkadia FDK DON ZEN DON 0,006 ZEN* T-2/HT-2 0,030 0,059 - Bamberka FDK DON ZEN DON 0,132 ZEN* T-2/HT-2-0,059-0,211 - Arkadia+ Bamberka FDK śr Log DON Log ZEN Log DON 0,282 Log ZEN* - - Log T-2/HT-2-0,349-0,150 - * Stwierdzono jedynie śladowe ilości ZEN w próbach ziarna pszenicy w 2016r. Sprawozdanie PW

17 Zależności pomiędzy zawartością DNA Fusarium a zawartością DON oraz toksyn T-2/HT-2 w ziarnie pszenicy ozimej w 2016 r. (istotne współczynniki zaznaczono na zielono) Odmiana Arkadia Zmienne F. avenaceum F. culmorum F. graminearum F. langsethiae Fusarium F. culmorum 0,670 F. graminearum -0,057-0,082 F. langsethiae -0,463-0,249 0,123 Fusarium 0,726 0,664 0,588-0,248 DON 0,469 0,426 0,572 T-2/HT-2-0,086 0,160 Odmiana Bamberka Zmienne F. avenaceum F. culmorum F. graminearum F. langsethiae F. poae Fusarium F. culmorum 0,970 F. graminearum 0,004-0,043 F. langsethiae -0,092-0,099-0,141 F. poae 0,276 0,318 0,017 0,007 Fusarium 0,942 0,922 0,303-0,073 0,384 DON 0,311 0,340 0,396 T-2/HT-2 0,711 0,101 Sprawozdanie PW

18 Korelacje zwartości DNA Fusarium w ziarnie pszenicy i warunków pogodowych (temperatura, opady) w roku 2016 (w okresie maj-sierpień) Zmienne F. avenaceum F. culmorum F. graminearum F. langsethiae F. poae Suma Fusarium F. culmorum 0,918 F. graminearum 0,006-0,084 F. langsethiae -0,089-0,114-0,065 F. poae 0,288 0,260-0,015 0,015 Suma Fusarium 0,926 0,863 0,352-0,065 0,345 Temperatura V -0,164-0,135-0,055-0,009 0,111-0,154 Temperatura VI -0,121-0,145 0,022 0,226 0,191-0,083 Temperatura VII -0,320-0,332 0,022 0,298 0,045-0,273 Temperatura VIII -0,095-0,096 0,056 0,266 0,092-0,046 Opady V -0,012 0,115 0,184 0,018 0,393 0,135 Opady VI 0,080 0,015-0,062-0,300-0,164 0,001 Opady VII -0,140-0,163-0,022-0,180-0,111-0,164 Opady VIII 0,131 0,084-0,014-0,159-0,042 0,091 Suma opadów -0,025-0,054-0,010-0,230-0,071-0,053 Średnia temp. -0,205-0,207 0,008 0,213 0,124-0,166 istotne współczynniki zaznaczono na zielono, nieistotne powyżej 0,200 na czerwono Sprawozdanie PW

19 F2 (17,92 %) Układ współrzędnych dwóch składowych głównych dla 22 miejsc pochodzenia prób pszenicy ozimej w Składowe wyjaśniają 52,5% zmienności pomiędzy miejscowościami pod względem zawartości DNA Fusarium w ziarnie oraz warunków pogodowych (T temperatury, O opady) 5 Rarwino 4 3 F. avenaceum F. culmorum 2 F. poae O V Słupia Kochcice Nowa Wies Ujska Seroczyn Wyczechy Rychliki F. graminearumwęgrzce Karżniczka Czesławice Krościna Mała Tomaszów Bol. Masłowice Pawłowice T V Lisewo T VIII Świebodzin O VIII Zybiszów Głębokie T VI O VI Kościelna Wieś Śrem Wójtostwo Skołoszów F. langsethiae Cicibór Duży T VII O VII F1 (34,58 %) Wektor zawartości DNA F. langsethiae jest zbieżny z wektorami średniej temperatury, natomiast wektory dla F. avenaceum i F. culmorum mają kierunek przeciwny do kierunku tych wektorów. Brak jest widocznej zależności zawartości DNA Fusarium od opadów w poszczególnych miesiącach. Sprawozdanie PW

20 F2 (16,86 %) Układ współrzędnych dwóch składowych głównych dla 21 (bez Słupi) miejsc pochodzenia prób pszenicy ozimej w Składowe wyjaśniają 49,02% zmienności pomiędzy miejscowościami pod względem zawartości DNA Fusarium w ziarnie oraz warunków pogodowych (T temperatury, O opady) 5 Rarwino F. culmorum F. avenaceum Nowa Wies Ujska Kochcice O VI O VIII Lisewo Rychliki Tomaszów Bol. Masłowice Czesławice O VII F. graminearum F. poae Seroczyn O V Świebodzin T VIII Węgrzce T VI T V Krościna Mała Pawłowice Kościelna Wieś T VII Cicibór Duży Głębokie Skołoszów Śrem Wójtostwo Zybiszów F. langsethiae -3 Wyczechy F1 (32,16 %) Wektor zawartości DNA F. langsethiae jest zbieżny z wektorami średniej temperatury, natomiast wektory dla F. avenaceum i F. culmorum mają kierunek przeciwny do kierunku tych wektorów. Niewielka zależność zawartości DNA F. avenaceum, F. culmorum i F. poae od opadów w maju i czerwcu. Sprawozdanie PW

21 F2 (16,23 %) Układy współrzędnych dwóch składowych głównych dla 22 miejsc pochodzenia prób pszenicy ozimej dla toksyn DON i T-2/HT-2 i warunków pogodowych (opady, temperatura) w 2016r. 4 Biplot (axes F1 and F2: 54,66 %) Słupia O VIII O VII O VI DON B Karżniczka Nowa Wies Ujska Czesławice Węgrzce Wyczechy Głębokie Lisewo T-2/HT-2 B Zybiszów Kościelna Wieś Tomaszów Bol. Masłowice Seroczyn Rarwino Pawłowice Krościna Mała Rychliki Kochcice T-2/HT-2 A Świebodzin Cicibór Duży T V Skołoszów Śrem Wójtostwo DON A O V T VIII -0,252 0,138 O V 0,005-0,055-3 O VI 0,171-0, F1 (38,43 %) O VII -0,114 0,056 Wektory zawartości DON są rozbieżne z wektorami temperatur. Dla zawartości T-2/HT-2 wektory O VIII 0,141-0,141 są częściowo zbieżne z wektorem temperatury w czerwcu i rozbieżne z wektorem opadów w czerwcu. Sprawozdanie PW T VIII T VI T VII Zmienne DON T-2/HT-2 T V -0,256 0,030 T VI -0,307 0,231 T VII -0,402 0,177

22 Układy współrzędnych dwóch składowych głównych dla 21 (bez Słupi) miejsc pochodzenia prób pszenicy ozimej dla toksyn DON i T-2/HT-2 i warunków pogodowych (opady, temperatura) w 2016r. Zmienne DON T-2/HT-2 T V -0,267 0,025 T VI -0,313 0,232 T VII -0,408 0,177 T VIII -0,254 0,137 O V 0,007-0,071 O VI 0,287-0,416 O VII -0,232 0,145 O VIII 0,219-0,199 Wektory zawartości DON są zbieżne z wektorami opadów w czerwcu i sierpniu oraz rozbieżne z wektorami temperatur. Dla zawartości T-2/HT-2 wektory są częściowo zbieżne z wektorem temperatury w czerwcu i rozbieżne z wektorem opadów w czerwcu. Sprawozdanie PW

23 Izolacja kultur Fusarium z porażonych ziarniaków w próbach ziarna z roku 2016 oraz identyfikacja gatunków Fusarium uzyskanych w roku 2015 Fusarium izolowano z 18 prób odmiany Arkadia oraz 18 prób odmiany Bamberka o najwyższym uszkodzeniu ziarniaków. Wykładano po 100 ziarniaków na pożywki selektywne. Wyizolowano 65 kultur Fusarium. Będą one identyfikowane do gatunku na podstawie cech morfologicznych (wielkość i kształt makrokonidiów, obecność i kształt mikrokonidiów, kształt komórek zarodnikotwórczych fialid) oraz zabarwienia rewersu kultury. Sprawozdanie PW

24 Identyfikacja izolatów Fusarium z 2015r. na podstawie cech morfologicznych Gatunek Liczba izolatów % F. avenaceum 2 2,9 F. culmorum 5 7,2 F. graminearum 18 26,1 F. langsethiae 5 7,2 F. poae 31 44,9 Fusarium sp. 8 11,6 Razem 69 F. avenaceum F. langsethiae F. graminearum F. culmorum F. poae Sprawozdanie PW

25 Wnioski Stopień uszkodzenia ziarniaków w 2017r. był 4-krotnie niższy niż w 2016r. W 2016 w ziarnie pszenicy dominowały gatunki F. avenaceum, F. graminearum i F. culmorum, głównie w południowej i północno-zachodniej Polsce; Stwierdzono bardzo niski poziom skażenia deoksyniwalenolem ziarna pszenicy z roku Zearalenon wystąpił w ziarnie z 2006r. jedynie w ilościach śladowych Poziom skażenia ziarna pszenicy ze zbiorów w roku 2016 toksynami T-2 i HT-2 był niższy niż w latach W 16% prób przekroczone były zalecane limity tych toksyn. Najwyższe skażenie T-2/HT-2 wystąpiło południowo-wschodniej i zachodniej Polsce Nie było istotnych zależności pomiędzy miesięcznymi sumami opadów i średnimi temperaturami a zawartością DNA Fusarium, deoksyniwalenolu i T-2/HT-2. Bardzo wysokie sumy opadów odnotowane w lipcu w 2016r. występowały głównie w formie krótkotrwałych gwałtownych opadów i nie wpłynęły zwartość mykotoksyn i zasiedlenie ziarna przez Fusarium Sprawozdanie PW

26 Konferencja Naukowa Nauka dla Hodowli i Nasiennictwa Roślin Uprawnych Zakopane 30 stycznia - 3 lutego 2017, Sprawozdanie PW

27 13 th International Wheat Genetics Symposium, April 23-28, Tulln, Austria Sprawozdanie PW

28 Szkolenie dla doradców oraz rolników ekologicznych Dawne gatunki, odmiany oraz populacje roślin rolniczych ponownie na polach Chwałowice, dnia uczestnicy: pracownicy CDR w Radomiu, Rolnicy (ok. 80 osób) dr Piotr Ochodzki z Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Fitopatologii, Pracownia Chorób Roślin Występowanie i szkodliwość mykotoksyn w ziarnie zbóż Sprawozdanie PW

29 Podsumowanie realizacji pierwszego etapu programu wieloletniego W latach obecność DNA Fusarium ziarnie pszenicy stwierdzono przynajmniej w jednym roku w próbach ze wszystkich województw. Frekwencja gatunków w kolejnych trzech latach badań wykazała bardzo dużą zmienność. W roku 2014 dominował gatunek F. graminearum, który występował we wszystkich próbach ziarna w ilości 6-krotnie wyższej niż drugi gatunek F. poae. W roku 2015 dominował gatunek F. poae, który występował we wszystkich próbach ziarna w ilości 8-krotnie wyższej niż drugi gatunek F. graminearum. W roku 2016 ilości DNA trzech gatunków (F. avenaceum, F. graminearum i F. culmorum) były zbliżone. Pozostałe dwa wystąpiły w znacznie mniejszych ilościach. Sprawozdanie PW

30 Średnia zawartość DNA pięciu gatunków Fusarium w ziarnie pszenicy w latach Fusarium = suma DNA wszystkich gatunków. Sprawozdanie PW

31 Najwięcej biomasy Fusarium w ziarnie występowało w latach 2014 i 2015 próbach z południowo-wschodniej i południowej Polski, natomiast w roku 2016 w próbach z północnozachodniej i południowej Polski. Niska była w roku 2016 zawartość biomasy Fusarium w próbach z południowo- wschodniego regionu (podkarpackie, lubelskie) W próbach z południowo-wschodniej, południowej i centralnej Polski dominowały gatunki F. graminearum i F. poae. Gatunki F. avenaceum i F culmorum wystąpiły w próbach z północnej Polski oraz w próbach z województwa śląskiego. Gatunek F. langsethiae wystąpił w próbach z czterech województw: świętokrzyskiego, wielkopolskiego, dolnośląskiego i podkarpackiego. Sprawozdanie PW

32 Średnia zawartość DON w ziarnie pszenicy w latach wyniosła 134 mg/kg. Zakres zmienności zawartości DON wyniósł od 0 do 1750 mg/kg. Średnia zawartość ZEN w ziarnie pszenicy w latach wyniosła 6 mg/kg. Zakres zmienności zawartości ZEN wyniósł od 0 do 159 mg/kg. Średnia zawartość toksyn T-2/HT-2 w ziarnie pszenicy w latach wyniosła 102 mg/kg. Zakres zmienności zawartości T-2/HT-2 wyniósł od 35 do 302 mg/kg. Zawartość DON w ziarnie była najwyższa w roku 2014, najniższa w roku Zawartość toksyn T-2/HT-2 była zbliżona w latach 2014 i 2015 oraz o około 25% niższa w roku Zawartość ZEN była najwyższa w roku 2014 i bardzo niska (ilości śladowe) w kolejnych latach. Sprawozdanie PW

33 Najwięcej DON stwierdzono w próbach ziarna z województw - podkarpackiego, lubelskiego, zachodniopomorskiego, łódzkiego i śląskiego. Najmniej w próbach ziarna z województwa małopolskiego. ZEN występował głównie w próbach z województw podkarpackiego i małopolskiego. W próbach z województwa świętokrzyskiego nie stwierdzono obecności tej toksyny. Zmienność zawartości toksyn T-2/HT-2 w ziarnie w latach była dużo niższa niż DON i ZEN. Ich obecność stwierdzano we wszystkich próbach. Zakres zmienności zawartości T-2/HT-2 w poszczególnych województwach wyniósł mg/kg. Najwięcej toksyn T-2/HT-2 wystąpiło z ziarnie z województw świętokrzyskiego, lubuskiego, dolnośląskiego, podkarpackiego i małopolskiego. Sprawozdanie PW

34 Współczynniki korelacji pomiędzy zawartością toksyn w ziarnie pszenicy a średnimi temperaturami miesięcznymi (T) oraz sumami opadów (O) w latach Zmienne DON ZEN T-2/HT-2 T V 0,402-0,044-0,344 T VI 0,087-0,407-0,386 T VII 0,112 0,535 0,299 T VIII -0,614-0,348 0,223 O V 0,251 0,571 0,166 O VI 0,439 0,022-0,168 O VII 0,207-0,137-0,220 O VIII 0,520 0,424-0,059 Temperatura średnia -0,156-0,212-0,045 Suma opadów 0,487 0,289-0,116 W latach zawartość DON w ziarnie korelowała istotnie dodatnio z sumą opadów oraz opadami w maju, czerwcu i sierpniu. Podobne zależności znaleziono dla ZEN, z tym że nie było korelacji z sumą opadów w czerwcu. Brak było zależności zawartości toksyn T-2/HT-2 od opadów. Średnie temperatury w maju korelowały istotnie dodatnio zawartością DON, natomiast dla ZEN współczynnik korelacji był istotny dla temperatury w lipcu. W przypadku obu toksyn stwierdzono istotne ujemne współczynniki korelacji z temperaturą w sierpniu. Dla toksyn T-2/HT-2 współczynniki korelacji były istotne i ujemne dla temperatury w maju i czerwcu, natomiast dodatnie dla temperatur w lipcu i sierpniu. Sprawozdanie PW