Risk and methods to reduce fusarium disease and mycotoxin content in small grains and maize cultures
| dc.contributor.author | Weber, Ryszard | |
| dc.contributor.author | Kita, Włodzimierz | |
| dc.date.accessioned | 2024-07-15T10:21:26Z | |
| dc.date.available | 2024-07-15T10:21:26Z | |
| dc.date.issued | 2014 | |
| dc.description | Fusarium fungi cause seedling blight and stem base and head diseases in cereals. Presently, the species of Fusarium that occur most frequently within the European area are Fusarium culmorum (W.G. Sm.) Sacc., F. graminearum Schw. (Gibberella zeae), F. avenaceum ( Fr.) Sacc. (Gibberella avenacea) and F. poae (Peck) Wollenw (Doohan et al. 2003). Although the degree of pathogenicity of these species is variable, they do not show any apparent physiological specialization for particular species of cereals. Fusarium species that infect maize, namely F. vrticillioides, F. subglutinans and F. proliferatum, are related to one another to a large extent. For that reason they were long considered as one species – F. moniliforme. Fusarium verticillioides is a cosmopolitan species demonstrating a very wide spectrum of monocotyledonous and dicotyledonous host plants. The infestation of cereal plants may be started by mycelium or spores present in the remnants of preceeding crop, or may be initiated from the infected seed material. Considerable degree of infestation in wheat results in the delayed and scarce emergence of plants or in deformed seedlings that shortly wilt and wither. Symptoms of fusarium stem base blight and root rot develop in the course of the growth season of wheat. They encompass the upper part of the root system along with the epigeal portion of the plant`s stem base. During the milk and dough plant maturity stages (BBCH 70-89), typical brown discolorations and smudges can be observed on lower internodes of the diseased stems, that often cover a larger part of the stem base surface. The highest yield loss and deterioration of the technological quality of grain is the direct result of head infestation by the fungal spores. Head infection during the anthesis growth stages (BBCH 61-69) leads to the premature head whitening of wheat. In rainy and moist weather conditions, seedlings of maize can be infected either by the hyphae of mycelium that infests the forecrop remnants, or by the infected seed material. Also, the sites on the plant stems or cobs that are damaged by insects or hailstorm, often become the gate of secondary infection by the fungi of Fusarium genus. The cob infection can take place through the stigmata of female flowers, shortly after flowering. The fungus grows through stigmata and infects the upper part of the ear. Female inflorescence of maize is particularly susceptible to infection at the beginning of the anthesis stage, i.e. on the 2nd till 6th day after tassel emergence by male flowers. Frequently, infection proceeds directly through the cover leaves of the cob sheath. Production, maturation and dissemination of the fungal spores of both sexual and asexual origin is subject to an ample influence of air humidity and temperature. Plant cultivars susceptible to head or ear fusariosis demonstrate, under severe epidemic conditions, considerable reduction of the thousand seed weight, or produce ears containing no grains. In maize crops, the cobs of susceptible cultivars become extensively covered with white or pink mycelium. Fungi causing fusarioses decrease the technological value of wheat through their producing of certain metabolites – mycotoxins. These mycotoxins are present on the surface of the infested grains but also in the depth of their inner tissues. Mycotoxins show strong toxic action. Fungi of Fusarium genus, infesting ears of wheat, produce mycotoxins belonging to the family of trichothecenes, zearalenone, as well as fumonisines and beauvericin. Great number of species of Fusarium genus present on grain of cereals create potentially a risk of intoxicating humans and animals with the processed materials originated from such grain. The detrimental effect of mycotoxins becomes demonstrated at their low concentration levels – of the order of magnitude of 1mg per 1kg grain mass, or lower. Consumption of food or feeding animals with fodder contaminated with mycotoxins trigger conditions being described as mycotoxicoses, among them cancer growth and hemorrhages. A number of studies show that in many cases cereal grain may be contaminated with toxins belonging to different chemical groups and produced by different species of Fusarium. For that reason, the European Union has established the acceptable treshold values of mycotoxin concentration in grain and in grain-originated processed food, separately for particular cereal crop species. The most effective way of reducing yield loss caused by cob or head fusariosis is growing resistant cultivars. Presently, in the breeding programs of small grains and maize in many countries, the sources of resistance to Fusarium–caused diseases are commonly sought for. Also, through performing all the relevant cultivation procedures, farmer alone is capable of reducing, to a large extent, the risk of incidence of fusarioses. The critical factors preventing Fusarium epidemics are: crop rotation, or – in case of cereal-dominated rotations – the use of properly selected cereal species as a forecrop, soil tillage that is well matched with the crop rotation type and as early as possible crop harvesting, which enables the fastest possible decomposition of the crop remnants. Monocultures of cereals and of maize in particular create particularly high a risk of crop infestation. Introducing the no-ploughing tillage systems may also contribute to the increase in the infestation of small grains and maize by Fusarium fungi, and to the increased grain contamination by the mycotoxins produced by them. Nevertheless, it is the atmospheric conditions which are the crucial factor of crop infestation by Fusarium fungi. Drizzle rain and high temperature in the course of the flowering stage pose a major threat of the crop infestation. Theoretically, the fungicides used may largely contain the extent of fusariosis, yet one should keep it in mind that in reality the capability of these pesticides of acting effectively is considerably diminished by the fact that they are rarely used on time. Therefore due attention should be paid to all the possible treatments that reduce the incidence of fungal diseases in general. These are the type of forecrop, resistant cultivars, and soil tillage. | en-US |
| dc.description | Grzyby rodzaju Fusarium są sprawcami zgorzeli siewek, chorób podstawy źdźbła i kłosa zbóż. Obecnie na obszarze Europy najczęściej występują następujące gatunki grzybów: Fusarium culmorum (W.G. Sm.) Sacc., F. graminearum Schw. (Gibberella zeae), F. avenaceum (Fr.) Sacc. (Gibberella avenacea), F. poae (Peck) Wollenw, (Doohan i in. 2003). Gatunki te nie wykazują wyraźnej specjalizacji fizjologicznej w stosunku do poszczególnych zbóż, chociaż stopień ich patogeniczności bywa zróżnicowany. Grzyby porażające kukurydzę: F. verticillioides, F. subglutinans i F. proliferatum są w dużym stopniu spokrewnione, dlatego traktowano je dawniej jako jeden gatunek grzyba – F. moniliforme. Fusarium verticillioides jest gatunkiem pospolicie występującym na świecie, o bardzo szerokim zakresie roślin żywicielskich zarówno jedno-, jak i dwuliściennych. Porażenie zbóż może nastąpić poprzez grzybnię lub zarodniki występujące na resztkach pożniwnych przedplonu lub zainfekowany materiał siewny. W wyniku znacznego porażenia ziarna obserwuje się opóźnione, przerzedzone wschody lub zniekształcone siewki pszenicy, które po krótkim czasie obumierają. Objawy fuzaryjnej zgorzeli podstawy źdźbła i korzeni rozwijają się w okresie wegetacji pszenicy i obejmują swym zasięgiem górną część systemu korzeniowego oraz podstawę źdźbła ponad powierzchnią ziemi. W fazie dojrzałości mleczno-woskowej ziarna na dolnych międzywęźlach chorych roślin można zauważyć charakterystyczne brązowe przebarwienia, smugi, często obejmujące znaczną powierzchnię podstawy źdźbła. Największe straty plonu i pogorszenie się jakości technologicznej ziarna jest spowodowane poprzez bezpośrednie porażenie kłosa przez zarodniki grzybów. Infekcja kłosów w okresie początku kwitnienia prowadzi do przedwczesnego wybielania kłosów. Siewki kukurydzy w warunkach wilgotnej pogody mogą być porażone zarówno przez strzępki grzybni zasiedlające pozostałości pożniwne, jak również poprzez skażony materiał siewny. Uszkodzenia łodygi lub kolby kukurydzy spowodowane przez owady lub grad są częstym miejscem wtórnego porażenia grzybami rodzaju Fusarium. Infekcja kolb kukurydzy może nastąpić poprzez kwiatostany żeńskie krótko po kwitnieniu roślin. Grzyb przerasta znamię słupka i poraża w górnej części kolbę kukurydzy. Kwiatostany żeńskie kukurydzy są szczególnie wrażliwe w fazie początku kwitnienia (drugi–szósty dzień po ukazaniu się wiechy). Często dochodzi do bezpośredniego porażenia roślin poprzez liście okrywowe kolb kukurydzy. Produkcja, dojrzewanie i rozprzestrzenianie się zarodników grzybów, powstałych zarówno w cyklu płciowym, jak i bezpłciowym, podlega ogromnym wpływom wilgotności powietrza i temperatury. Odmiany wrażliwe na fuzariozę kłosów lub kolb w warunkach znacznej epifitozy wykazują istotne zmniejszenie masy tysiąca ziaren lub tworzą kłosy bez ziarna. Na plantacjach kukurydzy kolby pokryte są na znacznej powierzchni białą lub różową grzybnią. Grzyby powodujące fuzariozy pogarszają wartość technologiczną pszenicy poprzez produkty przemiany materii – mikotoksyny występujące zarówno na powierzchni ziarna, jak również w jego głębszych warstwach. Mikotoksyny wykazują silne działanie toksyczne. Grzyby rodzaju Fusarium porażające kłosy pszenicy produkują mikotoksyny z rodziny trichtecenów – zearalenol, fumonizyny i bowerycynę. Znaczne ilości grzybów rodzaju Fusarium na ziarnie zbóż stwarzają niebezpieczeństwo zatrucia ludzi i zwierząt produktami wytworzonymi z takich ziaren. Szkodliwe działanie mikotoksyn ujawnia się w niewielkich stężeniach – na poziomie jednego miligrama (lub niższym) na kilogram masy ziarna. Spożywanie żywności lub karmienie zwierząt paszą skażoną mikotoksynami wywołuje choroby określane jako mikotoksykozy (nowotwory, krwotoki). Badania wykazały, że w wielu przypadkach ziarno zbóż może być zanieczyszczone równocześnie toksynami należącymi do różnych grup i produkowanych przez różne gatunki Fusarium. Dlatego Unia Europejska ustaliła dopuszczalne wartości mikotoksyn w ziarnie lub jego przetworach dla poszczególnych gatunków zbóż. Najbardziej skutecznym sposobem ograniczenia strat plonu spowodowanych przez fuzariozę kolb lub kłosa jest uprawa odmian odpornych. Obecnie w hodowli zbóż i kukurydzy w wielu krajach poszukuje się źródeł odporności na choroby wywołane przez grzyby rodzaju Fusarium. Rolnik poprzez wykonanie odpowiednich zabiegów uprawowych może w dużym stopniu ograniczyć niebezpieczeństwo wystąpienia chorób fuzaryjnych. Podstawowymi czynnikami zapobiegającymi wystąpieniu epifitoz są: zmianowanie roślin lub dobór odpowiedniego gatunku zboża jako przedplonu w płodozmianach zbożowych, możliwie wczesny zbiór w celu jak najszybszego rozkładu resztek pożniwnych i dostosowana do zmianowania uprawa roli. Monokultury zbóż, zwłaszcza kukurydzy, stwarzają szczególne niebezpieczeństwo porażania plantacji. Również stosowanie bezpłużnych sposobów uprawy może przyczynić się do wzrostu porażenia zbóż i kukurydzy grzybami rodzaju Fusarium i skażenia ziarna mikotoksynami. Jednak decydującą rolę w wielkości porażenia plantacji fuzariozami odgrywają warunki atmosferyczne. Deszcze o charakterze mżawki i wysoka temperatura w trakcie kwitnienia stwarzają duże niebezpieczeństwo znacznego porażenia plantacji. Stosowane fungicydy mogą w znacznym stopniu ograniczyć występowanie fuzariozy, jednak w praktyce działanie fungicydów zwalczających fuzariozy jest mało skuteczne z powodu nieodpowiedniego terminu ich stosowania. Dlatego należy poświęcić szczególną uwagę wszelkim zabiegom ograniczającym występowanie chorób grzybowych (przedplon, odmiany odporne, uprawa gleby). | pl-PL |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.identifier.citation | Monografie i Rozprawy Naukowe, 43, ss. 98 | |
| dc.identifier.isbn | 978-83-7562-179-2 | |
| dc.identifier.uri | https://bc.iung.pl/handle/123456789/1662 | |
| dc.language.iso | pl | |
| dc.publisher | Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy w Puławach | pl-PL |
| dc.subject | Fusarium fungi | en-US |
| dc.subject | cereals | en-US |
| dc.subject | preceding crop | en-US |
| dc.subject | tillage system | en-US |
| dc.subject | grzyby z rodzaju Fusarium | pl-PL |
| dc.subject | mikotoksyny | pl-PL |
| dc.subject | zboża | pl-PL |
| dc.subject | systemy uprawy | pl-PL |
| dc.subject | zmianowanie | pl-PL |
| dc.title | Risk and methods to reduce fusarium disease and mycotoxin content in small grains and maize cultures | en-US |
| dc.title | Zagrożenia i sposoby ograniczania chorób fuzaryjnych i mitoksyn w zbożach i kukurydzy | pl-PL |