Mycotoxins in cereal grain as a result of infection of cereals by Fusarium fungi

• Autorzy: Różewicz Marcin

Identyfikatory

DOI

10.15199/180.2024.1.2

Warianty tytułu

PL

Mykotoksyny w ziarnie zbóż efektem porażenia zbóż przez grzyby z rodzaju Fusarium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fungal diseases are an important factor limiting the yield of cereals, but also reduce, the quality of the grain obtained. Fungi of the genus Fusarium are among the most important pathogens and cause, among other things, fusarium head blight. Their particular harmfulness lies not only in the reduction of yield, but also in their production of harmful metabolites called mycotoxins. Mycotoxins are defined as harmful substances produced as secondary metabolites by mould fungi. The problem of mycotoxin contamination of cereal grains relates to their high harmfulness to humans and animals. This is due to the fact that cereals are an essential raw material in the production of human food and animal feed. Infection by Fusarium fungi and is determined by a number of factors, the main ones being weather conditions during ear formation, grain formation and harvesting. One of the most important methods of preventing mycotoxin formation is fungicide protection of cereals. The aim of this paper is to discuss the problems associated with fusarium head blight and its effects associated with mycotoxins, the factors determining their synthesis, mechanisms of prevention and the impact of their content in grain and feed on animal health and productivity.

PL

Choroby grzybowe są ważnym czynnikiem ograniczającym plonowanie zbóż, ale także obniżają jakość uzyskiwanego ziarna. Wśród licznych patogenów roślin zbożowych jednymi z ważniejszych są grzyby z rodzaju Fusarium, które powodują m.in. fuzariozę kłosów. Szczególna ich szkodliwość polega nie tylko na obniżeniu plonowania, ale także produkcji przez nie szkodliwych metabolitów nazywanych mykotoksynami. Pod pojęciem mykotoksyny definiuje się szkodliwe substancje, powstające, jako drugorzędne (wtórne) metabolity produkowane przez grzyby pleśniowe. Ważność problematyki dotyczącej skażenia ziarna zbóż mykotoksynami związana jest z ich wieloaspektowym toksycznym wpływem na organizmy ludzi i zwierząt. Wynika to z faktu, że zboża stanowią podstawowy surowiec w produkcji żywności dla ludzi oraz pasz dla zwierząt. Porażenie przez grzyby Fusarium uwarunkowane jest wieloma czynnikami, przy czym za główne uznaje się warunki pogodowe w trakcie wykształcania kłosów i ziarna. Jedną z ważniejszych metod zapobiegającą tworzeniu mikotoksyn jest ochrona fungicydowa zbóż. Celem niniejszej pracy jest omówienie problematyki związanej występowaniem fuzariozy kłosów oraz ich skutków związanych z występowaniem mykotosyn, czynników warunkujących ich syntezę, mechanizmów zapobiegania oraz wpływu ich zawartości w ziarnie i paszy na zdrowie i produkcyjność zwierząt.

Słowa kluczowe

EN

mycotoxins; fungal diseases of cereals; fusarium head blight; cereal grain; food safety; toxicity

PL

mykotoksyny; choroby grzybowe zbóż; fuzarioza kłosów; ziarno zbóż; bezpieczeństwo żywnościowe; toksyczność

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Polish Technical Review
• Rocznik: 2024
• Tom: No. 1
• Strony: 8--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 56 poz.

Twórcy

autor

Różewicz Marcin

• Department of Cereal Crop Production Institute of Soil Science and Plant Cultivation - State Research Institute, Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3281-5533

Bibliografia

• [1] Aleksandrowicz, E. 2020. Factors influencing the occurrence of Fusarium mycotoxins in the grain of winter wheat. Polish Journal of Agronomy, (43), 103-112.
• [2] Ashiq S., 2015. Natural occurrence of mycotoxins in food and feed: Pakistan perspective, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 14(2):159-175.
• [3] Bailey K., Lazarovits G., 2003. Suppressing soil-borne diseases with residue management and organic amendmebts, Soil and Tillage Research, 72: 169-180.
• [4] Barabasz W., Pikulicka A., 2017. "Mykotoksyny-zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Część 2. Mykotoksyny zamaskowane–powstawanie, występowanie w żywności i paszach, metody identyfikacji i eliminacji mykotoksyn, prawodawstwo dotyczące mykotoksyn." http://jhsm.spoleczna.pl/issues/JHSM_7_5.pdf.
• [5] Baturo A., Łukanowski A., Kuś J, 2004. Comparison of health status of winter wheat and spring barley grain cultivated in organic, integrated and conventional systems and monoculture. Proceedings of the First World Conference on Organic Seed “Challenges and Opportunities of Organic Agriculture and the Sees Industry”, 5-7 July, FAO Headquarters, Rome, Italy: 128-132.
• [6] Bottalico A., Perrone G., 2002. Toxigenic Fusarium species and mycotoxins associated with head blight in small-grain cereals in Europe, European Journal of Plant Pathology, 108: 611-624.
• [7] Broda M., 2009. Microflora of the cereal grains and methods reducing microbial contamination. Postępy Nauk Rolniczych, 2 (61): 19-30.
• [8] Bryła M., Waśkiewicz A., Ksieniewicz-Woźniak E., Szymczyk K., Jędrzejczak R. 2018. Modified fusarium mycotoxins in cereals and their products - metabolism, occurrence, and toxicity: an updated review. Molecules, 23: 963-669.
• [9] Buerstmayr H., Steiner B., Hartl L., Griesser M., Angerer N., Lengauer D., Miedaner T., Schneider B., Lemmens M., 2003. Molecular mapping of QTLs for Fusarium head blight resistance in spring wheat. II. Resitance to fungal penetration and spread, Theoretical and Applied Genetics, 107: 503-508.
• [10] Bzducha-Wróbel A., Gniewosz M., Chlebowska-Śmigiel A. (2015). Wiązanie mykotoksyn przez bakterie z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium in vitro oraz in vivo. Med.Wet., 71(12): 748-757.
• [11] Cegielska-Radziejewska R., Szablewski T., Karolczak K., Kaczmarek A., Kijowski J., 2009. An immunoenzymatic method for the determination of mycotoxins contents in cereals and feeds. Nauka Przyroda Technologie, 3 (4): 1-9.
• [12] Champeil A., Doré T., Fourbet J. F., 2004. Fusarium head blight: epidemiological origin of the effects of cultural practices on head blight attacks and the production of micotoxins by Fusarium in wheat grains, Plant Science, 166:1389-1415.
• [13] Chełkowski J., 2021. Mikotoksyny, grzyby toksynotwórcze i miko toksykozy, Online www.cropnet. pl/mycotoxin, dostęp (13.01.2021).
• [14] Colbach, N., Huet, P., 1995. Modelling the frequency and severity of root and foot diseases in winter wheat monocultures, European Journal of Agronomy, 4(2): 217-227.
• [15] Czaban J., Wróblewska B., Sułek A., Podolska G., 2011. The influence of different production technologies of winter wheat on colonization of its grain by fungi of the genus Fusarium. Polish Journal of Agronomy, 5: 11-20.
• [16] Dahm H., Redlak K., 2001. Mikotoksyny. W: Drobnoustroje środowiska glebowego, aspekty fizjologiczne, biochemiczne, genetyczne. Wyd. Adam Marszałek; Toruń : 25-36.
• [17] Doohan F. M., Brennan J., Cooke B. M., 2003. Influence of climatic factors on Fusarium species pathogenic to cereals, European Journal of Plant Pathology, 109: 755-768.
• [18] Freire L., A. Sant’Ana. 2018. „Modified mycotoxins: An updated review on their formation, detection, occurrence, and toxic effects”. Food and Chemical Toxicology 111 : 189-205.
• [19] Ghareeb K., Awad W. A., Boehm J., Zebeli Q., 2015. Impacts of the feed contaminant deoxynivalenol on the intestine of monogastric animals: Poultry and swine, Journal of Applied Toxicology, 35(4): 327-337.
• [20] Golka W., Arseniuk E., Golka A., Góral T. 2020. Artificial neural networks and remote sensing in the assessment of spring wheat infection by Fusarium head blight. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, (288):67-75.
• [21] Gonçalves B.L., Gonçalves J.L., Rosim R.E., Cappato L.P., Cruz A.G., Oliveira C.A.F., Corassin C.H. 2017. Effects of different sources of Saccharomyces cerevisiae biomass on milk production, composition, and aflatoxin M1 excretion in milk from dairy cows fed aflatoxin B1. J. Dairy Sci., 100: 5701-5708.
• [22] Góral T., Ochodzki P., Walentyn-Góral D., Nielsen L. K., Justesen A. F., Jørgensen, L. N., 2012. Influence of forecrop and weather conditions on infestation of spring wheat ears by fungi of the genus Fusarium and the content of mycotoxins in grain. Instytut Hodowli I Aklimatyzacji Roślin. Biuletyn, 265: 11-21.
• [23] Guerre P., 2015. Fusariotoxins in avian species: Toxicokinetics, metabolism and persistence in tissues. Toxins, 7: 2289-2305.
• [24] Jakimiuk E., Gajęcka M., Jana B., Brzuzan P., Zielonka Ł., SkorskaWyszyńska E., Gajęcki M., 2009. Factors determining sensitivity of prepubertal gilts on hormonal influence of zearalenone, Polish Journal of Veterinary Sciences 12(1):149-158.
• [25] Jarczyk A., Jędryczko R., Bancewicz E., Kaczyński M., 2015. Mikotoksyny i grzyby w ziarnie zbóż i paszach dla trzody chlewnej w Polsce. Prz. Hod., 2:27-31.
• [26] Kurowski T. P., Wysocka U., 2009. Fungi colonizing grain of winter spelt grown under two production systems, Phytopathologia, 54: 45-52.
• [27] Li P., Bhattacharjee P., Wang S., Zhang L., Ahmed I., Guo, L., 2019. Mycoviruses in Fusarium species: an updating review. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 9: 257.
• [28] Łozowicka B., 2009. Chemical contaminants in plant food. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin, 49(4): 2071-2080.
• [29] Łukanowski A., Sadowski C., 2008. Settlement of spring wheat kernels by Fusarium spp. In organic systems as compared with other cropping systems, 3rd International FHB Symposium, Szeged, Hungary,: 581-583.
• [30] Malmauret L., Parent-Massin D., Hardy J.L., Verger P., 2002. Contaminants in organic and conventional foodstuffs in France, Food Additives and Contaminants, 19:524-532.
• [31] Mazurkiewicz J., Solarska E., Kuzdraliński A., Muszyńska M., 2008. The occurrence of Fusarium toxins in winter wheat depending on fertilization. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 53(4):15-17.
• [32] Miedaner T., Wilde F., Steiner B., Buerstmayr H., Korzun V., Ebmeyer E., 2006. Stacking quantitative trait loci (QTL) for Fusarium head blight resistance from non adapted sources in an European elite spring wheat background and assessing their effects on deoxynivalenol (DON) content and disease severity, Theoretical and Applied Genetics, 112: 562-569.
• [33] Nieróbca A., Pudełko R., Kozyra J. 2009. The use of remote sensing methods to analyse weed infestation in an experimental field. Progress in Plant Protection, 49: 1622-1629.
• [34] Ogórek R., 2014. Znaczenie mikotoksyn w produkcji rolniczej. TASOMIX nasze pasze, [http://tasomix.pl/znaczeniemikotoksyn-produkcji-rolniczej], dostęp 29.10.2020.
• [35] Panasiuk Ł., Piątkowska M., Pietruszka K., Jedziniak P., Posyniak A. 2018. Modified mycotoxins - a hidden threat beyond official control. Życie Weterynaryjne, 93(8): 543-547.
• [36] Reyneri A., 2006. The role of climatic conditions on mycotoxin production in cereal, Veterinary Research Rozporządzenie Komisji (UE) NR 165/2010 z dnia 26 lutego 2010 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1881/2006 ustalające najwyższe dopuszczalne poziomy niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych w odniesieniu do aflatoksyn. (Dz.Urz. WE L 50/8).ch Communications, 30 (1): 87-92.
• [37] Samardžija M., Jeličić A., Mitak M., Pleadin J., 2017. Oestrogen effects of zearelenon in farm animals and risks for human and animal health, Veterinarska Stanica, 48(2): 109-118.
• [38] Schulz A.K., Kersten S., Dänicke S., Coenen M., Vervuert I. (2015). Effects of deoxynivalenol in naturally contaminated wheat on feed intake and health status of horses. Mycotoxin Res., 31: 209-216.
• [39] Selwet M., 2009. Pathogenic fungi and grain contamination by deoxynivalenol in the cultivation of genetically modified maize and traditional varieties. Ekologia i technika, 17(6): 276-280.
• [40] Smagacz J., Martyniuk S., 2001. Infection of the stem base and roots of winter wheat grown after various forecrops by pathogens, with particular emphasis on Gaeumannomyces graminis. Postępy w Ochronie Roślin, 41(2): 745-746.
• [41] Snijders C. H. A., 2004. Resistance in wheat to Fusarium infection and trichothecene formation, Toxicology Letters ,153, (2004): 37-46.
• [42] Son M., Yu J., Kim K. H. 2015. Five questions about mycoviruses. PLoS Pathog. 11:e1005172. doi: 10.1371/journal.ppat.1005172.
• [43] Stanisławczyk R., Rudy M., Świątek B., 2010. The occurrence of mycotoxins in cereals and cereal products present in retail outlets in the province of Podkarpacie, Nauka. Technologia. Jakość, 6(73): 58-66.
• [44] Starzyk J., Wiśniewska H., 2015. Resistance of spring wheat to Fusarium head blight after the application of effective microorganisms. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, T. 15, Z. 1 (49): 101-111.
• [45] Steinkellner S., Langer I., 2004. Impact of tillage on the incidence of Fusarium spp. in soil, Plant Soil, 267: 13-22.
• [46] Szwejkowski Z., Kurowski T. P., 2009. The investigations on impact of weather conditions on the fungi diseases infestation in environment on the axample of winter wheat. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 26(1): 102-108.
• [47] Tekiela A., Gabarkiewicz R., 2008. Reduction of mycotoxin threats to mammals and birds through the cultivation of Bt maize cultivars in Poland, IOBC wprs Bulletin, 33: 111-116.
• [48] Tran S.T.,. Auvergne A., Bernard G., Bailly J.D., Tardieu D., Babile R., Guerre P., 2005. Chronic effects of fumonisin B1 on ducks. Poultry Sci., 84: 22-28 Vesonder R., Haliburton J., Stubblefield R., Gilmore W.,Peterson S. (1991). Aspergillus flavus and aflatoxins B1, B2, and M1 in corn associated with equine death. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 20: 151-153.
• [49] Wachowska U., Kucharska K., Pluskota W., Czaplicki S., Stuper-Szablewska K., 2020. Bacteria Associated with Winter Wheat Degrade Fusarium Mycotoxins and Triazole Fungicide Residues. Agronomy, 10,. doi.org/10.3390/agronomy10111673.
• [50] Weber R., 2007. Treat and the ways of reducing fusariosis in wheat. Postępy Nauk Rolniczych, 59(2): 19-31.
• [51] Woese K., Lange D., Boess C., Bögl K.W., 1997. A Comparison of Organically and Conventionally Grown Foods - Results of a Review of the Relevant Literature. J Sci Food Agric, 74:281-293.
• [52] Woźniak A., 2001. Studies on yielding, weed infestation and healthiness of spring triticale, spring wheat and spring barley in crop rotation and short-term monoculture on rendzinic soil of the middle-eastern Lublin region. Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej, Lublin.
• [53] Woźniak A., 2002. Effect of forecrops on yielding, weed infestation and healthiness of spring triticale. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, 221: 35-43.
• [54] Xu X. M., Parry D. W., Nicholson P., Thomsett A. A., Simpson D., Edwards S. G., Cooke B. M., Doohan F. M., Brennan J. M., Moretti A., Tocco G., Mule G., Hornok L., Giczey G., Tatnell J., 2005. Predominance and association of pathogenic fungi causing Fusarium ear blight in wheat in four European countries, European Journal of Plant Pathology,112: 143-154.
• [55] Yi C., Kaul H.P., Kübler E., Schwadorf K., Aufhammer W., 2001. Head blight (Fusarium graminearum) and deoxynivalenol concentration in winter wheat as affected by pre-crop soil tillage and nitrogen fertilisation, Zeitschrift für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz, 108: 217-230.
• [56] Zhang X., Xie Y., Zhang F., Sun H., Zhai Y., Zhang S., 2019. Complete genome sequence of an alternavirus from the phytopathogenic fungus Fusarium incarnatum. Arch. Virol. 164, 923-925. doi: 10.1007/s00705-018-04128-2.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).