Výskyt fusarióz v kukuřici významné riziko pro hospodářská zvířata a lidskou populaci Nedělník, J. Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r.o. Troubsko
SWOT Food and feed safety Krize, ekonomika produkce, efektivita vstupů, koncepce nekoncepce
PŘEDNOSTI KUKUŘICE - SILÁŽÍ Kukuřice se používá v ČR přibližně z více než 85% na výrobu siláže a asi ze 14 % na zrno Silážní kukuřice se v porovnání s jinými krmnými plodinami vyznačuje až o 50 % nižšími náklady na produkci energie, vyznačuje se vysokou potenciální produkcí a plně mechanizovanou sklizní. Díky příznivému obsahu rozpustných sacharidů (NFC) patří silážní kukuřice k nejsnadněji silážovaným pícninám - krmivo, bioplyn Kukuřičné siláže tvoří hlavní složku směsných krmných dávek přežvýkavců a tím mohou ovlivňovat ekonomiku výroby mléka a masa Dojnice mohou přeměnit 30 % výjimečně až 50 % přijatých živin na mléčné složky (vyjádřeno jako energie) na energetickou hodnotu mléka opodstatněný požadavek na vyrovnanost, stabilitu a kvalitu siláží a celé krmné dávky z hlediska zdraví a průběhu bachorového trávení
RIZIKA SILÁŽÍ KUKUŘICE Stále větší negativní dopad na kvalitu mléka a zdraví zvířat a tím i ekonomiku chovu představuje riziko nedostatečné a nízké hygienické jakosti siláží, kukuřičných zejména (obsah plísní a jejich toxinů, koncentrace kvasinek, hnilobných bakterií, kukuřičné sněti aj.). krmiva jsou součástí potravinového řetězce Kukuřice jako teplomilná rostlina citlivě reaguje na změny klimatických podmínek oslabením řady fyziologických procesů = mohou způsobit odlišnou odezvu rostlin na výskyt a působení řady nežádoucích patogenních činitelů a chorob.
Mikromycety Neoddělitelná součást životního a pracovního prostředí Vícebuněčná nebo jednobuněčná (kvasinky) eukaryota, heterotrofové Saprofyté Parazité Patogeni
Pozitivní význam mikromycetů Antibiotika Penicillium spp. Kyselina citronová Aspergillus niger Fermentované potraviny Penicillium, Aspergillus Plísňové sýry Penicillium camemberti, P.roqueforti Trvanlivé tepelně neopracované masné výrobky P. nalgiovense Víno pozdního sběru Botrytis cinerea Biologická ochrana rostlin Trichoderma, Verticillium
Negativní význam mikromycetů Mykozy dermatomykozy, podkožní mykozy, aspergiloza, mukormykoza, kandidoza Alergie Produkce mykotoxinů
Fytopatologie kukuřice HNILOBY VZCHÁZEJÍCÍCH ROSTLIN, STÉBEL A TROUCHNIVĚNÍ PALIC - Fusarium spp. OBECNÁ SNĚTIVOST KUKUŘICE - Ustilago maydis RZIVOST KUKUŘICE Uromyces maydis Absence fungicidů pro foliární aplikace, registrace mořidel
Je kontaminace rostlin a rostlinných produktů mykotoxiny skutečností?!
Výsledky 2009 Ozimá pšenice Ječmen Kukuřičná řezanka až 2500 ppb až 1850 ppb až 1000 ppb
Rye 2009
Pieter Breughel : Žebráci ergotismus oheň sv.antonína
Odpověď je ANO historie současnost
Když se řekne mykotoxiny? Co je na začátku, jaká je role a osud mykotoxinů v potravním řetězci..?
Co jsou mykotoxiny? Produkty sekundárního metabolismu (tvorba nebo sekrece různorodých látek) mnohých houbových organismů nebílkovinné povahy Jsou fytotoxické a zootoxické Poškozují zdraví, způsobují ekonomické ztráty v rostlinné produkci, v chovech hospodářských zvířat i v potravinářství Nízkomolekulární (méně než 700 g/mol) Rezistentní vůči fyzikální a chemické inaktivaci Široká toxická valence Různá polarita molekul
Mykotoxiny jsou prostředkem vláknitých mikromycetů v boji o potravu a v boji o přežití Nejsou nezbytné při rozvoji ve srovnání s aminokyselinami, mastnými či nukleovými kyselinami nebo proteiny
Spektrum mykotoxinů ergotoxin aflatoxins ochratoxin A roquefortin C penicilium toxins alternaria toxins fusariotoxins deoxynivalenol (vomitoxin) T-2 toxin zearalenone fumonisins Skladové plísně Polní plísně
Deoxynivalenon (DON) Kukuřice, obiloviny zvracení, odmítání krmiv, průjem Ohrožená zvířata skot, prasnice, drůbež...ohrožuje i člověka Klimatické podmínky vlhko, chladno
Zearalenon Estrogenní účinky...vyvolává problémy při reprodukci Ohrožené plodiny kukuřice, pšenice, ječmen Ohrožená zvířata prasata, drůbež...ohrožuje i člověka Klimatické podmínky chladno, vlhko
Fumonisiny Kukuřice Ohrožená zvířata koně, prasnice...ohrožuje i člověka...rakovina jícnu u člověka, plicní edémy, hmotnostní redukce Klimatické podmínky teplo, vlhko
Akutní a chronické toxické účinky mykotoxinů Mykotoxikozy Akutní DON toxikoza aflatoxikoza Alimentární toxická aleukie Balkánská endemická nefropatie ergotism Rakovina jícnu Primární jaterrní karcinom Otrava červenou plísní mykotoxin DON AFL TRICH OTA Námelové mykotoxiny FUM AFL DON
Členění mykotoxinů podle toxických účinků k cílovým orgánů Malíř, Ostrý 2003 Toxický účinek Dermatotoxiny Estrogeny Genotoxiny Hematotoxiny Hepatotoxiny Imunotoxiny Nefrotoxiny Neurotoxiny Toxiny gastrointestinálního traktu Mykotoxiny TRCH ZEA AFL,OTA,ZEA,TRCH, FUM AFL,OTA,ZEA,TRCH AFL AFL,OTA,TRCH,PAT CIT, OTA FUM TRCH
Kategorizace mykotoxinů z hlediska karcinogenity (IARC- WHO) Aflatoxiny Ochratoxin A Fumonisiny Fusarin C Zearalenon Deoxynivalenol T-2 toxin 1 2B 2B 2B 3 3 3
Zákon 110/1997 Sb. s limity mykotoxinů Vyhláška 294/97 Sb. Legislativa ČR, EU Nová vyhláška: 305/2004 Sb.!!! Zákon 281/2002 Sb. o některých opatřeních souvisejících se zákazem biologických zbraní + prováděcí vyhláška 474/2002 Sb. (evidence) Nařízení komise 401/2006/ES vzorkování Nařízení EU 1881/2006 ES limity Nařízení Komise 1126/2007 ES limity fusariotoxinů v kukuřici Doporučení Komise 583/2006 fusariotoxiny a prevence
Novela Nařízení Rady EU 466/2001 Nařízení Komise (ES) č. 1881/2006 DON Obiloviny s vyjímkou tvrdé pšenice, kukuřice 1250 ug/kg Kukuřice 1750 ug/kg Mouka 750 ug/kg Chléb 500 ug/kg Dětská výživa 200 ug/kg ZEA Obiloviny 100 ug/kg Mouka 75 ug/kg Dětská výživa 20 ug/kg
Limity u krmiv Zearalenon 0,5 mg/kg (USA) Zdravotní stav skotu může být ovlivněn při množství 0,5 1,0 mg/kg (Malíř et al., 2003) Nedoporučuje se zkrmovat krmivo s více než 0,5 mg/kg (Betina, 1990) T-2 toxin 0,5 mg/kg (USA) Fumonisin max. 5 mg/kg (USA) DON 10 mg/kg v méně než 50% krmiva (USA)
Limity - krmiva (USA) Zearalenon - 0,5 mg/kg T-2 toxin - 0,5 mg/kg Fumonisin - max. 5 mg/kg DON - např. pro skot hranice 10 mg/kg v méně než 50% krmiva
l Efekt mykotoxinů na zvířata Obecně
Odhad ekonomických ztrát v krmivech 2,5 bil. USD in USA EU : produkce krmiv - okolo 160 mil. t /rok mycotoxinová kontaminace: 25% ztráty: 5 bilions Zvýšené výdaje na preventivní a terapeutická opatření Nové analytické metody
různý vliv v závislosti na typu toxinu, druhu zvířete, pohlaví, věku, aktuálním zdravotním stavu, dávce alergie, poruchy reprodukce,nervový systém, respirační poruchy, neuropatie, vyšší mortalita redukovaný příjem a konverse živin, nižší užitkovost, redukce kvality
snížení imunity, alergické reakce, poruchy reprodukce, Vliv toxinů na organismus poruchy nervové soustavy, poruchy dýchacího ústrojí, poruchy trávení snížení konverze a využití krmiv zvýšená mortalita v chovu
Mykotoxiny jsou velmi stabilní sloučeniny! Ne pouze plesnivý materiál může být kontaminován mykotoxiny! Chronické efekty a sub-klinické symptomy jsou častější než akutní intoxikace
Co je na začátku, jaká je role a osud mykotoxinů v potravním řetězci..?
Primární kontaminace patologické efekty po interakci hostitel-patogen Sekundární kontaminace skladování (sklady, sila, silaže, domácnost) Mykotoxiny v živočišných produktech (maso, mléko, vejce)
PRIMÁRNÍ KONTAMINACE - phyto-pathogenic proces během vegetace - Náchylný hostitel virulentná patogen příznivé podmínky prostředí - stresory - kontaminace rostlinných produktů potraviny, krmivad - Fusarium spp. - Alternaria spp. Claviceps purpurea - alkaloids
Agrotechnické faktory ovlivňující výskyt plísní Použitý hybrid Hustota porostu Výživa a hnojení Ošetření proti zavíječi kukuřičnému Vyšší napadení zavíječem = vyšší poškození rostlin...tj. vyšší výskyt Fusárií Výška strniště >30 cm = nižší kontaminace plísněmi Konzervace zmrzlé biomasy
Ostrinia nubilalis Environmental factor Maize Mycotoxins Fusarium
Rozšiřování zavíječe kukuřičného v ČR od roku 1980-1995
GMO
Strategie ochrany kukuřice proti ECB Insecticid Biologická kontrola GMO
Počet chodbiček (50 rostlin) silage corn DON control 100 % (43) 100% (60) 100 % (540 ppb) insecticide 4 % 8 % 0 % biological control 50 % 50 % 60 % BT hybrid 0 % 0% 10 %
Srovnávací studie (Ostrý et al., Mycotoxin Workshop 2009) 34 studies BT-maize cont. non Bt-maize FUM, DON, ZEA content Europe, USA, South America, Asia Results Lower content (no zero!) of mycotoxins in 30 from 34 studies on BT maize (MON 810 hybrid)
Ekonomické údaje Hybrid non GMO cena/ha GMO cena/ha osivo 2750 CZK seeds 3750 Insecticide+ application 1000 CZK Celkem 3750 CZK 3750 CZK
Španělsko 70.000 ha Česká republika 8.380 ha Výměra BT hybrid 2008 Česká republika 7.800 ha/ 2009
Agrotechnické opatření k redukci zavíječe kukuřičného Rychlé rozbití (rozdrobení) posklizňových zbytků kukuřice Ničení a likvidace plevelů Důležitá je včasná podzimní orba a jarní diskování Omezení pěstování kukuřice po sobě
Životní cyklus zavíječe kukuřičného Přezimují dorostlé housenky ukryté ve spodních částech stébel na jaře, při teplotě půdy 15 16 C, se začínají kuklit průměrně za 14 dní (10 25) v závislosti na podmínkách prostředí se líhnou motýli samice po oplodnění kladou vajíčka převážně na spodní stranu listů kukuřice
Siláže a zrno po sklizni
Změna růstu hub v průběhu fermentace striktně aerobní houby (Fusarium, Alternaria) nepřežívají oxygen deficit tolerant fungus (Aspergillus fumigatus, some Penicillium) Penicillium roqueforti jako vysoce tolerantní - roquefortin C ph tolerance
Změny v obsahu mykotoxinů během fermentace Vysoká stabilita v silně kyselém prostředí Žádný efekt fermentace na obsah mykotoxinů např. DON Maskované mykotoxiny (glycosil forms)
Mycotoxins and mycoflora of finished silages 70 fungal species Penicillium requeforti, Aspergillus fumigatus, Monascus ruber More diverse mycoflora in grass silages than in corn silages mycotoxins from field contamination + roquertin C (corn silages carbon sources, sugar)
Základem pro produkci vysoce kvalitních a mykotoxinů prostých surovin je integrovaný systém pěstování rostlin včetně prvků ochrany rostlin respektujících GAP. GMO je jedna z variant. Ekonomická krize.
Doporučení Výběr vhodných hybridů s odpovídajícím FAO Vyvážená výživa a odpovídající ochrana i u silážní kukuřice Sklizeň v optimální sušině ( 30 33 % dry matter content) Bezprostředně po sklizni silážovat, precizní utužení, zakrytí Dobře organizovaný odběr hotové siláže, face management
Protiplísňové přípravky organické kyseliny Vyvazovače mykotoxinů * preparáty na bázi jílů polarní molekuly (aflatoxins, ochratoxin) *inaktivované biomasa Sacharomyces cerevisiae zachována enzymatická aktivita esteráz and epoxidáz nonpolarní molekuly (trichothecenes, zearalenone)
Result good face management
France 2009
Také výsledek?! 2003 High dry matter content, bad air removal, imperfect cover
Kritické body analýzy mykotoxinů Vzorkování Skladování vzorků ELISA, jiné analytické metody
Příklady 1 mg/kg = 1 ppm (parts per milion) 1 kg pšenice = 30000 zrn, 1 zrno ve 60 kg = 1 ppm 1 ug/kg = 1 ppb (parts per bilion) 1 zrno kukuřice ve 3,5 vagonech
Objemná krmiva Kukuřičná siláž Tři horizontální úrovně Z každé tři vzorky 1,5 kg Homogenizace Souhrnný vzorek 1 kg Zamražení!!!
Proč zamrazit?!
Stanovení obsahu mykotoxinů Finančně nákladné Chromatografické analýzy TLC, GC, HPLC, LC - MS Imunoenzymatické metody ELISA
Ustilago maydis
SNĚŤ KUKUŘIČNÁ A MOŽNÉ DOPADY VE VÝŽIVĚ V infikovaných silážích kukuřice však byla prokázána snížená výživná hodnota výskyt mikroorganismů kvasinek, bakterií a plísní aj. ). Vliv sekundární kontaminace a bakteriální a houbové infekce na výslednou závadnost siláž Kukuřičné siláže obsahující spory U.m. nedoporučují ke zkrmování zvířatům (Schrader et al. 1970), zatímco Burgstaller et al. (1977) neprokázali žádné negativní dopady.
Infikovaná silážní hmota - v průběhu fermentačního procesu celková vyšší produkce kvasných kyselin v 1 kg sušiny siláže ((12,150 %) ve srovnání s kontrolní variantou (9,370 %). Nižší obsah sušiny (249,63 g.kg-1) - nižší obsah kyseliny mléčné (2,195 %) a vyšší obsah kyseliny octové (0,838 %) ve srovnání s kontrolní siláží (2,388 %, resp. 0,692) Infikovaná siláž - vyšší koncentrace kvasných kyselin v 1 kg sušiny (12,15 %) oproti 9,37 % a tomu odpovídala i vyšší hodnota KVV (1744,3 mg KOH) oproti 1498,3 mg KOH na 100 g siláže. Vyšší hodnotě titrační kyselosti odpovídala také nižší průměrná hodnota ph siláže. V pokusné infikované siláži s ohledem k nižšímu obsahu sušiny došlo navíc také k odtoku silážních tekutin v přepočtu 36,93 l/t silážní hmoty, rozdíly byly zjištěny i ve ztrátách hmoty mezi oběma skupinami siláží.
DON (ppb) ZEA (ppb) K 08 44,5 <LOQ Sněť 08 48,6 <LOQ K 09 68 26,2 Sněť 09 79 27,5 K 10 358,5 239,1 Sněť 10 375,5 392,4
Závěry - doporučení Kontaminace rostlinných komodit mykotoxiny je realitou.
Řešení Integrovaný systém pěstování rostlin Integrovaná ochrana rostlin Základ ochrany proti kontaminaci mykotoxiny
Dobrá zemědělská praxe (intuice, vyhlášky, EU, GAEC) Kvalitní odrůda Odpovídající příprava půdy, rotace plodin, výživa - systémy hospodaření, minimalizace, ekologické zem. Prevence stresu sucho apod. Sklizeň při odpovídající vlhkosti zrno, siláž Post-harvest opatření
Co může udělat fytopatologie a ochrana rostlin? Rezistentní odrůdy - typ rezistence - znalost druhového a patotypového spektra - GMO? Odpovídající přímá ochrana proti škodlivých činitelům - LD 50
ZÁVĚR Kukuřičná siláž patří k významným konzervovaným krmivům s nejvyšší koncentrací energie. Kukuřice jako plodina má bezkonkurenčně nejvyšší pěstitelský potenciál ha výnosu energie. Existuje vztah mezi výší stravitelnosti OH a koncentrací vlákniny a škrobu. Konzervace silážováním musí zajistit vysoké kvalitativní parametry krmiva. Velkou pozornost je nezbytné věnovat k minimalizaci rozvoje nežádoucích a patogenních mikroorganismů, které způsobují nejen snížení nutriční hodnoty, ale mohou být příčinou alimentárních, reprodukčních a jiných onemocnění.
Zvláště DŮLEŽITÉ je v zemědělských podnicích organizovat a provádět správnou výrobní praxi, při které dochází k minimalizaci těchto mikroorganismů a také rizika tvorby jejich metabolitů. Kukuřičné siláže s neúspěšným fermentačním procesem, siláže mikrobiálně změněné (činností kvasinek, plísní, bakterií), resp. tepelně poškozené, plesnivé jsou vždy hůře přijímány zvířaty, mají vždy horší nutriční zhodnocení, a jsou zdrojem velkých mikrobiálních rizik i pro samotná zvířata.
Děkuji za pozornost Výsledky projektu MZe ČR 1B53043 a MŠMT ČR MSM 2629608001