УДК 633.1:632.4:616-099

ТОКСИНООБРАЗОВАНИЕ У ПОПУЛЯЦИЙ Fusarium poae, ПОРАЖАЮЩИХ ЗЕРНО ХЛЕБНЫХ ЗЛАКОВ В УРАЛЬСКОМ И ЗАПАДНО-СИБИРСКОМ РЕГИОНАХ

С.В. ТОКАРЕВ, Г.П. КОНОНЕНКО, Н.А. СОБОЛЕВА, А.А. БУРКИН

В лабораторных экспериментах провели сравнительную оценку способности к образованию Т-2 токсина и зеараленона у популяций вида Fusarium poae (Peck) Wollenweber, представленных на свежеубранном зерне пшеницы, ячменя, овса и ржи из Уральского и Западно-Сибирского регионов.

Ключевые слова: зерно, фузариоз, зеараленон, Т-2 токсин

 

Для вида Fusarium poae (Peck) Wollenweber, который характеризуется высокой экологической пластичностью и значительным распространением в составе возбудителей фузариоза зерновых культур, токсигенный потенциал природных сообществ до сих пор остается малоизученным. Проблема особенно актуальна в связи с предположением о причастности этого вида гриба к массовым вспышкам острого фузариотоксикоза населения — алиментарной токсической алейкии (АТА) (1-4).

Целью нашей работы была оценка географических популяций F. poae, поражающих зерно хлебных злаков в Уральском и Западно-Сибир-ском регионах Российской Федерации, по способности к образованию T-2 токсина и зеараленона.

Методика. Объектами исследования были 178 природных штаммов F. poae (Peck) Wollenweber, выделенных при микологическом анализе образцов свежеубранного зерна пшеницы, ячменя, ржи и овса урожая 1995-1997 годов в Уральском (Курганская, Челябинская, Оренбургская области, Республика Башкортостан) и Западно-Сибирском (Кемеровская, Омская, Тюменская, Новосибирская области, Алтайский край) регионах.

Оценку токсинообразования грибов проводили по общей схеме, включающей приготовление инокулюма, посев на стерильный зерновой субстрат (рис) с влажностью 30 % и стационарное культивирование в темноте (разные варианты по срокам и температурам). Инокулюм представлял собой гомогенную взвесь клеток гриба в 0,01 % водном растворе Твин-80 (около 20 тыс. диаспор/мл). Выращивание проводили: в течение 4 нед — в двух режимах (только при 25 °С; при 25 ºС в первой и при 8 °С во второй половине инкубации), а также в варианте 16 нед при 8 °С.

По завершении экспериментов образцы мицелиально-зерновой биомассы гомогенизировали в ацетонитриле и полученные экстракты анализировали методом непрямого конкурентного иммуноферментного анализа (5, 6) с чувствительностью определения Т-2 токсина 0,002 мг/кг субстрата (1,0 нг/мл экстракта) и зеараленона 0,02 мг/кг субстрата (10 нг/мл экстракта). Для каждого из представителей популяции учитывали наибольший достигаемый уровень накопления токсина в субстрате.

Результаты. Доля продуцентов зеараленона во всей совокупности изученных штаммов составила 38,2 %, причем выборки существенно различались по этому признаку (табл. 1).

В то же время интенсивность биосинтеза зеараленона была сходной: по региональным популяциям образуемые количества составляли соответственно от 0,02 до 0,20 и от 0,06 до 0,20 мг/кг. Только для одного изолята из Уральского региона показатель равнялся 1,60 мг/кг, что находилось за пределами указанных значений.

1. Способность к токсинообразованию у региональных популяций гриба Fusarium poae, представленных на зерне колосовых культур

Число изолятов, шт.

Всего продуцентов (%)

Интенсивность токсинообразования

пределы значений, мг/кг субстрата

число продуцентов, шт.

количество токсина, мг/кг субстрата (среднее)

З е а р а л е н о н

Уральский регион 

78

47 (60,2 %)

0,01-0,1

22

0,02¸0,09 (0,06)

0,1-1,0

24

0,1¸0,3 (0,2)

1,0-10

1

1,6

10-100

 

 

 

 

Западно-Сибирский регион

100

21 (21,0 %)

0,01-0,1

11

0,06¸0,09 (0,07)

0,1-1,0

10

0,1¸0,3 (0,2)

1,0-10

 

10-100

 

 

 

 

Т-2   т о к с и н  

Уральский регион 

78

34 (43,6 %)

0,001-0,01

5

0,006¸0,008 (0,007)

0,01-0,1

27

0,01¸0,08 (0,03)

0,1-1,0

2

0,4¸0,6 (0,5)

Западно-Сибирский регион

100

62 (62,0 %)

0,001-0,01

1

0,008

0,01-0,1

47

0,01¸0,08 (0,03)

0,1-1,0

14

0,1¸0,9 (0,1)

П р и м е ч а н и е. Прочерк означает отсутствие изолятов с соответствующей интенсивностью токсинообразования. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В литературе подтверждения способности вида F. poae образовывать зеараленон крайне редки. В группе из 18 изолятов из европейских стран (Швеция, Дания, Норвегия, Чехословакия) было найдено 9 продуцентов (7). При культивировании 19 штаммов, выделенных из зерна ячменя и овса в Швеции, в сходных условиях (субстрат — рис, 2 нед при 25 °С и 2 нед при 10 °С) 9 синтезировали этот метаболит, однако его количества, к сожалению, не приведены (7). Один штамм, образующий зеараленон, был выделен из зерна кукурузы урожая 1982 года в Баварии (8).

Оценка потенциала биосинтеза Т-2 токсина показала, что в пределах условных диапазонов концентраций, соответствующих по размерности одному порядку, распределение продуцентов носило закономерный и плавный характер. При этом обе выборки были сходны как по числу продуцентов, так и по низкой интенсивности образования токсина — от 0,006 до 0,600 и от 0,008 до 0,900 мг/кг.

Таким образом, в микофлоре свежеубранного зерна у обеих обследованных географических популяций F. poae потенциал биосинтеза Т-2 токсина и зеараленона характеризуется значительным числом продуцентов с крайне слабо выраженной способностью накапливать эти метаболиты. Этот результат представляет несомненный интерес и не является неожиданным. Обобщение немногочисленных, в том числе неопубликованных, данных литературы по F. poaeевропейского происхождения (Нидерланды, Дания, Норвегия) (9) также свидетельствует о слабой способности этого вида образовывать Т-2 токсин. Согласно результатам изучения 49 штаммов F. poae из коллекций ВВА (Federal Biological Research Centre for Agriculture and Forestry, Berlin, ФРГ), IBT (BioCentrum—Technical University of Denmark, Дания) и ITEM (Instituto Tossine e Micotossine da Parasiti Vegetali, Bari, Италия) только 4 синтезировали Т-2 токсин (10).  

Особый интерес представляет тот факт, что среди представителей популяций F. poae из регионов, где в разные годы регистрировалась АТА, не было выявлено ни одного штамма, образующего Т-2 токсин в количестве более 1 мг/кг. 

В Уральском регионе у всех исследованных нами штаммов количество токсина, выделяемое в субстрат, не превышало 0,60 мг/кг даже при длительном выращивании на холоде, которое соответствует условиям перезимовки зерна (табл. 2). Токсинообразование этой популяции оставалось стабильным в контрастных условиях роста. В режимах, моделирующих развитие гриба при вегетации растений (25 °С, 4 нед), в послеуборочный период (25 °С, 2 нед; 8 °С, 2 нед) и в условиях зимовки под снегом (8 °С, 16 нед) не наблюдалось возрастания доли продуцентов Т-2 токсина, образующих количества более 0,01 мг/кг, или смещения уровней его накопления в область больших значений. Это, несомненно, свидетельствует, что активация Т-2 токсинообразования у F. poae при кратковременном или длительном воздействии пониженных температур вряд ли возможна.

На основании многолетнего изучения видов Fusarium секции Sporotrichiella, выделенных из вызвавших АТА злаков, из растительных субстратов и кормов в различных эколого-географических зонах СССР, ранее был сделан вывод, что сильнотоксичные формы в этой группе единичны при преобладании слаботоксичных и нетоксичных (4).

2. Способность к образованию Т-2 токсина штаммами Fusariumpoae из Уральского региона при разных режимах культивирования

Показатель

25 °С, 4 нед

25 °С, 2 нед + 8 °С, 2 нед

8 °С, 16 нед

Число продуцентов с накоплением Т-2
токсина ≥ 0,01 мг/кг, шт.

10

13

11

Количество токсина Т-2, мг/кг субстрата (среднее)

0,01¸0,4 (0,06)

0,01¸0,3 (0,04)

0,01¸0,6 (0,08)

У F. poae разного географического происхождения были описаны так называемые «экологические модификации» изолятов, формирующиеся при адаптации к окружающей среде (4). Можно предположить, что не только показатели роста, но и метаболические возможности этого вида гриба могут приобретать крайние формы под влиянием сочетания редких или аномальных почвенно-климатических факторов. К группе с такими свойствами могут быть отнесены 46 высокотоксичных штаммов F. poae (PK.) Wr., выделенных на перезимовавших в поле растениях пшеницы, ячменя, ржи, проса, подсолнечника и из почв в Оренбургской области в 1943-1949 годах (1, 2), а также другие сильнотоксичные изоляты, в том числе известный штамм F. poae 5253 (4). Зарубежными исследователями описаны отдельные штаммы, у которых накопление Т-2 токсина достигает 30 мг/кг зернового субстрата (11), а экстрактивные вещества вызывают глубокие дегенеративные изменения эпителиальных клеток у лабораторных животных (12). В молекулярно-генетических исследованиях, проведенных в последние годы, обсуждается иная видовая принадлежность этих штаммов (9).

Итак, в нашей работе при выборочной оценке токсигенного потенциала популяций Fusarium poae в регионах вспышек алиментарной токсической алейкии биосинтез зеараленона выявлен у 38,2 % изолятов, Т-2 токсина — у 52,8 % изолятов при крайне слабо выраженной способности накапливать эти метаболиты. Культивирование F. poae в условиях пониженных температур не приводило к активации токсинообразования.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. J o f f e  A.Z. The mycoflora of overwintered cereals and its toxicity. Bulletin of the Research Council of Israel, 1960, 9D: 101-126.
2. J o f f e  A.Z. Toxicity and antibiotic properties of some Fusaria. Bulletin of the Research Council of Israel, 1960, 8D: 81-95.
3. Y a g e n  B.,  J o f f e  A.Z. Screening of toxic isolates of Fusarium poae and F. sporotrichioides involved in causing alimentary toxic aleukia. Appl. Environ. Microbiol., 1976, 32(2): 423-427.
4. К в а ш н и н а  Е.С. Физиолого-экологическая характеристика видов рода Fusarium секции Sporotrichiella. Бюл. Всес. Ордена Ленина Института экспериментальной ветеринарии, 1978, 32: 42-45.
5. К о н о н е н к о  Г.П.,  Б у р к и н  А.А.,  С о б о л е в а  Н.А. и др. Иммуноферментный метод определения Т-2 токсина в контаминированном зерне. Прикл. биохим. и микробиол., 1999, 35(4): 457-462.
6. К о н о н е н к о  Г.П.,  Б у р к и н  А.А.,  С о б о л е в а  Н.А. и др. Получение конъюгированных антигенов на основе карбоксиметилоксима зеараленона и их применение в иммуноферментном анализе. Прикл. биохим. и микробиол., 2000, 36(3): 328-335.
7. P e t t e r s o n  H. Nivalenol production by Fusarium poae. Mycotoxin Res., 1991, 7A(1): 26-30.
8. E n g e l h a r d t  G.,  R i n t e l e n  J.,  W a l l n o f e r  P.R. Occurrence of toxin-producing mould fungi of the genus Fusarium on cereals from the 1982 harvest in Bavaria. Bayerisches Landwirtschaftliches Jahrbuch, 1984, 61(1/2): 338-347.
9. T o r p  M.,  L a n g s e t h  W. Production of T-2 toxin by a Fusarium resembling Fusarium poae. Mycopathologia, 1999, 147(2): 89-96.
10. T h r a n e  U.,  A d l e r  A.,  C l a s e n  P-E. e.a. Diversity in metabolite production by Fusarium langsethiae, Fusarium poae, and Fusarium sporotrichioides. Inter. J. Food Microbiol., 2004, 95(3): 257-266.
11. V e s o n d e r  R.F.,  E l l i s  J.J.,  R o h w e d d e r  W.K. Swine refusal factors elaborated by Fusarium strains and identified as trichothecenes. Appl. Environ. Microbiol., 1981, 41(1): 323-324.
12. L u c i a  G.E.,  M a r t i n  A.A.,  L o r y  G. e.a. Rabbit skin sensitivity to culture extracts of Fusarium poae. Revista Argentina de Microbiologia, 1984, 16(1): 27-32.

 

TOXIN PRODUCTION IN POPULATION Fusarium poae ON CORN OF CEREALS IN URAL AND WESTERN SIBERIA

S.V. Tokarev, G.P. Kononenko, N.A. Soboleva, A.A. Burkin

In laboratorial experiments the authors made the comparative estimation of production of T-2 toxin and zearalenon by Fusarium poae (Peck) Wollenweber populations in fresh corn of wheat, barley, oat and rye from Ural’skii and Western Siberian regions.

Key words: grain, fusariosis, zearalenone, T-2 toxin.

 

ГНУ Всероссийский НИИ ветеринарной
санитарии
, гигиеныиэкологии,
123022  г. Москва, Звенигородское ш., 5,
e-mail: tokarev-sergej@yandex.ru

Поступила в редакцию
10 июля 2007 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало