Účinné postupy regulace fuzárií v klasech pšenice: Obecné souvislosti a praktická doporučení

23. 06. 2021 Dr. Ing. Ludvík Tvarůžek a kol. Choroby Zobrazeno 2797x

Napadení klasů obilnin mohou být způsobena několika různými druhy rodu Fusarium, nejčastějšími jsou z celosvětového pohledu tři následující: Fusarium graminearum Schwabe (Teleomorph. Gibberella zeae (Schwein.) Petch), Fusarium culmorum (Wm. G. Sm.) Sacc., Fusarium avenaceum (Fr.:Fr.)Sacc. (Teleomorph. Gibberella avenacea Cook).

Napadení klasů způsobuje samozřejmě snížení výnosu a jeho parametrů, při silnějším napadení zhoršuje také technologickou kvalitu zrna. Nejzávažnějším důsledkem je však kontaminace zrna mykotoxiny. Těchto je fuzárii produkována celá řada, v našich podmínkách a u pšenice jako nejrozšířenější obilniny se zaměřujeme především na trichothecenový deoxynivalenol (DON) a estrogenní mykotoxin zearalenon (ZEA), pro které jsou stanoveny legislativní limity pro maximální obsah.

Přenos infekce a vývojový cyklus choroby

Rozhodujícím epidemiologickým momentem vzniku infekce je krátké vývojové období, ve kterém jsou klasy obilnin citlivé k napadení fuzárii (od květu po voskovou zralost zrna). Fáze kvetení je obdobím, kdy dochází k pronikání infekčních vláken do pletiv. Bylo zjištěno, že přítomnost kvartérních amonných sloučenin, které produkují rostlinné prašníky, stimuluje růst patogena na obilném kvítku (Sutton, 1982). Primární infekce může nastat jak askosporami, tak makrokonidiemi, které dopadly na plevy klásků. Askospory, které dopadly na doposud nekvetoucí klasy, jejichž prašníky se ještě neobjevily, mohou po dobu několika dnů zůstat životaschopné a později pronikat do prašníků. Konidie však mohou pronikat plevami i přímo, ale jejich životnost je kratší (Ireta, M. J., 1986).

Hlavním zdrojem inokula jsou infikované posklizňové zbytky obilniny a kukuřice, ležící na povrchu půdy. Tyto rostlinné zbytky, které leží v povrchových částech ornice jedno nebo i dvě zimní období se v pozdním jarním období pokrývají plodnicemi - perithecii. Pravděpodobně především v prvním roce depozice posklizňových zbytků se z plodnic uvolňují makrokonidie, které pomocí deště a větru způsobují přenos infekce do klasů, především na kratší vzdálenosti. V delším časovém intervalu dozrávají v peritheciích i askospory, které jsou při vysoké vlhkosti vzduchu přenášeny větrem na větší vzdálenosti. Na infikovaných klasech, listových pochvách a stéblech se mohou v omezené míře rovněž v pozdnějších fázích vývoje zrna vytvářet další makrokonidie, které slouží jako sekundární inokulum ještě v průběhu dozrávání. Slouží také k šíření infekce na další hostitelské druhy rostlin.

Příznaky napadení klasů se mohou při vysoké vlhkosti vzduchu projevit již 72 hodin od infekce. Infikované klásky ztrácejí rychle chlorofyl a jejich zelená barva nejprve bledne. Infekce se může projevit v kterékoliv části klasu, ale s ohledem na hierarchii kvetení v klasu (nejprve kvete střední třetina klasu) se v ní infikované klásky objevují nejčastěji. S postupem času napadené klásky a jejich báze schnou, jsou často zbarveny růžovým až broskvovým odstínem. Nakonec se na zcela napadených klasech objevují hojně černě, které jsou saprofytními organizmy. Ty signalizují, že napadená pletiva jsou již odumřelá (obr. 1)

Pokud je infekce velmi silná, mohou být napadená zrna zbarvena růžově s vatovitým povlakem, mírnější napadení se projevuje deformacemi obilek, jejich zkroucením, snížením hmotnosti a tedy i zásadním ovlivněním parametru hmotnosti tisíce zrn a objemové hmotnosti. Na tomto místě je třeba zmínit fakt, že silně napadené a tedy i lehké obilky vypadávají při sklizni z kombajnu a jsou do značné míry z produkce „odčistěny“. Na povrchu půdy se stávají společně s napadenými zbytky rostlin součástí následujícího cyklu choroby.

Používané pěstební postupy hrají významnou roli v přežívání zdrojů budoucí epidemie, zaorání těchto zbytků snižuje primární zdroj infekce pro následující rok. Pro jeho úplnou likvidaci je však třeba, aby byly zbytky zcela rozloženy. Tomu napomáhá vyvážená biologická aktivita antagonistických mikroorganizmů v půdě.

Naše pracoviště v rámci služby „monitoring - signalizace - doporučení“ pravidelně sleduje stav zralosti infekčních zárodků na posklizňových zbytcích kukuřice. Tento poznatek vztahujeme ke konkrétnímu vývoji a růstu porostů pšenice v daném roce. Hodnotíme, jaké je riziko, že se období kvetení obilniny překryje s fází uvolňování zárodků z dozrálých plodnic do prostředí.

Tímto způsobem jsme identifikovali například na konci května roku 2019, že u nadpoloviční většiny sledovaných vzorků byly již zárodky uvolněny a plodnice zůstaly prázdné (obr. 2). Tou dobou se porosty teprve blížily k období kvetení, takže riziko výskytu epidemie bylo nakonec nízké.

Naproti tomu v minulém epidemickém roce 2020 byla situace odlišná. V řadě oblastí byly plodnice patogena ke dni 25. května (den, kdy byly vzorky zbytků svezeny z polí do kroměřížské laboratoře) ve stadiu před dozráním nebo až plně zralé a často hojně se vyskytující (obr. 3). Hlavní období kvetení pšenice, které nastalo na počátku června se tak časově shodovalo s dostupným zdrojem infekce. S přihlédnutím k již známému faktu podpůrného vlivu srážek a vysoké vlhkosti na počáteční průběh infekce se v minulém roce vytvořily pro rozvoj fuzarióz mimořádně příhodné podmínky. Významná deštivá období začala právě již v poslední dekádě května, další následovala s odstupem v druhé dekádě června, riziko se tak rozložilo téměř do měsíčního intervalu (graf 1). Zajisté se zvyšovalo i pozdní sekundární šíření choroby v již napadených porostech, které bylo popsáno výše.

Obr. 1: Porost pšenice s velmi silným napadení fuzárii v klasech

Obr. 2: Vyprázdněná perithecia fuzárií na slámě kukuřice, 2019

Obr. 3: Perithecia s vřecky naplněnými askosporami, 2020

Graf 1: Rozložení srážek (mm) v období kvetení obilnin, Kroměříž 2020

Využití fungicidů k potlačení infekce klasů fuzárii

Obecné souvislosti použití fungicidů dokumentované na uměle infikovaných pokusech

Fungicidní ochrana patří k základním regulačním opatřením snižujícím rozsah poškození porostů obilnin fuzárii. Její použití je sledováno dlouhodobě na řadě pracovišť na celém světě. Opakovaně se prokázalo, že odpovídající účinnost vykazují pouze některé DMI- účinné látky (azoly) (Avozani a kol., 2014). Spektrum efektivních azolů zůstává po dlouhou dobu velmi podobné (např. prothioconazole, metconazole, tebuconazole) a dá se předpokládat, že i v současnosti probíhající významné změny v dále povolených účinných látkách zatím zachovají tento segment ochrany.

Problematikou účinnosti fungicidů se zabýváme od 90. let minulého století. Postupy zůstaly velmi podobné a jsou založeny na zvyšování tlaku choroby umělým infikováním porostů postřikem suspenzí konidií. Postup je prováděn v náchylném období plodiny a je k němu využíván vybraný kmen druhu Fusarium culmorum, který vykazuje vysokou patogenitu a produkci mykotoxinu DON. Tím se nám daří dosahovat napadení i v letech, která jsou pro chorobu málo příznivá.

Termín aplikace

Pro jednoznačné prokázání účinku fungicidu je třeba, aby v době navozené infekční situace již byla účinná látka zabudována do rostlinných pletiv. Odpovídá to v podstatě základnímu požadavku na provádění správné rostlinolékařské praxe - ošetřit preventivně, dokud choroba není v rostlině rozvinuta (obr. 4). Pro tyto pokusy aplikujeme fungicidy 24 hodin před provedením infekce. Pokud jsme interval mezi aplikací a umělou infekcí prodloužili, v konečném důsledku to vedlo k významnému snížení účinnosti.

V řadě dříve provedených studií bylo potvrzeno, že pokud je odstup fungicidní aplikace od infekce delší než týden, účinnost již výrazně klesá. V grafu 2 je vidět příklad, kdy použití účinné látky prothioconazole v dávce 200 g/ha znamenalo při 4denním zpoždění téměř dvojnásobně vyšší obsah mykotoxinu ve sklizeném zrně. Tato závislost platí i v opačné situaci, kdy je zásah proveden příliš brzy a infekční proces začne probíhat až se zpožděním, což potvrzuje především potřebu provedení aplikace fungicidů co nejblíže fázi kvetení.

Obr. 4: Základem je preventivní ošetření, dokud choroba není v rostlině rozvinuta

Graf 2: Změna kontaminace zrna mykotoxinem DON při aplikaci fungicidu prothioconazole (200 g/ha) v různém odstupu od počátku infekce

Efekt dávky aplikovaného fungicidu

V ochraně proti fuzáriím je třeba dodržovat použití maximální povolené dávky v přepočtu na obsaženou účinnou látku. Jakékoliv snižování dávek, které při včasném zákroku můžeme bez rizika využít proti listovým chorobám, zde není vhodné. Může dojít především ke kratší době perzistence účinné látky (stálosti aktivního účinku v rostlinných pletivech), a tím k umožnění následného rozvoje sekundárního infekčního cyklu choroby se všemi jeho důsledky. U několika azolů s prokázanou vysokou účinností je možné vhodně dvě látky kombinovat, a tím zlepšovat například efektivitu na další přítomné patogeny, vždy je však třeba správně přepočítávat poměr, který se v daném produktu nachází.

Na grafu 3 jsou porovnány v účinnosti na hladinu mykotoxinu DON různě snížené dávky účinné látky prothioconazole se zřetelným nárůstem kontaminace po významnějším snížení dávky. Graf 4 pak ukazuje výsledek náhrady poloviny množství jedné účinné látky druhou, rovněž proti fuzáriím efektivní účinnou látkou.

Graf 3: Vliv obsahu účinné látky v aplikovaném fungicidu na kontaminaci zrna mykotoxinem DON

Graf 4: Vliv obsahu účinných látek v TM dvou na fuzária účinných azolů na kontaminaci zrna mykotoxinem DON

Variabilita v rámci porostu

Reálné podmínky v poli jsou velmi proměnlivé a není možné zákrok načasovat s takovou přesností, jako když je proveden v pokusných podmínkách. I v rámci jednoho pozemku se poměry významně mění a konečný dopad napadení je různý, vždy se však potvrzuje, že fungicidy účinnost udržují, jen infekce neošetřeného, v našem případě srovnávaného, porostu se rozvíjí různě silně. Tuto záležitost je možné dokumentovat na dvou grafech (graf 5 a 6), které vyjadřují výrazně proměnlivé hodnoty obsahu mykotoxinů v zrně v rámci pozemku velikosti do 5 ha, kdy průměrné účinnosti zkoušených fungicidů se udržovaly na srovnatelné a vysoké úrovni i když podmínky umožnily rozvoj choroby do různé intenzity.

V přeneseném smyslu to znamená, že v konkrétním porostu se bude choroba vyvíjet podle úrovně hlavních činitelů - podle odrůdy, předplodiny a především průběhu počasí v době kvetení. V některých částech pozemku může být infekce silnější, v jiných mírnější, ale správné zvolené fungicidní ošetření provedené včas bude působit srovnatelně. Podmínkou však je, že dávka účinné látky nebude zásadně snížena.

Graf 5: Variabilita hodnot obsahu DON mezi různými pokusy (A–D) u odrůdy Rivero

Graf 6: Variabilita hodnot obsahu DON mezi různými pokusy (A–B) u odrůdy Tobak

Četnost a intenzita napadení klasů

Na tomto místě je třeba zmínit také důležitý rozdíl, který existuje mezi vývojem napadení chorobami listů a fuzárii v klasech. Pokud sledujeme napadení listovými chorobami, jejich výskyt je mezi jednotlivými odnožemi vcelku rovnoměrný a pravidelně se opakující. U klasových fuzárií však nastává trochu odlišná situace: ne na všech klasech se uchytí primární infekce, a tak se i v napadeném porostu vyskytují zdravé i nemocné klasy. Příčin je více, nejvýznamnější z nich je asi postupné nakvétání odnoží podle jejich hierarchie od hlavního stébla počínaje. V metodice hodnocení výskytu fuzárií je tedy třeba používat více charakteristik popisujících stav epidemie než jen průměrné napadení. Je třeba sledovat jak poměrné napadení samotného klasu, tak současně počet (podíl) napadených a zdravých klasů.

Problematiku opět dokumentujeme na příkladu z infekčních pokusů (graf 7). U fungicidně neošetřeného porostu byly infekcí zasaženy všechny klasy již po 2 týdnech od infekce, fungicidy v ošetřeném porostu ochránily čtvrtinu až třetinu klasů od uchycení primární infekce. Ošetřené klasy však měly v průměru jen minimální napadení, neošetřený porost vykazoval 10× vyšší hodnoty. Po 4 týdnech od infekce, v době, kdy epidemie vrcholila, vzrostl podíl napadených klasů i ve fungicidně ošetřených porostech, a to pravděpodobně druhotnou následnou infekcí. Jejich podíl byl však přibližně poloviční oproti absolutním 100 % napadených klasů neošetřeného porostu, a protože neošetřený porost měl tolik infikovaných klasů již zpočátku, i úroveň napadení v nich byla prakticky absolutní (přesáhla 80,0 %). Porost byl prakticky totálně chorobou zničen. Aplikované fungicidy uchovaly polovinu klasů zdravých, a i u těch napadených byla hodnota infekce nízká.

Graf 7: Četnost a intenzita napadení klasů fuzárii v průběhu vývoje epidemie u odrůdy Tobak

Význam odrůdové reakce

Odrůdová geneticky založená odolnost či náchylnost k napadení fuzárii je dalším klíčovým faktorem cíleného boje s chorobou (obr. 5, 6). Důležitou skutečností je, že v dnešní široké nabídce odrůd existují i ty, které jsou k fuzáriím méně citlivé a rozvoji choroby z různých příčin lépe odolávají (například Dagmar, Illusion, Ponticus). V celkové bilanci však můžeme na základě infekčních testů potvrdit, že většina odrůd v nich vykazovala náchylnou reakci.

Zajímavou informaci poskytuje srovnání pěti odrůd, které byly v minulém roce uměle infikovány anebo byly v podmínkách přirozené infekce ošetřeny do klasů fungicidem (graf 8). U čtyř z nich byla produkce mykotoxinu v infekčním pokusu vysoká, odrůda Dagmar vykazovala hodnotu pětinovou. V podmínkách přirozené infekce a po aplikaci 200 g/ha účinné látky prothioconazole však všechny vykazovaly řádově nižší kontaminaci mykotoxinem, což potvrzuje, jak významný je efekt ošetření.

Na grafu 9 je uveden další příklad. Odrůdy, o kterých víme, že jsou k fuzáriím citlivé - Tobak a Rivero byly hodnoceny opět v podmínkách umělé infekce klasů. I když byly hodnoty obsahu mykotoxinu v zrně u neošetřené varianty vysoké u obou odrůd, v zrně odrůdy Tobak byl téměř dvojnásobek oproti odrůdě Rivero. Fungicidní ošetření dvěma různými účinnými azoly snížilo hodnotu mykotoxinu u obou odrůd výrazně a vcelku podobně.

Obr. 5: Pohled na odrůdovou kolekci ozimé pšenice s rozdíly v napadení klasovými fuzárii

Obr. 6: Odrůdová kolekce ozimé pšenice - infikovaná varianta fuzárii (vlevo) a fungicidně ošetřené varianta (vpravo)

Graf 8: Obsah mykotoxinu DON u pěti odrůd ozimé pšenice při různé intenzitě infekce

Graf 9: Vliv aplikace fungicidů na obsah mykotoxinu DON v zrně dvou odrůd ozimé pšenice - umělá infekce

Kontaminace pšenice mykotoxiny v roce 2020 v provozu

Jak již bylo uvedeno, v roce 2020 byly podmínky pro infekci klasů obilnin patogeny rodu Fusarium i pro následný rozvoj infekce a tvorbu mykotoxinů v zrnu velmi příznivé. Potvrzují to i výsledky sledování kontaminace pšenice sklizené v běžných provozních podmínkách ČR. Tento průzkum je prováděn každoročně podle stejné metodiky, což umožňuje meziročníkové srovnání výsledků.

Překročení limitu pro mykotoxin DON ve výši 1 250 μg/kg (podle nařízení Komise ES č. 1881/2006) bylo u pšenice sklizně 2020 zjištěno u 6 % analyzovaných vzorků, střední obsah DON (200–1 250 μg/kg) mělo 20 % vzorků. Pro srovnání, v roce 2019 limit překročilo 1 % vzorků pšenice a střední obsah byl zjištěn u 4 % vzorků. V některých předcházejících letech (2017, 2018) to bylo ještě méně.

U vzorků pšenice náhodně vybíraných pro rozbory na mykotoxiny jsou k dispozici údaje o místu sklizně, předplodině a odrůdě. Odrůdové vyhodnocení však komplikuje roztříštěná odrůdová skladba, kdy mezi 110 sledovanými vzorky pšenice ze sklizně 2020 bylo 44 různých odrůd. Každá odrůda byla tedy zastoupena pouze několika vzorky a ty byly pěstovány v odlišných podmínkách a různou agrotechnikou, což samo o sobě může obsah mykotoxinů velmi ovlivnit. Navíc u analyzovaných vzorků není k dispozici informace, zda a jak bylo provedeno fungicidní ošetření. Proto údaje o obsahu mykotoxinů v jednotlivých odrůdách nelze jednoduše srovnat, jako v případě odrůd vysetých v polním pokusu na jedné lokalitě, vedeném jednotnou agrotechnikou. Přesto výsledky poskytují velmi užitečný pohled na chování odrůd v běžných pěstitelských podmínkách, a to zejména pro odrůdy častěji pěstované.

Nejčastěji byla v souboru analyzovaných vzorků zastoupena odrůda Julie, a to 11 vzorky, dále Genius a Viriato (po 9 vzorcích), a Balitus a RGT Reform (po 6 vzorcích). Z těchto odrůd se jako nejodolnější vůči kontaminaci jevila odrůda Genius, která měla v 1 vzorku obsah nulový (pod limit detekce metody, tj. pod 20 μg/kg) a v 8 vzorcích nízký (20–200 μg/kg), maximální zjištěná hodnota byla 99 μg/kg. Nízkou úroveň kontaminace měla také odrůda Balitus, která měla obsah DON buď nulový (ve 2 vzorcích), nebo nízký (ve 4 vzorcích, max 198 μg/kg). Za nimi se zařadila odrůda Viriato, která měla nulový obsah ve 2 vzorcích, v 5 vzorcích obsah nízký a ve 2 střední (200–1 250 μg/kg). Odrůda Julie byla jednou ze dvou odrůd, u které bylo zjištěno překročení legislativního limitu pro DON, ale i u této odrůdy byly zjištěny vzorky s obsahem nulovým (4 vzorky), nízkým (3 vzorky) a středním (3 vzorky). Vysoký obsah (nad 1 250 μg/kg), konkrétně 1 398 μg/kg, byl zjištěn u 1 vzorku z Moravskoslezského kraje, jeho předplodinou byla řepka. Druhou odrůdou, u které byl zjištěn nadlimitní vzorek, byla RGT Reform. I tato odrůda měla vzorky v celé škály kontaminace, kdy v 1 vzorku byl obsah nulový, ve 3 vzorcích nízký, v 1 střední. Vysoký obsah, konkrétně 5 328 μg/kg, byl zjištěn u 1 vzorku z kraje Vysočina, jeho předplodinou byla kukuřice. Jedná se o vůbec nejvyšší hodnotu, která byla v průzkumu v roce 2020 zjištěna.

Obsah DON vyšší než 1 250 μg/kg byl zjištěn ještě u dalších 4 vzorků méně často se vyskytujících odrůd. Byla to pšenice RGT Cesario (2 351 μg/kg, kraj Zlínský, předplodina kukuřice), Turandot (2 029 μg/kg, kraj Jihočeský, kukuřice), Patras (1 896 μg/kg, Vysočina, kukuřice) a LG Mocca (1 692 μg/kg, Pardubický, kukuřice). Potvrzují se tak závěry polních pokusů, že v podmínkách ročníku 2020 příznivých pro rozvoj choroby může náchylnou reakci vykazovat většina odrůd. Skutečnost, že pšenice s vysokým obsahem DON pocházely z 5 různých krajů svědčí o tom, že příhodné podmínky pro rozvoj fuzárií byly v roce 2020 na téměř celém našem území. Z hodnocení kontaminace četněji zastoupených odrůd vyplývá, že i ty odrůdy, u kterých byl zjištěn nadlimitní obsah DON, měly převážnou část vzorků s obsahem DON nulovým a nízkým (Julie - 7 vzorků z 11, RGT Reform - 4 vzorky z 6). Roli tedy hrály ještě další faktory, a to zejména předplodina - u 5 z 6 nadlimitních vzorků byla předplodinou kukuřice, ale i faktory jiné, o kterých u analyzovaných vzorků informace nemáme, jako je způsob zpracování půdy a zacházení s posklizňovými zbytky, a zejména fakt, zda a jak bylo provedeno fungicidní ošetření.

Závěr

Při napadení porostu klasovými fuzárii hraje vždy roli více faktorů a vysoká úroveň kontaminace je až důsledkem jejich kumulace. Pokud pěstitel včas riziko vyhodnotí a správně provedenou fungicidní ochranou zasáhne, míra infekce a následně úroveň kontaminace mykotoxiny může být významně nižší.

Literatura je u autorů.

Tato publikace vznikla za podpory Ministerstva zemědělství ČR - institucionální podpora MZE-RO1118.

Dr. Ing. Ludvík Tvarůžek, RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D., Mgr. Pavel Matušinský, Ph.D., Bc. Kateřina Blažková; Agrotest fyto, s. r. o. a Zemědělský výzkumný ústav Kroměříž, s. r. o.

Literatura:
Avozani, A., Melo Reis, E., Baldiga Tonin, R.: In vitro sensitivity reduction of Fusarium graminearum to DMI and QoI fungicide. Summa Phytopathologica, 40, 2014, 4, s. 358–364.
Haidukowski, M., Pascale, M., Perrone, G., Pancaldi, D., Visconti, A.: Effect of fungicides on the development of Fusarium head blight, yield and deoxynivalenol accumulation in wheat inoculated under field conditions with Fusarium graminearum and Fusarium culmorum. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2005, 85, 2, s. 191–198.
Ireta, M. J.: Estimación de un modelo de crecimiento para la fusariosis del trigo causada po Fusarium graminearum Sch.: In: Taller sobre la fusariosis de la espiga en América del sur. M.M.Kohli (ed.), Mexico, D.F.: CIMMYT.
Sutton, J. C.: Epidemiology of wheat head blight and maize ear rot caused by Fusarium graminearum. Canadian J. of Plant Pathology, 1982, 4, s. 195–209.