Vliv fuzarióz klasu na kvalitu odrůd pšenice

13. 09. 2021 RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D. a kol. Choroby Zobrazeno 2261x

V roce 2020 byly na porostech pšenice i ječmene pozorovány fuzariózy klasů často a napadení bylo v mnoha případech silné. Následkem toho se nyní v obilovinách opakovaně setkáváme s nálezy mykotoxinů, a to někdy i s velmi vysokými hodnotami.

Počasí bylo v roce 2020 pro klasová fuzária na obilninách velmi příznivé

V roce 2020 byly na porostech pšenice i ječmene pozorovány fuzariózy klasů často a napadení bylo v mnoha případech silné. Následkem toho se nyní v obilovinách opakovaně setkáváme s nálezy mykotoxinů, a to někdy i s velmi vysokými hodnotami.

Příčinou této situace je vlhké počasí, které ve druhé polovině vegetační sezony 2019/20 panovalo. Podle údajů ČHMÚ pro průměrné hodnoty za celou ČR (zdroj: CHMI, www.chmi.cz) byl v roce 2020 úhrn srážek za měsíce červen–srpen 324 mm (graf 1). Rozdíl je zřejmý nejen ve srovnání s výrazně suchými roky 2015 (161 mm) a 2018 (155 mm), ale jedná se o vůbec nejvyšší hodnotu posledních 10 let.

Vlhké počasí vytvořilo příznivé podmínky pro výskyt klasových fuzárií, a to jak u ozimých, tak jarních obilnin. Pro úspěšnou infekci klasů pšenice a ječmene patogeny Fusarium spp. bylo velmi příhodné zejména deštivé počasí měsíce června. Po většinu období kvetení, kdy jsou klasy vůči infekci nejcitlivější, byla v porostech setrvale vysoká vlhkost, což představuje optimální podmínky pro rozvoj této choroby. Zároveň bylo kvůli srážkám v předcházejícím období dostatek zralých zdrojů infekce, tj. konidií a askospor patogenů Fusarium. Proto se infekce v porostech začala viditelně projevovat již krátce po odkvětu obilnin a rozvoj choroby kvůli vlhkému charakteru počasí dále pokračoval. Některé porosty navíc brzy polehly, což napadení ještě více podpořilo.

Negativní vliv měly také četné srážky v průběhu července, které oddalovaly a zpomalovaly začátek sklizně. Graf 2 znázorňuje postup sklizně ozimé pšenice za posledních 10 let. V roce 2020 bylo ke konci července sklizeno necelých 10 % ploch, v roce 2019 to bylo 45 %, v roce 2018 dokonce více než polovina. Naopak pomalejší než v roce 2020 byl postup sklizně v letech 2011, 2013 a 2016. V roce 2014 se po poměrně rychlé první polovině sklizně příznivý charakter počasí radikálně změnil tak, že sklizeň byla pro časté srážky velmi obtížná, tempo bylo pomalé a nakonec část ploch obilnin nebyla vůbec sklizena. Vysoké srážkové úhrny v srpnu a v září 2014 byly pak příčinou vysokého výskytu mykotoxinů ve sklizni kukuřice.

Graf 1: Úhrn srážek v měsících červen až srpen, ČR, 2011–2020 (zdroj: CHMI)

Graf 2 : Postup sklizně (% sklizených ploch) ozimé pšenice, ČR, 2011–2020 (zdroj: CHMI)

Důsledky napadení obilnin klasovými fuzárii

Napadení obilnin klasovými fuzárii má tři hlavní negativní dopady. Jsou to pokles výnosu, kontaminace sklizeného zrna toxickými látkami - mykotoxiny a zhoršení kvality zrna.

K nejvyšším výnosovým ztrátám dochází tehdy, pokud jsou pro napadení klasů obilnin patogeny Fusarium spp. optimální podmínky v období kvetení. Askospory nebo konidie houby pronikají přes bázi kvítku a houba se šíří kláskem přes vodivá pletiva rostliny. V případě velmi silné infekce dojde k úplnému zablokování cévních svazků rostlin myceliem patogena, což má za následek úplnou nekrózu jednoho či více klásků (obr. 1). Na klasech se tvoří typické symptomy a houby kolonizují vyvíjející se zrna. Napadená zrna mají obvykle změněnou barvu - zrna jsou bělavá nebo narůžovělá, s povlakem křídového charakteru. Některá zrna mohou být scvrklá, jako důsledek zhoršeného plnění zrna nebo různě deformovaná. V porovnání se zrny zdravými jsou lehčí, což se projeví na HTZ i objemové hmotnosti (OH) napadené pšenice.

Viditelně fuzariózní zrna s typickými příznaky mívají velmi vysoké obsahy mykotoxinů. Výrazně lehčí a scvrklá zrna mohou být oddělena spolu s plevami při kombajnové sklizni a do sklizeného zrna se dostat nemusí. V případě méně výrazných symptomů napadení mohou být vizuální změny na zrnech maskovány změnami způsobenými jinými příčinami, např. u zrn porostlých nebo vystavených delší dobu nepříznivým povětrnostním podmínkám. Ve sklizni roku 2020 jsme se u pšenice setkávali s případy, kdy nebylo možné symptomy napadení fuzárii odlišit od jiných typů poškození, velmi často.

Kontaminace zrna mykotoxiny je nejzávažnějším důsledkem napadení klasů obilnin fuzárii. Druhy rodu Fusarium vyskytující se v našich podmínkách na pšenici produkují celou řadu toxických látek. Nejčastěji a v nejvyšších koncentracích je v pšenici obvykle nacházen deoxynivalenol (DON). Pro tento mykotoxin platí v potravinářských obilovinách legislativní limit pro maximální obsah (Nařízení komise (EK) č. 1881/2006), který je v nezpracované pšenici obecné a v ječmeni 1 250 μg/kg, u pšenici tvrdé (T. durum) stejně jako u kukuřice a ovsa je to 1 750 μg/kg. Dále platí limit pro zearalenon, který je stejný pro všechny obiloviny (100 μg/kg) s výjimkou kukuřice (350 μg/kg). V obilovinách napadených patogeny rodu Fusarium je možné nacházet i další mykotoxiny, jako např. nivalenol, T-2 a HT-2 toxin, enniatiny a mnoho dalších. Důvodem široké škály v zrnu nacházených mykotoxinů je skutečnost, že na onemocnění klasů se obvykle podílí více různých druhů Fusarium, a ty mohou vytvářet různé spektrum mykotoxinů.

Napadení obilnin patogeny Fusarium způsobuje také změny v biochemickém složení zrna, což má dopad na zpracovatelskou kvalitu. Úroveň tvorby zásobních látek, jako jsou bílkoviny a škrob, je u napadených klasů narušená a změněný je i jejich transport vodivými pletivy. Další příčinou biochemických změn je přítomnost enzymů patogenní houby v zrnu, které zásobní látky obilovin modifikují a rozkládají, aby je mohly snadněji využít pro svou vlastní výživu. Ukazuje se, že odrůdy pšenice se při stejném infekčním tlaku liší nejen obsahem mykotoxinů, ale že jsou různé i dopady infekce na kvalitu zrna.

Obr. 1: Napadení klasů patogeny Fusarium spp.

Pokus s odrůdami ozimé pšenice v Kroměříži

Vliv napadení klasovými fuzárii na kvalitu pšenice se velmi zřetelně projevil v odrůdovém pokusu vedeném v roce 2020 v Kroměříži. Odrůdy byly pěstovány dvěma technologiemi - extenzivní (bez fungicidů a regulátorů růstu, celková dávka 70 kg N/ha) a intenzivní (3× fungicid, 1× regulátor, 154 kg N/ha) (tab. 1). V extenzivní technologii byla navíc v době kvetení provedena infekce klasů patogenem Fusarium culmorum. Celkem bylo v pokusu 107 odrůd, v tomto článku jsme se zaměřili na hodnocení vybraných 28 z nich. Odrůdy byly vybrány podle četnosti pěstování v ČR, a to na základě jejich zastoupení (více než 5 vzorků) v monitoringu kvality potravinářských obilovin.

Kvalita zrna pšenice byla hodnocena podle požadavků ČSN 46 1100-2 pro pšenici pekárenskou, tj. objemová hmotnost (OH), číslo poklesu (FN), obsah N-látek (NL), sedimentační index (Zelenyho test - SEDI). Hodnocena byla také hmotnost tisíce zrn (HTZ) a výnos. Výsledky byly ověřeny pomocí statistických metod, které umožnily konstatovat, zda se jedná o vliv významný či nikoliv.

Obsah DON

V extenzivní technologii, tj. bez fungicidů a regulátorů růstu a po inokulaci F. culmorum, byla úroveň kontaminace odrůd mykotoxinem DON velmi vysoká (graf 3a). Nejnižší obsah (do přibližně 2 000 μg/kg) měly odrůdy Dagmar, Balitus, Sofru, Airbus, Centurion a Pirueta. Naopak nejvyšší obsah (více než 14 000 μg/kg) měly odrůdy Rivero a LG Mocca.

V intenzivní variantě byla úroveň kontaminace naopak velmi nízká a rozdíly mezi odrůdami byly malé (graf 3b). Obsah DON se pohyboval od  < 20 μg/kg po 257 μg/kg. I hodnota nejvyššího obsahu je hluboko pod limitem pro potravinářské obiloviny (1 250 μg/kg).

Graf 3: Obsah deoxynivalenolu (DON) ve 28 odrůdách ozimé pšenice pěstovaných technologií: a) extenzivní + inokulace patogenem F. culmorum, b) intenzivní, přirozená infekce; Kroměříž, 2020

Objemová hmotnost OH

Průměrná objemová hmotnost v extenzivní technologií byla 69,4 kg/hl, v intenzivní 76,5 kg/hl. Rozdíl mezi průměry technologií (7,1 kg/hl) je statisticky vysoce průkazný.

Objemová hmotnost byla v extenzivní technologii nižší u všech odrůd, a to nejvíce u odrůd Rivero a Matchball (obě -14,0 kg/hl), nejméně u odrůd Dagmar (-2,2 kg/hl) a Balitus (-2,6 kg/hl) (graf 4). Odrůdy jsou v grafu seřazeny podle hodnoty rozdílu OH mezi technologiemi. Menší rozdíl měly častěji odrůdy s nižším obsahem DON.

Z 10 odrůd s nejnižším obsahem DON v extenzivní variantě (Dagmar, Balitus, Sofru, Airbus, Centurion, Pirueta, Genius, Fakir, Patras, Julie) jich 9 patřilo k 10 odrůdám s nejmenším poklesem OH. A také naopak, z 10 odrůd s nejvyšším obsahem DON (LG Mocca, Rivero, Frisky, LG Magirus, Asory, Atuan, LG Imposanto, Bonanza, Chiron, Liseta) jich 7 patřilo k 10 odrůdám s největším poklesem OH. Negativní závislost mezi OH a obsahem DON byla vysoce průkazná (korelační koeficient -0,7), tj. čím vyšší obsah DON, tím nižší OH.

Rok 2020 nebyl obecně pro dobrou OH příznivý, průměr odrůd v intenzivní variantě je pouze mírně nad požadavkem normy ČSN na potravinářskou pšenici (76 kg/hl). Situaci dokládá skutečnost, že ve sklizni v rámci celé ČR vyhovělo pouze 66 % vzorků při průměrné hodnotě 77,2 kg/hl, což je nejméně od roku 2010 (2010: průměr 76,6 kg/hl, vyhovělo 59 % vzorků).

Graf 4: Objemová hmotnost (OH) odrůd ozimé pšenice pěstovaných extenzivní technologií a inokulovaných F. culmorum (ET) a změna v intenzivní technologii bez inokulace (IT); Kroměříž, 2020

Hmotnost tisíce zrn (HTZ)

HTZ byla v extenzivní technologii v průměru všech odrůd 34,6 g, v intenzivní 41,0 g. U jednotlivých odrůd se rozdíl mezi technologiemi pohyboval od 0,7 g po 12,7 g, s výjimkou odrůdy Airbus, u které byla v obou technologiích HTZ stejná (graf 5).

Mezi 10 odrůdami s nejmenším rozdílem HTZ mezi technologiemi bylo 6 odrůd, které patřily mezi 10 s nejnižším obsahem DON a obdobně, z 10 odrůd s nejvyšším obsahem DON jich 6 patřilo k 10 odrůdám s největším poklesem HTZ. Negativní korelace HTZ s obsahem DON byla průkazná (korelační koeficient -0,6; tj. čím vyšší obsah DON, tím nižší HTZ), závislost je o něco slabší než u OH.

Graf 5: HTZ odrůd ozimé pšenice pěstovaných extenzivní technologií a inokulovaných F. culmorum (ET) a změna v intenzivní technologii bez inokulace (IT); Kroměříž, 2020

Výnos

Výnos byl v extenzivní technologii nižší u všech odrůd, a to při vztažení k intenzivní technologii o 13 až 40 % (tab. 2). Průměrný výnos v intenzivní technologii byl 13,1 t/ha (11,3–14,54 t/ha), v extenzivní 9,5 t/ha (7,64–12,16 t/ha).

Vztah mezi obsahem DON a výnosem v extenzivní technologii je statisticky průkazný, korelační koeficient (-0,6) je stejný, jako pro vztah mezi DON a HTZ. I když se na vyšším výnosu v intenzivní technologii podílely i další rozdíly mezi technologiemi, zejména vyšší úroveň dusíkatého hnojení (extenzivní 70 kg N/ha, intenzivní 154 kg N/ha) (tab. 1), souvislost s odolností odrůdy vůči napadení klasovými fuzárii je zřejmá. U 4 odrůd s nejnižším obsahem DON (Dagmar, Balitus, Sofru, Airbus) se rozdíl výnosu mezi technologiemi pohyboval pouze mezi 13-14%.

Nižší výnos, HTZ a OH jsou, kromě kontaminace mykotoxiny, nejčastěji pozorovanými důsledky napadení pšenice klasovými fuzárii (Mesterházy et al., 2015). Tyto změny totiž přímo souvisí se způsobem napadení obilnin patogenem, který kolonizuje klasy a způsobuje snížení počtu zrn v klasu a/nebo jejich hmotnosti. Schopnost odrůdy zachovat si HTZ i OH při určitém infekčním tlaku patří společně s úrovní obsahu DON mezi charakteristiky rezistence odrůd pšenice k fuzariózám klasů (Martin et al., 2017).

Tab. 1: Přehled agrotechnických zásahů při vedení odrůdového pokusu v extenzivní (E) a intenzivní (I) technologii pěstování, Kroměříž, 2020

Tab. 2: Výnos odrůd ozimé pšenice (t/ha) v intenzivní technologii pěstování a snížení výnosu (%) v extenzivní technologii inokulované F. culmorum; Kroměříž, 2020

Číslo poklesu (FN)

Průměrné FN bylo v obou technologiích pěstování prakticky stejné (extenzivní - 329 s, intenzivní - 325 s). Srovnatelné byly také v obou technologiích minimální (extenzivní - 239 s, Sofru; intenzivní - 234 s Bonanza) i maximální (v obou technologiích Ponticus: extenzivní - 389 s, intenzivní - 406 s) hodnoty.

Hlavním faktorem, který FN ovlivňuje, je počasí, významný je i vliv odrůdy a v praxi se mohou přidat další vlivy, jako např. polehnutí porostu. I když v roce 2020 bylo počasí pro dosažení dobrého FN spíše nepříznivé, všechny odrůdy v obou technologiích dosáhly hodnoty požadované pro potravinářskou pšenici (min 220 s). Podle reakce na vyšší intenzitu pěstování se odrůdy rozdělily přibližně na třetiny (graf 6). U části odrůd zůstalo FN prakticky stejné (± 15 s), u části bylo v intenzivní technologii vyšší (nejvíce o 69 s - Asory) a u části nižší (nejvíce o 92 s - Centurion).

Infekce klasů houbami může zvyšovat degradaci škrobu v zrnu, a to kvůli působení enzymů, jako jsou α-amylázy, jejichž aktivita v zrnu je měřitelná právě prostřednictvím čísla poklesu. Z toho by vyplývalo, že FN bude po infekci klasovými fuzárii nižší (Hareland, 2003) a některé publikované výsledky to potvrzují (Siuda et al., 2010). Jiní naopak došli k obdobnému zjištění, jaké se ukázalo v našem pokusu, a totiž, že mezi FN a obsahem DON nebyla průkazná souvislost (Wang et al., 2008).

Graf 6: Číslo poklesu (FN) v odrůdách ozimé pšenice pěstovaných extenzivní technologií a inokulovaných F. culmorum (ET) a změna v intenzivní technologii bez provedené inokulace (IT); Kroměříž, 2020

Obsah bílkovin (NL) a jejich kvalita (SEDI)

Obdobně jako u FN, i průměrné hodnoty obsahu N-látek byly v obou technologiích téměř shodné (extenzivní - 13,2 %, intenzivní - 13,1 %) a lišily se reakce jednotlivých odrůd (graf 7). U 8 odrůd byl obsah NL v extenzivní variantě vyšší (o 0,5–2 %, nejvíce u LG Mocca). V této skupině byly zejména odrůdy s vysokým obsahem DON (průměr této skupiny odrůd byl více než 7 000 μg/kg). V intenzivní variantě u nich došlo ke značnému zvýšení výnosu (v průměru + 4,49 t/ha), který byl pravděpodobně příčinou poklesu obsahu NL.

Odrůdy s nejnižším obsahem DON (do 2 000 μg/kg), které měly malý rozdíl ve výnosu mezi intenzivní a extenzivní technologií, si většinou obsah NL zachovaly beze změny (Airbus, Balitus, Sofru), nebo jej měly v intenzivní variantě mírně vyšší (Dagmar +0,5 %). Celkově ale mezi obsahem DON a změnou obsahu NL průkazná korelace zjištěna nebyla. Na výsledném obsahu NL v kroměřížském pokusu se podepsalo více různých vlivů a jejich kombinace. Roli hrála skutečnost, že v extenzivní inokulované variantě byla nižší úroveň výživy než ve variantě intenzivní (extenzivní 70 kg N/ha, intenzivní 154 kg N/ha). Ovšem na druhou stranu, provedené fungicidní ošetření v intenzivní technologii (2× listové choroby, 1× klasové choroby) (tab. 1), se projevilo významným zvýšením výnosu, které mělo za následek pokles obsahu NL v zrnu.

Vliv infekce klasovými fuzárii a intenzity pěstování na kvalitu NL, vyjádřený Zelenyho sedimentačním testem, byl, na rozdíl od samotného obsahu NL, významný. V extenzivní variantě byl průměrný SEDI 32 ml, v intenzivní 39 ml. Ke zvýšení došlo u 25 odrůd z 28, u 3 odrůd byla kvalita bílkovin stejná (LG Mocca, Matchball, Fakir) (graf 8). Lepší byla v intenzivní technologii kvalita bílkovin zejména u odrůd E kvality. Ze 6 odrůd této třídy zařazených v pokusu měly 4 odrůdy přírůstek SEDI v intenzivní variantě větší než 10 ml (Ponticus, Expo, Julie, Genius).

Reakce celkového obsahu bílkovin však byla u těchto odrůd různá: Ponticus měl obsah NL v intenzivní technologii nižší (-1,2 %), Expo vyšší (+0,8 %) a Julie a Genius prakticky stejný (0–0,1 %). Tyto výsledky se shodují s informacemi z literatury. Např. Wang et al. (2005) uvádí, že infekce fuzárii celkový obsah bílkovin v zrnu neovlivňuje, ale že silně infikovaná zrna mají nižší obsah gluteninů. Negativní změny vlastností těsta připraveného z napadeného zrna jsou přičítány poškození škrobových granulí a zásobních bílkovin patogeny rodu Fusarium.

Graf 7: Obsah bílkovin (N-látek) v odrůdách ozimé pšenice pěstovaných extenzivní technologií a inokulovaných F. culmorum (ET) a změna v intenzivní technologii bez provedené inokulace (IT); Kroměříž, 2020

Graf 8: Kvalita bílkovin vyjádřená sedimentačním testem odrůd ozimé pšenice pěstovaných extenzivní technologií a inokulovaných F. culmorum (ET) a změna v intenzivní technologii bez provedené inokulace (IT); Kroměříž, 2020

Souhrn

Protože napadení porostů obilnin fuzariózami klasů ovlivňuje mnoho faktorů (počasí, předplodina, způsob zpracování půdy, výživa, cílená chemická ochrana a volba odrůdy), také ochrana by měla spoléhat na více opatření provedených současně. Volba méně náchylné odrůdy je jedním z nich.

I když neexistuje zcela rezistentní odrůda, mezi jednotlivými odrůdami jsou v reakci na infekci patogeny Fusarium velké rozdíly, což prokázal i náš pokus s 28 odrůdami ozimé pšenice. V podmínkách vysokého infekčního tlaku byl rozdíl mezi obsahem DON nejméně a nejvíce kontaminované odrůdy více než sedminásobný. Obsah DON měl přímou souvislost se snížením objemové hmotnosti, negativní vliv se projevil také na HTZ, výnos i kvalitu bílkovin.

Výsledek vznikl za podpory Ministerstva zemědělství, institucionální podpora MZE-RO1118.

Citovaná literatura je u autorů.

Citovaná literatura:
Hareland, G. A. (2003). Effects of Pearling on Falling Number and α‐Amylase Activity of Preharvest Sprouted Spring Wheat. Cereal Chemistry, 80: 232–237. doi:10.1094/CCHEM.2003.80.2.232
Martin C., Schöneberg T., et al., 2017. Factors of wheat grain resistance to Fusarium head blight. Phytopathologia Mediterranea, 56 (1): 154–166.
Mesterházy Á., Lehoczki-Krsjak S., et al., 2015. Breeding for FHB resistance via Fusarium damaged kernels and Deoxynivalenol accumulation as well as inoculation methods in winter wheat. Agricultural Sciences, 6: 970–1002.
Siuda R., Grabowski A., et al., 2010. Influence of the degree of fusariosis on technological traits of wheat grain. International Journal of Food Science and Technology, 45 (12): 2596–2604.
Wang J. H., Wieser H., et al., 2005. Impact of the fungal protease produced by fusarium culmorum on the protein quality and breadmaking properties of winter wheat. European Food Research and Technology, 220 (5–6): 552-559.
Wang J. H., Pawelzik E., et al., 2008. Factors influencing falling number in winter wheat. European Food Research and Technology, 226 (6): 1365–1371.

RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D., Dr. Ing. Ludvík Tvarůžek, Ing. Ondřej Jirsa, Ph.D.; Agrotest fyto, s .r. o., Kroměříž
foto: A. Pospíšil