Сельскохозяйственная биология, 2009, № 4, с. 81-88.

УДК 636.086.1:636.085.19:632.4

О КОНТАМИНАЦИИ ФУЗАРИОТОКСИНАМИ ЗЕРНА ЗЛАКОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА КОРМОВЫЕ ЦЕЛИ

Г.П. КОНОНЕНКО, А.А. БУРКИН

Используя метод непрямого конкурентного иммуноферментного анализа, изучали распространенность фузариотоксинов (Т-2 токсин, трихотецены группы дезоксиниваленола и зеараленон) в образцах фуражного зерна колосовых культур (пшеница, ячмень, овес и рожь) урожая 1995-2006 годов из различных регионов России.

Ключевые слова: пшеница, ячмень, овес, рожь, фузариотоксины, иммуноанализ.

Грибы рода Fusarium являются возбудителями широко распространенного и вредоносного заболевания — фузариоза колоса хлебных злаков и служат источником загрязнения зерна метаболитами, токсичными для теплокровных животных и человека. В связи с важностью проблемы во многих странах организованы и успешно осуществляются долгосрочные научные проекты по изучению контаминации зерна фузариотоксинами. В нашей стране с высокоразвитым зернопроизводством, большой протяженностью территории и почвенно-климатическим разнообразием такая задача не только актуальна, но и чрезвычайно сложна.

К началу 1990-х годов сведения o состоянии загрязненности зерна оставались весьма ограниченными. Было показано наличие 4-дезоксини-валенола (ДОН) в зерне пшеницы из Московской области и Центрально-Черноземного экономического района (1), проведены выборочные исследования в европейской части СССР (118 образцов), на Южном Урале, в Сибири (80 образцов) и на Дальнем Востоке (6 образцов) (2, 3). Более детальный анализ ситуации предпринят в Краснодарском крае и на прилегающих к нему территориях в связи с обширной и продолжительной эпифитотией фузариоза в 1985-1989 годах. Основной возбудитель заболевания Fusarium graminearum Schw. вызвал значительное загрязнение зерна 8-оксотрихоте-ценами группы ДОН и в меньшей степени — зеараленоном (ЗЕН) (1, 2, 4-12). Обследование зерна пшеницы из Краснодарского края продолжено и в последующие годы (13).

Цель настоящей работы — изучение контаминации фузариотоксинами основных видов зерна колосовых культур, возделываемых в Российской Федерации и используемых на фуражные цели.

Методика. Объектом исследования служило зерно пшеницы, ячменя, овса и ржи. В 1995-2002 годах отбор образцов проводили в период уборки урожая по 22 административным территориям в четырех экономических регионах — Уральском (Республика Башкортостан, Удмуртская Республика, Курганская, Оренбургская, Пермская, Свердловская, Челябинская области), Западно-Сибирском (Алтайский край, Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская, Тюменская области), Восточно-Сибирском (Республика Бурятия, Республика Тыва, Красноярский край, Иркутская, Читинская области) и Дальневосточном (Еврейская автономная область, Приморский, Хабаровский края, Амурская область). В 2002-2006 годах выборки составляли из средних проб фуражного зерна товарных партий с документально подтвержденным территориальным происхождением, отобранных специалистами зоотехнических служб животноводческих предприятий в Центральном (Московская, Брянская, Орловская, Рязанская, Тверская, Тульская области), Центрально-Черноземном (Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Тамбовская области), Волго-Вятском (Республика Марий-Эл, Республика Мордовия, Республика Чувашия, Кировская, Нижегородская области), Поволжском (Республика Татарстан, Волгоградская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Ульяновская области), Северо-Кавказском (Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская область), Уральском и Западно-Сибирском регионах. В 2002 и 2003 годах в Краснодарском крае комиссионный отбор зерна пшеницы и ячменя выполнялся специалистами ветеринарной службы со складов и зернохранилищ хозяйств, расположенных в 36 районах. В 2003-2006 годах образцы свежеубранного зерна из перечисленных выше регионов были переданы сотрудниками Всероссийского НИИ защиты растений (ВНИИЗР, г. Санкт-Петербург—Пушкин). Образцы зерна из Северо-Западного региона (Ленинградская, Новгородская, Псковская и Калининградская области) урожая 2003-2006 годов предоставлены ВНИИЗР, Калининградским НИИ сельского хозяйства и Псковским НИИ сельского хозяйства.

Содержание фузариотоксинов в зерне определяли методом непрямого твердофазного конкурентного иммуноферментного анализа с чувствительностью 4 мкг/кг для Т-2 токсина (Т-2), 20 мкг/кг для ЗЕН (14, 15) и 40 мкг/кг для 8-оксотрихотеценов группы ДОН (16).

Результаты. В Уральском, Западно-Сибирском и Восточно-Сибир-ском регионах Т-2 был практически единственным фактором загрязнения фузариозного зерна (табл. 1). В образцах зерна из Уральского и Западно-Сибирского регионов ЗЕН не обнаружили, в Восточно-Сибирском регионе его выявили только в двух образцах зерна пшеницы при содержании менее 100 мкг/кг.

Частота обнаружения Т-2 существенно различалась по территориям. В Уральском регионе наиболее неблагополучными оказались Удмуртская Республика и Челябинская область, где Т-2 регистрировали с частотой до 69,0 % (для сравнения — в Свердловской и Курганской областях  она составила 46,2 и 49,0 %, в Пермской области и в Республике Башкортостан — соответственно 25,0 и 27,0 %, в Оренбургской области оказалась наименьшей — 5,1 %).

В Западно-Сибирском регионе этот показатель был самым высоким в Алтайском крае (86,7 %), в Томской области — наименьшим (5,9 %), в Новосибирской области составил 47,8 %, в Омской, Тюменской, Кемеровской — от 24,4 до 33,3 %. В среднем по Уральскому и Западно-Сибирскому регионам показатели оказались весьма близкими — соответственно 36,4 и 37,8 %. Анализ фуражного зерна в 2002-2006 годах с отдельных территорий Уральского (Республика Башкортостан, Курганская, Пермская, Свердловская, Оренбургская, Челябинская области) и Западно-Сибирского (Алтайский край, Тюменская область) регионов показал, что его контаминация обусловлена главным образом Т-2 (частота — 23,4 % от общего числа образцов), что согласуется с результатами мониторинговой оценки. ЗЕН в зерне отсутствовал, два образца из Республики Башкортостан и Курганской области оказались положительными по ДОН (соответственно 63 и 730 мкг/кг).

В Восточно-Сибирском регионе загрязнение зерна Т-2 выявили на четырех обследованных территориях (исключение — Республика Бурятия) (48 образцов). В Иркутской и Читинской областях частота контаминации составила соответственно 18,1 и 14,3 %, в Красноярском крае и Республике Тыва — 9,3 и 8,3 %.  В целом показатель на этих территориях (10,9 %) был ниже, чем в Уральском и Западно-Сибирском регионах.

В большинстве контаминированных образцов количество Т-2 находилось в пределах 10-100 мкг/кг, загрязнение ниже 10 мкг/кг (фоновое) встречалось в 24-36 %, выше 100 мкг/кг — только в 2-3 % образцов (рис.). В положительных образцах фуражного зерна пшеницы и ячменя 2002-2006 годов отбора из Уральского и Западно-Сибирского регионов содержание Т-2 не превышало 100 мкг/кг (5-97 мкг/кг). Сравнение данных по отдельным видам зерна показало, что овес загрязнен Т-2 с частотой 51,0 % (177 положительных образцов из 347), ячмень — 27,7 % (63 из 321 образца), пшеница — 13,5 % (81 из 600 образцов) (табл. 2).

Частота распространения контаминации токсином Т-2 и его содержание в образцах зерна в Уральском (А), Западно-Сибирском (Б), Восточно-Сибирском (В) и Дальневосточном (Г) регионах Российской Федерации (1997-2002 годы).

В Дальневосточном регионе контаминация зерна по отдельным территориям качественно различалась: если в Амурской области Т-2 был практически единственным контаминантом, то на остальных территориях на этом же фоне с разной частотой встречались также 8-оксотрихотецены группы ДОН и ЗЕН (см. табл. 1). Зерно из Еврейской АО и Хабаровского края было сходно как по частоте обнаружения трихотеценов группы ДОН (соответственно 21,1 и 17,0 %), так и по содержанию контаминантов (79-990 мкг/кг, среднее 275 мкг/кг и 85-560 мкг/кг, среднее 279 мкг/кг). В Приморском крае доля положительных образцов достигла 63,0 %, причем загрязненность была более свойственна зерну пшеницы, чем овса и ячменя (см. табл. 2).
Количество микотоксинов группы ДОН значительно варьировало — от 70 до 14 800 мкг/кг (среднее — 1480 мкг/кг). Они были также обнаружены во всех 9 исследованных образцах зерна пшеницы и ячменя урожая 2003-2005 годов из Приморского края (в 5 — 1120-2510 мкг/кг). За весь период обследования факт такой выраженной контаминации 8-оксотрихоте-ценами группы ДОН был установлен только в Приморском крае.

Частота обнаружения ЗЕН для Амурской области, Хабаровского края и Еврейской АО равнялась соответственно 1,8; 4,0 и 11,1 % (см. табл. 1). В 9 положительных образцах содержание составило от 13 до 560 мкг/кг. В Приморском крае частота обнаружения ЗЕН была значительно выше — 44,8 % при содержании 20-1990 мкг/кг (среднее — 320 мкг/кг) и ранжировании частоты по следующим видам зерна в порядке убывания: пшеница > ячмень > овес (см. табл. 2). По данным 2003-2006 годов, ЗЕН был выявлен в 3 из 9 образцов зерна пшеницы и ячменя из Приморского края (56, 134 и 574 мкг/кг).

Показатель частоты контаминации зерна Т-2 по Дальневосточному региону равнялся 30,6 % при колебаниях по территориям от 17,9 до 32,0 %. Так же, как в Уральском и двух сибирских регионах, содержание токсина составило от 10 до 100 мкг/кг, однако фоновое загрязнение встречалось очень редко (4 %), а превышающие 100 мкг/кг — значительно чаще (у 22 % положительных образцов) (см. рис. 1). Зерно овса здесь также было контаминировано Т-2 чаще, чем пшеницы и ячменя (см. табл. 2), и в большей степени (14 образцов зерна овса были среди 16, содержащих токсин в сверхпороговых количествах — от 110 до 500 мкг/кг).

На разных территориях Дальневосточного региона неодинаковыми оказались не только частота и содержание фузариотоксинов, но и характер загрязненности зерна (см. табл. 1). Если в Хабаровском крае преобладающим было раздельное присутствие Т-2 и 8-оксотрихотеценов группы ДОН, то в Еврейской АО и Приморском крае более существенно возрастала доля образцов с двух- или трехкомпонентной комбинированной контаминацией. В Приморском крае в 2001-2002 годах наиболее часто встречалось сочетание ДОН + ЗЕН.

Анализ 21 образца зерна пшеницы и ячменя урожая 2003-2006 годов из Приморского края (Ханкайский, Хорольский, Уссурийский районы) выявил присутствие в 19 из них токсинов группы ДОН (40-2510 мкг/кг), при этом в 6 образцах — в сочетании с ЗЕН (20-574 мкг/кг).

По Северному региону в европейской части страны в трех проанализированных образцах зерна пшеницы и ячменя урожая 2003 года из Архангельской области и одного — зерна пшеницы из Республики Коми урожая 2005 года фузариотоксины не были обнаружены.

В Северо-Западном регионе доля положительных по Т-2 образцов составила 17,1 % при содержании от 20 до 62 мкг/кг. Почти в половине образцов (18/38) были найдены 8-оксотрихотецены (40-1410 мкг/кг, среднее 248 мкг/кг) и в двух образцах присутствовал ЗЕН в количестве 69 и 500 мкг/кг. Как правило, Т-2 встречался отдельно, а ЗЕН — только в комбинации с ДОН.

В фуражном зерне из четырех центральных регионов европейской части России (см. табл. 1) доля контаминированных образцов оказалась равной 17,1-39,4 % и в среднем составила 27,2 %. Частота выявления Т-2 в них была сходной (средний показатель составил 23,9 %, 58 образцов из 243). В большинстве случаев содержание токсина находилось в диапазоне от 10 до 100 мкг/кг, но в 12 было установлено превышение верхнего порогового уровня (113-330 мкг/кг). Эти данные указывают, что здесь, как и в Дальневосточном регионе, существует риск загрязнения зерна сверхнормативным количеством Т-2. Частота встречаемости 8-оксотрихотеценов  группы ДОН в этих регионах составила всего 5,3 % (13/243) при содержании 40-305 мкг/кг (среднее 128 мкг/кг), в зерне из Поволжского региона эти токсины не выявили. ЗЕН обнаружили только в одном образце зерна из Центрального региона. Аналогичные результаты были получены для образцов свежеубранного зерна урожая 2006 года. Из 53 образцов из Центрального региона (Брянская, Рязанская, Тульская, Орловская области) у 15,1 % содержались раздельно Т-2 (6 образцов, 5-250 мкг/кг) и ЗЕН (2 образца, 40 и 154 мкг/кг).

В Краснодарском крае (единственной подробно обследованной нами территории Северо-Кавказского региона в 2002-2003 годах) частота загрязнения зерна Т-2 оказалась весьма значительной — токсин присутствовал в 126 образцах из 291 (43,3 %), при этом чаще встречался в зерне ячменя (76/143, 53,1 %), чем пшеницы (45/148, 30,4 %). Более половины положительных образцов содержали токсин в количестве 10-100 мкг/кг при доле высоких значений всего 4,0 %. Степень загрязнения 8-оксотрихоте-ценами группы ДОН составила 10,2 % (21/205) и была практически одинаковой у пшеницы (11,2 %, 12/107) и ячменя (9,2 %, 9/98). Содержание этих токсинов в зерне пшеницы равнялось 48-610 мкг/кг, ячменя — 50-158 мкг/кг и только в одном образце превышало 1000 мкг/кг. ЗЕН нашли в одном образце из 291 исследованного (430 мкг/кг). При дополнительном анализе 24 образцов фуражного зерна, отобранных в 2002-2006 годах, только в 6 содержались фузариотоксины: раздельно Т-2 в 4 образцах (19, 31, 42 и 126 мкг/кг) и 8-оксотрихотецены группы ДОН — в 2 (50 и 1100 мкг/кг); ЗЕН обнаружен не был.

Для сравнения следует отметить, что в 1985-1991 годах в товарных партиях зерна пшеницы, ячменя, овса и тритикале со складов хлебоприемных предприятий Краснодарского и Ставропольского краев мы выявили ДОН в 99,0 % образцов (65/66), при этом более половины содержали его в количестве от 1100 до 19800 мкг/кг (17). Таким образом, в зерне урожая 2002-2003 годов загрязненность ДОН резко снизилась по сравнению с периодом эпифитотии. Эта благоприятная тенденция отмечена и другими авторами (12, 13). К сожалению, многие территории Северо-Кавказского региона с развитым зернопроизводством до сих пор остаются малообследованными. На необходимость регулярного проведения подобных работ указывают результаты анализа 37 образцов зерна пшеницы и ячменя урожая 2004-2007 годов из Северной Осетии. В 34 из них были выявлены фузариотоксины — Т-2 (25 положительных образцов, 4-223 мкг/кг), трихотецены группы ДОН (22 образца, 40-2510 мкг/кг), при этом в 3 из них — совместно с ЗЕН (50, 100 и 140 мкг/кг).

Изменчивость загрязненности зерна фузариотоксинами на каждой конкретной территории можно оценить только при длительных ежегодных обследованиях, поскольку она определяется не только степенью распространения фузариоза колоса, но и возможностями для реализации токсигенного потенциала возбудителей, которые, в свою очередь, находятся под влиянием многих факторов внешней среды. При двухлетних наблюдениях за состоянием зерна в Восточно-Сибирском (Иркутская область, Красноярский край), Дальневосточном (Хабаровский край, Приморский край) и Северо-Кавказском (Краснодарский край) регионах (табл. 3) показатели общей загрязненности фузариотоксинами были стабильными в Иркутской области (15,1 и 20,0 %) и Хабаровском крае (42,9 и 50,0 %), но значительно колебались в Красноярском (11,5 и 2,2 %), Приморском (67,6 и 92,0 %) и Краснодарском (64,9 и 10,5 %) краях.

В Краснодарском крае, по данным 2002 года, зерно было в основном контаминировано Т-2 (85,0 %), гораздо реже — ДОН (8,3 %), ЗЕН (0,7 %) и сочетанием ДОН + Т-2 (6,0 %). В следующем году при гораздо меньшей степени контаминации Т-2 присутствовал в 5 из 9 образов, содержащих токсины. На обеих территориях Восточно-Сибирского региона зерно было загрязнено исключительно или преимущественно Т-2, тогда как в Дальневосточном регионе характер контаминации по годам качественно различался. В Хабаровском крае сначала отмечали раздельную контаминацию Т-2 и ДОН, в следующем году преимущественно выявлялся только Т-2. В Приморском крае в 2001 году в образцах в равной мере присутствовали отдельно Т-2 (23,2 %) и 8-оксотрихотецены группы ДОН (29,0 %), а также ДОН в сочетании с ЗЕН (29,0 %), в 2002 году — в основном комбинированный вариант ДОН + ЗЕН (54,2 %). В двух образцах зерна пшеницы урожая 2003 года из Ханкайского района также были обнаружены совместно ДОН и ЗЕН, а в четырех образцах пшеницы и ячменя урожая 2004 года из трех районов — 8-оксотрихотецены группы ДОН.

Таким образом, впервые проведена обзорная оценка загрязненности зерна колосовых культур фузариотоксинами, необходимая для организации широкомасштабных национальных мониторинговых исследований.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Л ь в о в а  Л.С.,  О м е л ь ч е н к о  М.Д.,  О р л о в а  Н.Ю.  и др. Микотоксины фузариозной пшеницы. Особенности ее приемки, хранения и переработки. В сб.: Обзорная информация. Сер. «Элеваторная промышленность». М., 1992: 1-44.
2. Л ь в о в а  Л.С.,  Б ы с т р я к о в а  З.К.,  Р е м е л е  В.В. и др. Распространение микотоксинов и токсигенных грибов в зерне разных культур. В сб. науч. тр.: Защита от вредителей и санитарная охрана зернопродуктов. М., 1992, вып. 118: 74-87.
3. Л ь в о в а  Л.С.,  О р л о в а  Н.Ю.,  Б ы с т р я к о в а  З.К. и др. Распространение токсигенных грибов и микотоксинов в зерне разных культур. Прикл. биохим. и микробиол., 1993, 29(1): 70-79.
4. Л е о н о в  А.Н.,  К о н о н е н к о  Г.П.,  Ш е в ц о в  В.К. и др. Хромато-масс-спектрометрическая идентификация четырех 12,13-эпкситрихотец-9-ен-8-онов в образце фузариозного зерна. Химия природных соединений, 1988, 2: 313-314.
5. L e o n o v  A.N.,  K o n o n e n k o  G.P.,  S o b o l e v a  N.A. Production of DON-related trichothecenes by Fusariumgraminearum Schw. from Krasnodarski krai of the USSR. Mycotoxin Res., 1990, 6(2): 54-60.
6. Л ь в о в а  Л.С.,  О м е л ь ч е н к о  М.Д.,  О р л о в а  Н.Ю. и др. Прогнозирование загрязнения зерна дезоксиниваленолом по интенсивности поражения фузариозом колоса и зерна пшеницы. В сб. науч. тр.: Защита от вредителей и санитарная охрана зернопродуктов. М., 1992, вып. 118: 109-115.
7. Л ь в о в а  Л.С.,  О м е л ь ч е н к о  М.Д.,  О р л о в а  Н.Ю. и др. Распространение и особенности образования зеараленона в фузариозной пшенице. Прикл. биохим. и микробиол., 1992, 28(2): 261-268.
8. Л ь в о в а  Л.С.,  О р л о в а  Н.Ю.,  Ш у л ь г и н а  А.П. и др. Фузариоз ячменя: возбудители и микотоксины. В сб. науч. тр.: Защита от вредителей и санитарная охрана зернопродуктов. М., 1992, вып. 118: 87-91.
9. З а х а р о в а  Л.П.,  О б о л ь с к и й  О.Л.,   Л ь в о в а  Л.С. и др. Проблема контаминации зерновых культур дезоксиниваленолом в России. Вопросы питания, 1994, 3: 40-44.
10. Л ь в о в а  Л.С.,  О м е л ь ч е н к о  М.Д.,  П и м е н о в а  В.В. и др. Образование микотоксинов в фузариозной пшенице при неблагоприятных условиях уборки. Прикл. биохим. и микробиол., 1994, 30(4-5): 686-693.
11. Л ь в о в а  Л.С.,  К и з л е н к о  О.И.,  Ш у л ь г и н а  А.П. и др. Особенности образования дезоксиниваленола и зеараленона в зерне пшеницы, пораженной фузариозом колоса. Микол. и фитопатол., 1997, 31(6): 52-58.
12. К р а в ч е н к о  Л.В.,  З а х а р о в а  Л.П.,  О б о л ь с к и й  О.Л. Фузариотоксины в зерне: результаты мониторинга. Гигиена и санитария, 1998, 1: 3-5.
13. О б о л ь с к и й  О.Л.,  З а х а р о в а  Л.П.,  С е д о в а  И.Б. Фузариотоксины — контаминанты продовольственного сырья и пищевых продуктов. Мат. VI Всерос. конф. «Здоровое питание: воспитание, образование, реклама». М., 2001: 143-144.
14. 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.
15. Б у р к и н  А.А.,  К о н о н е н к о  Г.П.,  С о б о л е в а  Н.А. Получение и аналитические свойства антител с высокой специфичностью к зеараленону. Прикл. биохим. и микробиол., 2002, 38(3): 305-311.
16. 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. Иммунохимическая оценка белковых конъюгатов 15-гемисукцината 3-ацетил-4-дезоксиниваленола. В сб. науч. тр.: Пробл. ветеринарной санитарии и экологии. М., 2003, 115: 173-183.
17. К о н о н е н к о  Г.П. Система микотоксикологического контроля объектов ветеринарно-санитарного и экологического надзора. Докт. дис. М., 2005.

ABOUT FUSARIOTOXINS CONTAMINATION OF CEREALS USED FOR FODDER

G.P. Kononenko, A.A. Burkin

By the method of indirect competitive immune-enzyme analysis the authors investigated the distribution fusariotoxins (T-2 toxin, trichothecenes from desoxynivalenol group and zearalenone) in fodder grain samples of spiked corn (wheat, barley, oats and rye) 1995-2006 years harvest from different Russian regions.

Key words: wheat, barley, oat, rye, fusariotoxins, immunoassay.

Оформление электронного оттиска