Mykotoxiny v ekologické produkci obilovin
Kontaminace obilovin mykotoxiny představuje celosvětově významný problém pro zdraví lidí i zvířat. U drobnozrnných obilovin, jako jsou pšenice, oves, ječmen a žito, se pozornost zaměřuje zejména na mykotoxiny produkované houbami rodu Fusarium. Tyto patogenní mikroskopické houby způsobují fuzariózy klasů (růžovění klasů) (obr. 1) a jsou považovány za nejvýznamnější zdroj kontaminace obilovin mykotoxiny v podmínkách mírného pásu. Jejich výskyt je ovlivněn zejména počasím, ovšem významný vliv má také agrotechnika. Riziko výskytu mykotoxinů snižuje zejména zachovávání vhodných osevních postupů, orba a pěstování méně náchylných odrůd. V praxi konvenčního zemědělství patří mezi hlavní ochranná opatření cílená aplikace fungicidů, která, pokud je použita vhodná účinná látka v patřičné dávce a ve správném termínu, může úroveň kontaminace mykotoxiny významně snížit. Je proto často kladenou otázkou, jak jsou na tom z pohledu kontaminace mykotoxiny obiloviny pěstované v ekologickém způsobu hospodaření, který syntetické fungicidy nepoužívá. Pro odpověď je třeba podívat se na celý problém podrobněji.
|
Obr. 1: Klasy pšenice napadené patogeny rodu Fusarium |
Co to jsou mykotoxiny?
Mykotoxiny jsou toxické látky produkované mikroskopickými vláknitými houbami. Konzumace potravin a krmiv kontaminovaných mykotoxiny představuje pro lidi a pro zvířata zdravotní riziko. Některé z toxigenních hub osídlují obilniny i jiné plodiny v průběhu vegetace, jiné pak po sklizni během skladování. Nejvýznamnějšími producenty mykotoxinů na zemědělských produktech jsou druhy rodů Aspergillus, Penicillium, Fusarium Alternaria. Zástupci prvních dvou rodů obvykle osídlují sklizené a uskladněné komodity. Mezi jejich nejnebezpečnější produkované toxiny patří aflatoxiny a ochratoxin A. Aflatoxin B1je nejsilnějším známým přírodním karcinogenem, který Světová zdravotnická organizace klasifikuje jako karcinogen způsobující u člověka rakovinu jater. U kukuřice se mohou aflatoxiny tvořit i v průběhu vegetace, jsou k tomu však třeba tropické podmínky, zejména vysoké teploty, a to i v noci. Zatím je to záležitostí převážně zemí s tropickým klimatem, ovšem s pokračujícím oteplováním je riziko posunu tvorby aflatoxinů směrem k severu, tedy do jižní a případně i střední Evropy, považováno za reálné. Na drobnozrnných obilovinách, jako pšenice, ječmen a oves, jsou v našich podmínkách v průběhu vegetace nejčastěji nacházenými toxigenními druhy houby rodů Fusarium a Alternarium. Pro alternariové mykotoxiny (alternariol, kyselina tenuazonová a další) dosud nebyly stanoveny limity. Z fuzáriových mykotoxinů jsou v potravinářských obilovinách limitovány dva, a to deoxynivalenol (DON) a zearalenon (ZEA), v kukuřici ještě navíc fumonisiny. Pro T-2 a HT-2 toxiny jsou v platnosti tzv. orientační úrovně, které nemají charakter právně závazných limitů. V zrnu obilovin je většinou přítomno více mykotoxinů současně, protože na onemocnění klasů se podílí více různých druhů Fusarium, které produkují různé spektrum mykotoxinů. DON a ZEA jsou produkovány hlavně druhem F. graminearum, zatímco T-2 a HT-2 toxiny zejména druhy F. langsethiae, F. poae a F. sporotrichioides. Protože každému druhu vyhovují mírně odlišné podmínky, je jejich spektrum proměnlivé v závislosti na počasí, agrotechnice, druhu hostitele apod., a stejně tak proměnlivé je i množství a spektrum mykotoxinů v zrnu.
Kromě kontaminace mykotoxiny způsobuje napadení obilovin fuzáriovými mykotoxiny také pokles výnosu a může dojít i ke zhoršení kvality sklizeného zrna. K nejvyšším výnosovým ztrátám dochází tehdy, pokud jsou pro napadení klasů obilovin patogeny Fusarium 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. 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 (obr. 2). 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, zejména u pšenice. Viditelně fuzariózní zrna s typickými příznaky mívají velmi vysoké obsahy mykotoxinů.
|
Obr. 2: Napadená zrna pšenice |
Limity pro obsah mykotoxinů
Nejčastěji a v nejvyšších koncentracích je v obilovinách v našich podmínkách obvykle nacházen DON. Pro tento mykotoxin platí v potravinářských obilovinách limit pro maximální obsah (Nařízení komise (EK) č. 1881/2006), který je pro nezpracovanou pšenici obecnou a pro ječmen 1250 μg/kg, pro pšenici tvrdou (T. durum) a pro kukuřici a oves 1750 μg/kg. Limit pro ZEA je stejný pro všechny obiloviny (100 μg/kg) s výjimkou kukuřice (350 μg/kg). V obilovinách napadených patogeny Fusarium je možné běžně najít i další mykotoxiny, jako např. nivalenol, T-2 a HT-2 toxin, enniatiny a mnoho dalších, ty zatím limitovány nejsou.
Co výskyt mykotoxinů v obilovinách ovlivňuje?
Nejvýznamnějším faktorem ovlivňujícím napadení porostu obilovin klasovými fuzárii je počasí, které ovlivňuje jak samotný proces infekce, tak intenzitu následného rozvoje choroby i úroveň produkce mykotoxinů v rostlinné tkáni. Úspěšná infekce klasů je podporována vlhčím, mírně teplým počasím v období kvetení obilovin a podobný charakter počasí také příznivě ovlivňuje následný rozvoj klasových fuzárií a tvorbu mykotoxinů. ZEA se obvykle tvoří v obilovinách v pozdějších fázích vegetace než DON, proto je pro ZEA rizikové zejména delší období vlhkého počasí v období dozrávání a těsně před sklizní. Roli hrají i různé místně specifické faktory, které ovlivňují intenzitu slunečního svitu a vlhkost porostu (např. zastínění části pozemku, blízkost vodních ploch a toků). Kontaminaci podporuje hostitelská předplodina, obecně jakákoliv obilovina, zejména však kukuřice, bezorebné zpracování půdy, dále polehlost, zaplevelenost, přehuštěný porost a obecně horší kondice porostu. Různé odrůdy jsou vůči napadení patogeny Fusarium různě citlivé, proto se u různých odrůd může úroveň kontaminace mykotoxiny lišit i při ostatních srovnatelných podmínkách. Žádná z odrůd, které jsou v současné době k dispozici, není zcela odolná. Vliv počasí i agrotechniky může být pro různé mykotoxiny a různé obiloviny různý, protože jednotlivé druhy Fusarium jsou těmito podmínkami ovlivňovány rozdílně.
Ekologické zemědělství
Ekologické zemědělství je vnímáno zejména jako způsob hospodaření, který, na rozdíl od zemědělství konvenčního, nepoužívá minerální hnojiva a pesticidy. V širším pojetí je ekologické zemědělství chápáno jako vyvážený agroekosystém trvalého charakteru, jehož cílem je snaha o udržení úrodnosti půdy a rozvoj biodiverzity. Ochrana proti chorobám by měla být založena zejména na preventivních opatřeních a vycházet z komplexního přístupu s důrazem na zachování zdraví a úrodnosti půdy. K nejvýznamnějším ochranným opatřením patří výběr plodin vhodných pro danou lokalitu, dodržování správných osevních sledů a volba odolných odrůd. Skutečnost, že ekologické zemědělství nepoužívá syntetické fungicidní látky na ochranu proti klasovým fuzáriím, vede k otázce, jak je na tom ekologická produkce obilovin z pohledu kontaminace mykotoxiny.
Mykotoxiny v obilovinách z ekologické a konvenční produkce
Na téma srovnání kontaminace ekologicky a konvenčně pěstovaných obilovin mykotoxiny bylo mezi lety 1991-2021 opublikováno 27 vědecky ověřených studií z různých zemí Evropy (Belgie, Česká republika, Finsko, Francie, Německo, Itálie, Norsko, Polsko, Slovensko, Švýcarsko, Španělsko, Velká Británie) a z Kanady. Některé jsou založeny na výsledcích polních pokusů, některé srovnávají vzorky obilovin vypěstovaných v praxi. Přibližně polovina provedených studií (14, tj. 52 %) zjistila nižší úroveň kontaminace mykotoxiny v ekologických obilovinách, 12 studií (44 %) neprokázalo žádný rozdíl a jedna studie (4 %) zjistila průkazně vyšší obsah mykotoxinů v ekologicky pěstovaných obilovinách - šlo o žito a tato studie pocházela z Německa.
Slovenská studie je založena na výsledcích polních pokusů z lokality Dolná Malanta (Lacko-Bartošová a Kobida, 2011). Autoři porovnávali obsah DON a ZEA ve sklizňových letech 2007 a 2008 u dvou variant konvenčního (integrovaného) a jedné varianty ekologického systému pěstování. Obsah DON u pšenice z ekologického pěstování (předplodina vojtěška) byl průkazně nižší než u pšenice z obou variant konvenčního pěstování, které byly po předplodině hrachu a ječmeni/vojtěšce (1./2. rok). Obsah ZEA se mezi konvenčním a ekologickým pěstováním nelišil. V úrovni kontaminace DON byl mezi oběma pokusnými roky výrazný rozdíl, v roce s vyšším úhrnem srážek byla úroveň kontaminace vyšší a rozdíly mezi způsoby pěstování byly výraznější.
Z České republiky pocházejí 2 studie, jedna založená na polních pokusech (Váňová a kol., 2008) a jedna na vzorcích ze zemědělské praxe (Polišenská a kol., 2021). Polní pokusy, ze kterých vychází první studie, byly založeny v Kroměříži v letech 2004-2006 a zahrnovaly 9 odrůd potravinářské pšenice pěstovaných v ekologickém a konvenčním způsobu pěstování. V ekologickém osevním postupu byla pšenice seta po jeteli, v konvenčním po řepce. V rámci konvenční technologie byly navíc použity 3 úrovně technologie pěstování, a to nízká, střední a vysoká, lišící se úrovní dusíkaté výživy, fungicidní ochranou a aplikací morforegulátorů. V nízké intenzitě byla fungicidní ochrana aplikována 1x, ve střední intenzitě 2x a ve vysoké 4x. Kontaminace pšenice mykotoxinem DON byla v průměru přes všechny odrůdy a roky v ekologickém způsobu pěstování průkazně nižší než v konvenčním při nízké a střední intenzitě pěstování, ve vysoké intenzitě pěstování byla srovnatelná.
Druhá česká studie byla založená na náhodně vybraných vzorcích pšenice vypěstovaných v zemědělské praxi v letech 2015-2017 (Polišenská a kol., 2021). Celkem bylo na obsah DON a ZEA analyzováno 153 vzorků pšenice pocházející z certifikovaných ekologických farem, v jednotlivých letech to bylo 48 (2015), 53 (2016) a 52 (2017) vzorků pšenice. Z konvenčního zemědělství bylo analyzováno celkem 330 náhodně vybraných vzorků, v každém sklizňovém roce 110. Kontaminace ekologicky pěstované pšenice mykotoxinem DON byla statisticky průkazně nižší než kontaminace pšenice konvenční. Rozdíl v kontaminaci ZEA byl neprůkazný, protože hodnoty byly nízké v obou způsobech pěstování. Mezi vzorky ekologicky pěstované pšenice nebylo zjištěno ani v jednom případě překročení povoleného limitu pro DON a/nebo ZEA. V konvenčně pěstované pšenici byl limit pro obsah DON překročen celkem u 7 vzorků (ve sklizni 2016 u 4 vzorků, ve sklizni 2017 u 3 vzorků) a limit pro obsah ZEA u jednoho vzorku (sklizeň 2016) z celkem analyzovaných 330. V jednotlivých sklizňových letech byla úroveň kontaminace značně rozdílná, stejně jako u slovenské studie, což je pro fuzáriové mykotoxiny typické a je to dokladem jejich silné závislosti na počasí. V roce 2015, který měl ze všech tří sledovaných sklizňových let nejsušší a nejteplejší průběh počasí, byla úroveň kontaminace pšenice mykotoxiny velmi nízká, a to jak u konvenčního, tak u ekologického způsobu pěstování a nebyl mezi nimi žádný rozdíl. Naopak nejvyšší byla úroveň kontaminace v roce 2016, který byl charakteristický hojnými srážkami v období metání a kvetení obilovin. V tomto roce byla úroveň kontaminace pšenice mykotoxiny u pšenice z konvenčního způsobu pěstování průkazně vyšší. V roce 2017 byla úroveň kontaminace na střední úrovni mezi oběma roky, a i když byla v konvenčním pěstování vyšší, rozdíl byl na hranici průkaznosti. Zajímavé je srovnání předplodin, po kterých byla pšenice v jednotlivých způsobech hospodaření pěstována. Zatímco více než tři čtvrtiny vzorků (78 %) ekologicky pěstované pšenice mělo předplodiny pícniny (jetel, vojtěška, lusko-obilné směsky, atd.), brambory, zeleninu a luskoviny, tj. předplodiny které nepodporují napadení klasovými fuzárii, u konvenční pšenice mělo tyto předplodiny jen 28 % vzorků. Naopak kukuřice, která je známa jako předplodina významně podporující napadení následné obiloviny fuzárii, byla předplodinou mnohem častěji u konvenční (15 %) než u ekologické (1 %) pšenice. Detailní vyhodnocení ukázalo, že většina konvenčních vzorků pšenice s vyššími, případně nadlimitními hodnotami mykotoxinů byla pěstována právě po předplodině kukuřici a často se jednalo o kombinaci s náchylnou odrůdou.
Zkoušení odrůd pšenice pro ekologické zemědělství
Ačkoliv dosud neexistuje odrůda pšenice, která by byla plně odolná vůči napadení klasovými fuzárii, jsou mezi nimi značné rozdíly. Pro ekologické zemědělství jsou doporučovány a využívány zejména odrůdy s lepší úrovní odolnosti vůči houbovým chorobám. Od roku 2015 provádí Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský hodnocení odrůd ozimé pšenice na pozemcích certifikovaných pro ekologické zemědělství a za podmínek pěstování podle jeho zásad. Pokusy jsou vedeny bez použití průmyslových hnojiv a pesticidů a ochrana proti plevelům je prováděna pouze mechanicky, podle konkrétních podmínek zkušební lokality. Výsledky zkoušení potvrzují, že infekční tlak houbových chorob je v porostech obilnin v ekologickém zemědělství obecně nižší než v konvenčně vedených porostech. Vliv na napadení odrůdy klasovými fuzárii má také výška rostliny a bylo prokázáno, že dlouhostébelné odrůdy jsou napadány méně. Ovšem v letech, kdy průběh počasí podporuje poléhání, mohou být v podmínkách ekologického pěstování, tj. bez ošetření regulátory růstu, tyto odrůdy naopak napadeny více, což může být jednou z příčin velké meziroční variability i variability mezi výsledky různých srovnávacích studií.
Proč jsou ekologicky pěstované obiloviny obvykle méně kontaminovány mykotoxiny
Výsledky provedených studií potvrzují, že fungicidní ošetření zdaleka není jediným faktorem, který kontaminaci obilovin fuzáriovými mykotoxiny ovlivňuje. Nejčastěji je nižší kontaminace ekologicky pěstovaných obilovin přičítána nižšímu zastoupení obilovin v osevních postupech a obecně širším osevním sledům. Další příčinou je volba odrůdy, protože pro ekologické zemědělství jsou doporučovány zejména odrůdy s vyšším stupněm odolnosti k chorobám. Vliv má také způsob zpracování půdy – v ekologickém zemědělství je minimalizace a bezorebné zpracováním uplatňováno v menší míře ve srovnání se zemědělstvím konvenčním. Menší riziko napadení obilovin klasovými fuzárii je spojováno také s vyšším obsahem organické hmoty v půdě a s vyšší biologickou půdní aktivitou, naopak vysoké dávky minerálních hnojiv a použití některých fungicidů, jako jsou strobiluriny, napadení podporuje. Potvrzuje se, že ochrana proti fuzáriím vyžaduje integrovaný přístup a musí zahrnovat více různých opatření, což platí jak pro konvenční, tak pro ekologické zemědělství.
Kontaminace obilovin skladovými mykotoxiny
Je třeba zmínit také druhou skupinu mykotoxinů, a to ty mykotoxiny, které se v obilovinách tvoří v průběhu skladování. Nevhodné skladovací podmínky dané zejména vyšší vlhkostí a teplotou mohou být příčinou tvorby ochratoxinu A, který je u nás produkován zejména houbou Penicillium verrucosum a aflatoxinů, které jsou produkovány houbami rodu Aspergillus. Spory těchto hub se obvykle v provozních podmínkách skladů vyskytují ve velkém množství, a to zejména v místech jako jsou dopravní pásy a násypky. Jejich zdrojem je především prach. Ke kontaminaci skladovými mykotoxiny může dojít jak u ekologicky, tak konvenčně pěstovaných obilovin. Záleží na podmínkách skladování a na zabezpečení hygieny skladů. Přímý vliv má vlhkost a teplota, dále úroveň zabezpečení před hmyzem a hlodavci a také kvalita zrna v okamžiku uskladnění, zejména obsah příměsí a nečistot. Zvýšený obsah zlomků zrn, semen plevelů i anorganických nečistot mají na skladovatelnost významně negativní vliv.
