Μυκοτοξικογόνοι μύκητες και μέθοδοι ολοκληρωμένης διαχείρισης μυκοτοξινών στην καλλιέργεια του κριθαριού και κατά τη διαδικασία της βυνοποίησης
Authors: Λαγογιάννη Χριστίνα 
Published: November 2021

Μια από τις μεγαλύτερες απειλές για την ασφάλεια και την ποιότητα των τροφίμων είναι οι μυκοτοξίνες, ιδιαίτερα τοξικοί και καρκινογόνοι μεταβολίτες χαμηλού μοριακού βάρους που παράγονται από ορισμένα είδη μυκήτων. Οι απώλειες τροφίμων που οφείλονται σε μυκοτοξίνες και οι δαπάνες της διαχείρισής τους αυξάνονται σε ανησυχητικό επίπεδο παγκοσμίως. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι περίπου το 25% των καλλιεργειών μολύνονται με μυκοτοξίνες σε παγκόσμιο επίπεδο σε ετήσια βάση (FAO). Οι μυκοτοξίνες παράγονται καθ’ όλη τη διάρκεια της ανάπτυξης των καλλιεργειών στον αγρό αλλά και κατά την αποθήκευσή τους. Ομοίως, η παρουσία τους στις ζωοτροφές μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μεταφορά τους και σε ζωικά προϊόντα που προορίζονται για κατανάλωση από τον άνθρωπο, γεγονός που μπορεί να έχει βλαβερές συνέπειες για την ανθρώπινη υγεία και να προκαλέσει μέχρι και θάνατο. Οι οικονομικά αποτελεσματικές λύσεις είναι εκείνες που με τη βοήθεια της γεωργικής τεχνολογίας και γνώσης θα συμβάλλουν στον αποκλεισμό των μυκήτων από το φυτό-ξενιστή ή/και την παρεμπόδιση παραγωγής μυκοτοξινών στα φυτά-ξενιστές τους με τη βοήθεια ενός ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης φιλικού προς το περιβάλλον.Η καλλιέργεια του κριθαριού (Hordeum vulgare L.) στη χώρα μας θεωρείται η δεύτερη σημαντικότερη καλλιέργεια των χειμερινών σιτηρών με την καλλιεργούμενη έκταση να προσεγγίζει τα 1-1,3 εκατ. στρέμματα. Η σημαντικότητά της τονίζεται από το γεγονός πως το 2008, η Αθηναϊκή Ζυθοποιία ξεκίνησε το μεγαλύτερο πρόγραμμα συμβολαιακής καλλιέργειας κριθαριού στη χώρα μας, με στόχο την ενίσχυση της ελληνικής παραγωγής και τη δημιουργία μιας πλήρους καθετοποιημένης ελληνικής διαδρομής για τα προϊόντα της. Οι μύκητες του γένους Fusarium spp. και Aspergillus spp. προκαλούν σε παγκόσμιο επίπεδο σημαντικά προβλήματα νεκρώσεων και σήψεων των σπόρων του κριθαριού σε προσυλλεκτικό και μετασυλλεκτικό επίπεδο και συντελούν σε σοβαρές απώλειες στην παραγωγή. Το σημαντικότερο όμως είναι ότι διάφορα είδη Fusarium spp. και Aspergillus spp. χαρακτηρίζονται από την ικανότητά τους να παράγουν μυκοτοξίνες στο μολυσμένο κριθάρι, οι οποίες μπορούν να διοχετεύονται ακόμη και στα επεξεργασμένα τρόφιμα και ποτά (π.χ. μπύρα) που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη το κριθάρι. Η επιμόλυνση με μυκοτοξίνες συντελεί στη σημαντική ποιοτική υποβάθμιση του προϊόντος και των παραγώγων του (π.χ. μπύρα), ενώ η κατανάλωση τέτοιων προϊόντων δύναται να αποτελέσει σοβαρό κίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Η παρουσία μυκοτοξινών στους σπόρους του κριθαριού μπορεί να λάβει χώρα σε όλα τα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας της καλλιέργειας (καλλιέργεια, συγκομιδή, επεξεργασία, αποθήκευση, διανομή) μέχρι και το στάδιο της ζυθοποιίας. Οι κυριότερες μυκοτοξίνες που εντοπίζονται στην καλλιέργεια του κριθαριού είναι οι τριχοθηκίνες (δεοξυλιβαλενόλη-DON, νιβαλενόλη-NIV, HT-2, T-2) η ζεαραλενόνη (ZEA), οι φουμονισίνες (FUM), οι αφλατοξίνες (AF) και η ωχρατοξίνη Α (ΟΤΑ) και έχουν μελετηθεί εκτενώς λόγω της συχνής παρουσίας τους στα τρόφιμα.Στη χώρα μας ωστόσο, μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν εγκεκριμένα φυτοπροστατευτικά προϊόντα για την αντιμετώπιση των μυκήτων του γένους Aspergillus spp., ενώ για τους μύκητες του γένους Fusarium spp. οι εγκεκριμένες δραστικές ουσίες που επιτρέπονται στο κριθάρι είναι ελάχιστες. Συνεπώς, κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για αξιολόγηση διαφόρων φυτοπροστατευτικών προϊόντων ώστε να μελετηθεί η αποτελεσματικότητα των ήδη υπαρχόντων αλλά και νέων δραστικών ουσιών και σκευασμάτων για την καλλιέργεια του κριθαριού.Η κύρια ιδέα για την ανάπτυξη της πρότασης προήλθε από την έλλειψη μιας εμπεριστατωμένης καταγραφής της υφιστάμενης κατάστασης σε αγρούς κριθαριού όσον αφορά τις μυκοτοξίνες που παράγονται από είδη των γενών Aspergillus και Fusarium αλλά και την πληθυσμιακή τους διακύμανση στην καλλιέργεια αυτή, μια ιδιαίτερα σημαντική καλλιέργεια όπου κερδίζει ολοένα και μεγαλύτερο έδαφος στην οικονομία της χώρας, όπως επίσης και για το νέο πρόβλημα της παρουσίας των μυκοτοξινών στη μπύρα. Την ιδέα αυτή ενίσχυσε το γεγονός πως πολλές απομονώσεις μυκήτων των γενών Aspergillus και Fusarium που προήλθαν από σπόρο κριθαριού σε προκαταρκτικά πειράματα, εμφάνισαν εξαιρετικά έντονη τοξικογόνο ικανότητα όταν ελέγχθηκαν με χρωματογραφικές μεθόδους στο Εργαστήριο Φυτοπαθολογίας του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών. Δειγματοληψίες στάχεων κριθαριού (2017-2019) από περιοχές της χώρας στις οποίες καλλιεργείται βυνοποιήσιμο ή κτηνοτροφικό κριθάρι οδήγησαν στη δημιουργία συλλογής μυκήτων από σπόρους κριθαριού που αποτελείται από 719 στελέχη του γένους Fusarium και 421 στελέχη του γένους Aspergillus. Τα περισσότερα είδη της συλλογής των Fusarium spp. ανήκουν στα είδη F. proliferatum και F. verticillioides ενώ όσον αφορά την μυκοτοξικογόνο ικανότητά τους, το 35% των απομονώσεων παράγουν τριχοθηκίνες, το 43% φουμονισίνες ενώ το 22% των στελεχών είναι μη-τοξικογόνα. Στους αγρούς οι οποίοι είχαν υψηλή συγκέντρωση φουμονισινών, επικρατούσε ο μύκητας F. verticillioides έναντι άλλων ειδών Fusarium. Όσον αφορά στα αποτελέσματα για το γένος Aspergillus, το ποσοστό των μη-τοξικογόνων στελεχών στους ελληνικούς αγρούς κριθαριού ανήλθε σε 71,26%.Παράλληλα, έγινε αξιολόγηση 10 βυνοποιήσιμων ποικιλιών κριθαριού ως προς την ικανότητά τους να παρεμποδίζουν τη βιοσύνθεση μυκοτοξινών και διαπιστώθηκε ότι οι πιο ανεκτικές ποικιλίες βυνοποιήσιμου κριθαριού στη μόλυνση με το μύκητα F. graminearum και τη βιοσύνθεση δεοξυλιβαλενόλης ήταν οι IRINA, SANGRIA και PLANET, ενώ η πιο ευαίσθητη ήταν η AC, ενώ για το μύκητα A. flavus και τις αφλατοξίνες ως ευαίσθητη αποδείχθηκε η ποικιλία ZHANA και ως η πιο ανεκτική η ποικιλία GRACE. Τα αποτελέσματα αυτά συσχετίστηκαν με την έκφραση γονιδίων που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση των αντίστοιχων μυκοτοξινών.Ακολούθησε αξιολόγηση 4 βιολογικών σκευασμάτων (Botector®, Trianum®, Remedier®, Tusal®) και 5 χημικών σκευασμάτων (Switch®, Quadris®, Neotopsin®, Madison®, Miraculix®) ως προς α) την παρεμπόδιση της κονιδιογένεσης των μυκήτων F. graminearum και A. flavus σε συνθήκες in vitro, β) την ικανότητά τους να μειώνουν την έξαρση των αντίστοιχων ασθενειών και γ) την ικανότητά τους να παρεμποδίζουν τη βιοσύνθεση δεοξυλιβαλενόλης και αφλατοξινών. Τα σκευάσματα που μείωσαν δραστικά την εξέλιξη σοβαρότητας της ασθένειας Fusarium Head Blight ήταν τα Miraculix® και Neotopsin®, ενώ αυτό που μείωσε την εξέλιξη σοβαρότητας σήψεων που οφείλονται στο μύκητα A. flavus ήταν το Switch®. Όσον αφορά στην παρεμπόδιση παραγωγής δεοξυλιβαλενόλης, τα αποτελεσματικότερα χημικά σκευάσματα ήταν τα Neotopsin® και Miraculix® με 93,79% και 97,42% παρεμπόδιση αντίστοιχα, ενώ κανένα βιολογικό σκεύασμα δεν έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα όσον αφορά στη μείωση της δεοξυλιβαλενόλης. Όσον αφορά στη μείωση των αφλατοξινών, το αποτελεσματικότερο βιολογικό σκεύασμα ήταν το Trianum® με 28,65% παρεμπόδιση σε σχέση με το μάρτυρα και το αποτελεσματικότερο χημικό ήταν το Switch® με παρεμπόδιση της τάξης του 90,76%. Επίσης, έγινε απομόνωση διαφόρων ενδοφυτικών και επιφυτικών βακτηρίων και ζυμών από σπόρους κριθαριού και βρέθηκε ότι ενδημικά ενδοφυτικά βακτήρια και ζύμες μείωσαν τις αφλατοξίνες έως και 35% ενώ τη δεοξυλιβαλενόλη έως και 45%. Επίσης, έγινε έλεγχος ανθεκτικότητας απομονώσεων Fusarium spp. και A. flavus σε διάφορες δραστικές ουσίες μυκητοκτόνων (fludioxonil, cyprodinil, boscalid, azoxystrobin, prochloraz, prothioconazole, thiphanate-methyl, trifloxystrobin) και βρέθηκε ότι εντοπίστηκαν αρκετά ανθεκτικά στελέχη στις δραστικές ουσίες azoxystrobin, boscalid και trifloxystrobin.Στη συνέχεια διερευνήθηκε η πορεία της συγκέντρωσης της δεοξυλιβαλενόλης και της αφλατοξίνης καθόλα τα στάδια της βυνοποίησης σε ευαίσθητες και ανθεκτικές ποικιλίες βυνοποιήσιμου κριθαριού και μετά από εφαρμογή αποτελεσματικών βιολογικών και χημικών σκευασμάτων στο κριθάρι σε συνθήκες αγρού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σκεύασμα Miraculix® οδήγησε σε πλήρη απουσία δεοξυλιβαλενόλης στη μπύρα κατά το τελευταίο στάδιο βυνοποίησης ενώ το σκεύασμα Switch® παρεμπόδισε την μόλυνση με αφλατοξίνες στη μπύρα.Τέλος, από το συνδυασμό όλων των ανωτέρω ευρημάτων, αξιολογήθηκαν στον αγρό ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης των μυκοτοξινών στο κριθάρι που απέδειξαν πως συνδυάζοντας κατάλληλα τη σωστή ποικιλία βυνοποιήσιμου κριθαριού με την εφαρμογή αποτελεσματικών σκευασμάτων στο στάδιο της άνθισης, ο παραγωγός μπορεί να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά τις συγκεκριμένες ασθένειες και μυκοτοξίνες. Συγκεκριμένα, η συνδυαστική εφαρμογή των σκευασμάτων Miraculix® και Trianum® στην ποικιλία ZHANA επέφερε πλήρη παρεμπόδιση βιοσύνθεσης δεοξυλιβανελόλης στο κριθάρι και τη μπύρα ενώ η συνδυαστική εφαρμογή των σκευασμάτων Switch® και Trianum® στην ποικιλία GRACE επέφερε 97,8% παρεμπόδιση βιοσύνθεσης αφλατοξινών στο κριθάρι και τη μπύρα. Καμία αποτελεσματική εφαρμογή δεν επηρέασε τα ποσοτικά (βάρος σπόρου) ή τα ποιοτικά χαρακτηριστικά (περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη) του σπόρου του βυνοποιήσιμου κριθαριού σε επίπεδα που να τον καθιστούν ακατάλληλο προς βυνοποίηση.Στη συγκεκριμένη διατριβή μέσα από τους στόχους που τέθηκαν, δημιουργήθηκε ένα ολοκληρωμένο σύστημα αντιμετώπισης το οποίο θα συμβάλλει στον περιορισμό των απωλειών και στη μειωμένη συγκέντρωση μυκοτοξινών στο τελικό προϊόν και στα επεξεργασμένα τρόφιμα και ποτά που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη το κριθάρι, αλλά στην απόκτηση νέων δεδομένων στην αντιμετώπιση των φυτοπαθογόνων μυκήτων που προκαλούν σήψη στη συγκεκριμένη καλλιέργεια και ζημιώνουν την αγροτική παραγωγή ποιοτικά και ποσοτικά, συνεισφέροντας παράλληλα σημαντικά στη θεωρητική και εφαρμοσμένη επιστημονική γνώση. Το όφελος που απορρέει επίσης από τη συγκεκριμένη έρευνα κρίνεται ιδιαίτερα σημαντικό καθώς η παραγωγή μπύρας με υψηλά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά και απαλλαγμένη από μυκοτοξίνες θα μπορούσε να διαπιστευτεί περαιτέρω με ειδική σήμανση στην ετικέτα του προϊόντος, προσδίδοντας έτσι σημαντική προστιθέμενη αξία στη μπύρα και να οδηγήσει σε αύξηση της ανταγωνιστικότητας και της εμπορικότητάς της στην ελληνική και διεθνή αγορά.