КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-16-00114

НазваниеВыявление биоразнообразия и трофического статуса микробиоты кормовых культур в связи с созданием качественных и биологически безопасных кормов.

РуководительГагкаева Татьяна Юрьевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений", г Санкт-Петербург

Года выполнения2014 - 2016

КонкурсКонкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словаБезопасность, биопрепараты, биоразнообразие, качество, корма, микробиота, микотоксины, методы, растения

Код ГРНТИ34.29.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Цель Проекта – анализ закономерностей организации и функционирования комплексов микробиоты, ассоциированных с хозяйственно значимыми кормовыми растениями для разработки научно-обоснованных практических рекомендаций по созданию качественных и биологически безопасных кормов. Актуальной проблемой агропромышленного комплекса в России является повышение эффективности кормопроизводства как отрасли, определяющей уровень продуктивности и экономических показателей животноводства. Контаминация кормовых культур микотоксинами вызывает комплекс проблем, влияющих на качество продукции молочного и мясного животноводства, и, в конечном итоге – на здоровье людей. В связи с прогнозируемым ростом отраслей животноводства (по данным Министерства сельского хозяйства России – на 5-15% ежегодно) потребность в качественных кормах будет только возрастать. Проблема продовольственной безопасности нашей страны особенно обострилась после присоединения Российской Федерации к ВТО. Сельскохозяйственные растения обитают в агроценозе, населенном значительным количеством разнообразных микроорганизмов, вступают с ними в тесные связи и вне этих связей не существуют. Несмотря на огромный интерес исследователей к изучению различных аспектов микробно-растительных взаимодействий, до сих пор малоизученными остаются вопросы, связанные с их видовым составом, количественной оценкой и пространственным распределением микроорганизмов по экосистемам. Сведения о динамике численности и функциональном составе микробиоты фуражных культур, используемых для кормления животных, отрывочны и носят противоречивый характер. Специфический состав микробиоты сельскохозяйственных растений является одним из ведущих экологических факторов, определяющих качество получаемого корма. В данном случае, особенный интерес вызывают микроорганизмы, оказывающие влияние на качество заготовленных кормов. Многие микроорганизмы, например, грибы из рода Fusarium, заселяют растения уже в поле, продолжают своё развитие в процессе приготовления корма, загрязняя его микотоксинами. Это группа микромицетов, наиболее адаптирована к агроценозам фуражных растений, возделываемых на территории России, выявляется почти повсеместно. В настоящее время, в связи с развитием молекулярно-генетических методов оценки биоразнообразия появляется уникальная возможность выявления состава и закономерностей формирования микробиоты на разных стадиях развития растений, а также продуктах их переработки. Выявление взаимосвязей между бактериальными и грибными комплексами позволит разработать рекомендации по регуляции микробных сообществ в направлении уменьшения количества грибов-продуцентов микотоксинов, или – в направлении снижения микотоксинов в заготавливаемом сырье. Полученные данные существенно расширят представление о таксономическом разнообразии состава микробных ассоциаций возделываемых фуражных культур и их значимости для использования кормовых культур в животноводстве.

Ожидаемые результаты
Проект нацелен на проведение фундаментальных и поисковых исследований по выявлению закономерностей формирования микробно-растительных ассоциаций на примере кормовых трав, микромицетов и бактерий, оценки представленности микробиоты разного трофического статуса в зависимости от вида, фазы развития растения, места его обитания. Сравнение таксономической структуры сообществ микромицетов и бактерий в агроценозе кормовых культур, выращенных в различных эколого-географических условиях, позволит провести анализ регуляторного действия условий существования на разнообразие микроорганизмов, установить закономерности и различия в воздействии этих групп на конечное качество заготовленных кормов. Новые результаты, которые будут получены в процессе исследований по Проекту: - cравнительные данные состава естественных сообществ микромицетов и бактерий в биоценозе кормовых культур, культивируемых в различных условиях обитания; - численность и биомасса значимых особей микробиоты, соотношения ее основных компонентов, в зависимости от вида, фазы развития кормового растения, места его обитания; - выявление изменений в составе микробиотного сообщества в ризосфере растений и на вегетирующих растениях при применении бактериальных биопрепаратов; - осуществление поиска и выявления микроорганизмов с биотехнологически ценными свойствами для использования в растениеводстве и кормопроизводстве, последующее сохранение их в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения Россельхозакадемии (ВКСМ). На основе исследований таксономического разнообразия, представленности и соотношения основных групп продуцентов биологически активных веществ (в том числе микотоксинов) и их деструкторов в микробиоте исследуемых трав будут предложены алгоритмы регулирования естественных сообществ, улучшающие качество кормовых ресурсов и получаемых из них кормов. По результатам Проекта и на основе анализа научной литературы будет создана сводная база данных по биологическим агентам, способным влиять на образование микотоксинов и участвовать в процессах их деструкции. Полученные в ходе реализации Проекта результаты будут опубликованы в виде научных статей в профильных журналах: «Сельскохозяйственная биология», «Ветеринария», «Кормопроизводство» и зарубежных журналах – «Animal Feed Science and Technology» (JCR – 1.6), «Journal of Animal Science» (JCR – 2.1), «FEMS Microbiology letters» (JCR – 2.05), методических рекомендаций для кормопроизводящих предприятий и компаний, а также изложены в виде докладов на международных конференциях.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Целью проекта является выявление закономерностей организации и функционирования комплексов микробиоты, ассоциированных с хозяйственно значимыми кормовыми растениями для разработки научно-обоснованных практических рекомендаций по созданию качественных и биологически безопасных кормов. Проведен анализ количества и состава микромицетов в пробах кормовых культур, собранных в разные сроки вегетационного периода (злаковые травы, бобовые, зерновые) и образцах силоса, отобранных в шести хозяйствах Ленинградской области. Методом предельных разведений на агаризованных питательных средах установлены доминирующие и малочисленные группы микромицетов, среди которых выявлены токсинопродуцирующие виды грибов. Грибы рода Fusarium были выявлены в 50% анализированных образцов растений с максимальной численностью 6,6×104 КОЕ/г (отава клевера с тимофеевкой). Грибы Penicillium были выявлены в 20-25% анализированных образцов трав, Aspergillus – в 8-10% с низкой численностью – максимально 4×102 КОЕ/г. Состав представителей микробных сообществ в кормовых культурах и силосе, а также выявление динамики их содержания в процессе технологии силосования проанализированы методами RT-PCR, T-RFLP и NGS секвенирования. При общей тенденции доминирования бактерий рода Pseudomonas, состав микробиоты, соотношение её представителей менялись в зависимости от вида кормового растения, его возраста и физиологического состояния. Состав микробиоты скошенной растительной массы резко отличался от состава микробиоты растительного травостоя, и менялся в процессе силосования под влиянием различных факторов (срок хранения силоса, вид силосуемого растения, применение и тип заквасок). Микотоксины выявлены во всех анализированных образцах травостоя и силоса. В кормовых культурах микотоксины присутствовали уже на начальных стадиях роста растений. Превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) отдельных микотоксинов в образцах различных кормовых культур, собранных в период их роста в поле, обнаружено в 11,8-100% случаев. Превышение ПДК микотоксинов в готовом силосе наблюдалось в 29-82%. В модельных экспериментах добавление к силосу биопрепаратов на основе молочнокислых бактерий и на основе бацилл приводило к снижению ДНК общего количества грибов и ДНК грибов Fusarium и Aspergillus в отдельности. Кластерный анализ данных, полученных методами T-RFLP и NGS секвенирования, продемонстрировал положительное влияние биологических заквасок, связанное с увеличением численности представителей полезной микробиоты силоса. Выполненный с целью выявления возможных связей между составом микробиоты и содержанием микотоксинов (поиск бактерий-биодеструкторов микотоксинов) корреляционный анализ данных секвенирования показал связь между увеличением численности некоторых видов бактерий и уменьшением количества выявленных микотоксинов в процессе силосования ежи сборной. Установлено, что количества афлатоксинов, Т-2 токсина, дезоксиниваленола и зеараленона имели достоверную обратную связь с увеличением количества определенных групп бактерий. В текущем году результаты Проекта были продемонстрированы на выставке «Биоиндустрия 2014» (г. Санкт-Петербург), международных научных конференциях (Польша, Финляндия), а также опубликованы в виде 4 статей в научных журналах.

 

Публикации

1. Gagkaeva T., Gavrilova O. Current distribution of Fusarium fungi on small grain cereals in Russia: species complex and related mycotoxins Book of abstracts of 11th Conference of the European Foundation for Plant Pathology Healthy plants – healthy people, 8-13 September 2014,Krakow, Poland., P.31. (год публикации - 2014).

2. Gagkaeva T., Gavrilova O. Occurrence and fungicidal control of Fusarium species in cereals in Russia. Nordic-Baltic Fusarium seminar 2014 «Challenges and recent updates», NJF Seminar 478, Helsinki , Finland, 18-19 November, Edit. M.Segerstedt, NJF Report., V. 9. №.8. P.41. (год публикации - 2014).

3. Лаптев Г. Ю., Новикова Н. И., Дубровина Е. Г., Ильина Л. А., Йылдырым Е. А., Филиппова В. А., Никонов И. Н., Бражник Е. А. Анализ накопления микотоксинов в кормовом растительном сырье и силосе Кормопроизводство, - (год публикации - 2014).

4. Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Никонов И.Н, Филиппова В.А., Бражник Е.А. Влияние биологических и химических консервантов на накопление плесневых грибов и микотоксинов в силосе. Зоотехния, №11. С.10-13. (год публикации - 2014).

5. Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Никонов И.Н, Филиппова В.А., Бражник Е.А., Корочкина Е.А. Распространение микотоксинов в кормовом травостое и силосе Аграрный вестник Урала, №12 (130). C.33-37. (год публикации - 2014).

6. Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Солдатова В.В., Никонов И.Н, Филиппова В.А., Бражник Е.А., Соколова О.В. Изучение динамики накопления микотоксинов в силосе на разных этапах его хранения. Сельскохозяйственная биология, №6. С.123-130. (год публикации - 2014).


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Цель проекта – анализ закономерностей организации и функционирования комплексов микробиоты, ассоциированных с хозяйственно значимыми кормовыми растениями для разработки научно-обоснованных практических рекомендаций по созданию качественных и биологически безопасных кормов. Специфический состав микробиоты кормовых растений является одним из ведущих экологических факторов, определяющих качество получаемого корма. В данном случае, особенный интерес вызывают микроорганизмы, оказывающие влияние на качество заготовляемых кормов. Участниками Проекта выполнены все научные задачи, запланированные на 2015 г. Исследования выполнены с применением различных методов с авторскими модификациями, необходимыми для получения оригинальных результатов: микологические и микробиологические (анализ численности биоты филлосферы и ризосферы кормовых культур и силоса, культивирование на агаризованных и жидких питательных средах, идентификация микроорганизмов); иммуноферментные и хроматографические (анализ вторичных метаболитов, в том числе микотоксинов); молекулярно-генетические – полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (T-RFLP), количественная ПЦР TaqMan и SYBR Green (оценка содержания ДНК грибов и бактерий; определение биоразнообразия сообщества организмов). Объекты исследований: образцы филлосферы и ризосферы злаковых и бобовых кормовых трав, силоса из хозяйств различных областей РФ, отобранные участниками проекта или предоставленные работниками животноводческих хозяйств в 2014-2015 гг.; штаммы грибов и бактерий, хранящиеся в лаборатории микологии и фитопатологии ФГБНУ ВИЗР и ООО «Биотроф+». За отчетный период установлена множественная контаминации микотоксинами кормовых трав, включающих злаки, клевер и люцерну (44 образцов), во время их вегетации (Ленинградская область). Определено содержание 16 микотоксинов: АОЛ – альтернариол, АФЛА – афлатоксин В1, ДАС – диацетоксисцирпенол, ДОН – дезоксиниваленол, ЗЕН – зеараленон, ОТА – охратоксин А, Т-2 – Т-2 токсин, ФУМ – фумонизины, ЭА – эргоалкалоиды, ЭМО – эмодин, микофеноловая кислота, роридин А, стеригматоцистин, циклопиазоновая кислота, цитринин, PR-токсин. Показано, что уже на ранних стадиях роста растений в травах формируются комплексы микотоксинов, включающие до 14-16 компонентов, и сочетанный характер их загрязненности соответствовал таксономическому многообразию их микобиоты. По частоте обнаружения в травосмесях доминировали АОЛ, ЦПК, ЭМО и ЭА, но по количественному содержанию этих микотоксинов, в зависимости от типа травостоя, наблюдались существенные различия. К концу вегетации сохранилась повсеместная распространенность микотоксинов, но значительно возросла интенсивность загрязненности растений. В образцах кормовых трав семейства Бобовых, собранных с мая по сентябрь 2015 года в агроценозах Ленинградской, Новгородской, Пермской, Псковской и Смоленской областей, оценивали содержание ДНК трихотеценпродуцирующих грибов Fusarium (ТрДНК) и ДНК грибов, образующих ЗЕН. Доля образцов, не содержащих ТрДНК грибов составила 10 %, а доля образцов с высоким содержанием (максимально 4,4×10-4 нг/мкл общей ДНК) – 9 %. Многофакторный дисперсионный анализ показал, что достоверное влияние (р<0.05) на содержание ТрДНК оказывало время сбора трав и происхождение растений. В среднем, количество ТрДНК выявленное в растениях из Смоленской области (8,5×10-5 нг/мкл общей ДНК) было существенно выше, по сравнению со средними показателями для образцов из других регионов (1,7-2,3×10-6 нг/мкл общей ДНК). ДНК грибов, образующих ЗЕН, в бобовых культурах не выявлено. Провели сравнительную оценку разнообразия сообществ микроорганизмов филлосферы и ризосферы в посевах ежи сборной, люцерны и смесей клевера со злаковыми культурами, выращенных в двух районах Ленинградской области и отобранных в два срока вегетации (май и август, 2015 г.). В филлосфере кормовых растений, собранных в мае, выявлены группы различных микромицетов с общей численностью 103-104 КОЕ/г. Численность микромицетов, выявленная в травостое ежи сборной была существенно ниже, чем в других кормовых культурах. Грибы рода Penicillium выявлены только в злаковом ценозе. Согласно индексу Шеннона, выявленное видовое разнообразие микромицетов статистически не различалось по культурам и периодам учёта. Общая численность микромицетов в образцах культур, собранных в августе, выросла значительно, но различий по их составу в зависимости от культуры не выявили. Грибы Penicillium и Aspergillus с низкой численностью 400-800 КОЕ/г выявлены во всех вегетирующих травах. Грибы Fusarium с численностью 200-1200 КОЕ/г выделены из кормовых культур всех видов, кроме ежи сборной, собранной в мае. Анализ численности микромицетов в ризосфере показал отсутствие статистически значимых различий этого показателя, в зависимости от культивируемого растения. По сравнению с филлосферой, численность грибов Fusarium, Penicillium и Aspergillus была значительно выше. Отмечена повсеместная встречаемость грибов Penicillium – до 5399 КОЕ/г. Грибы Aspergillus встречались только на полях с внесением органических удобрений – до 1145 КОЕ/г. Выявленный видовой состав грибов Fusarium был разнообразнее, чем в филлосфере: F. avenaceum, F. culmorum, F. equiseti, F. oxysporum и F. solani. В филлосфере этих же образцов кормовых трав, согласно T-RFLP анализу, общая численность молочнокислых бактерий родов Lactobacillus и Lactococcus, положительно влияющих на процесс силосования, не превышала 0,39%. Численность бактерий, отрицательно влияющих на процесс силосования, Pseudomonadales и Bacillale достигала 75,7% и 35,79% соответственно. В ризосфере трав обнаружены микроорганизмы родов Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus и Pediococcus в количестве до 0,56%. В ризосфере всех кормовых культур, а также в филлосфере смеси клевера и тимофеевки доминировали некультивируемые на искусственных питательных средах бактерии. Как в филлосфере, так и в ризосфере кормовых культур выявлены патогены млекопитающих: бактерии Staphylococcus и Campylobacter. В 2015 году вновь отмечена более высокая загрязненность микотоксинами АФЛА, ДОН, ЗЕН, Т-2 кормовых бобовых культур, по сравнению со злаками, в то же время ни в одном из образцов не был выявлен ОТА. В целом, отмечена большая загрязненность трав Т-2, по сравнению с другими микотоксинами. В лабораторных экспериментах анализировали влияние срока хранения на количество грибов и представителей микробиоты в динамике, на разных этапах технологического процесса силосования (до 30 суток). Грибы, несмотря на высокую численность их в исходной траве, выделяются на питательную среду из силоса не позднее 3 суток с момента его заготовки. В тоже время, методом T-RFLP показано изменение количества молочнокислых бактерий в процессе хранения силоса, которое на 30 сутки резко уменьшалось. В производственных экспериментах провели сравнительную оценку содержания АФЛА, ДОН, ЗЕН, ОТА и Т-2 в силосе (60 проб). Показаны зависимости количественного содержания микотоксинов в силосе от срока его хранения в течение 1-315 суток. Количества ЗЕН, ОТА и Т-2 токсина до 150-200 суток хранения увеличивались, а затем плавно снижались. На протяжении периода хранения силоса количество ДОН уменьшалось, а АФЛА оставалось на исходном уровне. Анализ содержания микотоксинов исследовали в 68 образцах кормового травостоя и 143 образцов силоса из 11 животноводческих хозяйств Ленинградской области. Кроме того, провели анализ 20 образцов силоса из Центрального региона, 13 – из Центрально-Черноземного и 25 – из Южного региона и сделали заключение, что проблема распространения микотоксинов является повсеместной, с преобладающей контаминацией АФЛА, ОТА и Т-2. Наиболее загрязненными микотоксинами были образцы из Центрально-Черноземного региона, где выявлены образцы силоса с превышением максимально допустимых уровней, установленные для кормовых злаковых культур до 54 раз. В лабораторных исследованиях провели оценку влияния состава и кислотности питательной среды, а также штамма Bacillus subtilus на рост и токсинообразование грибов. Способность штаммов F. sporotrichioides и F. poae продуцировать Т-2 и ДАС анализировали при выращивании грибов на картофельно-сахарозном агаре (КСА) и средах на основе зерна овса, пшеницы и кукурузы. Выявленный высокий потенциал образования микотоксинов на среде с кукурузой предполагает необходимость мониторинга загрязненности этой культуры трихотеценовыми микотоксинами. Провели оценку способности штаммов четырёх видов Fusarium образовывать триходиен в процессе их культивирования (9-16 сутки) на КСА и автоклавированных зернах пшеницы. Сравнение между собой относительных площадей триходиена на масс-хроматограммах выявило, что штаммы всех видов грибов (особенно F. langsethiae) выделяют значительно больше триходиена на КСА, по сравнению с зернами пшеницы. Оценивали влияние различной кислотности среды Чапека (рН 4,0-8,5) на жизнеспособность гриба F. sporotrichioides, выращенного методом глубинного культивирования. Во всех вариантах через 10 суток, рН достигала значения 7,8 и разница по количеству накопленной биомассы гриба была несущественной. Выявлена закономерность, что при снижении рН среды, количество образуемого Т-2 существенно увеличивалось. Результаты исследований согласуются с полученной нами ранее информацией о значительном содержании Т-2 в силосе, рН которого составляет 4,0-4,5. При глубинном культивировании B. subtilis со штаммами F. sporotrichioides или Aspergillus flavus в течение 10 суток показано, что биомасса F. sporotrichioides нарастала, а биомасса A. flavus существенно не отличалась, по сравнению с контролем. Совместное культивирование F. sporotrichioides с B. subtilis приводило к 100% снижению количества Т-2 в культуральной жидкости уже на 4 сутки. При культивировании A. flavus и B. subtilis в течение 7 суток количество АФЛА, образуемых грибом существенно не изменялось, а на 10 сутки было существенно ниже, по сравнению с контролем. Полученные результаты расширили существующие представления, связанные с видовым составом и количественной оценкой микроорганизмов кормовых культур и их влиянию на состояние растений и кормов на их основе.

 

Публикации

1. Gagkaeva T.Yu., Gavrilova O.P., Burkin A.A., Kononenko G.P. Fusarium fungi and mycotoxins on cultivated forage grasses Book of abstract 13th European Fusarium Seminar dedicated to the Memory of Wally Marasas. “Fusarium - Pathogenicity, Mycotoxins, Taxonomy, Genomics, Biosynthesis, Metabolomics, Resistance, Disease control”, Martina Franca, Italy, 10 - 14 May 2015, p. 149 (год публикации - 2015).

2. Kononenko G.P., Burkin A.A., Gavrilova O.P., Gagkaeva T.Yu. Fungal species and multiple mycotoxin contamination of cultivated forage crops Agriculture and Food Science, - (год публикации - 2015).

3. Буркин А.А., Кононенко Г.П., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. О накоплении зеараленона в травяных кормах и токсинообразующей активности грибов рода Fusarium Сельскохозяйственная биология, т. 50, № 2, с. 255-262 (год публикации - 2015).

4. Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Кононенко Г.П., Буркин А.А. Микромицеты и микотоксины в кормовых сеяных травах Современная микология в России, т. 5, с. 230-232 (год публикации - 2015).

5. Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Филиппова В.А., Никонов И.Н. Микотоксины в силосе как потенциальная опасность возникновения микотоксикозов у коров Современная микология в России, т. 5, с. 263-264 (год публикации - 2015).

6. Йылдырым Е.А., Лаптев Г.Ю., Ильина Л.А., Никонов И.Н., Филиппова В.А., Солдатова В.В., Бражник Е.А., Новикова Н.И., Гагкаева Т.Ю. Изучение эпифитной микрофлоры как источника формирования микробиоценоза силоса методом NGS-секвенирования Сельскохозяйственная биология, т. 50, № 6 (год публикации - 2015).

7. Йылдырым Е.А., Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Ильина Л.А., Никонов И.Н., Солдатова В.В., Никонов И.Н., Филиппова В.А., Бражник Е.А., Дубровина Е.Г. Механизмы действия заквасок для силосования Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство, № 7, c. 58-61 (год публикации - 2015).

8. Лаптев Г.Ю., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Никонов И.Н., Филиппова В.А., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Выявление биоразнообразия и трофического статуса микробиоты кормовых культур в связи с созданием качественных и биологически безопасных кормов Материалы конференции «Биоиндустрия: от агротехнологий к пищевым биотехнологиям», 15 октября 2015 в рамках выставки «Биоиндустрия – 2015», КВЦ «ЭкспоФорум», Санкт-Петербург, 14-16 октября 2015, 2 с. (год публикации - 2015).

9. Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Дубровина Е.Г., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Филиппова В.А., Никонов И.Н., Бражник Е.А. Анализ накопления микотоксинов в кормовом растительном сырье и силосе Многофункциональное адаптивное кормопроизводство: Сборник научных трудов / ФГБНУ «ВНИИ кормов РАН В.М. Вильямса» – М.: Угрешская типография, вып.5 (53), с. 306 – 311 (год публикации - 2015).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Провели сравнительную оценку зараженности грибами Alternaria, Cladosporium, Fusarium и контаминации микотоксинами однолетних и многолетних трав из семейства Leguminosae (13 видов), собранных в различных регионах Европейской части России – 77 образцов из Ленинградской, Новгородской, Псковской, Смоленской областей и Пермского края. Установили, что виды рода Lathyrus, по сравнению с другими представителями бобовых растений, характеризовались высокими содержаниями ДНК грибов Cladosporium (8,7×10-4 нг/нг общей ДНК) и Fusarium, образующих трихотеценовые микотоксины (Tri-Fusarium) (7,5×10-5 нг/нг общей ДНК). Наибольшие количества ДНК грибов рода Alternaria (7,8×10-5 нг/нг общей ДНК) накапливали представители рода Melilotus. Многолетние растения (Galega orientalis, Lathyrus spp., Trifolium spp.) содержали больше ДНК грибов Tri-Fusarium, по сравнению с однолетними травами. Анализ шестнадцати микотоксинов в 62 образцах 11 видов бобовых из трех областей Северо-запада России показал повсеместную встречаемость альтернариола и циклопиазоновой кислоты, максимальные их количества выявлены в образцах растений Trifolium. Микотоксины, образуемые грибами Fusarium, встречались реже остальных анализированных метаболитов. Наибольшее разнообразие метаболитов грибов выявлено в растениях рода Lathyrus. Проведено статистическое обоснование влияния и взаимовлияния факторов: количество ДНК грибов, содержание различных микотоксинов, род и вид растения, происхождение образцов и время их сбора. Оценили содержание грибов Alternaria, Cladosporium, Fusarium и микотоксинов в различных органах культурных и дикорастущих злаков, собранных в Ленинградской области. Объекты исследований были представлены образцами ежи сборной, пырея, райграса (сорта Агат и Баримеро), тимофеевки (дикорастущая и сорт Ленинградская 204) и яровой пшеницы (сорт Ленинградка). Сравнительный анализ выявил, что дикорастущие злаки характеризовались достоверно более высокой зараженностью грибами, по сравнению с культурными злаками. Так, в растениях дикорастущих злаков содержание ДНК грибов Alternaria и Cladosporium было в 6 раз, а ДНК грибов Fusarium – в 14 раз больше, по сравнению с культурными злаками. Показано, что наибольшие количества ДНК всех анализированных групп грибов накапливала ежа сборная. Анализ распределения грибов в разных органах растений показал, что в генеративных органах количество ДНК Alternaria, Cladosporium и Fusarium достоверно превалировало, по сравнению со стеблями и листьями растений. В среднем, в культурных злаках выявлено в 1,7 раза больше дезоксиниваленола (ДОН), чем в дикорастущих. Количество ДОН варьировало в зависимости от вида злака (в среднем 264-914 мкг/кг). Анализ распределения ДОН в различных частях растений злаков показал, что наименее контаминированными органами являлись стебли. Максимальные количества ДОН выявлены в метёлках райграса обоих сортов (1283 и1476 мкг/кг). Т-2 токсин обнаружен только в стеблях пырея (50 мкг/кг). Показаны два стратегически важных пути взаимодействия штаммов бактерий с токсинообразующими грибами F. sporotrichioides, F. culmorum и Aspergillus flavus, встречающимися на кормовых культурах и в силосе. Установлено, что в результате совместного культивирования F. sporotrichioides и B. subtilis происходило усиление выработки Т-2 токсина штаммом гриба на 40 %, по сравнению с контролем. Однако бактерии B. cereus и B. megaterium полностью подавляли образование Т-2 токсина грибом. В присутствии B. cereus, количество другого трихотеценового микотоксина – ДОН, продуцируемого грибом F. culmorum, снижалось на 40-60 %. В тоже время, не выявлено подавляющей активности штамма B. cereus по отношению к другой химической группе токсичных метаболитов – афлатоксинам, образуемых A. flavus. Дополнительно штаммы трех видов бактерий культивировали на фоне различных концентраций Т-2 токсина в среде – 20-100 нг/мл. В пределах используемых концентраций не выявлено снижения Т-2 токсина в присутствии B. cereus, а штаммы B. subtilis и B. megaterium уменьшали его содержание до 50 % от исходных значений в среде. По всей видимости, штаммы B. subtilis и B. megaterium способны к биологической деградации Т-2 токсина, в то время как штамм B. cereus блокирует его образование грибом-продуцентом при совместном сосуществовании, но не влияет на содержание этого микотоксина в среде. Провели сравнение эффективности двух консервантов российского производства, созданных на основе штаммов Lactobacillus plantarum и B. subtilis, имеющих жидкую препаративную форму, и двух импортных аналогов, на основе штаммов Lactobacillus spp., имеющих сухую препаративную форму. На основании анализа биохимических показателей силоса и 6 микотоксинов (афлатоксина В1, ДОН, охратоксина А, Т-2 токсина, зеараленона, фумонизинов) показано, что наилучшим консервирующим эффектом обладали закваски на основе живых бактерий, особенно на основе L. plantarum, по сравнению с высушенными препаратами. В 2016 году участники коллектива продемонстрировали результаты исследований на трёх международных конференциях в виде двух устных и двух постерных докладов. За отчетный период подготовлена монография «Возможности биодеградации микотоксинов, образуемых грибами рода Fusarium» и изданы методические рекомендации (наставления) «Микотоксины в силосе и стратегия борьбы с ними». В научных журналах опубликовано четыре статьи: WoS – 1, Scopus – 1, РИНЦ – 6.

 

Публикации

1. Буркин А.А., Кононенко Г.П., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Микотоксины в бобовых травах естественных кормовых угодий Сельскохозяйственная биология, №1 (год публикации - 2017).

2. Гаврилова О.П., Гагакаева Т.Ю., Буркин А.А., Кононенко Г.П. Fusarium fungi and mycotoxins of cultivated forage crops 5TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FUSARIUM HEAD BLIGHT. 2ND INTERNATIONAL WORKSHOP ON WHEAT BLAST. Book of Abstracts, с. 125 (год публикации - 2016).

3. Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Никонов И.Н., Лаптев Г.Ю. Возможности биодеградации микотоксинов, образуемых грибами рода Fusarium Микология сегодня. Т.3. Национальная академия микологии. Москва, - (год публикации - 2017).

4. Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Солдатова В.В., Никонов И.Н., Лаптев Г.Ю., Соколова О.В., Новикова Н.И. Изучение распространения микотоксинов в силосе и разработка стратегии борьбы с ними КОРМОПРОИЗВОДСТВО, №3, с. 41-44 (год публикации - 2016).

5. Лаптев Г.Ю., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Никонов И.Н., Новикова Н.И., Гагкаева Т.Ю. Состав микробиоценоза силоса с использованием современных методов исследования: новые итоги Материалы конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов», посвященной 120-летию М.Ф. Томмэ, c. 146-153 (год публикации - 2016).

6. Лаптев Г.Ю., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова Е.А., Никонов И.Н., Новикова Н.И., Гагкаева Т.Ю. Распространение микотоксинов в кормовом травостое и объемистых кормах: итоги исследований Материалы конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов», посвященной 120-летию М.Ф. Томмэ, 140-145 (год публикации - 2016).

7. Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Солдатова В.В., Большаков В.Н., Дубровин А.В., Никонов И.Н., Дубровина Е.Г., Бражник Е.А., Соколова О.В., Биконя С.Н., Гагкаева Т.Ю. Микотоксины в силосе и стратегия борьбы с ними ООО «Биотроф», Санкт-петербург, 64 с. (год публикации - 2016).

8. Орина А.С., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Колонизация культурных и дикорастущих злаковых растений грибами родов Alternaria, Cladosporium и Fusarium Защита и карантин растений, №1 (год публикации - 2017).

9. Савельева Е.И., Густылева Л.К., Кессених Е.Д., Хлебникова Н.С., Леффингвел Дж., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Study of the vapor phase over Fusarium fungi cultured on various substrates CHEMISTRY AND BIODIVERSITY, V. 13, №7, p. 891–903. (год публикации - 2016).

10. Чередова К.В., Скрытник А.А., Гаврилова О.П., Гагкаева Т.Ю. Влияние факторов среды на рост и образование Т-2 токсина грибом Fusarium sporotrichioides Вестник защиты растений, Т. 89, № 3, С. 181-182 (год публикации - 2016).