Die Problematik Ährenfusariosen / Mykotoxine bei Getreide, insbesondere bei Weizen, hat im vergangenen Jahrzehnt an Bedeutung deutlich zugenommen. Hierbei spielt die Qualitätssicherung in der Weizenproduktion, nicht nur bei der Erzeugung von Nahrungsgetreide, eine entscheidende Rolle. Im vorliegenden Heft der "Schriftenreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft" werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes "Qualitätssicherung in der Weizenproduktion" vorgestellt. Dieses Projekt basiert auf einer Initiative der Interessengemeinschaft der Erzeugerzusammenschlüsse in Sachsen e.V. (IGE). Zielsetzung des Projektes ist die Prüfung von Bekämpfungsstrategien zur Kontrolle der Fusarium- und Mykotoxinprobleme und die Risikominderung im gesamten Produktionsprozess der Weizenproduktion sowie die Erarbeitung von Entscheidungshilfen für die Landwirtschaft zur Sicherung der Qualität. In einem 4-jährigen Untersuchungsprogramm von 2003 - 2006 wurden in drei verschiedenen Anbauregionen des Freistaates Sachsen sorten- und fruchtfolgespezifische Anbauvergleiche durchgeführt, um Aussagen zur Minderung von relevanten Mykotoxinen im Erntegut infolge einer Infektion mit "Ährenfusarium" treffen zu können sowie Empfehlungen für die landwirtschaftliche Praxis zu erarbeiten. Die Auswahl der Vorfrüchte, der Sorten und der Behandlungsstrategien erfolgte entsprechend der Vorgehensweise der Landwirte.

Einleitung: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mögliche Zusammenhänge zwischen einer Exposition von Milchkühen mit Mykotoxinen (DON, ZON und deren Metaboliten) und dem Entwickeln und Bestehen einer LMV sowie weiteren Primär- und Sekundärerkrankungen zu prüfen. Es bestand die Frage nach einer möglichen Beziehung zu klinischen Störungen, nach einer möglichen Korrelation von Veränderungen der Blutparameter und nach der Eignung von Gallensaft zum Mykotoxinnachweis. Material und Methoden: Für die Untersuchungen wurden 61 Kühe der Rasse Schwarzbunte aus dem Patientengut der Medizinischen Tierklinik mit der Diagnose LMV genutzt. Die gesunden Kontrollkühe (n = 13) stammten aus zwei Betrieben im Leipziger Umland. Bei der Aufnahme in die Klinik bzw. der Probenentnahme wurden alle Kühe klinisch untersucht. Für die Mykotoxinbestimmungen wurden von 20 Patienten- und 13 Kontrollkühen Futter, Serum, Milch und Galle sowie von 41 Patientenkühen Serum und Galle entnommen. Es wurden klinisch-chemische Parameter im Serum untersucht. Die Mykotoxine wurden mittels High-Performance-Liquid-Chromatography (HPLC) analysiert. Ergebnisse: Bei 36 von 61 Patienten konnten keine Mykotoxine in der Galle nachgewiesen werden. Bei den anderen 25 Tieren war ein positiver Mykotoxinnachweis erfolgt. Von den 36 Kühen mit negativem Mykotoxinnachweis konnten 20 Kühe (56 %) mit linksseitiger LMV und 8 Kühe (22 %) mit rechtsseitiger LMV als geheilt entlassen werden. Sechs Kühe (17 %) mit LMV nach links und negativem Mykotoxinnachweis und zwei Kühe (6 %) mit LMV nach rechts und negativem Mykotoxinnachweis hatten einen Exitus letalis. Von 25 Kühen mit positivem Mykotoxinnachweis wurden zwölf Kühe (48 %) mit der Diagnose LMV nach links und sechs Kühe (24 %) mit LMV nach rechts geheilt. Fünf Kühe (20 %) mit LMV nach links und zwei Kühe (8 %) mit LMV nach rechts hatten einen Exitus letalis. Die makroskopische Untersuchung der Futterproben ergab keine grobsinnlichen Veränderungen. Mykotoxine konnten hingegen regelmäßig in den Futterproben aus den Herkunftsbetrieben der Patienten und der gesunden Kühe nachgewiesen werden. Der Median betrug für DON 0,161 mg/kg (0,086-0,191) und für ZON 6,35 µg/kg (4,88-7,85). Im Serum enthielten eine von 61 Proben DON (0,002 µg/mL) und weitere vier Proben DOM-1 (0,002-0,003-0,004-0,009 µg/mL). Im Gallensaft konnte bei 61 Proben nur einmal DOM-1 (37,6 µg/mL) und kein DON nachgewiesen werden. Die untersuchten Galleproben waren zu 39 % mit ZON bzw. dessen Metabolite belastet. Dabei lag ZON (ng/g) im Mittel bei 9,85 (8,10-16,33), α-ZOL bei 59,9 (5-78) ng/g und ß-ZOL bei 37,6 ng/g. Bei Patienten mit positivem Nachweis von ZON und seinen Metaboliten α- und ß-ZOL konnten keine Veränderungen am Genitaltrakt festgestellt werden. Bei den gesunden Kühen waren keine Mykotoxine in Serum, Milch oder Gallensaft nachweisbar. In den eigenen Untersuchungen ließen sich klinisch sowie biochemisch weder DON- noch ZON-spezifische Effekte nachweisen. Entweder waren die geprüften Parameter im physiologischen Bereich, wie z.B. Protein, Kreatinin, TEAC und im Blutbild, oder die Veränderungen waren auch bei den Kühen ohne nachweisbare Mykotoxine vorhanden, wie z.B. bei Bilirubin, Glucose, FFS, Cholesterol, BHB, CK, GGT, Mg, Ca, Na, K, Cl, FFS und im Säure-Basen-Status. Die mittleren GLDH-Aktivitäten aller Patienten mit DON-Nachweis waren geringgradig höher als bei Patienten ohne Mykotoxinnachweis. Schlussfolgerung: Mykotoxine konnten in dieser Untersuchung weder für spezifi-sche Symptome oder hämatologische sowie klinisch-chemische Abweichungen im Blut noch für den Krankheitsausgang, d.h. Heilung oder Exitus letalis, verantwortlich gemacht werden. Eine Ausnahme stellt die Frequenz und Intensität der Pansenkontraktionen dar, die bei Patienten mit positivem Mykotoxinnachweis im Futter reduziert waren. ZON- bzw. ZOL-assoziierte Veränderungen an den Ovarien und dem Uterus wurden makroskopisch in keinem Fall festgestellt. Als zusätzliche Erkenntnis stellte sich im Verlaufe dieser Arbeit unabhängig von der eigentlichen Fragestellung heraus, dass die Gallensaftentnahme in der Praxis eine leicht durchführbar, diagnostisch wertvolle Maßnahme darstellt. Abschließend kann festgestellt werden, dass die DON- und ZON-Kontaminationen in geringen Konzentrationen beim Milchrind keine besondere Gefahrenquelle darstellen, wenn die Haltungs- und Fütterungsbedingungen optimal gestaltet werden.

Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität. / Problems of food safety have led to an increasing concern regarding contamination of foods and feeds with mycotoxins and the relevant toxigenic fungi, mainly Aspergillus, Penicillium and Fusarium genera. There is a real need for rapid, sensitive and inexpensive sensors for the detection of toxigenic fungi and mycotoxins, both in the field and after harvest in order to obtain real-time monitoring data on contamination and this assist in food safety assessment. This will result in an enormous cost saving to the farmers as well as to agro-food industry through the prevention and reduction of product recalls and reduced treatment costs. The German Ministry of Education and Research (BMBF) has provided funding of more than 1.9 million Euros from July 2006 to December 2009 for the large joint project "ProSeso.net2" on the development of innovative sensor-based techniques and processes in the field of food quality and safety. In this research-project "Exploration of sustainability potentials by use of sensor-based technologies and integrated assessment models in the production chain of plant related food" 13 partners from universities, non-university institutions and industry cooperate within seven subprojects. The expected results shall contribute to maintain freshness and improve safety of the food production chain. In the subproject “Indicators and sensor technology for the identification of mycotoxin producing fungi in the processing of grain” spectroscopic methods are tested for in-situ and in-line detection of moulds and/or mycotoxins. This presentation focuses on some possible spectroscopic methods for the rapid detection of mycotoxins and fungi on grains. Methods based on one- and two-photon-induced fluorescence spectroscopy are highly attractive because of their outstanding sensitivity and selectivity. In order to utilize a fluorescence technique for the analysis of the mycotoxins in food and feedstuff as well as for basic research on the fungal metabolism, the photochemistry and photophysics of the mycotoxins and fungi need to be elucidated in detail, especially the influence of solvent parameters such as polarity and pH value. Consequently, for a sensitive and selective spectroscopic analysis, it is indispensable to take the specific photophysic of the known mycotoxins into account in order to minimize serious limitations upon sensitivity, selectivity, and accuracy of a potential fluorescence-based sensing application. The spectroscopic techniques are complemented by chemometric tools (Principle Component Analysis) to extract the desired chemical information, e.g. with respect to presence of contaminations. The combination of data obtained from different spectroscopic methods (such as optimal excitation and emission wavelength, fluorescence decay times, and fluorescence quantum efficiency) on the one hand side and NIR spectroscopy on the other side shows promising results for the qualitative as well as quantitative identification of mycotoxins grains. Moreover, NIR reflectance spectra yield additional information on ingredients, moisture content, and the presence (or absence) of fungi in the sample.

Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und F. graminearum-Isolate auf die Schadbildausprägung bei Winterweizen sowie die Möglichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza Die durch Pilzarten der Gattung Fusarium spp. hervorgerufene partielle Taubährigkeit ist ein ernstes Problem im weltweiten Weizenanbau. Eine für die Schaderreger günstige feuchte Witterung zum Zeitpunkt der Weizenblüte in Kombination mit befallsfördernden agrotechnischen Maßnahmen löst immer wieder Epidemien aus. Hauptsächlich verursacht durch F. culmorum und F. graminearum führt eine Erkrankung zu Ertrags- und Qualitätseinbußen sowie zu einer Belastung des Ernteguts mit Mykotoxinen, die bereits in niedrigen Konzentrationen toxisch auf den tierischen und menschlichen Organismus wirken. Die am häufigsten vorkommenden Fusarium-Toxine in Weizen sind Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEA). Isolate von F. graminearum- und F. culmorum können in ihrem DON- und ZEA-Bildungsvermögen und ihrem Potential, Nekrosen zu verursachen, stark variieren. In Laborversuchen (in vitro) wurden F. graminearum- und F. culmorum-Isolate hinsichtlich dieser Eigenschaften (hier als Aggressivität bezeichnet) charakterisiert und anschließend wurde im Feldversuch überprüft, ob die in vitro-ermittelte Aggressivität die Schadbildausprägung bei Weizenpflanzen beeinflusst. Nur im ersten Versuchsjahr, das durch hohe Niederschläge gekennzeichnet war, konnte ein Einfluss der Aggressivität und einer zusätzlichen Beregnung im Feldversuch nachgewiesen werden. Die als hoch-aggressiv eingestuften Fusarium-Isolate reduzierten unter dem Einfluss der Beregnung den Ertrag und das Tausendkorngewicht. Die Beregnung führte zu einer Erhöhung des Pilzwachstums und der DON- und ZEA-Produktion. Ein extrem trockener Sommer verhinderte die Infektion der Weizenpflanzen durch die beimpften Fusarium-Isolate und ein anschließendes Pilzwachstum in den Ähren im zweiten Versuchsjahr. Um den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. vorzubeugen, stehen verschiedene pflanzenbauliche Maßnahmen zur Verfügung. Eine Möglichkeit stellen in diesem Zusammenhang die symbiotischen Mykorrhizapilze (MP) dar. Die Pilze sind in der Lage, Pflanzen zu stärken und antagonistisch auf pilzliche Schaderreger zu wirken. Um zu überprüfen, ob MP dazu beitragen könnten, den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. niedrig zu halten, wurden Weizenpflanzen mit MP und Fusarium spp. beimpft und die Auswirkungen der Interaktionen auf die Weizenpflanzen in einem Klimakammer- und einem Feldversuch getestet. In der Klimakammer wurde eine Reduzierung des Fusarium-Befalls nachgewiesen. Die mykorrhizierten Weizenpflanzen wiesen außerdem höhere Photosyntheseraten, höhere Sprosstrockenmassen und mehr Ähren im Vergleich zu den nicht-mykorrhizierten und mit Fusarium-beimpften Weizenpflanzen auf. Insgesamt wurde durch die Mykorrhizierung der negative Einfluss von Fusarium spp. kompensiert. Im Freiland konnte kein Einfluss der MP auf Fusarium spp. beobachtet werden. Im ersten Versuchsjahr führte das Beimpfen der Weizenpflanzen mit MP zu höheren Wurzel- und Sprosstrockenmassen sowie zu höheren Tausendkorngewichten im Vergleich zu den mit Fusarium spp.-beimpften Weizenpflanzen. Im zweiten Versuchsjahr konnte dieses Ergebnis nicht wiederholt werden. / Impact of aggressiveness of Fusarium culmorum and Fusarium graminearum isolates on the degree of symptoms as well as the possibility to control Fusarium spp. with mycorrhiza Fusarium Head Blight (FHB) is a serious problem worldwide and is mainly caused by Fusarium (F). culmorum and F. graminearum. Humid weather conditions, especially at anthesis and agricultural measures forcing pathogen attack cause epidemics repeatedly. FHB leads to yield and quality losses and also to contamination of harvest with mycotoxins that are toxic to humans and animals already in low concentrations. The most frequently occurring Fusarium toxins in wheat are deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEA). F. culmorum and F. graminearum isolates can differ in their potential to produce mycotoxins and to cause necrosis. Isolates of these two species were assigned to three different groups of aggressiveness on the basis of mycotoxin production and necrotic activity. Afterwards these isolates were inoculated on wheat in fields to ascertain their aggressiveness on the degree of symptoms. Only in the first year of the trial that was characterized by high precipitation amounts an influence of the aggressiveness and of an additional irrigation could be determined. Influenced by irrigation isolates of high aggressiveness reduced yield and 1000-kernel-weight. Besides, irrigation led to an increase of fungal growth and DON and ZEA production. An extremely dry summer in the second year of the trial prevented wheat infection by Fusarium isolates and subsequent colonization of the ears. Various agricultural measures are available to prevent Fusarium infection. The release of mycorrhizal fungi is one possibility. These fungi are able to strengthen plants and affect fungal pathogens antagonistically. Mycorrhizal fungi and Fusarium isolates were inoculated on wheat plants in climate chamber and fields to determine their potential for pest management. The impact of the interactions of these two organisms on wheat plants was analyzed. In climate chamber a reduction of Fusarium colonization was observed. Furthermore a higher rate of photosynthesis, a higher shoot dry weight and a higher number of ears were detected for the mycorrhizal plants compared to the non-mycorrhizal Fusarium inoculated plants. Altogether the negative effects of Fusarium spp. on the wheat plants were compensated by mycorrhizal colonization. In fields no influence of mycorrhizal colonization on Fusarium spp. could be determined. In the first year of the trial inoculation of wheat plants with mycorrhiza led to higher root and shoot dry weight as well as to higher 1000-kernel-weight in comparison to the wheat plants inoculated with Fusarium spp. These results could not be reproduced in the second year of the trial.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde in einem seit 2006 bestehenden Weizenfruchtfolgeversuch unter Freilandbedingungen die Zusammensetzung von Fusarium-Artenspektren an Halmbasis und Körnern von Weizen und deren Kolonisierungsraten untersucht. Ein besonderer Fokus lag hierbei auf dem Einfluss der Versuchsfaktoren (i) Jahreseffekt/Witterung, (ii) Vorfrucht, (iii) Sorte und (iv) Blattfungizidbehandlung auf Artzusammensetzung und Kolonisierung von Fusarium an den beiden Pflanzenorganen. Der Vergleich der Fusarium-Spektren an Halmbasis und Körnern zeigte einen deutlichen Kontrast auf. So waren an der Halmbasis insgesamt besonders die Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum anzutreffen, wogegen an den Körnern die Arten F. poae, F. tricinctum sowie 2010 F. graminearum auftraten. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass es sich bei den an den beiden unterschiedlichen Pflanzenorganen auftretenden Artenspektren um unabhängige Populationen handelt. Eine Übertragung von F. culmorum, F. equiseti, F. graminearum und F. poae von der Halmbasis auf die Körner scheint wenig wahrscheinlich. Lediglich für F. tricinctum, welcher durchgehend an beiden Pflanzenorganen aufzufinden war, könnte eine Abhängigkeit zwischen den beiden Populationen in Form einer Übertragung von der Halmbasis auf die Körner existieren. Ob ein Zusammenhang zwischen den beiden Organen in Bezug auf F. tricinctum besteht, kann im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht eindeutig geklärt werden. Im Hinblick auf den Jahreseffekt bzw. die Witterung unterlagen die Artzusammensetzungen an Halmbasis und Körnern sowohl qualitativen als auch quantitativen Veränderungen. An der Halmbasis und auch an den Körnern führte der jahresbedingte Witterungseffekt zu einem breiteren Artenspektrum im Versuchsjahr 2011 gegenüber 2010, was zumindest für die Halmbasis mit den für eine Kolonisierung durch Fusarium günstigeren Witterungsbedingungen 2011 erklärt werden kann. Die jahresbedingten Witterungsunterschiede wirkten sich erwartungsgemäß stärker auf die Körner aus. Quantitative Diskrepanzen fanden sich an beiden Pflanzenorganen in Form von unterschiedlich hohen Kolonisierungsraten der verschiedenen Fusarium-Arten. Die Ergebnisse weisen jedoch auf eine stabile Populationssignatur an der Halmbasis hin, welche von den Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum dominiert wird. In beiden Versuchsjahren herrschte ein geringer FHB-Befallsdruck an den Körnern, sodass die Arten F. poae und F. tricinctum grundsätzlich das Artspektrum bestimmten und eine relativ stabile Populationssignatur bildeten, obgleich auch andere Arten jahresabhängig auftraten, wie z.B. F. graminearum im Jahr 2010 nach Vorfrucht Mais. In Abhängigkeit von der Vorfrucht zeigten sich große Unterschiede in der Kolonisierung der Halmbasis. So konnte zum Entwicklungsstadium der Milchreife nach Vorfrucht Zuckerrübe in beiden Versuchsjahren die höchste Gesamtkolonisierungsrate an der Halmbasis von Weizen ermittelt werden, noch vor Mais. Der Weizen wies nach Vorfrucht Weizen und Vorfrucht Ölrettich insgesamt die niedrigsten Kolonisierungsraten auf. Hauptverursacher für die erhöhte Gesamtkolonisierungsrate nach Zuckerrübe waren die Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum. Eine hohe Relevanz kam hier der Besiedlung durch die stark pathogene Art F. culmorum zu, die besonders im Jahr 2011 häufig vertreten war. Dies konnte auch für die Vorfrüchte Mais, Weizen und Ölrettich bestätigt werden. Die Ergebnisse belegen daher, dass der Vorfruchteffekt lediglich quantitativer Art im Hinblick auf unterschiedliche Kolonisierungsraten war, die Fusarium-Artenzusammensetzung jedoch nicht beeinflusste. Auf Grund der hohen Kolonisierungsraten nach Zuckerrübe sollte auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit die Zuckerrübe aus phytopathologischer Sicht als potenzieller Fusarium-Überträger eingestuft werden. Eine Ertragsrelevanz der Halmbasiskolonisierung an Weizen nach Zuckerrübe konnte jedoch nicht demonstriert werden. Ein Vorfruchteffekt an den Körnern konnte dagegen nur 2010 im Zuge einer erhöhten Kolonisierung durch F. graminearum nach Vorfrucht Mais festgestellt werden, der durch Mykotoxingehalte in den Weizenkörnern verifiziert werden konnte sowie 2011 nach Weizen, bedingt durch verstärktes Auftreten von F. culmorum. Beide Effekte waren jedoch nicht reproduzierbar, was die starke Witterungsabhängigkeit des Einflusses der Vorfrucht unterstreicht. Ein signifikanter Sorteneffekt auf die Gesamtkolonisierungsrate konnte bis auf den Probenahmezeitpunkt BBCH 37-39 2011 sowohl an der Halmbasis, als auch an den Körnern festgestellt werden, wobei der Effekt an den Körnern verglichen mit der Halmbasis zwar auf niedrigerem Niveau in Bezug auf die Kolonisierung auftrat, jedoch etwas stärker ausgeprägt war. Dieser reduzierende Effekt in der resistenten Sorte „Centrum“ war in besonderem Maße auf die quantitative Reduktion der artspezifischen Kolonisierungsraten der an den jeweiligen Pflanzenorganen dominierenden Fusarium-Arten zurückzuführen. Ein signifikant erhöhter Ertrag konnte für die resistente Sorte in beiden Jahren nachgewiesen werden, die Kolonisierungsraten von Halmbasis und Körnern korrelierten jedoch nicht mit dem Ertrag. Die Blattfungizidbehandlung erwies sich dagegen an der Halmbasis als deutlich wirksamer bezüglich einer Reduktion der Gesamtkolonisierungsraten, als an den Körnern. Jedoch war auch hier ein quantitativer, reduzierender Effekt auf die spezifischen Kolonisierungsraten der an Halmbasis und Körnern dominierenden Arten zu beobachten, wobei sich dieser an den Körnern allerdings nur auf die Arten F. culmorum und F. graminearum auswirkte. Ebenso wie der Effekt der Sortenresistenz auf den Ertrag, konnte auch ein positiver Effekt des Blattfungizideinsatzes auf den Ertrag in den behandelten Varianten verzeichnet werden, wobei dieser jedoch jahresabhängig war. Auch hier wurde keine Korrelation zwischen Kolonisierungsraten an Halmbasis und Körnern und dem Ertrag beobachtet. Darüber hinaus zeigten die Pathogenitätstests an Halmbasis und Ähre von Weizen die geringe phytopathologische und agronomische Bedeutung der Arten F. equiseti, F. poae und F. tricinctum. Kaum nachweisbare Symptomausprägungen nach künstlicher Infektion unter kontrollierten Bedingungen in der Klimakammer und geringe Reisolationsraten ließen den Schluss zu, dass insbesondere die Arten F. equiseti und F. tricinctum an der Halmbasis als apathogen einzustufen sind und eine ökologische Rolle als endophytische Nischenbesiedler einnehmen. An der Ähre waren alle drei Arten sowohl unter kontrollierten Bedingungen als auch im Freiland bei künstlicher Inokulation in der Lage, die Weizenkörner zu infizieren und starke Mykotoxinkontaminationen hervorzurufen. Dies ist jedoch unter natürlichen Befallsbedingungen als wenig wahrscheinlich zu erachten. Zudem wiesen die auf ihr Konkurrenzvermögen hin getesteten Arten F. poae und F. tricinctum zu keinem Zeitpunkt die Fähigkeit auf, in Anwesenheit von F. graminearum mit dieser Art zu konkurrieren. Aus diesem Grunde ist anzunehmen, dass die drei untersuchten Fusarium-Arten als Sekundärbesiedler der Ähre fungieren, welche in Jahren mit Trockenheit zur Blüte und dadurch bedingtem, niedrigen Auftreten von FHB eine ökologische Rolle als Nischenbesiedler einnehmen und die abreifende Weizenähre kolonisieren können. Ferner fand keine Reduktion des TKG unter Freilandbedingungen statt, was eine agronomische Relevanz der Kornbesiedlung durch diese drei Arten im Vergleich zu F. graminearum ausschließt. Eine Bekämpfung von Fusarium-Arten sollte sich daher klassischerweise auf pathogene, aggressive Arten wie F. culmorum sowie F. graminearum beschränken und in Form bekannter Kombinationen von Fruchtfolgegestaltung, Sortenwahl, Bodenbearbeitung und Fungizidbehandlung an Weizen unter Berücksichtigung der Regeln für den integrierten Pflanzenschutz erfolgen.

Die Problematik Ährenfusariosen / Mykotoxine bei Getreide, insbesondere bei Weizen, hat im vergangenen Jahrzehnt an Bedeutung deutlich zugenommen. Hierbei spielt die Qualitätssicherung in der Weizenproduktion, nicht nur bei der Erzeugung von Nahrungsgetreide, eine entscheidende Rolle. Im vorliegenden Heft der 'Schriftenreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft' werden die Ergebnisse des Forschungsprojektes 'Qualitätssicherung in der Weizenproduktion' vorgestellt. Dieses Projekt basiert auf einer Initiative der Interessengemeinschaft der Erzeugerzusammenschlüsse in Sachsen e.V. (IGE). Zielsetzung des Projektes ist die Prüfung von Bekämpfungsstrategien zur Kontrolle der Fusarium- und Mykotoxinprobleme und die Risikominderung im gesamten Produktionsprozess der Weizenproduktion sowie die Erarbeitung von Entscheidungshilfen für die Landwirtschaft zur Sicherung der Qualität. In einem 4-jährigen Untersuchungsprogramm von 2003 - 2006 wurden in drei verschiedenen Anbauregionen des Freistaates Sachsen sorten- und fruchtfolgespezifische Anbauvergleiche durchgeführt, um Aussagen zur Minderung von relevanten Mykotoxinen im Erntegut infolge einer Infektion mit 'Ährenfusarium' treffen zu können sowie Empfehlungen für die landwirtschaftliche Praxis zu erarbeiten. Die Auswahl der Vorfrüchte, der Sorten und der Behandlungsstrategien erfolgte entsprechend der Vorgehensweise der Landwirte.

Einleitung: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mögliche Zusammenhänge zwischen einer Exposition von Milchkühen mit Mykotoxinen (DON, ZON und deren Metaboliten) und dem Entwickeln und Bestehen einer LMV sowie weiteren Primär- und Sekundärerkrankungen zu prüfen. Es bestand die Frage nach einer möglichen Beziehung zu klinischen Störungen, nach einer möglichen Korrelation von Veränderungen der Blutparameter und nach der Eignung von Gallensaft zum Mykotoxinnachweis. Material und Methoden: Für die Untersuchungen wurden 61 Kühe der Rasse Schwarzbunte aus dem Patientengut der Medizinischen Tierklinik mit der Diagnose LMV genutzt. Die gesunden Kontrollkühe (n = 13) stammten aus zwei Betrieben im Leipziger Umland. Bei der Aufnahme in die Klinik bzw. der Probenentnahme wurden alle Kühe klinisch untersucht. Für die Mykotoxinbestimmungen wurden von 20 Patienten- und 13 Kontrollkühen Futter, Serum, Milch und Galle sowie von 41 Patientenkühen Serum und Galle entnommen. Es wurden klinisch-chemische Parameter im Serum untersucht. Die Mykotoxine wurden mittels High-Performance-Liquid-Chromatography (HPLC) analysiert. Ergebnisse: Bei 36 von 61 Patienten konnten keine Mykotoxine in der Galle nachgewiesen werden. Bei den anderen 25 Tieren war ein positiver Mykotoxinnachweis erfolgt. Von den 36 Kühen mit negativem Mykotoxinnachweis konnten 20 Kühe (56 %) mit linksseitiger LMV und 8 Kühe (22 %) mit rechtsseitiger LMV als geheilt entlassen werden. Sechs Kühe (17 %) mit LMV nach links und negativem Mykotoxinnachweis und zwei Kühe (6 %) mit LMV nach rechts und negativem Mykotoxinnachweis hatten einen Exitus letalis. Von 25 Kühen mit positivem Mykotoxinnachweis wurden zwölf Kühe (48 %) mit der Diagnose LMV nach links und sechs Kühe (24 %) mit LMV nach rechts geheilt. Fünf Kühe (20 %) mit LMV nach links und zwei Kühe (8 %) mit LMV nach rechts hatten einen Exitus letalis. Die makroskopische Untersuchung der Futterproben ergab keine grobsinnlichen Veränderungen. Mykotoxine konnten hingegen regelmäßig in den Futterproben aus den Herkunftsbetrieben der Patienten und der gesunden Kühe nachgewiesen werden. Der Median betrug für DON 0,161 mg/kg (0,086-0,191) und für ZON 6,35 µg/kg (4,88-7,85). Im Serum enthielten eine von 61 Proben DON (0,002 µg/mL) und weitere vier Proben DOM-1 (0,002-0,003-0,004-0,009 µg/mL). Im Gallensaft konnte bei 61 Proben nur einmal DOM-1 (37,6 µg/mL) und kein DON nachgewiesen werden. Die untersuchten Galleproben waren zu 39 % mit ZON bzw. dessen Metabolite belastet. Dabei lag ZON (ng/g) im Mittel bei 9,85 (8,10-16,33), α-ZOL bei 59,9 (5-78) ng/g und ß-ZOL bei 37,6 ng/g. Bei Patienten mit positivem Nachweis von ZON und seinen Metaboliten α- und ß-ZOL konnten keine Veränderungen am Genitaltrakt festgestellt werden. Bei den gesunden Kühen waren keine Mykotoxine in Serum, Milch oder Gallensaft nachweisbar. In den eigenen Untersuchungen ließen sich klinisch sowie biochemisch weder DON- noch ZON-spezifische Effekte nachweisen. Entweder waren die geprüften Parameter im physiologischen Bereich, wie z.B. Protein, Kreatinin, TEAC und im Blutbild, oder die Veränderungen waren auch bei den Kühen ohne nachweisbare Mykotoxine vorhanden, wie z.B. bei Bilirubin, Glucose, FFS, Cholesterol, BHB, CK, GGT, Mg, Ca, Na, K, Cl, FFS und im Säure-Basen-Status. Die mittleren GLDH-Aktivitäten aller Patienten mit DON-Nachweis waren geringgradig höher als bei Patienten ohne Mykotoxinnachweis. Schlussfolgerung: Mykotoxine konnten in dieser Untersuchung weder für spezifi-sche Symptome oder hämatologische sowie klinisch-chemische Abweichungen im Blut noch für den Krankheitsausgang, d.h. Heilung oder Exitus letalis, verantwortlich gemacht werden. Eine Ausnahme stellt die Frequenz und Intensität der Pansenkontraktionen dar, die bei Patienten mit positivem Mykotoxinnachweis im Futter reduziert waren. ZON- bzw. ZOL-assoziierte Veränderungen an den Ovarien und dem Uterus wurden makroskopisch in keinem Fall festgestellt. Als zusätzliche Erkenntnis stellte sich im Verlaufe dieser Arbeit unabhängig von der eigentlichen Fragestellung heraus, dass die Gallensaftentnahme in der Praxis eine leicht durchführbar, diagnostisch wertvolle Maßnahme darstellt. Abschließend kann festgestellt werden, dass die DON- und ZON-Kontaminationen in geringen Konzentrationen beim Milchrind keine besondere Gefahrenquelle darstellen, wenn die Haltungs- und Fütterungsbedingungen optimal gestaltet werden.

Das Ziel der Untersuchungen war die Ermittlung der Grenzbedingungen von Lagerungsdichte und äußerer Luftabschlußgüte (Gasdurchlässigkeit des Zudeckmaterials), unter denen Schimmelpilzwachstum während der Silagelagerung eingeschränkt wird. Den Schwerpunkt bildeten 10 Praxis- und Laborsilierversuche mit extensiv erzeugtem Grünfutter, das aufgrund relativ hoher Rohfasergehalte allgemein schwer verdichtbar ist. In den Silagen wurde die Pilzkeimzahl sowie der Gehalt an Ergosterin und Roquefortin C bestimmt. Für die Analyse des Ergosteringehaltes wurde eine neue Methode entwickelt. Die Gasdurchlässigkeit von 1 - 8 Folienlagen der verwendeten Silierstretchfolie wurde radiometrisch gemessen. Im Versuchszeitraum (1995 - 1997) wurde Grünfutter von jahreszeitlich verschiedenen Aufwüchsen unter landwirtschaftlichen Praxisbedingungen einsiliert. Mit Hilfe drei verschiedener Ballenpressen wurden insgesamt 165 Silageballen mit unterschiedlichen Lagerungsdichten erzeugt. Die Folienlagenzahl und die Lagerdauer bei den Silageballen wurde gestaffelt. Hierdurch sollte der Einfluß des Luftabschlusses auf Gärqualität, Pilzbefall und Mykotoxingehalt in den Silagen untersucht werden. Im Labor wurden Einflußfaktoren wie der Trockenmassegehalt (T-Gehalt) des Siliergutes geprüft. In den Praxisversuchen trat bei einem T-Gehalt < 400 g/kg unabhängig von Lagerungsdichte und äußerem Luftabschluß eine relativ starke Buttersäurebildung in den Silagen auf. Dagegen wurden bei einem T-Gehalt > 450 g/kg bei ausreichendem Luftabschluß buttersäurefreie (£ 0,3 % T) Silagen erzielt. Hier lag offenbar ein ausreichender T-Gehalt zur Sicherung einer guten Gärqualität vor. In allen Versuchen stellte die Erhöhung der Lagerungsdichte die primäre Grundlage zur Erzeugung eines ausreichenden Luftabschlusses in den Silagen dar. Die äußere Luftabschlußgüte besaß im Vergleich dazu sekundären Charakter. Als notwendige Grenzbedingungen des Luftabschlusses zur Erzeugung einer guten Gärqualität sowie zur Einschränkung von Pilzbefall in den Silagen erwiesen sich: (1) eine Lagerungsdichte von mindestens 200-210 kg T/m³ und (2) eine maximale Gasdurchlässigkeit des Zudeckmaterials von 1,7 l/m² in 24 Stunden (6 Folienlagen der verwendeten Silierstretchfolie). Ein ausreichender Luftabschluß war die Voraussetzung für die Wirksamkeit von Silierzusätzen hinsichtlich der Einschränkung von Pilzbefall und der Verbesserung der Gärqualität in den Silagen. Die Mykotoxinbildung in den Silagen, die am Beispiel des Vorkommens von Roquefortin C (ROF) untersucht worden ist, wurde ungeachtet von Lagerungsdichte und äußerem Luftabschluß vor allem durch den T-Gehalt des Siliergutes beeinflußt. Bei einem T-Gehalt < 450 g/kg enthielten etwa 88 % der in diesem T-Bereich vorliegenden Silagen Roquefortin C. Bei einem T-Gehalt zwischen 450 und 550 g/kg enthielten noch etwa 10 % der hier vorliegenden Silagen Roquefortin C, überwiegend aber im Bereich der Nachweisgrenze von ³ 0,05 mg ROF/kg T. Bei einem T-Gehalt > 550 g/kg wurde in den Silagen Roquefortin C nicht nachgewiesen. Die insgesamt in den Silagen gemessenen Gehalte an Roquefortin C waren mit < 1,0 mg ROF/kg T relativ niedrig. Sie sind bei Verfütterung der Silagen an Wiederkäuer nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand toxikologisch als nicht kritisch einschätzbar. / The goal of the investigation was to determine the boundary conditions of compactness and hermetic level of covering material (permeability of the covering material) to inhibit mould growth during silage storage. The emphasis was based on 10 practical and lab ensiling experiments with green forage having a relatively high content of raw fiber, which in general is difficult to compress. The silages were investigated for their mould count, as well as for their content of ergosterol and roquefortine C. A new method was developed to analyse the ergosterol content. The permeability of 1 - 8 numbers of wraps of the used ensiling stretch film was measured by radiometric methods. During the experimental time (1995 - 1997), green forage from seasonally different bites were ensiled under practical agricultural conditions. Using three different balers, a total of 165 bales were wrapped at various compactness levels. The numbers of wraps and the storage period of the bales were staggered. Hereby the influence of air exclusion on fermentation quality, mould growth and mycotoxin content in the silage should be tested. In the lab, factors such as the dry matter content (d-content) of the green forage were tested. In the practical experiments, the results showed that at a d-content of < 400 g/kg, a relatively high amount of butyric acid formed in the silages, independent of the compactness and hermetic level of the covering material. Whereas, at a d-content of > 450 g/kg, no butyric acid (£ 0,3 % dry matter) was found in the silages with sufficient air exclusion. Here, the d-content to ensure a good fermentation quality was sufficient. In all experiments, the primary way to generate sufficient air exclusion in the silages was to increase the compactness. Compared with this, the hermetic level of covering material had secondary character. To get a sufficient fermentation quality, as well as an inhibition of mould growth in the silages, necessary boundary conditions of air exclusion were: (1) a compactness of at least 200-210 kg T/m³ and (2) a maximum permeability of the covering material of 1,7 l /m² in 24 hours (6 numbers of wraps of the used ensiling stretch film). Sufficient air exclusion was necessary for the effectiveness of the silage additives in inhibiting mould growth and improving the fermentation quality in the silages. The mycotoxin formation in the silages, investigated by measuring the occurrence of roquefortine C (ROF), was influenced mainly by the dry matter content of the ensiled material, regardless of the compactness and hermetic level of covering material. At a dry matter content of < 450 g/kg, about 88 % of the silages contained roquefortine C. Between 450 to 550 g/kg dry matter about 10 % of the silages containing roquefortine C, however, at low levels in the range of the detectable content of ³ 0,05 mg ROF/kg dry matter. At a dry matter content of > 550 g/kg, no roquefortine C was found in the silages. Summarised, the measured amounts of < 1,0 mg ROF/kg roquefortine C in the silages is considered to be relatively low. Within the actual state of knowledge of toxicology, it is not considered dangerous to feed ruminant animals with silages containing these low amounts of roquefortine C.

Mykotoxine sind giftige Naturstoffe, die im Rahmen des Sekundärstoffwechsels von Schimmelpilzen beim Wachstum auf pflanzlichen Substraten gebildet werden. Zu den bekanntesten Mykotoxinen zählt das Ochratoxin A (OTA), welches überwiegend in Getreide und davon abgeleiteten Erzeugnissen, aber auch in Wein und Kaffee sowie Gewürzen und Bier nachgewiesen wurde. OTA ist unter anderem immunotoxisch, nephrotoxisch und besitzt teratogene sowie kanzerogene Eigenschaften. Darüber hinaus wird OTA eine hormonelle Wirkung zugesprochen. Aufgrund der Toxizität und des relativ häufigen Vorkommens in Lebensmitteln wurden für OTA Grenzwerte festgelegt. Diese liegen für Wein, Röstkaffee und diätetische Produkte zwischen 0,5 mikrogramm /kg und 10 mikrogramm /kg. Grenzwerte für Gewürze und Bier sind geplant. Im Rahmen der Methodenentwicklung zur Bestimmung von OTA in Lebensmitteln wurden verschiedene clean-up-Techniken miteinander verglichen. Dabei wurde vor allem den kombinierten Ionentauscher/reversed phase-Säulen und der LC-MS/MS wesentliche Bedeutung beigemessen. Innerhalb der Methodenvalidierung wurden die Ergebnisse mit dem entsprechenden Standardverfahren verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass mit oben genanntem Material in Kombination mit der LC-MS/MS sehr gute Ergebnisse erzielt werden können. Diese wurden im Rahmen der Validierung durch statistische Auswertung bestätigt. Ferner wurden im Rahmen der Methodenentwicklung, speziell bei der Bestimmung von OTA in Kaffee, Extraktionstechniken miteinander verglichen. Dabei wurde die bislang kaum beachtete ASE (Accelerated Solvent Extraction, Dionex) sowie Ultraschallextraktion mit der Schüttelextraktion aus der gültigen Norm verglichen und ihre Anwendbarkeit auf weitere Lebensmittel geprüft. In diesem Zusammenhang waren die ASE und Ultraschallextraktion der konventionellen Schüttelextraktion überlegen. Darüber hinaus wurde die Ultraschallextraktion in Kombination mit dem Ionentauscher/reversed phase clean-up erfolgreich auf Weizen und Chili angewandt. Parallel zur Methodenentwicklung wurde die Stabilität und Homogenität von OTA in Wein und Röstkaffee untersucht. Sowohl die Homogenität als auch die Stabilität des Analyten sind wichtige Faktoren bei der Entwicklung neuer Verfahren, da zusammen mit Ergebnissen der Validierung, die Messunsicherheit innerhalb neuer Verfahren eingegrenzt werden. / Mycotoxins are naturally occurring toxic substances and produced as secondary metabolites by fungi which are growing on plants predominantly. One of the most interesting mycotoxins is ochratoxin A (OTA), which was found in several foods and feed stuff like wheat and its related products, wine, coffee, spices and beer. Among other things OTA is immunotoxic, nephrotoxic and has teratogenic and cancerogenic properties. Further more OTA shows hormonal effects. Because of its toxicity and common appearance in food and feed the OTA content had to be regulated in European and or national directives. The maximum values are determined between 0.5 micrograms/kg and 10 micrograms/kg for wine, roasted coffee and dietetic products. Other maximum levels for beer and spices are intended. During the investigation of analytical methods for the determination of OTA in food stuff different clean-up techniques were compared. Thereby the mixed anion exchange/reversed phase clean-up in combination with LC-MS/MS was researched intensively. Within method validation the results were compared with the corresponding standard methods. This work shows that the mixed mode clean-up in combination with LC-MS/MS gives excellent results. These results were statistically confirmed during method validation. Further more different extraction techniques were compared during the development of analytical methods, especially for the determination of OTA in coffee. Thereby the ASE (accelerated solvent extraction, Dionex) and the ultrasonic extraction were compared with the shaking technique from current standard methods. The adaptability for other food and feed products was researched as well. In this context the new extraction techniques were superior to conventional shaking techniques. In addition the ultrasonic extraction with mixed mode clean-up and LC-MS/MS detection was applied to chilli and wheat effectively. Besides the investigation of analytical methods the stability and homogeneity of OTA in wine and roasted coffee was researched. The homogeneity and stability of OTA in matrix are very important factors during the investigation of analytical methods. In combination with the relevant results of the method validation these results can be used to determine the uncertainty of the new analytical methods.

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