Mycotoxines en melkvee De beheersing van mycotoxine producerend schimmels Prof. GEERT HAESAERT ir. JONAS VANDICKE Trefdag melkveehouders Over koetjes en kalfjes 1 februari 2019 Rumbeke-Beitem
Overzicht Wat zijn mycotoxines? Hoe worden ze aangemaakt? Wat zijn de schadelijke effecten van mycotoxines? Wat is de situatie in Vlaanderen? Hoe kunnen mycotoxines in maïs voorkomen worden (zowel op het veld als in de kuil)? VLAIO Project
Mycotoxines? Mycotoxines zijn toxische stoffen die geproduceerd worden door schimmels. μυκης + τοξικόν (fungus toxine) Verschillende soorten schimmels Fusarium Aspergillus Penicillium
Mycotoxines? Mycotoxines zijn toxische stoffen die geproduceerd worden door schimmels. μυκης + τοξικόν (fungus toxine) Verschillende soorten schimmels En zeer verschillende chemische structuren
Mycotoxines? Zijn ze detecteerbaar? Verschillende laboratoria bepalen mycotoxinen met gesofistikeerde apparatuur: HPLC, LC MSMS, meestal meerdere mycotoxinen in één run Primoris, Ecca, UGent (zie https://mytox.be/) Snelle detectie: Kleurreactie Elisa: kwalitatief en kwantitatief Strips: ja of neen Specifiek
Mycotoxines? Waarom is dit nieuws? Mycotoxines worden afgebroken in de pens? 1. Nieuwe inzichten in de afbraak van mycotoxines in de pens DON de-epoxy DON OTA Otα Maar: Fumonisine B1 (FB1) wordt niet afgebroken Zearalenone (ZEN) wordt omgezet naar het bioactievere α-zearalenol Pensacidose vermindert de afbraak van DON? Wat met passagetijd van voeder in pens?
Mycotoxines? Waarom is dit nieuws? Zijn mycotoxines er altijd geweest? 2. Klimaatsverandering
Mycotoxines? Waarom is dit nieuws? Zijn mycotoxines er altijd geweest? 2. Klimaatsverandering Migratie van exotische schimmels Hogere t = snellere ontwikkeling Hogere CO 2 concentratie = Meer blad Meer abiotische stress
Mycotoxines? Veldschimmels - Vooral Fusarium schimmels - Veldomstandigheden zijn bepalend - Kunnen bij slechte kuilen lokaal verder ontwikkelen Kuilschimmels Ontwikkelen zich verder in kuil Verdragen lage ph en zuurstofgehaltes Infectie kan gebeuren tijdens inkuilen en zelfs op het veld! Vooral Penicillium en Aspergillus
Fusarium F. graminearum, F. culmorum,.. Biotroof Saprofiet Necrotroof
Fusarium Infectie door insectenschade (kolf en stengel) Infectie door conidia verspreid door wind en water (kolfkwast) F. verticillioides Fusarium spp. overleven op gewasresten Infectie via zaad of wortels, systemische infectie doorheen de stengel
Schimmels in onze kuilen
Fusarium Mycotoxineproductie door Fusarium spp.: Deoxynivalenol (DON) Symptomen: minder voederopname, gastrointestinale problemen vnl. F. graminearum Algemeen meest voorkomende mycotoxine Nivalenol (NIV) Symptomen: Gelijkaardig aan DON vnl. F. culmorum Weinig bekend en weinig onderzocht Zearalenone (ZEN) Symptomen: vruchtbaarheidsproblemen vnl. F. graminearum en F. culmorum Vooral problematisch bij varkens Fumonisines (FB1, FB2, FB3) Symptomen: minder voederopname, leverproblemen vnl. F. verticillioides Wereldwijd meest voorkomende mycotoxine, weinig aanwezig in onze streken
Aspergillus Levenscyclus en mycotoxineproductie Levenscyclus Primair inoculum overgebracht door insecten, bvb. Europese maïsboorder Kolonisatie start bij stervend plantenweefsel, Infectie loopt verder naar de kolf Hogere temperaturen zorgen voor snellere groei Voorkomen Komt eerder voor in zuidelijke landen Klimaatsverandering? Aflatoxines AFB1, AFB2 (A. flavus en A. parasiticus), AFG1, AFG2 (vnl. A. parasiticus) Symptomen: minder voederopname, vertraagde groei, carcinogeen
Penicillium Levenscyclus en mycotoxineproductie Levenscyclus Sporen infecteren de maïskuil via de lucht Penicillium spp. Zijn goed aangepast aan de kuilomstandigheden: lage ph, lage zuurstofniveau s, hoge CO 2 concentraties Vormt zichtbare myceliumbollen in de kuil Voorkomen Penicillium roqueforti, P. paneum, P. carneum Komen vaker voor in kuilen die slecht zijn afgesloten Goed kuilmanagement is essentieel Mycotoxines Roquefortine C (ROQ-C), Mycophenolzuur (MPA), Patuline (PAT) Symptomen: immuniteitsproblemen, minder voederopname
Schade?
Schade? Rumen Rumen function Mycotoxins Intestines Gastroenteritis Productivity Systemic Fertility, infections
Schade? bijproducten krachtvoer kuilvoeder Aanvoer van verschillende mycotoxinen op hetzelfde moment! Niet alle mycotoxines worden gedegradeerd!
% relative to max. concentration % relative to max. concentration Degradatie DON Minder bij lage ph! % relative to max. concentration % relative to max. concentration DON Lacterend Normale ph Lage ph Lactating cow, ph 6.8: DON DOM-1 Lactating cow, ph 5.8: DON DOM-1 120% 120% 100% 100% 80% 80% 60% 60% 40% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h DON DOM-1 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h DON DOM-1 120% 100% Dry cow, ph 6.8: DON DOM-1 120% 100% Dry cow, ph 5.8: DON DOM-1 Droogstaand 80% 60% 40% 20% 80% 60% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h DON DOM-1 DON DOM-1
% relative to max. concentration % relative to max. concentration Degradatie NIV Minder bij lage ph! % relative to max. concentration % relative to max. concentration NIV Normale ph Lage ph Lacterend Lactating cow, ph 6.8: NIV 120% 120% 100% 100% 80% 80% 60% 60% 40% 40% 20% 20% Lactating cow, ph 5.8: NIV 0% 120% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h Dry cow, ph 6.8: NIV 0% 120% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h Dry cow, ph 5.8: NIV 100% 100% 80% 80% Droogstaand 60% 40% 20% 60% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h
% relative to max. concentration % relative to max. concentration Degradatie ZEN Minder bij lage ph! % relative to max. concentration % relative to max. concentration ZEN Normale ph Lage ph Lacterend Lactating cow, ph 6.8: ZEN Lactating cow, ph 5.8: ZEN 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h ZEN α-zol β-zol 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h ZEN α-zol β-zol Dry cow, ph 6.8: ZEN Dry cow, ph 5.8: ZEN 120% 120% 100% 100% Droogstaand 80% 60% 40% 20% 80% 60% 40% 20% 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h 0% 0 h 1.5 h 3 h 6 h 24 h 48 h ZEN α-zol β-zol ZEN α-zol β-zol
Mycotoxines in maïskuil Wat is de situatie in Vlaanderen? VLAIO project: Sinds 2016 ieder jaar bijna 100 maïspercelen bemonsterd
Mycotoxines in maïskuil Wat is de situatie in Vlaanderen? VLAIO project: Sinds 2016 ieder jaar 19 maïskuilen bemonsterd
Mycotoxines in maïskuil
Mycotoxines in maïskuil Resultaten veldstalen
MYCOTOXINES Incidentie (% of all samples) Gemiddelde (µg/kg DM) Max (µg/kg DS) EU Richtlijn (µg/kg DS) Stalen boven EU Richtlijn (%) Nivalenol NIV 99,4 686,9 6776,3 - - Deoxynivalenol DON 95,9 521,3 5322,4 2000 2,9 3-acetyldeoxynivalenol 3-ADON 55,2 82,2 380,3 - - 15-acetyldeoxynivalenol 15-ADON 58,5 152,2 819,3 - - Zearalenone ZEA 53,5 239 1411,9 500 4,1 Enniatine B ENN 83,1 128,7 1375,1 - - Aflatoxine G2 AFG2 28,5 22,0 57,7 - - Aflatoxine G1 AFG1 1,2 6,8 7,6 - - Fumonisine B1 FB1 11,3 281,5 1362,9 20000 0 Fumonisine B2 FB2 2,5 183,1 412,6 20000 0 Fumonisine B3 FB3 3,8 46,2 90,5 20000 0 Alternariol AOH 1,7 38,6 49,1 - - Alternariol methylether AME 2,9 200,6 370,6 - - Diacetoxyscirpenol DAS 9,9 3,3 10,3 - - T2-toxine T2-tox 0,6 16,8 16,8 20 0 Fusarenon-X FX 3,5 191,8 223,6 - - Sterigmatocystine STERIG 0,6 15,1 15,1 - - Roquefortine C ROQ-C 1,2 23,3 30,4 - -
Mycotoxinen zitten verspreid over de ganse maïsplant % DON in de verschillende plantendelen t.o.v. het totaal DON gehalte bij kuilmaïs % ZEA in de verschillende plantendelen t.o.v. het totaal ZEA gehalte bij kuilmaïs 17,7 c 42,5 a 15,9 c 23,9 b onderste stuk middenste stuk bovenste stuk kolf 29,8 a 15,1 b 29,8 a onderste stuk middenste stuk bovenste stuk kolf 25,3 a
Mycotoxinen in kuilen 2006-2008 Mycotoxins Non-mouldy Mouldy Median levels 1 DON ++++ ++++ NM = M 2 ENN B ++++ ++++ NM > M 3 ZEA ++++ ++++ NM > M 4 HT2-Toxin ++++ ++++ NM = M 5 T2-Toxin - - NM = M 6 ENN A - - NM = M 7 BEA - - NM = M 8 FB1 - - NM = M 9 FB2 - - NM = M - = Incidence < 10 %; + = 10 % < Incidence <25 %; ++ = 25 % < Incidence <50 %; +++ = 50 % < Incidence < 75 %; ++++ = Incidence > 75 %; NM =Non-Mouldy; M = Mouldy. 2017-2018 MYCOTOXINS Incidence (In 42 samples) Incidence (% of all samples) Average (µg/kg DM) Range (Average per ID) (µg/kg DM) Max (µg/kg DM) Nivalenol NIV 42 100% 595,7 225,7 1571,1 1775,1
Mycotoxines in maïskuil Wat kunnen we eraan doen? VELD KUIL Fusarium graminearum Penicillium roqueforti
Mycotoxines in maïskuil Gewasrotatie Grondbewerking Oogsttijdstip Rassenkeuze Bodemtype Weersomstandigheden VELD SILAGE Oogsttijdstip Weersomstandigheden Afdekking DS% Voedersnelheid
Mycotoxines in maïskuil - VELD Gewasrotatie - Aarfusarium van tarwe kan gemakkelijk overleven op gewasresten en daaropvolgende maïs infecteren maïs na tarwe geen goed idee! - Ook monocultuur zorgt voor verhoogd risico op permanent geïnfecteerde bodem - Resultaten uit vruchtwisselingsproef naar effect van gewasrotatie op totale mycotoxine gehaltes in maïs: Na mais Na Gras (1 j) Na gras (2j) Na aardappel
Mycotoxines in maïskuil - VELD Bodembewerking - Kerende bodembewerking kan primair inoculum (op o.a. gewasresten) verwijderen - Onderzoek uit 2012 naar de invloed van o.a. diepploegen op de gehaltes DON op tarwe na maïs:
Mycotoxines in maïskuil - VELD Oogsttijdstip - Later oogsten = Meer tijd voor de schimmel om mycotoxines aan te maken! - Resultaten van 2016-2017 maïsvelden DON-gehalte gelinkt aan de oogstdatum:
Mycotoxines in maïskuil - VELD Rassenkeuze - Maïsrassen kunnen onderling verschillen in hun vatbaarheid voor schimmelinfecties. - Resultaten rassenproef Proefhoeve Bottelare: 5 maïsrassen onderzocht op NIV-gehalte
Mycotoxines in maïskuil - VELD Bodemtype - Levensomstandigheden voor schimmels op zandbodem zijn anders dan op een leembodem: Waterdoorlaatbaarheid, zuurtegraad, - Resultaten van 2016-2017 maïsvelden DON-gehalte gelinkt aan bodemtype:
Mycotoxines in maïskuil - VELD Bodemtype - Levensomstandigheden voor schimmels op zandbodem zijn anders dan op een leembodem: Waterdoorlaatbaarheid, zuurtegraad, - Resultaten van 2016-2017 maïsvelden DON-gehalte gelinkt aan bodemtype
Mycotoxines in maïskuil - VELD Weersomstandigheden - Kritieke momenten: Jeugdgroei (mei-juni) Lage temperaturen (= slechte groei) leidt tot MEER mycotoxines Afrijping (augustus) Droogte leidt tot MEER mycotoxines - Resultaten van 2016-2017 maïsvelden:
Mycotoxines in maïskuil - KUIL Kwaliteit van inkuilen - Aanwezigheid van zuurstof moet beperkt worden Meest beperkende factor voor schimmelgroei Aandrukken van de kuil DS% (Te droog materiaal verhoogt de elasticiteit) Haksellengte (Hoe droger hoe korter) Goed en snelle afdekking! Hygiëne: kuilresten zijn van gecontamineerd
Mycotoxines in maïskuil - KUIL Kuilkwaliteit Chemical parameter Maize ph 1 NH 3 Lactic acid 2 Acetic acid 2 Butyric acid 2 non-mouldy zones 3.77 a 3 0.027 a 72.54 a 26.98 a 0.48 a Contaminated spots 5.13 b 0.034 a 61.78 b 34.78 a 2.41 b Pre-wilted grass non-mouldy zones 4.46 a 0.108 a 66.11 a 24.72 a 7.62 a Contaminated spots 5.37 b 0.087 a 51.55 b 33.34 a 11.22 a 1 in % of fresh material 2 in % of total flotile acid concentration 3 according to Student T-test (P: 0.05)
Mycotoxines in maïskuil - KUIL Beschimmelde stukken verwijderen (?) Onderzoek uit 2007 naar de gehaltes mycotoxines in zichtbaar beschimmelde maïskuil VS niet beschimmelde kuil DON
Mycotoxines in maïskuil - KUIL Beschimmelde stukken verwijderen (?) Onderzoek uit 2007 naar de gehaltes mycotoxines in zichtbaar beschimmelde maïskuil VS niet beschimmelde kuil ZEN
Mycotoxines in maïskuil - KUIL Beschimmelde stukken verwijderen (?) Onderzoek uit 2007 naar de gehaltes mycotoxines in zichtbaar beschimmelde maïskuil VS niet beschimmelde kuil ROQ-C
P. Paneum (log(cfu / g maïs) Mycotoxines in maïskuil - KUIL Kuiladditieven - Verbetering van fermentatie - Verhoging van aerobe stabiliteit tijdens uitkuilen en vervoederen - Direct antifungaal effect - Onderzoek naar aanwezigheid van P. paneum in maïskuil behandeld met kuiladditief Sil-All Fireguard: 6 5 4 3 2 1 0 5,24 3,48 3,76 no additive Propiosil Sil-All Fireguard
Mycotoxinebinders Wat met mycotoxinebinders? Anorganische (kleimineralen als bentoniet) en organische (bv. celwanden van gist) Anorganisch: de polaire aflatoxinen Organische binden een grotere aantal mycotoxinen: o.a. de niet-polaire Fusarium toxinen Bij symptomen van mycotoxinen: Monstername en analyse aanvragen Dan beslissen of binders nodig zijn en op basis van aard mycotoxinen beslissing nemen!
Conclusies Mycotoxines vermijden door: - Niet te laat oogsten - Gewasrotatie + ploegen indien mogelijk - Rassenkeuze (?) - Letten op weersomstandigheden en bodemtype - Goed kuilmanagement - Beschimmelde delen verwijderen - Kuiladditieven (indien risicokuil)
VLAIO-project VLAIO-Landbouwtraject: Ontwikkeling van een beslissingsondersteunend adviessysteem voor een betere beheersing van mycotoxines in maïskuilen - Monitoren van mycotoxine concentraties in Vlaamse maïsvelden en maïskuilen + onderzoek naar beïnvloedende factoren - Voorspellingsmodel maken voor mycotoxines in de kuil en in het veld - Onderzoek naar invloed van drogestofgehalte en kuiladditieven op mycotoxines (in microkuilen) - Onderzoek naar biofumigatiegewassen
Bedankt voor uw aandacht! E: geert.haesaert@ugent.be T: +32 9 243 24 78 M: +32 475 29 44 77 E: jonas.vandicke@ugent.be T: +32 9 243 24 96 M: +32 494 75 10 10 Verder dank aan: Kris Audenaert (promotor) Katrien Devisschere (laborant) Sandra Debevere (PhD) Veerle Fievez (promotor) Siska Croubels (promotor) Alle mensen van LAMP Labo, Proefhoeve Bottelare, Labo Bromatologie, Ghent University @ugent Ghent University