Mezzi innovativi nella difesa delle cucurbitacee da Fusarium solani f.sp. cucurbitae

Lo studio “Lotta biologica a Fusarium solani f.sp. cucurbitae su zucchino” si colloca nell’ambito della difesa integrata delle colture orticole dalle fitopatie fungine, in particolare quelle causate da patogeni ad habitat terricolo nei confronti dei quali è sempre più frequente il ricorso a mezzi di lotta diversi dai prodotti chimici. Interessante e innovativa appare la prospettiva di utilizzare microrganismi adatti a svilupparsi nel suolo, competenti per la rizosfera delle piante e con spiccate caratteristiche d’antagonismo verso i patogeni tellurici e di stimolazione delle difese sistemiche della pianta. Il marciume del colletto delle cucurbitacee, causato da diversi patogeni tra cui Fusarium solani f.sp. cucurbitae, rappresenta la principale malattia fungina di tipo tellurica che colpisce lo zucchino ed il melone nella Pianura Padana e che può portare a consistenti perdite produttive. Indagini condotte dal 2004 da parte del Diproval nell’areale bolognese, hanno evidenziato un’elevata frequenza del patogeno su zucchino coltivato soprattutto in tunnel. Considerata la carenza di conoscenze locali di F. solani f.sp. cucurbitae e di mezzi chimici di lotta efficaci, la ricerca svolta ha inteso approfondire la diagnosi della malattia e le caratteristiche biologiche degli isolati locali, e valutare la possibilità di utilizzare metodi biologici di lotta contro questo patogeno, nonché di studiare alcune delle possibili modalità d’azione di microrganismi antagonisti. Sono state pertanto prelevate, da zone diverse del Bolognese, campioni di piante di zucchino che presentavano sintomi di marciume del colletto ed è stato isolato il patogeno, che in base alle caratteristiche morfologiche macro e microscopiche, alle prove di patogenicità su diversi ospiti e a saggi biomolecolari, è stato identificato come Fusarium solani f. sp. cucurbitae W.C. Snyder & H.N. Hansen razza 1. Dagli isolati di campo sono state realizzate un centinaio di colture monosporiche venti delle quali sono state utilizzate per la prosecuzione delle prove. I venti ceppi sono stati saggiati per la loro patogenicità inoculandoli in terriccio sterile e con trapianto di giovani piante di zucchino. E’ risultata un’elevata variabilità del livello di virulenza tra i ceppi, stimata da 39% a 83% riguardo la gravità della malattia e da 61 a 96% per la frequenza di malattia. Sono state condotte prove di accrescimento miceliare che hanno evidenziato differenze tra i ceppi e tra gli esperimenti condotti a tre diverse temperature (17, 23 e 28°C) alla luce ed al buio. La crescita maggiore complessivamente è stata ottenuta a 23°C. I venti ceppi hanno anche mostrato di produrre, in vitro, vari livelli di enzimi di patogenesi quali cellulasi, poligalatturonasi, pectin liasi e proteasi. E’ stata evidenziata unan correlazione significativa tra attività cellulasica e pectin liasica con frequenza e gravità della malattia dei venti ceppi del patogeno. Le prove relative al contenimento della malattia sono state condotte in cella climatica. Sono stati considerati prodotti commerciali (Remedier, Rootshield, Cedomon, Mycostop, Proradix, Clonotry) a base rispettivamente dei seguenti microrganismi: Trichoderma harzianum ICC012 + T. viride ICC080, T. harzianum T22, Pseudomonas chlororaphis MA342, Streptomyces griseoviridis K61, P. fluorescens proradix DSM13134 e T. harzianum + Clonostachys rosea). I prodotti sono stati somministrati sul seme, al terreno e su seme+terreno (esperimenti 1 e 2) e in vivaio, al trapianto e vivaio+trapianto (esperimenti 3 e 4), riproducendo situazioni di pratico impiego. L’inoculazione del patogeno (un ceppo ad elevata patogenicità, Fs7 ed uno a bassa patogenicità, Fs37) è stata effettuata nel terreno distribuendo uno sfarinato secco di semi di miglio e cereali colonizzati dal patogeno. La malattia è stata valutata come intensità e gravità. I prodotti sono stati impiegati in situazioni di particolare stress, avendo favorito particolarmente la crescita del patogeno. Complessivamente i risultati hanno evidenziato effetti di contenimento maggiore della malattia nel caso del ceppo Fs37, meno virulento. La malattia è stata ridotta quasi sempre da tutti i formulati e quello che l’ha ridotta maggiormente è stato Cedomon. Il contenimento della malattia somministrando i prodotti solo nel terreno di semina o di trapianto è stato in generale quello più basso. Il contenimento più elevato è stato ottenuto con la combinazione di due tipologie di trattamento, seme+terreno e vivaio+trapianto. Le differenze tra i prodotti sono risultate più evidenti nel caso del ceppo Fs7. Per quanto riguarda lo studio di alcune delle modalità d’azione dei microrganismi contenuti nei formulati più efficaci, è stato verificato che tutti sono stati in grado di inibire, se pur in vario modo, la crescita del patogeno in vitro. Gli antagonisti più efficaci sono stati S. griseoviridis K61 (Mycostop) e P. fluorescens proradix DSM13134). I ceppi di Trichoderma, ed in particolare T.harzianum T22 (Rootshield), sono risultati i più attivi colonizzatori del substrato. Riguardo il fenomeno dell’antibiosi, il batterio P. fluorescens proradix DSM13134 ha mostrato di produrre i metaboliti non volatili più efficaci nel ridurre lo sviluppo del patogeno. Nelle condizioni sperimentali adottate anche i due ceppi di T. viride ICC080 e T. harzianum ICC012 hanno dimostrato di produrre metaboliti efficaci. Tali risultati, anche se relativi a prove in vitro, possono contribuire alla comprensione dei meccanismi dei microrganismi sul contenimento dell’infezione relativamente al rapporto diretto sul patogeno. E’ stato inoltre verificato che tutti i microrganismi saggiati sono dotati di competenza rizosferica e solo i batteri di endofitismo. Si conclude che, nonostante l’elevata pressione infettiva del patogeno che ha certamente influito negativamente sull’efficacia dei microrganismi studiati, i microrganismi antagonisti possono avere un ruolo nel ridurre l’infezione di F. solani f.sp. cucurbitae razza 1.

Fusarium species responsible for mycotoxin production in wheat crop: involvement in food safety

Fusarium Head Blight (FHB) is a worldwide cereal disease responsible of significant yield reduction, inferior grain quality, and mycotoxin accumulation. Fusarium graminearum and F. culmorum are the prevalent causal agents. FHB has been endemic in Italy since 1995, while there are no records about its presence in Syria. Forty-eight and forty-six wheat kernel samples were collected from different localities and analyzed for fungal presence and mycotoxin contamination. Fusarium strains were identified morphologically but the molecular confirmation was performed only for some species. Further differentiation of the chemotypes for trichothecene synthesis by F. graminearum and F. culmorum strains was conducted by PCR assays. Fusarium spp. were present in 62.5% of Syrian samples. 3Acetyl-Deoxynivalenol and nivalenol chemotypes were found in F. culmorum whilst all F. graminearum strains belonged to NIV chemotype. Italian samples were infected with Fusarium spp for 67.4%. 15Ac-DON was the prevalent chemotype in F. graminearum, while 3Ac-DON chemotype was detected in F. culmorum. The 60 Syrian Fusarium strains tested for mycotoxin production by HPLC-MS/MS have shown the prevalence of zearalenone while the emerging mycotoxins were almost absent. The analysis of the different Syrian and Italian samples of wheat kernels for their mycotoxin content showed that Syrian kernels were mainly contaminated with storage mycotoxins, aflatoxins and ochratoxin whilst Italian grains with mainly Fusarium mycotoxins. The aggressiveness of several Syrian F. culmorum isolates was estimated using three different assays: floret inoculation in growth chamber, ear inoculation in the field and a validated new Petri-dish test. The study of the behaviour of different Syrian wheat cultivars, grown under different conditions, has revealed that Jory is a FHB Syrian tolerant cultivar. This is the first study in Syria on Fusarium spp. associated to FHB, Fusarium mycotoxin producers and grain quality.

Caratterizzazione bio-molecolar e ruolo di specie di Fusarium associate alla Fusariosi della spiga su frumento duro

La Fusariosi della spiga (FDS) è una fitopatia diffusa a livello mondiale che colpisce le colture cerealicole, tra cui il frumento duro, ed è in grado di causare gravi danni di tipo qualitativo ed economico. Le specie fungine responsabili appartengono al genere Fusarium, tra cui F. graminearum, F. culmorum e più recentemente F. poae. La conseguenza più rilevante riguarda la contaminazione della granella da micotossine, molecole prodotte dai miceti, considerate dalla comunità scientifica ad alto rischio per la salute dell’uomo e animali. L’eziologia è molto complessa, dal momento che su una stessa spiga di frumento possono coesistere più specie fungine che contribuiscono ad influenzare i quantitativi di micotossine prodotte. Lo scopo della ricerca è incentrato sulla caratterizzazione di ceppi di F. poae, in termini di potenziale patogeno e aggressività. Tramite l’allestimento di un saggio di inoculazione in vitro “Petri-dish” è stato possibile attribuire un indice di aggressività a ciascun isolato fungino, basato su parametri quali AUHPC e AUDPC standard, insieme ad altre variabili come la riduzione della lunghezza del coleottile e del tasso di germinazione. Il saggio è stato esteso anche a F. culmorum, per valutare la riproducibilità del test su altre specie fungine. Il test in vitro offre diversi vantaggi, tra cui affidabilità e rapidità di esecuzione ed è quindi adatto allo screening di ceppi patogeni da utilizzare in successive sperimentazioni. Gli stessi ceppi di F. poae, provenienti da una prova di inoculazione artificiale in serra su piante di frumento duro, sono stati caratterizzati dal punto di vista bio-molecolare. Poichè lo studio della fusariosi della spiga richiede la determinazione quantitativa della biomassa dei patogeni nei tessuti della pianta-ospite, anche in assenza di sintomi, il protocollo di Real-Time PCR con chimica SYBR® Green I qui sviluppato, ha dimostrato essere un buon compromesso tra attendibilità, rapidità e costi complessivi della metodica.

Nuove tecniche per l'allevamento massale di Ditteri del genere Coenosia Meigen

The species of the genus Coenosia Meigen are polyphagous predators both in the larval and in the adult stage. In Europe five Coenosia species of the ‘tigrina group’ are naturally present in greenhouses, where they can establish for long periods. As their wide preys range includes important pests of protected crops, as Aleyrodidae, Sciaridae and Agromyzidae, Coenosia species are considered promising potential biological control agents. A method for rearing Coenosia species in vivo was developed for the first time in 1993 in Germany, where C. attenuata, C. strigipes and C. humilis were bred on Bradysia paupera (Diptera Sciaridae), reared on Fusarium spp. cultivated on wood fibre. Although this method was partially simplified afterwards, it is still too complex and expensive for a mass production. This research aimed at simplifying this rearing procedure and making it cheaper, in the perspective of an eventual mass production. Studies on potential preys were conducted, to determine their suitability for C. attenuata larvae and adults and to develop rearing methods. Biology and rearing methods of Bradysia paupera Tuomikoski, Scatella stagnalis Fallén and Drosophila melanogaster Meigen (Diptera: Sciaridae, Ephydridae, Drosophilidae) were compared. B. paupera resulted the most suitable prey for rearing C. attenuata in vivo. The Sciarid fly was effectively reared on damp coconut fibre with fresh Agaricus bisporus (J.E. Lange) Pilát, thus simplifying the existing method. After preliminary trials with different potential preys, attempts to rear C. attenuata in vivo on B. paupera and D. melanogaster were made. The best results were obtained with B. paupera, reared on coconut fibre and A. bisporus, but the method needs further improvement. Trials of in vitro rearing of C. attenuata were also made: as no specific diet for Coenosia species is reported in literature, different potentially suitable media were tested. Among these, a specific diet for Diptera Tachinidae resulted a good starting point for further studies and improvements. The biology of C. attenuata adults captured in greenhouses was also studied, by observing both groups and isolated individuals. Data on lifespan, daily number of preys per adult, daily number of laid eggs and hatching rate were recorded, and the effects of different foods on these parameters were analyzed. The following foods were compared: D. melanogaster adults only, as preys for C. attenuata; D. melanogaster adults and a water-honey solution; the water-honey solution only. Honey resulted an effective food integration for C. attenuata, increasing lifespan and the number of egg laying females. It is possible that in greenhouses Coenosia adults complete the preys diet with nectar and/or honeydew. Moreover, the integration with honey reduced the daily preys consumption. This may allow to prevent cannibalism among Coenosia adults in the rearing conditions, where high population densities are required. A survey of the Coenosia species naturally present in Lombardy greenhouses was conducted. The species C. attenuata, C. strigipes, C. tigrina and C. atra were detected. C. attenuata resulted the most common, recorded in most greenhouses and for consecutive years. Besides, the presence of potential preys, weeds and the crops were recorded in each greenhouse. Nevertheless, it is difficult to determine the relation between these parameters and the presence of Coenosia species.

Impiego della spettrometria di massa nell'analisi di fumonisine in alimenti e matrici di origine animale

Mycotoxins are heterogeneous chemical compounds characterized by a low molecular weight and synthesized by the secondary metabolism of different molds. Fumonisins are water-soluble mycotoxins produced by Fusarium species spoiling corn and derived produc ts. These mycotoxins can be a health hazard when consuming contaminated cereals, but they can reach humans also indirectly through the consumption of food products derived from animals fed with contaminated feed. Fumonisins have been associated with several animal and human diseases: they are suspected risk factors for esophageal and liver cancers, neural tube defects and cardiovascular problems. Improved methods are needed to accurately assess fumonisins concentrations in food of vegetable and animal origin, in order to prevent acute and chronic human exposure. The aim of the present work was to evaluate the versatility and the performances of mass spectrometry, coupled with liquid chromatography, in fumonisins analysis from foods and matrices of animal origin. Different methods for the identification and quantification of fumonisins and related products have been developed and validated to determine fumonisin B1 in milk, fumonisin B1, fumonisin B2 and their complete hydrolyzed products (HFB1 and HFB2) in pig liver and fumonisins B1 and B2 in complete and complementary dry dog food. The experimental procedures have been carefully studied, considering matrices features, number and type of molecules to detect. Therefore, several extraction, clean up and separation techniques were tested in order to obtain the better conditions of sample processing. The fit for purpose sample preparation, matched with high mass spectrometry sensibility and specificity, have allowed to achieve good results in any tested animal matrices. Hence, the developed methods were validated and have shown a high accuracy, sensibility and precision, fulfilling performance requirements of Decision 2002/657/EC and of European Project Standard, Measuring and Testing (SMT). In any developed method, the analytes were identified and quantified even at very low concentrations : the limits of quantification resulted lower than other similar works, performed with different detectors. These methods were applied to some commercial samples and to some samples collected for research projects in the Department of Veterinary Public Health and Animal Pathology (DVPHAP) of University of Bologna. Although the disclosed data must be considered completely preliminary and without statistical significance, they emphasize the presence of mycotoxins in animal products. The outcomes obtained from the processed samples (bovine milk, pig liver and dry dog food) suggest the efficacy of these methods also on other food matrices, confirming the versatility and the performances of mass spectrometry, coupled with liquid chromatography, in fumonisins analysis. Moreover the results underline the need to set up a large scale monitoring in order to evaluate the presence of fumonisins in food of animal origin for human consumption.