Экологический мониторинг — это процесс систематического сбора и обработки информации о параметрах окружающей среды для определения тенденций их изменения и оптимизации процедур принятия решения. Под токсикологическим мониторингом окружающей среды подразумевают комплексную систему наблюдений за ее загрязнением, а также оценку и прогноз изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных загрязнителей. Токсикологический мониторинг осуществляется путем систематического отбора проб объектов окружающей среды и оценки их загрязненности.
Одними из наиболее опасных загрязнителей зерна и кормов природного происхождения являются микотоксины — ядовитые вторичные метаболиты микроскопических грибов. Известно, что наличие микотоксинов в кормах приводит к ухудшению продуктивности, воспроизводительных качеств и иммунного состояния животных. Токсическое действие различных групп микотоксинов специфично. Последствия загрязнения кормов микотоксинами для животноводческих хозяйств и меры профилактики микотоксикозов зависят от того, какие микотоксины и в каких концентрациях присутствуют в корме. К настоящему времени накоплены многочисленные данные мониторинга распространенности микотоксинов в зерновых продуктах, анализ которых позволяет ожидать наличия определенной группы микотоксинов в каждом конкретном случае, используя информацию о виде зерна, климатической зоне и погодных условиях, в которых оно было выращено, а также о текущем времени года [1, 2].
Ранее нами были опубликованы данные об обнаружении Т-2 токсина [3, 4], НТ-2 токсина [5], дезоксиниваленола, фумонизинов и зеараленона [6] в образцах зерна, комбикормов и кормовых добавок полученных из разных областей Украины.
Данная работа выполнена в рамках научно-исследовательской программы "Проведение мониторинга загрязненности зерна и комбикормов микотоксинами и токсигенными грибами" в лаборатории микотоксикологии Института птицеводства НААН Украины.
Целью данного исследования является изучение частоты встречаемости микотоксинов в кормах и оценка степени загрязненности кормов для птицы микотоксинами в Украине в 2005-2010 годах.
Материалы и методы. В период с марта 2005 по май 2010 г г. исследовали 1569 образцов зерна, кормов, кормовых составляющих и добавок (табл. 1).
Таблица 1
Образцы зерна и кормов, проанализированные при выполнении мониторинговых исследований
Образцы были получены более чем из 70 птицеводческих хозяйств и зерноперерабатывающих комбинатов из 14 областей Украины, АР Крым и 2 областей Российской Федерации.
Зеараленон, дезоксиниваленол (ДОН) и фумонизины (суммарно) определяли методом иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием тест-систем Ridascreen (Германия). ИФА выполняли на иммуноферментном анализаторе Stat Fax 2100. Т-2 токсин и НТ-2 токсин определяли биоавтографическим методом [7].
Результаты и обсуждение. Дезоксиниваленол относится к трихотеценовым микотоксинам группы В, особенностью токсического действия которых является нарушение обмена нейромедиаторов, что проявляется в виде рвоты и отказа от корма [8]. Кроме того, ДОН можно считать антипитательным фактором кормов, поскольку он подавляет трансмембранный транспорт нутриентов — моносахаридов и аминокислот [9].
ДОН был обнаружен в 375 из 521 исследованного образца, что составляет 72%. В течение 2006-2008 гг. частота обнаружения варьировала от 64 до 71%, тогда как в 2009 и 2010 гг. несколько повысилась и достигла уровня 86 и 83% соответственно (табл. 2).
Таблица 2
Частота обнаружения микотоксинов в 2005-2010 гг., %
Средняя концентрация ДОН в образцах составила 60±9 мкг/кг, хотя в 56% образцов этот показатель не превышал 20 мкг/кг. Полученные результаты согласуются с данными [10], в соответствии с которыми дезоксиниваленолом были контаминированы 90% образцов детского питания, произведенного в Финляндии и Испании, из которых 63% содержали менее 20 мкг/кг.
Медианная концентрация оказалась значительно ниже — около 14 мкг/кг. Максимальная средняя концентрация ДОН в образцах наблюдалась в 2007 году, минимальные средняя и медианная — в 2008 г. В 2010 году значения средней и медианной концентраций были наиболее близкими, что говорит об отсутствии концентраций, значительно отклоняющихся от среднеарифметического значения (табл. 3 и 4).
Таблица 3
Средние концентрации микотоксинов в 2005-2010 гг., мкг/кг
Таблица 4
Медианные концентрации микотоксинов в 2005-2010 гг., мкг/кг
В 2,9% образцов ДОН был обнаружен в концентрациях, превышающих максимально допустимый уровень (МДУ) в детском питании и в 1,6% в пищевых продуктах. В концентрациях, превышающие МДУ в комбикормах, ДОН был найден в 0,8% случаев в образцах кукурузы, ячменя и комбикорма. Максимальная концентрация ДОН 2750 мкг/кг была обнаружена в комбикорме (рис. 1).
Рис. 1. Концентрации дезоксиниваленола в кормах и максимально допустимые уровни в Украине, мкг/кг
Наиболее низкой частотой обнаружения — 56% — характеризовался соевый шрот.
Т-2 токсин оказывает целый ряд негативных эффектов на организм сельскохозяйственных животных и птицы, что обусловлено, главным образом, его способностью ингибировать биосинтез белка. Типичными симптомами хронического отравления Т-2 токсином являются снижение прироста живой массы, отказ от корма, некротические поражения слизистой оболочки пищеварительного тракта, ухудшение мясной и яичной продуктивности, изменения биохимического состава яиц, иммуносупрессия.
Наличие Т-2 токсина определяли в 1425 образцах, из которых контаминированными оказались 465, т.е. 33%. Средняя концентрация составила 43,5±1,5 мкг/кг, а медианная примерно в два раза меньше — 20 мкг/кг, что контрастирует с другими микотоксинами, медианные концентрации которых обычно в несколько раз ниже среднеарифметических значений. В 3,3% случаев (в 47 образцах) содержание Т-2 токсина превышало максимально допустимый уровень.
В течение неполных шести лет наблюдений отмечена выраженная тенденция к снижению как средних значений концентрации, так и частоты обнаружения Т-2 токсина в зерне и кормах. Возможно, это связано с уменьшением количества атмосферных осадков в период вегетации зерновых культур, поскольку известно, что накоплению Т-2 токсина в зерне, которое происходит в полевых условиях, способствуют частые дожди и высокая влажность воздуха.
НТ-2 токсин является производным Т-2 токсина, а его действие на животный организм во многом сходно с действием последнего.
Частота обнаружения НТ-2 токсина была приблизительно на порядок ниже, чем Т-2 токсина: из 1393 исследованных образцов положительные результаты были получены в 66 случаях, что составляет 4,7%. С другой стороны, средняя концентрация НТ-2 токсина была в три раза выше, чем Т-2 — 131±3,9 мкг/кг. В 23 образцах, что составляет 1,7% от общего количества и 35% от числа позитивных образцов, концентрация НТ-2 токсина превышала 100 мкг/кг, что соответствует максимально допустимому уровню этого микотоксина, установленному в Канаде; следует отметить, что в других государствах отсутствуют ограничения содержания НТ-2 токсина в кормах.
Наиболее высоким показателем частоты обнаружения характеризовались образцы кукурузы (14%) и ячменя (10%). В пшенице, комбикорме и соевом жмыхе НТ-2 токсин был обнаружен в 2,3, 2,1 и 1,8% случаев, тогда как ни в одном из образцов подсолнечного жмыха и шрота и соевого шрота НТ-2 токсин не был найден вовсе. В одном из 20 исследованных образцов отрубей НТ-2 токсин присутствовал в концентрации 80 мкг/кг.
В 2005 году наблюдалась максимальная частота обнаружения НТ-2 токсина за весь период исследований — 11%, тогда как в последующие годы этот показатель варьировал от 1,1 до 3,9%.
Зеараленон представляет собой лактон резорциловой кислоты, пространственная структура которого сходна со структурой стероидных гормонов, что придает ему выраженную эстрогенную активность [11]. Зеараленон ухудшает жизнеспособность куриных эмбрионов, снижает выводимость оплодотворенных яиц и нарушает репродуктивную функцию свиноматок [12, 13].
В животном организме зеараленон под воздействием ферментов микросомальной фракции гепатоцитов, предположительно 3α- и 3β-гидроксистероид дегидрогеназ, подвергается процессу биотрансформации, в результате которого образуется ряд метаболитов, в том числе α-зеараленол, α-зеараланол и β-зеараленол [14]. В организме индеек и свиней зеараленон трансформируется главным образом в α-зеараленол, который обладает более сильным эстрогеноподобным действием [15]. Таким образом, значимость информации об уровне загрязненности корма зеараленоном зависит от его целевого назначения. При интерпретации результатов анализа кормов для свиней и индеек нужно также учитывать физиологическое состояние и возраст животных.
Из 522 образцов, в которых определяли наличие зеараленона, 268 оказались контаминированными, т. е. средняя частота обнаружения зеараленона составила 51%. В течение 5 лет мониторинга среднегодовая концентрация варьировала в пределах 34-88%, однако никаких закономерностей за данный период времени в изменении этого показателя установить не удалось (табл. 2).
Средняя концентрация зеараленона в кормах составила 25±3,8 мкг/кг. За время наблюдений отмечена высокая вариабельность этого показателя от года к году (табл. 3). Изменение среднегодовой концентрации не коррелировало с изменением частоты обнаружения.
Медианная концентрация зеараленона в исследованных образцах, как и в случае с ДОН, была в несколько раз ниже, чем среднеарифметическая, что указывает на смещение частоты обнаружения в область низких концентраций. Подтверждением этого факта является обратный экспоненциальный характер зависимости между частотой обнаружения и концентрацией зеараленона в образцах. Однако, в отличие от ДОН, наблюдалась статистически значимая корреляция между среднеарифметической концентрации и медианной.
Максимальные концентрации зеараленона в зерне и кормах в Украине в несколько раз превышают МДУ в детском питании и в кормах для племенных кур (рис. 2). Следует обратить внимание, что в кормах для поросят в возрасте до двух месяцев наличие зеараленона недопустимо. В связи с этим необходимо контролировать содержание зеараленона в кормах и избегать его воздействия на животных, отнесенных к группам риска.
Рис. 2. Концентрации зеараленона в кормах и максимально допустимые уровни в Украине, мкг/кг.
Максимальная частота контаминированности зеараленоном характерна для отрубей (78%) и кукурузы (73%); несколько ниже этот показатель у пшеницы (56%); из исследованных образцов комбикорма, жмыхов и шротов (соевого и подсолнечного) контаминированными были от 40 до 47%; реже остальных видов кормов — в 30% случаев — были загрязнены образцы ячменя.
В среднем, в наиболее высоких концентрациях зеараленоном были загрязнены образцы соевого жмыха (48 мкг/кг) и прочих кормов. В пшенице, комбикорме и кукурузе этот показатель составил 30, 25 и 23 мкг/кг, в подсолнечном жмыхе, отрубях и подсолнечном шроте — 18, 12 и 10 мкг/кг, а в ячмене и соевом шроте — 8 и 4 мкг/кг соответственно.
Фумонизины — это микотоксины, с помощью которых грибы-паразиты нарушают обмен сфинголипидов у растений, тем самым снижая эффективность врожденных механизмов защиты [16]. У животных под воздействием фумонизинов также происходит нарушение обмена сфинголипидов, однако внешние проявления этого токсического действия существенно различаются у разных видов: у лошадей наблюдается лейкоэнцефаломаляция, у свиней — отек легких, у кур — выделение черного липкого помета. В последнее время накапливается все больше данных о негативном влиянии фумонизинов в низких концентрациях на животный организм, в том числе на состояние иммунной системы и кишечной микрофлоры [17, 18].
В целом за период наблюдений фумонизины были обнаружены в 248 из 334 исследованных образцов зерна и кормов, т. е. в 74% случаев (табл. 2). Частота обнаружения фумонизинов в 2006, 2007 и 2010 годах в среднем составила 97%, что почти в два раза превышает аналогичный показатель 2005 и 2009 гг.
Средняя концентрация фумонизинов в исследованных образцах была выше, чем концентрации остальных микотоксинов — 734±131 мкг/кг. Медианная концентрация также была относительно высокой, 105 мкг/кг, однако в несколько раз уступала среднеарифметической, как и в случае с дезоксиниваленолом и зеараленоном.
Максимальные среднеарифметическая и медианная концентрации фумонизинов были зарегистрированы в 2007 году; в остальные годы эти показатели были примерно на порядок ниже. Аналогично ситуации с зеараленоном, изменение среднеарифметического значения концентрации фумонизинов коррелировало с медианным значением.
Наиболее высокий процент позитивных результатов был получен при анализе образцов комбикорма (86%), а также ячменя и отрубей (80 и 100% соответственно), хотя данные относительно этих двух видов кормов основаны на небольшом количестве образцов, соответственно 5 и 3. Частота обнаружения фумонизинов в образцах подсолнечного и соевого шрота составила 71 и 67%, кукурузы и пшеницы — 61 и 60% соответственно. Ни один из 5 исследованных образцов соевого и 3 образцов подсолнечного жмыха не содержал фумонизинов.
Лидерами по среднему уровню загрязненности фумонизинами являются кукуруза (821 мкг/кг) и комбикорм (616 мкг/кг); средняя концентрация в пшенице, ячмене, отрубях, подсолнечном и соевом шроте составила от 33 до 131 мкг/кг.
Результаты проведенного мониторинга свидетельствуют о высокой частоте контаминированности зерна и кормов микотоксинами. В некоторых случаях концентрации микотоксинов достигали значений, во много раз превосходящих максимально допустимые уровни. Содержание микотоксинов в невысоких концентрациях также является серьезной проблемой для животноводства, поскольку низкие дозы токсических веществ, действующие в течение продолжительного времени, могут вызывать целый ряд негативных эффектов. Некоторые микотоксины способны накапливаться в тканях организма, вследствие чего их концентрация с течением времени может повышаться. Зеараленон и афлатоксины под действием ферментных систем, осуществляющих биотрансформацию, превращаются в более токсичные метаболиты. Особое внимание следует уделять эффектам взаимодействия микотоксинов, в том числе эффекту синергизма, при котором токсическое действие микотоксинов взаимно усиливается, а конечный эффект по выраженности превосходит сумму эффектов тех же микотоксинов, действующих в отдельности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Perkowski J. The effect of environmental conditions on ergosterol and trichochecene content of naturally contaminated oat grain / J. Perkowski, T. Basinski, M. Wiwart, M. Kostecki, M. Busko, A. Matysiak // Ann. Agric. Environ. Med. — 2008. — Vol. 15. — P. 27-276.
2. Yazar S. Fumonisins, trichothecenes and zearalenone in cereals / S. Yazar, G. Z. Omurtag // Int. J. Mol. Sci. — 2008. — Vol. 9. — P. 2062-2090.
3. Труфанова В. О. Частота контамінації мікотоксинами кормів для птиці / B.О. Труфанова // Ветеринарна медицина України. — 2004. — № 9. —C. 26-28.
4. Труфанова В. А. Контаминация микотоксинами кормов для птицы/ В. А. Труфанова, А. Н. Котик, А. В. Чорна // Успехи медицинской микологии. — 2005. — Т. 5. — С. 160-161.
5. Труфанов О. В. НТ-2 токсин — распространенный фактор загрязнения зерна в Украине / О. В. Труфанов // Птахівництво: Міжвідомчий тематичний науковий збірник / ІП УА-АН. Харків, 2005. Вип. 57. С. 450-454.
6. Котик А. Н. Частота обнаружения Т-2 токсина, НТ-2 токсина, дезоксиниваленола, зеараленона и фумонизинов в различных кормовых субстратах / А. Н. Котик, В. О. Труфанова, О. В. Труфанов // Птахівництво: Міжвід. темат. наук. зб./ ІП УААН. Харків, 2006. Вип. 58. С. 556-562.
7. Визначення Т-2 і НТ-2 токсинів у зерні та комбікормах [Текст]: методичні рекомендації / А. М. Котик, В. О. Труфанова, О. В. Труфанов, Ю. М. Новожицька // Затверджено Державним департаментом ветеринарної медицини Міністерства аграрної політики України від 30.12.2005. 2006. 8 с.
8. Prelusky D. B. Effect of deoxynivalenol on neurotransmitters in discrete regions of swine brain / D. B. Prelusky, J. M. Yeung, B. K. Thompson, H. L. Trenholm // Arch. Environ. Contam. Toxicol. — 1992. — Vol. 22. — P. 36-40.
9. Maresca M. The mycotoxin deoxynivalenol affects nutrient absorption in human intestinal epithelial cells / M. Maresca, R. Mahfoud, N. Garmy [et al.] // J. Nutr. — 2002. — Vol. 132. — P. 2723-2731.
10. Jestoi M. Levels of mycotoxins and sample cytotoxicity of selected organic and conventional grain-based products purchased from Finnish and Italian markets / M. Jestoi, M. C. Somma, M. Kouva [et al.] // Mol. Nutr. Food Res. — 2004. — Vol. 48. — P. 299-307.
11. Riley R.T. Mechanistic interactions of mycotoxins: theoretical consideration. In: Sinha, K.K., Bhatanagar, D. (Eds.), Mycotoxins in Agriculture and Food Safety. Marcel Dekker, Inc, Basel, New York. — 1998. — pp. 227-254.
12. Мікотоксикози птиці: етіологія, діагностика, профілактичні засоби і методи (результати 33-річних досліджень) / Під редакцією д.в.н. Котика А. М. і к.б.н. Труфанової В. О. — Харків. — 2005. 124 с.
13. Minervini F. Zearalenone and reproductive function in farm animals / F. Minervini, M. E. Dell'Aquila // Int. J. Mol. Sci. — 2008. — Vol. 9. — P. 2570-2584.
14. Malekinejad H. Bioactivation of zear-alenone by porcine hepatic biotransfor-mation / H. Malekinejad, R. F. Maas-Bakker, J. Fink-Gremmels // Vet. Res. —2005. — Vol. 36. — P. 799-810.
15. Pillon A. Binding of estrogenic compounds to recombinant estrogen receptor-?: application to environmental analysis / A. Pillon, A.-M. Boussioux, A. Escande, [et al.] // Environmental Health Perspectives. — 2005. — Vol. 113, No 3. — P. 278-284.
16. Takahashi Y. Unraveling the roles of sphingolipids in plant innate immunity / Y. Takahashi, T. Berberich, H. Kanzaki [et al.] // Plant signaling and behavior. — 2009. — Vol. 4, No 6. — P. 536-538.
17. M. G. Theumer M. G. Immunobiological effects of fumonisin B1 in experimental subchronic mycotoxicoses in rats / M. G. Theumer, A. G. Lopez, D. T. Masih // Clinical and diagnostic laboratory immunology. — 2002. — Vol. 9, No. 1. — P. 149-155.
18. Oswald I. P. Mycotoxin fumonisin B1 increases intestinal colonization by pathogenic Escherichia coli in pigs / I. P. Oswald, C. Desautels, J. Laffitte [et al.] // Applied and environmental microbiology. — 2003. — Vol. 69, No. 10. — P. 5870-5874.
REFERENCES
1. Perkowski J. The effect of environmental conditions on ergosterol and trichochecene content of naturally contaminated oat grain / J. Perkowski, T. Basinski, M. Wiwart, M. Kostecki, M. Busko, A. Matysiak // Ann. Agric. Environ. Med. — 2008. — Vol. 15. — P. 27-276.
2. Yazar S. Fumonisins, trichothecenes and zearalenone in cereals / S. Yazar, G. Z. Omurtag // Int. J. Mol. Sci. — 2008. — Vol. 9. — P. 2062-2090.
3. Trufanova V. O. Chastota kontaminacii mikotoksynamy kormiv dlya ptyci / B.O. Trufanova // Veterynarna medycyna Ukrainy. — 2004. — № 9. —C. 26-28.
4. Trufanova V. A. Kontaminaciya mikotoksinami kormov dlya pticy/ V. A. Trufanova, A. N. Kotik, A. V. Chorna // Uspekhi medicinskoj mikologii. — 2005. — T. 5. — S. 160-161.
5. Trufanov O. V. NT-2 toksin — rasprostranennyj faktor zagryazneniya zerna v Ukraine / O. V. Trufanov // Ptakhіvnictvo: Mіzhvіdomchij tematichnij naukovij zbіrnik / ІP UA-AN. Kharkіv, 2005. Vip. 57. S. 450-454.
6. Kotik A. N. Chastota obnaruzheniya T-2 toksina, NT-2 toksina, dezoksinivalenola, zearalenona i fumonizinov v razlichnykh kormovykh substratakh / A. N. Kotik, V. O. Trufanova, O. V. Trufanov // Ptakhіvnictvo: Mіzhvіd. temat. nauk. zb./ ІP UAAN. Kharkіv, 2006. Vip. 58. S. 556-562.
7. Vyznachennya T-2 i NT-2 toksyniv u zerni ta kombikormakh [Tekst]: metodychni rekomendacii / A. M. Kotyk, V. O. Trufanova, O. V. Trufanov, Yu. M. Novozhyc'ka // Zatverdzheno Derzhavnym departamentom veterynarnoi medycyny Ministerstva ahrarnoi polityky Ukrainy vid 30.12.2005. 2006. 8 s.
8. Prelusky D. B. Effect of deoxynivalenol on neurotransmitters in discrete regions of swine brain / D. B. Prelusky, J. M. Yeung, B. K. Thompson, H. L. Trenholm // Arch. Environ. Contam. Toxicol. — 1992. — Vol. 22. — P. 36-40.
9. Maresca M. The mycotoxin deoxynivalenol affects nutrient absorption in human intestinal epithelial cells / M. Maresca, R. Mahfoud, N. Garmy [et al.] // J. Nutr. — 2002. — Vol. 132. — P. 2723-2731.
10. Jestoi M. Levels of mycotoxins and sample cytotoxicity of selected organic and conventional grain-based products purchased from Finnish and Italian markets / M. Jestoi, M. C. Somma, M. Kouva [et al.] // Mol. Nutr. Food Res. — 2004. — Vol. 48. — P. 299-307.
11. Riley R.T. Mechanistic interactions of mycotoxins: theoretical consideration. In: Sinha, K.K., Bhatanagar, D. (Eds.), Mycotoxins in Agriculture and Food Safety. Marcel Dekker, Inc, Basel, New York. — 1998. — pp. 227-254.
12. Mikotoksykozy ptyci: etiolohiya, diahnostyka, profilaktychni zasoby i metody (rezul'taty 33-richnykh doslidzhen') / Pid redakcieyu d.v.n. Kotyka A. M. i k.b.n. Trufanovoi V. O. — Kharkiv. — 2005. 124 s.
13. Minervini F. Zearalenone and reproductive function in farm animals / F. Minervini, M. E. Dell'Aquila // Int. J. Mol. Sci. — 2008. — Vol. 9. — P. 2570-2584.
14. Malekinejad H. Bioactivation of zear-alenone by porcine hepatic biotransfor-mation / H. Malekinejad, R. F. Maas-Bakker, J. Fink-Gremmels // Vet. Res. —2005. — Vol. 36. — P. 799-810.
15. Pillon A. Binding of estrogenic compounds to recombinant estrogen receptor-?: application to environmental analysis / A. Pillon, A.-M. Boussioux, A. Escande, [et al.] // Environmental Health Perspectives. — 2005. — Vol. 113, No 3. — P. 278-284.
16. Takahashi Y. Unraveling the roles of sphingolipids in plant innate immunity / Y. Takahashi, T. Berberich, H. Kanzaki [et al.] // Plant signaling and behavior. — 2009. — Vol. 4, No 6. — P. 536-538.
17. M. G. Theumer M. G. Immunobiological effects of fumonisin B1 in experimental subchronic mycotoxicoses in rats / M. G. Theumer, A. G. Lopez, D. T. Masih // Clinical and diagnostic laboratory immunology. — 2002. — Vol. 9, No. 1. — P. 149-155.
18. Oswald I. P. Mycotoxin fumonisin B1 increases intestinal colonization by pathogenic Escherichia coli in pigs / I. P. Oswald, C. Desautels, J. Laffitte [et al.] // Applied and environmental microbiology. — 2003. — Vol. 69, No. 10. — P. 5870-5874.
Надійшла до редакції 9.11.2010