Wheat is a staple crop in the global human diet, but Fusarium head blight caused by fungi of the Fusarium genus, responsible for producing mycotoxins such as deoxynivalenol (DON), poses a significant threat to food safety. This study investigates the relationship between antioxidant bioactive compounds in pigmented wheats and the level of mycotoxin contamination, comparing four wheat genotypes. The base genotype (Wg, Novosibirskaya-67) was compared with three isogenic varieties characterized by different grain colors: red (Rg), blue (Ba), and purple (Pp). The trials, conducted in Italy and the Czech Republic during the 2022-23 and 2023-24 growing seasons, included an assessment of Fusarium inoculation during flowering, measuring production and DON contamination at different maturity stages. The results showed that pigmented varieties (Ba and Pp) exhibited variable productive capacities and phenolic compositions depending on local conditions. In Italy, introducing genes for anthocyanin accumulation increased grain yield and seed weight, whereas in the Czech Republic, the Ba variety showed a significant reduction in yield. Regarding contamination, pigmented varieties demonstrated a higher tendency to accumulate DON compared to non-pigmented genotypes, with particularly significant differences in 2024. In terms of bioactive compounds, soluble and bound phenolic acids progressively diluted as starch accumulated during maturation. The Ba variety displayed a high concentration of soluble phenolic acids (notably sinapic and p-coumaric acids) and the highest levels of anthocyanins at maturity. However, total antioxidant activity did not significantly differ between genotypes at commercial maturity, although Ba exhibited superior antioxidant activity during the late dough stage. Artificial Fusarium infection did not significantly affect bioactive compound levels but increased DON contamination in pigmented varieties in the Czech Republic. The findings suggest that the higher presence of bioactive compounds may correlate with an increased risk of DON contamination, likely due to a stimulating effect on fungal toxin production. In conclusion, while pigmented wheats are rich in potentially beneficial compounds, they may be more susceptible to mycotoxin contamination, highlighting the need for targeted agronomic strategies to mitigate risks and harness their health benefits.
Il frumento è un cereale fondamentale nella dieta umana globale, ma la fusariosi della spiga causata da funghi del genere Fusarium, responsabili della produzione di micotossine come il deossinivalenolo (DON), rappresenta una significativa minaccia alla sicurezza alimentare. Questo studio esplora i rapporti tra i composti bioattivi antiossidanti nei frumenti pigmentati e il livello di contaminazione da micotossine, comparando quattro varietà di frumento. Il genotipo di base (Wg, Novosibirskaya-67) è stato confrontato con tre varietà isogeniche, differenziate per colore della cariosside: rosso (Rg), blu (Ba) e viola (Pp). Le sperimentazioni, condotte in Italia e in Repubblica Ceca nelle annate 2022-23 e 2023-24, hanno incluso un approfondimento sull’inoculo di Fusarium durante la fioritura, misurando i livelli di produzione e di contaminazione da DON nei diversi stadi di maturazione. I risultati hanno evidenziato che le varietà pigmentate (Ba e Pp) hanno una capacità produttiva e una composizione fenolica che varia in base alle condizioni locali. In Italia, l’introduzione di geni per l’accumulo di antociani ha aumentato la produzione e il peso dei semi, mentre in Repubblica Ceca la varietà Ba ha registrato una riduzione significativa della resa. Sul fronte della contaminazione, le varietà pigmentate hanno mostrato una maggiore tendenza all’accumulo di DON rispetto ai genotipi non pigmentati, con differenze particolarmente rilevanti nel 2024. Dal punto di vista dei composti bioattivi, gli acidi fenolici solubili e legati si sono progressivamente diluiti con l’accumulo di amido durante la maturazione. La varietà Ba ha dimostrato una concentrazione elevata di acidi fenolici solubili (specialmente acido sinapico e p-cumarico) e ha presentato i maggiori livelli di antociani alla maturazione. Tuttavia, l’attività antiossidante totale non è risultata significativamente diversa tra i genotipi a maturazione commerciale, pur mostrando valori superiori per la varietà Ba nella fase cerosa avanzata. L’infezione artificiale da Fusarium non ha influenzato significativamente i livelli di bioattivi, ma ha aumentato la contaminazione da DON nelle varietà pigmentate in Repubblica Ceca. La ricerca suggerisce che la maggior presenza di composti bioattivi può correlarsi a un rischio aumentato di contaminazione da DON, probabilmente per l’effetto stimolante sulla tossinogenesi fungina. In conclusione, i frumenti pigmentati, pur ricchi di composti potenzialmente benefici, possono risultare più suscettibili alla contaminazione da micotossine, indicando la necessità di strategie agronomiche mirate per limitarne i rischi e sfruttarne i benefici.
Evoluzione del contenuto dei composti bioattivi ad azione antiossidante durante la maturazione di frumenti pigmentati in relazione alla contaminazione da micotossine
MANDRILE, LIVIO
2023/2024
Abstract
Il frumento è un cereale fondamentale nella dieta umana globale, ma la fusariosi della spiga causata da funghi del genere Fusarium, responsabili della produzione di micotossine come il deossinivalenolo (DON), rappresenta una significativa minaccia alla sicurezza alimentare. Questo studio esplora i rapporti tra i composti bioattivi antiossidanti nei frumenti pigmentati e il livello di contaminazione da micotossine, comparando quattro varietà di frumento. Il genotipo di base (Wg, Novosibirskaya-67) è stato confrontato con tre varietà isogeniche, differenziate per colore della cariosside: rosso (Rg), blu (Ba) e viola (Pp). Le sperimentazioni, condotte in Italia e in Repubblica Ceca nelle annate 2022-23 e 2023-24, hanno incluso un approfondimento sull’inoculo di Fusarium durante la fioritura, misurando i livelli di produzione e di contaminazione da DON nei diversi stadi di maturazione. I risultati hanno evidenziato che le varietà pigmentate (Ba e Pp) hanno una capacità produttiva e una composizione fenolica che varia in base alle condizioni locali. In Italia, l’introduzione di geni per l’accumulo di antociani ha aumentato la produzione e il peso dei semi, mentre in Repubblica Ceca la varietà Ba ha registrato una riduzione significativa della resa. Sul fronte della contaminazione, le varietà pigmentate hanno mostrato una maggiore tendenza all’accumulo di DON rispetto ai genotipi non pigmentati, con differenze particolarmente rilevanti nel 2024. Dal punto di vista dei composti bioattivi, gli acidi fenolici solubili e legati si sono progressivamente diluiti con l’accumulo di amido durante la maturazione. La varietà Ba ha dimostrato una concentrazione elevata di acidi fenolici solubili (specialmente acido sinapico e p-cumarico) e ha presentato i maggiori livelli di antociani alla maturazione. Tuttavia, l’attività antiossidante totale non è risultata significativamente diversa tra i genotipi a maturazione commerciale, pur mostrando valori superiori per la varietà Ba nella fase cerosa avanzata. L’infezione artificiale da Fusarium non ha influenzato significativamente i livelli di bioattivi, ma ha aumentato la contaminazione da DON nelle varietà pigmentate in Repubblica Ceca. La ricerca suggerisce che la maggior presenza di composti bioattivi può correlarsi a un rischio aumentato di contaminazione da DON, probabilmente per l’effetto stimolante sulla tossinogenesi fungina. In conclusione, i frumenti pigmentati, pur ricchi di composti potenzialmente benefici, possono risultare più suscettibili alla contaminazione da micotossine, indicando la necessità di strategie agronomiche mirate per limitarne i rischi e sfruttarne i benefici.| File | Dimensione | Formato | |
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