Fusarium verticillioides e fumonisina na cadeia produtiva de milho : modelagem matemática e estratégia de controle

O Estado do Paraná ocupa posição estratégica pela liderança nacional na produção de milho,na qual se deve garantir a segurança fitossanitária. Fusarium verticillioides encontra-se freqüentemente associado ao milho e é o principal produtor de fumonisinas, um grupo demicotoxinas que representa riscos à saúde humana e animal. O trabalho teve por objetivo desenvolver modelos matemáticos para descrever o efeito de umidade, temperatura e concentração de inóculo de F. verticillioides no crescimento fúngico e produção de fumonisinas em milho, bem como avaliar a produção da toxina frente a mudanças drásticas de temperatura ao longo de incubação e mediante análise de cinética, acompanhar alterações químicas, micológicas e produção de fumonisina nos grãos. Além disso, em condições de campo, verificar o efeito de práticas culturais e inoculação das sementes com Pseudomonas fluorescens como estratégias de controle na contaminação fúngica e por fumonisinas e suas alterações em características químicas de grãos de milho. Após avaliação de toxigenicidade decepas de F. verticillioides (103F, 113F, 119B, 119BR e 97K) submetidas a constantes repicagens desde o isolamento (1991 a 2007) e validação de modelos matemáticos para produção de fumonisinas, mudanças drásticas de temperatura (0, 5 e 40 °C) foram aplicadas em diferentes estágios de incubação sob condições ótimas (25 % umidade; 20 °C).Posteriormente, executou-se um delineamento fatorial 24 visando avaliação de melhor condição para produção de fumonisinas e crescimento fúngico em função do híbrido de milho(Tork e P30F53), cepa de F. verticillioides com diferentes datas de repique (103F ? A e B),composição de meios de cultura (BDA) utilizados para crescimento da cepa (A e B) e substrato submetido ou não a tratamento térmico (121 °C/20 min). Mediante condições definidas, procedeu-se com planejamento central composto utilizando-se dois híbridos de milho (Tork e P30F53), onde, por meio de modelos matemáticos, avaliou-se o efeito de umidade ajustada dos grãos 15-30 %, concentração de inóculo de F. verticillioides (103-107propágulos mL-1) e temperatura de incubação 15-30 °C, durante 20 dias, na produção de fumonisinas e contagem fúngica. Sob níveis (15-27 % de umidade, 103-107 propágulos F.verticillioides mL-1 e 18-27 °C) que apresentaram elevada, intermediária e baixa produção de fumonisina, realizou-se cinética a cada 2 dias, durante 20 dias, onde se avaliou a produção da toxina, contagem de F. verticillioides, teores de proteína e lipídeos dos grãos de milho(híbrido P30F53). Em condições de campo (segunda safra 2009), realizou-se planejamento fatorial 4x4 com quatro populações de plantas (40, 60, 80 e 100 mil plantas ha-1) e quatro doses de nitrogênio em cobertura (0, 50, 100 e 150 Kg ha-1), procedendo-se quantificação de fumonisinas e avaliação de características físico-químicas de grãos de milho do híbrido AG9010 YG. Na mesma safra, utilizou-se arranjo fatorial 3x2, correspondente a três níveis de adubação NPK no sulco de semeadura (0, 125 e 250 kg ha-1) e dois de inoculante a base de P.fluorescens (com e sem), a fim de avaliar a influência na composição química e na contaminação fúngica e por fumonisinas em grãos do híbrido P30F35. Das cepas de F.verticillioides avaliadas frente à manutenção da toxigenicidade, 90 % e 85 % produziram FB1(0,28 - 2610,65 ?g g-1) e FB2 (0,03 ? 781,07 ?g g-1), respectivamente. Mediante inoculação de F. verticillioides (cepa 103F) em grãos de milho (25 % umidade/ 20 °C), choques térmicos no início da incubação mostraram-se ineficazes no aumento de produção de fumonisinas, porém elevação foi observada quando se aplicou 40 °C após duas semanas. Composição do meio de cultura e as cepas de F. verticillioides com diferentes datas de repique não apresentaraminfluência significativa no crescimento fúngico e produção de fumonisinas, porém o tratamento térmico (121 °C/20 min) resultou em aumentos significativos destes, sendo mais evidenciado no híbrido Tork. O conteúdo de umidade exerceu maior efeito na contagem de F.verticillioides, porém a temperatura mostrou maior influência na produção de fumonisina. Mediante cinética, a produção de fumonisinas foi intensificada após o 10° dia de incubação e,no seu início, houve redução dos teores de proteína e lipídeos, com elevação deste último ao longo da incubação. Sob condições de campo, a contaminação por fumonisinas não teve correlação significativa com a dose de nitrogênio em cobertura, densidade de plantas, níveis de adubação NPK e inoculação com P. fluorescens. No entanto, alterações físico-químicas foram observadas nos grãos devido ao manejo. Modelos matemáticos podem ser ferramentas úteis no entendimento da dinâmica da produção de fumonisinas em milho, onde aliados a práticas de manejo, podem representar estratégias para minimizar risco de contaminação deste cereal.The Paraná State occupies a strategic position being the largest corn producer in Brazil,requiring phytosanitary security. Fusarium verticillioides is frequently associated with cornand is the main producer of fumonisin, a mycotoxin that causes diseases in human andanimals. The study aimed to develop mathematical models to describe the effect of moisturecontent, temperature and F. verticillioides inoculum concentration on fungal growth andfumonisin production in corn, as well as evaluating the toxin production under drastictemperature changes during incubation. By means of kinetic analysis, evaluation of chemicalchanges, fungal growth and fumonisin production in grains was made. Furthermore, underfield conditions, evaluation of the cultural practices and Pseudomonas fluorescens inoculationeffect in fungal contamination / fumonisins and chemical changes of corn grains was alsomade. After evaluation of toxigenicity of F. verticillioides strains (103F, 113F, 119B, 119BRand 97K) subjected to constant subcultures (1991 to 2007) and mathematical /statisticalvalidation of fumonisins production models, drastic temperature changes (0, 5 and 40 °C)were applied at different stages of incubation under optimal conditions (25% moisture, 20°C). After, a 24 factorial design aiming to evaluate optimum conditions for fumonsinsproduction and fungal growth on the basis of hybrid maize (Tork and P30F53), F.verticillioides strain with different dates of replating (103F - A and B), different culture mediacomposition (PDA) used for strain growth (A and B) and substrate subjected or not to heattreatment (121 °C/20 min). Under conditions defined, we proceeded with central compositedesign using two corn hybrids (Tork and P30F53), where, by mathematical models, the effectof moisture content 15-30 %, inoculum F. verticillioides concentration (103-107 propagulesmL-1) and incubation temperature 15-30 °C, during 20 days, on fungal count and fumonisinproduction was evaluated. Under levels (15-27 % moisture, F. verticillioides 103-107propagules mL-1 and 18-27 °C) which showed high, intermediate and low fumonisinproduction, the toxin production, F. verticillioides count, protein/ lipids levels of P30F53 cornhybrid, each 2 days, during 20 days was evaluated. Under field conditions (second 2009crop), we proceeded a 4x4 factorial design, using four plant densities (40, 60, 80 and 100 000plants ha-1) and four rates of nitrogen in coverage (0, 50, 100 and 150 kg ha-1), proceedingfumonisins quantification and evaluation of physical/ chemical characteristics of corn hybridAG 9010 YG. In the same crop, a 3x2 factorial design was used, corresponding to three NPKfertilization levels (0, 125 and 250 kg ha-1) and two inoculation-based P. fluorescens (withand without), to evaluate the influence on the chemical composition and fungal/ fumonisincontamination in grain hybrid P30F35. F. verticillioides strains wich was evaluated for themaintenance of toxigenicity, 90 % and 85 % produced FB1 (0.28 ? 2610.65 ?g g-1) and FB2(0.03 ? 781.07 ?g g-1), respectively. Thermal shock applied at initial-incubation wasineffective on fumonisin production regardless of sudden temperature-shock applied.However, an increasing toxin-peak was observed, if 40 oC-shock was applied after twoweeks.Marks of culture medium and F. verticillioides strains with different replating datesshowed no significant influence on fungal growth and fumonisin production, but the heattreatment (121 °C/20 min) provided significant increases of these, mainly in the hybrid Tork.The moisture content exerted a greater effect on F. verticillioides count, but the temperatureaffected more in the fumonisin production. By kinetic analysis, the fumonisin production wasenhanced after 10th day of incubation. Protein and lipids levels decreased at the beginning ofincubation, with increase of lipids levels up to 20th day. Under field conditions, thefumonisins contamination did not correlated significantly with dose of nitrogen, plant density,levels of NPK fertilization and inoculation with P. fluorescens. However, physicochemicalalterations were observed in grains produced with differents management practices.Mathematical models can be useful tools in understanding the dynamics of the fumonisinsproduction in corn, where allied to management practices, may represent strategies tominimize risk of contamination of this cereal