Mycotoxins in cereals: decision support systems development for managing the risk of contamination

Mycotoxin are toxic secondary metabolite produced by fungi able to colonize crops and thus posing a potential menace to human/animal health. Several strategies have been considered to mitigate the problem studying the variables related to mould growth and mycotoxin production. This thesis focuses on the development and validation of mechanistic models to predict mycotoxins (deoxinivalenol, fumonisins and aflatoxins) contamination in cereals (maize/ wheat) based on meteorological data. The first chapter introduce modelling theory, and patho-systems analysed. Chapter 2 focuses on trichothecenes and zearalenone occurrence in wheat produced in Italy. Predictive performance of empirical and mechanistic models for deoxnivalenol contamination in wheat were discussed in chapter 3. Chapter 4 described fumonisins and aflatoxins occurrence in maize grown in Italy. Chapters 5 and 6 analised the patho-system maize-Aspergillus flavus; the former focuses on the dynamics of A. flavus sporulation the lalatter on the development of a mechanistic model to predict aflatoxin produced by A. falvus. Another mechanistic model for Fusarium ear rot and fumosin production in maize (chapter 7). The last chapter summarised the activity done in the European project MYCORED in which several countries worldwide were involved and wheat and/or maize samples collected with data necessary for model validation.

Le micotossine sono metaboliti tossici prodotti da funghi in grado di svilupparsi sulle derrate alimentari. Diverse strategie sono state considerate per risolvere questo problema studiando la crescita di funghi/produzione di micotossine. Questa tesi è focalizzata sullo sviluppo/validazione di modelli matematici per prevedere la contaminazione di micotossine (deossinivalenolo, fumonisine e aflatossine) in cereali (mais/grano) sulla base di dati meteorologici. Il primo capitolo fornisce un’introduzione sulla teoria dei modelli e sui pat-sistemi modelizzati. Il secondo si concentra sulla presenza di tricoteceni e zearalenone nel frumento coltivato in Italia. Nel cap.3 sono stati confrontate le differenze predittive di modelli empirici/meccanicistici per la contaminazione di deossinivalenolo nel grano. Nel cap.4 è stata descritta la contaminazione da fumonisine e aflatossine in mais coltivato in Italia. I capitoli 5 e 6 analizzano il pato-sistema mais-Aspergillus flavus, il primo si concentra sulla sporulazione di A. flavus , il secondo sullo sviluppo di un modello per prevedere la contaminazione da aflatossina. Un altro modello meccanicistico per prevedere la presenza di fumonisina nel mais è descritto nel cap.7. L'ultimo capitolo riassume l'attività svolta nel progetto europeo MYCORED in cui sono stati coinvolti diversi paesi in tutto il mondo che hanno fornito i dati necessari per la validazione dei modelli.