Iron and zinc translocation from senescent leaves to grains of wheat (Triticum aestivum cv. Akteur)in response to nitrogen fertilization and citric acid application

Abstract

In Getreidesamen werden die Mikronährstoffe Fe und Zn für die frühe Entwicklung des Keimlings benötigt. Ein großer Teil dieser Mikronährstoffe stammt aus der Retranslokation von Fe und Zn aus seneszierenden Blättern. Für die Retranslokation von Fe und Zn spielt die Stickstoffernährung eine wichtige Rolle, da Stickstoff (N) die Synthese von N-haltigen Schwermetall-Chelatoren wie Nicotianamin und Phytosiderophoren stimuliert. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss unterschiedlicher N-Düngemittelformen auf die Blattseneszenz und Mikronährstoff-anreicherung in Weizenkörnern (Triticum aestivum cv. Akteur) unter Feldbedingungen zu untersuchen. Es zeigte sich, dass die Seneszenz der Fahnenblätter durch N-Düngung verzögert wurde und dass v.a. eine Düngung mit Ammonium nach der Blüte zu erhöhten Fe- und Zn-Gehalten in den Körnern führte. Stickstoffapplikation führte auch zu erhöhten Nicotianamingehalten in Blättern und Blattexudaten, wogegen die Phytosiderophorkonzentrationen weit weniger beeinflusst wurden. Um die Fe- und Zn-Retranslokation zu erhöhen, wurde in einem weiteren Versuch Zitronensäure auf seneszierende Blätter von Freilandweizen gesprüht. In N-gedüngten Pflanzen veränderte die Blattapplikation von Zitronensäure allerdings nicht die Fe- und Zn-Anreicherung in den Samen, wogegen in ungedüngten Pflanzen die Fe- und Zn-Gehalte in den Samen signifikant anstiegen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass N-Düngung die Fe- und Zn-Anreicherung in Weizensamen verbessern kann und zwar besonders dann, wenn unterschiedliche Effekte der N-Düngemittelform berücksichtigt werden, während für eine Blattapplikation von Zitronensäure keine positive Wirkung auf die Retranslokation von Fe oder Zn nachgewiesen werden konnte.

In plant seeds, the micronutrients Fe and Zn are required to sustain the early development of seedlings. A large part of the Fe and Zn in the seeds derives from retranslocation from senescing leaves or stems. Nitrogen nutrition has been reported to play an important role in micronutrient retranslocation to grains by stimulating the synthesis of Fe chelators like nicotianamine and phytosiderophores. The present study assessed the effect of different N fertilizer forms on leaf senescence and on micronutrient accumulation in wheat grains (Triticum aestivum cv. Akteur) under field conditions in two consecutive years. Flag leaf senescence was delayed by N fertilization, and in both field experiments the supply of ammonium after anthesis resulted in higher Fe and Zn contents in the grains. Nicotianamine levels increased in leaves and leaf exudates, whereas phytosiderophore concentrations were less responsive to N treatments. To enhance Fe and Zn mobilization, citric acid was sprayed onto senescing leaves of wheat. In N-fertilized plants citric acid application did not increase Fe and Zn accumulation in grains. However, in non-fertilized plants citric acid application increased Fe and Zn remobilization and led to significantly elevated Fe contents in the grains. The results of the present study indicate that N fertilization can improve the fortification of wheat grains with Fe and Zn, in particular when the different effects of fertilizer N forms are respected, while citric acid application could not be proven efficient to increase Fe and Zn accumulation in grains.