Uptake, transport and seed deposition of zinc in wheat and maize under varied zinc and nitrogen supply

Abstract

Kronik çinko (Zn) eksikliği iki milyardan fazla insanı etkileyen önemli bir sağlık sorunudur ve temelinde Zn bakımından fakir tahıllara (buğday, pirinç ve mısır) olan bağımlılık yatmaktadır. Bu proje, buğday ve mısırda genetik ve agronomik Zn biyofortifikasyonunun bireysel ve kombine etkilerini ortaya çıkarmak için yürütülmüştür. Birinci bölüm, buğday ve mısır türleri arasında yapraktan uygulanan Zn'nun alımı ve taşınmasındaki farklılıkta rol oynayan mekanizmaların anlaşılmasına odaklanmıştır. Yapraktan uygulanan Zn'nun alımı ve taşınması bakımından, buğdayın mısırdan üstün olduğu gösterilmiştir. İkinci bölümde farklı azot (N) uygulamalarının mısır ve buğdayın Zn alımı ve birikimine etkisi araştırılmıştır. Buğday ve mısıra uygulanan N arttıkça yeşil aksamda daha fazla Zn birikmiş ve yapraktan uygulanan Zn'nun alımı önemli oranda artmıştır. Üçüncü bölümde, genetik olarak biyofortifiye edilmiş HarvestPlus genotiplerinin büyüme, tane verimi ve besin alımını iyileştirmek üzere toprak, yaprak ve toprak + yaprak formunda uygulanan Zn gübrelemesinin etkinliği incelemiştir. Biyofortifiye edilmiş genotiplerinin konvansiyonel çeşitlere göre toprak ve/veya yaprağa uygulanan Zn'yu daha etkin bir şekilde alma, kullanma ve taşıma kapasitesine sahip olduğu gösterilmiştir. İnsanda Zn eksikliği ile başa çıkmak üzere kullanılabilecek en sürdürülebilir yöntemin tahılların tane Zn konsantrasyonunu arttırmak üzere genetik ve agronomik biyofortifikasyon stratejilerinin birleştirilmesi olduğu sonucuna varılmıştır.

Chronic zinc (Zn) deficiency is a major health issue affecting over two billion people, caused by heavy reliance on staple crops (i.e. wheat, rice and maize) which are inherently low in Zn. This project was devoted to reveal the individual and combined effects of genetic and agronomic Zn biofortification in wheat and maize. The first part focused on understanding the mechanisms involved in differences in uptake and translocation of foliar-applied Zn among wheat and maize species. It was shown that wheat has a greater capacity of leaf uptake and translocation of foliar-applied Zn compared to maize. The second part investigated the effect of nitrogen (N) supply on uptake and accumulation of Zn in maize and wheat. Improving N supply significantly enhanced the shoot accumulation as well as leaf uptake of Zn from foliar Zn sprays in wheat and maize. The third part studied the effectiveness of Zn fertilizers in the form of soil, foliar and soil + foliar for improving growth, grain yield and nutrients uptake by genetically biofortified HarvestPlus wheat genotypes. It was demonstrated that the genetically biofortified genotypes have higher capacity to uptake, utilize and translocate Zn from soil and/or foliar applications as compared to conventional cultivars. These results conclude that the most sustainable way of tackling human Zn deficiency would be to improve grain Zn concentration of cereal crops by unifying genetic and agronomic biofortification strategies.