Effects of varied magnesium and potassium nutrition on wheat grown under ambient and elevated atmospheric carbon dioxide conditions

Abstract

Sürekli artmakta olan atmosferik karbondioksit konsantrasyonu (CO2) 1800'lü yıllarda 280 µmol mol-1 olup bu gün 395 µmol mol-1 düzeyine yükselmiştir ve içinde bulunduğumuz yüzyılın sonunda 530-970 µmol mol-1 aralığında bir noktaya çıkacağı öngörülmektedir.Bu çalışmada bitki modeli olarak iki temel buğday türü (Triticum aestivum cv. Adana 99 and Triticum durum cv. Sarıçanak 98) kullanılarak düşük magnezyum (Mg) ve potasyum (K) beslenmesinin yükseltilmiş karbondioksit koşullarında bitki büyümesini ve fizyolojisini nasıl etkileyeceğinin anlaşılması amaçlanmıştır. Beklenildiği gibi düşük Mg ve K uygulamalarında biyokütle üretiminin geçikmesi ve yaprakta şiddetli eksiklik semptomları gözlemlenmiştir. Yükseltilmiş CO2 uygulamalarında fotosentez hızı anlamlı bir şekilde artmıştır, ancak bu artış düşük Mg ve K beslenmesiyle engellenmiştir. Yükseltilmiş CO2 konsantrasyonu özellikle düşük Mg ve K bitkilerinde olmak üzere gelişimini tamamlamış yapraklarda karbonhidrat birikimini yol açmıştır. Yeterli Mg ve K koşullarında yetiştirilmiş bitkilerde, gövde ve kök biyokütlesi, kök uzunluk ve hacmi yükseltilmiş CO2 ile anlamlı bir şekilde artmıştır. Ancak bu yükseltilmiş CO2 ile büyüme artışı düşük Mg ve K beslenmesinde daha az görülmüştür. Toplam antioksidan kapasitesi, lipid peroksidasyonu ve membran stabilitesi karbondioksit uygulamarından bağımsız olarak düşük Mg ve K beslenmesi ile değişmiştir. Düşük Mg ve K beslenmesinin floem karbonhidrat taşınımı, fotosentez hızı, topraktan besin alınımı ile bağlantılı olan kök özellikleri, antioksidan sistemi ve membran yapısındaki kötü etkilerinden dolayı, bitkilerin CO2 artışından yararlanabilmesi için bitkilerde Mg ve K beslenme düzeyi kritik önem taşımaktadır.

Atmospheric carbon dioxide (CO2) has been continuously increasing from 280 μmol mol-1 in 1800's up to 395 μmol mol-1 as of today and projected to elevate to some point in between 530 and 970 μmol mol-1 by the end of the 21st century. This study aimed to understand how low magnesium (Mg) and potassium (K) supply affects plant growth and physiology in an elevating CO2 environment using two major wheat species (Triticum aestivum cv. Adana 99 and Triticum durum cv. Sarıçanak 98) as model plants. As expected low Mg and K treatments resulted in retarded biomass production and occurrence of severe leaf deficiency symptoms. Photosynthesis rate was significantly induced by elevated CO2 treatments, however this induction was hampered by low Mg and K supply. Elevation of CO2 resulted in accumulation of carbohydrates in source leaves particularly in low-Mg and low-K plants. In plants grown with adequate Mg and K, shoot and root biomass, root length and volume were significantly increased with elevated CO2. However, growth enhancement resulting from elevated CO2 was less pronounced in low-Mg and low-K plants. Total antioxidant capacity, lipid peroxidation and membrane stability were altered by low Mg and K supply irrespective of the [CO2] treatments. Due to the detrimental effects of low Mg and K supply on phloem export of carbohydrates, photosynthesis rate, root properties linked to nutrient uptake from soil, antioxidative system and membrane structure, nutritional status of plants with Mg and K has crucial importance to take advantage of an atmosphere with elevating CO2 levels.