The essential and beneficial roles of nickel in growth of soybean and wheat plants

Abstract

Üreazın kofaktörü olduğu bilinen nikel (Ni), bitkiler için esansiyel (mutlak gerekli) mikrobesinler listesine son eklenen elementtir. Bitkilerin Ni ihtiyacı çok düşük olsa da, Ni eksikliğinin tarla koşullarında görülebildiği gösterilmiştir. Bununla beraber bitki Ni beslenmesi ile ilgili çoğu çalışma su kültürü ortamında yapılmış ve üremetabolizmasına odaklanmıştır. Nikelin bitkisel üretimdeki esansiyel ve yararlı rollerini araştırmak için, iki önemli tarım ürünü olan buğday ve soya üzerinde, iklim odası ve sera koşullarında, çok sayıda su kültürü ve toprak çalışması yapılmıştır. Nikel eksikliği nitrat ile beslenen soyada verimi düşürmüş, yapraktan üre uygulaması yapıldığında ise büyümeyi azaltmış ve toksisiteye sebep olmuştur. Ayrıca, üre ile beslenen bitkilerde fizyolojik azot (N) eksikliğine, N alımında ve N kullanım etkinliğinde (NKE) azalmaya yol açmıştır. Üre kaynaklı sorunların azaltılmasında Ni'ce zengin tohum kullanımı dışarıdan Ni sağlamak yerine etkin bir alternatiftir. Buğdayda, topraktan ve/veya yapraktan Ni uygulamaları dane verimini ve NKE'yi bol N ile beslenen bitkilerde arttırmıştır ve bu da Ni'in, koşullara bağlı olarak, esansiyel rollerini yerine getirebilmek için gerektiğinden çok daha yüksek düzeylerde bile yararlı olabileceğine işaret etmektedir. Öte yandan, Ni'in yapraktan uygulanmasının, buğdayda gelişim bozukluklarına ve şiddetli verim kayıplarına neden olabilen glifosat zararına karşı koruma sağladığı gösterilmiştir. Nikelin bir mikrobesin olarak kullanımının bitkisel verimlilik, NKE ve glifosata karşı bitki toleransı üzerinde büyük etkileri olabilir. Bu etkilerin tarla koşullarında daha detaylı olarak araştırılması gerekir.

Nickel (Ni), which is known to be the cofactor of urease, was the last element to be included in the list of essential micronutrients for higher plants. Although the Ni requirement of plants is very low, Ni deficiency was documented to occur under field conditions. However, most of the studies on plant Ni nutrition were conducted in hydroponics and focused on urea metabolism. In order to investigate the essential and beneficial roles of Ni in plant growth, several nutrient solution and soil culture studies were conducted on two major crops, namely soybean and wheat, under growth chamber and greenhouse conditions. Nickel deficiency reduced the seed yield in nitrate-fed soybean and caused impaired growth and toxicity symptoms upon foliar urea applications. Moreover, Ni deficiency resulted in physiological nitrogen (N) deficiency and reduced the N uptake and N use efficiency (NUE) of urea-fed plants. Using high-Ni seeds was a highly effective alternative to external Ni supply for alleviating the problems caused by urea. In wheat, soil and/or foliar applications of Ni improved the grain yield and NUE under ample N supply, indicating that Ni may be beneficial at levels much higher than required to fulfill its essential roles, depending on the conditions. Furthermore, foliar Ni applications were shown to provide protection against sublethal glyphosate, which can cause developmental abnormalities and dramatic yield losses in wheat. The use of Ni as a micronutrient may have great impacts on agricultural productivity, NUE and crop tolerance to glyphosate drift. These effects should be further investigated under field conditions.