Roles of nitrogen and zinc nutrition in biofortification of wheat grain

Abstract

Çinko (Zn) ve demir (Fe) eksiklikleri, genellikle yetersiz tüketimden kaynaklanan, yaygın beslenme sorunlarıdır. Bu eksikliklerle ilgili sağlık sorunlarının hafifletilmesi için, tahıl tohumlarının Zn ve Fe ile biyofortifikasyonu (zenginleştirilmesi), küresel bir meseledir. Azot (N) beslenmesinin Zn ve Fe'nin alımında, yeşil aksama taşınmasında, remobilizasyonunda, floem taşınmasında ve tohumda biriktirilmesi ile tohumdaki lokalizasyonunda rol oynayan taşıyıcı proteinleri ve başka azotlu molekülleri etkileyebileceği hipotezine dayanarak, bu projede, N beslenmesinin buğday tohumunun biyofortifikasyonuna yönelik potansiyeli araştırılmıştır. Bu amaçla, buğday bitkileri, farklı N ve Zn uygulamaları ile sera veya iklim odası koşullarında yetiştirilmiştir. Artan N uygulaması tohumun Zn ve Fe derişimlerini %100'e varan oranlarda arttırmıştır. Azotun tohum Zn derişimine olan bu etkisi yetersiz Zn uygulaması koşullarında kaybolmuştur; buna karşın, yüksek N ve Zn uygulamalarının kombinasyonu sinerjik sonuçlar doğurmuştur. Yüksek Zn varlığında, artan N uygulaması yeşil aksamın Zn ve Fe içeriklerini %300'e kadar çoğaltmıştır ki, bu da bu elementlerin kök alımında muazzam bir artışa işaret etmektedir. Ayrıca, artan N gübrelemesi, Zn'nin remobilizasyonunun %240, Fe'nin remobilizasyonunun ise %70 oranında artmasına yol açmıştır. Azot beslenmesinin iyileştirilmesi, Zn ve Fe derişimlerini sadece tam tohumda değil, buğday tohumunun en yaygın tüketilen bölümü olan endospermde de yükselmesini sağlamıştır. Bir zirai biyofortifikasyon aracı olarak, optimize edilmiş N uygulamaları, gelişmekte olan ülkelerdeki Zn ve Fe eksikliği sorunlarıyla mücadeleye hızlı ve etkin biçimde katkı sağlayabilir.

Deficiencies of zinc (Zn) and iron (Fe) are widespread nutritional problems, caused mainly by low dietary intake. Biofortification of cereal grains with Zn and Fe in order to alleviate the health problems associated with these deficiencies is a global challenge. Based on the hypothesis that nitrogen (N) nutrition may affect the transporter proteins and other nitrogenous molecules which are involved in root uptake, root-to-shoot transport, remobilization, phloem transport and grain accumulation as well as grain localization of Zn and Fe, the potential of N fertilization in biofortification of wheat grain was investigated in this project. For this purpose, wheat plants were grown with different N and Zn treatments under greenhouse or growth chamber conditions. Increasing N application improved the grain Zn and Fe concentrations by up to 100%. This impact of N on grain Zn concentration disappeared at low Zn supply, whereas the combination of high N and Zn treatments gave rise to synergistic results. Under high Zn availability, higher N supply increased the shoot Zn and Fe contents by up to 300%, indicating a tremendous enhancement in root uptake. Higher N application also led to a 240% increase in Zn and 70% increase in Fe remobilization to grains. Improving the N nutrition enhanced the Zn and Fe concentrations not only in the whole grain but also the endosperm, the most widely consumed part of wheat grain. As an agronomic biofortification tool, optimized N applications may rapidly and effectively contribute to the mitigation of Zn and Fe deficiency problems in developing countries.