Die kombinierte Blattanwendung von Zn und Fe erhöht die Mikronährstoffkonzentration im Getreide und lindert Wasserstress bei verschiedenen Weizenarten und Ploidalniveaus

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 20328 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Ziel dieser Studie war es, die Reaktion mehrerer Weizenarten mit unterschiedlichen Ploidieniveaus auf die Blattapplikation von Zink (Zn) und Eisen (Fe) unter verschiedenen Wasserregimen zu untersuchen. Fünfunddreißig Weizengenotypen, darunter neunzehn Tetraploide von zehn verschiedenen Arten, zehn Hexaploide von fünf Arten und sechs Diploide von drei Arten, wurden im Feld über zwei Feuchtigkeitsregime mit den folgenden vier Behandlungen bewertet: Kontrolle, Blatt-Zn-Anwendung, Blatt-Fe Anwendung und Blatt-Zn + Fe-Anwendung. Die Experimente wurden nach einem Split-Plot-Schema in einem randomisierten vollständigen Blockdesign mit zwei Wiederholungen in jedem Feuchtigkeitsbereich durchgeführt. Wasserstress wirkte sich negativ auf alle gemessenen Merkmale aus, mit Ausnahme des Zn- und Fe-Gehalts des Getreides. Die kombinierte Blattapplikation von Zn + Fe steigerte den Ertrag erheblich und milderte den durch Wasserstress verursachten Ertragsrückgang. Durch die Anwendung von Zn und Fe wurden beide Mikronährstoffgehalte in den Körnern unter beiden Feuchtigkeitsbedingungen deutlich erhöht. Tetra- und hexaploide Arten lieferten fast viermal so viel Getreide wie nicht verbesserte diploide Arten und waren weniger von Wasserstress betroffen. Alle Ploidiestufen reagierten fast gleich auf Zn- und Fe-Behandlungen, wobei die kombinierte Anwendung genauso wirksam war wie jedes einzelne Element. Der höchste Ertragsanstieg als Reaktion auf die kombinierte Anwendung von Zn + Fe unter den beiden Feuchtigkeitsbedingungen und der höchste Korn-Zn-Gehalt als Reaktion auf die Zn-Anwendung unter Wasserstress wurden bei hexaploiden Weizen beobachtet. Die kombinierte Blattanwendung von Zn und Fe erhöht den Zn- und Fe-Gehalt des Getreides und lindert die negativen Auswirkungen von Wasserstress auf alle Ploidieniveaus von Weizen, wodurch die Bioanreicherung kosteneffektiv wird.

Weltweit nimmt Weizen einen zentralen Platz in der menschlichen Ernährung ein, und sein Getreideertrag wurde in den letzten Jahrzehnten durch Züchtungs- und Bewirtschaftungsbemühungen kontinuierlich verbessert1. Die Ertragsverbesserung ging jedoch mit einem erheblichen Rückgang des Getreideprotein- und Mineralstoffgehalts einher, insbesondere von Mikronährstoffen wie Zink (Zn) und Eisen (Fe)2,3.

Im Allgemeinen enthalten kommerzielle Weizensorten 20–35 mg/kg Zn und Fe4,5, was für die menschliche Ernährung unzureichend ist, da Weizen die Hauptquelle für essentielle Mineralien darstellt6. Neben pflanzlichen Faktoren handelt es sich bei fast der Hälfte der Getreideanbauböden weltweit um Böden mit unzureichenden Konzentrationen an verfügbarem Zn (d. h. chemisch löslichem Zn), was zusätzlich zu einer Verringerung der Zn-Konzentration im Getreide führt7. Ein ernährungsbedingter Zn- und Fe-Mangel wird mit verschiedenen Gesundheitsproblemen wie Wachstumsstörungen, Anämie, verminderter Immun- und Gehirnfunktion, Entwicklungsstörungen und der Anfälligkeit für tödliche Infektionskrankheiten aufgrund einer Immunschwäche, insbesondere bei Kindern, in Verbindung gebracht6.

Zu den Strategien zur Bekämpfung solcher Defizite gehört die Biofortifizierung, die den mineralischen Nährstoffgehalt in Nutzpflanzen erhöht, entweder durch agronomische Praktiken wie Düngung oder genetische Manipulation, um Sorten mit einer höheren Fähigkeit zur Mineralstoffabsorption und -akkumulation zu erhalten8. Pflanzenverbesserungsaktivitäten für Zn/Fe-Dichteweizen konzentrieren sich zunächst auf die Erforschung der verfügbaren genetischen Vielfalt für Fe und Zn6. Um nützliche Variabilität für die genetische Biofortifizierung zu identifizieren, wurde der Schwerpunkt auf das Screening von Vorläuferarten gelegt, darunter Triticum monococcum L., T. turgidum L. ssp. dicoccoides (Körn. ex Asch. et Graebn.) Thell., Triticum turgidum L. ssp. dicoccum (Schrank) Thell., T. aestivum ssp. spelta und Ae. tauschii9,10.

Im Allgemeinen werden Mikronährstoffdünger auf Böden ausgebracht oder auf Blätter gesprüht11,12 und verbessern wirksam die Konzentration im Weizenkorn4. Studien haben jedoch gezeigt, dass die Blattapplikation wirksamer ist als die Bodenapplikation13,14. Für Fe wurde gezeigt, dass Fe-EDTA der am besten verwendete Dünger zur Erhöhung der Fe-Konzentration in Getreide zu sein scheint15, vor allem weil Fe bei der Anwendung auf Böden mit neutralem bis alkalischem pH-Wert schnell in nicht verfügbare Formen umgewandelt wird und die Mobilität von Fe gewährleistet ist im Phloem ist schlecht und wird durch endogene Chelate weiter reduziert16.

Darüber hinaus wirken sich abiotische Belastungen wie Dürre wahrscheinlich auf die Nährstoffzusammensetzung und die Weizenkornproduktivität aus, was häufig mit Nährstoffmangel einhergeht17. Zink ist an vielen physiologischen Prozessen von Pflanzen beteiligt, und hohe intrinsische Zn-Konzentrationen können die Toleranz von Weizen gegenüber abiotischem Stress verbessern. Ausreichend Zn kann auf verschiedene Weise dazu beitragen, die Trockenheitstoleranz von Weizen zu verbessern, unter anderem durch die Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die Reduzierung der Produktion freier Radikale durch Enzyme, die Superoxidradikale produzieren18, 19, und durch schützende Wirkungen auf photooxidative Schäden, die durch ROS in Chloroplasten katalysiert werden20. Dies deutet darauf hin, dass die Empfindlichkeit von Pflanzen gegenüber Zn-Mangel unter wasserarmen Bedingungen normalerweise ausgeprägter ist und dass die Entwicklung neuer Weizensorten, die eine verbesserte Toleranz gegenüber Zn-Mangel in Böden und eine erhöhte Zn-Konzentration im Getreide kombinieren, hohe Priorität hat21.

Diese Studie untersuchte die Reaktion einer breiten genetischen Weizenbasis, darunter mehrere Arten mit unterschiedlichen Ploidieniveaus, auf die Blattapplikation von Zn und Fe unter zwei Wasserregimen. Unseres Wissens wurde bisher nicht über die Anwendung dieser Behandlungskombinationen bei Weizen berichtet.

Für alle untersuchten Merkmale zeigte die kombinierte Varianzanalyse signifikante Auswirkungen (P*0,01) auf Feuchtigkeitsregime, Ploidieniveaus, Genotypen und Mikronährstoffbehandlungen. Die Wechselwirkung zwischen Genotyp und Feuchtigkeitsregime war auch für alle Merkmale signifikant, mit Ausnahme von FLL, FLW, Getreide-Zn und Fe-Gehalt. Der Interaktionseffekt für Genotyp × Mikronährstoffanwendung war für GY, NKS und PH signifikant (Tabelle S3). Die Varianzanalyse der von jedem Feuchtigkeitsregime gesammelten Daten zeigte auch eine signifikante (P*0,01) Variation zwischen Genotypen, tetraploiden und hexaploiden Arten in Bezug auf alle untersuchten Merkmale unter beiden Feuchtigkeitsbedingungen. Die diploide Gruppe war für alle Merkmale signifikant (P*0,01) unterschiedlich, außer FLL, FLW und Korn-Fe-Gehalt unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen bzw. für KD, FLL und Korn-Fe-Gehalt unter Wasserstressbedingungen (Tabelle S4). Alle Merkmale mit Ausnahme des Zn-Gehalts im Getreide unterschieden sich signifikant, wobei unter normalen Wasserbedingungen jeweils 2x mit 4x- und 6x-Genotypen verglichen wurden.

Bei allen Merkmalen wurde eine signifikante Variation zwischen den Genotypen beobachtet, mit Ausnahme des Zn- und Fe-Gehalts der Körner unter Wasserstressbedingungen. Ebenso zeigte ein Vergleich der Genotypen mit tetraploiden und hexaploiden Werten unter normalen Wasserbedingungen einen erheblichen Unterschied für PH, FLW und Korn-Zn-Gehalt und unter Wasserstressbedingungen für PH, Zn, Fe-Gehalt und FLW (Tabelle S4). Die Wechselwirkung zwischen Genotyp und Mikronährstoffanwendung war für GY, TKW, PH und den Zn-Gehalt des Getreides unter normalen Bedingungen und für GY-, NKS- und PH-Merkmale unter Wasserstressbedingungen signifikant.

Wasserstress wirkte sich negativ auf die meisten gemessenen Merkmale aus, einschließlich GY, NKS, KL, KD und PH. TKW, FLL und FLW wurden ebenfalls negativ beeinflusst, ihre Mittelwerte unterschieden sich jedoch nicht signifikant von denen unter normalen Bedingungen. Der höchste prozentuale Rückgang (38 %) wurde bei GY aufgrund von Wasserstress beobachtet. Im Gegensatz zu anderen Merkmalen stiegen die Zn- und Fe-Gehalte der Körner unter Wasserstressbedingungen deutlich an, wobei der Fe-Gehalt einen höheren prozentualen Anstieg (20 %) verzeichnete (Tabelle 1, Abb. 1).

Prozentuale Veränderung jedes Merkmals aufgrund von Wasserstress im Vergleich zu normalen Bewässerungsbedingungen. GY, Kornertrag (g/m2); NKS, Anzahl der Kernel pro Spitze; TKW, Tausendkerngewicht (g); KL, Kernlänge (mm); KD, Kerndurchmesser (mm); PH, Pflanzenhöhe (cm); FLL, Fahnenblattlänge (mm); FLW, Fahnenblattbreite (mm); Zn, Kornzinkgehalt (µg/g); Fe, Korneisengehalt (µg/g).

Unter normalen Wasserbedingungen verbesserten Zn- und Fe-Anwendungen den Kornertrag, ihre kombinierte Anwendung erhöhte jedoch den Mittelwert dieser Eigenschaft deutlich. Wasserstress verringerte den Kornertrag erheblich, aber die Anwendung von Zn und Fe verbesserte ihn etwas. Allerdings milderte die Kombination aus Zn + Fe-Anwendung die durch Wasserstress verursachte Ertragsminderung im Vergleich zum Kontroll-Feuchtigkeitsregime deutlich. Das Tausendkorngewicht (TKW) wurde durch die Zn-Anwendung stärker beeinflusst als durch andere Behandlungen unter beiden Feuchtigkeitsbedingungen, wobei der Mittelwert für die Zn-Anwendung unter Wasserstressbedingungen deutlich höher war (Tabelle 2). Die Anwendung von Zink und Eisen steigerte die NKS unter normalen Bewässerungsbedingungen leicht. Dennoch wirkte sich die Anwendung von Zn + Fe bei Wasserstress im Vergleich zu anderen Behandlungen erheblich auf NKS aus und milderte den Wasserstresseffekt bis zu einem gewissen Grad. Kernlänge und -durchmesser (KL und KD) wurden aufgrund von Wasserstress deutlich reduziert, außer bei der Anwendung von Zn + Fe, was die Wirkung auf KL verringerte. Die Pflanzenhöhe wurde unter Wasserstressbedingungen leicht verkürzt, wobei der Unterschied nur für die Kontrolle bei Mikronährstoffbehandlungen signifikant war. Ebenso war die Reduzierung von FLL und FLW aufgrund von Wasserstress unbedeutend, und es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Mikronährstoffbehandlungen (Tabelle 2).

Im Gegensatz zu anderen Merkmalen waren die Zn- und Fe-Gehalte der Körner bei Wasserstress im Vergleich zu normalen Bewässerungsbedingungen erhöht. Wie erwartet wurde bei Wasserstress- und Nichtstressbedingungen der höchste Korn-Zn- und Fe-Gehalt für die Zn- bzw. Fe-Anwendungsbehandlung beobachtet, wobei ihre Werte bei Wasserstressbedingungen höher waren (Tabelle 2).

Unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen war der Kornertrag bei tetra- und hexaploiden Arten fast viermal höher als bei diploiden. Wasserstress reduzierte den Getreideertrag bei unterschiedlichen Mikronährstoffbehandlungen für alle Weizenploidieniveaus (2x, 4x und 6x) in unterschiedlichem Ausmaß (Tabelle 3). Eine stärkere Ertragsreduzierung wurde bei 2x, gefolgt von 4x und schließlich 6x Arten bei der Kontrollbehandlung der Mikronährstoffanwendung beobachtet. Bei 2x- und 4x-Arten steigerten Zn und seine Kombination mit Fe-Anwendungen den Kornertrag unter normalen Bewässerungsbedingungen leicht und milderten den Ertragsrückgang bei Wasserstress. Allerdings stiegen die mittleren Erträge für 6x-Arten sowohl bei den Feuchtigkeitsbedingungen bei Zn- als auch bei Zn + Fe-Anwendungen deutlich an (Tabelle 3).

Ähnlich wie der Getreideertrag war der TKW bei 4x- und 6x-Arten unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen etwa viermal höher als bei den 2x-Arten. Wasserstress reduzierte die TKW bei allen Arten mit Ploidieniveau, wobei 2x davon weniger betroffen war. Bei diesem Feuchtigkeitszustand wurde der niedrigste TKW-Mittelwert für die Kontrollbehandlung und der höchste für die Zn-Anwendung beobachtet. Bei normalen Wasserbedingungen wurde für alle Weizenploidieniveaus ein vergleichbarer NKS beobachtet. Wasserstress reduzierte die NKS für alle drei Arten auf Ploidieniveau in ähnlicher Weise erheblich. Die geringste Verringerung dieses Merkmals aufgrund von Wasserstress wurde bei der Blattapplikation von Zn + Fe bei hexaploiden Arten beobachtet. Der höchste KL gehörte zu 4x-Arten, wobei die Mittelwerte für 2x- und 6x-Genotypen unter normalen Wasserbedingungen nahezu vergleichbar waren. Der mittlere KL war unter Wasserstressbedingungen für alle Ploidiestufen reduziert, wobei 2x Genotypen stärker betroffen waren. Die Blattanwendung von Zn + Fe verringerte die Auswirkungen von Wasserstress auf KL auf allen Ploidieniveaus bis zu einem gewissen Grad (Tabelle 3).

Im Gegensatz zu KL hatten 2x- und 4x-Arten unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen den niedrigsten mittleren KD und 6x-Genotypen den höchsten. Gleichzeitig wirkte sich Wasserstress bei 6 Arten stärker aus als bei 2 Arten und bei 4 Arten, wobei die prozentuale KD-Reduktion bei Hexaploiden höher war. Zink, Fe und ihre kombinierte Anwendung hatten keinen signifikanten Einfluss auf dieses Merkmal. Die mittlere Pflanzenhöhe (PH) war bei allen Weizenploidieniveaus unter normalen Wasserbedingungen nahezu gleich und wurde nicht wesentlich durch Wasserstress beeinflusst. Die Behandlungen hatten auch keinen signifikanten Einfluss auf dieses Merkmal. Die Mittelwerte von FLL und FLW waren unter normalen Wasserbedingungen für 4x- und 6x-Genotypen fast doppelt so hoch wie für 2x-Genotypen. Im Vergleich zu anderen Merkmalen war die Reduktionsrate dieser beiden Merkmale unter Wasserstressbedingungen nicht bis minimal. Für diese beiden Merkmale wurde kein aussagekräftiges Muster der Veränderung aufgrund von Mikronährstoffbehandlungen beobachtet. Im Vergleich zu 4x- und 6x-Arten war der Zn- und Fe-Gehalt der Körner bei 2x-Genotypen unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen höher (Tabelle 3). Im Gegensatz zu anderen Merkmalen waren die Zn- und Fe-Gehalte des Getreides unter Stressbedingungen unabhängig von der Mikronährstoffbehandlung erhöht. Zn- und Zn + Fe-Behandlungen erhöhten jedoch den Zn-Gehalt im Korn deutlich, wobei der Mittelwert bei der Zn-Anwendung unter Wasserstressbedingungen am höchsten war. Dementsprechend wurde der höchste Korn-Fe-Gehalt bei der Fe-Anwendung beobachtet, und der höchste Wert wurde bei dieser Behandlung unter Wasserstressbedingungen beobachtet (Tabelle 3).

Bei normaler Bewässerung erklärten die Hauptkomponenten PC1 und PC2 in der Kontrollbehandlung (Abb. 2a) 47,5 bzw. 17,4 % der Variation. PC1 war positiv mit GY, KD und TKW assoziiert und negativ mit Zn korreliert. PC2 war positiv mit KL geladen. Die meisten Emmer-Genotypen (Nummern 20, 33, 7, 21 und 29) und T.polonicum (Nr. 11) sowie ein Dinkel-Genotyp (Nr. 4) wurden im linken Quadranten des Biplots in eine von anderen Genotypen getrennte Gruppe eingeordnet ein hoher Wert von PC2 und ein niedriger Wert von PC1. Wilde Einkornarten, darunter T. urartu (Nr. 5 und 6) und T. boeoticum (Nr. 31 und 32), wurden in eine vom Einkorn T. monoccocum (Nr. 24 und 28) verschiedene Gruppe eingeordnet und befanden sich im linken Quadranten des Biplots mit einem mittleren Wert von PC2 und einem niedrigen Wert von PC1. Für die verbesserten tetra- und hexaploiden Genotypen wurde ein hoher PC1-Wert und ein niedriger PC2-Wert im rechten Quadranten des Biplots beobachtet. Für beide PCs hatte T. turanicum (Nr. 19 und 22) einen hohen Wert.

Visualisierung eines Biplots basierend auf PCA und Wechselbeziehungen zwischen Merkmalen für 35 Genotypen mit unterschiedlichen Ploidieniveaus/Arten, die vier Behandlungen unter normaler Bewässerung (a = Kontrolle, b = Zink, c = Eisen und d = Zink + Eisenanwendungen) und Wasserstress unterzogen wurden (e = Kontrolle, f = Zink, g = Eisen und h = Zink + Eisenanwendungen). Abkürzungen; Kornertrag (GY g/m2), Anzahl der Körner pro Ähre (NKS), Tausendkorngewicht (TKW g), Körnerlänge (KL mm), Körnerdurchmesser (KD mm), Kornzinkgehalt (Zn µg/g), und Korneisengehalt (Fe µg/g).

Unter Wasserstress (Abb. 2e) rechtfertigten PC1 und PC2 46,7 bzw. 16,6 % der Variation. PC1 war positiv mit GY, KD und TKW assoziiert und korrelierte negativ mit Zn und Fe. PC2 war positiv mit NKS geladen. Ein hoher PC2-Wert und ein niedriger bis mittlerer PC1-Wert wurden für die Genotypen 11, 20, 14, 3, 19 und 26 beobachtet. Unter ihnen wies T. petropavlovski (Nr. 26) den höchsten PC2-Wert auf, während die Art T. ispahanicum (Nr. 20) den höchsten PC2-Wert aufwies und 11) zeigten einen höheren Zn-Gehalt im Korn, und ein Dinkel-Genotyp (Nr. 4) zeigte einen höheren Fe-Gehalt im Korn. PC1 war für T. durum (Nr. 8) und T. turanicum (Nr. 22) am höchsten mit einem niedrigen bis mittleren PC2. Im Vergleich zu 4x und 6x zeigten diploide Arten einen stärkeren Rückgang des Kornertrags, insbesondere T. monococcum. Der Zn- und Fe-Gehalt der Körner war aufgrund von Wasserstress insbesondere bei den Genotypen 34, 26, 25, 30 und 3 erhöht. Unter normalen Bedingungen und Wasserstressbedingungen wurden 2x von 4x und 6x auf der linken Seite des Biplot-Diagramms getrennt Auf der rechten Seite lösten sich 4x und 6x nicht vollständig.

Bei der Zn-Anwendung waren 44,2 bzw. 16,2 % der Abweichungen durch PC1 und PC2 unter normaler Bewässerung gerechtfertigt (Abb. 2b). PC1 war positiv mit KD, GY und TKW assoziiert und negativ mit Zn korreliert. PC2 war positiv mit KL geladen. Die meisten Emmer-Genotypen (Nummern 20, 7, 33, 29 und 21), ein T.polonicum (Nr. 11), ein Dinkel-Genotyp (Nr. 4) und wilde Einkornarten (Nr. 31, 32, 5 und 6). ) wurden in einer von anderen Genotypen unterschiedlichen Gruppe im linken Quadranten des Biplots mit einem hohen PC2-Wert und einem niedrigen bis mittleren PC1-Wert eingeordnet. Darüber hinaus zeigte T. boeoticum (Nr. 31 und 32) höhere Werte für Getreide-Zn. Auch die synthetische Kreuzung (Nr. 35) zeigte höhere Werte für GY. PC1 war für T. durum (Nr. 8) und T. turanicum (Nr. 22, 19) am höchsten, mit einem hohen PC2-Wert und wies höhere Werte für TKW auf.

Unter Wasserstress (Abb. 2f) zeigten PC1 und PC2 Schwankungen von 44,1 bzw. 17,9 %. Der PC1 korrelierte positiv mit GY, TKW und KD. PC2 war positiv mit Zn und Kl assoziiert und korrelierte negativ mit NKS. Wasserstress führte zur Trennung der Genotypen 7, 20, 29, 4, 30, 11 und 12 in einer Gruppe mit einem hohen PC2-Wert und einem niedrigen PC1-Wert im linken Quadranten des Biplots. Die Emmer-Genotypen (Nr. 21 und 33) und T. urartu (Nr. 5) zeigten einen höheren Wert für Getreide-Fe. Korn-Zn war aufgrund von Wasserstress erhöht, insbesondere bei den Genotypen 3, 4, 26, 30 und 10. Unter den diploiden Arten zeigten zwei Genotypen von T. monococcum einen Anstieg von PC2 im Vergleich zu den normalen Bewässerungsbedingungen, insbesondere Genotyp 24. PC1 war für die Genotypen 22 und 8 am höchsten, mit einem mittleren Wert von PC2. PC2 war für die Genotypen 4, 1 und 3 am höchsten, mit einem niedrigen bis mittleren Wert von PC1. Sowohl bei den Wasserbedingungen als auch bei der Zn-Anwendung trennten sich diploide Arten von Tetra- und Hexaploiden auf der linken Seite des Biplotdiagramms, während sich Tetra- und Hexaploidarten auf der rechten Seite nicht vollständig lösten.

Unter normaler Bewässerung und Fe-Behandlung (Abb. 2c) beschrieben PC1 und PC2 50 bzw. 16,1 % der Variation. PC1 war positiv mit GY, TKW und KD assoziiert und negativ mit Fe und Zn beladen. PC2 war positiv mit KL geladen. Die Position der Genotypen in den linken Quadranten des Biplots mit einem hohen PC2-Wert war dieselbe wie bei der Zn-Behandlung unter normalen Bedingungen. Darüber hinaus zeigten die Genotypen 5 und 31 höhere Werte für Korn-Fe, und die Genotypen 7, 29 und 11 zeigten ebenfalls höhere Werte für Korn-Zn. Synthetische Kreuzungen (Nr. 34 und 35) und T. aestivum (Nr. 18) zeigten höhere Werte für GY. PC1 war für die Genotypen 34 und 8 am höchsten, mit einem mittleren Wert von PC2. PC2 war für T. dicoccoides (Nr. 33) und 19 am höchsten, mit einem niedrigen bis mittleren Wert für PC1.

Unter Wasserstressbedingungen (Abb. 2g) zeigten PC1 und PC2 43,8 bzw. 16,3 % der Variation. PC1 war positiv mit GY, TKW und KD assoziiert und negativ mit Zn und Fe geladen. PC2 war positiv mit KL geladen. Mehrere Emmer-Genotypen (Nr. 20, 33, 7 und 29) sowie die Genotypen Nr. 4 und 11 wurden mit einem hohen PC2-Wert und einem niedrigen PC1-Wert in den linken Quadranten des Biplots gruppiert. Unter ihnen hatten die Genotypen 11 und 4 den höchsten PC2-Wert und den niedrigsten PC1-Wert. Darüber hinaus zeigten die Emmer-Genotypen 20 und 33 den höchsten Wert für Getreide-Fe, während die T. urartu-Genotypen 5 und 6 einen hohen Wert für Getreide-Zn aufwiesen. Synthetische Kreuzungen (#35 und 34) und Chines Spring (#9) verzeichneten die höchste Punktzahl für GY und einen niedrigen PC2-Wert. Die Genotypen 19, 8 und 3 zeigten einen hohen Wert für beide PCs.

Unter normaler Bewässerung und Zn + Fe-Behandlung (Abb. 2d) beschrieben PC1 und PC2 45,9 bzw. 19,4 % der Variation. PC1 war positiv mit KD, TKW und GY assoziiert und negativ mit Korn-Zn. PC2 korrelierte positiv mit KL und Fe. Unter diesen Bedingungen war die Position der Genotypen in den linken Quadranten des Biplots mit hohem PC2 ähnlich wie bei der Zn- und Fe-Behandlung unter normalen Bewässerungsbedingungen, mit Ausnahme von Genotyp 11. Die Emmer-Genotypen 33 und 20 zeigten einen hohen Wert für Getreide-Fe. Genotyp 18 hatte den höchsten PC1-Wert und einen hohen PC2-Wert. Der höchste PC2-Wert und ein hoher PC1-Wert stammten von T. turanicum.

Unter Wasserstress (Abb. 2h) beschrieben PC1 und PC2 46,2 bzw. 18,8 % der Variation. PC1 war positiv mit GY, TKW und KD assoziiert und negativ mit Zn und Fe. PC2 korrelierte positiv mit KL. Ähnlich wie bei Bedingungen ohne Stress wurden größtenteils dieselben Genotypen in den linken Quadranten des Biplots mit hohem PC2 und niedrigem bis mittlerem PC1 gruppiert. Genotyp 18 zeigte einen hohen Wert für GY. Die Genotypen 20 und 33 zeigten die höchsten Werte für Getreide-Zn, während Genotyp 32 einen hohen Wert für Getreide-Fe aufwies. Die synthetische Kreuzung (Nr. 34) hatte den höchsten PC1-Wert mit einem niedrigen PC2-Wert und Genotyp 11 hatte den höchsten PC2-Wert mit einem niedrigen PC1-Wert. Wasserstress erhöhte die PC1- und PC2-Werte für T. compactum (#10) im Vergleich zu normalen Bedingungen. In Übereinstimmung mit anderen Behandlungen wurden die Diploiden unter beiden Wasserbedingungen auf der linken Seite des Biplotdiagramms von Tetra- und Hexaploiden getrennt.

Im Gegensatz zu allen gemessenen Merkmalen waren die Zn- und Fe-Gehalte (µg/g) der Körner unter wasserlimitierten Bedingungen erhöht. Für diese Veränderung wurde ein Konzentrationseffekt aufgrund der kleineren Korngröße und eines höheren Verhältnisses von Aleuron zu Endosperm unter Feuchtigkeitsstressbedingungen vermutet22. Neben dem Kornertrag und seinen Komponenten wurde unter wasserlimitierten Bedingungen im Vergleich zur Brunnenwassersituation eine deutliche Verringerung der KL und KD, die in direktem Zusammenhang mit der Korngröße stehen, festgestellt.

Zink und Fe werden benötigt, um viele zelluläre Prozesse in Pflanzen wie die Chlorophyllsynthese zu regulieren, und ihr Mangel führt zu einem verminderten Zellstoffwechsel, was sich auf den Pflanzenertrag auswirkt. Die Bodenanwendung von Zn und Fe kann den Getreideertrag verbessern, einige Studien haben jedoch gezeigt, dass die Blattanwendung wirksamer ist als die Bodenanwendung13,14. Unter wasserarmen Bedingungen kann die Bodenanwendung unwirksam sein, da der Transport von Zn zu Pflanzenwurzeln überwiegend durch Diffusion erfolgt und Feuchtigkeit ein physikalisches Medium für einen wirksamen Diffusionsfluss von Zn23 darstellt. In der vorliegenden Studie verbesserten Blattanwendungen von Zn und Fe unter normalen Wasserbedingungen den Kornertrag in gewissem Maße, ihre kombinierte Anwendung erhöhte jedoch den Kornertrag im Vergleich zur Kontrolle deutlich. Außerdem wurde bei Wasserstress ein deutlich höherer GY für Zn- und Zn + Fe-Behandlungen beobachtet und die durch Wasserstress verursachte Ertragsminderung im Vergleich zur Kontrollbehandlung gemildert. Es wurde festgestellt, dass Mikronährstoffe wie Zn die negativen Auswirkungen von Wasserstress durch die Regulierung pflanzlicher Prozesse abmildern können, einschließlich der Hochregulierung von Abscisinsäure zur Optimierung des Stomatenverschlusses, einer höheren Produktion und Aktivität antioxidativer Enzyme sowie einer Hochregulierung der beteiligten Gene bei Wasserstress24,25,26. Es scheint, dass TKW und KL von den drei gemessenen Ertragskomponentenmerkmalen einen größeren Beitrag zu einem höheren Kornertrag leisteten als KD, da die ersteren aufgrund von Wasserstress weniger reduziert wurden, insbesondere bei der Anwendung von Zn + Fe als KD (Tabelle 2).

Zusätzlich zum Nährstoffkonzentrationseffekt aufgrund der kleineren Korngröße unter Feuchtigkeitsstressbedingungen erhöhten Zn- und Fe-Anwendungen den Gehalt dieser Mikronährstoffe im Getreide deutlich. Diese Ergebnisse stützen nachdrücklich frühere Erkenntnisse, die darauf hindeuten, dass die Blattanwendung von Zn und Fe den Zn- und Fe-Gehalt der Körner wirksam erhöht, insbesondere unter Wasserstressbedingungen, bei denen die Bodenanwendung ihre Mobilität und Pflanzenverfügbarkeit einschränken kann27,28. Es wird auch angenommen, dass aufgrund der geringen Beweglichkeit von Fe im Phloem die Fe-Düngung bei der Anreicherung von Getreidekörnern weniger wirksam zu sein scheint als die Zn-Düngung4,7. Dies war jedoch in unserer Untersuchung nicht der Fall, und die Anwendung von Fe auf den Blättern steigerte den Fe-Gehalt des Korns sogar noch wirksamer als die Anwendung von Zn und den Zn-Gehalt des Korns (Tabelle 2). Der Zeitpunkt der Blattapplikation ist ebenfalls ein entscheidender Faktor für die Erhöhung des Zn- und Fe-Gehalts im Korn, wobei die späten Wachstumsstadien am besten geeignet sind7. In dieser Forschung wurden Zn und Fe in zwei späten Pflanzenwachstumsstadien, dem Booten und dem Milchteig, auf die Blätter aufgetragen.

Die Blattapplikation von Zn und Fe wirkte sich positiv auf alle Merkmale außer PH, FLL und FLW aus, insbesondere unter wasserarmen Bedingungen, wo der Stresseffekt auf die Merkmale bis zu einem gewissen Grad abgeschwächt wurde. Die Behandlung mit Zink + Eisen steigerte den Kornertrag und seine Komponenten, und die Anwendung von Zn verbesserte NKS und TKW unter beiden Feuchtigkeitsbedingungen. Unser Befund stimmte in dieser Hinsicht mit früheren Studien überein28,29.

Unsere Ergebnisse hinsichtlich der Reaktion verschiedener Weizenploidieniveaus (2x, 4x und 6x) auf Wasserstress und die Anwendung verschiedener Mikronährstoffe stimmten mit anderen Berichten überein30. In dieser Studie lieferten 4x- und 6x-Arten bei beiden Feuchtigkeitsbedingungen fast viermal so viel Getreide wie 2x-Arten. Diploide Arten sind im Allgemeinen weniger entwickelt als 4x- und 6x-Arten, die viele Selektionszyklen durchlaufen haben, um den Getreideertrag zu steigern31. Dies zeigt sich in mehreren überlegenen Eigenschaften von 4x- und 6x-Arten, einschließlich T. aestivum und T. durum im Vergleich zu Diploiden, T. boeoticum und T. urartu. Außerdem fanden wir für Diploide viel niedrigere Werte für TKW und GY, was sich in ihren kleineren KL- und KD-Werten widerspiegelt, im Vergleich zu höheren Ploidiewerten bei Weizen.

Der Einfluss von Wasserstress auf den Getreideertrag variierte je nach Ploidieniveau (2x, 4x und 6x), wobei bei der Kontrollbehandlung mit Mikronährstoffanwendung eine stärkere Verringerung (48 %) bei 2x beobachtet wurde. Alle Weizenploidieniveaus reagierten nahezu ähnlich auf Zn-, Fe- und Zn + Fe-Behandlungen, was zu einem höheren Ertrag unter normalen Feuchtigkeitsbedingungen oder einer geringeren Reduzierung bei Wasserstress führte. Gleichzeitig erhöhte die Anwendung von Zn, Fe und deren Kombination die Konzentration dieser Mikronährstoffe im Getreide deutlich, was mit früheren Berichten übereinstimmt32,33. Dies deutet darauf hin, dass Blattanwendungen mit Zn und Fe gleichzeitig den Kornertrag und den Zn- und Fe-Gehalt sowohl unter normalen als auch unter Wasserstressbedingungen erhöhen können.

Die kombinierte Anwendung von Zn und Fe war ebenso praktisch wie die separate Anwendung jedes Elements, was die Bioanreicherung von Zn und Fe kosteneffizient machen könnte. Interessanterweise wurde die höchste Kornertragssteigerung als Reaktion auf die kombinierte Anwendung von Zn und Fe unter den beiden Feuchtigkeitsbedingungen und der höchste Korn-Zn-Gehalt als Reaktion auf die Blattanwendung von Zn unter Wasserstressbedingungen bei 6x-Weizen beobachtet. Hexaploider Weizen (Triticum aestivum L.) macht etwa 95 % der weltweiten Weizenproduktion aus und ist ein Grundnahrungsmittel für schätzungsweise 40 % der Weltbevölkerung34. Die meisten modernen Weizensorten weisen von Natur aus einen niedrigen Zn- und Fe-Gehalt im Korn auf, was ein ernstes Gesundheitsrisiko für den Menschen darstellt.

Die in Biplot-Diagrammen dargestellte Hauptkomponentenanalyse (Abb. 2a–h) ergab eine Unterscheidung der Arten als Reaktion auf Mikronährstoffbehandlungen. Diploide Arten von T. boeoticum, T. monoccocum und T. urartu gelten als wild oder domestiziert wild35. Wie erwartet reagierten diese nicht verbesserten Arten im Vergleich zu stärker verbesserten 4x- und 6x-Gegenstücken uneinheitlich auf Mikronährstoffbehandlungen. Bei beiden Bewässerungsbedingungen und allen Mikronährstoffbehandlungen war der Ertrag der 2x-Arten deutlich geringer als bei den 4x- und 6x-Arten. Im Vergleich zu modernen 4x- und 6x-Sorten gruppierten sie sich im linken Quadranten des Biplots und wiesen einen höheren Zn- und Fe-Gehalt der Körner auf.

Insgesamt wurden zehn Arten auf der 4x-Ebene untersucht. Unter beiden Bewässerungsbedingungen und allen Behandlungen wurden hauptsächlich Weizenlandrassen, die zu T. dicoccoides (wilder Emmer), T. dicoccum (Emmer), T. ispahanicum (Emmer) und einem T. polonium-Genotyp (Nr. 11) gehören, von stärker verbesserten Sorten getrennt Arten und besetzten hauptsächlich die linken Quadranten auf dem Biplot-Diagramm, verbunden mit höherkörnigem Zn, Fe und KL und niedrigerem GY, TKW, NKS und KD. Im Gegensatz dazu wurden die verbesserten Genotypen von Tetraploiden, die von Natur aus arm an Zn und Fe sind, in den rechten Quadranten des Biplots platziert, der mit niedrigem Zn- und Fe-Gehalt und höherem GY, TKW, KD und NKS assoziiert ist. Dies weist auf die bekannte Tatsache hin, dass die Landrassen-Genotypen hinsichtlich des Ertrags nicht mit den modern gezüchteten Sorten konkurrieren können, aber viele wertvolle Eigenschaften aufweisen, wie z. B. einen höheren Zn- und Fe-Gehalt im Korn19. Zu den bisher getesteten Weizenarten gehört Wildemmer, Triticum turgidum ssp. Diccoccoide enthalten die höchsten Konzentrationen an Korn-Zn und Fe5. Das Gpc-B1-Allel auf Chromosom sechs dieser Art wurde gut charakterisiert und mit höherem Kornprotein, Zn und Fe36 in Verbindung gebracht.

Hexaploide bestanden aus fünf Arten mit unterschiedlichem Verbesserungsgrad. Sowohl bei den Feuchtigkeitsbedingungen als auch bei allen Behandlungen wurde der Dinkel-Genotyp Nr. 4 im linken Quadranten des Biplots platziert, in der Nähe der Emmer- und Einkorn-Genotypen, und mit höherem Korn-Zn und Fe sowie niedrigeren GY, TKW, NKS und KD assoziiert. Berichte37,38 deuten darauf hin, dass T. spelta unter hexaploiden Weizen trotz eines geringeren Kornertrags einen höheren Kornprotein-, Zn- und Fe-Wert aufweist. Andererseits wurden die meisten Genotypen verbesserter Arten, einschließlich synthetischer Kreuzungen und T. aestivum, sowohl bei Feuchtigkeitsbedingungen als auch bei allen Behandlungen in den rechten Quadranten gefunden. Diese Genotypen hatten einen hohen GY, TKW, NKS, KD und einen geringen Korngehalt an Zn, Fe und KL. Dies könnte weiter bestätigen, dass eine Ertragsverbesserung mit einem erheblichen Rückgang des Kornmineralgehalts verbunden war2,3 und daher eine bessere Reaktion dieser Genotypen auf die Anwendung von Mikronährstoffen wie Zn und Fe.

Ploidiestufen und Arten innerhalb jeder Ploidiestufe reagierten unterschiedlich auf Wasserstress hinsichtlich der Ertragsreduzierung, wobei 2x stärker betroffen war und sich bei allen Behandlungen weiter von den 4x- und 6x-Arten entfernte, hauptsächlich im unteren linken Quadranten des Biplotdiagramms. Obwohl die 6x-Genotypen unter normalen Bedingungen einen höheren Ertrag und einen geringeren Zn- und Fe-Gehalt im Korn aufwiesen als die 4x-Genotypen, zeigten sie bei Wasserstress einen deutlicheren Ertragsrückgang. Im Allgemeinen ist 4x-Weizen toleranter gegenüber Wasserstress als die 6x-Gegenstücke39. Infolgedessen zeigten die 4x-Arten von T. turanicum und T. durum (Nr. 8) bei den meisten Behandlungen und beiden Feuchtigkeitsbedingungen einen hohen GY, TKW und KD sowie Korn-Zn und Fe.

Wasserstress wirkte sich negativ auf alle gemessenen Merkmale aus, mit Ausnahme des Zn- und Fe-Gehalts im Korn, der unter wasserlimitierten Bedingungen erhöht war. Unter normalen Bedingungen und unter Wasserstressbedingungen verbesserten Blattanwendungen von Zn und Fe den Kornertrag etwas, ihre kombinierte Anwendung steigerte diese Eigenschaft jedoch im Vergleich zur Kontrollbehandlung deutlich. Die Anwendung von Zn + Fe milderte auch den durch Wasserstress verursachten Kornertragsrückgang. Zusätzlich zum Konzentrationseffekt aufgrund der kleineren Korngröße unter Feuchtigkeitsstressbedingungen erhöhten Zn- und Fe-Anwendungen den Gehalt dieser beiden Mikronährstoffe im Getreide deutlich. In Übereinstimmung mit anderen Berichten zeigten unsere Ergebnisse, dass 4x- und 6x-Arten bei beiden Feuchtigkeitsniveaus fast viermal so viel Getreide lieferten wie nicht verbesserte 2x-Arten. Die negativen Auswirkungen von Wasserstress auf die Getreideproduktivität variierten je nach Ploidieniveau, wobei bei 2x-Weizen ein stärkerer Rückgang des Getreideertrags beobachtet wurde. Alle Ploidieniveaus reagierten nahezu ähnlich auf die Blattdüngung mit Zn, Fe und Zn + Fe. Die kombinierte Anwendung von Zn + Fe war ebenso praktisch wie jedes einzelne Element und machte die Bioanreicherung von Zn und Fe kostengünstig. Interessanterweise wurde der höchste Anstieg des Kornertrags als Reaktion auf die kombinierte Anwendung von Zn + Fe unter beiden Feuchtigkeitsbedingungen und der höchste Korn-Zn-Gehalt als Reaktion auf die Blattanwendung von Zn unter Wasserstressbedingungen bei 6x-Weizen beobachtet.

In Übereinstimmung mit den oben genannten Ergebnissen wurden in der PCA-Analyse verschiedene Arten als Reaktion auf Mikronährstoffbehandlungen kategorisiert. Bei beiden Wasserbedingungen wurden Weizenlandrassen und Wildarten auf dem Biplot-Diagramm von ertragreichen, verbesserten Genotypen der 4x- und 6x-Arten getrennt. Die weniger verbesserten Landsorten enthalten von Natur aus höherkörniges Zn und Fe, da sie nicht im Zuge der Ertragssteigerung selektiert wurden, was bei den meisten Hartweizen- und Brotweizensorten der Fall ist.

In einer vorläufigen Studie wurde eine Sammlung von 144 Weizengenotypen, die aus unterschiedlichen Ploidieniveaus und einer breiten geografischen Verteilung bestanden, auf Ertrag getestet, und 86 ertragreichere Genotypen wurden für Korn-Zn- und Fe-Messungen ausgewählt. Auch hier wurden unter Berücksichtigung aller Ploidieniveaus und geografischen Herkunft 35 Genotypen mit höheren Korn-Zn- und Fe-Konzentrationen für die aktuelle Studie ausgewählt (Daten nicht gezeigt). Die Sammlung umfasste zehn hexaploide Genotypen von fünf Arten, 19 tetraploide von zehn Arten und sechs diploide von drei Arten (Tabelle S1). In jedem der beiden Bewässerungsregime wurde ein Split-Plot-Schema in einem randomisierten vollständigen Blockdesign mit zwei Wiederholungen verwendet. Das Experiment wurde auf der Forschungsfarm der Technischen Universität Isfahan (IUT) (32°32′ N und 51°23′ E, mit 1630 m Höhe) während der Vegetationsperioden 2019–2020 durchgeführt. Jede Parzelle bestand aus zwei Reihen mit einer Länge von jeweils 100 cm, einem Abstand von 20 cm (0,40 m2) und einem Pflanzenabstand von 1,25 cm. Als Hauptfaktor wurde die Mikronährstoffzufuhr und als Subfaktor der Genotyp berücksichtigt. Der Boden auf dem Versuchsgelände bestand aus lehmigem Ton mit einem pH-Wert von 7,5 (Tabelle S2) und der durchschnittliche jährliche Niederschlag und die Temperatur betrugen 140 mm bzw. 15 °C. Alle Parzellen wurden gleichmäßig bewässert, bis 50 % aller Genotypen in der Blütephase waren. Zu diesem Zeitpunkt wurden auf den Versuchsflächen zwei Bewässerungssysteme angewendet, wobei ein volumetrischer Zähler und Polyethylenrohre aus einer Pumpstation zum Einsatz kamen. Um stressfreie und wasserstressfreie Bedingungen zu schaffen, wurde die Bewässerung angewendet, wenn 40 bzw. 80 % des gesamten verfügbaren Wassers um die Wurzelzone aufgebraucht waren40.

Die Blattapplikation von Fe und Zn wurde in zwei Pflanzenwachstumsstadien durchgeführt, nämlich beim Keimen (Skala 40) und im frühen Milchstadium (Skala 73).41 Es wird angenommen, dass dies die reaktionsstärksten Stadien sind7. Fe-EDTA und Zn-EDTA wurden durch Aufsprühen einer 0,25 % (w/v) Lösung aufgetragen, die 200 mg L−1 Tween 20 als Tensid enthielt42. Die 0,25 % w/v (2,5 g L−1) Lösungen von Zn-EDTA und Fe-EDTA wurden durch Auflösen geeigneter Mengen von Fe-EDTA- (13,2 % Fe) oder Zn-EDTA- (14,0 % Zn) Chelaten (geliefert von) hergestellt (TradeCorp AZ®) in einem 250-l-Polyethylentank mit 220 l Leitungswasser.

Eine äquivalente Menge Wasser wurde auf Pflanzen in Kontrollparzellen gesprüht. Für die Zn + Fe-Behandlung wurde zuerst Zn-EDTA aufgesprüht und drei Tage später wurde Fe-EDTA aufgetragen. Alle Sprühvorgänge wurden durchgeführt, um die Blattoberfläche unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeit am Abflusspunkt am späten Nachmittag gleichmäßig zu bedecken. Mit Ausnahme der Bewässerung und der Blattbehandlung wurden alle anderen Feldarbeiten für alle Versuchsparzellen einheitlich durchgeführt. Unser Pflanzenmaterial entspricht den relevanten institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien und Gesetzen.

Die Merkmale, einschließlich der Anzahl der Kerne pro Ähre (NKS), der Pflanzenhöhe (PH cm), der Fahnenblattlänge (FLL mm) und der Fahnenblattbreite (FLW mm), wurden an fünf zufällig aus jeder Parzelle ausgewählten Proben gemessen. PH, FLL und FLW wurden in der späten Anthese gemessen. Der Kornertrag pro Parzelle (GY g/m2) war das Gesamtkorngewicht, das auf jeder Parzelle geerntet wurde. Kernlänge und -durchmesser (KL, KD mm) wurden an 100 Körnern mit einem Messschieber gemessen und anschließend gemittelt. Einhundert Körner wurden gezählt, gewogen und zur Berechnung des Tausendkorngewichts (TKW g) verwendet. Die Zn- und Fe-Konzentrationen im Korn wurden wie folgt bestimmt. Eine Getreideprobe (0,2 g) von jeder Parzelle wurde drei Stunden lang bei 550 °C verascht. Anschließend wurden anorganische Ionen mit 10 ml 2 N HCl extrahiert und das Volumen jeder Probe auf 100 ml standardisiert. Die Proben wurden mit einem Flammen-Atomabsorptionsspektrometer WFX-210 von Rayleigh analysiert. Die Nachweisgrenzen für Fe und Zn lagen bei 0,01 bzw. 0,007 mg L−1. Alle Mikronährstoffkonzentrationen in Getreide wurden auf Trockengewichtsbasis ausgedrückt.

Vor der Varianzanalyse (ANOVA) wurde der Kolmogorov-Smirnov-Test durchgeführt, um die Normalverteilung der Daten zu untersuchen. Der Bartlett-Test wurde verwendet, um die Homogenität der Restvarianzen zu testen. Anschließend wurden die Unterschiede zwischen Genotypen, zwischen Bewässerungssystemen und deren Wechselwirkungen in einer kombinierten Varianzanalyse unter Verwendung von SAS Release 9.4 (SAS Institute, Cary, NC, USA) untersucht. Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde durchgeführt, um die mehreren Dimensionen des Datenraums zu reduzieren, und wurde auch verwendet, um die Beziehungen zwischen Merkmalen und der Streuung der Behandlungen mithilfe der R-Paketsoftware zu identifizieren43.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Grassini, P., Eskridge, KM & Cassman, KG Unterscheidung zwischen Ertragssteigerungen und Ertragsplateaus in historischen Trends der Pflanzenproduktion. Nat Commun. 4, 2918 (2013).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Fan, MS et al. Hinweise auf eine abnehmende Mineraldichte im Weizenkorn in den letzten 160 Jahren. J. Trace Elem. Med. Biol. 22, 315–324 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Morgounov, A. et al. Historische Veränderungen im Getreideertrag und in der Qualität der in Sibirien von 1900 bis 2010 angebauten Sommerweizensorten. Can J. Plant Sci. 93, 425–433 (2013).

Artikel Google Scholar

Rengel, Z., Batten, GD & Crowley, DE Agronomische Ansätze zur Verbesserung der Mikronährstoffdichte in essbaren Teilen von Feldfrüchten. Feldfrüchte Res. 60, 27–40 (1999).

Artikel Google Scholar

Cakmak, I. et al. Triticum dicoccoides: Eine wichtige genetische Ressource zur Erhöhung der Zink- und Eisenkonzentration in modernem Kulturweizen. Bodenwissenschaft. 50, 1047–1054 (2004).

CAS Google Scholar

Cakmak, I., Pfeiffer, WH & McClafferty, B. Biofortifizierung von Hartweizen mit Zink und Eisen. Getreidechemie. 87, 10–20 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Cakmak, I. Anreicherung von Getreidekörnern mit Zink: Agronomische oder genetische Biofortifizierung? Pflanzenboden 302, 1–17 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Lidon, FC et al. Sequentielle Zn- und Fe-Biofortifizierung von Brotweizenkörnern: Von kontrollierten zu unkontrollierten Umgebungen. Ernte Vergangenheit. Wissenschaft. 66, 1097–1104 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Gomez-Becerra, HF et al. Genetische Variation und Umweltstabilität der Kornmineral-Nährstoffkonzentrationen in Triticum dicoccoides unter fünf Umgebungen. Euphytica 171, 39–52 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Suchowilska, EM, Wiwart, W., Kandler, R. & Krska, A. Vergleich der Makro- und Mikroelementkonzentrationen im Vollkorn von vier Triticum-Arten. Pflanzenbodenumgebung. 58, 141–147 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Li, M. et al. Einfluss von Zn-Anwendungsmethoden auf die Zn-Verteilung und Bioverfügbarkeit in Weizenperlenfraktionen von zwei Weizengenotypen. J. Integr. Landwirtschaft. 16, 1617–1623 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Tao, Z. et al. Auswirkungen von Zinkdünger und kurzfristigem Hochtemperaturstress auf die Weizenkornproduktion und Weizenmehlproteine. J. Integr. Landwirtschaft. 17, 1979–1990 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Zou, CQ et al. Bioanreicherung von Weizen mit Zink durch Zinkdüngung in sieben Ländern. Pflanzenboden 361, 119–130 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Cakmak, I. & Kutman, UB Agronomische Bioanreicherung von Getreide mit Zink: Ein Überblick. Eur J Soil Sci 69, 172–180 (2018).

Artikel Google Scholar

Yadav, RS et al. Agronomische Bioanreicherung von Weizen (Triticum aestivum L.) durch mit Eisen und Zink angereicherte organische Stoffe. J. Wheat Res. 3, 46–51 (2011).

Google Scholar

Öpik, M. et al. Die Online-Datenbank MaarjAM deckt globale und ökosystemare Verbreitungsmuster arbuskulärer Mykorrhizapilze (Glomeromycota) auf. Neues Phytol. 188, 223–241 (2010).

Artikel PubMed Google Scholar

Xue, GP et al. Die Familie der Hitzeschockfaktoren aus Triticum aestivum als Reaktion auf Hitze und andere große abiotische Belastungen und ihre Rolle bei der Regulierung von Hitzeschockproteingenen. J. Exp. Bot. 65, 539–557 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cakmak, I. & Marschner, H. Erhöhung der Membranpermeabilität und Exsudation in Wurzeln von Pflanzen mit Zinkmangel. J. Pflanzenphysiologie. 132, 356–361 (1988).

Artikel CAS Google Scholar

Cakmak, I. Mögliche Rollen von Zink beim Schutz von Pflanzenzellen vor Schäden durch reaktive Sauerstoffspezies. Neues Phytol. 146, 185–205 (2000).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, H. & Jin, JY Photosyntheserate, Chlorophyll-Fluoreszenzparameter und Lipidperoxidation von Maisblättern, beeinflusst durch Zinkmangel. Photosynthetica 43, 591–596 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Bagci, SA, Ekiz, H., Yilmaz, A. & Cakmak, I. Auswirkungen von Zinkmangel und Dürre auf den Getreideertrag von im Freiland angebauten Weizensorten in Zentralanatolien. J. Agron. Crop Sci. 193, 198–206 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Velu, G., Singh, R., Huerta-Espino, J. & Peña, RJ Einfluss von Dürre und erhöhter Temperatur auf die Zink- und Eisenkonzentrationen im Korn von CIMMYT-Sommerweizen. J. Cereal Sci. 69, 182–186 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Marschner, H. Zinkaufnahme aus Böden. In Zinc in Soils and Plants (Hrsg. Robson, AD) 59–77 (Kluwer, 1993).

Kapitel Google Scholar

Yang, KY et al. Umgestaltung der Wurzelmorphologie durch CuO- und ZnO-Nanopartikel: Auswirkungen auf die Trockenheitstoleranz von Pflanzen, die von einer nützlichen Pseudomonade besiedelt werden. Botanik 96, 175–186 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Sultana, S. et al. Einfluss der Blattapplikation von Eisen und Zink auf die Nährstoffaufnahme und den Kornertrag von Weizen unter verschiedenen Bewässerungssystemen. Bangladesch J. Agric. Res. 43, 395 (2018).

Artikel Google Scholar

Sattar, A. et al. Die Blattanwendung von Zink verbessert die morphophysiologischen und antioxidativen Abwehrmechanismen sowie die agronomische Getreidebioanreicherung von Weizen (Triticum aestivum L.) unter Wasserstress. Saudi J. Biol. Wissenschaft. 29, 1699–1706 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Paul, K., Bala, TK, Shahriar, S. & Hira, HR Wirkung der Blattapplikation von Zink auf den Ertrag von Weizen, der unter Wasserstressbedingungen angebaut wird. Int J. Bio. Ressource. Stressmanagement 7, 1025–1031 (2016).

Artikel Google Scholar

Mannan, MA et al. Boden- und Blattanwendungen von Zinksulfat und Eisensulfat mildern die zerstörerischen Auswirkungen von Trockenstress bei Weizen. Getreideres. Komm. https://doi.org/10.1007/s42976-022-00262-5 (2022).

Artikel Google Scholar

Gomez-Coronado, F., Poblaciones, MJ, Almeida, AS & Cakmak, I. Kombinierte Zink- und Stickstoffdüngung in verschiedenen Brotweizen-Genotypen, die unter mediterranen Bedingungen angebaut wurden. Getreideres. Komm. 45, 154–165 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Rachoń, L., Bobryk-Mamczarz, A. & Kiełtyka-Dadasiewicz, A. Produktivität und Qualität von geschältem Weizen in der modernen Landwirtschaft im Vergleich zu konventionellen Weizenarten. Landwirtschaft 10, 275 (2020).

Artikel Google Scholar

Hajnalova, M. & Dreslerova, D. Ethnobotanik von Einkorn und Emmer in Rumänien und der Slowakei: Auf dem Weg zur Interpretation archäologischer Beweise. Pamat. Archäol. 101, 169–202 (2010).

Google Scholar

Niyigaba, E. et al. Die Qualität des Winterweizenkorns sowie die Zink- und Eisenkonzentration werden durch eine kombinierte Blattbesprühung mit Zink- und Eisendüngern beeinflusst. Agronomie 9, 250 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Ramzan, Y. et al. Die Bioanreicherung mit Zink und Eisen verbessert die Kornqualität und den Ertrag der Weizenernte. Int. J. Plant Prod. 14, 501–510 (2020).

Artikel Google Scholar

Mayer, KFXA Chromosomenbasierte Entwurfssequenz des hexaploiden Brotweizengenoms (Triticum aestivum). Science 345, 1251788–1251811 (2014).

Artikel Google Scholar

Dvořák, J. Triticum-Arten (Weizen). In der Enzyklopädie der Genetik. S. 2060–2068 Veröffentlichungen – UC Davis Plant Sciences (2001).

Xu, YF, Sadat, S., Drenth, J. & McIntyre, CL Molekulare Kartierung von QTLs für die Kornzink-, Eisen- und Proteinkonzentration von Weizen in zwei Umgebungen. Feldfrüchte Res. 138, 57–62 (2012).

Artikel Google Scholar

Gomez-Becerra, HF et al. Kornkonzentrationen von Proteinen und Mineralnährstoffen in einer großen Sammlung von Dinkelweizen, der unter unterschiedlichen Bedingungen angebaut wird. J. Getreide. Wissenschaft. 52, 342–349 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Velu, G. et al. Züchtung zur Erhöhung der Zink- und Eisenkonzentration im Keimplasma von CIMMYT-Sommerweizen. Tschechisch J. Genet. Pflanzenrasse. 47, 174–177 (2011).

Artikel Google Scholar

Zhang, J. & Kirkham, MB Trockenstress verursachte Veränderungen in den Aktivitäten von Superoxiddismutase, Katalase und Peroxidase bei Weizenarten. Pflanzenzellphysiologie. 35, 785–791 (1994).

Artikel CAS Google Scholar

Allen, RG, Pereira, LS, Raes, D. & Smith, M. Evapotranspiration von Nutzpflanzen – Richtlinien zur Berechnung des Wasserbedarfs von Nutzpflanzen – FAO-Bewässerungs- und Entwässerungspapier 56. Fao Rome 300, D05109 (1998).

Google Scholar

Zadoks, JC, Chang, TT & Konzak, CFA-Dezimalcode für die Wachstumsphase von Getreide. Unkraut Res. 14, 415–421 (1974).

Artikel Google Scholar

Kutman, BU, Yildiz, B., Ozturk, L. & Cakmak, I. Biofortifizierung von Hartweizen mit Zink durch Boden- und Blattanwendungen von Stickstoff. Getreidechemie. 87, 1–9 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

RStudio-Team. RStudio: Integrierte Entwicklung für R. RStudio, PBC, Boston (2020). http://www.rstudio.com.

Referenzen herunterladen

Diese Forschung wurde von der Isfahan University of Technology, Lehrstuhl für Weizenforschung, unterstützt. Die Autoren danken Dr. Mozhgan Abtahi sehr für die sorgfältige und sorgfältige Lektüre des Artikels.

Abteilung für Agronomie und Pflanzenzüchtung, Hochschule für Landwirtschaft, Technische Universität Isfahan, Isfahan, 84156-83111, Iran

Fatemeh Shoormij, Aghafakhr Mirlohi und Ghodratollah Saeidi

Abteilung für Bodenkunde, Hochschule für Landwirtschaft, Technische Universität Isfahan, Isfahan, 84156-83111, Iran

Mehran Shirvani

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F.Sh. führte die Feld- und Laborarbeit durch, analysierte die Daten und verfasste den ursprünglichen Manuskriptentwurf; F.Sh., AM und GS haben das Feldexperiment entworfen; AM hat das Projekt geleitet. Alle Autoren haben den endgültigen Entwurf gelesen und kommentiert. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Aghafakhr Mirlohi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Shoormij, F., Mirlohi, A., Saeidi, G. et al. Die kombinierte Blattanwendung von Zn und Fe erhöht die Mikronährstoffkonzentration im Getreide und lindert Wasserstress bei verschiedenen Weizenarten und Ploidalniveaus. Sci Rep 12, 20328 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24868-1

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Eingegangen: 11. September 2022

Angenommen: 22. November 2022

Veröffentlicht: 25. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24868-1

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