Parameters of nitrogen use efficiency of swiss spring wheat genotypes (Triticum aestivum L.)

Abstract

Efficient use of nitrogen (Ν) by a major arable crop like wheat (Triticum aestivum L.) contributes to sustainable agricultural systems. Efficient use of Ν (NUE) is complex to be delivered and it is determined by yield efficiency, which is the product of recovery efficiency and physiological efficiency. The possibilities of genetically improving the yield of grain and protein must be explored extensively to avoid Ν losses. Nitrogen uptake seems to be the most promising strategy to enhance the amount of Ν in the plant, hence to increase grain protein yield. Furthermore Ν uptake may linked to genotypic variation in root characteristics. Within a three year-experiment (1998 to 2000) the present study has employed a well-tested lysimeter facility together with field trials to compare Ν use efficiency through simple Ν use components of spring wheat genotypes. The genotypes were grown without and with ample (250 kg Ν ha⁻¹) fertilizer Ν supply. The choice of the genotype and Ν fertilization are the best known cultivation techniques which have large influence on yield quantity and quality (bread making) in wheat production. Breeding for both high productivity and high quality is generally a compromise between the one and the other characteristic. The choice of a variety that takes into account both quantity and quality (and environmental assessments) in intensive agricultural systems comes by exploitation with high fertilization levels. The most promising way of improving the utilization of soil Ν seems, therefore, to breed cultivars that remove plant-available Ν from the soil more rapidly. Genotypes with clear differences in Ν uptake were identified in the framework of the present study. There are indications that the root system plays an important role and that high or lower yielding genotypes, efficient or not in Ν uptake respectively exhibit peculiarities in root growth at anthesis. Further work is needed to establish clear cultivar differences on root growth. A subsequent study could aim at crossing cultivars with greatest differences in root growth and Ν uptake and the derived population will be used for estimating the number of loci controlling genetic variation using molecular maps.

Η αποδοτική χρήση του αζώτου (Ν) από μια σημαντική καλλιέργεια όπως το σιτάρι (Triticum aestivum L.) έχει ουσιαστική συνεισφορά στα αειφορικά γεωργικά συστήματα. Η αποδοτική χρήση του αζώτου είναι περίπλοκη και προσδιορίζεται από την αποδοτικότητα σε καρπό (ανά μονάδα εφαρμοσθέντος αζώτου), η οποία με την σειρά της είναι προΐον της πρόσληψη από τα φυτά (ανά μονάδα εφαρμοσθέντος αζώτου) και της φυσιολογικής αποδοτικότητας (παραγωγή καρπού ανά μονάδα ολικού αζώτου στο βλαστό). Οι πιθανότητες γενετικής βελτίωσης της απόδοσης σε καρπό και πρωτεΐνη πρέπει να διερευνηθούν διεξοδικά προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες σε άζωτο. Φαίνεται ότι η πρόσληψη αζώτου είναι η πλέον ελπιδοφόρα στρατηγική για την αύξηση της ποσότητας του αζώτου που προσλαμβάνει το φυτό, επομένως μπορεί να αυξηθεί η απόδοση σε πρωτεΐνη. Επιπλέον, η πρόσληψη του αζώτου ίσως συνδέεται με τη γενοτυπική παραλλακτικότητα σε χαρακτηριστικά του ριζικού συστήματος. Στην παρούσα μελέτη η οποία διεξήχθη σε πειραματικά αγροτεμάχια τριετούς διάρκειας (1998 - 2000) χρησιμοποιήθηκαν επίσης συστήματα λυσιμέτρων προκειμένου να γίνει σύγκριση της αποδοτικής χρήσης του αζώτου σε ανοιξιάτικες ποικιλίες σιταριού. Οι γενότυποι που χρησιμοποιήθηκαν καλλιεργήθηκαν χωρίς (0 kg Ν ha⁻¹) και κάτω από συνθήκες επαρκούς αζωτούχου λίπανσης (250 kg Ν ha⁻¹). Η επιλογή του καταλλήλου γενοτύπου και της αζωτούχου λίπανσης θεωρούνται σήμερα οι πλέον γνωστές καλλιεργητικές τεχνικές οι οποίες έχουν μεγάλη επίδραση στην απόδοση και την ποιότητα (αλευροποιητική αξία) κατά την παραγωγή σιταριού. Η γενετική βελτίωση για αυξημένη παραγωγικότητα αλλά και ποιοτικά χαρακτηριστικά είναι γενικά ένας συμβιβασμός μεταξύ του ενός ή του άλλου χαρακτηριστικού. Η επιλογή μιας ποικιλίας η οποία χαρακτηρίζεται τόσο από την αυξημένη παραγωγή όσο και από την ποιότητα (με περιβαλλοντικές εκτιμήσεις) στα εντατικά γεωργικά συστήματα, μπορεί να προέλθει μέσω της εκμετάλλευσης των υψηλών επιπέδων λίπανσης. Ο πλέον ελπιδοφόρος τρόπος για τη βελτίωση της χρησιμοποίησης του εδαφικού αζώτου φαίνεται ότι είναι η βελτίωση ποικιλιών με σκοπό να μετακινούν ταχύτερα από το έδαφος, το διαθέσιμο στο φυτό άζωτο Γενότυποι με σαφείς διαφορές στην πρόσληψη αζώτου έχουν αναγνωρισθεί στα πλαίσια της παρούσας μελέτης. Υπάρχουν ενδείξεις ότι το ριζικό σύστημα διαδραματίζει ένα σημαντικό ρόλο και ότι γενότυποι υψηλής ή χαμηλής αποδοτικότητας, οι οποίοι αντίστοιχα μπορούν ή αδυνατούν να προσλάβουν επαρκή ποσότητα αζώτου, επιδεικνύουν ιδιαιτερότητες στην ανάπτυξη των ριζών ειδικά στο στάδιο της άνθησης. Μελλοντικές έρευνες θα μπορούσαν να στοχεύουν στη διασταύρωση ποικιλιών με τις μεγαλύτερες διαφορές στην ανάπτυξη των ριζών καθώς και στην πρόσληψη του αζώτου και ο πληθυσμός ο οποίος θα προκύψει θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στον υπολογισμό των loci που ελέγχουν τη γενετική παραλλακτικότητα με τη χρήση μοριακών χαρτών.