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Influence of nitrogen nutrition, daylength and temperature on contents of gibberellic and abscisic acid and on tuberization in potato plants

Summary

In water culture experiments, plants grown under inducing climatic conditions (20°C and 12 h) and continuous supply of N had a relatively low ABA and a high GA content in the shoot. These plants failed to form tubers. The combination of these same climatic conditons with interruption of the N supply led to an increase in the ABA and the simultaneous decrease in the GA content, i.e. a high ABA/GA ratio. Coincidently tuberization occurred. Restoration of the N supply cáused an inversion of the ABA/GA ratio and was often accompanied by regrowth of tubers.

Under non-inducing climatic conditions (30°C or 18 h) interruption of the N supply still increased the aBA content but failed to decrease the GA content. Under these conditions tuberization was not observed.

The results indicate that N nutrition, like photoperiod and temperature, may control tuberization in potato plants mainly by changing the ABA/GA ratio.

Zusammenfassung

In Wasserkulturversuchen wurden der Einfluss von kontinuierlichem und diskontinuierlichem N-Angebot bei unterschiedlicher Temperatur (20°C bzw. 30°C) und Tageslänge (12 bzw. 18 Std.) auf den Gehalt an Abscisinsäure (ABA) und Gibberellinsäure (GA) im Spross und auf die Knolleninduktion untersucht.

Die Pflanzen (S. tuberosum cv. Ostara) wuchsen in Klimakammern. Bei kontinuierlichem N-Angebot wurde die NO3-Konzentration der Nährlösung ständig höher als 1 mM gehalten, während bei diskontinuierlich-N das N-Angebot periodisch für 6 Tage unterbrochen wurde (3 Tage+N und 6 Tage-N). Die unterschiedlich mit N ernährten Pflanzen wurden im Abstand von 3 Tagen geerntet und in den Sprossen die ABA- und GA-Gehalte untersucht. ABA wurde gaschromatographisch und GA mit dem Salathypokotyltest bestimmt.

Bei kontinuierlichem N-Angebot wurde die Knolleninduktion auch bei induktiven Klimabedingungen (12 Std. Tageslänge und 20°C) verhindert. Die Wachstumsrate der Sprosse blieb hoch. Unterbrechung des N-Angebotes (diskont. N) verminderte die Wachstumsrate der Sprossen und führte zu Knolleninduktion.

Bei kontinuierlichem N-Angebot waren in den Sprossen die ABA-Gehalte niedrig und die GA-Gehalte hoch (Abb. 2). Unterbrechung des N-Angebotes führte zu raschem Anstieg der ABA-Gehalte und Abfall der GA-Gehalte (ABA/GA=1,5). Gleichzeitig mit dieser Verschiebung trat Knolleninduktion auf. Nach erneutem N-Angebot kam es durch Abnahme der ABA- und Zunahme der GA-Gehalte wieder zur Umkehrung dieses Verhältnisses (ABA/GA ∼0,8).

Ein überhöhtes N-Angebot unmittelbar nach der Induktion führte zum ‘Durchwachsen’ der Knollen (Abb. 3), offenbar die Folge des veränderten Phytohormonverhältnisses.

Im Langtag (18 std.) oder bei konstant hohen Temperaturen (30°C) unterblieb auch nach Unterbrechung des N-Angebotes die Knolleninduktion. Unter diesen Bedingungen stieg zwar der ABA-Gehalt an, der GA-Gehalt jedoch ebenfalls, wodurch sich das ABA/GA-Verhältnis nur leicht erhöhte. Auffallend war, dass auch nach Unterbrechung des N-Angebots im Langtag die Wachstumsrate der Sprosse hoch blieb, und bei hoher Temperatur die Wurzelentwicklung stark beeinträchtigt war (Abb. 5).

Die Versuchergebnisse sprechen dafür, dass für den Anstieg der ABA-Gehalte im Spross bei Unterbrechung des N-Angebotes die Wurzeln eine zentrale Rolle spielen. Dagegen scheint der GA-Gehalt des Sprosses eng mit der meristematischen Aktivität der Sprosspitzen korreliert zu sein. Umweltfaktoren, die besonders das Sprosswachstum fördern (kont. N; hohe Temperaturen), könnten auf diesem Weg das ABA/GA-Verhältnis verkleinern und dadurch die Knolleninduktion verhindern.

Résumé

L'apport continu et discontinu d'azote aux plantes cultivées en hydroponie et exposées à des températures de 20°C et 30°C, à des longueurs de jour de 12 et 18 heures, a été examiné en relation avec la teneur d'acides abcissique (ABA) et gibberellique (GA), dans les pousses ainsi que l'effet sur la tubérisation.

Les plantes (S. tuberosum cv. Ostara) ont été cultivées en chambre de croissance. Par l'apport continu d'azote, la concentration de la solution nutritive en NO3 a été maintenue constamment au-dessus de 1 mM. Tandis que par l'apport discontinu d'N, il a été observé un arrêt d'apport d'azote pendant 6 jours (3 jours+N et 6 jours-N). Les plantes soumises aux différents traitements ontété récoltées à intervalles réguliers de 3 jours. L'ABA et le GA ont été dosés à partir des tiges. L'ABA a été dosé par chromatographie en phase gazeuse et le GA avec l'aide du test de l'hypocotyle de salade.

Par l'apport continu d'azote, l'induction de la tubérisation n'a pas eu lieu, même par des conditions de climat favorables (longueur du jour 12 h et 20°C). Le taux de croissance des tiges était très élevé. L'apport discontinu d'N diminuait la croissance des tiges en déclenchant la tubérisation.

Lors d'apport continu d'azote, les teneurs en ABA dans les tiges étaient basses et celles en GA élevées (fig. 2). L'interruption d'apport d'N provoque un accroissement rapide de la teneur en ABA et une diminution de GA (ABA/GA=1,5). Ce changement était en relation avec la tubérisation. Par un nouvel apport l'ABA diminuait et le GA augmentait, et la relation a été inversée (ABA/GA∼0,8). Un surdosage d'N sitôt après la tubérisation a provoqué la germination des tubercules (fig. 3), probablement en raison du changement des relations entre les phytohormones.

Par jour long (18 h) ou par une température constante de 30°C, il n'y eut pas de formation de tubercules, même après un arrêt de l'apport d'N. Par ces conditions, la teneur en ABA augmentait, et celle de GA également; le rapport de la relation ABA/GA n'a été que légèrement élevé. Par jour long, la croissance des tiges restait élevée même après avoir interrompu l'apport d'N. La croissance des racines était fortement perturbée par températures élevées (fig. 5).

Les résultats d'essais démontrent que les racines jouent un rôle important sur l'augmentation du taux d'ABA dans les tiges, lors de l'arrêt d'apport d'N. Par contre, il semblerait que le taux de GA est étroitement corrélé avec l'activité méristématique des sommets des pousses. Les facteurs du milieu qui favorisent la croissance des tiges (N continu, températures élevées) pourraient par cette voie diminuer la relation ABA/GA et ainsi empêcher toute tubérisation.

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References

  1. El-Antably, H. M. M., P. F. Wareing & J. Hillmann, 1967. Some physiological responses to d,l-abscisin (dormin),Planta 73: 74–90.

    Article  CAS  Google Scholar 

  2. El-Salama, D. A. & P. F. Wareing, 1979. Effects of mineral nutrition on endogenous cytokinins in plants of sunflower.J. exp. Bot. 30: 971–981.

    Google Scholar 

  3. Even-Chen, Z. & C. Itai, 1975. The role of absicic acid in senescence of detached tobacco leaves.Physiologia Pl. 34: 97–100.

    CAS  Google Scholar 

  4. Ewing, E. E. & P. F. Wareing, 1978. Shoot, stolon and tuber formation on potato (Solanum tuberosum L.) cuttings in response to photoperiod.Pl. Physiol. 61: 348–353.

    Google Scholar 

  5. Frankland, E. & P. F. Wareing, 1960. Effect of gibberellic acid on hypocotyl growth of lettuce seedlings.Nature 185: 255–256.

    Google Scholar 

  6. Goldbach, E., H. Goldbach, H. Wagner & G. Michael, 1975. Influence on N deficiency on the abscisic acid content of sunflower plants.Physiologia Pl. 34: 138–140.

    CAS  Google Scholar 

  7. Hammes, P. S. & P. C. Nel, 1975. Control mechanisms in the tuberization process.Potato Res. 18: 262–272.

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. Krauss, A., 1978a. Tuberization and abscisic acid content inSolanum tuberosum as affected by nitrogen nutrition.Potato Res. 21: 183–193.

    CAS  Google Scholar 

  9. Krauss, A., 1978b. Endogenous regulation mechanisms in tuberization of potato plants in relation to environmental conditions. EAPR Conf. Warsaw, Poland, Abstr. pp. 47–48.

  10. Krauss, A. & H. Marschner, 1971. Einfluss der Stickstoffernährung der Kartoffeln auf Induktion und Wachstumsrate der Knolle.Z. Pfl Ernähr. u. Bodenkd. 128: 153–168.

    CAS  Google Scholar 

  11. Krauss, A. & H. Marschner, 1976. Einfluss von Stickstoffernährung und Wuchsstoffapplikation auf die Knolleninduktion bei Kartoffelpflanzen.Z. Pfl Ernähr. u. Bodenkd. 139: 143–155.

    Google Scholar 

  12. Kumar, D. & P. F. Wareing, 1974. Studies on tuberization ofSolanum andigena. II. Growth hormones and tuberization.New Phytol. 73: 833–840.

    CAS  Google Scholar 

  13. Luke, N. C. & P. Eck, 1978. Endogenous gibberellin-like activity in cranberry at different stages of development as influenced by nitrogen and daminozide.J. Am. Soc. hort. Sci. 103: 250–252.

    CAS  Google Scholar 

  14. Okazawa, Y. & H. W. Chapman, 1962. Regulation of tuber formation in the potato plant.Physiologia Pl. 15: 413–419.

    CAS  Google Scholar 

  15. Railton, J. D., 1979. The influence of the root system on the metabolism of 2,3 (3H) gibberellin A20 by shoots ofPhaseolus coccineus L. var. Prizewinner.Z. Pfl Physiol. 91: 283–290.

    CAS  Google Scholar 

  16. Railton, J. D. & P. F. Wareing, 1973. Effects of daylength on endogenous gibberellins in leaves ofSolanum antigena. I. Changes in levels of free acidic gibberellin-like substances.Physiologia Pl. 28: 88–94.

    CAS  Google Scholar 

  17. Rajagopal, V. & J. M. Rao, 1974. Changes in the endogenous level of auxins and gibberellin-like substances in the shoot apices of nitrogen-deficient tomato plants (Lycopersicum esculentum Mill.).Aust. J. Bot. 22: 429–435.

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. Sattelmacher, H. & H. Marschner, 1978. Relation between nitrogen nutrition, cytokinin activity and tuberization inSolanum tuberosum.Physiologia Pl. 44: 65–68.

    CAS  Google Scholar 

  19. Wagner, H. & G. Michael, 1969. Cytokinin-Bildung in Wurzeln von Sonnenblumen bei unterschiedlicher Stickstoffernährung und Chloramphenicol-Zusatz.Naturwissenschaften 56: 379.

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

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Krauss, A., Marschner, H. Influence of nitrogen nutrition, daylength and temperature on contents of gibberellic and abscisic acid and on tuberization in potato plants. Potato Res 25, 13–21 (1982). https://doi.org/10.1007/BF02357269

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  • phytohormones
  • tuberization
  • ‘regrowth’
  • root and shoot growth