Tuberization and abscisic acid content inSolanum tuberosum as affected by nitrogen nutrition

Summary

Potato plants (Solanum tuberosum L.) were grown under constant climatic conditions in water culture with continuous and discontinuous nitrogen supply. The effect of N nutrition on tuberization and abscicic acid (ABA) content in various parts of the plants was investigated. With the exception of the stolons, interrupting the N supply caused an increase in the ABA content. After renewed N supply the ABA content dropped within 3 days to the original level. With continuous N supply the ABA content varied only to a limited extent. The ABA content of the stolons was not affected by the mode of N nutrition and remained at an almost constant level despite the fact that exogenous ABA was translocated within the stolon acropetally and accumulated in the tip. After tuberization the ABA content of the stolons and tubers rose considerably. The increase in ABA content in roots. exudate, and shoot after N withdrawal was accompanied by the initiation of tuberization in ‘physiologically old’ plants but not in “physiologically young’ plants of the same age. It is postulated that although ABA is involved in the regulation of tuberization, it is the balance between ‘promoting’ hormones such as ABA and ‘inhibiting’ hormones such as gibberellic acid which is the controlling factor.

Zusammenfassung

In Wasserkulturversuchen wurde der Einfluss von kontinuierlicher und diskontinuierlicher N-Ernährung auf das Wachstum. die Knollenbildung sowie den Gehalt an Abscisinsäure (ABA) in verschiedenen Teilen der Kartoffelpflanze untersucht. Die Pflanzen wuchsen unter konstanten Klimabedingungen (20 C, 12 h Tageslänge). Diskontinuierliche N-Ernährung bedeutet eine Unterbrechung des N-Angebotes für 7 Tage mit nachfolgendem erneuten N-Angebot. Während einer N-Entzugsphase und der nachfolgenden N-Aufnahmephase wurden Pflanzen im Abstand von 2–3 Tagen geerntet und auf den ABA-Gehalt im Spross. Exsudat, Wurzel und den Stolonen untersucht. Parallel dazu wurden gleich alte, kontinuierlich mit N ernährte Pflanzen geerntet und analysiert. ABA wurde gaschromatographisch bestimmt.

Kontinuierliche N-Ernährung bewirkte ein stetes Spross-und Wurzelwachstum, Knolleninduktion trat nicht ein. Unterbrechung des N-Angebotes (diskon.-N) beeinträchtigte sowohl das Spross-als auch das Wurzelwachstum (Abb. 1). Zwei Tage nach Beginn der N-Entzugsphase wurden Knollen induziert.

Der ABA-Gehalt schwankt bei kontinuierlich-N während der gewählten Versuchsdauer unregelmässig. Dagegen steigt der ABA-Gehalt nach Unterbrechung des N-Angebotes an, und zwar im Spross um das Doppelte, in der Wurzel und im Exsudat um das 10-bzw. 20-fache. Wird danach erneut N angeboten. verringert sich der ABA-Gehalt innerhalb von 3 Tagen auf das Ausgangsniveau (Abb. 2). Diese Beziehung ist unabhängig vom physiologischen Alter der Pflanzen und wird auch bei nicht induzierten physiologisch jungen Pflanzen gefunden (Tab. 1). Der ABA-Gehalt der Stolonen wird offensichtlich nicht von der N-Ernährung beeinflusst. Er bleibt nahezu konstant und steigt erst nach der Induktion mit zunehmendem Knollenwachstum an (Abb. 2). Die fehlende Beziehung zwischen N-Ernährung und ABA-Gehalt der Stolonen kann nicht auf eine mangelnde ABA-Verlagerung zurückgeführt werden, denn ABA (als 2-¹⁴C-ABA angeboten) wird in der wachsenden Stolone akropetal verlagert und in der Spitze akkumuliert (Abb. 3).

Reguliert wird die Knollenbildung wahrscheinlich vom Gleichgewicht die Induktion ‘fördernder’ wie ABA und ‘hemmender’ Wuchsstoffe Ist der Gehalt an ‘hemmenden’ Wuchsstoffen niedrig, kann durch Erhöhung des ABA-Gehaltes. z.B. nach Unterbrechung des N-Angebotes, die Knollenbildung induziert werden. Die Erhöhung des ABA-Gehaltes reicht jedoch offensichtlich nicht aus, um den wahrscheinlich sehr hohen Gehalt an ‘hemmenden’ Wuchsstoffen in physiologisch jungen Pflanzen zu kompensieren und die Knollenbildung zu induzieren (Tab. 1).

Résumé

L'influence d'une nutrition en azote continue et discontinue sur la croissance, la formation des tubercules et la teneur en acide abscissique (ABA) de diverses parties de la plane de pomme de terre a été étudiée dans des essais en hydroponie. Les conditions de croissance ont été maintenues constantes (20°C, longueur du jour 12 h). Une nutrition discontinue d'azote signifie une interruption de 7 jours dans l'apport d'azote. Les plantes ont été récoltées tous les 2 à 3 jours pendant la période sans azote ainsi que pendant la période consécutive. La teneur en ABA a été analysée dans les tiges, exsudat, racines et stolons. Des plantes d'un même âge, mais alimentées en azote de manière continue ont été récoltées et analysées en parallèle. L'ABA a été déterminé par chromatographie en phase gazeuse.

Une alimentation ininterrompue d'azote a pour effet une croissance constante de la tige et des racines: la formation des tubercules n'est pas induite. L'interruption de l'apport d'azote (procédé discontinu) entrave aussi bien la croissance de la tige que celle des racines (fig. 1). La tubérisation commence 2 jours après le début de la phase de suppression d'azote.

La teneur en ABA varie irrégulièrement dans le procédé N-continu pendant la durée de l'essai. Dans le procédé N-discontinu, le taux d'ABA double dans la tige et augmente de 10 à 20 fois dans les racines et l'exsudat. Lorsque l'apport d'azote est à nouveau garanti, la teneur en ABA rejoint son niveau initial après 3 jours (fig. 2). Cette relation est indépendante de l'âge physiologique de la plante; on la trouve également sur des plantes physiologiquement jeunes dont la tubérisation n'est pas induite (tab. 1). La teneur en ABA des stolons ne semble pas être influencée par la nutrition azotée. Elle demeure pratiquement constante et n'augmente qu'après l'induction. avec le développement des tubercules (fig. 2). La relatin inexistante entre la nutrition azotée et la teneur en ABA dans les stolons ne peut être attribuée à une translocation insuffisante de l'ABA, car l'ABA (incorporé sous forme de 2-¹⁴C-ABA) se déplace acropétalement dans les stolons en croissance pour s'accumuler dans la pointe (fig. 3).

La tubérisation est probablement contrôlée par l'équilibre entre les substances de croissance ‘favorisant’ (tel l'ABA) et ‘inhibant’ l'induction. Si la teneur en substances ‘inhibant’ l'induction est basse, une augmentation de la teneur en ABA, par interruption de l'apport d'azote par exemple, peut induire la formation des tubercules. L'augmentation de la teneur en ABA ne suffit pas à compenser la teneur, probablement très élevée, en substances ‘inhibant’ l'induction, chez des plantes physiologiquement jeunes et à induire par là, la formation des tubercules.