Nutritional and Structural Response of Potato Plants to Reduced Nitrogen Supply in Nutrient Solution

Abstract

Seasonal experiments, spring studies in 2008 and 2014, and autumn studies in 2008 and 2013, were conducted to investigate the nutritional and structural response of potato leaves to reduced nitrogen (N) supply in the nutrient solution. Tissue culture plantlets of cultivars Atlantic and Superior were transplanted into a recirculating aeroponic system and grown at N concentration of 7.2 meq L⁻¹ (6.5 meq L⁻¹ NO₃–N and 0.7 meq L⁻¹ NH₄–N). The N concentration was reduced to 3.5 meq L⁻¹ for 4, 8, and 16 days at 30 days after transplanting (DAT), and compared with control plants which were grown under a constant concentration (7.2 meq L⁻¹) of N. Plants that underwent reduced N brought back to normal N concentration of 7.2 meq L⁻¹. Potato shoots grown under reduced N supply exhibited suppression of total N, calcium (Ca) and magnesium (Mg) uptake, and enhancement of phosphorus (P) uptake. The suppression of N uptake decreased shoot growth and leaf mesophyll development with inhibited chlorophyll accumulation. Photosynthesis decreased significantly with 16 days of N reduction in two seasons in 2008, but did not differ in 2013 and 2014. During spring, days to tuberization for Atlantic were shorter with the reduced N supply, whereas no difference was observed in autumn. Tuberization of Superior was delayed for two days in plants grown for 16 days with a reduced N supply. Although the number and weight of tubers harvested were significantly different in only one of the four experimental seasons, these values appeared to decline with 16 days of N reduction. The cultivar Atlantic was more susceptible to N reduction because differences in nutrient uptake, chlorophyll synthesis, tuberization, and tuber growth in response to N reduction were greater than in Superior. Response to the N reduction was greater in spring than autumn. The data indicated that careful control of N concentration is necessary to minimize possible decrease in tuberization and tuber growth, especially for the cultivar Atlantic and during the spring season.

Resumen

Se condujeron experimentos estacionales, estudios en la primavera de 2008 y 2014, y en el otoño en 2008 y 2013, para investigar la respuesta nutricional y estructural de hojas de papa con suministro reducido de nitrógeno (N) en la solución nutritiva. Se trasplantaron plántulas de cultivo de tejidos de las variedades Atlantic y Superior a un sistema de recirculación aeropónica y se cultivaron a una concentración de N de 7.2 meq L⁻¹ (6.5 meq L⁻¹ NO₃-N y 0.7 meq L⁻¹ NH₄-N). Se redujo la concentración de N a 3.5 meq L⁻¹ por 4, 8 y 16 días a los 30 días después del trasplante (DAT), y se compararon con plantas testigo que se cultivaron bajo una concentración constante (7.2 meq L⁻¹) de N. Las plantas expuestas a N reducido regresaron a la concentración normal de 7.2 meq L⁻¹. Los tallos de las papas cultivados en un suministro reducido de N exhibieron supresión total de absorción de N, calcio (Ca), y magnesio (Mg), y aumento en la absorción de fosforo (P). La supresión en la absorción del N disminuyó el crecimiento del tallo y el desarrollo del mesófilo foliar, con inhibición en la acumulación de clorofila. La fotosíntesis disminuyó significativamente con 16 días de reducción de N en las dos temporadas en 2008, pero no difirió en 2013 y 2014. Durante la primavera, los días a tuberización para Atlantic fueron más cortos con la reducción del suministro de N, mientras que no se observó diferencia en otoño. La tuberización de Superior se retrasó en dos días en plantas que crecieron por 16 días con suministro reducido de N. Aun cuando el número y peso de tubérculos cosechados fue significativamente diferente en una de las cuatro temporadas experimentales, estos valores parecieron declinar con 16 días de reducción de N. La variedad Atlantic fue más susceptible a la reducción de N porque las diferencias en la absorción de nutrientes, la síntesis de clorofila, la tuberización, y el crecimiento del tubérculo en respuesta a la reducción del N fueron mayores que en Superior. La respuesta a la reducción de N fue más grande en la primavera que en el otoño. Los datos indicaron que el control cuidadoso de la concentración de N es necesario para minimizar la posible disminución en tuberización y crecimiento de tubérculo, especialmente para la variedad Atlantic y durante el ciclo de primavera.