Zinc and iron concentration in grains of wheat cultivars under foliar zinc spraying

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i6.3482

Keywords:

Triticum aestivum L.; Foliar fertilization; Micronutrient; Biofortification; Food security.

Abstract

Zinc (Zn) and iron (Fe) are the most deficient nutrients in the world population. Agronomic biofortification of Zn aims to increase concentration of the micronutrient in edible parts of staple crops without negatively affecting yield. However, the increase in grain Zn accumulation may affect grain Fe accumulation and bioavailability. In order to study these micronutrients in wheat grains, the objective of this study was to evaluate the concentrations of Zn and Fe in grains of wheat cultivars and to verify the effect of foliar Zn spraying to improve grain nutritional quality without negatively affecting yield. The field experiment was carried out in a randomized block design with four replicates, in a split-plot scheme, with plots being composed of five wheat cultivars widely cultivated in Southern Brazil (ORS 1403, ORS Vintecinco, BRS Gralha Azul, BRS Sabiá e TBIO Sintonia) and subplots composed of four Zn doses (0, 250, 500 e 1000 g ha-1) applied via foliar spraying at the maturation phenological stage. Grain yield varied between cultivars from 1328 to 4333 kg ha-1, but there was no significant effect of leaf Zn spraying. There was genotypic variation as to ability of the wheat cultivars to accumulate Zn in grains. The cultivars had different responses in grain Zn accumulation due to the foliar Zn spraying. There was an inverse relationship between Zn and Fe accumulation in the grains in four wheat cultivars.

Author Biographies

Wagner Deckij Kachinski, Universidade Estadual de Maringá

Atualmente é doutorando do programa de Pós-Graduação em Agronomia, na área de concentração em Solos e Nutrição de Plantas, da Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Agronomia pelo Programa de Pós-Graduação em Agronomia da Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO)(2019), e graduado em Agronomia pela mesma instituição (2016). Possui experiência na área de Solos e Nutrição de Plantas, trabalhando principalmente na parte de adubação e nutrição de plantas de feijoeiro-comum, e a biofortificação agronômica de grãos com zinco desta espécie. Além desta, possui experiência no manejo das culturas de soja, trigo e algumas olerícolas.

Luís Henrique Kapp Titski, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Atualmente é graduando em Agronomia pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO). Tem experiência na área de agronomia, com ênfase em fitotecnia, fertilidade do solo e nutrição de plantas.

Poliana Horst Petranski, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO). Atualmente é mestranda do Programa de Pós-Graduação em Agronomia da UNICENTRO. Tem experiência na área de agronomia, com ênfase em fitotecnia, fertilidade do solo e nutrição de plantas.

Karin Kamila Brick Lopes de Matos, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO). Atualmente é mestranda do Programa de Pós-Graduação em Agronomia da UNICENTRO. Tem experiência na área de agronomia, com ênfase em fitotecnia, fertilidade do solo e nutrição de plantas.

Marcelo Marques Lopes Muller, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Agronomist with a MSc in Soil Science at Federal University of Lavras (Lavras, Minas Gerais, Brazil). PhD in Soil Science (Soil Fertility and Plant Nutrition) at Federal University of Lavras (2013) and Robert W. Holley Center for Agriculture and Health - USDA/Cornell University (Ithaca, NY, USA). Currently, he is an active member of the Brazilian Soil Science Society and Professor at State University of Mid West (UNICENTRO, Irati, Paraná, Brazil). His scientific production is mainly focused in the field of Soil Fertility and Plant Nutrition.

Fabrício William Ávila, Universidade Estadual do Centro-Oeste

Agronomist with a MSc in Soil Science at Federal University of Lavras (Lavras, Minas Gerais, Brazil). PhD in Soil Science (Soil Fertility and Plant Nutrition) at Federal University of Lavras (2013) and Robert W. Holley Center for Agriculture and Health - USDA/Cornell University (Ithaca, NY, USA). Currently, he is an active member of the Brazilian Soil Science Society and Professor at State University of Mid West (UNICENTRO, Irati, Paraná, Brazil). His scientific production is mainly focused in the field of Soil Fertility and Plant Nutrition.

References

Abdoli, M., Esfandiari, E., Mousavi, S. B., & Sadeghzadeh, B. (2014). Effects of foliar application of zinc sulfate at different phenological stages on yield formation and grain zinc content of bread wheat (cv. Kohdasht). Azarian Journal of Agriculture, 1(1), 11-16. Acesso em 16 de abril de 2020, em http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=IR2015300008

Alloway, B. J. (2009). Soil factors associated with zinc deficiency in crops and humans. Environmental Geochemistry and Health, 31(5), 537-548. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1007/s10653-009-9255-4

Black, R. E., Allen, L. H., Bhutta, Z. A., Caulfield, L. E., Onis, M. de, Ezzati, M., Mathers, C., & Rivera, J. (2008). Maternal and child undernutrition: global and regional exposures and health consequences. Lancet, 371, 243-260. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/S0140-6736(07)61690-0

Broadley, M. R., White, P. J., Hammond, J. P., Zelko, I., & Lux, A. (2007). Zinc in plants. New phytologist, 173(4), 677-702. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01996.x

Cakmak, I., Kalayci, M., Kaya, Y., Torun, A. A., Aydin, N., Wang, Y., Arisoy, Z., Erdem, H., Yazici, A., Gokmen, O., Ozturk, L., & Horst, W. J. (2010). Biofortification and localization of zinc in wheat grain. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(16), 9092-9102. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1021/jf101197h

Chasapis, C. T., Loutsidou, A. C., Spiliopoulou, C. A., & Stefanidou, M. E. (2012). Zinc and human health: an update. Archives of toxicology, 86(4), 521-534. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1007/s00204-011-0775-1

CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento (2018). Acompanhamento da safra brasileira de grãos - Safra 2017/18, 5(4). Acesso em 16 de abril de 2020, em https://www.conab.gov.br/info-agro/safras/graos/boletim-da-safra-de-graos/item/download/12568_90833562417b6fb0225db3d1a5fc19a1

CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento (2020). Acompanhamento da safra brasileira de grãos - Safra 2019/20, 7(4). Acesso em 16 de abril de 2020, em https://www.conab.gov.br/info-agro/safras/graos/boletim-da-safra-de-graos/item/download/30348_aa345b3df6694e420f12eedc8ffb970d

Dos Santos, H. G., Jacomine, P. K. T., Dos Anjos, L. H. C., De Oliveira, V. A., Lumbreras, J. F., Coelho, M. R., Almeida, J. A. de, Araújo Filho, J. C. de, Oliveira, J. B. de, & Cunha, T. J. F. (2018). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 5ªed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos. Acesso em 16 de abril de 2020, em https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/1094003/sistema-brasileiro-de-classificacao-de-solos

EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (2009). Manual de análises químicas de solos, plantas e fertilizantes. Brasília, Embrapa.

FAOSTAT – Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database (2020). Statistic division. Download Data, Food Balance. Food Supply - Crops Primary Equivalent. Acesso em 16 de abril de 2020, em http://www.fao.org/faostat/en/#data/CC

Ferreira, D. F. (2011). Sisvar: a computer statistical analysis system. Ciência e Agrotecnologia, 35(6), 1039-1042. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1590/S1413-70542011000600001

Gomez-Coronado, F., Poblaciones, M. J., Almeida, A. S., & Cakmak, I. (2016). Zinc (Zn) concentration of bread wheat grown under Mediterranean conditions as affected by genotype and soil/foliar Zn application. Plant and Soil, 401(1-2), 331-346. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1007/s11104-015-2758-0

Kachinski, W. D., Ávila, F. W., Muller, M. M. L., Reis, A. R., Rampim, L., & Vidigal, J. C. B. (2020) Nutrition, yield and nutrient export in common bean under zinc fertilization in no-till system. Ciência e Agrotecnologia, 44. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1413-7054202044029019

Khoshgoftarmanesh, A. H., SanaeiOstovar, A., Sadrarhami, A., & Chaney, R. (2013). Effect of tire rubber ash and zinc sulfate on yield and grain zinc and cadmium concentrations of different zinc-deficiency tolerance wheat cultivars under field conditions. European Journal of Agronomy, 49, 42-49. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/j.eja.2013.02.013

Livingstone, C. (2015). Zinc: Physiology, Deficiency, and Parenteral Nutrition. Nutrition in Clinical Practice, 30(3) 371-382. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1177/0884533615570376

Lopes, A. S., Guimarães Guilherme, L. R. (2016). A career perspective on soil management in the Cerrado Region of Brazil. Advances in Agronomy, 137, 1-72. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/bs.agron.2015.12.004

Maack, R. (2002). Geografia física do Estadodo Paraná. 3ed. Curitiba: Imprensa Oficial.

Mao, H., Wang, J., Wang, Z., Zan, Y., Lyons, G., & Zou, C. (2014). Using agronomic biofortification to boost zinc, selenium, and iodine concentrations of food crops grown on the loess plateau in China. Journal of Soil Acience and Plant Nutrition, 14(2), 459–470. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI http://dx.doi.org/10.4067/S0718-95162014005000036

Marschner, H. (2012). Mineral nutrition of higher plants. 3ªed. London: Academic Press.

Moreira, A., Moraes, L. A., & dos Reis, A. R. (2018). The molecular genetics of zinc uptake and utilization efficiency in crop plants. In Plant micronutrient use efficiency (pp. 87-108). Academic Press. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812104-7.00006-X

NEPAR-SBCS – Sociedade Brasileira de Ciência do Solo-Núcleo Estadual Paraná (2017). Manual de Adubação e Calagem para o Estado do Paraná. Curitiba: NEPAR-SBCS.

Pahlavan‐Rad, M. R., & Pessarakli, M. (2009). Response of wheat plants to zinc, iron, and manganese applications and uptake and concentration of zinc, iron, and manganese in wheat grains. Communications in soil science and plant analysis, 40(7-8), 1322-1332. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1080/00103620902761262

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica (1º ed, Vol. 1). Santa Maria, RS: UFSM, NTE. Acesso em 16 de abril de 2020, em http://repositorio.ufsm.br/handle/1/15824

Ram, H., Rashid, A., Zhang, W., Duarte, A.P., Phattarakul, N., Simunji, S., Kalayci, M., Freitas, R., Rerkasem, B., Bal, R.S., Mahmood, K., Savasli, E., Lungu, O., Wang, Z.H., Barros, V.L.N.P. de, Malik, S.S., Arisoy, R.Z., Guo,V, Sohu, V.S., Zou, C.Q., & Cakmak, I. (2016). Biofortification of wheat, rice and common bean by applying foliar zinc fertilizer along with pesticides in seven countries. Plant and soil, 403(1-2), 389-401. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1007/s11104-016-2815-3

Shahzad, Z., Rouached, H., & Rakha, A. (2014). Combating mineral malnutrition through iron and zinc biofortification of cereals. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 13(3), 329-346. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1111/1541-4337.12063

Taiz, L., & Zeiger, E. (2009). Fisiologia vegetal. 3ed. Porto Alegre: Artmed.

Tunes, L. M. de, Pedroso, D. C., Tavares, L. C., Barbieri, A. P. P., Barros, A. C. S. A., & Muniz, M. F. B. (2012). Tratamento de sementes de trigo com zinco: armazenabilidade, componentes do rendimento e teor do elemento nas sementes. Ciência Rural, 42(7), 1141–1146. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1590/S0103-84782012000700001

Velu, G., Crespo Herrera, L., Guzman, C., Huerta, J., Payne, T., & Singh, R. P. (2019). Assessing genetic diversity to breed competitive biofortified wheat with enhanced grain Zn and Fe concentrations. Frontiers in Plant Science, 9. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01971

Velu, G., Ortiz-Monasterio, I., Cakmak, I., Hao, Y., & Singh, R. P. (2014). Biofortification strategies to increase grain zinc and iron concentrations in wheat. Journal of Cereal Science, 59(3), 365-372. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/j.jcs.2013.09.001

Wang, J., Mao, H., Zhao, H., Huang, D., & Wang, Z. (2012). Different increases in maize and wheat grain zinc concentrations caused by soil and foliar applications of zinc in Loess Plateau, China. Field crops research, 135, 89-96. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.07.010

Yang, X. W., Tian, X. H., Gale, W. J., Cao, Y. X., Lu, X. C., & Zhao, A. Q. (2011). Effect of soil and foliar zinc application on zinc concentration and bioavailability in wheat grain grown on potentially zinc-deficient soil. Cereal Research Communications, 39(4), 535-543. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1556/CRC.39.2011.4.8

Yaseen, M. K., & Hussain, S. (2020). Zinc-biofortified wheat required only a medium rate of soil zinc application to attain the targets of zinc biofortification. Archives of Agronomy and Soil Science. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1080/03650340.2020.1739659

Zhao, F. J., Su, Y. H., Dunham, S. J., Rakszegi, M., Bedo, Z., McGrath, S. P., & Shewry, P. R. (2009). Variation in mineral micronutrient concentrations in grain of wheat lines of diverse origin. Journal of Cereal Science, 49(2), 290-295. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1016/j.jcs.2008.11.007

Zou, C. Q., Zhang, Y. Q., Rashid, A., Ram, H., Savasli, E., Arisoy, R. Z., Ortiz-Monasterio, I., Simunji, S., Wang, Z. H., Sohu, V., Hassan, M., Kaya, Y., Onder, O., Lungu, O., Yaqub Mujahid, M., Joshi, A. K., Zelenskiy, Y., Zhang, F. S., & Cakmak, I. (2012). Biofortification of wheat with zinc through zinc fertilization in seven countries. Plant and Soil, 361(1-2), 119-130. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1007/s11104-012-1369-2

Zoz, T., Steiner, F., Fey, R., Castagnara, D. D., & Seidel, E. P. (2012). Response of wheat to foliar application of zinc. Ciência Rural, 42(5), 784-787. Acesso em 16 de abril de 2020, em DOI https://doi.org/10.1590/S0103-84782012005000015

Published

19/04/2020

How to Cite

KACHINSKI, W. D.; TITSKI, L. H. K.; PETRANSKI, P. H.; MATOS, K. K. B. L. de; MULLER, M. M. L.; ÁVILA, F. W. Zinc and iron concentration in grains of wheat cultivars under foliar zinc spraying. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 6, p. e96963482, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i6.3482. Disponível em: https://www.rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/3482. Acesso em: 20 apr. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences