Respuesta morfológica de plántulas de maíz nativo (Zea mays L.) a ambientes contrastantes de nitrógeno

• Jenaro Reyes-Matamoros Centro de Investigación en Ciencias Agrícolas. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). Av. 14 Sur 6301, CU, Col. San Manuel, C.P. 72570, Puebla, Pue., México. https://orcid.org/0000-0003-0078-7221
• Marco Mora-Ramírez Facultad de Ciencias Químicas, BUAP. Edificio FCQ 5, CU, Col. San Manuel, C.P. 72570, Puebla, Pue., México. https://orcid.org/0000-0003-4155-8978
• Ivan Morales-Manzo Centro de Investigación en Ciencias Agrícolas. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). Av. 14 Sur 6301, CU, Col. San Manuel, C.P. 72570, Puebla, Pue., México. https://orcid.org/0009-0005-9983-3436
• Antonio Valderrama-Romero Estación Experimental Agraria Chincha. Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA). Carretera Panamericana Sur km 200.5, Chincha, Departamento de Ica, Perú. https://orcid.org/0000-0003-1137-3649

Palabras clave: cereales, uso eficiente de nitrógeno, arquitectura radicular, variedades nativas

Resumen

El nitrógeno desempeña un papel vital en el metabolismo de las plantas, influyendo en su crecimiento y desarrollo, especialmente en cultivos como el maíz (Zea mays L.). El estudio tuvo como objetivo evaluar la respuesta morfológica de las plántulas de maíz a diferentes niveles de nitrógeno. El diseño fue un arreglo factorial completamente aleatorizado de 4 x 2, que incluía cuatro cultivares de maíz y dos niveles de nitrógeno.Se estudió la variedad Sb 302 Berentsen y tres variedades nativas originarias de Tecamachalco, Puebla, México. Por un periodo de 14, 21, 28 y 35 días, las plántulas se cultivaron en solución nutritiva con niveles de 10 % y 100 % de nitrógeno en condiciones hidropónicas.Los resultados revelaron una variabilidad significativa en la morfología de las plántulas, particularmente en la arquitectura de las raíces y el peso seco, entre los tratamientos con 10 % y 100 % de nitrógeno. Se observaron altos coeficientes de variación en las longitudes de las raíces adventicias y seminales, junto con correlaciones significativas entre los pesos secos de las raíces y las plántulas en ambos niveles de nitrógeno. También se encontró una correlación fuerte entre la longitud y el número de raíces en el tratamiento con 10% de nitrógeno. Los resultados destacan el papel crítico del nitrógeno en el desarrollo de las plántulas de maíz y la interacción entre la concentración de nitrógeno y la variedad de maíz, particularmente en la longitud de la raíz primaria. El estudio mejora la comprensión del papel del nitrógeno en la optimización del crecimiento del maíz y sugiere estrategias para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno en diferentes variedades de maíz.

Citas

Abdel-Ghani, A.H., Bharath, K., Reyes-Matamoros, J., Gonzalez-Portilla, P.J., Jansen, C., San Martin, J.P., Lee, M., & Lübberstedt, T. (2013). Genotypic variation and relationships between seedling and adult plant traits in maize (Zea mays L.) inbred lines grown under contrasting nitrogen levels. Euphytica, 189, 123-133. DOI 10.1007/s10681-012-0759-0

Asibi, A.E., Chai, Q., & Coulter, J.A. (2019). Mechanisms of nitrogen use in maize. Agronomy, 9, 775. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy9120775

Barrios, M., García, J., & Basso, C. (2012). Efecto de la fertilización nitrogenada sobre el contenido de nitrato y amonio en el suelo y la planta de maíz. Bioagro, 24(3), 213-220.

Blanco L, Uhart, S., Andrade, F., Echeverría, H., & Sainz, H. (2004). Componentes del rendimiento en el cultivo del maíz (Zea mays) ante diferentes dosis de nitrógeno. Centro Agrícola, 31(1-2), 36-40. http://cagricola.uclv.edu.cu/descargas/pdf/V31-Numero_1y2/cag091041352.pdf

Hoagland, D.R., & Arnon, D.I. (1950). The water-culture method for growing plants without soil. California, Agricultural Experiment Station. Circular. 347, 32 p. https://www.nutricaodeplantas.agr.br/site/downloads/hoagland_arnon.pdf

Hochholdinger, F., Marcon, C., Baldauf, J.A., Yu, P., & Frey, F.P. (2018). Proteomics of maize root development. Frontiers in Plant Science, 9, 143. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00143

Hokam, E.M., El-Hendawy, S.E., and Schmidhalter, U. (2011). Drip irrigation frequency: the effects and their interaction with nitrogen fertilization on maize growth and nitrogen use efficiency under arid conditions. Agronomy and Crop Science, 197, 186–201. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1439-037X.2010.00460.x

Kumar, B., Abdel-Ghani, A.H., Reyes-Matamoros, J., Hochholdinger, F., & Lübberstedt, T. (2012). Genotypic variation for root architecture traits in seedlings of maize (Zea mays L.) inbred lines. Plant Breeding, 131(4), 465-478. DOI: 10.1111/j.1439-0523.2012.01980.x

Li, Q., Wu, Y., Chen, W., Jin, R., Kong, F., Ke, Y., Shi, H., & Yuan, J. (2017). Cultivar differences in root nitrogen uptake ability of maize hybrids. Frontiers in Plant Science, 8, 1060. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01060

Liu, Z., Gao, K., Shan, S., Gu, R., Wang, Z., Craft, E.J., & Chen, F. (2017). Comparative analysis of root traits and the associated QTLs for maize seedlings grown in paper roll, hydroponics and vermiculite culture system. Frontiers in Plant Science, 8, 436. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00436

Maqbool, S., Hassan, M.A., Xia, X., York, L.M., Rasheed, A., & He, Z. (2022). Root system architecture in cereals: progress, challenges and perspective. The Plant Journal, 110(1), 23-42. DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.15669

Martínez-Dalmau, J., Berbel, J., & Ordóñez-Fernández, R. (2021). Nitrogen fertilization. A review of the risks associated with the inefficiency of its use and policy responses. Sustainability, 13(10), 5625. https://doi.org/10.3390/ su13105625

Mu, X., & Chen, Y. (2021). The physiological response of photosynthesis to nitrogen deficiency. Plant Physiology and Biochemistry, 158, 76-82. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.11.019

Noor, M.A. (2017). Nitrogen management and regulation for optimum NUE in maize–A mini review. Cogent Food & Agriculture, 3(1), 1348214. DOI: https://doi.org/10.1080/23311932.2017.1348214

Pace, J., Lee, N., Naik, H.S., Ganapathysubramanian, B., & Lubberstedt, T. (2014). Analysis of maize (Zea mays L.) seedling roots with the high throughput image analysis tool ARIA (automatic root image analysis). PLoS ONE, 9, e108255. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0108255

Schneider, H.M., Yang, J.T., Brown, K.M., & Lynch, J.P. (2021). Nodal root diameter and node number in maize (Zea mays L.) interact to influence plant growth under nitrogen stress. Plant Direct, 5(3), e00310. DOI: https://doi.org/10.1002/pld3.310

Wang, Y., Mi, G., Chen, F., Zhang, J., & Zhang, F. (2005). Response of root morphology to nitrate supply and its contribution to nitrogen accumulation in maize. Journal of Plant Nutrition, 27(12), 2189–2202. DOI: https://doi.org/10.1081/PLN-200034683

Woll, K., Borsuk, L., Stransky, H., Nettleton, D., Schnable, P.S., & Hochholdinger, F. (2005). Isolation characterization and pericycle specific transcriptome analyses of the novel maize (Zea mays L.) lateral and seminal root initiation mutant rum1. Plant Physiology, 139, 1255-1267. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.105.067330

Zar, J.H. (2010). 12. Two-factor analysis of variance. Biostatistical Analysis. 5th Edition, Pearson Education. Inc., Upper Saddle River, New Jersey, USA, 249-284.

Zuffo, L.T., Luz, L.S., Destro, V., Silva, M.E.J., Rodrigues, M.C., Lara, L.M., de Faria, S.V., & DeLima, R.O. (2021). Assessing genotypic variation for nitrogen use efficiency and associated traits in Brazilian maize hybrids grown under low and high nitrogen inputs. Euphytica, 217, 71. DOI: https://doi.org/10.1007/s10681-021-02806-y