Metabolite Profile Changes in Xylem Sap and Leaf Extracts of Strategy I Plants in Response to Iron Deficiency and Resupply

The metabolite profile changes induced by Fe deficiency in leaves and xylem sap of several Strategy I plant species have been characterized. We have confirmed that Fe deficiency causes consistent changes both in the xylem sap and leaf metabolite profiles. The main changes in the xylem sap metabolite profile in response to Fe deficiency include consistent decreases in amino acids, N-related metabolites and carbohydrates, and increases in TCA cycle metabolites. In tomato, Fe resupply causes a transitory flush of xylem sap carboxylates, but within 1 day the metabolite profile of the xylem sap from Fe-deficient plants becomes similar to that of Fe-sufficient controls. The main changes in the metabolite profile of leaf extracts in response to Fe deficiency include consistent increases in amino acids and N-related metabolites, carbohydrates and TCA cycle metabolites. In leaves, selected pairs of amino acids and TCA cycle metabolites show high correlations, with the sign depending of the Fe status. These data suggest that in low photosynthesis, C-starved Fe-deficient plants anaplerotic reactions involving amino acids can be crucial for short-term survival

Nutrición de árboles frutales: necesidades y desequilibrios nutricionales

201 Pags.[EN]This thesis deals with fundamental aspects of fruit tree nutrition, including the following: (i) estimation of total nutrient requirements; (ii) nutritional diagnostics; (iii) remediation of nutritional disorders; and (iv) understanding of nutrient transport. Field studies were carried out in the Ebro river basin, Zaragoza, Northern Spain, where peach tree was taken as an example of fruit tree and Fe chlorosis as an example of nutritional disorder. In some studies, model plants grown in controlled environments have also been used. In the first chapter of Results part, whole tree analysis was carried out by quantifying the amounts of nutrients removed at each event of the peach tree annual cycle, as well as the amounts stored in the permanent tree structures, in three different peach tree cultivars. In the second chapter, Fe chlorosis was taken as a typical nutrient disorder in the region, and we show advances in its diagnosis by studying the possibility of using tree materials in early tree phonological stages. Results found indicate that it is possible to carry out the prognosis of Fe chlorosis using early materials such as buds and flowers. The third chapter deals with the correction of iron chlorosis, in an attempt to improve the scientific background for foliar fertilizer practices. We evaluated the success of treatments with a Fe compound by studying the capacity for penetration and re-greening. In the fourth chapter, studies on the transport of Fe into the xylem tissue were carried out by metabolomic and proteomic analysis, opening the way for advancing the understanding of nutrient transport in this fruit tree compartment. The fifth chapter discusses advices and aspects that researchers should take in consideration when assessing the effect of Fe fertilizers, including the following: i) design of Fe-fertilization experiments; ii) assessment of chlorosis recovery upon Fe-fertilization by monitoring leaf chlorophyll; and iii) analysis of the plant responses upon Fe-fertilization. The phases of leaf chlorosis recovery and the control of other leaf nutritional parameters were discussed.[ES] El presente trabajo trata sobre nociones fundamentales en la nutrición de árboles frutales: (i) estimación de las pérdidas totales de nutrientes (ii) diagnostico nutricional (iii) soluciones para desórdenes nutricionales y (iv) estudio del transporte de nutrientes. Los estudios se han realizado en la zona del Ebro, Zaragoza, en el norte de España donde el melocotonero se escoge como ejemplo de árbol frutal, y la clorosis férrica como ejemplo de desorden nutricional. En algunos estudios, se han usado plantas modelo crecidas en condiciones controladas. En el primer capítulo de los resultados, se realiza un análisis del árbol entero mediante la cuantificación de las pérdidas de nutrientes en cada evento del ciclo anual del melocotonero, y de las cantidades almacenadas en las estructuras permanentes de tres cultivares de melocotonero: Calanda, Catherina y Babygold 5. En el segundo capítulo, se considera la clorosis férrica como el típico desorden nutricional de la zona, y se presentan avances en su diagnóstico mediante el estudio de materiales del árbol en épocas fenológicas avanzadas (precoces), tales como yemas en dormancia y flores. Los resultados adquiridos indican que es posible predecir la clorosis férrica usando los materiales vegetales indicados. El tercer capítulo trata sobre del uso de fertilizantes foliares para la corrección de la clorosis férrica, mejorando el conocimiento científico sobre el uso de dichos fertilizantes. Se evalúa la eficacia de un tratamiento foliar de un compuesto de hierro estudiando su capacidad de penetración y reverdecimiento. En el cuarto capítulo se realizan estudios sobre el transporte de hierro en el tejido de xilema a través de análisis de proteómica y metabolómica, aportando avances en la comprensión de dicho tejido, responsable del transporte de nutrientes en plantas. El quinto capítulo trata sobre consejos y aspectos a considerar por parte de los investigadores a la hora de realizar un seguimiento del efecto de un fertilizante de hierro, y que incluyen: i) el diseño del experimento; ii) el seguimiento de la evolución de la corrección de la clorosis después de una fertilización con hierro, controlando la concentración de clorofila en la hoja; y iii) el análisis de la respuesta de la planta después de una fertilización con hierro. Asimismo, también se analizan las fases de la desaparición de la clorosis en la hoja, y la observación de otros parámetros nutricionales a nivel de hoja.The studies included in this PhD Thesis were supported by the Spanish MICINN (projects AGL2006-01416, 2009-09018 and Hot Iron ERA-NET Plant Genome Research-KKBE) and the Aragón Government (group 03). Hamdi El-Jendoubi was supported by a FPI fellowship from the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN).Peer reviewe

Nutrición de frutales: Necesidades y desequilibrios nutricionales

El present treball tracta de nocions fonamentals en la nutrició d’arbres fruiters: (i) estimació de les pèrdues totals de nutrients (ii) diagnòstic nutricional (iii) solucions per desordres nutricionals (iv) estudi de transport de nutrients. Els estudis s’han realitzat a la zona de l’Ebre, Saragossa, al nord d’Espanya on el presseguer s’escull com a exemple d’arbre fruiter i la clorosi fèrrica com exemple de desordre nutricional. En alguns estudis, s’han fet servir plantes model crescudes en condicions controlades. En el primer capítol dels resultats, es fa una anàlisi de l’arbre sencer a mitjançant la quantificació de les pèrdues de nutrients en cada esdeveniment del cicle anual del presseguer, i de les quantitats emmagatzemades a les estructures permanents dels tres cultivars de presseguer: Calanda, Catherina y Babygold 5. Al segon capítol, es considera la clorosi fèrrica com el típic desordre nutricional de la zona, i es presenten avenços al seu diagnòstic a través de l’estudi de materials de l’arbre en èpoques fenològiques avançades (precoces), com gemmes en dormància i flors. Els resultats obtinguts indiquen que és possible predir la clorosi fèrrica utilitzant els materials vegetals indicats. El tercer capítol, tracta sobre la utilització de fertilitzants foliars per la correcció de la clorosi fèrrica, millorant el coneixement científic en l’ús d’aquests fertilitzants foliars. S’avalua la eficàcia d’un tractament foliar d’un compost de ferro estudiant la seva capacitat de penetració i reverdiment. En el quart capítol, es realitzen estudis sobre el transport de ferro en el teixit del xilema, a través d’anàlisis de proteòmica i metabolòmica, aportant avenços en la comprensió d’aquest teixit, responsable del transport de nutrients en plantes. El cinquè capítol tracta sobre consells i aspectes a considerar per part dels investigadors a l’hora de realitzar un seguiment de l’efecte d’un fertilitzant de ferro, i que inclouen: (i) el disseny experimental (ii) el seguiment de l’evolució de la correcció de la clorosi després d’una fertilització amb ferro, controlant la concentració de clorofil•la a la fulla, i (iii) l’anàlisi de la resposta de la planta després d’una fertilització amb ferro. A més, també s’analitzen les fases de la desaparició de la clorosi a la fulla, i l’observació d’altres paràmetres nutricionals a nivell de fulla.El presente trabajo trata sobre nociones fundamentales en la nutrición de árboles frutales: (i) estimación de las pérdidas totales de nutrientes (ii) diagnostico nutricional (iii) soluciones para desordenes nutricionales (iv) estudio del transporte de nutrientes. Los estudios se han realizado en la zona del Ebro, Zaragoza, en el norte de España dónde el melocotonero se escoge como ejemplo de árbol frutal, y la clorosis férrica como ejemplo de desorden nutricional. En algunos estudios, se han usado plantas modelo crecidas en condiciones controladas. En el primer capítulo de los resultados, se realiza un análisis del árbol entero mediante la cuantificación de las pérdidas de nutrientes en cada evento del ciclo anual del melocotonero, y de las cantidades almacenadas en las estructuras permanentes de tres cultivares de melocotonero: Calanda, Catherina y Babygold 5. En el segundo capítulo, se considera la clorosis férrica como el típico desorden nutricional de la zona, y se presentan avances en su diagnostico mediante el estudio de materiales del árbol en épocas fenológicas avanzadas (precoces), tal como yemas en dormancia y flores. Los resultados adquiridos indican que es posible predecir la clorosis férrica usando los materiales vegetales indicados. El tercer capítulo, trata sobre del uso de fertilizantes foliares para la corrección de la clorosis férrica, mejorando el conocimiento científico sobre el uso de dichos fertilizantes. Se evalúa la eficacia de un tratamiento foliar de un compuesto de hierro estudiando su capacidad de penetración y reverdecimiento. En el cuarto capítulo, se realizan estudios sobre el transporte de hierro en el tejido de xilema a través de análisis de proteomica y metabolómica, aportando avances en la comprensión de dicho tejido, responsable de transporte de nutrientes en plantas. El quinto capítulo trata sobre consejos y aspectos a considerar por parte de los investigadores a la hora de realizar un seguimiento del efecto de un fertilizante de hierro, y que incluyen: i) el diseño del experimento; ii) el seguimiento de la evolución de la corrección de la clorosis después de una fertilización con hierro, controlando la concentración de clorofila en la hoja; y iii) el análisis de la respuesta de la planta después de una fertilización con hierro. Asimismo, también se analizan las fases de la desaparición de la clorosis en la hoja, y la observación de otros parámetros nutricionales a nivel de hoja.This work deals with fundamental aspects of fruit tree nutrition, including the following: (i) estimation of total nutrient requirements; (ii) nutritional diagnostics; (iii) remediation for nutritional disorders; and (iv) understanding of nutrient transport. Field studies were carried out in the Ebro river basin, Zaragoza, Northern Spain, were peach tree was taken as an example of fruit tree and Fe chlorosis as an example of nutritional disorder. In some studies, model plants grown in controlled environments have also been used. In the first chapter of Results part, whole tree analysis was carried out by quantifying the amounts of nutrients removed at each event of the peach tree annual cycle, as well as the amounts stored in the permanent tree structures, in three different peach tree cultivars. In the second chapter, Fe chlorosis was taken as a typical nutrient disorder in the region, and we show advances in its diagnosis by studying the possibility of using tree materials in early tree phonological stages. Results found indicate that it is possible to carry out the prognosis of Fe chlorosis using early materials such as buds and flowers. The third chapter deals with the correction of iron chlorosis, in an attempt to improve the scientific background for foliar fertilizer practices. We evaluated the success of treatments with a Fe compound by studying the capacity for penetration and re-greening. In the fourth chapter, studies on the transport of Fe into the xylem tissue were carried out by metabolomic and proteomic analysis, opening the way for advancing the understanding of nutrient transport in this fruit tree compartment. The fifth chapter discusses advices and aspects that researchers should take in consideration when assessing the effect of Fe fertilizers, including the following: i) design of Fe-fertilization experiments; ii) assessment of chlorosis recovery upon Fe-fertilization by monitoring leaf chlorophyll; and iii) analysis of the plant responses upon Fe-fertilization. The phases of leaf chlorosis recovery and the control of other leaf nutritional parameters were discussed

Estimación de las necesidades de nutrientes en frutales de hoja caduca: el caso del melocotonero

5 Págs., 4 Figs., 2 Fot.En este artículo se describe un estudio a nivel de árbol entero para la estimación de las necesidades de nutrientes en el caso de frutales de hoja caduca, utilizando como ejemplo el melocotonero cultivado en la zona del Valle Medio del Ebro.Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (proyectos AGL2009-09018 y AGL2012-31988, cofinanciados con fondos FEDER), la Comunidad Europea (proyecto ISAFRUIT, Thematic Priority 5-Food Quality and Safety, 6th Framework Programme of RTD; Nº de proyecto FP6-FOOD-CT-2006-016279), y el Gobierno de Aragón (Grupo A03).Peer reviewe

Effects of foliar Fe application on chlorophyll concentration, mineral composition and Fe distribution in sugar beet leaves

1 .pdf (5 Figs.) copia del Póster original presentado por los autores a la ReuniónIn this work an iron-containing solution was applied to a portion of an Fe-deficient leaf of sugar beet and the effects of this application on both treated and untreated side of the leaf were studied.This study was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (Project AGL2006-1416, co-financed with FEDER), the European Commission (EU 6th Framework Integrated Project ISAFRUIT Contract no. FP6-FOOD-CT-2006-016279), and DGA (Group 03).Peer reviewe

Effects of foliar Fe application on chlorophyll concentration, mineral composition and Fe distribution in sugar beet leaves

1 .pdf (5 Figs.) copia del Póster original presentado por los autores a la ReuniónIn this work an iron-containing solution was applied to a portion of an Fe-deficient leaf of sugar beet and the effects of this application on both treated and untreated side of the leaf were studied.Ministry of Science and Innovation (Project AGL2006-1416, co-financed with FEDER), the European Commission (EU 6th Framework Integrated Project ISAFRUIT Contract no. FP6-FOOD-CT-2006-016279), and DGA (Group 03).Peer reviewe

Assessment of nutrient removal in bearing peach trees (Prunus persica L. Batsch) based on whole tree analysis

17 Pags., 6 Tabls., 4 Figs.Background and Aims The aim was to assess the amounts of macro- (N, P, K, Ca and Mg) and micro-elements (Fe, Mn, Cu and Zn) lost by peach trees (Prunus persica L. Batsch) in all the nutrient removal events (pruning, flower abscission, fruit thinning, fruit harvest and leaf fall), as well as those stored in the permanent structures of the tree (roots, trunk and main branches). Methods Three peach cultivars were used. The biomass and nutrient composition of materials lost by trees at the different events were measured during 3 years. The biomass and nutrient composition of permanent tree structures were also measured after full tree excavation. Results Winter pruning and leaf fall were the events where most nutrients were removed. Nutrient losses and total requirements are given as amounts of nutrients needed per tree and also as amounts necessary to produce a t of fresh fruit. Conclusions The allocation of all nutrients analyzed in the different plant parts was similar in different types of peach trees, with each element having a typical “fingerprint” allocation pattern. Peach tree materials removed at tree pruning and leaf fall include substantial amounts of nutrients that could be recycled to improve soil fertility and tree nutrition. Poorly known tree materials such as flowers and fruit stones contain measurable amounts of nutrients.Study supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitivity (MINECO; project AGL2009-09018, co-financed with FEDER), and the Aragón Government (group A03). HEJ was supported by a FPI-MICINN grant.Peer reviewe

Macro and micronutrient demand in peach trees

1 .pdf (3 Figs.- 1 Tabl.) copia del póster original presentado por los autores en el Symposiuo Internacional. Se acompaña de 1 .pdf con copia del resumen oficial.The aim of this work is to attempt to estimate the nutrient budgets in peach trees. The real nutrient demand was estimated by measuring losses due to output of nutrients at different events, including wood pruning, flower loss, fruit thinning, fruit harvest and leaf fall. An estimation of the amounts of nutrients immobilized in wood and roots was also carried out. Samples from two different peach orchards (Prunus persica L. Batsch) grown on calcareous soils in the Northeast of Spain were used for this estimation.This study was supported by the Spanish Ministry of Science and Education (Projects AGL2006-1416 and AGL2007-61948, co-financed with FEDER) and the Commission of European Communities (project Isafruit).Peer reviewe

Macro and micronutrient demand in peach trees

1 .pdf (3 Figs.- 1 Tabl.) copia del Póster original presentado por los autores en el Meeting.Knowing both the actual nutrient status and the real nutrient demand of a crop is a basic requirement for a reasonable management of fertilization. In this work, the annual nutrient budget of macro and micro-elements (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn and Mn) has been estimated in a peach tree orchard. Losses due to output of nutrients from the tree at different removal events, including wood pruning, flower loss, fruit thinning, fruit harvest and leaf fall have been evaluated. Also, an estimation of the amounts of macro and micro-nutrients immobilized in wood has been carried out.This study was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (Project AGL2006-1416, co-financed with FEDER), the European Commission (Project Isafruit, Thematic Priority 5-Food Quality and Safety, 6th Framework RTD Programme, Contract no. FP6-FOOD-CT-2006 016279), AECID (Project A/8333/07) and DGA (Group 03).Peer reviewe

Prognosis de la clorosis férrica en frutales a partir de concentraciones de Fe en distintos materiales

1 .pdf (2 Tabls.- 2 Figs.) copia del Póster original presentado en el Simposio.En frutales, los desórdenes nutricionales pueden disminuir el rendimiento y la calidad de fruto, y, para evitarlo, es preciso utilizar fertilizantes. Para optimizar los procesos de fertilización hay que conocer el estado nutricional del árbol evaluado en general mediante el análisis foliar. Sin embargo, se sabe que los contenidos de algunos elementos en hoja no reflejan, en algunas ocasiones, el elemento utilizable en los procesos fisiológicos (es el caso del Fe). Así pues, sería de gran importancia realizar una prognosis correcta de la deficiencia para ajustar las adiciones de productos a las necesidades del árbol.Estudio financiado por el MICINN (proyectos AGL2006-01416 y AGL2007-61948, co-financiados con FEDER), por la Comisión Europea (6th Framework Integrated Project ISAFRUIT), y por la DGA (grupo A03).Peer reviewe