This field research shows that application	of Zn fertilizers or Zn-enriched NPK fertilizers offers a prompt solution to increasing the Zn concentration in Andean potato tubers, and represents a useful complementary approach to on-going breeding programs. The diploid Chaucha cultivars that showed high tuber Zn concentrations in the absence of Zn fertilization also showed correspondingly higher Zn concentration in tubers following foliar and soil applied Zn. High levels of Zn in potato tubers may significantly improve the diets of Zn-deficient populations with high intake of potato and contribute to better nutritio

Caballero, D.

Devaux, A.

Gabriel, J.

Kromann, P.

Valverde, F.

CGSpace

  54	  Can	  Andean	  Potato	  be	  Agronomically	  Biofortified	  with	  Iron	  and	  Zinc	  Fertilizers?	   Peter	  Kromann1,	  Franklin	  Valverde2,	  Julio	  Gabriel3,	  David	  Caballero4,	  André	  Devaux1	   1International	  Potato	  Center	  (CIP),	  P.O.	  Box	  17	  19	  21,	  Quito,	  Ecuador	  (p.kromann@cgiar.org)	  	  2Instituto	  Nacional	  de	  Investigaciones	  Agropecuarias	  (INIAP),	  Quito,	  Ecuador	  	  3Fundación	  para	  la	  Promoción	  e	  Investigación	  de	  Productos	  Andinos	  (PROINPA),	  Cochabamba,	  Bolivia	  (j.gabriel@proinpa.org)	  4Escuela	  Superior	  Politécnica	  de	  Chimborazo	  (ESPOCH),	  Riobamba,	  Ecuador	  (david.caballero@espoch.edu.ec)	   INTRODUCTION	  Potato	  (Solanum	  spp.)	  is	  the	  third	  most	  important	  food	  crop	  in	  the	  world	  after	  rice	  and	  wheat	  in	  terms	  of	  total	  production	  tonnages	  used	  for	  food	  (http://faostat3.fao.org/home/E).	  It	  was	  first	  domesticated	  in	  the	  Andes	  of	  South	  America.	  The	  high	  diversity	  of	  potato	  cultivars,	  which	  has	  been	  a	  traditional	  stable	  food	  for	  centuries,	  continues	  to	  play	  an	  important	  part	  of	  life	  and	  culture	  for	  the	  Andean	  people,	  especially	  among	  the	  rural	  poor	  (Devaux	  et	  al.	  2014).	  	  While	  economic	  growth	  has	  been	  steady	  in	  the	  Andean	  countries	  of	  Bolivia,	  Colombia,	  Ecuador	  and	  Peru,	  it	  has	  not	  been	  sufficient	  to	  accelerate	  reduction	  of	  hunger	  and	  chronic	  malnutrition.	  Very	  high	  rates	  of	  iron	  (Fe)	  and	  zinc	  (Zn)	  deficiencies	  are	  still	  found	  in	  rural	  communities;	  up	  to	  60%	  of	  preschool	  children	  (http://www.unicef.org/).	  	  The	  multi-­‐partner	  R&D	  project	  “IssAndes”	  funded	  by	  the	  EU	  and	  coordinated	  by	  the	  International	  Potato	  Center	  (CIP)	  contributed	  to	  strengthen	  pro-­‐poor	  agricultural	  innovation	  for	  food	  security	  in	  the	  Andean	  region	  from	  2011	  to	  2014,	  and	  worked	  toward	  fostering	  nutrition-­‐sensitive	  agriculture	  with	  diverse	  intervention	  approaches.	  Below	  we	  describe	  an	  “IssAndes”	  study	  that	  aimed	  to	  evaluate	  the	  potential	  role	  of	  an	  Fe	  and	  Zn	  fertilization	  approach,	  i.e.,	  agronomic	  biofortification	  Cakmak	  (2008)	  in	  increasing	  the	  Fe	  and	  Zn	  concentration	  in	  Andean	  potato	  tubers	  through	  a	  series	  of	  coordinated	  experiments	  in	  Bolivia	  and	  Ecuador.	  	  	  METHODS	  In	  2012	  two	  greenhouse	  experiments	  were	  implemented	  at	  the	  National	  Agricultural	  Research	  Institute	  of	  Ecuador	  (INIAP);	  i)	  one	  with	  Fe	  fertilizer	  and	  ii)	  one	  with	  Zn	  fertilizer	  applied	  to	  soil	  and	  foliage	  of	  potato	  cultivar	  INIAP-­‐Natividad	  (high	  yielding	  tetraploid;	  Solanum	  andigena	  ×	  (S.	  phureja	  ×	  S.	  pausissectum)).	  	  In	  2012-­‐2013,	  three	  field	  experiments	  were	  carried	  out	  in	  Ecuador;	  at	  INIAP	  and	  CIP,	  both	  sites	  near	  Quito,	  and	  at	  the	  Polytechnic	  University	  of	  Chimborazo	  (ESPOCH).	  Two	  factors	  were	  studied	  at	  the	  three	  sites	  (i)	  cultivar	  (INIAP-­‐Natividad,	  tetraploid;	  INIAP-­‐Puca	  Shungo,	  triploid;	  Chaucha	  Amarilla	  and	  Chaucha	  Roja	  both	  diploid;	  and	  Coneja	  Negra,	  tetraploid),	  and	  (ii)	  fertilizer	  treatment.	  The	  three	  experiments	  included	  the	  following	  five	  fertilizer	  treatments:	  F1=	  40	  kg	  Fe	  ha-­‐1	  +	  20	  kg	  Zn	  ha-­‐1	  applied	  to	  soil	  at	  planting;	  F2	  =	  40	  kg	  Fe	  ha-­‐1	  applied	  to	  soil	  at	  planting;	  F3	  =	  20	  kg	  Zn	  ha-­‐1	  applied	  to	  soil	  at	  planting;	  F4	  =	  200	  mg	  L-­‐1	  Zn	  applied	  to	  foliage	  as	  foliar	  sprays	  5	  times	  at	  weekly	  intervals,	  F5	  =	  375	  mg	  L-­‐1	  Fe	  applied	  to	  foliage	  as	  foliar	  sprays	  5	  times	  at	  weekly	  intervals.	  	  	  	  In	  2012-­‐2013,	  experiments	  were	  also	  carried	  out	  in	  farmer’s	  fields	  in	  Bolivia	  at	  three	  sites;	  one	  in	  the	  Department	  of	  Cochabamba	  and	  two	  in	  the	  Department	  of	  La	  Paz.	  The	  experiments	  included	  two	  cultivars	  (Waych’a,	  tetraploid	  and	  Pinta	  Boca,	  diploid)	  and	  16	  soil	  applied	  fertilizer	  treatments	  (combinations	  of	  0,	  10,	  20,	  40	  kg	  Fe	  ha-­‐1	  and	  0,	  5,	  10	  y	  15	  kg	  Zn	  ha-­‐1	  applied	  to	  soil	  before	  planting).	    55	  In	  2014,	  field	  experiments	  were	  carried	  out	  with	  cv.	  INIAP-­‐Natividad	  at	  two	  locations	  in	  farmers’	  fields	  in	  the	  province	  of	  Chimborazo,	  Ecuador.	  One	  experiment	  with	  foliar	  applications	  included	  the	  following	  five	  levels	  of	  Zn:	  0,	  1.25,	  2.5,	  5	  and	  10	  kg	  ha-­‐1	  applied	  in	  5	  weekly	  foliar	  sprays.	  Another	  experiment	  with	  soil	  applications	  included	  the	  following	  five	  levels	  of	  Zn:	  0,	  10,	  20,	  30	  and	  40	  kg	  ha-­‐1	  applied	  at	  planting.	  	  	  RESULTS	  AND	  DISCUSSION	  The	  greenhouse	  experiments	  showed	  a	  significant	  effect	  of	  Zn	  applied	  via	  foliar	  applications	  on	  Zn	  concentration	  in	  tubers	  (Fisher’s	  LSD	  5%).	  There	  was	  no	  effect	  of	  soil	  applied	  Zn	  fertilizer,	  which	  may	  have	  been	  because	  of	  the	  low	  application	  rates	  (<160	  mg	  kg-­‐1	  in	  soil).	  	  Foliar	  and	  soil	  applied	  Fe	  did	  not	  affect	  the	  Fe	  concentration	  in	  tubers.	  In	  the	  first	  field	  experiments	  in	  Ecuador,	  highly	  significant	  differences	  in	  Zn	  and	  Fe	  concentrations	  in	  tubers	  were	  detected	  among	  locations	  and	  potato	  cultivars	  (P<0.0001)	  ranging	  from	  1.9	  to	  20.8	  mg	  kg-­‐1	  dry	  weight	  average	  Zn	  and	  from	  17.2	  to	  75.5	  mg	  kg-­‐1	  dry	  weight	  average	  Fe	  in	  peeled	  tubers,	  and	  an	  effect	  of	  the	  fertilizer	  treatments	  was	  detected	  on	  the	  tuber	  mineral	  concentrations	  (P<0.003	  for	  Zn;	  P<0.048	  for	  Fe).	  Treatments	  with	  Zn	  increased	  Zn	  concentration	  in	  tubers	  significantly	  compared	  to	  treatments	  without	  Zn	  (Tukey	  5%);	  up	  to	  104%	  with	  soil	  applied	  Zn	  and	  up	  to	  58%	  with	  foliar	  applied	  Zn.	  	  The	  results	  of	  the	  experiments	  in	  Bolivia	  were	  similar	  to	  the	  results	  from	  Ecuador;	  the	  ANOVAs	  showed	  a	  significant	  effect	  of	  Zn	  treatments	  on	  Zn	  in	  tubers,	  but	  no	  effect	  of	  fertilizer	  treatments	  on	  Fe	  in	  tubers	  or	  on	  tuber	  yield.	  The	  results	  showed	  highly	  significant	  effects	  of	  location	  and	  of	  cultivar,	  but	  no	  significant	  interaction	  effects.	  	  In	  the	  field	  experiments	  in	  Ecuador	  with	  increasing	  levels	  of	  Zn	  fertilizer	  in	  cv.	  INIAP-­‐Natividad	  a	  highly	  significant	  effect	  of	  Zn	  fertilizer	  was	  found	  on	  Zn	  in	  tubers	  (P<0.01)	  and	  no	  symptoms	  were	  seen	  of	  Zn	  toxicity	  (Table	  1).	  	  	  Table	  1.	  Concentration	  of	  Zn	  (mg	  kg-­‐1	  dry	  weight)	  in	  peeled	  tubers	  of	  potato	  cv.	  INIAP-­‐Natividad	  (tetraploid)	  at	  five	  levels	  of	  Zn	  fertilizer	  applied	  to	  foliage	  or	  to	  soil.1	  	  Field	  1.2	   Field	  2.	  Zn	  levels	   Foliar	  applied	   Soil	  applied	   Foliar	  applied	   Soil	  applied	  Level	  4	   15.20	   a	   17.60	   a	   9.28	   a	   7.53	   a	  Level	  3	   11.40	   ab	   16.45	   ab	   7.78	   b	   6.68	   b	  Level	  2	   11.10	   ab	   15.13	   ab	   7.27	   b	   6.10	   c	  Level	  1	   9.18	   bc	   12.90	   bc	   6.82	   b	   5.50	   d	  Control	   6.05	   c	   9.20	   c	   4.43	   c	   4.45	   e	  1Treatments	  followed	  by	  different	  letters	  in	  the	  same	  column	  are	  statistically	  different	  (Tukey	  5%).	  2The	  mean	  tuber	  yields	  in	  Field	  1.	  and	  Field	  2.	  were	  19.5	  and	  75.1	  t	  ha-­‐1,	  respectively.	  	  	  CONCLUSIONS	  This	  field	  research	  shows	  that	  application	  of	  Zn	  fertilizers	  or	  Zn-­‐enriched	  NPK	  fertilizers	  offers	  a	  prompt	  solution	  to	  increasing	  the	  Zn	  concentration	  in	  Andean	  potato	  tubers,	  and	  represents	  a	  useful	  complementary	  approach	  to	  on-­‐going	  breeding	  programs.	  The	  diploid	  Chaucha	  cultivars	  that	  showed	  high	  tuber	  Zn	  concentrations	  in	  the	  absence	  of	  Zn	  fertilization	  also	  showed	  correspondingly	  higher	  Zn	  concentration	  in	  tubers	  following	  foliar	  and	  soil	  applied	  Zn.	  High	  levels	  of	  Zn	  in	  potato	  tubers	  may	  significantly	  improve	  the	  diets	  of	  Zn-­‐deficient	  populations	  with	  high	  intake	  of	  potato	  and	  contribute	  to	  better	  nutrition.	  	  	  	  	  	  	  REFERENCES	  Cakmak,	  I.	  (2008)	  Enrichment	  of	  cereal	  grains	  with	  zinc:	  agronomic	  or	  genetic	  biofortification?	  Plant	  Soil	  302:	  1-­‐17.	  Devaux,	  A.,	  Kromann,	  P.	  and	  Ortiz,	  O.	  (2014)	  Potatoes	  for	  Sustainable	  Global	  Food	  Security.	  Potato	  Res.	  57:	  185-­‐199.	  

Can Andean Potato be agronomically biofortified with iron and zinc fertilizers?

https://cgspace.cgiar.org/bitstream/10568/72513/2/79170.pdf

Can Andean Potato be agronomically biofortified with iron and zinc fertilizers?

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

CGSpace