EFFECTS OF AMMONIUM TO UREA RATIO ON N NUTRITION IN MAIZE PLANTS Sara Buoso, Mustapha Arkoun, Jean Claude Yvin, Daniel Said Pullicino, Nicola Tomasi, Roberto Pinton, Laura Zanin

Sara Buoso 1 , Mustapha Arkoun 2 , Jean-Claude Yvin 2 , Daniel Said-Pullicino 3 , Nicola Tomasi 1 , Roberto Pinton 1 , Laura Zanin 1

1 Department of Agricultural, Food, Environmental and Animal Sciences, University of Udine, Udine,

Italy 2 Centre Mondial de l’Innovation Roullier, Laboratoire de Nutrition Végétale, Saint-Malo, France 3 Department of Agricultural, Forest and Food Sciences, University of Torino, Grugliasco, Italy

Roots of plants are constantly exposed to different nitrogen sources concomitantly present in the rhizosphere. In particular the use of mixed nitrogen forms in cultivated soils allows to have urea and ammonium simultaneously available for the root acquisition after a fertilization event. A combination of different nitrogen-sources is known to lead to positive effects on the nutritional status of crops. The aim of the present work was to investigate the physiological response of maize plants when supplied in hydroponic solution with a mixture of urea and ammonium (treatments: 1:0, 3:1, 1:1, 1:3, 0:1 urea:ammonium ratios; as controls: –N and nitrate-fed plants).

After 7 days of treatment, higher nitrogen accumulation in shoots and roots was detected when the inorganic N sources were applied to nutrient solutions (as ammonium or nitrate), while the urea treatment (1:0) determined an overall reduction in the nitrogen concentration of plant tissues. 15 N-labelling experiments indicated that within 24 hours of treatment, ammonium-treated plants showed similar influx rates of ammonium by high affinity transport system and similar capability to acquire ammonium (as 15 N accumulation in plant tissues), independently ofthe amount of the cation present in the nutrient solution. After 7 days some changes in ammonium acquisition occurred among treatments, with the highest use efficiency of ammonium in the treatment 3:1 urea:ammonium. On the other hand, no change in the use efficiency of 15 N-urea fertilizer by maize plants was observed among treatments, independently of the urea:ammonium ratio in the nutrient solution.

The multivariate analyses (PCA) of elemental composition of maize plants after 7 days of treatment discriminated four groups, where all samples deriving from ammonium-containing treatments clustered together. Data suggest that the elemental composition of maize plants is more influenced by ammonium in the external media than by urea. Furthermore, we provide for the first time the ionomic profile of plants fed with urea as the sole N-source. After 7 days urea-treated plants showed high concentration of P, S, Mg, Mn Fe, Zn in comparison to N plants.

This study provides new insights that can contribute to nitrogen fertilization management in order to maximize the nitrogen use efficiency by crops and limit the economical and environmental impact of nitrogen fertilization.

Stefano Cesco 1 , Anna Tolotti 1 , Stefano Nadalini 2 , Stefano Rizzi 2 , Fabio Valentinuzzi 1 , Tanja Mimmo 1,3 , Carlo Porfido 4 , Ignazio Allegretta 4 , Oscar Giovannini 5 , Michele Perazzolli 5,6 , Guido Cipriani 2 , Roberto Terzano 4 , Ilaria Pertot 5,6 , Youry Pii 1

1 Facolà di Scienze e Tecnologie, Libera Università di Bolzano, Italia 2 Dipartimento di Scienze Agroalimentari, Ambientali e Animali, Università di Udine, Italia. 3 Competence Centre of Plant Health, Libera Università di Bolzano, Italia 4 Dipartimento di Scienze del Suolo, della Pianta e degli Alimenti, Università di Bari “Aldo Moro’’, Italia 5 Dipartimento Agroecosistemi Sostenibili e Biorisorse, Centro Ricerca e Innovazione, Fondazione Edmund Mach, Italia. 6 Centro Agricoltura Alimenti Ambiente (C3A), Università di Trento, Italia.

Plamopara viticola è uno dei patogeni fungini della vite piu’ temuti le cui perdite produttive possono avere forti ripercussioni economiche sull’intero comparto viti-vinicolo. A livello di vigneto, il controllo delle infezioni viene assicurato grazie all’applicazione di fungicidi, tra cui anche formulati a base di rame (Cu). Cio’ nonostante, l’accumulo dei loro residui nel suolo rappresenta una crescente preoccupazione per la sostenibilità ambientale della difesa fitosanitaria della vite. Per questo motivo, l’implementazione di pratiche agronomiche alternative all’utilizzo di agrofarmaci è fortemente incoraggiata. In tal senso, una valida opportunità è rappresentata dall’utilizzo di varietà resistenti di vite. Tali varietà presentano i geni Rpv(Resistance to Plamopara viticola) nel proprio genoma, i quali, mediante meccanismi diversificati, conferiscono alla pianta di vite una certa resistenza ai patogeni fungini. Benchè tali varietà resistenti e la loro interazione con P. viticola siano state caratterizzate in dettaglio a livello molecolare, il possibile coinvolgimento dei nutrienti minerali nella risposta ai patogeni non è ancora stato investigato, anche se dati sperimentali ottenuti in lattuga e olivo hanno dimostrato come il profilo ionomico possa giocare un ruolo fondamentale nel livello di espressione della resistenza alle infezioni.Sulla base di queste considerazioni, due varietà resitenti di vite (Sauvignon Kretos e Cabernet Volos) e le rispettive controparti suscettibili (Sauvignon Blanc e Cabernet Sauvignon) sono state allevate in condizioni controllate e inoculate con P. viticola. I tessuti fogliari sono stati campionati e sottoposti ad analisi chimica, per la quantificazione (ICP-OES) e distribuzione (µXRF) degli elementi minerali, e analisi molecolare, per l’espressione genica dei trasportatori coinvolti nella mobilizzazione/allocazione degli elementi. Nelle varietà suscettibili, i nutrienti minerali hanno subito una sensibile redistribuzione a livello della foglia, suggerendo pertanto un loro possibile ruolo nella risposta al patogeno. Al contrario, le varietà resistenti non hanno mostrato alcuna variazione sostanziale nella distribuzione degli elementi, ad eccezione di manganese e ferro. Questi dati sembrano suggerire che le varieta’ resistenti qui studiate, pur esprimendo i geni Rpv, sfruttino anche dei meccanismi di resistenza al patogeno basati sull’incremento della concentrazione locale di elementi coinvolti nella sintesi di metaboliti secondari e di specie reattive dell’ossigeno. Questi risultati evidenziano quindi l’esistenza di un legame tra nutrizione minerale delle piante e meccanismi di difesa sottolineando la rilevanza di una appropriata strategia di fertilizzazione del vigneto per assicurare la miglior espressione dei meccanismi di difesa contro i patogeni.