Agronomie 23 (2003) 123-133
DOI: 10.1051/agro:2002077

Responses of hydroponically-grown chickpea to low phosphorus: pH changes, nutrient uptake rates, and root morphological changes

Ghiath A. Alloush

Department of Soil Science and Land Reclamation, Faculty of Agriculture, Tishreen University, PO Box 1404, Lattakia, Syria
(Received 21 January 2002; revised 8 April 2002; accepted 21 May 2002)

Abstract
Plants grown in highly weathered or high alkaline soils often experience P stress, but never a P free environment. Thus, applications of mineral P fertilizers are often required to achieve maximum yield. Responses of different plant species or cultivars were the subject of numerous investigations in which P was withheld from the growth media. In this study, chickpea plants (Cicer arietinum L.) grown hydroponically in complete nutrient solution for 17 days (1 mM P) were then maintained at low-P supply for 14 days (0.01 mM). Measurements included dry matter (DM) ¹, production of shoots and roots, PEP carboxylase, organic acid anion (Org A ^-), and root morphological responses. Dry matter of shoots and roots were reduced equally in plants subjected to Low-P supply. The uptake rates of all mineral nutrients were reduced soon after low-P was imposed within 1-2 days for Ca ²⁺, Mg ²⁺, and SO ₄^2- and within 3-4 days in case of K ⁺ and NO ₃^-. High and low P plants continued to alkalize the nutrient solution, but the rate of OH ^- released from the roots was considerably reduced in low-P plants. Cumulative values of OH ^- released from the roots after low P treatment was imposed linearly correlated with the difference of anion-cation uptakes in high-P (R ² = 0.9989) and in low-P plants (R ² = 0.9947). Physiological responses to low-P include an enhanced activity of PEPcase in shoots and to a greater extent in roots, which could explain the higher concentrations of Org A ^- in shoots and roots of low-P plants. Root image analyses showed an enhanced branching density in low-P plants resulting in shorter but slender roots than those in high-P plants. These responses could probably explain the greater inflow rates and SAcR rates of micronutrient cations (Zn, Cu, Mn, and Fe) into the shoots of P-limited plants.

Résumé
Réponses du pois chiche en culture hydroponique à une faible alimentation en phosphore : changement de pH, taux d'absorption des minéraux et modifications morphologiques des racines. Les plantes poussant sur des sols fortement altérés ou très alcalins souffrent souvent d'un déficit de phosphore (P), mais ne se trouvent jamais dans un environnement sans P. Les applications d'engrais minéraux phosphoriques sont donc souvent nécessaires pour obtenir un rendement maximum. Les réponses des diverses espèces ou variétés de plantes ont fait l'objet de nombreuses recherches dans lesquelles le P a été enlevé des milieux de culture. Dans cette étude, les plants de pois chiche (Cicer arietinum L.) cultivés hydroponiquement dans une solution nutritive complète pendant 17 jours (1 mM de P), furent ensuite maintenus avec une faible alimentation en P pendant 14 jours (0,01 mM). Les mesures comprenaient la matière sèche des parties aériennes et des racines, la carboxylase PEP, l'anion acide organique (Org A ^-), et les réponses morphologiques des racines. La matière sèche des parties aériennes et des racines fut réduite de manière égale pour les plantes carencées. Les taux de prélèvement de tous les minéraux furent réduits rapidement après l'imposition d'une faible alimentation en P, en 1-2 jours pour le Ca ²⁺, le Mg ²⁺ et le SO ₄^2- et en 3-4 jours dans le cas du K ⁺ et du NO ^3-. Les plantes, cultivées avec un fort ou un faible taux de P, ont continué d'alcaliniser la solution nutritive, mais le taux de OH ^- relâché par les racines a été considérablement réduit pour les plantes carencées. Les valeurs cumulatives de OH ^- libérés par les racines après que les deux doses de P aient été imposées, sont corrélées linéairement avec la différence " anion-cation " absorbés dans les plantes pour la forte (R ² = 0,9989) et la faible (R ² = 0,9947) concentration en P. Les réponses physiologiques à une faible concentration en P comportent un accroissement d'activité de la carboxylase PEP dans les parties aériennes et dans une plus grande mesure dans les racines, ce qui peut expliquer les fortes concentrations de Org A ^- dans les parties aériennes et les racines des plantes carencées en P. Les analyses d'images de racines ont montré, de plus, un accroissement de la densité de ramification pour les plantes carencées en P, induisant des racines plus courtes et plus fines que celles des plantes non carencées. Ces réponses pourraient probablement expliquer les plus grands taux d'absorption et d'accumulation spécifique pour les macro et les micronutriments (Zn, Cu, Mn et Fe) dans les parties aériennes des plantes stressées.

Key words: chickpea / phosphorus / stress / nutrient uptake / roots morphology

Mots clés : pois chiche / carence / phosphore / absorption racinaire / morphologie des racines

Correspondence and reprints: Ghiath A. Alloush azahra@scs-net.org

Communicated by Gérard Guyot (Avignon, France)

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