Leaf surface features of maize cultivars and response to foliar phosphorus application: effect of leaf stage and plant phosphorus status

Resumo

A aplicação de fósforo (P) no solo é a técnica de fertilização mais comum, mas pode envolver limitações devido à fixação química e imobilização microbiana. Além disso, a fertilização excessiva com P leva ao escoamento de P para os corpos d’água, ameaçando os ecossistemas, portanto, a fertilização foliar direcionada com P é uma alternativa interessante. Este estudo teve como objetivo determinar a importância das características da superfície foliar para a absorção foliar de P em milho (Zea mays L.) deficientes em P. A superfície foliar de quatro cultivares de milho foi caracterizada por microscopia eletrônica, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e medições de ângulo de contato. A absorção de P aplicado via foliar pelas cultivares de milho foi estimada, medindo também as taxas fotossintéticas foliares após a pulverização foliar de P. Plantas da cultivar P7948 foram encontradas molháveis a partir da 4ª folha no sentido acrópeto, enquanto outras cultivares não eram molháveis até que a 6ª folha tivesse se desenvolvido. Variações menores no número de estômatos e na composição da cutícula foram registradas, mas nenhuma diferença na absorção foliar de P foi observada entre as cultivares. No entanto, as cultivares apresentaram variação na melhoria da capacidade fotossintética após a aplicação foliar de P. A deficiência de P resultou em desorganização ultraestrutural das células do mesofilo e dos cloroplastos, o que prejudicou o desempenho fotossintético, mas não houve efeito na frequência estomática e na molhabilidade foliar. Este estudo fornece novos insights sobre a influência da deficiência de P e da cultivar nas características da superfície foliar, absorção foliar de P e seu efeito nos processos fisiológicos. Compreender as relações entre as características foliares e a absorção de P permite uma avaliação mais direcionada da fertilização foliar com P como técnica de aplicação e contribui para a compreensão dos mecanismos de absorção foliar.

Abstract

Soil phosphorus (P) application is the most common fertilisation technique but may involve constraints due to chemical fixation and microbial immobilisation. Furthermore, excessive P fertilisation leads to P runoff into water bodies, threatening ecosystems, so targeted foliar P fertilisation is an interesting alternative. This study aimed to determine the importance of leaf surface characteristics for foliar P uptake in P‐deficient maize (Zea mays L.). The leaf surface of four maize cultivars was characterised by electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and contact angle measurements. Uptake of foliar‐applied P by maize cultivars was estimated, measuring also leaf photosynthetic rates after foliar P spraying. Plants of cultivar P7948 were found to be wettable from the 4th leaf in acropetal direction, whereas other cultivars were unwettable until the 6th leaf had developed. Minor variations in stomatal number and cuticle composition were recorded, but no differences in foliar P absorption were observed between cultivars. Nevertheless, cultivars showed variation in the improvement of photosynthetic capacity following foliar P application. Phosphorus deficiency resulted in ultrastructural disorganisation of mesophyll cells and chloroplasts, which impaired photosynthetic performance, yet there was no effect on stomatal frequency and leaf wettability. This study provides new insights into the influence of P deficiency and cultivar on leaf surface characteristics, foliar P uptake and its effect on physiological processes. Understanding the relationships between leaf characteristics and P uptake allows a more targeted evaluation of foliar P fertilisation as an application technique and contributes to the understanding of foliar uptake mechanisms.