Published September 23, 2016
| Version v1
Publication
Open
Overcoming Phosphorus Deficiency in West African Pearl Millet and Sorghum Production Systems: Promising Options for Crop Improvement
Creators
- 1. International Potato Center
- 2. University of Hohenheim
- 3. International Life Sciences Institute India
- 4. International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics
- 5. University of Wisconsin–Madison
- 6. Centre de Recherche Médicale et Sanitaire
- 7. University of Kassel
Description
West Africa (WA) is among the most food insecure regions. Rapid human population growth and stagnating crop yields greatly contribute to this fact. Poor soil fertility, especially low plant available phosphorus (P) is constraining food production in the region. P-fertilizer use in WA is among the lowest in the world due to inaccessibility and high prices, unaffordable to resource-poor farmers. This article provides an overview of soil P-deficiency in WA and opportunities to overcome it by exploiting sorghum and pearl millet genetic diversity. The topic is examined from the perspectives of plant breeding, soil science, plant physiology, plant nutrition, and agronomy, thereby referring to recent results obtained in a joint interdisciplinary research project, and reported literature. Specific objectives are to summarize: (1) The global problem of P scarcity and how it will affect WA farmers; (2) Soil P dynamics in WA soils; (3) Plant responses to P deficiency; (4) Opportunities to breed for improved crop adaptation to P-limited conditions; (5) Challenges and trade-offs for improving sorghum and pearl millet adaptation to low-P conditions in WA; and (6) Systems approaches to addressing soil P-deficiency in WA. Sorghum and pearl millet in WA exhibit highly significant genetic variation for P-uptake efficiency, P-utilization efficiency, and grain yield under P-limited conditions indicating the possibility of breeding P-efficient varieties. Direct selection under P-limited conditions was more efficient than indirect selection under high-P conditions. Combining P-uptake and P-utilization efficiency is recommendable for WA to avoid further soil mining. Genomic regions responsible for P-uptake, P-utilization efficiency, and grain yield under low-P have been identified in WA sorghum and pearl millet, and marker-assisted selection could be possible once these genomic regions are validated. Developing P-efficient genotypes may not however be a sustainable solution in itself in the long-term without replenishing the P removed from the system in harvested produce. We therefore propose the use of integrated soil fertility management and systems-oriented research such as crop-tree-livestock integration in combination with P-use-efficiency-improved varieties. Recycling P from animal bones, human excreta and urine are also possible approaches towards a partially closed and efficient P cycle in WA.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد منطقة غرب أفريقيا من بين أكثر المناطق التي تعاني من انعدام الأمن الغذائي. يساهم النمو السكاني السريع وركود غلة المحاصيل بشكل كبير في هذه الحقيقة. يؤدي ضعف خصوبة التربة، وخاصة انخفاض الفوسفور النباتي المتاح، إلى تقييد إنتاج الغذاء في المنطقة. يعد استخدام الأسمدة الفولتية في غرب أستراليا من بين أدنى المعدلات في العالم بسبب عدم إمكانية الوصول وارتفاع الأسعار، وهو أمر لا يمكن للمزارعين الذين يفتقرون إلى الموارد تحمله. تقدم هذه المقالة لمحة عامة عن نقص P في التربة في غرب أستراليا وفرص التغلب عليه من خلال استغلال التنوع الجيني للذرة الرفيعة والدخن اللؤلؤي. يتم فحص الموضوع من وجهات نظر تربية النباتات وعلوم التربة وعلم وظائف الأعضاء النباتية وتغذية النباتات والهندسة الزراعية، وبالتالي الإشارة إلى النتائج الأخيرة التي تم الحصول عليها في مشروع بحثي مشترك متعدد التخصصات، والأدبيات المبلغ عنها. تتمثل الأهداف المحددة في تلخيص: (1) المشكلة العالمية لندرة المياه وكيف ستؤثر على مزارعي غرب أستراليا ؛ (2) ديناميكيات التربة في تربة غرب أستراليا ؛ (3) استجابات النباتات لنقص المياه ؛ (4) فرص التكاثر لتحسين تكيف المحاصيل مع الظروف المحدودة للمياه ؛ (5) التحديات والمفاضلات لتحسين تكيف الذرة الرفيعة واللؤلؤ مع الظروف المنخفضة للمياه في غرب أستراليا ؛ و (6) مناهج النظم لمعالجة نقص المياه في غرب أستراليا. يُظهر الذرة الرفيعة والدخن اللؤلؤي في غرب أستراليا تباينًا وراثيًا كبيرًا لكفاءة الامتصاص P وكفاءة الاستخدام P ومحصول الحبوب في ظل ظروف P - Limited مما يشير إلى إمكانية تربية أصناف P - efficient. كان الاختيار المباشر في ظل ظروف P - Limited أكثر كفاءة من الاختيار غير المباشر في ظل ظروف P عالية. يوصى بالجمع بين كفاءة الامتصاص والاستخدام لتجنب المزيد من تعدين التربة. تم تحديد المناطق الجينية المسؤولة عن امتصاص P، وكفاءة استخدام P، وإنتاج الحبوب في ظل انخفاض P في الذرة الرفيعة في غرب أستراليا والدخن اللؤلؤي، ويمكن أن يكون الاختيار بمساعدة العلامات ممكنًا بمجرد التحقق من صحة هذه المناطق الجينية. ومع ذلك، قد لا يكون تطوير الأنماط الجينية الفعالة P حلاً مستدامًا في حد ذاته على المدى الطويل دون تجديد P الذي تمت إزالته من النظام في المنتجات المحصودة. لذلك نقترح استخدام الإدارة المتكاملة لخصوبة التربة والبحوث الموجهة نحو النظم مثل تكامل المحاصيل والأشجار والثروة الحيوانية جنبًا إلى جنب مع الأصناف المحسنة لكفاءة الاستخدام. إعادة تدوير P من عظام الحيوانات وإفرازات الإنسان والبول هي أيضًا طرق ممكنة نحو دورة P مغلقة جزئيًا وفعالة في غرب أستراليا.Translated Description (French)
L'Afrique de l'Ouest (WA) est l'une des régions les plus touchées par l'insécurité alimentaire. La croissance rapide de la population humaine et la stagnation des rendements des cultures contribuent grandement à ce fait. La faible fertilité des sols, en particulier le faible taux de phosphore (P) disponible dans les plantes, limite la production alimentaire dans la région. L'utilisation d'engrais P en Australie-Occidentale est parmi les plus faibles au monde en raison de l'inaccessibilité et des prix élevés, inabordables pour les agriculteurs pauvres en ressources. Cet article donne un aperçu de la carence en P du sol en Australie-Occidentale et des possibilités de la surmonter en exploitant la diversité génétique du sorgho et du mil perlé. Le sujet est examiné du point de vue de la sélection végétale, de la science des sols, de la physiologie des plantes, de la nutrition des plantes et de l'agronomie, se référant ainsi aux résultats récents obtenus dans un projet de recherche interdisciplinaire conjoint et à la littérature rapportée. Les objectifs spécifiques sont de résumer : (1) le problème mondial de la rareté du P et la façon dont il affectera les agriculteurs de l'Australie-Occidentale ; (2) la dynamique du P dans les sols de l'Australie-Occidentale ; (3) les réponses des plantes à la carence en P ; (4) les possibilités de se reproduire pour améliorer l'adaptation des cultures aux conditions limitées en P ; (5) les défis et les compromis pour améliorer l'adaptation du sorgho et du mil perlé aux conditions à faible teneur en P en Australie-Occidentale ; et (6) les approches systémiques pour remédier à la carence en P dans les sols de l'Australie-Occidentale. Le sorgho et le mil perlé en Australie-Occidentale présentent une variation génétique très importante pour l'efficacité de l'absorption de P, l'efficacité de l'utilisation de P et le rendement en grains dans des conditions P-limitées, ce qui indique la possibilité de reproduire des variétés P-efficaces. La sélection directe dans des conditions à P limité était plus efficace que la sélection indirecte dans des conditions à P élevé. La combinaison de l'absorption de P et de l'efficacité de l'utilisation de P est recommandée pour WA afin d'éviter toute nouvelle exploitation minière du sol. Des régions génomiques responsables de l'absorption de P, de l'efficacité de l'utilisation de P et du rendement en grains sous faible P ont été identifiées dans le sorgho WA et le mil perlé, et une sélection assistée par marqueur pourrait être possible une fois ces régions génomiques validées. Le développement de génotypes P-efficaces peut toutefois ne pas être une solution durable en soi à long terme sans reconstitution du P retiré du système dans les produits récoltés. Nous proposons donc l'utilisation de la gestion intégrée de la fertilité des sols et de la recherche axée sur les systèmes, telle que l'intégration des cultures, des arbres et du bétail, en combinaison avec des variétés à efficacité améliorée. Le recyclage du P à partir d'os d'animaux, d'excréments humains et d'urine est également une approche possible vers un cycle du P partiellement fermé et efficace en Australie-Occidentale.Translated Description (Spanish)
África Occidental (WA) se encuentra entre las regiones con mayor inseguridad alimentaria. El rápido crecimiento de la población humana y el estancamiento de los rendimientos de los cultivos contribuyen en gran medida a este hecho. La mala fertilidad del suelo, especialmente el bajo nivel de fósforo disponible en las plantas (P), está limitando la producción de alimentos en la región. El uso de fertilizantes P en Australia Occidental se encuentra entre los más bajos del mundo debido a la inaccesibilidad y los altos precios, inasequibles para los agricultores de escasos recursos. Este artículo proporciona una visión general de la deficiencia de P del suelo en Australia Occidental y las oportunidades para superarla mediante la explotación de la diversidad genética del sorgo y el mijo perla. El tema se examina desde las perspectivas del fitomejoramiento, la ciencia del suelo, la fisiología de las plantas, la nutrición de las plantas y la agronomía, refiriéndose así a los resultados recientes obtenidos en un proyecto de investigación interdisciplinario conjunto y a la literatura informada. Los objetivos específicos son resumir: (1) El problema global de la escasez de P y cómo afectará a los agricultores de Australia Occidental; (2) Dinámica de P del suelo en los suelos de Australia Occidental; (3) Respuestas de las plantas a la deficiencia de P; (4) Oportunidades de reproducción para mejorar la adaptación de los cultivos a las condiciones limitadas de P; (5) Desafíos y compensaciones para mejorar la adaptación del sorgo y el mijo perla a las condiciones de bajo P en Australia Occidental; y (6) Enfoques de sistemas para abordar la deficiencia de P del suelo en Australia Occidental. El sorgo y el mijo perla en Australia Occidental exhiben una variación genética altamente significativa para la eficiencia de absorción de P, la eficiencia de utilización de P y el rendimiento de grano en condiciones limitadas de P, lo que indica la posibilidad de obtener variedades P-eficientes. La selección directa en condiciones P-limitadas fue más eficiente que la selección indirecta en condiciones de alta P. La combinación de la eficiencia de P-absorción y P-utilización es recomendable para WA para evitar una mayor extracción de suelo. Se han identificado regiones genómicas responsables de la absorción de P, la eficiencia de la utilización de P y el rendimiento de grano con bajo contenido de P en sorgo y mijo perla de WA, y la selección asistida por marcadores podría ser posible una vez que se validen estas regiones genómicas. Sin embargo, el desarrollo de genotipos P-eficientes puede no ser una solución sostenible en sí misma a largo plazo sin reponer el P eliminado del sistema en los productos cosechados. Por lo tanto, proponemos el uso de la gestión integrada de la fertilidad del suelo y la investigación orientada a los sistemas, como la integración de cultivos, árboles y ganado en combinación con variedades mejoradas en la eficiencia del uso de P. El reciclaje de P de huesos de animales, excrementos humanos y orina también son posibles enfoques hacia un ciclo P parcialmente cerrado y eficiente en WA.Files
pdf.pdf
Files
(234.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:08943e397a849d37f5f33cc65890c9c8
|
234.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التغلب على نقص الفوسفور في أنظمة إنتاج اللؤلؤ والذرة الرفيعة في غرب إفريقيا: خيارات واعدة لتحسين المحاصيل
- Translated title (French)
- Surmonter la carence en phosphore dans les systèmes de production de mil perlé et de sorgho d'Afrique de l'Ouest : options prometteuses pour l'amélioration des cultures
- Translated title (Spanish)
- Superación de la deficiencia de fósforo en los sistemas de producción de mijo perla y sorgo de África occidental: opciones prometedoras para la mejora de los cultivos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2519766167
- DOI
- 10.3389/fpls.2016.01389
References
- https://openalex.org/W1062088113
- https://openalex.org/W1201165652
- https://openalex.org/W1486635328
- https://openalex.org/W1569197363
- https://openalex.org/W1570855037
- https://openalex.org/W1571612832
- https://openalex.org/W1588018042
- https://openalex.org/W1598895804
- https://openalex.org/W1802981791
- https://openalex.org/W1809432599
- https://openalex.org/W1858000206
- https://openalex.org/W1912973666
- https://openalex.org/W1933230905
- https://openalex.org/W1965970874
- https://openalex.org/W1971555128
- https://openalex.org/W1972666161
- https://openalex.org/W1972973182
- https://openalex.org/W1973442803
- https://openalex.org/W1974724367
- https://openalex.org/W1975630574
- https://openalex.org/W1978940138
- https://openalex.org/W1984651549
- https://openalex.org/W1985847722
- https://openalex.org/W1987504527
- https://openalex.org/W1987626504
- https://openalex.org/W1998307303
- https://openalex.org/W2002085685
- https://openalex.org/W2010678528
- https://openalex.org/W2014684795
- https://openalex.org/W2015593029
- https://openalex.org/W2016988664
- https://openalex.org/W2017673750
- https://openalex.org/W2018134467
- https://openalex.org/W2025928863
- https://openalex.org/W2026125218
- https://openalex.org/W2027063907
- https://openalex.org/W2027165926
- https://openalex.org/W2027241327
- https://openalex.org/W2039318890
- https://openalex.org/W2040532839
- https://openalex.org/W2042780245
- https://openalex.org/W2044560358
- https://openalex.org/W2044734136
- https://openalex.org/W2045818247
- https://openalex.org/W2053124385
- https://openalex.org/W2055749075
- https://openalex.org/W2061498028
- https://openalex.org/W2063490782
- https://openalex.org/W2064496976
- https://openalex.org/W2065326968
- https://openalex.org/W2067138096
- https://openalex.org/W2067144623
- https://openalex.org/W2078965021
- https://openalex.org/W2079462447
- https://openalex.org/W2080737684
- https://openalex.org/W2082340899
- https://openalex.org/W2087148272
- https://openalex.org/W2088822759
- https://openalex.org/W2089755525
- https://openalex.org/W2090180555
- https://openalex.org/W2099256343
- https://openalex.org/W2106062990
- https://openalex.org/W2110335671
- https://openalex.org/W2114472592
- https://openalex.org/W2121761331
- https://openalex.org/W2123532753
- https://openalex.org/W2124806403
- https://openalex.org/W2125066847
- https://openalex.org/W2125671748
- https://openalex.org/W2126320505
- https://openalex.org/W2130972182
- https://openalex.org/W2136448801
- https://openalex.org/W2139079204
- https://openalex.org/W2139374870
- https://openalex.org/W2140951909
- https://openalex.org/W2142171308
- https://openalex.org/W2146027032
- https://openalex.org/W2155639115
- https://openalex.org/W2158752909
- https://openalex.org/W2162566228
- https://openalex.org/W2165978280
- https://openalex.org/W2166848197
- https://openalex.org/W2171091820
- https://openalex.org/W2171609619
- https://openalex.org/W2181439851
- https://openalex.org/W2322815914
- https://openalex.org/W2488722613
- https://openalex.org/W2498388826
- https://openalex.org/W2615766944
- https://openalex.org/W4239394239
- https://openalex.org/W4251086924
- https://openalex.org/W4255553883