Published November 19, 2020 | Version v1
Publication Open

How Foliar Fungal Diseases Affect Nitrogen Dynamics, Milling, and End-Use Quality of Wheat

  • 1. Comisión de Investigaciones Científicas
  • 2. Universidad Nacional de La Plata
  • 3. University of Saskatchewan
  • 4. Centro Científico Tecnológico - La Plata
  • 5. Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research

Description

Foliar fungal diseases affect yield and quality of bread wheat (Triticum aestivum L.) causing important losses. They may impact differently on crop growth-rate, modifying nitrogen (N) dynamics and carbohydrate accumulation in the grain. The relationship between N and carbohydrates accumulation determines the grain protein concentration which impacts on the gluten concentration and rheological properties of the wheat flour. In addition, types of fungicides and N fertilization can influence the intensity of foliar diseases and have an effect on the milling and end-use quality, depending on the bread-making aptitude of the genotypes, the nutritional habit of the pathogens involved the amount and time of the infections, environmental factors and interactions between these factors. In that way, N fertilization may increase or decrease the severity of the diseases depending on the nutritional habit of the pathogen. Some fungicides, such as strobilurins and carboxamides, produce high levels of disease control, and prolong the healthy leaf area duration which translates into important yield responses potentially compromising the grain protein concentration by additional carbohydrate production with consequences in the bread-making quality. Furthermore, infections caused by biotrophic pathogens can be more detrimental to N accumulation than to dry matter deposition, whereas the reverse has been generally true for diseases caused by necrotrophic pathogens. The time of infection could also affect yield components and N dynamics differentially. Early epidemics may reduce the number of grains per area and the N remobilization, whereas late epidemics may affect the thousand kernel weight and mainly the N absorption post-flowering. A review updating findings of the effects of infections caused by foliar fungal pathogens of different nutritional habits and the incidence of several factors modifying these effects on the above-ground biomass generation, N dynamics, protein and gluten concentration, milling, rheological properties, loaf volume and other quality-related trait is summarized. Three main pathogens were especially taken as representative of biotrophic (Puccinia triticina), necrotrophic (Pyrenophora tritici-repentis) and hemibiotrophic (Zymoseptoria tritici) nutritional habit, as recent information is available and some general models of their effects are proposed. New challenges for researchers to minimize the impact of foliar diseases on end-use quality are also discussed.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تؤثر الأمراض الفطرية الورقية على محصول ونوعية قمح الخبز (Triticum aestivum L.) مما يتسبب في خسائر كبيرة. قد تؤثر بشكل مختلف على معدل نمو المحاصيل، وتعديل ديناميكيات النيتروجين (N) وتراكم الكربوهيدرات في الحبوب. تحدد العلاقة بين N وتراكم الكربوهيدرات تركيز بروتين الحبوب الذي يؤثر على تركيز الغلوتين والخصائص الانسيابية لدقيق القمح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر أنواع مبيدات الفطريات والإخصاب N على شدة الأمراض الورقية ويكون لها تأثير على الطحن وجودة الاستخدام النهائي، اعتمادًا على كفاءة صنع الخبز للأنماط الجينية، فإن العادة الغذائية لمسببات الأمراض تنطوي على كمية ووقت العدوى والعوامل البيئية والتفاعلات بين هذه العوامل. وبهذه الطريقة، قد يؤدي الإخصاب إلى زيادة أو تقليل شدة الأمراض اعتمادًا على العادة الغذائية للممرض. تنتج بعض مبيدات الفطريات، مثل الستروبيلورين والكربوكساميد، مستويات عالية من السيطرة على الأمراض، وإطالة مدة منطقة الأوراق الصحية التي تترجم إلى استجابات محصولية مهمة من المحتمل أن تعرض تركيز بروتين الحبوب للخطر عن طريق إنتاج الكربوهيدرات الإضافي مع عواقب على جودة صنع الخبز. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون الالتهابات التي تسببها مسببات الأمراض الحيوية أكثر ضررًا لتراكم N من ترسب المادة الجافة، في حين أن العكس كان صحيحًا بشكل عام بالنسبة للأمراض التي تسببها مسببات الأمراض الميتة. يمكن أن يؤثر وقت العدوى أيضًا على مكونات المحصول وديناميكيات N بشكل تفاضلي. قد تقلل الأوبئة المبكرة من عدد الحبوب لكل منطقة وإعادة تعبئة N، في حين أن الأوبئة المتأخرة قد تؤثر على وزن ألف نواة وبشكل أساسي امتصاص N بعد الإزهار. تم تلخيص مراجعة لتحديث نتائج آثار العدوى الناجمة عن مسببات الأمراض الفطرية الورقية للعادات الغذائية المختلفة وحدوث العديد من العوامل التي تعدل هذه التأثيرات على توليد الكتلة الحيوية فوق الأرض، وديناميكيات N، وتركيز البروتين والغلوتين، والطحن، والخصائص الانسيابية، وحجم الرغيف وغيرها من السمات المتعلقة بالجودة. تم أخذ ثلاثة مسببات أمراض رئيسية بشكل خاص كممثلة للعادة الغذائية الحيوية (Puccinia triticina) و necrotrophic (Pyrenophora tritici - repentis) و hemibiotrophic (Zymoseptoria tritici)، حيث تتوفر المعلومات الحديثة وتقترح بعض النماذج العامة لآثارها. كما نوقشت التحديات الجديدة التي تواجه الباحثين لتقليل تأثير الأمراض الورقية على جودة الاستخدام النهائي.

Translated Description (French)

Les maladies fongiques foliaires affectent le rendement et la qualité du blé panifiable (Triticum aestivum L.), entraînant des pertes importantes. Ils peuvent avoir un impact différent sur le taux de croissance des cultures, modifiant la dynamique de l'azote (N) et l'accumulation de glucides dans le grain. La relation entre l'accumulation de N et de glucides détermine la concentration en protéines céréalières qui a un impact sur la concentration en gluten et les propriétés rhéologiques de la farine de blé. En outre, les types de fongicides et la fertilisation azotée peuvent influencer l'intensité des maladies foliaires et avoir un effet sur la qualité de mouture et d'utilisation finale, en fonction de l'aptitude à la panification des génotypes, de l'habitude nutritionnelle des agents pathogènes impliqués, de la quantité et du temps des infections, des facteurs environnementaux et des interactions entre ces facteurs. De cette façon, la fertilisation azotée peut augmenter ou diminuer la gravité des maladies en fonction de l'habitude nutritionnelle de l'agent pathogène. Certains fongicides, tels que les strobilurines et les carboxamides, produisent des niveaux élevés de contrôle de la maladie et prolongent la durée de la surface foliaire saine, ce qui se traduit par des réponses de rendement importantes pouvant compromettre la concentration en protéines céréalières par une production supplémentaire de glucides, ce qui a des conséquences sur la qualité de la panification. En outre, les infections causées par des agents pathogènes biotrophes peuvent être plus préjudiciables à l'accumulation d'azote qu'au dépôt de matière sèche, alors que l'inverse est généralement vrai pour les maladies causées par des agents pathogènes nécrotrophes. Le moment de l'infection pourrait également affecter différemment les composants de rendement et la dynamique de l'azote. Les épidémies précoces peuvent réduire le nombre de grains par zone et la remobilisation de l'azote, tandis que les épidémies tardives peuvent affecter le poids de mille grains et principalement l'absorption de l'azote après la floraison. Une revue mettant à jour les résultats des effets des infections causées par des agents pathogènes fongiques foliaires de différentes habitudes nutritionnelles et l'incidence de plusieurs facteurs modifiant ces effets sur la génération de biomasse aérienne, la dynamique de l'azote, la concentration en protéines et en gluten, le broyage, les propriétés rhéologiques, le volume du pain et d'autres caractéristiques liées à la qualité est résumée. Trois principaux agents pathogènes ont été particulièrement considérés comme représentatifs des habitudes nutritionnelles biotrophes (Puccinia triticina), nécrotrophes (Pyrenophora tritici-repentis) et hémibiotrophes (Zymoseptoria tritici), car des informations récentes sont disponibles et certains modèles généraux de leurs effets sont proposés. De nouveaux défis pour les chercheurs afin de minimiser l'impact des maladies foliaires sur la qualité de l'utilisation finale sont également discutés.

Translated Description (Spanish)

Las enfermedades fúngicas foliares afectan el rendimiento y la calidad del trigo panificable (Triticum aestivum L.) causando pérdidas importantes. Pueden tener un impacto diferente en la tasa de crecimiento de los cultivos, modificando la dinámica del nitrógeno (N) y la acumulación de carbohidratos en el grano. La relación entre el N y la acumulación de hidratos de carbono determina la concentración de proteína de grano que afecta a la concentración de gluten y a las propiedades reológicas de la harina de trigo. Además, los tipos de fungicidas y la fertilización con N pueden influir en la intensidad de las enfermedades foliares y tener un efecto en la calidad de la molienda y el uso final, dependiendo de la aptitud panificadora de los genotipos, el hábito nutricional de los patógenos involucrados, la cantidad y el tiempo de las infecciones, los factores ambientales y las interacciones entre estos factores. De esa manera, la fertilización con N puede aumentar o disminuir la gravedad de las enfermedades dependiendo del hábito nutricional del patógeno. Algunos fungicidas, como las estrobilurinas y las carboxamidas, producen altos niveles de control de enfermedades y prolongan la duración saludable del área foliar, lo que se traduce en importantes respuestas de rendimiento que potencialmente comprometen la concentración de proteínas del grano mediante la producción adicional de carbohidratos con consecuencias en la calidad de la panificación. Además, las infecciones causadas por patógenos biotróficos pueden ser más perjudiciales para la acumulación de N que para la deposición de materia seca, mientras que lo contrario ha sido generalmente cierto para las enfermedades causadas por patógenos necrotróficos. El tiempo de infección también podría afectar diferencialmente los componentes del rendimiento y la dinámica de N. Las epidemias tempranas pueden reducir el número de granos por área y la removilización del N, mientras que las epidemias tardías pueden afectar el peso de mil granos y principalmente la absorción de N después de la floración. Se resume una revisión que actualiza los hallazgos de los efectos de las infecciones causadas por patógenos fúngicos foliares de diferentes hábitos nutricionales y la incidencia de varios factores que modifican estos efectos en la generación de biomasa sobre el suelo, la dinámica de N, la concentración de proteínas y gluten, la molienda, las propiedades reológicas, el volumen del pan y otros rasgos relacionados con la calidad. Tres patógenos principales se tomaron especialmente como representativos del hábito nutricional biotrófico (Puccinia triticina), necrótrofo (Pyrenophora tritici-repentis) y hemibiotrófico (Zymoseptoria tritici), ya que se dispone de información reciente y se proponen algunos modelos generales de sus efectos. También se discuten nuevos desafíos para que los investigadores minimicen el impacto de las enfermedades foliares en la calidad del uso final.

Files

pdf.pdf

Files (6.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3cb65cf06048ca247a7107185c9cfb58
6.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كيف تؤثر الأمراض الفطرية الورقية على ديناميكيات النيتروجين والطحن وجودة الاستخدام النهائي للقمح
Translated title (French)
Comment les maladies fongiques foliaires affectent la dynamique de l'azote, le broyage et la qualité finale du blé
Translated title (Spanish)
Cómo las enfermedades fúngicas foliares afectan la dinámica del nitrógeno, la molienda y la calidad de uso final del trigo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3103608186
DOI
10.3389/fpls.2020.569401

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1431050076
  • https://openalex.org/W1485274270
  • https://openalex.org/W1487682068
  • https://openalex.org/W1505993366
  • https://openalex.org/W1526780408
  • https://openalex.org/W1556715560
  • https://openalex.org/W1655899725
  • https://openalex.org/W1747433277
  • https://openalex.org/W17748650
  • https://openalex.org/W1791256216
  • https://openalex.org/W1869334712
  • https://openalex.org/W1877721802
  • https://openalex.org/W1892962273
  • https://openalex.org/W1963530279
  • https://openalex.org/W1966462486
  • https://openalex.org/W1967631530
  • https://openalex.org/W1971695577
  • https://openalex.org/W1972783278
  • https://openalex.org/W1973278221
  • https://openalex.org/W1976329456
  • https://openalex.org/W1977380421
  • https://openalex.org/W1977462551
  • https://openalex.org/W1978932657
  • https://openalex.org/W1980343728
  • https://openalex.org/W1981099531
  • https://openalex.org/W1982237807
  • https://openalex.org/W1982279727
  • https://openalex.org/W1983275653
  • https://openalex.org/W1986027003
  • https://openalex.org/W1986545765
  • https://openalex.org/W1988110259
  • https://openalex.org/W1989809289
  • https://openalex.org/W1993445484
  • https://openalex.org/W1993467107
  • https://openalex.org/W1993709085
  • https://openalex.org/W1993947484
  • https://openalex.org/W1994139546
  • https://openalex.org/W1996909005
  • https://openalex.org/W1999474317
  • https://openalex.org/W1999544890
  • https://openalex.org/W2002816388
  • https://openalex.org/W2003059945
  • https://openalex.org/W2003633097
  • https://openalex.org/W2011931041
  • https://openalex.org/W2012606513
  • https://openalex.org/W2013073687
  • https://openalex.org/W2014655071
  • https://openalex.org/W2014818235
  • https://openalex.org/W2015140112
  • https://openalex.org/W2015788428
  • https://openalex.org/W2015974519
  • https://openalex.org/W2019789439
  • https://openalex.org/W2022126207
  • https://openalex.org/W2024315908
  • https://openalex.org/W2026248836
  • https://openalex.org/W2028939790
  • https://openalex.org/W2030825709
  • https://openalex.org/W2030951552
  • https://openalex.org/W2031309590
  • https://openalex.org/W2031588271
  • https://openalex.org/W2033448341
  • https://openalex.org/W2033481756
  • https://openalex.org/W2033915903
  • https://openalex.org/W2036861673
  • https://openalex.org/W2037672587
  • https://openalex.org/W2040960169
  • https://openalex.org/W2043116841
  • https://openalex.org/W2043177239
  • https://openalex.org/W2043852730
  • https://openalex.org/W2044135479
  • https://openalex.org/W2045705842
  • https://openalex.org/W2046159464
  • https://openalex.org/W2047103157
  • https://openalex.org/W2047271794
  • https://openalex.org/W2050062893
  • https://openalex.org/W2050334983
  • https://openalex.org/W2050369632
  • https://openalex.org/W2052190175
  • https://openalex.org/W2054659169
  • https://openalex.org/W2055299211
  • https://openalex.org/W2056644500
  • https://openalex.org/W2058920467
  • https://openalex.org/W2060215181
  • https://openalex.org/W2064171555
  • https://openalex.org/W2065997468
  • https://openalex.org/W2071918194
  • https://openalex.org/W2073475060
  • https://openalex.org/W2075425305
  • https://openalex.org/W2077165078
  • https://openalex.org/W2077634931
  • https://openalex.org/W2078313410
  • https://openalex.org/W2079594148
  • https://openalex.org/W2086752038
  • https://openalex.org/W2089945415
  • https://openalex.org/W2091586127
  • https://openalex.org/W2094098660
  • https://openalex.org/W2094872091
  • https://openalex.org/W2095240561
  • https://openalex.org/W2097774449
  • https://openalex.org/W2098432871
  • https://openalex.org/W2099970844
  • https://openalex.org/W2101656885
  • https://openalex.org/W2104368836
  • https://openalex.org/W2107580541
  • https://openalex.org/W2110588784
  • https://openalex.org/W2111681145
  • https://openalex.org/W2111890374
  • https://openalex.org/W2112150767
  • https://openalex.org/W2113855762
  • https://openalex.org/W2114985280
  • https://openalex.org/W2117120821
  • https://openalex.org/W2118751052
  • https://openalex.org/W2122057984
  • https://openalex.org/W2122911352
  • https://openalex.org/W2126430706
  • https://openalex.org/W2126964996
  • https://openalex.org/W2127178878
  • https://openalex.org/W2135154320
  • https://openalex.org/W2140607059
  • https://openalex.org/W2145433973
  • https://openalex.org/W2146378478
  • https://openalex.org/W2147105288
  • https://openalex.org/W2148493623
  • https://openalex.org/W2148958457
  • https://openalex.org/W2151275862
  • https://openalex.org/W2153430368
  • https://openalex.org/W2155270011
  • https://openalex.org/W2155716951
  • https://openalex.org/W2158377337
  • https://openalex.org/W2159395158
  • https://openalex.org/W2160272317
  • https://openalex.org/W2161088735
  • https://openalex.org/W2161187187
  • https://openalex.org/W2163053726
  • https://openalex.org/W2164920790
  • https://openalex.org/W2172043748
  • https://openalex.org/W2172270303
  • https://openalex.org/W2172731731
  • https://openalex.org/W2200237829
  • https://openalex.org/W2232236498
  • https://openalex.org/W228344019
  • https://openalex.org/W2313449094
  • https://openalex.org/W2317712373
  • https://openalex.org/W2327333342
  • https://openalex.org/W2333400567
  • https://openalex.org/W2462544808
  • https://openalex.org/W2462695361
  • https://openalex.org/W2469283118
  • https://openalex.org/W2470690347
  • https://openalex.org/W2472044834
  • https://openalex.org/W2472844831
  • https://openalex.org/W2513609718
  • https://openalex.org/W2514236951
  • https://openalex.org/W2522662269
  • https://openalex.org/W2539922013
  • https://openalex.org/W2578962694
  • https://openalex.org/W2613276392
  • https://openalex.org/W2752502169
  • https://openalex.org/W2761659718
  • https://openalex.org/W2765671382
  • https://openalex.org/W2784081348
  • https://openalex.org/W2790303722
  • https://openalex.org/W2796586856
  • https://openalex.org/W2834323422
  • https://openalex.org/W28793520
  • https://openalex.org/W2883983091
  • https://openalex.org/W2889774855
  • https://openalex.org/W2893959017
  • https://openalex.org/W2906408980
  • https://openalex.org/W2912172284
  • https://openalex.org/W2913500366
  • https://openalex.org/W2918239722
  • https://openalex.org/W2936855260
  • https://openalex.org/W2955162890
  • https://openalex.org/W2956551746
  • https://openalex.org/W2962527181
  • https://openalex.org/W2970054621
  • https://openalex.org/W2977849857
  • https://openalex.org/W2989980433
  • https://openalex.org/W3016113011
  • https://openalex.org/W3134462218
  • https://openalex.org/W4211195984
  • https://openalex.org/W4238780163
  • https://openalex.org/W4242065302
  • https://openalex.org/W4255986505
  • https://openalex.org/W4291790358
  • https://openalex.org/W842719142