Seed priming enhances germination and seedling growth of barley under conditions of P and Zn deficiency

Low-input production of barley on the predominantly calcareous soils in most countries of West Asia and North Africa is affected by drought and a low availability of P and Zn. Especially during the early growth stages, P and Zn deficiencies retard seedling growth, rendering the young plantlets particularly sensitive to the frequently encountered dry spells. Seed priming (soaking in water and drying back to storage moisture until use) has been shown to improve crop establishment and, in some instances, to increase crop yields. While increased seedling vigor will improve barley establishment, possible benefits are likely to be limited when P and Zn are deficient. A promising variation of the priming concept is the seed treatment with solutions containing the limiting nutrient. A series of experiments was conducted in a phytotron in 2003 to develop a nutrient-priming approach to foster the establishment of barley under marginal growing conditions. Seeds of the traditional barley cultivar Arabi aswad were soaked for 0–48 hours in water and for 12 hours in solutions containing 5–500 mM P, Zn, and P+Zn, and dried back to 12% moisture until further use. Seeds were incubated at 10°C, and germination was evaluated over a 6- to 8-day period. Additionally, growth and nutrient uptake of 4-week-old seedlings, grown at 25% and 100% field capacity in a typical Xerosol from Syria were evaluated. Water priming for 12 hours with subsequent seed storage of up to 9 weeks increased germination rate from 65% to 95%, and advanced germination by up to 3 days compared to unprimed seeds. Addition of 10 mM Zn and 50 mM P to the priming solution increased the P and Zn content of the seeds without affecting germination. It furthermore significantly stimulated growth and P and Zn uptake by 4-week-old seedlings and improved the water use efficiency of drought-stressed plants by 44% above that of unprimed seeds. Saatgut-“Priming“ verbessert die Keimrate und das Samlingswachstum von Gerste unter P- und Zn-Mangelbedingungen Trockenstress und eine geringe Verfugbarkeit von P und Zn beeintrachtigen verbreitet die Produktion von Futtergerste auf den in Westasien und Nordafrika vorherrschenden Kalkboden. Gerade im Samlingsstadium verzogern P- und Zn-Mangel das Wachstum und erhohen somit die Empfindlichkeit der Jungpflanzen gegenuber Trockenstress. Saatgut-“Priming“ (Einweichen des Saatguts in Wasser und Zurucktrocknung auf Lagerfeuchte bis zur Aussaat) kann nachweislich das Auflaufen der Samen und in einigen Fallen auch den Kornertrag verbessern. Eine erhohte Keimkraft wirkt sich voraussichtlich nur dann positiv auf den Pflanzenbestand aus, wenn kein Nahrstoffmangel herrscht. Eine viel versprechende Variante des “Priming“-Konzeptes durfte daher die Saatgutbehandlung mit Nahrlosungen darstellen. Der Einfluss eines solchen Nahrstoff-“Primings“ auf das Keimverhalten und das Samlingswachstum unter marginalen Wachstumsbedingungen wurde 2003 in Inkubations- und Gefasversuchen in einem Phytotron untersucht. Korner der traditionellen Gerstensorte Arabi aswad wurden 0–48 Stunden in Wasser und 12 Stunden in Nahrlosungen mit 5–500 mM P, Zn und P+Zn eingeweicht und wieder auf 12 % Kornfeuchte zuruckgetrocknet. Die Keimrate bei 10 °C wurde uber einen Zeitraum von 6 bis 8 Tagen erfasst. Daruber hinaus wurden das Wachstum und die Nahrstoffaufnahme von 4 Wochen alten Samlingen in einem typischen Xerosol aus Syrien bei 25 und 100 % Feldkapazitat bestimmt. “Priming“ fur 12 Stunden in Wasser erhohte noch nach 9 Wochen Saatgutlagerung die Keimrate von 65 auf 95 %, wobei die Keimung auch um bis zu 3 Tage fruher als bei unbehandeltem Saatgut erfolgte. Der Zusatz von 10 mmol Zn und 50 mM P zur “Priming“-Losung erhohte den Nahrstoffgehalt des Saatguts um den Faktor 1,3 (P) und 4,8 (Zn) ohne die Keimrate zu beeintrachtigen. Ferner wurden dadurch der Biomassezuwachs und die P- und Zn-Aufnahme von 4 Wochen alten Samlingen signifikant gesteigert und die Wassernutzungseffizienz unter Trockenstressbedingungen um 44 % im Vergleich zu unbehandeltem Saatgut erhoht.