Biofortifcation of Wheat Grain with Copper Through Soil Fertilization

Jolanta Korzeniowska 1  and Katarzyna Kantek 1
  • 1 Dr hab. inż. Jolanta Korzeniowska, prof. nadzw., mgr inż. Katarzyna Kantek, Department of Weed Science and Soil Tillage Systems in Wroclaw, Institute of Soil Science and Plant Cultivation - State Research Institute in Pulawy, Orzechowa 61 St., 50-540 Wroclaw, Poland, phone: +48 71 3638707

Abstract

In recent years, in the literature, there have been frequent reports of insuffcient amounts of copper in the diet of various groups of the inhabitants of our country. This is disturbing as the adequate input of copper is signifcant from the point of view of prevention of cardiovascular diseases. At the same time, grain of wheat cultivated in Poland is characterized by low content of this element. Considering that the main source of Cu is bread and cereal preparations, the important issue is to increase the content of Cu in the grain of wheat. If the defciency in the diet is accompanied by the defciencies in the soil, biofortifcation through fertilization is a favourable solution. Pot experiments have shown the pos-sibility to signifcantly increase Cu content in the grain of wheat as a result of soil fertilization with copper. It was also found that a small difference between the defciency and surplus of Cu in the grain may lead to some copper excess content, especially on the soils with low organic matter content. For this reason, biofortifcation of wheat with copper requires a precise determination of soil fertilization doses under the conditions of feld experiments.

If the inline PDF is not rendering correctly, you can download the PDF file here.

  • ACIKSOZ S. B., YAZICI A., OZTURK L, CAKMAK I. 2011. Biofor-tifcation of wheat with iron through soil and foliar application of nitrogen and iron fertilizers. Plant and Soil 349: 215-225.

  • BASHIR K., TAKAHASI R., NAKANISHI H., NISHIZAWA N.K. 2013. The road to micronutrient biofortifcation of rice: progress and prospects. Frontiers in Plant Science 4,15: 1-7.

  • BREGMAN W. 1992. Nutritional disorders of plants - development, visual and analytical diagnosis. Gustav Fischer Verlag Jena, Stuttgart. New York. 343-361.

  • BOLESŁAWSKA I., PRZYSŁAWSKI J., SCHHLEGEL-ZAWADZKA M., GRZYMISŁAWSKI M. 2009. Zawartość składników mineralnych w całodziennych racjach pokarmowych kobiet i mężczyzn stosujących dietę tradycyjną i “optymalną” - analiza porównawcza. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 4 (65): 303-311.

  • BOMBIK T, BOMBIK E., SABA L, TRAWIŃSKA B. 2004. Zależność między występowaniem miedzi w glebie, paszach i organizmie krów. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu 501: 45-50.

  • BOUIS H. E., McCLAFFERTY B., MEENAKSHI J. V., PFEIFFER W. H. 2011. Biofortifcation: a new tool to reduce micronutrient malnutrition. Food and Nutrition Bulletin 32: 31-40

  • BRONKOWSKA M., BIERNAT J., SADOWSKA B. 2009. Podaż wybranych składników mineralnych w racjach pokarmowych kobiet w okresie okołomenopauzalnym. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna 46, 1: 24-29.

  • BRONKOWSKA M., KARCZ I. 2007. Ocena zawartości wybranych mikro- i makroelementów w całodziennych racjach pokarmowych kobiet o niskiej aktywności fzycznej. Roczniki PZH. 58, 4: 609-615.

  • CAKMAK I. 2008. Enrichment of cereal grains with zinc: Agronomic or genetic biofortifcation. Plant and Soil 302: 1–17.

  • DYBKOWSKA E., ŚWIDERSKI F., WASZKIEWICZ-ROBAK B. 2011. The content of trace elements in the diet of adolescents in Warsaw. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny 62, 2: 169-172.

  • FALKOWSKI M., KUKUŁA I., KOZŁOWSKI S. 2000. Właściwości chemiczne roślin łąkowych. Wyd. AR Poznań. 1-132.

  • FILIPIAK K., WILKOS S. 1995: Obliczenia statystyczne. Opis systemu AWAR. IUNG Puławy 324: 35-36.

  • GEMBARZEWSKI H., OBOJSKI J., STRąCZYŃSKI S., SIENKIEWICZ U. 1995. Zawartość makro i mikroelementów w glebach oraz roślinach ziemniaka i pszenicy ozimej z pól o wysokiej produkcyjności. IUNG Puławy 80: 1-38.

  • GRYGIL-GÓRNIAK B. 2010. Stres oksydacyjny jako czynnik ryzyka kardio- diabetologicznego fakty i mity. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna 43, 2: 109-117.

  • HUSSAIN S., MAQSOOD M. A., RENGEL Z., AZIZ T. 2012. Bio-fortifcation and estimated human bioavailability of zinc in wheat grains as infuenced by methods of zinc application. Plant and Soil 361: 279–290.

  • JAWOROWSKA A., BAZYLAK G. 2007. Residential factors affecting nutrient intake and nutritional status of female pharmacy students in Bydgoszcz. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny 58, 1: 245-251.

  • KABATA-PENDIAS A., MUKHERJEE A. B. 2007. Trace elements from soil to human. Springer-Verlag. Berlin. New York. 1-550.

  • KLEVAY L. M. 2000. Cardiovascular disease from copper defcien-cy—A history. The Journal of Nutrition 130: 489–492.

  • KLUCZEK S. 2006. Współzależność między masą ciała a poziomem miedzi i ceruloplazminy w surowicy krwi świń mieszańców w okresie tuczu. Prace Wydziału Nauk Przyrodniczych. Prace Komisji Nauk Rolniczych i Biologicznych. Seria B, 59: 27-32.

  • KIRCHMANN H., MATTSSON L., ERIKSSON J. 2009. Trace element concentration in wheat grain: results from the Swedish long-term soil fertility experiments and national monitoring program. Environmental Geochemistry and Health, 31: 561–571

  • KORZENIOWSKA J., STANISŁAWSKA-GLUBIAK E. 2011. The effect of foliar application of copper on content of this element in winter wheat grain. Polish Journal of Agronomy 4: 3–6.

  • KRUCZYŃSKA H., 1985. Liczby graniczne zawartości mikroelementów w roślinach dla oceny ich wartości paszowej. Nowe Rolnictwo 9: 45-47.

  • LIPIŃSKI W. 2013. Zasobność gleb Polski w mikroelementy. Studia i raporty IUNG-PIB 34, 8: 121-131.

  • LYNOS G. H., JUDSON G. J., ORTIZ-MONASTERIO I., GENC Y., STANGOULIS J. C. R., GRAHAM R. D. 2005. Selenium in Australia: Selenium status and biofortifcation of wheat for bet-ter health. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 19: 75–82.

  • McDOWELL L. R. 2003. Minerals in animal and human nutrition.2nd ed. Elsevier Science. 1-644

  • McGRATH S. P., CAHMNERS B. J., TAYLOR M. J., CARLTON-SMITH C., H. 2012. Biofortifcation of zinc in wheat grain by the application of sewage sludge. Plant and Soil 361: 97–108.

  • Murphy K.M., Reeves P.G., Jones S.S. 2008. Relationship be-tween yield and mineral nutrient concentrations in historical and modern spring wheat cultivars. Euphytica 163: 381-390.

  • NICHOLS M., TOWNSEND N., LUENGO-FERNANDEZ R., LEAL J., GRAY A., SCARBOROUGH P., RAYNER M. 2012. Euro-pean Cardiovascular Disease Statistics 2012. European Heart Network, Brussels, European Society of Cardiology, Sophia Antipolis.

  • PHATTARAKUL N., RERKASEM B., LI L. J., WU L. J., ZOU C. Q., RAM H., SOHU V. S., KANG B. S., SUREK H., KALAYCI M., YAZICI A., ZHANG F. S., CAKMAK I. 2012. Biofortifcation of rice grain with zinc through zinc fertilization in different coun-tries. Plant and Soil 361:131–141.

  • PROGRESS REPORT. 2000. Nutrition for Health and Develop-ment. A global agenda for combating malnutrition. World Health Organization, Nutrition for Health and Development, Sustain-able development and Healthy Environments. http://www.who. int/mip2001/index.pl%3Fiid=1735.html

  • RAPORT. 2002. Raport z badań monitoringowych jakości gleb, roślin, produktów rolniczych i spożywczych w 2001 roku. Col-lective elaboration, ed.: W. Michna and B. Szteke, Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi. Warszawa. 1-71.

  • SEIDLER T.,KASIąŻEK J., SOBCZAK A. 2013. Determining levels of mineral consumption from foodstuff sources in the daily di-ets of adolescent students living in Kamień Pomorski. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny 64, 4: 309-315.

  • SCHNUG E., HANEKLAUS S. 2008. Evaluation of the relative signifcance of sulfur and other essential mineral elements in oilseed rape, cereals, and sugar beet production. In: J. Jez (Edi-tor), Sulfur: A missing link between soils, crops, and nutrition, CSSA-ASA-SSSA Publishing, Madison, WI. 219-233.

  • SIKORA J. 2007. Wybrane choroby bydła. Wydawnictwo SIMA, Warszawa. 1-176.

  • STANIEK H, KRÓL E, KREJPCIO Z. 2006 Ocena zawartości żelaza, cynku i miedzi w całodziennych racjach pokarmowych wybranych grup ludności. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2,47; 342 – 347.

  • SULIBURSKA J. 2010. Rola składników mineralnych w rozwoju i prewencji nadciśnienia tętniczego. Forum Zaburzeń Metabolicznych 1, 4: 230-235.

  • TERLIKOWSKA K. M., DOBRZYCKA B., WITKOWSKA A., ZUJ-KO M. E. 2013. Ocena spożycia wybranych witamin i składników mineralnych wśród kobiet w wieku 40-73 lat w odniesieniu do ryzyka chorób układu sercowo-naczyniowego. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna 46, 1: 27-23.

  • URIU-ADAMS J. Y., KEEN C. L. 2005. Copper, oxidative stress, and human health. Molecular Aspects of Medicine 26: 268– 298.

  • USA NRC. 2000. Nutrient requirements of beef cattle: 7th Revised Edition. The National Academies Press. Washington, DC, USA. 1-234.

  • USA NRC. 2001. Nutrient requirements of dairy cattle: 7th Revised Edition. National Academy Press, Washington DC, USA. 1-381.

  • USA NRC. 1989. Nutrient requirements of horses: 5th Revised Edition. The National Academies Press, Washington DC, USA. 1-101.

  • USA NRC. 1994. Nutrient requirements of poultry: 9th Revised Edition. The National Academies Press, Washington DC, USA. 1-157.

  • USA NRC. 1998. Nutrient requirements of swine: 10th Revised Edition. The National Academies Press, Washington DC, USA. 1- 210.

  • WHITE J.G., ZASOSKI R. H. 1999. Mapping soil micronutrients. Field Crops Research 60: 11–26.

  • Wielgos B, Teresa Leszczyńska, Aneta Kopeć, Ewa Cieślik, Ewa Piątkowska, Mirosław Pysz 2012 Ocena pokrycia zapotrzebowania na składniki mineralne przez dzieci w wieku 10-12 lat z regionu Małopolski. Roczniki Panstwowego Zakładu Higieny 63, 3: 329 – 337.

  • WLAŹLAK E., DUNICZ-SOKOŁOWSKA A., RODOMSKA K., STETKIEWICZ T., SURKONT G., GRACZYK A. 2007. Analiza stężenia miedzi we włosach kobiet w okresie okołomenopau-zalnym. Przegląd Menopauzalny 5: 303-305.

  • WOJCIECHOWSKA-MAZUREK E., KARŁOWSKI K., STARSKA K., BRULIŃSKA-OSTROWSKA E., KUMPULAINEN J. T. 1995. Contents of Pb, Cd, Cu and Zn in Polish cereal grain, four and powdered milk. 93-101. FAO, Proceedings of the “Technical Workshop on Trace Elements, Natural Antioxidants and Con-taminants”, Helsinki, August 25-26.

  • WRÓBEL S. 2000. Wpływ wieloletniego produkcyjnego użytkowania pól uprawnych na zaopatrzenie gleb i pszenicy jarej w mikroelementy. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 471: 619-626.

  • ZATTA P., FRANK A. 2007. Copper defciency and neurological disorders in man and animals. Brain Research Reviews 54: 19-33.

  • VELU G., ORTIZ-MONASTERIO I., CAKAMK I., HAO Y., SINGH R. P. 2014. Biofortifcation strategies to increase grain zinc and iron concentrations in wheat. Journal of Cereal Science 59: 365-372.

OPEN ACCESS

Journal + Issues

Search