INSTITUUT VOOR BIOLOGISCH EN SCHEIKUNDIG ONDERZOEK VAN LANDBOUWGEWASSEN WAGENINGEN MEDEDELINGEN JAARBOEK 1962

INSTITUUT VOOR BIOLOGISCH EN S C H E I K U N D I G ONDERZOEK VAN LANDBOUWGEWASSEN WAGENINGEN

MEDEDELINGEN

175-195

JAARBOEK 1962 withsummaries

INHOUDSOPGAVE/

CONTENTS

WOORD VOORAF NOTICE FORF O R E I G N SCIENTISTS. AVIZO PORFREMDAJ SCIENCISTOJ . . . . ORGANISATIESCHEMA Influence oftemperature ofthe root medium onthegrowth ofseedlings ofvarious crop plants.

5 7 9

R. BROUWER

11

Growth and uptake ofindividual crown rootsofZea mays L. R. BROUWER and ELISABETH A.LOEN 19 Bodemparasieten alsoorzaak vanslechte groei vanwitte klaver ingrasland. Soil parasites as a cause ofpoor development of white clover inpastures, G.C.ENNIK, J. KORT, A. M.VAN DOORN en B. LUESINK

27

The growth ofmaize pretreated atvarious soil temperatures. W.P. GROBBELAAR 33 De invloed vandegrootte vanhetzaad opdejeugdontwikkeling vanEngels raaigras. Influence of seed size on the youth development ofLolium perenne L. H.J.TEN HOVE enA. KLEINENDORST 39 Dry matter production andlight interception ofcrop surfaces. II.Relation between rateofgrowth and length of grass. T H . ALBERDA and L. SIBMA

47

Observations onsprouting ofsecond-growth tubers. K.B.A.BODLAENDER andC. LUGT . . 59 Ear differentiation asa measure forphotoperiodical induction inwinter ryeand the directinfluence of day-length ontheshooting process. W.H.VAN DOBBEN 69 De verdeling van droge stof over de organen bijgranen engras inafhankelijkheid van de stikstofvoorziening. The distribution of dry matter incereals and grasses inrelation to nitrogen nutrition.

W.H. VAN DOBBEN

77

Bladoppervlak en droge-stofproduktie van zomertarwe en haver. Leaf area anddry matter production inspring wheat andoats. H.D . GMELIG MEYLING Decarboxylation ofglutamic acid during the preparation of samples foramino acid analysis.

91

W. LOUWERSE

107

Wortelgroei en waterverbruik bij granen. Root growth andwater consumption incereals. G. F . MAKKINK en H. D . J. VANHEEMST

113

A colorimetric method forthedetermination oftotal sulphur inplant material. MARIA S. M. BOSMAN

- . . 121

The excretion ofchromium sesquioxide infaeces bycows after administration of Cr 2 0 3 -containing paper.

B. DEINUM, H. J. IMMINK and W. B. DEUS

123

The effect ofsoil-pH onmanganese absorption byLolium perenne L. W.DIJKSHOORN . . . . 131 The separation oforganic acids from Lolium perenne L. W. DIJKSHOORN andJ.E.M. LAMPE 135 Partition chromatography ofthe organic acids ofLolium perenne L.onsilica gelcolumns. W. DIJKSHOORN and J. E. M. LAMPE

141

De bepaling vanruw eiwit inwortel- enknolgewassen. The determination of crude protein in root crops. CATHARINA L. HARBERTS en HENDRIKA A. SONNEVELD

149

Kopergebrek enklinische verschijnselen bijhetrund, mede in verband metdeontwikkeling van het dier enmetdewaterhuishouding vande bovengrond. Hypocupraemia andclinical symptoms incattle, with further reference tothe development ofthe animal andthe water economy of the top-soil.

J. HARTMANS

157

Enkele voorlopige gegevens over demagnesiumbemesting van grasland opzandgrond in verband metde preventie van hypomagnesemie bij melkkoeien. Magnesium fertilization of pasture inrelation tothe prevention of hypomagnesaemia inmilking cows. A. KEMP enJ.H . GEURINK

Het vaststellen vangroei bij regenwormen. An estimation of the growth of earthworms. SEN en HIEKE COUPERUS

167

J. DOEK173

3

WOORD VOORAF De vooruitgang van het onderzoek betreffende landbouwgewassen gaf weer aanleiding tot het samenstellen van een Jaarboek. Zoals gewoonlijk dragen veel van de hierin opgenomen mededelingen een voorlopig karakter, zodat een inpassing der resultaten in de reeds bestaande kennis over onze gewassen niet altijd mogelijk was. Het blijkt echter dat het bevorderlijk isvoor dezeinpassing, indien ook anderen over deze gegevens kunnen beschikken. In verband hiermee zijn weer de meeste bijdragen in het Engels gesteld. Mej. A. H. van Rossem heeft een groot aandeel in het tot stand komen van de Engelse tekst gehad en Drs. G. F. Makkink heeft wederom de samenvattingen in het Esperanto vertaald. De heren A. Kleinendorst en G. C. Beekhof hebben in belangrijke mate bijgedragen aan de verzorging van deze uitgave. De Directeur van het Instituut voor Biologisch en Scheikundig Onderzoek van Landbouwgewassen, Prof. dr. ir. G. J. Vervelde Wageningen, september 1962

NOTICE FOR FOREIGN SCIENTISTS As in the two preceding years a mimeographed issue has been prepared with summaries and the explanation of figures and tables in Esperanto. It will be sent on request.

AVIZO POR FREMDAJ SCIENCISTOJ Kiel en la du antaüaj jaroj mimeografita kajero estas preparita kun resumoj kaj la klarigo de la figuroj kaj tabeloj en Esperanto. Gi estos alsendata post peto.

INSTITUUT VOOR BIOLOGISCH ENSCHEIKUNDIG ONDERZOEK VAN LANDBOUWGEWASSEN I JULI 1962

BESTUUR Voorzitter: Dr. ir. J. J. ESHUIS Secretaris-penningmeester: Ir. J. I. C. BUTLER Dr. ir. W. FEEKES

Prof. dr. H. J. HARDON Ir. J. W. LACKAMP

Prof. dr. R. VAN DER VEEN

Adviserend lid: Prof. dr.L. SEEKLES

ORGANISATIE DIRECTIE Directeur: Prof. dr.ir.G.J. VERVELDE Pl.v.v. directeur: Dr. W. B. DEUS en dr. W. H. VAN DOBBEN

A L G E M E N E ZAKEN I. F . FLIPSE, administratie.

C. A. HOVEYN, proeftechniek en statistiek. W. K. BURGSTEDE, tuin en kassen. I. AFDELING PLANTENTEELT Hoofd: Ir. A. SONNEVELD

Onderzoekers: Ir.W. A.P.BAKERMANS, voederbieten en groenbemestingsgewassen. Ir. J. C. BOSMAN, voedergewassen.

Dr. R. BROUWER, ontwikkeling enactiviteit van hetwortelstelsel. Ir. G. C. ENNIK, klaver; vleesproduktie op intensief geëxploiteerd grasland. Mej. ir. N . KRIJTHE, fysiologisch onderzoek van aardappelpootgoed. Ir. A. SONNEVELD, teeltkundige aspecten vandegraslandproduktie; vleesproduktie op intensief geëxploiteerd grasland. Gast: W.P.GROBBELAAR M . S C . (Zuid-Afrika), deinvloed vandeworteltemperatuur op degroei vanmaïs. II AFDELING ONKRUIDBESTRIJDING Hoofd: Dr. ir. W. VAN DER ZWEEP

Onderzoekers: Dr.ir.J. L.P.VANOORSCHOT, tuinbouw. Dr. H.G. VANDERWEIJ, watergangen, onbeteelde terreinen, grondbewerking. Dr. ir.W.VAN DER ZWEEP, akker- enweidegewassen, biologie en ecologie van onkruiden. III. A F D E L I N G FYSIOLOGIE E N ECOLOGIE Hoofd: Dr. W. H. VAN DOBBEN

Onderzoekers: Dr. T H . ALBERDA, fysiologie vandegewassen. Drs. K. B. A. BODLAENDER, aardappelen.

Dr. W. H. VAN DOBBEN, reactie van granen en zaadteeltgewassen op klimaatsfactoren endestikstofhuishouding van deze gewassen. Ir. T H . A. HARTMAN, granen.

Drs. G.F . MAKKINK, waterhuishouding vande gewassen. Dr. ir. C.T. DE W I T , theoretische plantenteeltkunde. Drs. H. G. WITTENROOD, ontwikkelingsfysiologie.

Gast: M.DELPOZO (Spanje), fysiologie van grastypen.

IV. AFDELING SCHEIKUNDE Hoofd: Dr. W. B. DEUS

Onderzoekers: Dr.W.B.DEUS, sporenelementen. Dr. W. DIJKSHOORN, opname vanminerale voedingsstoffen door weideplanten. Mej. ir. C. L. HARBERTS, analytische chemie. Ir. J. HARTMANS, kopergebrek en andere mineraaltekorten bij rundvee. A. KEMP, hypomagnesemie en kopziekte bij rundvee. C. LUGT, kwaliteit van aardappelen. Ir. H.D .W.VANTUIL, chemische samenstelling van grassen. Drs. N . VERTREGT, organische scheikunde en biochemie. Ir. P. DE VRIES, minerale samenstelling van weideplanten. V. AFDELING VEGETATIEKUNDE Hoofd: Prof. dr.D . M. DE VRIES Onderzoekers: Ir. J. P. VAN DEN BERGH, experimentele vegetatiekunde en waardering van graslandplanten. Prof. dr. D . M. DE VRIES, beschrijvende en correlatieve vegetatiekunde. VI. AFDELING L A N D B O U W D I E R K U N D E Hoofd: Dr. ir. J. DOEKSEN

Onderzoeker: Dr.ir.J. DOEKSEN, bodemfauna en weidehygiëne.

10

Mededeling 175 vanhet I.B.S.

INFLUENCE OF TEMPERATURE OF THE ROOT MEDIUM ON THE GROWTH OF SEEDLINGS OF VARIOUS CROP PLANTS R. BROUWER INTRODUCTION

The influence of temperature on growth isvery complex. For different plants, however, it follows a rather similar trend. SACHS (6) distinguished minimal, optimal and maximal temperatures. These values were different for various plants according to their origin. In most experiments air temperature and soil temperature have been varied at the same time (5). Since temperature affects a great number of processes in the plant it is very difficult if not impossible to gain an insight into which process is most likelytobethelimitingone.Invaryingthetemperature ofonlyoneofthe organs, inthis case root temperature itmay be somewhat easierto givea useful interpretation. BROUWER and VAN VLIET (4) suggested from their results with pea plants that the reduced growth at root temperatures above 20°C was due to insufficient potassium uptake. Other examples of such a direct causality are scanty. In this case there also may exist very great differences between plant species. In this paper the influence of root temperatures between 5° and 35°or 40°Con the growth of peas, rape, broad beans, red kidney beans, strawberries, maize, oats and flax is described. METHODS

After germination at20°Ctheseedlingsweremounted onplastic discsand placed on nutrient solutions in conditioned growth chambers. Root temperatures varied from 5°Cupto 40°Cin steps of 5°C.Air temperature was constant at 20°Cand light intensity at 70.000 ergs. cm*2, sec -1 . The duration of the light period was 16hours a day. Air humidity was fluctuating around 65% r.h. The nutrient solution was refreshed before 50% of the essential elements had been taken up. The plants were harvested after a growing period of 2-6 weeks depending on the extension ofthecropsused.The ageatthefinal harvestisindicatedineach experiment. Fresh weights and dry weights of roots, stems, and leaves were determined separately and in some cases also the leaf area, the stomatal density and the extent of the vascular tissue. RESULTS AND DISCUSSION

Growthof variouscropsasyoungseedlings So far as the influence of root temperature is concerned - great differences between species may be expected. For reasons of comparison figure 1shows the fresh weights of leaves and roots expressed as percentages of these values at the root temperature of 25°C. Roots and shoots show the same pattern, indicating that the shoot/root ratio does not vary greatlywithroot temperature.Photographs (I,II,III) and the data on weight show further that a rather broad optimum exists. Mostly a temperature 11

5

10 15 20 25 30 35 40 °C

5 10 15 20 25 30 35 40°C root temperature

FIG. 1. Relative dry weights of shoots and roots of different crop plants grown for 24 days after germination on Hoagland solutions kept at the temperature indicated. Air temperature in all cases 20°C. Light intensity 7 x 10" ergs.cnr^sec*1. Weights at 25°C have been put at 100%.

12

range often degrees can be found in which growth does not differ somuch. The differences appear in the region of transition to the minima and maxima. A root temperature of25°Cgivesoptimal growth for allcropsunder investigation. Root temperatures of 5°C and 40°C greatly inhibit the growth of all crops. At 10°C the growth of flax, horse beans and peas is rather good and that of rape, red kidney beans, maize still rather poor. At 15°C only the growth of flax and peas is optimal, whereas the other crops except for maize reach the optimum at 20°C. Flax and peas grow less at a root temperature of 30°Cthan at one of 25°C, the former even considerably less. For the rest of the plants except for maize, a root temperature of 35°Chas an extremely inhibitingeffect. Within thisgroup ofplants onlymaize growsrather good at aroot temperature of 35°Cand collapses between 35°C and 40°C. It appears clearly that growth sharply decreases at temperatures higher than the optimal range. An apparent deviation of peas and rape depends on themethod ofmounting on the plastic discs, leaving the possibility for these plants to develop adventitious roots above the surface of the nutrient solution, wherethetemperature issomewhat lower. In general the range from favourable toharmful at high temperatures takesplaceinatemperature range of2or 3 degrees centigrade and is accompanied by a complete inhibition of root growth and evenby a steady dying of the roots which were present at the beginning of the experiment. Thecorrelation between root growth and shoot growth israther closeintheseexperiments.The shoot/root ratio, therefore, doesnot greatly depend on root temperature (4). This is a rather intriguing phenomenon since from this it follows that a gram ofroots can supply the requirements ofthesameamount ofshoot tissueatall tempera-

PHOTOGRAPH I.

Oat seedlings grown for 14 days (following germination at 20CC) on nutrient solutions with the temperatures indicated. Air temperature 20°C.

turestested. With our knowledge sofar this cannot beexplained soeasily, for it means that the special activity of the roots expressed in shoot growth does not differ. On the other hand, roots grown at the same root temperature and transferred, thereafter, to différent root temperatures, show great differences in this respects (4).There seems to be a sort of adaptability the nature of which has to be studied more closely. In conclusion it can be stated, that shoot growth rather closely follows root growth more or lessindependent of root temperature. The influenceof root temperature onleafgrowth The direct influence of root temperature on root growth has been described elsewhere (2). Root branching isvery poor at the lower temperatures whereas growth in length is less affected. With the shoot corresponding root temperatures, however, mainly reduce the growth rate and uttermost area of the successive leaves. This may be seen from figure 2a (broad beansj. At the lower temperatures the initiation of new leaves is much less retarded than the development of the leaves. At 10°Cfor example the number of leaves differs only one with that present at 15,20,25 and 30°Cbut the fresh weight ofeach individual leaf ismuch less.At 5°Cand at 35°Cnot onlythe fresh weight of the leaves but also thenumber of leavesissmaller. The timecourse of initiation and development can be seen from figure 2b. This holds mutatis mutandis for all the plants under investigation.

leaf length cm 3Leaf fresh weight 9 10

10

15

20

20

25 30 35°C 0 root temperature

FIG. 2a. Fresh weights of subsequent leaves of broad beans grown at different root temperatures. FIG. 2b. Growth rate of the leaves at three root temperatures.

14

PHOTOGRAPH II. Seedlings of red kidney beans grown for 10days (following germination at 20°C) at the root temperatures indicated. Air temperature 20°C.

Theinfluence of theroot temperature oncellnumberandcellenlargement intheleaves Besides the direct influence of root temperature on root growth the most significant effect is the induced differences in growth of the leaves. This a very general phenomenon. The question arises whether this is due to a reduced cell division in the growing leaves or to a reduced cell extension. Comparing leaf area, stomatal density (being a measure of cell size) and total number of stomata (being a measure of cell number) of Viciaplants grown at various root temperatures, it can be seen that differences in leaf area are partly due to a reduced cell extension and partly to a reduced cell multiplication. Cell-multiplication plays a role at 5°C (fig. 3). UsingPhaseolusbeans the role of the reduced cell extension is even more pronounced. With exception of the extreme root temperature,wheregrowthisalmostfully checked, root temperature influences leaf growth mainly by reducing cell extension. This ispartly due to a reduced water uptake and partly to an inhibited ion uptake (3). Theoriginof adistinct optimum Shortly after planting differences in growth at root temperatures in the range from 15°C up to 30°C are very small. Only lower and higher temperatures show a direct growth reducing effect. After some time, however, the optimum becomes more and more pronounced (figure 4) In case of peas BROUWER and VAN VLIET (4) have been ableto ascribe this shift to theuptake ofpotassium. Up to a root temperature of 15°C growth and potassium uptake are rectilinearly related, whereas at the higher root temperatures initial growth is relatively more rapid than potassium uptake. The con15

FIG. 3. Number of stomata per leaf, leaf area and stomatal densityinleavesof broad beans grown at the root temperatures indicated.

x10';i E l 301-150 20

15

75 - 10

0L 0

10

15

20

25 30 35°C root temperature

sequence isa diminishing content of potassium and when the critical content has been reached a reduced growth. Asroot temperature ishigher thiswilloccur sooner. Below 15°C the growth is inhibited by a water deficiency. A similar explanation ofthe origin ofadistinct optimum can asyet not be given for the other cases.In using red kidney bean plants,however, the same general trend can be found (figure 4). During the first period after germination there is a distinct optimum at 30°C. At an age of 20 days there is no difference between plants at root temperatures of 20°,25°and 30°C, whereas after 30days the plants at 30°Cseem to stay behind theplants at 25°C.Although, consequently therearedifferences between plants as to the performance of this phenomenon, the phenomenon in itself seems to be a fresh weight g/set 15 /"Xdays after germination

10

5 10 15 20 25 30 35 40

5

10 15 20 25 30 35 40 °C root temperature

FIG. 4. Fresh weight of shoots and roots of peas and red kidney beans grown at different raot temperatures. Harvests at various ages.

16

PHOTOGRAPH III. Broad bean seedlings grown for 14 days (following germination at 20°C) at the root temperatures indicated. Air temperature 20°C.

rather general one. The shift of the optimum depends also on other factors which have influence on the growth rate. Itwillrequire alotofwork before thephysiological background ofthis phenomenon has been investigated satisfactorily. Dry matter production, dry matter content and stomatal density It is common knowledge that a reduction of growth rate leads very often to an increased dry matter content. This results from the fact that growth rate is more sensitive to various unfavourable conditions in the root environment, than the rate of photosynthesis. The correlation between dry matter content and total amount of dry matter produced is shown in figure 5(bottom) for rape and bean plants. It is shown that the dry matter production is inversely proportional to the dry matter content. Whereas in almost all cases growth reduction mainly concerns a reduction of the extension of the leaf cells a same inverse proportionallity between production and stomatal densitymay beexpected (figure 5(top)).These relations seemgenerally applicabletotheprocess ofgrowth and may be,therefore, of someuse in predicting harvest results. ARLAND (1)uses for this purpose the transpiration values of freshly cut shoot parts. These values are applicable only if the nutrient supply isinsufficient. Incaseof insufficient water supply the relation isjust the reverse. Stomatal density, however, seems to be a good measure of production in case of insufficient nutrient supply as well as in case of insufficient water supply. 17

relative dry matter production

\O30

relative dry matter production

°l°

20 25 number of stomata 2 per 0.8mm

\

loor •K„,2° 25»\,„ rape

red kidney beans

50

5

6

7

8

9 10 11 12 13 U 15 16 17 18 19 2 0 % dry matter content

FIG. 5. Relation between relative drymatter production (highest yield putat 100%) anddrymatter content at harvest time (bottom) and stomatal density (top). Numbers indicate the root temperatures used.

SUMMARY

The influence of root temperature on seedling growth of various crop plants is shown in figures and photographs. The differences between species are considerable. Allspecieshaveincommonthat at sub-or supraoptimal conditions growth reductions are mainly due to reduced cellextension. As aconsequence theassimilating apparatus remains smaller and with itthe dry matter production. Generally a shift ofthe optimum tolower temperatures occurs during the life cycle. REFERENCES 1. ARLAND, A.:DieTranspirationsintensität der Pflanzen als Giundlage beider Ermittlung optimalen acker- und pflanzenbaulichen Kulturmassnahmen. Abh. Sachs. Ak. Wiss. Leipzig Mathnaturw. kl.44Berlin Akademie Verlag 1952. 2. BROUWER, R.:Deinvloed vandeworteltemperatuur opdegroei van erwten. Jaarb. I.B.S. 1959, 27-36. 3. BROUWER, R.: Investigations into thecausality of theinfluence of theroot temperature on the growth ofbean plants (in preparation). 4. BROUWER, R. andG. VAN VLIET: De invloed vandeworteltemperatuur opgroei en opname bij erwten. Jaarb. I.B.S. 1960, 23-36. 5. RICHARDS, S. J., R. M. HAGAN and T. M. M e . CALLA: Soil temperature and plant growth, i n :

Agronomy 2,Ed.B. T.Shaw, New York, Ac.Pr.Inc. Publ. (1952) 303-480. 6. SACHS, J. : Physiologische Untersuchungen über dieAbhängigkeit derKeimung vonderTemperatur. Jahrb. Wiss. Bot. 2 (1860) 338-377. Received: 7May1962.

18

Mededeling 176 van het I.B.S.

G R O W T H A N D UPTAKE OF INDIVIDUAL CROWN ROOTS OF ZEA MAYS L. R. BROUWER and ELISABETH A. LOEN

In studying root growth and root activity it is desirable to distinguish a direct influence of the environment on these processes and an indirect one via the growth and the activities of the shoots. F o r this purpose split root systems have been used (3, 4, 5, 6). It is probable, however, that the exposure of a considerable part of the root system to altered conditions also changes processes in the shoot with possible reciprocal influences on the roots. To avoid such changes as far as possible it is preferable to use smaller portions of the whole root system and to compare their growth and activities with corresponding portions in other environments. The amount of work done with this design is very small (1, 6). At present it is impossible to obtain a reliable picture of the influence of various factors on root growth and root activity. The method described below intends to discriminate direct influences and indirect ones via the tops. Some preliminary results will be shown.

FIG. 1. Asseinbly used for the measurement of growth and uptake of individual crown roots of maize. 19

2. METHODS

The assembly used for these experiments consists of a main vessel made of perspex on a metal standard (fig. 1)on which six glass tubes can be mounted. The glass tubes (150 X 2 cm) fit with perforated rubber stoppers into holes in the main vessel. Main vesselandglasstubescanbeaerated and tapped off separately. Amaizeplantismounted on a plastic lid on the main vessel. The inlets of the glass tubes in the main vessel arelocatedattheleveloftheoriginofthecrownroots. Eachwhorlbears5crown roots, which are directed into the glass tubes. One of the tubes acts as a control vessel. The level of the nutrient solution in the main vessel is lower than the inlet of the tubes so that each sidetube is an independant unit. It can be filled with a measured amount of nutrient solution which can betapped off, weighed, and analysed for nutrient elements after an uptake period. The experiments have been performed with 4-6 plants (20-30 crown roots) at the same time. Theassemblyisplaced inawoodenboxto ensuredarknessfor theroots.Light intensity was kept at 7 x 104 ergs. cm~2. sec -1 during 16hours a day and temperature at 20°C. 3. RESULTS

3.1. Growthmeasurements of the crownroots onanormal Hoagland solution Using normal strength Hoagland solution a very regular growth can be obtained. Differences in growth rate between thevarious crown roots of a singleplant are rather small (fig. 2).The sameholds for different plants with the sametreatment. The growth rate depends on which whorl is used. For the second whorl this rate amounted to 4-5 cm/24 hrs., for the third 6-7 cm/24hrs.Thegrowth rateisrather constant during the whole period of measuring which refers to the range from 10 to 140 cm root length. By harvesting the roots at different lengths the relation between the length of the crown root and weightofthecrown root withitsbranch roots wasdetermined. For the crownroots ofthe secondwhorlthisrelation isshowninfigure3.Theweight increases about logaritmically with the increase in length. Differences between similar experimentseachconcerning24or 30crownrootscauseacertain scatteringaround the mean values. The curvature of the line is a measure of the branching of the crown roots. It willbeshownfurther onthatespeciallythebranchingissensitivetovarious experimental conditions. length of crown roots cm 1

i

2

100-

8

50r

*

20 days

20

FIG. 2. Length of individual crown roots ofmaize plotted against time. Each symbol represents the length of one root. All roots grown in Hoagland solutions.

FIG. 3. Thefresh weight of individual crown roots plus their branch roots plotted against the length of the root. Rootsareharvested after havingreached the length indicated. Different symbols represent different experiments. All roots grown in Hoagland solution.

fresh weight of crown root + g/root branches

10-

/

5-

0

50 100 cm l e n g t h of crown roots

3.2. Thegrowth rateof the crownrootsasinfluencedby thenutrient supply In the assembly used the nutrient supply can bevaried in different ways. In the first place one of the nutrient elements can be omitted in the main vessel which contains the bulk of the roots. In this case the plant will suffer from deficiency, which will be more pronounced if this element is also omitted in some of the side tubes. If on the other hand an essential element is omitted in only one or two of the side tubes the plant as a whole is not measurably influenced and the direct influence of the medium on the corresponding roots can be investigated. Iffor instance nitrogen isnot supplied to one or two of thecrown roots whereas the other crown roots and theroots in the main vessel remain well-supplied with nitrogen the growth rate of the top is not significantly altered. From figure 4a it can be seen that thegrowth inlength ofthe roots without nitrogen in their environment proceeds at the same rate as the growth of the other crown roots. Apparently nitrogen, in the root length cm o—o + N fr. wt. 2.00 and 2.12 g N f r . w t 199 and 1.78 g

«

60,L

fresh weight of crown root + branches g/root

o ç

of 501-

1

10|-

8

i 40

-

»/

e

1 4»

8

30

5 20

-

8

A

-

A'

a

10

0

1 0

/ /

<->-

i

8

16 da

0

. /

.o o^

.0' o

I

50

b 1

100 cm root length

FIG. 4a. Length ofcrown roots plotted against time.Open dotsrefer torootsin Hoagland solution, filleddots to roots grown in a Hoagland solution in which nitrate has been replaced by chloride. In the main vessel only normal Hoagland solution. FIG. 4b. Therelationship between fresh weight and length of individual crown roots plus their branches as dependent on the nitrogen supply in their environ. The plant as a whole is wellsupplied with nitrogen (main vessel). Some of the crown roots under investigation (closed symbols) do not find nitrogen in their environ, others do.

21

root lengt h cm 110- O 0 + N fr. wt. 6.4 and 6.0 g - N f r . w t 1.4 and 1.2 g

•

—

o

1008 90' 80 L

e 70-

o 0

fresh weight of g/root crown root + branches

608

t

50h

5

*oL 30u 20^

a

I 5 0

"f 8 i

0

8

16 days

100 cm root Length

FIG. 5a. Asfigure4a, but crown roots of a nitrogen deficient plant. FIG. 5b. Asfigure4b, but crown roots of a nitrogen deficient plant.

medium is not essential for root growth and the amount required for an undisturbed tip growth of the roots issupplied bytranslocation from other tissues. Its direct uptake by the growing root isnot necessary. The branching of thecrown roots is normal too (figure 4b). When omitting nitrogen in the medium of one or two of the crown roots is coupled with omission of nitrogen in the main vessel a different picture comes to the fore. Although the increase in length of the crown root itself is nog influenced (fig. 5a) its branching ismuch more scanty (fig. 5b)ascompared with the crown roots of the same nitrogen deficient plant which receive nitrogen. The length of all roots of a nitrogen deficient plant increases much faster than that of a plant well-supplied with nitrogen, ascanbe seenfrom figures 4a and 5a(compare also BROUWER, JENNESKENSand BORGGREVE (2)).

From these experiments the following picture results. When the plant as a whole is well supplied with nitrogen it isimmaterial whether one or two of the crown roots do not have nitrogen intheir environs. The amount of nitrogen necessary for their undisturbed growth and branching is translocated from the other parts of the plant together with other substances such as carbohydrates. If, however, the whole plant is deficient in nitrogen the presence of nitrogen in the environment of each of the crown roots is very essential for the development of that root. It appears that the growth in length is more or less independant of the presence of nitrogen but branching is influenced considerably. With phosphate asimilar picture was obtained. It seems therefore, that this applies to other nutrients aswell.It ismore difficult to obtain theresults offigure4than those of figure 5because higher internal nitrogen and phosphate levels are not so easily ob22

P-uptake u m o l / 2 4h

50

H20-uptake m l / 2 4 hrs 100-

r

/•

25r

50h

o /

,—°* 50

100 cm root length

50

100 cm root length

FIG. 6. Phosphate and water uptake by individual crown roots of maize plants plotted against their length.Uptakeandlengtharemeasuredduringsubsequentdaysusingalwaysthesameplants. The data indicated by open dots refer to roots with nitrogen in their environ, thefilleddots to roots in environs without nitrogen. The plant has been well-supplied with nitrogen in the main vessel.

tained, even in water culture. The results of GOEDEWAAGEN (5) indicate that the same principles arevalid in soilculture aswel. 3.3. Water and ionuptake by individualcrownroots For the uptake experiments the contents of the glass tubes were raised to 250 ml. After an uptake period of 24 hours the nutrient solution was tapped off and made up totheinitialweightwithdistilledwaterand analyzed forpotassium,nitrogen and phosphate. Taking plants of the same treatment the uptake of water and ions is more or less proportional to the fresh weight oftheroots.This holds for thenitrogen deficient plants aswellas for theplants well-supplied with nitrogen (figures 6and 7).There are, however, great differences between these two groups of plants concerning the uptake values per gram root tissue (figure 8). The amount of water taken up per gram root tissue by the roots of the plants wellsupplied with nitrogen is about twice the amount taken up per gram root tissue of the nitrogen deficient plants. This phenomenon is comprehensible if the shoot/root ratio isconsidered. The plants well-supplied with nitrogen have about 2.5or 3.0 gram fresh weight of the shoots per gram fresh weight of theroots, whereas the nitrogen deficient plant have only 1.0-1.5 gram shoot tissue per gram root tissue. Transpiration is HjO-uptake ml/24hrs 100r

P-uptake u mol/24hrs 50!-

sor

^.,0»,.r=T—• • - • —

0

50

100 cm root length

0

°y'

• 100 cm root length

FIG. 7. Asfigure6 but using a nitrogen deficient plant. 23

FIG. 8. Wateruptakeofindividualcrownrootsplotted against their fresh weight. Uptake is measured during a 24 hour period before harvesting. Plants well supplied with nitrogen (+N) or nitrogen deficient (-N). Within each group of plants roots with (-fN) and without (-N) nitrogen in their environ.

roughly proportional to the shoot fresh weight and a halving of water uptake per gram root fresh weight may be expected. Phosphate uptake by the roots of the nitrogen deficient plants shows a somewhat different picture. The + N roots of theseplants absorb a measurable amount of phosphorus. Compared with the + N roots of the plants well-supplied with nitrogen, however, this amount is smaller. In the latter case a part of the phosphorus taken up, is used in the growth of the absorbing root itself and the remainder is transported to the shoot. In the nitrogen deficient plants on the other hand phosphorus is available in the medium of all roots but the need of phosphorus is much smaller, as growth is veryslowandlimitedbythenitrogenuptake of one ortworoots. In this case, therefore, phosphate uptake by the + N roots serves predominantly to satisfy the need of phosphorus in the growth of these roots. The phosphate uptake of the - N roots of the nitrogen deficient plants isnegligible.That this iscaused bya diminishing requirement for phosphorus due to diminishing growth can be shown from experiments in which the phosphorus uptake is followed after omission of the nitrogen in the main vessel (figure 9). A nitrogen deficiency increasing with time isreflected in a decreasing phosphorus uptake. Incase of the + N roots the uptake willdecrease to their own requirement, which after ten days of increasing nitrogen deficiency of the remainder of the plant maybeeven higher than their own requirement plustransport to the shoot when nitrogen wasfirstomitted. The uptake by the - N roots drops to practically zero at the same time. Theuptakeofpotassiumtoarathergreatextentresemblestheuptake of phosphorus. P-uptake u mol/2ihrs 501-

A

\

25

/ /

V' 9

/9

24

15

21

'9

/0

27

/o

FIG. 9. Phosphate uptake of individual crown roots plotted against time.Plantswellsuppliedwithnitrogen upto 15/9; afterwards nitrogen was omitted in the main vessel. Part of the roots (open dots) supplied with nitrogen throughout, part of roots (closed dots) without nitrogen throughout.

4. DISCUSSION OF THE RESULTS

With the method described above accurate measurements of the growth and uptake of individual crown roots can be made. In so far as uptake is concerned there are no comparable data in literature. Growth rates of individual roots have been described repeatedly but in no instance a separation has been made of direct environmental effects and indirect ones via the shoots. In most experiments relative growth rates of roots and shoots have been determined mostly at larger intervals. BROUWER e.a. (2) using very frequent harvests were able to show that the relative growth of shoots and roots did not respond to thepresence or absence ofnitrogen in theroot medium. They concluded from a delayed reaction that the presence of nitrate in the plant was the determining factor. This has been confirmed in the experiments described above. The presence of nitrogen in the root environment has no influence on the growth of this root if the total supply of the plant as a whole is sufficient. On a more practical scale thisisconfirmed byexperiments ontheplacement offertilizers. An elegant experiment of GOEDEWAAGEN (5) fits into these lines of thought. He allowed the roots of oat plants to divide into two halves of a container, onewithout phosphate, the other with increasingamounts ofphosphate.Therelative amount of roots growing in the unfertilized part of the container increased with the phosphate supply in the other part. It seems reasonable to expect that at still higher applications than those applied by GOEDEWAAGEN (600kg P 2 O s /ha)the difference would have disappeared entirely. Further experiments compiled by DEWIT (7)point inthe same direction. 5. SUMMARY

A method is described which enables an accurate measurement of growth and uptake of individual crown roots of maize. If the plant iswell-supplied with an easily transportable element its presence in the direct environs of a root doesnot influence growth of this root.If theplant is deficient of an element the presence of this element influences growth considerably. REFERENCES 1. BROUWER, R. : The regulating influence of transpiration and suction tension on the water and salt uptake by the roots of intact Vicia Faba plants. Acta Bot. Neerl. 3 (1954) 264-312. 2. BROUWER, R., P. J. JENNESKENS and G. J. BORGGREVE: Growth responses of shoots and roots to interruptions of the nitrogen supply. Jaarb. I.B.S. 1961, 29-36. 3. GILE, P. L. and J. O. CARRERO: Absorption of nutrients as affected by the number of roots supplied with the nutrient. J. Agric. Res. 9 (1917) 73-95. 4. GOEDEWAAGEN, M. A. J.: Het wortehtelselder landbouwgewassen (1942) Algemene Landsdrukkerij 's-Gravenhage. 5. GOEDEWAAGEN, M. A. J. : De oecologie van het wortelstelsel der gewassen. De plantenwortel in de landbouw (1955) Staatsdrukkerij- en Uitgeverijbedrijf's-Gravenhage. 6. WIERSUM, L. K.: Problemen en methodiek van fysiologisch-oecologisch wortelonderzoek. T.N.O.nieuws 103 (1957) 8-11. 7. WIT, C. T. DE: A physical theory on placement of fertilizers. Versl. Landbouwk. Onderz. 59.4 (1953) 71 pp. Received: 7 May 1962.

25


BODEMPARASIETEN ALS OORZAAK VAN SLECHTE GROEI VAN WITTE KLAVER IN GRASLAND with summary G. C. ENNIK, J. KORT 1 ), A. M. VAN DOORN 2 ) en B. LUESINK

De ontwikkeling van witte klaver in grasland en kunstweiden is vaak slecht zonder dat dereden daarvan bekend is.Omeenindruk tekrijgen over schadediedoor bodemorganismen eventueel aan de klaver wordt toegebracht, werd eenreeks ontsmettingsproeven in het veld genomen, later gevolgd door een reeks potproeven. De uitkomsten hiervan zijn zodanig, dat het gewenst lijkt deze al vast in de vorm van een voorlopige mededeling te publiceren. Het ligt in de bedoeling deze mededeling te laten volgen door een of meer artikelen waarin de genoemde proeven uitvoerig zullen worden besproken. In 1956 werd een reeks proefvelden aangelegd op willekeurige, nieuw in te zaaien percelen grasland, waarin de invloed op de groei van witte klaver en gras werd nagegaan van a) ontsmetting van het klaverzaad voor het zaaien met een mengsel van TMTD en Voronit tegen diverse schimmels (3 gvan elk middel per kg zaad), b) ontsmetting van de grond voor het zaaien met Brassicol tegen diverse schimmels (40 g/m2), c) ontsmetting van de grond met DD tegen aaltjes ( ± 60ml/m2). De zaadontsmetting en de grondontsmetting met Brassicol bleken geen invloed te hebben op de opbrengst of de klaver-grasverhouding. Daarentegen werd door ontsmetting van de grond met DD een belangrijk betere groei verkregen, aanvankelijk zowel van klaver als van gras. Na de eerste snede bleef de klaver op deDD-veldjes echter achter. Gemiddeld over 14proefvelden wasin het eerstejaar de opbrengst aan droge stofvan het gras op de DD-veldjes 1300 kg/ha hoger en van de klaver 80 kg/ha lager dan op de onbehandelde veldjes. In het tweedejaar was degrasgroei op de DD-veldjes niet beter meer dan op deonbehandelde veldjes (gemiddeldover 7proefvelden zelfs 135kg droge stof per ha lager), doch de klaver kwam toen op de DD-veldjes sterk naar voren met als gevolgdat deklaveropbrengst op dezeveldjes datjaar gemiddeld 740kgdroge stof per ha hoger was dan op de onbehandelde veldjes. In het derde jaar was ook bij de klaver geen gunstig effect van deDD-behandelingmeerwaar tenemen. Uit een onderzoek van de grond in het laboratorium in het eerste proefjaar door dr. G. W. HARMSEN (Instituut voor Bodemvruchtbaarheid, Groningen) bleek dat door de DD-behandeling het gehalte aan minerale stikstof en het stikstofmineralisatievermogen van de grondwarenverhoogd. Het(slechtseenjarige!)gunstigeeffect vande grondontsmetting met DD op degrasgroei isdus,althans ten dele,eengevolgvan dedoor de DD-behandelingbeschikbaar gekomen bodemstikstof. Deverkregen cijfers zijn echter niet nauwkeurig genoeg om te kunnen vaststellen of het DD-effect op het gras uitsluitend een stikstofeffect is. Daar het DD-effect op de klaver in het tweedejaar geen stikstofeffect is en evenmin een gevolg is van een geringere concurrentie door het gras (de grasopbrengst op de DD-veldjes en de onbehandelde veldjes was vrijwel gelijk), heeft de DD-behandeling van de grond dus een specifieke, gunstige invloed op de klavergroei 1

) Werkzaam bij dePlantenziektenkundigeDienst, Wageningen. -) Voorheenwerkzaam bijhet Instituut voor Plantenziektenkundig Onderzoek, Wageningen.

27

uitgeoefend. Uit latere proeven is gebleken dat deze werking ook in het eerste jaar reeds aanwezig is, doch dat deze dan geheel of voor een groot deel wordt onderdrukt door de sterk bevorderde grasgroei. Om uit te maken of de gunstige invloed van de grondontsmetting met DD op de klavergroei (en/of de grasgroei) een gevolg was van de nematicide werking van dit middel werden door de Plantenziektenkundige Dienst op verschillende proefvelden en op verschillende tijden aaltjestellingen verricht. Daarbij werd niet alleen geen verband gevonden tussen de aaltjesaantallen en de grootte van het DD-effect, maar er kwamen zelfs tegenstrijdigheden voor diehetwaarschijnlijk maken dat inons gevalde betere groeiniet ofiniedergevalniet uitsluitend eengevolgisvanhetdodenvan aaltjes. Op tien van de percelen waarop een DD-proefveld was aangelegd werd een proefje genomen waarin de invloed op de klaver- (en gras)groei van afrikanen als voorvrucht werdvergeleken metdievaneenofanderlandbouwgewas alsvoorvrucht. Uit deliteratuur isbekend dat afrikanen de eigenschap hebben bepaalde aaltjessoorten in meerdereofminderemate te onderdrukken. Ook op deproefvelden bleek dit het gevalte zijn, hoewel deaantallen aaltjes op deafrikanenveldjes hoger waren dan op de DD-veldjes. In tegenstelling met de groei op deDD-veldjes bleek degroeivan de klaver of het gras op de afrikanenveldjes echter niet beter te zijn dan op de veldjes met andere voorvruchten. Voor een nadere bestudering van het DD-effect werd van de veldproeven overgegaan op potproeven. Door toevoeging van DD aan eenvoedingsoplossing die daarna werd doorlucht om vergiftiging van de planten te voorkomen, werd de groei van de planten niet beïnvloed;na toevoeging aan grond dievervolgens werd gelucht, werden soortgelijke effecten gevonden als in het veld. De DD oefent dus geen directe invloed op deplanten uit,maar werkt viadegrond. Tndepotproeven metgrond bleekhet DDeffect op de grasgroei in het algemeen gering te zijn en van korte duur. Het trad onmiddellijk na het inplanten van de potten op. Dit alleswijst erop dat voor het gras het

"VüüS j*fc ^Cfrrr*.^

FIG. 1.

28

De invloed van behandeling van degrond met DD op degroei van witteklaver, 5maanden na debehandeling (5esnede).S = behandeld metDD,O = onbehandeld. Theinfluence ofdisinfection of thesoilwith DD onthegrowth of white clover, 5 monthsafter treatment(5thcut).S = treatedwith DD,O =non-treated.

met de DD-behandeling gepaard gaande stikstofeffect de stimulerende factor is. Het DD-effect op de klaver daarentegen isaanvankelijk betrekkelijk gering (ook in potten met een monocultuur van klaver, waar dus de concurrentie door het gras ontbreekt) om in de loop van enige maanden sterk toe te nemen (fig. 1). In het in figuur 1afgebeelde geval ishet verschil een gevolgvan een sterke achteruitgang van de klavergroei in de onbehandelde potten. Dit maakt het waarschijnlijk dat het DD-effect op de klavergroeiberust ophet opheffen ofvoorkomen van eengroeibelemmering. Het wortelstelsel van de planten in de DD-potten was fors ontwikkeld en mooi wit van kleur, dat van deplanten in deonbehandelde potten daarentegen wasklein envoor een groot deelbruin van kleur. Dit wijst erop dat de groeibelemmering van deklaver in de onbehandelde potten een gevolg is van aantasting door schadelijke organismen, hoewel andere mogelijkheden niet zonder meer mogen worden uitgesloten. Voor een verder onderzoek van de wortels en de bijbehorende grond werd de hulp van een aantal deskundigeningeroepen. Mevr. ir.J.A. BAKHUIS (Afd. Graslandcultuur, Landbouwhogeschool) toonde aan dat de effectiviteit van de stikstofbinding door de wortelknolletjesbacteriën uit behandelde en onbehandelde potten gelijk is. Bij een onderzoek van de grond op bacteriofagen door de heer J. ANTHEUNISSE (Lab. voor Microbiologie, Landbouwhogeschool) werden deze niet gevonden, zodat aantasting van de wortelknolletjesbacteriën door bacteriofagen niet de oorzaak kan zijn van de achteruitgang van de klavergroei in de onbehandelde potten. Een onderzoek van de planten op virussen door dr. L. Bos(Instituut voor Plantenziektenkundig Onderzoek, Wageningen) leverde een negatief resultaat op en uit een onderzoek van ir.J.H.VANEMDEN (Instituutvoor Plantenziektenkundig Onderzoek)bleekdatdeplantenooknietwaren aangetast door bacteriën. Door de Plantenziektenkundige Dienst werd deaanwezigheid van diversesoorten aaltjes (o.a. het klavercyste-aaltje) geconstateerd. De aantallen van de meeste van deze aaltjes waren in de onbehandelde grond belangrijk hoger dan in de met DD behandelde grond. Bij het onderzoek van de grond op insekten door dr. C.J.H. FRANSSEN (Instituut voor Plantenziektenkundig Onderzoek, Wageningen) bleek indeonbehandelde grond eengroot aantal springstaarten voor tekomen, terwijl deze in de met DD behandelde grond slechts weinig voorkwamen. Ir. VAN EMDEN isoleerde uit de klaverwortels uit de onbehandelde potten verschillende parasitaire schimmels. Bij onderzoek bleek dat van deze planten veel wortels waren afgestorven en dat op de plaats waar de afgestorven zijwortels hadden gezeten veel schimmels in het weefsel aanwezig waren. Ir. VAN EMDEN acht het zeer waarschijnlijk dat de schimmels een rol hebben gespeeld bij het afsterven van de zijworfcels, doch het feit dat niet één maar verscheidene schimmels werden gevonden doet vermoeden dat ze secundairzijn opgetredennadat deplanten door eenandereoorzaak waren beschadigd of verzwakt. De veronderstelling ligt nu min of meer voor de hand dat de aaltjes en wellicht ook insekten (b.v. springstaarten) hierbij een rol spelen, doordat ze via de door hen gemaakte wondjes de schimmels in de gelegenheid stellen de plant binnen te dringen. Bij andere gewassen zijn reedsvoorbeelden bekend van ziekten dieeen gevolg zijn van een gecombineerde aantasting door aaltjes en schimmels. Van bepaalde soorten springstaarten is eveneens bekend dat ze door vreterij aan de wortels schade aan planten kunnen veroorzaken. Zowel aaltjes als springstaarten komen in ons grasland en bouwland zeer algemeen voor. Omdat grond door de grote verscheidenheid van organismen die erin voorkomen eengecompliceerd enmoeilijk tebestuderen mediumis,werdineenoriënterend proefje degrondvervangen doorvermiculite(eenenigszins korreligemica-achtige stofmet een groot absorberend vermogen), in de hoop dat bij een voldoende lange groeiperiode overeenkomstige verschillen als bij grond zouden optreden, doch van een minder gecompliceerde aard. In twee van devier potten werd devermiculitevantevoren behan29

deldmet DD. Allepotten werden ingeplant metjonge klaverplanten die voorgekweekt waren op niet ontsmette grond. Na enige maanden werden alle planten verwijderd, de DD-potten werden opnieuw met DD behandeld en vervolgens werden alle potten opnieuw ingeplant. Dit werd daarna met eenwat langere tussenpoos nog eenmaal herhaald. Enige tijd na de derde DD-behandeling(ruim 1jaar na het begin van de proef) ging de groei van de klaver in de onbehandelde potten zodanig achteruit dat verscheideneplanten dreigden aftesterven. Daarentegen wasdegroeivan deplanten inde met DD behandelde potten nog steeds zeer goed. Nog sterker was het verschil in wortelstelsel (fig. 2).Het beeld hiervan kwam geheel overeen met hetgeen in depotproef met grond was waargenomen: een welhaast ideale wortelontwikkeling in de DD-potten tegenover een kwijnend, bruinkleurig wortelstelsel in de onbehandelde potten. Een onderzoek door de reeds eerdergenoemde deskundigen wees uit dat de vermiculite of dedaarin groeiendeplantenuit deniet met DD behandelde potten verschilden van die uit de behandelde potten door de aanwezigheid van een matig tot groot aantal larven van het klavercyste-aaltje (afgezien van enkelePratylenchus-aaltjesin éénvan de onbehandelde potten werden geen andere aaltjes gevonden), een groot aantal springstaarten (waarvan reeds kon worden vastgesteld, dat het meer dan één soort betreft) en enkele parasitaire schimmels, waaronder Rhizoctonia en Fusarium een belangrijke plaats innemen. Het wortelbeeld van deplanten indeonbehandelde vermiculite maakt het waarschijnlijk dat de achteruitgang in groei van dezeplanten het gevolgisvan een parasitaire aantasting. Wellicht spelen zowelde aaltjes, de springstaarten alsde schimmelshierbij een rol, hetzij onafhankelijk van elkaar, hetzij in combinatie. In een paar potproeven met grond ging slechtere groei van de klaver gepaard met een hoog aantal cyste-aaltjes. Mogelijk zijn deze aaltjes in bepaalde gevallen op zich zelf reeds schadelijk voor de klaver. In andere gevallen werd een dergelijk verband echter niet gevonden. Uit de overeenkomst tussen de resultaten in veldproeven en potproeven, die het waarschijnlijk maakt dat het DD-effect op de klaver in het veld op dezelfde wijze tot stand komt als het DD-effect in potproeven, en uit de universele werking van DD in

FIG. 2. Verschil in wortelstelsel van witte klaver die 4 maanden heeft gegroeid op vermiculite die van tevoren al dan niet is behandeld met D D . Difference in root system of white clover after 4 months of growth on vermiculite (a soil substitute) which before had been treated or not with DD. Before treatment the vermiculite had already been grown with clover for about 10 months.

30

het veld (in onzeveldproeven op willekeurige percelen zandgrond werd vrijwel zonder uitzondering een gunstige invloed van de DD-behandeling op de klavergroei gevonden) kan worden geconcludeerd dat ook in de praktijk parasitaire aantasting vermoedelijk een belangrijke oorzaak van slechte klavergroei is. De in de potproeven gevonden organismen spelen waarschijnlijk ook in het veld een rol, gezien hun algemene aanwezigheid incultuurgrond. Daarnaast treden inhetveldvermoedelijk nogverschillende andere voor klaver schadelijke organismen op zoals bepaalde insekten. Wanneer we ons op grond van de tot nu toe opgedane ervaringen zouden laten verleiden een vermoeden uit te spreken over de aard van de aantasting van witte klaver door parasieten dan zouden we dit kunnen formuleren als volgt:Wellicht kunnen bepaalde groepen van organismen, zoals aaltjes, insekten of schimmels, of bepaalde vertegenwoordigers daaruit, zoals het klavercyste-aaltje, springstaarten(?) en Fusarium elk voor zich onder bepaalde omstandigheden de klaver merkbaar schaden, maar de grootste en meest algemene schade wordt waarschijnlijk aangericht door uitsluitend of bij voorkeur secundair optredende schimmels (o.a. Rhizoctonia, Fusarium) waarvan het binnendringen in de planten mogeüjk wordt of sterk bevorderd wordt door de wondjes die door diverse aaltjes en insekten worden gemaakt. De parasitaire aantasting van klaver lijkt dus een complex verschijnsel waaraan verschillende organismen deelnemen. Afhankelijk van de omstandigheden zal daarbij nu eens het ene, dan weer het andere organisme op de voorgrond treden. De voorgaande hypothese zou tevens verklaren waarom bij de DD-proeven in vele gevallen geen verband tussen het DD-effect en demate van voorkomen van de aaltjes wordt gevonden. Ze verklaart niet waarom in de veldproeven geen invloed van ontsmetting van de grond met Brassicol op de klavergroei werd waargenomen. Misschien isechter door de oppervlakkige bewerking (inharken met een spijkerhark) de ontsmetting in dat geval niet voldoende geweest. Voor het toetsen van dejuistheid van de hypothese zijn inoculatieproeven noodzakelijk. In verband met het specialistisch karakter van deze proeven zullen ze worden uitgevoerd bij het Instituut voor Plantenziektenkundig Onderzoek, waar dr. G. KooiSTRA hiermee is belast. Soilparasites asa causeofpoor development of white cloverinpastures In thispreliminary article a survey isgiven of the results of somefieldand pot experiments concerning the influence of disinfection of the soil with DD on the growth of grass and clover. Generally there isa positive effect on the growth ofboth species, but of a different nature. The effect on grass growth is rather short and it decreases from the beginning, whereas that on clover lasts much longer and increases in the beginning. As could be shown the eifect on grass growth was at least partly caused by nitrogen becoming available for the plants after soiltreatment with DD. The better growth of whiteclover after disinfection (figure 1) is probably dueto themuch better root system (figure 2). From the non-treated clover pots nematodes, insects (collemboles)and parasitic fungi {Rhizoctonia, Fusarium)wereisolated, which werenot found or to a much less extent in the treated pots. Though under certain conditions each of these organisms or at least some of them may damage clover independently, there are some indications that most important are fungi which enter the plants through small wounds made by nematodes or insects.Experiments are inprogress to investigate this. As a positive DD-effect on clover growth occurred in almost all our field experiments,attack byparasites isthought to be an important causeofpoor development of whiteclover in pastures and leys. Ontvangen: 27april1962.

31

ine nuineni soiuuon usea wasrne INO. I ITIUAULANU loriiiuiauon \s). m e soiunuii of macro elements was „one half strength" that of HOAGLAND. Each container received 100cc of nutrient solution daily for the first 10days followed by 200 cc daily from the 11th day viz. 100 cc in the morning and 100cc in het afternoon. Thisapplication wasdoubled21daysafter theexperiment had commenced. Nine plants were used per temperature treatment. After growing at the separate 33

g/plant

g/plant

a

20.00 r

20.00 r

Shoot

Root

1Q00

10.00

2.00

2.00

1.00

1.00

020

0.20

0.10

0.10

0.02

M

DIFFERENT ROOT TEMPERATURES

Q01

t

EQUALROOT^ TEMPERATURES

0.02

15 days

DIFFERENT ROOT TEMPERATURES

EQUALROOT TEMPERATURES

0.01

FIG. 2. The logarithmic fresh weight accumulation of the shoots (a) and roots (b) pretreated at the temperaturesindicated duringtendaysandthereafter exposedto20°C.for threedays.

and 15°C increased immediately when transferred to 20°C, while that of the 30°C treatment rapidly decreased. The trends indicate that the increase in growth rate of the plants pretreated at 5°, 10°, 15° and 20°C was similar. The previous exposure to 5°, 10° and 15°C, therefore, had no after effect at all. The logarithmic fresh weight accumulation of the roots is presented in fig. 2b. The trends are more or less similar to those of fig. 2a with the exception that the response of the plants from the 5°and 10°Cpretreatment wasrelatively lessthan that obtained with the shoots. DISCUSSION

The differences in growth and morphology found between the plants which were exposed to the different soil temperatures can to some extent be ascribed to a temperature effect on the germinated seed while still underground. This caused large differences in the time required to reach the soil surface. The differences in plant growth obtained after ten days was, therefore, partly the result of an earlier emergence. This isclearly demonstrated bythe plants of 5° and 10°C. The smaller size of these plants, was evidently caused by the delayed emergence since similar growth rates occurred oncethe plants of both temperature treatments had emerged. The large differences in 36

days

plant size obtained at the various soil temperatures may, therefore, have been less conspicious if the temperatures were applied after all plants had emerged. The rate of leaf elongation of the plants pretreated at 5°, 10°, 15°and 20°C was similar once they were exposed to a soil temperature of 20CC. Corresponding results were obtained with the fresh weight accumulation of the shoots. Leaf elongation therefore, seemsto bea reliablecriterion for growth. The growth rate of the plants at 15°Cwas less than that at 20°C.A higher dry matter content was found (compare BROUWER and VAN VLIET (2)). The higher concentration of photosynthates present in the plants at 15°C did not result in a greater growth response than that oftheplants continually exposed to20°C.Under the conditions of this experiment it seems to appear that the plants did not benefit from the higher concentration of photosynthates when transferred to themore favourable temperature of 20°C. The survival of the germinated seeds exposed to 5°and 10°C, and the immediate growth response when transferred to 20°C demonstrates the resistence of these seedlings tolow temperatures. The primary root of80percent of the seedlings commenced its elongation immediately when subjected to 20°C. Lateral roots only developed on this newly formed portion. The relative growth rate of the roots previously kept at 15°C was similar to that oftheplants held at 20 °C(ofcomparable weight).That ofthe 5° and 10°C pretreated plants, however, was less.The reaction of root growth on temperature, only occurred as from the third day when the roots commenced to grow at the same rate as those of theplants continually exposed to20°C.Theincreaseinroot growth ofthe 5° and 10°C treated plants wasrelatively lessthan that ofthe shoots.This seemsto indicatethat the root system present is sufficient to supply the necessary essentials for the increased shoot growth during the first three days. Only after three days had elapsed does the root system become limiting, necessitating an increased root growth. The retarded root growth can also be interpreted as a shock effect. This, however, seems improbable when the increased growth of the shoot is considered. Misleading conclusions may, therefore, be obtained if root growth alone is studied without considering the shoot growth. SUMMARY

1. Germinated seeds were subjected to various soil temperatures and an air temperature of20°Cfor ten days, and afterwards exposed to a root and shoot temperature of20°C. 2. Pronounced differences in the rate of leaf elongation and fresh weight production occurred during ten days of exposure to thevarious root temperatures. The largest plants wereproduced at 30CCwhilethose at 5°Chad not yet emerged. 3. The rate of leaf elongation and shoot fresh weight production of the plants pretreated at the soil temperatures 5°, 10°, 15° and 20°C was the same when afterwards exposed to 20°C. 4. The root growth of plants exposed to 5° and 10°C for ten days, proceeded less rapidly than that ofthe 15°and 20°Cpretreated plants oncethe plants weretransferred to 20°C. 5. It is suggested that the retarded root growth of the 5° and 10°Cpretreated plants is no shock effect but merely the result of a dealyed growth reaction. The root system present isstillsufficient to support shootgrowth at the same rate as found with plants which had been exposed to 20°C throughout. 37

REFERENCES 1. BARNEY, C. W. : Effects of soil temperature and light intensity on root growth of Loblolly Pine seedlings. PL Phys. 26 (1951) 146-163. 2. BROUWER, R. and G. VAN VLIET: De invloed van de worteltemperatuur op de groei en opname bij erwten. Jaarb. I.B.S. 1960, 23-36. 3. HOAGLAND, D. R. and D. I. ARNON: The water-culture method for growing plants without soil. California Agric. Exp. Sta. Cire. 347 (1950). 4. JONES. L. R., J. JOHNSON and J. G. DICKSON: Wisconsin studies upon the relation of soil temperature to plant disease. Res. Bull. Univ. Wise. 71 (1926). Received: 19July 1962.

38

Mededeling 179 vanhet LB.S.

DE TNVLOED VAN DE GROOTTE VAN HET ZAAD OP DE JEUGDONTWIKKELING VAN ENGELS RAATGRAS withsummary H. J. TEN HOVE en A. KLEINENDORST

INLEIDING

Om verschillende redenen wordt Engels raaigras beschouwd als onze landbouwkundig belangrijkste grassoort. In de graszaadmengsels, die bij de aanleg van verschillende typen grasland worden gebruikt, neemt deze soort dan ook een voorname plaats in. Ze vertoont een vlotte opkomst enjeugdontwikkeling en in vergelijking met andere soorten komt alsregel bij het Engels raaigras een groot percentagevan dein de grond gebrachte zaden tot zijn recht. Dit alles moet als gunstig gezien worden. Een minder gunstigaspect isechter dat desoortinhetjongegrasland door dezeeigenschappen een zeer agressief karakter kan gaan vertonen. Andere grassoorten die minder vlot opkomen en een tragere jeugdontwikkeling hebben kunnen het hierdoor in het toch reeds zo gevoeligejeugdstadium zwaar te verduren krijgen. Dit kan zelfs zover gaan, dat zehelemaal geen kans krijgen of spoedig weer te gronde gaan, waardoor een bestand wordt verkregen dat overwegend of zelfs geheel uit Engels raaigras bestaat. Dit wordt veelal om uiteenlopende redenen ongewenst geacht. Bovendien is het geld besteed aan het zaad van de andere grassoorten, voor niets uitgegeven. Een zekere afremming van de opkomst en de jeugdontwikkeling, zonder dat evenwel afbreuk wordt gedaan aan de essentiële waarde van de eenmaal ontstane planten, kan dus gewenst zijn. Bij dezaadteelt van Engels raaigras wordt ingezaaid inde nazomer. Voor een goede zaadopbrengst is het gewenst dat het gewas voor de winter reeds een behoorlijke ontwikkeling heeft. Dit laatste levert nogal eens moeilijkheden op. De weersomstandigheden en de grote arbeidsbehoefte in de oogsttijd leiden er gemakkelijk toe dat het Engels raaigras te laat wordt ingezaaid. Vooral ook de weersomstandigheden in de herfst kunnen de ontwikkeling vertragen. Tegen deze achtergrond bezien zou bij de zaadteelt een nog vlottere opkomst en jeugdontwikkeling, dan wevan Engels raaigras reeds gewend zijn, op prijs worden gesteld. Dit alles deed devraag rijzen of de zaadgrootte bij Engels raaigras invloed heeft op de opkomst en jeugdontwikkeling. Indien dit het geval is zou door zeven, eventueel incombinatie met blazen, eenpartij zaad extra geschikt kunnen worden gemaakt voor bepaalde doeleinden. OVERZICHT VAN DE LITERATUUR

In de literatuur komen twee min of meer tegenstrijdige meningen naar voren. Een groep van onderzoekers waaronder DELASSUS (3,4), CUMMINGS (2), KIESSELBACH (5) en SCHMIDT (11) stellen zich op het standpunt dat planten ontstaan uit zwaarder zaad een krachtiger groei vertonen, een groter gewicht en grotere afmetingen bereiken en 39

uiteindelijk een hogere opbrengst geven, dan planten uit lichter zaad. Hiertegenover staat echter een andere groep (KOTOWSKI (7), VANSELOW (13), ROHMEDER (10) en OEXEMANN (8) ),dievan mening isdat het aanvankelijke voordeel van degrotere zaden spoedig verdwijnt en uiteindelijk van geen belang is. In feite is deze tegenstelling slechts schijnbaar. Ze komt voort uit de opzet van de proeven en de aard van de onderzochte gewassen. Proeven, waarbij gewerkt werd met afzonderlijke planten die vrij konden uitgroeien, leidden gemakkelijk tot het eerstgenoemde standpunt. Bij proeven met min of meer gesloten bestanden kwam de tweede conclusie meer naar voren. Gewassen, die in een jong, vegetatief stadium oogstbaar zijn gavenvaker aanleiding tot ondersteuning van het eerste standpunt dan gewassen, die eerst na een lange groeiperiode worden geoogst en waarbij slechts een bepaald gedeelte van de plant van waarde is. In het algemeen kan gezegd worden dat de zaadgrootte in hetjeugdstadium wel invloed heeft maar dat dezeinvloed ten tijde van deoogst geen rolmeer speelt. Ook in een ander opzicht zijn de beschreven proeven verschillend van opzet. Zo werkte een deel der onderzoekers met intacte zaden van verschillend gewicht, terwijl anderen met zadenwerkten waarvan langsoperatievewegeen gedeeltevan het reservevoedsel was verwijderd, bijvoorbeeld een zaadlob of een gedeelte daarvan of een gedeelte van devrucht buiten de kiem. De gevolgde methode hangt af van de aanleiding tot het onderzoek. Dit kon bijvoorbeeld zijn despreiding ingewichtvan de individuele zaden binnen degehelepartij ofdegevolgenvan eenaantasting door dierlijke of plantaardige parasieten e.d. De in de literatuur voorkomende gegevens hebben betrekking op soorten met betrekkelijk grote zaden. Met kleine graszaden is voor zover ons bekend nog weinig onderzoek verricht. OPZET VAN DE PROEF

De aard van de vraagstelling bracht met zich mee dat gewerkt werd met intacte zaden van uiteenlopende grootte. Uitgegaan werd van een hooitypeselectie uit dehandel. Op het oog werden hieruit grote en kleine zaden gezocht waarbij naar een zo groot mogelijke uniformiteit werd gestreefd. Het gemiddeld zaadgewicht van de grote zaden was 2,83 mg en van de kleine 1,28 mg. In vier eternieten bakken van 0,5 X 0,5 m gevuld met humeuze zandgrond werden de zaden in vierkantsverband van 5 cm op 1cm diepte gelegd. In één bak kwamen alleen grote zaden en in een andere alleen kleine, terwijl in de 2 overige bakken een groot zaadje steeds naast een klein kwam te liggen, zodat in totaal 200 grote en 200 kleine zaden werden uitgelegd. De zaaidiepte van 1 cm werd aangehouden daar ze zowelvoor grassoorten metrelatief grotezaden alsvoor diemet kleine zaden demeest gunstige is gebleken. De bakken werden op 13september geplaatst in een kas bij een temperatuur van 20°C. Na drie weken werd de temperatuur ten behoeve van andere in de kas aanwezige proeven op 16°C gebracht. Gedurende de eerste weken werden de planten dagelijks beoordeeld op opkomst en het verschijnen van zijspruiten. 36dagen na deinzaai werd een gedeeltevan de planten geoogst. Dit geschieddezodanig dat deniet geoogste planten in grote lijn een planverband van 10 x 10 cm kregen. Van de geoogste planten werd het aantal spruiten en bladeren en het drooggewicht bepaald. Op respectievelijk 55en 71dagen na de inzaai vond een tweede en derde oogst plaats. Bij deze laatste oogsten werd alleen het aantal spruiten en het drooggewicht bepaald, terwijl ook weer werd gestreefd naar een zo regelmatig mogelijke verdeling van de overblijvende planten. Na de derde oogst was het aantal overgebleven planten zo geringdat deproef niet langer werd aangehouden. 40

TABEL 1. Overzicht van de opkomst van grote en kleine zaden. Survey of the emergence of large and small seeds. Idem in Mocenten Ditto in per cent Categorie Category

Grote zaden Large seeds

Aantal dagen na inzaai Number of days after sowing

6 7 8 9 12 Totaal

Kleine zaden Small seeds

6 7 8 9 12 15 Totaal

Aantal opgekomen zaden Number of emerged seeds

van aantal uitgelegde zaden of the number of sown seeds

van totaal aantal opgekomen zaden of the total number of emerged seeds

115 43 10 3 6

57,5 21,5 5,0 1,5 3,0

65,0 24,3 5,6 1,7 3,4

177

88,5

100,0

57 38 13 7 10 1

28,5 19,0 6,5 3,5 5,0 0,5

45,2 30,2 10,3 5,6 7,9 0,8

126

63,0

100,0

Het plantverband in de bakken is zowijd gehouden dat van concurrentie geen sprake is geweest, zodat zonder bezwaar de resultaten van de 4 bakken gemiddeld konden worden. RESULTATEN

Gegevens over de opkomst zijn samengevat in tabel 1. Het valt direct op dat van de grote zaden 88,5% opkwam en van de kleine zaden slechts 63,0%. Verondersteld zou kunnen worden dat de zaaidiepte van 1cm voor de kleine zaden te groot is. Gezien de ervaringen met nog aanzienlijk kleinere en lichtere zaden van andere grassoorten is dit echter niet erg waarschijnlijk. Er zal eerder gedacht moeten worden aan een geringere vitaliteit eneen geringerekiemkracht van de kleine zaden. In dit verband is het ook belangrijk dat de opkomst bij de kleine zaden trager verliep. Nadat na vijf dagen nog geen enkel zaad was opgekomen, was na zes dagen bij de grote zaden reeds 65,0% van het totaal aantal uiteindelijk een plant gevende zaden opgekomen en bij dekleine slechts 45,2%. Deachterstand werd eerst geleidelijk in devolgende dagen ingelopen. Van een aantal planten, die zeven dagen na de inzaai waren opgekomen, werd vijf dagen na de opkomst de lengte van het eerste blad gemeten en het aantal bladeren geteld.Het aantal bladeren aan planten ontstaan uit grote zaden was toen gemiddeld 1,6 tegen 1,3 aan planten ontstaan uit kleine zaden. De gemiddelde lengte van de eerste bladeren was respectievelijk 6,6 en 5,3 cm. Hoewel de planten op dezelfde dag waren opgekomen, iser dus een duidelijk verschil in omvang. In tabel2ishet gemiddeld aantal dagen samengevatdatlag tussen de inzaai respectievelijk de opkomst en het verschijnen van de eerste, tweede en derde zijspruit. Wanneer gerekend wordt vanaf de dag van inzaaien is het verschil tussen de planten ont41

TABEL 2. Gemiddeld aantal dagen tussen inzaai, respectievelijk opkomst en het verschijnen van de eerste, tweede en derde zijspruit. Average number of days between sowing and emergence respectively as wellas the appearance of the first, second and third tiller. Zijspruiten Tillers

Na inzaaien After sowing

Na opkomst After emergence

Grote zaden Large seeds Kleine zaden Small seeds Verschil Difference Grote zaden Large seeds Kleine zaden Small seeds Verschil Difference

eerste first

tweede second

derde third

19,7

24,2

27,4

22,2

26,5

29,6

2,5

2,3

2,2

13,1

17,6

20,8

15,0

19,3

22,4

1,9

1,7

1,6

staan uitgroteenkleinezaden ietsgroter dan wanneer uitgegaan wordt van dedag van opkomst. Dit is een gevolg van het wat trager opkomen van de kleine zaden. Interessant is dat aan het tijdstip van verschijnen van de eerste drie spruiten reeds te zien is dat de voorsprong van de grote zaden steeds kleiner wordt. De vorming van nieuwe spruiten verloopt dus bij de planten ontstaan uit kleine zaden iets sneller. Dat dit bij alle planten in dezelfde mate optreedt blijkt uit figuur 1,waar tegen het aantal dagen na opkomst cumulatief het percentage van deplanten isuitgezet dat na het betreffende aantal dagen respectievelijk een eerste, tweede of derde zijspruit had gevormd. De resultaten van de waarnemingen bij de diverse oogsten zijn samengevat in tabel 3. Bij de eerstetwee oogsten bleef het gewichtvan deplanten ontstaan uit kleine zaden aanzienlijk achter bij dat van de planten ontstaan uit grote zaden. Bij de derde oogst washet verschil nog slechts zeer gering.In ditverband ishet belangrijk teletten op het aantal spruiten per plant. Hoewel dit aantal bij deplanten uit kleinezaden aanvankelijk achterbleef, werd deze achterstand snel ingehaald en nadien zelfs omgezet in een aanzienlijke voorsprong. Reeds eerder werd er op gewezen dat dit inhalen al bij de eerstgevormde zijspruiten begint op te treden. Het aantal bladeren bij deplanten uit dekleinezadenvertoont eenzelfde achterstand als het aantal spruiten met als gevolg dat het gemiddelde aantal bladeren per spruit bij beide categorieën planten gelijk is. Dit bevestigt het in de literatuur algemeen bekendeverschijnsel, dat bij degrassen eerst dàn dezijspruit uit de okselvan eenbepaald blad te voorschijn komt, wanneer aan de hoofdspruit een bepaald aantaljongere bladeren te voorschijn is gekomen. Er bestaat dus een grote regelmaat tussen het te voorschijn komen van de bladeren enhetzichtbaar worden van de spruiten gevormd in de oksels van deze bladeren. Het gemiddelde drooggewicht per spruit bleef bij de planten ontstaan uit kleine zaden steeds meer achter bij dat van de planten ontstaan uit grote zaden. Dit achterblijven werdechterruimschoots gecompenseerd door hetaantal spruitenmetalsgevolg dat het drooggewicht van deplant steedsminder achterbleef.

42

Gem. drooggewicht per blad in mg Average dry weight per leafin mg -o

i. droogicht per it in mg rage dry 'ght per •r in mg

-a 3 o J3

ES2S5S

.5 5

o o r-

Os

(N

u-T

o o

CM

*(N —'

co c-T

• * "

3 &&3 * *

8

00

O O

oo r-

Os

(M

^
m as m

r-

•* CN

O O

tN r--

o o

VO as

so

o" rft^

o" m

aantal deren spruit e numbe, eaves tiller

i^

g * a | «•«• •^

&

I

88.8*11 l - -t-< c» Cu ^

O

O

*—'

en
i n

o o

t*

Gem.d gewich plant ii Averag weight plant ii

M

o* o

•—*

°°~

00 ei" t— so

o" O

oo r-

8

®

s

^^ o

as

m

TN Tl-

• t

"e

ca

cu

'M

-o

aant; deren plant e num eaves plant

a o M O O

C

Cd U

ÖOt

00

f

CS 00

^

en (N

^ aant; uiten plant e num Uiers plant

i .

Cd

o.

c i? *-< Ôv (U M

•o e

o

*—' m—' en

o-C

r-"

cdCTJa Cfl J3 5C

o & Ü^«

bi

Ü

O^Ü

tu

11

d tD 13

cd N

o

cu cd cu Cv, M Cu

t>3

c oo cd

T3 Ô o co O O

c

1

CD

60 CS

T3

CS

U~l i n

t¥> S

S

O Ö Cü <3

CD 00 cd

T3

^

I— t/3

Cu

cd *-. cd a N -e

e/)

-1

CU

o o
60 O O tu

6«

~^ a

^s

c 2§

na mzaaie 7"A;>rfharv days after

es ^ > «j a c u S

1

cd

u cd tu SJ N 60

N CD

^

^>

c C CD T3 &n CD e* cd CD Cu cd N CU
ti

Large s Kleine: Small s:

c

c u

O u

<

—' ^ —' r~

m

en

1--"

-£:

"O C

H

X

13

'S

O O 1

00 * • — '

na mza; Second days aft

3

**•

r v i » Ç> Ci.

O

43

FIG. 1. Percentage planten met 1, 2 en 3 zijspruiten (resp. fig. a, b en c) uitgezet tegen het aantal dagen na opkomst. Percentage of plants with /, 2 and 3 tillers (fig. a, b and c respectively) in relation to the number of days after emergence.

°h pLanten % plants

/.. 100 80

/ /

60 40

/ j

20 0

--/ ,

100 80 60

/ /

grote zaden large seeds kleine zaden small seeds

.

«0 20 0

11

13

15

17

19

21 23

25 27

29 31 33 aantal dagen number of days

DISCUSSIE

De verkregen resultaten tonen aan dat het inderdaad mogelijk is door uitzeven van kleiner zaad een partij zaad te verkrijgen die planten met een wat trager jeugdontwikkelinggeeft. Devertraging isechter slechts geringenwordt betrekkelijk snel weeringelopen. Of het veel voordeel zal geven wat betreft de concurrentiekracht ten opzichte van trager opkomende en/of zich trager ontwikkelende mede ingezaaide soorten is echter de vraag gezien de al spoedig opvallend sterkere spruitvorming bij de planten gegroeid uit kleiner zaad. Ook wat betreft een snellerejeugdontwikkeling bij laat inzaaien voor de zaadteelt zijn er mogelijkheden wanneer hiervoor de grotere zaden worden gebruikt. Ook hier rijst echter de vraag of wewel te maken hebben meteenreëelvoordeel.We menen dat devraag bevestigend dient teworden beantwoord. Bijdezaadteelt ishetvan zeer groot belang dat het aantal spruiten niet te groot wordt. Bij een te dichte stand van de spruiten vormt slechts een geringpercentage daarvan eenbloeiwijze. Vele cultuurmaatregelenbij de graszaadteelt zijn er dan ookjuist op gericht een dichte stand van de spruiten te voorkomen of op te heffen. Desondanks moet het uitzeven van grotere zaden voor de zaadteelt, ernstig worden ontraden. De verkregen resultaten wekken namelijk de indruk dat het uitzeven van een bepaalde categorie zaad een niet onaanzienlijke selectie binnen het ras ten gevolge heeft. Bij het graszaadteeltonderzoek is steeds weer naar voren gekomen dat binnen een bepaalde grassoort de later schietende en sterker uitstoelende selecties zaad leverenmeteenlagerduizendkorrelgewicht. Wijkunnen onsnietaan deindruk onttrekken, dat het uitzoeken van grote zaden er toe geleid heeft, dat daaruit planten groeiden, die 44

de genetische aanleg hadden om minder sterk uit te stoelen en mogelijk wat vroeger door te schieten. Sneller doorschieten en een snellerejeugdontwikkeling gaan over het algemeen ook sterk samen. Omgekeerd zalhet uitzoeken van kleinere zaden tot gevolghebben dat binnen hetin het ras aanwezige genetische materiaal, juist planten worden verkregen die sterker uitstoelen en wellicht ook later schieten. Vooral wanneer het uitzeven enkele generaties na elkaar wordt herhaald lijken ons aanzienlijke wijzigingen binnen het ras mogelijk. In dit verband kan ook nog gedacht worden aan de gevolgen van enkelejaren na elkaar scherp schonen, bijvoorbeeld om ongewenst zaad van andere grassoorten te verwijderen. Het is denkbaar dat op deze wijze een ras wordt verkregen dat als geheel aanzienlijk minder sterk uitstoelend en vroeger is dan het ras waarvan bij het begin van de vermeerdering is uitgegaan. Een dergelijk effect kan worden verkregen bij regelmatig dorsen van de zaadoogst met „te veel wind". Influenceof seedsize on theyouth development of I oliumperenne L. Large (average weight 2.83 mg) and small (average weight 1.28 mg) seeds were selected from a seed lot of Perennial rye-grass,haytype selection. These seedswere sown separately or inmixtures in traysfilledwith a sandy soilrichinhumus in a greenhouse. The seed distance was 5 x 5 cm. The large seeds germinated sooner, the plants were initially larger and began tillering earlier. Tiller formation, however, was more accelerated in theplants from small seeds.71days after sowingthenumber oftillers intheseplants wasconsiderably larger than in the plants from large seeds. The individual tillers, however, were smaller, so that thetotal dry weight oftheplants wasabout thesameat that moment. Sifting and using small seeds produces plants with a somewhat slower early growth. Therefore the competition power is perhaps slighter with regard to other components during a short period after sowing a grass seed mixture. After some time, however, the vigorous tillering may give a reversed effect. The use of larger seeds in sowing for seed growing inlate summer and autumn may beprofitable because of the accelerated early growth. Moreover,the lessprofuse tillering of these plants prevents a cropwhich istoo dense. Nevertheless, the sifting of seeds of a certain size cannot be recommended. It may cause considerable changes in variety, in case of small seeds in the direction of later shooting andvigorous tillering,in caseof large seeds in the direction of earlier shooting and less tillering. Especially therepeated use of large or small seedsin subsequent generations may causeconsiderable changes. The same effect occurs in regularly keen cleaning to remove impurities and in regularly threshing the seed harvest „with much wind". LITERATUUR 1. BEVERIDGE, J. L. and C. P. WILSIE: Influence of depth of planting, seed size, and variety on emergence and seedling vigor in alfalfa. Agron. J. 51 (1959) 731-734. 2. CUMMINGS, M. B.: Large seed a factor in plant production. Vermont Agr. Exp. Sta. Bull. 177 (1914) 89-129. 3. DELASSUS, E. : Influence de la suppression partielle des réserves de la graine sur le développement de la plante. Compt. Rend. l'Acad. Sei. Paris 153 (1911) 1494-1497. 4. DELASSUS, E.: Influence de la suppression partielle des réserves de la graine sur l'anatomie des plantes. Compt. Rend. l'Acad. Sei. Paris 157 (1913) 228-230. 5. KIESSELBACH, T. A. : Relation of seed size to yield of small grain crops. / . Am. Soc. Agron. 16 (1924) 670-682.

45

6. KNEEBONE, WILIAM R. and CARLOS L. CREMER: The relationship of seed size to seedling vigor in some native grass species.Agron. J. 47 (1955) 472-477. 7. KOTOWSKI, F. : Effect of size of seed on plant production. Proc. Int. Congr. Plant Sei. 2 (1929) 974-987. 8. OEXEMANN, STANLEY W. : Relation of seed weight to vegetative growth, differentiation, and yield in plants. Am. J. Bot. 29 (1942) 72-81. 9. ROGLER, GEORGE A. : Seed size and seedling vigor in crested wheatgrass. Agron. J. 46 (1954) 216-220. 10. ROHMEDER, E. : Wachstumleistungen der aus Samen verschiedener Gröszenordnung enstandenen Pflanzen. Forstwiss. Centralblatt 61 (1939) 42-59. 11. SCHMIDT, D . : The effect of the weight of the seed on the growth of the plant. New Jersey Agr. Exp. Sta. Bull. 404 (1924) 19pp. 12. STAFFELD, U.: Einflusz der Korngrösze und -schwere auf den Ertrag. Deutsch. Landw. Presse 53 (1926) 92. 13. VANSELOW, A.: Versuche über den Einflusz verschiedener Samenkorngrösze und verschiedener Herkunft des Samens auf die Entwicklung der Fichte. Allg. Forst-u. Jagdzeit. 109 (1933) 105-110. Ontvangen: 12 april 1962.

46


DRY MATTER PRODUCTION AND LIGHT INTERCEPTION OF CROP SURFACES II. RELATIONBETWEENRATE OF GROWTH AND LENGTH OFGRASS T H . ALBERDA and L. SIBMA

INTRODUCTION

In a previous paper it was shown (3)that the growth rate of a closed grass crop surface (definition see (8)) dropped during the second half of the growing season, especially when the grass was tall.At the beginning of the season, however, thetall grass had the samegrowth rate asthe short and it was therefore suggested that perhaps the photosynthetic efficiency of the green leaf material was reduced as the season proceeded. In viewof theseresults the experiment has been repeated in order firstly to get more information about the growth rate of aclosed crop surface throughout the season and secondly to combine this with regular measurements of the rate of photosynthesis of a „standard sward" (seebelow). THE DESIGN OF THE EXPERIMENT

The experiment was carried out in 1961 on the same type of pasture as the previous year and more or less in the same way. For a more detailed description of the experiment the reader is referred to the preceding paper. In the following paragraphs some differences in the experimental set-up will be mentioned. Thus in this year's experiment an area of approximately 0.5 ha was divided into 24plots,each plot measuring 10.0 X 17.5m. This provided for a design in which sixplots for serial samTABLE 1. Schematic representation ofthe mowingdatesfor thesixdifferent plots. Plotl

Plot2

Plot3

[ 10-IV |

1 i-v |

| 20-V |

10-VI |

20-IV |

10-V |

1-VI |

| 20-VI |

1 '" v

20-V

| 10-VI 20-VI [

Plot4

Plot5

Plot6

j 1-VII j

| 20-VII

j10-VII

j 1-VIII

| 1-VII |

20-VII

| 10-VIII |

10-VII j

| 1-VIII

i 20-VIII[

| 10-V |

1 i-vi |

| 20-V |

| 10-VI

I i-vu |

20-VII |

10-VIII |

1 1"IX !

1-VI |

| 20-VI |

| 10-VII |

| 1-VIII |

| 20-VIII |

| 10-IX |

10-VI |

j 1-VII [

j20-VII |

j 10-VIII |

1 !"IX !

j 20-IX |

47

pling were replicated four times and ensured better overlapping than in the preceding experiment whereonly four plots,referred to in the previous paper as „series", were used. Each plot was made up of seven strips of 9.0 x 1.4m which were mown at ten day intervals. A survey of the mowing dates for all plots of one replicate is given in table 1 andit can be seen that except at the beginning and at the end ofthe experiment strips from three different plots were being mown on any givenoccasion (from 20-V until 10-VIII), so that the growth rate of short, medium and tall grass could be compared for the same ten day period. The fertilizer treatments and the supplying of water totheplots were carried out in the same way as described for the preceding experiment. Starting on 30May a small sward, measuring 17 x 22 cm was cut from a plot that had been mown for the first time ten days earlier. The soil more than 4cm below the surface was cut away and the sod thus obtained was put into an enamelled tray, watered sufficiently, cut at a height of 10cm and stored at 10°C overnight with artificial illumination. The next morning the sod was put into an assimilation chamber and the rate of apparent assimilation measured at light intensities ranging from 0to 2.5 x 105 ergs.cm~2.sec-1.Aduplicatemeasurement wascarried out thefollowing day (except on 31 May). RESULTS

Thegrowth rate Table 2 gives the yield data from the field experiment, together with the fertilizer treatments of the separate plots. The growth rates calculated from this data are given kg dm. ho".day" 250 r-

200

150 -

100

April

May

June

July

August

Sept.

FIG. 1. Leafgrowth ratesofthe different plotsduringtheseason. Solid lines: plots 1,3and 5;broken lines: plots 2,4 and 6.

48

kg dm.ha . d a y "

' \ .

300

250

L

200

/

*

1960 \

150

100

50

April

May

June

July •

August

Sept.

kg dm. ha" .day "

300

250 -

200

150

100

•

• A c t u a l production

x

x Potential production

50

April

May

June

July

August

Sept.

FIG. 2. Actual and potential growth rates during 1960and 1961;in calculating the potential growth rateadissimilation rateof20percenthasbeenused.

TABLE 2. Amounts of radiation, N and K fertilizer added and dry weights for all plots as a mean of four replicates.

Total radiation 2 ) cal. cirr 2

Time

Fertilizer added (kg. ha- 1 ) N

K

Plot

Plot 2

Plot 1 Dry weight of cuts (tons, ha' 1 ) 1

23)


K

150

70

Dry weight of cuts (tons, ha' 1 ) 1

2


K

March 25 125

14 70

April 10') 11

2960 2637

9 9 11

2986 3458 4548

10 11 10

3041 4229 5014

11 10 11

4201 2517 3566

Aug.

10 11 9

3321 2863 2915

Sept.

11 9 9

2494 2267 1691

Oct.

12 10 10

1407 1421 1251

May

June

July

50

50

28

0.51 1.81 3.38

28

5.57 6.25 8.01 8.04

75

42

i 1.31 5.34 5.58

50 | 28

3.87 2.81 3.37

50

3.39 3.11

50 50

28 :

28 28

150

70

75

42

50

28

2.90 3.01 2.95

75

42

2.40

75

42

3.30 4.69 6.87 7.61 5.16 9.06 | 3.44 9.90 i 3.52

*)The figures in this colomn give the actual number of days for each „ten days period". 2 ) Radiation measured with a Kipp thermopile at the Laboratory of Physics and Meteorology, Wageningen. 3 ) Second cut taken 40 days after the first.

in figure 1 and it may be seen that the growth rate tended in all cases to fall to around zero at the end of each growth period i.e. as the length of the grass increased. Results were thus in agreement with those obtained the previous year (apart from the case ofthefirstplot inwhich thegrowth rateofthetallgrass attheend ofthegrowth period was originally found to be the same asthat of the short grass of the next plot). In this experiment thegrowth rate calculated as a mean of four replicates proved to be rather more irregular than in the previous investigation and it may be supposed that thereason for this might lie in the experimental technique. Thus the dry weight figures were obtained by taking a sample from the freshly cut grass immediately after weighing, but nonetheless if such a sample istaken when the grass iswet loss of water may occur in sampling and consequently the percentage dry weight as a whole will be exaggerated. As a result of this the growth rate during the period preceding such a 50

Plot 4 Dry weight of cuts (tons, ha' 1 )

T ~ 2 ~

Fertilizer added (kg. ha" 1 ) N

K

Dry weight of cuts (tons, h a - 1 ) 1

25

125

Fertilizer added (kg. ha" 1 ) N

K

25

0

150

70

Dry weight of cuts (tons, ha - 1 ) 1

l'

2

Fertilizer added (kg. ha- 1 )

Dry weight of cuts (tons, ha- 1 )

N

1

K

25

70 1.24 3.17 4.79

5.98

75

42

5.37 3.10 2.78

50

28

6.16 6.50 7.59

75

42

7.73

2.50 2.80 2.79

Plot 6

Plot 5

4.14 3.48

50

28

2.79 2.06 2.70

75

42

2.19 1.78

1.49

25

0

2.98 3.88 5.49

25

70

6.05 5.49 6.20

1.22 2.75 4.52 3.50 2.70 2.32 1.59 1.55

75

50

42

28

3.18 4.28 4.99 4.77 4.73

1.49

3.91 2.92 1.86 1.54 1.49 1.32 0.87

harvest will be overestimated and that of the period following this harvest underestimated. Because of this the actual growth rate over the whole growing season, (to be used in the comparison with the potential value (see 8) ), was calculated as follows: using the mean growth rates of four replicates as given in figure 1, the mean values for thefirst andthesecond growthperiod,thesecondandthethird etc.were calculated. Of these values the highest in each ten day period was then taken and multiplied by 10/6- assumingthatthecutmaterialwas60percentofthetotaldry matter production. Thefiguresthus obtained areplotted infigure2together with thepotential production calculated from theradiation data asgivenby DE WIT (8). It can be seen from figure 2, in which the recalculated data for 1960is also shown, that both thecurvefor actualand potential production haveessentiallythe same form in both years, indicating that the actual production was distinctly influenced by the absorbed lightenergy.Thereis,however, a general tendency for theactual production to lagbehind thepotentialproduction astheyearadvances.The sharp dropin growth 51

periodhardly anychangewastaking place.Thedifferences inpercentagecrude protein between the beginning and the end of each growth period were the largest in the first plot and were gradually reduced towards the end of the season. The same trends (but occurring in the opposite direction) can be observed when the crudefibrecontent isunder consideration. Thecontent wasthuslowintheshort grass; it rose steeply at first but the increase gradually levelled off to a more or less constant value.Thisdifference between beginningandendofeach growthperiodalso diminished towards the end of the season. Sincethe drop in crude protein content ineach plot waslarger than the risein crude fibre content, obviously some other component must show a rise during each growth period. Besidesthecomponents given infigure4ash content was determined; it varied somewhat irregularly between 8and 12per cent of the dry weight and showed no definite trend. The rise is thus to be found in the components not analysed, together amounting to values between 28 per cent in the short grass and 38 per cent in the tall grass at the end of each growth period. Thetotalsolublecarbohydratesamountedtovaluesrangingbetween4and 8per cent of the dry weight. Therewere twoperiods,however, one around the end of May and oneat theend of July,in which there wasapeak inthe sugar content of all three plots analyzed atthat time.At theend of July this may have been caused by the drop in the nitrate content and the following increase which resulted after dressing the plots with 75kg N.ha~x on 4August, sinceit has been found in other experiments under controlled conditions that the nitrate content and thewater solublecarbohydrates are usually inversely related (2).At the end of May,however, the relation with the nitrate content isfar less evident. The peaks in both the nitrate and the water soluble carbohydrate content are also visible as irregularities in the crude protein and crude fibre curves. The changes in nitrate and soluble carbohydrate content can both be considered as changes in reserve constituents not influencing the structural components. To illustrate this the total nitrogen values were reduced by subtracting the inorganic nitrogen values to get the organic nitrogen. This was multiplied by 6.25 to get an approximation of the weight ofthe organicnitrogenous constituents.Thisvalue,togetherwiththecrudefibrevalue, was then expressed as a percentage of the sugar free dry weight. This data is given in figure 5, which shows that the irregularities have now almost disappeared, indicating that nitrogen application may haveinfluence onthereserve constituents but does not haveadirect effect onthestructural components. Thegeneral trend ofboth substances remained as already described. The rate ofphotosynthesis of astandardsward Starting on 30 May the rate of assimilation of a sward with young grass was deterTABLE 3. Rate of photosynthesis of a „standard sward"5 throughout theseason.Lightintensity 2.5 x 10 ergs. cm -2 , sec-1. ml C0 2 .h- x

Date

30 May 20 June 11 July 31 July 21 August 12 Sept

54

I

II

52 45 47 39 46 41

47 43 45 47 45

mined at 20 day intervals as already described and table 3 gives the rate of apparent photosynthesis of all these swards at a light intensity of 2.5 x 105 ergs. cm - 2 ,sec -1 (the highest intensity used). It was found that the rate of photosynthesis of such a sward remained virtually the same throughout the season. Figure 6shows the relation between light intensity and photosynthesis on 20 June; the curves obtained on the other dates were quite similar. The rate of photosynthesis decreased gradually with °h of sugar free leaf dry w e i g h t 40

35

30 -

25 20 crude fibre 15 10

APRIL

MAY

JUNE

JULY

AUGUST

SEPTEMBER

°h of sugar free leaf dry w e i g h t 40

35

\

1

30 x

25

V. *x»~

20

X,,

"S

^.-

\

"\^*

*"

-X-"

15

X-_

-x proteinaceous

10

substances

J APRIL

MAY

JUNE

JULY

AUGUST

SEPTEMBER

FIG. 5. Crude fibre content (upper part) and organic nitrogenous substances (lower part) as a percentage of sugar free leaf dry weight (seetext).

55

SUMMARY

The rate of herbage growth under optimal conditions asto water and nutrients showedtobedistinctlyrelated totheamount oflightenergyreceived. However,the growth rate diminished gradually with increasing length of the grass. It usually became zero after a 70days' growth period. This isascribed to an increasing amount of non photosynthesing tissue. There was also a gradual decrease in the growth rate during the season. For this no explanation could be given up to now, especially since the rate of photosynthesis of the short grass sward did not change during this period. The protein content diminished with increasing length of the grass, whereas the crude fibre content increased. These changes were largest at the beginning of the season during ear formation. They are less when the grass remains vegetative. Since the plants received an ample supply of nitrogen, the carbohydrate reserves remained at a rather low, but fairly constant level. REFERENCES 1. ALBERDA, T H . : De periodiciteit in de grasproduktie. Jaarb. LBS. 1959, 73-82. 2. ALBERDA, T H . :The effect of nitrate nutrition on carbohydrate content in Loliumperenne. Proc. 8th. Grassl. Congr. 1960, 612-617. 3. ALBERDA, T Hand C. T. DE W I T : Dry matter production and light interception of crop surfaces. Uninterrupted growth of a grass sward. Jaarb. LBS. 1961, 37—44. 4. DAVIDSON, J. L. and C. M. DONALD: The growth of swards of subterranean clover with particular reference to leaf area. Austr. J. Agric Res. 9 (1958) 53-72. 5. DEUS, W. B. and C. L. HARBERTS: Ademhaling van afgesneden gras. Versl. CLL.0.1949,130-134. 6. GAASTRA, P. : Light energy conversion in field crops in comparison with the photosynthetic efficiency under laboratory conditions. Med. Landb. hogesch. Wageningen 58 (1958) 1-12. 7. GAASTRA, P. : Photosynthesis of crop plants as influenced by light, carbon dioxide, temperature, and stomatal diffusion resistance. Med. Landb. hogesch. Wageningen 59 (1959) 1-68. 8. WIT, C. T. DE: Potential photosynthesis of crop surfaces. Neth. J. Agr. Sei. 7 (1959) 141-149. Received: 19 April 1962.

58


OBSERVATIONS ON SPROUTING OF SECOND-GROWTH TUBERS K.B. A. BODLAENDER and C. LUGT

INTRODUCTION

Second growth of potato tubers occurred on many places inthe Netherlands during thesummerof 1959. LUGT (2and 3)stored tubers from hisfieldexperiments on second growthdevelopment.After twomonthsofstoragehegainedtheimpressionthat secondary tubers sprouted more than the primary ones, if primary and secondary tubers remained connected. However, if primary and secondary tubers were separated, the reverse was observed:primary tubers sprouted very well,but the secondary ones scarcely at all. It seemed worthwile to study thesephenomena more thoroughly. Therefore wetried to follow the sprouting of primary and secondary tubers, which remained connected and of those separated from each other, to prove firstly that our impression was correct, and secondly, if possible, to gain information about the influence of primary and secondary tubers on each others sprouting capacity. METHOD AND MATERIAL

Primary and secondary tubers of the variety Libertas were collected from a field on sandy soil near Wageningen in November 1959. Second growth had been already observed in this field during August 1959. Primary (P-) and secondary (S-) tubers were still connected at the moment of sampling. 6groups of each 30P-tubers connected with 30 S-tubers were selected. The size of the P-tubers did not vary much;the S-tubers of different sizewere equally distributed over the 6 groups. All tubers were placed in a dark room with constant temperature (15°C) and constant relative humidity ( ± 85%) from Nov. 19th to Dec. 29th 1959. From Nov. 18th to Dec. 16th the P-and S-tubers of onegroup wereseparated each week (Tx- T5). The last 30 P- and 30 S-tubers remained connected until the end of the experiment (indicated as(P + S)). The aim of separating the tubers at different times was a) to follow and compare sprout initiation and growth of the unseparated and separated P-and S-tubers and b) to see if sprout growth of S-tubers, which had already started, could be inhibited by separating the P-and S-tubers. OBSERVATIONS

The following observations weremade for each P-and each S-tuber from Nov. 19th to Dec. 21th 1959: number of visible sprout initiations, number of sprouts (2 mm or longer) length of each sprout. The sprout initiations and sprouts on top of the tuber were distinguished from those on the sideofthetuber: scarcely any sprout growth was observed at the base of the tubers. The total weight of all sprouts (top and side together) was determined on Dec. 29th 1959. 59

number of a c t i v e buds ( s p r o u t initiations + per 30 tubers sprouts ) number of sprout initiations per 30 tubers

19/11

26/11

3/12

10/12

17/12 . 24/12 date

19/11

26/11

3/12

10/12

17/12

24/12 date

FIG. la and lb: Number of sprout initiations and active buds ( = sprout initiations + sprouts) per 30 tubers, on connected primary and secondary tubers: P(P + S) and S(P + S), and on primary and secondary tubers separated on 18/11/59: PTt and STj ,variety Libertas. • • unseparated primary tubers P(P + S). • • separated primary tubers PTi. x x unseparated secondary tubers S(P + S). x x separated secondary tubers STj.

The curves of all 5separation times are not always given;sometimes only data on one or three separation times are presented to make the figures clearer. The other separation times showed corresponding results. a. Sprout initiation Sprout initiations were earlier visible and more numerous on S-tubers than on Ptubers (fig. la). The number of sprout initiations increased more rapidly on separated than on unseparated P-tubers. After sometime this number decreased as sprout initiations changed into sprouts onthe separated P-tubers. The number ofsprout initiations on S-tubers generally did not change after separation. However, after sometime many sprout initiations on unseparated S-tubers changed into sprouts and accordingly the number of sprout initiations decreased;on separated S-tubers this number remained more constant. The number of sprout initiations indicates the beginning of sprout growth. To give an idea about the total activity of the buds on the tubers it may be better to use the number ofactivebuds ( = sprout initiations + sprouts) (fig. lb). Thenumber of active buds also wasmuch larger on S-tubers than on P-tubers, when connected. The number ofactivebuds on P-tubers increased veryrapidly after separation and reached the same level as that on S-tubers. The number of active buds on S-tubers generally did not change by separation. b. Number of sprouts Sprout initiations change into sprouts or disappear due to competition of large 60

t o t a l Length sprouts in mm per 30 tubers ,'PTi

800 rnumber of sprouts per 30 tubers

-•PT,

600

120 100 80

400

60 40

200 , - x ST,

20 0

S(P+S) P(P+S)

-.P(PtS) -xS(P+S)

-*ST,

-#• ,9/11

226/11

3/12

10/12

17/12

24/12 date

fif

19'

26/11

3/12

10/12

17/12

24/12 date

FIG. 3. Total length of all sprouts together in mm per 30tubers;further asfig. 1.

FIG. 2. Number of sprouts per 30tubers; further as fig. 1.

sprouts. Sprouts were earlier observed on P-tubers than on S-tubers on separated as well as unseparated tubers (fig. 2). Later the ratio:number of sprouts on unseparated P-tubers to number of sprouts on unseparated S-tubers was approximately 1.0 (fig. 2). The number of sprouts on P-tubers is strongly increased by separation; separated P-tubers had later amuchlarger number of sprouts than unseparated P-tubers (fig.4a). Generally thenumber of sprouts on separated S-tubers waslower than on unseparated ones (fig. 4b). After separation P-tubers had a much greater number of sprouts than number of sprouts per 30 tubers 160

140

. \ separation of primary and secondary tuber ( P T , - PT 5 )

/ l

;PT5 „--'•PT,

I .

120

number of sprouts per 30 tubers

r"/ / /

100

50 P

/ /

xS(P+S)

80 60 40 20

19/11

26/11

3/12

10/12

17/12

24/12

19/11

t26/1l" 3/12

10/12

17/12

24/12

FIG. 4a and 4b. Number of sprouts per 30 tubers, on unseparated primary and secondary tubers: P(P + S) and S(P + S),and on primary and secondary tubers separated on 18/11, 2/12 and 16/12/59:PTjand ST\,PT3and ST3,PT5 and ST5respectivelyvarietyLibertas.Note that upward bend ofcurves(infig.4a)before separation isnot real and has been caused by the fact that no observationshavebeen made on the day of separation. 61

TABLE 1. Percentage of active buds which had formed a sprout until 21/12/59. Type of tuber

T22)

TV)

T33)

T,')

TV)

(P+ S) 6 )

47 86 29 23 2 3 4 5 ') ) ) ) ) primary and secondary tuber separated on 18/11, 25/11, 2/12, 9/12, 16/12/59 respectively. 6 ) primary and secondary tuber not separated. 73 14

P S

87 17

84 17

21

S-tubers, but the ratio: number of sprouts on P-tubers to number of sprouts on Stubers decreased with time. The percentage of active buds which formed a sprout was higher on P-tubers than on S-tubers. By separation this percentage increased on P-tubers and decreased on S-tubers (table 1). This indicates that the beginning of length growth of the sprouts was delayed on connected P-tubers in comparison to separated P-tubers. c. Total length of allsprouts Thetotal length of all sprouts per 30 P- or S-tubers is presented in figures 3and 5. The total length is the result of the increase in number of sprouts and the length growth per sprout. This total length increased with time on P- as well as on S-tubers. If they remained connected, the total length was larger on P-tubers than on S-tubers in the beginning of the experiment, but later P-and S-tubers had the same total sprout-length. The total length of all sprouts after separation strongly increased on P-tubers. This total length was 6to 3times larger on the separated P-tubers than on the unseparated ones, and was much smaller on separated S-tubers than on the unseparated ones. d. Average lengthoflongestsproutofeachtuber The average length of thelongest sprout of each tuber was calculated per 30tubers. total length sprouts in mm per 30 tubers

y'H'

800

total length sprouts in mm per 30 tubers rPTS

600

300

xS(P+S)

/', 250

400

200 /

_,'P(PtS) 1 5 0

I 300

100 50

, 19/11

_ 26/11

^ 3/12

10/12

17/12

24/12 date

19/11

26/11

3/12

10/12

17/12

FIG. 5a and 5b. Total length of all sprouts in mm per 30 tubers; further as fig. 4a and 4b.

62

24/12 date

TABLE 2. Average length of longest sprout of each tuber in (

1_6

Type of tuber

TV)

TV)

T3:))

P S

1.03 0.44

1.01 0.44

0.88 0.41

:m. T44)

T55)

(P+ S) 6 )

0.61 0.38

0.59 0.58

0.56 0.72

) seetable 1.

S-tubers had a larger average length of the longest sprout than P-tubers, if they remained connected; but after separation P-tubers had alarger averagelengthper sprout than S-tubers (table 2). e. Sprout weight If P- and S-tubers remained connected, the total sprout weight per tuber and also the average weight per sprout was much higher on S-tubers than on P-tubers (table 3a and b). As P- and S-tubers had about the same number of sprouts and about the same total length of all sprouts, the differences in sprout weight must be due to the heaviness of the sprouts:S-tubers had thicker sprouts than P-tubers; P-tubers sometimes showed (also in other material) spindle sprouts. Thetotal sprout weight per tuberwasmuchhigher on separated P-tubers than on the unseparated ones, but much lower on separated S-tubers than on the unseparated ones. The total sprout weight per tuber after separation was much larger on P-tubers than on S-tubers. ƒ. Apical dominance Sprout initiations appeared earlier on top than on the side of unseparated P-aswell as S-tubers. The number of active buds on P-tubers increased with time, especially on the side. At the end of the experiment unseparated P-tubers had a few more active buds on thetop than on the side.After separation,however, the number ofactive buds increased especially on top of the P-tubers. S-tubers always had much more active buds on top than on the side; separation did not influence this top/side ratio. On P-tubers top sprouts appeared before side sprouts. The number oftop and especially sidesprouts increased with time.The ratio:number of top sprouts to number of sidesprouts on unseparated P-tubers decreased to approximately 1.5 at theend of the TABLE 3a and b. Sprout weight per tuber and weight per sprout of primary and secondary tubers, Libertas 1959. Sprout weight per tuber in mg on 29/12/59 Type of tuber

P S

TV)

T22)

T33)

T44)

T55)

(P+ S) 6 )

310 63

257 60

233 60

213 37

227 60

83 190

Weight per sprout in mg on 29/12/59 Type of tuber

P S

TV)

TV)

T33)

T44)

T66)

(P+S)6)

71 73

46 42

46 62

41 34

48 49

46 119

1 6

~ ) seetable 1.

63

TABLE 5. Sprout weight of tubers, variety Bintje, stored from October 1959to November 1960 Primary tubers Secondary tubers Bruinisse: Weightx1) sprouts per tuber Weight ) sprouts per cma tuber surface Weight1) sprouts per 100g tubers Kamperland: Weightx) sprouts per tuber Weight*) sprouts per cm2 tuber surface Weight x)sprouts per 100gtubersx) 1 ) Fresh weights in grams.

3.0 9.5 6.6

2.7 11.6 15.8

1.0 2.1 2.1

1.1 5.3 7.0

1959toNovember 1960separated P-tubershad about the same sprout weight per tuber as separated S-tubers, but calculated per gramtuber weight S-tubers had amuch larger sproutweightthan P-tubers(table5).P-tubers sooner losttheir sprouting capacity than S-tubers; P-tubers had already formed littletubers ontheir sprouts (seealsofig.7). KRIJTHE and HULSTEIN (1) had already noticed during the winter of 1957/58 that secondary tubers (not connected with primary ones)sprouted very slowly during storage.They had divided lots of potato tubers from severalfieldsin which second growth was observed into specific gravity fractions. Tubers with the lowest specific gravity had the highest sprout weight on 6/1/58. After 4times sprouting and desprouting they had the lowest sprouting capacity of all tubers, or did not sprout at all; the tubers of the highest specific gravity mostlyhad the lowest sprout weight of alltubers on 6/1/58. Theseresults can beexplained as follows :In 1957primary tubers had in generala low specific gravity, whereas secondary tubers had a much higher one (LUGT, 2) Accordingly the low s.g. fraction in the experiments of KRIJTHE and HULSTEIN consisted in

FIG. 7. Sprout growth of a primary tuber (the large tuber with many little tubers) and of connected secondary tubers. Those secondary tubers, grown on top of the primary tuber, have only sprouts. One secondary tuber, grown from thebaseof the primary tuber, has sprouts and little tubers. The photograph is taken after storage at room temperature in the dark from autumn 1960 to October 1961.

66

general of primary tubers. As was shown in our experiments, these tubers will have a high sprouting capacity after a few months of storage, but will be rather soon exhausted; in the highest s.g. fraction many secondary tubers will be found. The seedvalueof a lotofpotatotubers,obtained from afieldinwhich second growth occurred, will be influenced by the ratios: number of primary tubers/secondary tubers and primary tubers/normal tubers ( = tubers without a sprout or a secondary tuber at themoment of lifting) and bythe time of planting.Normal tubers are less aged than primary ones. A high percentage of primary tubers after a long storage will influence the seedvalue of thewhole lot infavourably. Tnthiswaytheinfluence ofhigh temperatures during growth of the tubers on the seed value of these tubers (WENT 5) may be explained. SUMMARY

1. Connected primary and secondary tubers of the variety Libertas, were collected from a bulk of potatoes, which were lifted in November 1959. These tubers were placed in a dark room at 15°C and sprout growth was studied during 5weeks in November and December 1959. 2. When primary and secondary tubers remained connected, primary tubers had at the end of the experiment about the same number of sprouts and the same total length of all sprouts per tuber as secondary tubers; the longest sprouts of each tuber were longer and the total sprout weight per tuberwasmuchhigheron secondary tubers than on primary ones. 3. When primary and secondary tubers had been separated, the number of sprouts, the total length of all sprouts the average length of thelongest sprout of each tuber and the total sprout weightper tuberwere larger onprimary tubers than on secondary tubers. 4. The secondary tuber to some extent inhibited initiation and growth of sprouts on the connected primary tuber. This dominance of the secondary tuber disappeared immediately after separating the tubers (the primary tubers very rapidly increased sprout number and length) and could also beeliminated to someextent by applying indolacetic acid to the secondary tuber or bypeeling thesecondary tuber. 5. The connected primary and secondary tubers to some extent act as one tuber, the secondary tuber being the top, theprimary one the dominated side. 6. At the beginning of the storage-period the secondary tuber needs the primary one for sprout growth: sprout growth was much slower on separated secondary tubers than on connected secondary ones. Separation did not influence sprout initiation on secondary tubers. 7. Primarytubers are physiologically older than secondary tubers: in December 1959 apical dominance was already disappearing in primary tubers, but on secondary tubers almost only top sprouts could be found; after prolonged storage primary tubers were sooner exhausted than secondary ones. REFERENCES 1. KRIJTHE, N en. G. HOLSTEIN: Onderzoek aan pootgoedpartijen waarin „glas" voorkomt. Publikatie serie A no 30. LB. V.L. Wageningen (1959) 1-28. 2. LUGT, C :Second-growth phenomena. Europ. Potato J. 3 (1960) 307-324. 3. LUGT, C.: Second-growth phenomena. Proc. 1st triennial conf.E.A.P.R. (1960) 243-244. 4. MICHENER, H.D. :Dormancy and apical dominance inpotato tubers.Am. J. Bot. 29(1942) 558-568. 5. WENT, F. W. : Effects of environment of parent and grandparent generations on tuber production by potatoes. Am. J. Bot. 46 (1959) 277-282. Received: 18 May 1962.

67

Mededeling 182vanhet I.B.S.

EAR DIFFERENTIATION AS A MEASURE FOR PHOTOPERIODICAL INDUCTION IN WINTER RYE AND THE DIRECT INFLUENCE OF DAYLENGTH ON THE SHOOTING PROCESS W. H. VAN DOBBEN

INTRODUCTION

After thepioneer work of PURVISand GREGORY (8, 9)many observations have been published on spike differentiation in cereals (1, 2,10). It is generally accepted that day-length has a strong stimulating effect on this process, but indications about the relation between the stages of morphological and physiological development arelackinginmost papers onthesubject. Theaim ofthisinvestigation was to study this relation for winter rye grown under field conditions in the Netherlands. Winter ryeisnormally sowninthe secondhalf ofOctober. Eardifferentiation begins with an elongation of thegrowingpoint in January. At first the apex only bears single ridges afterwards developing into stem leaves, but very soon „double ridges" (8) emergesomewhat below themiddle oftheapexwhichwilldevelopinto spikelets. About this timetheinitiation of leaves stops. This means that the ultimate leaf number of the main stem is already determined at the beginning of February. It depends strongly on the sowingtime (4).At this moment theplant has entered the generative stage but this does not mean that photoperiodical induction is complete already. Plants in and after the double ridge stage can still be accelerated in development by long day. As a result the further differentiation of ridges into spikelets and the growth of the apex is stimulated and ear emergence willbe earlier. When plants are taken from outside at theend of February and exposed to artificial long day in the greenhouse (16°C) the advantage over controls (in the same greenhousebut with natural day-length) concerning the date of heading amounts to about 20days.This difference decreases astheplants aretaken laterinwinter and disappears inthecourse ofApril(6).Theregular decrease implies a steadyprogress of photoperiodical induction in thefieldduring February and March in spite of the prevailing short day. This isinaccordance with the character of ryeas a „quantitative" long day plant. Moreover the delaying influence of short day is weakened under the influence of low temperature (5,6). It is of interest to know when exactly the influence of day-length ends and whether this endingmay beassessed by morphological observation ofthe spikeinitials. EXPERIMENTAL PROCEDURE

Pots were sown with winter rye (var. Petkuser) on October 15 and placed outside, during frost in a frame. From March 1onward pots were entered periodically into an airconditioned glasshouse with a constant temperature of 16°C. After examination of thegrowingpoint onepot (control) was exposed to natural day-light only,a second pot after natural day received an additional weak illumination with a fluorescent tube 69

TABLE 1. Data concerning ryeplants, sown October 15,hibernated outside and periodically entered into a greenhouse (16°). Observations at the mome it of entrance

Observations at a

Development stage ) Date

March6 „ 10 „ 15 „ 20 „ 24 ,, 30 Apr. 4 „ 7 „ H „ 15 „ 20

Apical length in m m

Nr. of spikelets initiated 1 )

3 4 4 4-5 4 6 7 7 13

Most advanced spikelets

Top spikelet

5-6 5-6 6-7 7 7 7-8 8-9 8-9 9

2 2 2 2 2-3 3 3 3^1 4

13

5

37 38

40

he moment ofearemergence

In natura [ day-length

In continuous d a y

Date

N u m b e r of spikelets per ear

Date

Nr. of spikelets

Acceleration in days

Apr.19 ,, 19 , 21 , 23 , 25 , 26 , 26 , 28 , 27 , 28 May 1

34 35 32 31 32 30 36 31 33 33 27

Apr. 5 „ 8 „ 12 „ 16 „ 18 „ 21 ,, 23 „ 24 „ 26 „ 27 „ 30

32 32 29 33 34 33 32 31 30 34 25

14 11 9 7 7 5 3 4 1 1 1

*) No complete figures available; in comparable experiments about 40 spikelet initials were already visible from March 1 onward. 2

) After VAN DE SANDE BAKHUYZEN (see tabel 2).

(Philips nr 33)toa day-length of24hours. Tomeasure theaccelerating effect ofdaylength extension thedates ofear emergence were compared (table 1,fig.1). A second setofpots was entered simultaniouslyonMarch 1anddivided into occasions receiving from this date continuous dayby an additional illumination during 0-4-8-12-16-19 days. On March 20thespike initials were examined andthepotsof all occasions divided into two groups, one receiving natural day(atthe time 11.5- 13 hours), the other a 24hour dayby additional illumination. In this wayit wasalso

date of heading (• o ) April 25

^ accel

24

30 March

15 20 April date of e n t r a n c e

FIG. 1. Dates of ear emergence of rye plants hibernated outside and periodically entered into a greenhouse(16°C)from March 6onward and exposed tonatural dayora24hour day. The meaning of the lines (d)and(s)isexplained inthe text.

70

TABLE 2. Evaluation systems for the stage of development inrye. Evaluation after Staê ofthe most advanced spikelets

Length of spike u n d e r field conditions inm m

„ S c o r e " after

Evaluation after

PURVIS a n d G R E G O R Y (9)

BRI.MKR-RF.INDKRS ( 2 )

VAN DK S A N D K BAKHI/YZF.N

completed by j WlTTKNROOD ( 1 0 )

Vegetative „Double ridges" Initiation of glumes Initiation of flowers of first order Initiation of flowers of second order Anthers visiblein flowersof first order Anthers visiblein flowersofsec. order Growth of glumes Awns visible Elongation of awns, stamen lobes appear Awns growing fast, thecae complete Ear emergence

0.5 1 2-3 3-4 very

1-20 21 26 28

I II Gl Pr

30

An

33 35 41

Ar Th

variable 50-80

!

1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 10-1 ')

v

) Evaluation after FEEKES.

possible to compare spike development at thestart ofthe after-treatment withthe reaction today-length. Inathirdexperimentpotswereentered intothegreenhouse and exposed tolong day. At thebeginning ofshooting, when onlythetwolast stem leaveswerestillinvisiblethe potswereplaced inday-lengthsof13-14-15-16hours.Datesofearemergencewerecompared toassesswhether day-length stillhad any influence during theshooting process. RESULTS

The progress ofear differentiation andphotoperiodical induction during March The results ofthe first experiment are recorded intable 1 andfigure 1.The morphological development of the apex ispresented inthe scaleof VAN DE SANDE BAKHUYZEN (table2). The long daytreatment appears to influence only thedate ofear emergence,not the final number ofspikelets. Asshown inaprevious paper (5)thesame holds for the number ofleaves. According to HANSEL (7) the number ofspikelets perearcan only beinfluenced by the length ofday before the„double ridge" stageisreached. The same appliestoleaf number ofthe main stem. Atthebeginning ofthis experiment this stage hadalready been passed. As plants aretaken from outside atalater date eardevelopment hasmade further progress andtheaccelerating effect oflong daydecreases accordingly. This decrease reflects theprogress of photoperiodical induction in winter andearly spring under field conditions. Whentheeffect ofprolonged dayiscompared toeardifferentiation atthestartofthe treatment it appears that acceleration bylong daymaystill beobtained incasesin whichflowersand evenanthers arecompletely differentiated inthecentreofthe spike. The influence ofday-length only seemstoendatthemoment when the most backward spikelet atthetopofthe spike showsthis picture.Evenafterwards, however, whenthe plants are already shooting the additional illumination keeps some effect. Relation between earstage andphotoperiodical reaction The results ofthe second experiment are recorded intable 3andfigure2.Itappears 71

FIG.4. Petkuser winter rye placed at the beginning of shooting (March 13) in (from left to right): natural day (average about 12.5 hours), 14, 15 and 16 hours day-length. Temperature 16eC. Photografed April 6.

The acceleration of shooting by long day in Petkuser winter rye (figure 3, lowest curve) appears to show about thesamereaction pattern asobserved in Petkuser spring rye(uppercurve)growninconstant day-lengths duringthewholedevelopment. In both casesan optimal headingrate seemsto be reached in a day-length of about 17hours. In case of the spring rye the reaction to day-length probably includes both the influence exertet by way of ear differentiation and a direct influence on shooting. Assuming that Petkuser winter and spring rye (the latter a selection from the winter form) show the same reaction pattern wemay estimate the relation between both elements determining day-length reaction. For example according to figure 3(lower curve) a day-length of 13 hours gives a retardation of about 4days in comparison with 17 hours. This is the result of day-length on shootingonly.Aday-length of 13 hours during the whole development (upper curve) gives a retardation of 22 days. The difference of 18days can be ascribed to the retarding influence by way of ear differentiation. In previous experiments (3) no significant influence of day-length during the shooting stage could be established. This may be explained, however, by the small difference between the applied day-lengths (14 and 17 hours) and the variability of the replications. A comparisonbetween theresults of the three experiments The figures obtained allow a comparison in detail. For example: In the first experiments (fig. 1) an acceleration of about one day was obtained by long day treatment of plants taken from outside on April 15, when ear differentiation was complete but shooting onlyjust beginning. Natural day in the first following days can be estimated at about 14.5hours (including twilight) so that according to figure 3 such a slight retardation could be expected. To chec the trend of curve (s) in figure 1further, an earlier date can be taken, for 74

example March 20when a retardation of 3.5 day isrecorded. Day-length in the following days can be estimated at 13hours. According to figure 3this gives a retardation of 4 days.The agreement is reasonable. In the second experiment (figure 2) optimally pre-treated cases (16-19 days) were still accelerated by 2 days in long day during shooting. During this after-treatment natural day-length was about 12hours so that according to figure 3, 6days could be expected. This difference, however, is easy to explain. In the last experiment (figure 3) the after-treatment in natural or prolonged day already began on March 13and the earliestear emergencewasobserved only 16days later.Inthe second experiment (figure 2) after-treatment began on March 20and the first ears already appeared within 12days. In this case shooting was already going on at the start of the after-treatment so that lesser differences between natural and optimal day-length could be expected. DISCUSSION OF RESULTS

The results of the experiments allow the conclusion that a good agreement exsists between the stage of ear differentiation and the reaction to photoperiod. When flower initials are differentiated in the top spikelets, pre-treatment with long day before the shooting stage had no further accelerating effect on ear emergence. During shooting, however, headingcan be stillaccelerated bylongday. This reaction can not be obtained by way of an after-effect. It reaches an optimum at a day-length of about 17hours and shows a pattern in agreement with the total day-length reaction of rye (figure 3). In agreement with previous results (6) the first experiment (figure 1) shows that under our climatic conditions photoperiodical induction in winter cereals to a great extent takes placealready before March 21. The well-known adaptation ofvarieties to local day-length implies, however, that a decisive part of this process occurs after this date, when photoperiod begins to show the relevant differences. The separate and direct influence of photoperiod during the shooting process will contribute to this adaptation. Moreover this effect may level annual differences in development. As we saw a daylength of 13 hours (about April 1) gives a retardation of 4 days in comparison with 16hours (about May 15) in a temperature of 16°C. In the lower temperatures prevailing in thefieldroundabout that time this difference will be larger. In an early spring, therefore, day-length will relatively retard the shooting of rye in comparison to a late spring. SUMMARY

Underfieldconditions inthe Netherlands theear differentiation in winter rye makes steady progress during winter and reaction to an artificial lengthening of day decreases accordingly. When flower initials havebeen differentiated inthe most backward spikelet (top spikelet) no further accelerating effect can be obtained by pre-treatment with long day in the period preceding shooting. During the shooting process, however, an acceleration ofear emergence can be obtained inlong day asa separate direct effect. REFERENCES ]. BAKHUYZEN, H. L. VAN DESANDE: Bloei en bloeihormonen in het bijzonder bij tarwe. Versl. Landbk. Onderz. 53 (1947) 4 B.

75

2. BREMER-REINDERS, D. E.: The early stages of development in the rye spike. Acta Bot. Need. 7 (1958) 223-232. 3. DOBBEN, W. H. VAN: Het voor fotoperiodische inductie gevoelige stadium bij rogge, tarwe, maanzaad, wikke en vlas (the photoperiodically responsive stage for rye, wheat, poppies, vetches and flax). Jaarb. I.B.S. 1957, 57-64. 4. DOBBEN, W. H. VAN: Enige waarnemingen over de groei van granen in het winterseizoen (the growth of winter cereals in the cold season). Versl. C.I.L.O. 1951 (1952) 90-101. 5. DOBBEN, W. H. VAN: Het daglengteonderzoek bij granen. Tienjarenplan graanonderzoek. Versl. 4ejaar (1957) 95-100. 6. DOBBEN, W. H. VAN: De invloed van de daglengte op overwinterende gewassen (the influence of day-length in hibernating crops). Jaarb. I.B.S. 1960, 85-96. 7. HANSEL, H. : Über die Wirkung des Kurztages auf Zeit des Ährenschiebens und auf Ährchenzahl pro Ähre bei Petkus Winterroggen. Die Bodenkultur 5 (1951) 305-312. 8. PURVIS, O. N . : Studies in the vernalization of cereals. Ann. Bot. 11 (1947) 269-284. 9. PURVIS, O. N. AND F. G. GREGORY: Studies in the vernalization of cereals. Ann. Bot. 1 (1937) 569-592. Ann. Bot. 2 (1938) 237-251. Ann. Bot. 16(1952) 1-21. 10. WITTENROOD, H. G. : Het verloop van de vernalisatie van zes wintertarwerassen bij novemberzaai op het veld. Versl. C.I.L.O. 1952 (1953) 161-170. Received: 19 April 1962.

76

Mededeling

183 van het

l.B.S.

D E V E R D E L I N G V A N D R O G E S T O F O V E R D E O R G A N E N BIJ G R A N E N EN GRAS IN AFHANKELIJKHEID V A N DE STIKSTOFVOORZIENING with W .

summary H .

V A N

D O B B E N

INLEIDING

Aanleiding tot het onderzoek was de ervaring, dat in veldproeven het rendement vaneenlateoverbemesting met stikstof bij haver veel lager ligt dan bij winterrogge. Alsvoorbeeld zijn in tabel 1 gegevens vermeld van2proefnemingen, diedicht bijeen op hetzelfde perceel waren gelegen. TABEL 1. Opbrengstverhoging, verkregen door 1 kg zuivere stikstof extra, vroeg (maart) of laat (bij het in aar komen) gegeven op rogge (IBS 139)en haver (IBS 151); Renkumse heide 1958. Returns of 1 kg pure nitrogen given in excess early (March) or late (heading) to rye and oats on the same field. Poor sandy soil, 1958. Opbrengst der controles Yield of controls Korrel Kernel kg per ha

Opbrengstverhoging door 1kg N extra Vroeg gegeven Returns of early dressing

Stro Straw kg per ha

Winterroge Winter rye

1500

3310

22

52

Hayer/Oats

2160

2540

18

26

Laat gegeven Returns of late dressing Korrel Kernel kg per ha

Stro Straw kg per ha

27

35

Voor gegevens van grotere aantallen proeven met rogge en haver kan worden verwezen naar publikaties van VAN DOBBEN (4)en FERRARI (6). FERRARI vond in 36veldproeven op rivierleem in 1958 bij haver met een vroege basisbemesting van 25 kg zuivere stikstof per ha,voor 25kgextra, laat gegeven, eenrendement van gemiddeld 6kg korrel op 1kg N (een vroege extra gift gaf 16:1). VAN DOBBEN (5) berekende uit 20 veldproeven met winterrogge van de Voorlichtingsdienst uit hetzelfde jaar gemiddelde rendementen van 15 : 1 (minder vruchtbare zandgrond) en 12 : 1 (vruchtbare zandgrond) voor een late overbemesting. Hoewel de grondsoorten in dit geval verschillen, ishet resultaat in overeenstemming metdealgemene ervaring.Terwijlbijwinterrogge,vooral op verdrogende gronden en veenkoloniale gronden de late stikstofbemestingen een goed rendement geven, vallen deresultaten bij haver steeds tegen. Deze laatste ervaringheeft men ook in Engeland opgedaan (7). Om de oorzaken van dit verschil na te gaan is het eerst nodig te weten waarin het effect van de late stikstofoverbemesting op de plant bestaat. In het algemeen komt dezebemestingtelaat, omdeafmetingen vandeplantentebeïnvloeden. Het opbrengstverhogend effect vloeitvoort uit eenverlengingvan delevensduur van het assimilerend weefsel. Deze verklaring is het eerst gegeven door onderzoekers te Rothamsted (11). 77

FIG. 1. Zomertarwe (ras Peko) enige tijd na de bloei. 2 potten links: zonder late overbemesting. 2 potten rechts: met een extra stikstofgift bij het in aar komen. Spring wheal (variety Peko) some time after flowering. Left pots: controls, right pots: with additional nitrogen given during heading. Plant size is not affected but the colour is much more green.

Onderzoekers uit de school van Coic (8) zijn dezelfde mening toegedaan en onze ervaringen sluiten hier geheel bij aan. Fig. 1, ontleend aan proeven uit 1958 geeft een voorbeeld van deinvloed dielate stikstof op de bladkleur kan hebben. Fig. 2geeft het resultaatvanperiodieke schattingenvanhetgroen-bladoppervlak (alleen bladschijven). Hier blijkt duidelijk hoe delate stikstofgift de achteruitgang van het groen oppervlak, die reeds bij het in aar komen begint, remt. Bij vergelijking van de gewassen in fig. 2 moet worden bedacht, dat bij rogge de aarsteel en de bladscheden een relatief groot aandeel hebben in dit oppervlak, zodat gegevensvan debladschijven alléén geenzuiver beeld geven. In werkelijkheid verschillen rogge en haver in assimilerend oppervlak minder dan fig. 2 suggereert. Het effect van een late overbemesting op het assimilerend oppervlak is bij verschillende graansoorten ook ongeveervergelijkbaar. Het lagerendement van eenlatestikstofgift bij haver is derhalve niet te verklaren uit een geringe vermeerdering van groen-bladoppervlak. De verklaring moet eerder worden gezocht in een verschil in ontwikkelingsritme tussen winterrogge en haver onder praktijkomstandigheden. De winterrogge, vermeld in tabel 1,kwam reeds op 8mei in de aar en ontving toen de extra gift. Het gewas was op 29juli rijp en heeft dus 82 dagen van de extra voeding kunnen profiteren. Bij de haver bedroegen deze data 11juni en 4 augustus, een verschil van slechts 54 dagen. De rogge kon dus bijna een maand langer van een vergroot assimilerend oppervlak profiteren en dit feit alleen reeds kan een groot deel van het verschil in rendement verklaren. 78

blad oppervlak leaf area cm 2

/ zomerrogge / spring rye /

/

/

' '

'

/

/*

/

/

/zomerta

/

spring

s s

J

50

100 dagen days

FIG. 2. Geïntegreerd groen-bladoppervlak aan de hoofdas van graanplanten ineen potproef bij 20°C. Laagste lijn: controles. Hoogste lijn: met een extra stikstofgift bij het in aar komen (35 mg N per plant). A: aar zichtbaar, B: bloei. Integrated green leaf area at the main stem of cereals in apot experiment (temperature of the greenhouse 20°C). Lower lines: controls. Upper lines: with a nitrogen top dressing during heading. A: ear emergence, B: flowering.

Om echter ook nog andere, eventueel bijkomstige mogelijkheden te onderzoeken zijn in dejaren 1958-1961 een reeks potproeven genomen om na te gaan, of er specifiekeverschillen zijn in de verdeling van de extra droge stof welke wordt gevormd na late overbemesting. Bij de eerste oriënterende waarnemingen in 1958 werd nl. van deze opbrengstverhoging bij haver een veel groter deel teruggevonden in wortel en stoppel dan bij rogge. Dit is aanleiding geworden tot meeruitvoerigeproeven,waarin behalvegranen ook enkele grassen werden betrokken. Deproeven werden opgesteld in geconditioneerde kassen, bijverschillende temperaturen. OPZET VAN DE PROEVEN

De proefserie is in de nazomer van 1958 begonnen met zomerrogge (Petkuser), zomertarwe (Peko) en haver (Abed Minor). Gezaaid werd 11juni in kweekpotten met 6kghumeuze zandgrond (10planten per pot, 3pottenper object). Deplanten groeiden op in een kas bij overdag 18°C, 's nachts 12°C en rijpten in de tweede helft van september. De controles ontvingen bij het zaaien 35mg zuivere N per plant in de vorm van ammoniumnitraat, het tweede object ontving bovendien bij het in aar komen eenzelfde hoeveelheid alslate overbemesting. Bij de oogst is de stoppel op 5cm afgesneden. Bepaald zijn de drooggewichten van zaad, stro en wortel plus stoppel. De proef is in 1959 op grotere schaal herhaald. Gezaaid werd 15mei, de N-bemesting bedroeg 26,3mg per plant. Aan de objecten werden zomergerst (Herta), kanariezaad en Westerwolds raaigras toegevoegd; van deze laatste zowel het landras als een selectie welke een tweede snede kan leveren. Er werden ditmaal 4 haverrassen vergeleken, Marne, Major, Pendek en Adelaar. Omdat deze onderling niet veel verschilden zijn gemiddelde cijfers voor haver weergegeven, welke echter dus nauwkeuriger geacht 79

mogen worden dan bij de andere gewassen. Vooral bij de haver kwam in de objecten met late stikstof doorwas voor. In 1960is de proef genomen in plastic emmertjes met een inhoud van 9 1. Gezaaid werd 7maart, erwerd gedund tot 10planten perpot. Degebruikte haverrassen werden ditmaal Marne, Zwarte President, Adelaar, Pendek en Civena. De stikstofbemesting was weer afgestemd op 26,3 mg per plant. De planten kiemden bij 10-12°C, stonden in het jeugdstadium bij 16°C en vanaf het schieten bij 25°C. Ze werden aanvankelijk, evenals vorige jaren, van boven begoten. Tegen het schieten zijn ze echter overgebracht in platte zinken bakken met 4 cm water. Via een gat, zijdelings onder in de emmertjes aangebracht, kon het water in de grondkolom opstijgen. Hiermee is waarschijnlijk een optimale vochtvoorziening gewaarborgd. Om doorwas te voorkomen, zijn deplanten na het schieten tot een hoogtevan circa 35cm omhuld met papieren kokers. Dit bleek effectief. Bij de oogst zijn stoppel en wortel apart gewogen,terwijl ook bij debloeieen object van decontroles is geoogst. In 1961 is de proef in plastic emmertjes met 61 grond genomen bij 2 temperaturen, 16en25°C, welke van meet af constant werden gehouden. Er werd gezaaid op 5april, de N-bemesting bedroeg 32,8 mg N per plant bij 8planten per pot. Bij de watervoorziening werd de methode van 1960 aangehouden. Dit jaar is weer alleen met granen gewerkt, dehaverrassen waren Marne en Zwarte President. Bijhet in aar komen isvan de controles een tussentijdse oogst genomen. Vooral in de25°Cserie werden de planten na de bloei geïnfecteerd met „Yellow dwarf-virus hetgeen de gelijkmatigheid van deuitkomsten heeft geschaad, vooral bij tarween gerst. DE PROEFRESULTATEN

De resultaten van bovenvermelde proeven zijn weergegeven in de tabellen 2 en 3. Hier zijn gemiddelden van de herhalingen vermeld, bij de haver gemiddelden van een aantal rassen. De spreiding binnen de herhalingen was groot, een gewoon verschijnsel bij rijp geoogstepotproeven. Aan kleineverschillen mag derhalve geenwaarde worden gehecht. Dit geldt vooral voor de kolommen: „ds-gewicht latere aanwas" en „extra dsdoor late N", resp.rechts in tabel 2entabel 3,diein feite hetverschil van2 objecten weergeven. Steeds is het totale gewicht van de plant (of de totale aanwas) vermeld met de procentuele verdeling over deorganen. Bijzomergerst enhaver zijn decijfers omgerekend op naakt zaad op basis van 10% bast bij gerst en 25%bij haver op het totale zaadgewicht. Ter vergelijking zijn intabel2enige gegevensvermeld betreffende watercultures met tarwe, waarvan de stikstofvoeding optimaal was gehouden. De verdelingvanstof inplanten, diegeen late overbemesting ontvingen (controles) Vóór het in aar k o m e n of b l o e i e n Wanneer eendeelderproefplanten omstreeks debloeiwordt geoogst ishet mogelijk, de hiervoor enhierna gevormde stof apart in de beschouwingen tebetrekken (tabel2). Het blijkt dat inonzeproeven demeeste stofinde preflorale periode werd gevormd. Hierin lag ook de periode met het grootste groen-bladoppervlak (fig. 2). Dit is ook onder praktijkomstandigheden het geval. Bij optimaal gevoede en geheel vrijstaande planten is dit anders (object: tarwe optimaal, onderaan tabel 2). Dergelijke planten, die doorgaan met het vormen van nieuwe scheuten bezitten het meeste assimilerend weefsel na het bloeien van de hoofdas. Onder de omstandigheden van onze proeven echter wordt bij tarwe gerst en haver 80

TABEL 2. Droog gewicht vaneen graanplant (of een gras) bij het in aar komen (resp. bloei) en van de aanwas totrijping, metdeprocentuele verdeling over de organen. Dry matter weight ingrammes of cereal plants (andgrasses) at heading (or flowering) and of the increment afterwards, with theprocentual share of different organs.

1961 1960 1961

16 16-25 25

4,0 6,7 2,4 4,4

17 17 16 17

83 83 84 83

5,9 3,1 3,6 4,2

12 3 13 9

46 45 47 46

42 52 40 45

1961 1960 1961

16 16-25 25

6,8 8,2 6,6 7,2

18 24 24 22

82 76 76 78

3,1 2,8 1,0 2,3

-A -20 -80 -34

8 11 70 30

97 109 110 104

1961 1960 1961

16 16-25 25

4,8 5,1 4,5 4,8

21 18 19 19

79 82 81 81

3,1 3,2 0,6 2,3

-6 -3 -66 -23

3 10 -A 3

103 93 170 120

1961 1960 1961

16 16-25 25

6,7 9,4 4,8 7,0

19 23 17 19

81 77 83 81

2,9 2,5 1,9 2,4

-5 ^10 -8 -18

30 4 50 28

75 136 58 90

Kanariezaad Canary seed

1961 1960

16 16-25

8,6

29

71

1,8

-10

50

60

Westerwolds raai landras Rye grass land variety

1960

16-25

5,6

32

68

3,3

7

48

45

Westerwolds raai selectie Rye grass selection

1960

16-25

8,6

48

52

5,5

27

62

12

Zomertarwe 1 ) Spring wheat

1960

12-18

9,6

13

87

15,7

49

49

u

Gewas Crop

a s «

^ Zomerrogge Spring rye

d Ë H

Gem./Average Zomertarwe Spring wheat Gem./Average Zomergerst Spring barley Gem./Average Haver Oats Gem./Average

*) Steeds N . Optimal N. 2 ) Alleen wortels. Roots

a o Ä— 'S-

Ds-gewicht latere aanwas g/plant Dry matter weight of increment till ripening Wortel en 1 stoppel 1 Roots and stubble

Wortel en stoppel Rootsand stubble

°o aandeel v a n : % share of:

Ds-gewicht bij in aar komen(1961)bijbloei (1960) g/plant Dry matter weight at heading {1961) atflowering {I960) ingrammes

% aandelv a n : % share of:

l2)

£1 (/J '<1

os

only.

zelfs vóór hetinaarkomen meer geproduceerd danerna. Rogge vormt onder degranen inditopzicht een uitzondering omdat bij ditgewashetmoment van inaarkomen zeer vroeg valt endeperiode daarna relatief lang is(vergel.fig.2). De verdeling van devoor hetinaarkomen (ofbloei) gevormde stof over wortelen spruitiseveneensintabel2weergegeven.Dewaardenvan 1960,toengroterepotten zijn gebruikt,wijkennietduidelijkaf,zodatinhettraject 6-91grond deruimteindepot niet beperkend schijnt tezijn voor hetwortelgewicht. Ookdegebruikte temperaturen veroorzaken geen duidelijke verschillen. Hetzelfde geldt voor hetopbrengstniveau, dat in dezeproeven vanjaar totjaar sterk uiteenliep, maar geenduidelijke invloedhad opde verhoudingen tussen deorganen. Van decijfers kunnen daarom watditbetreft gemiddelden worden berekend. Enig bezwaar hiertegen vloeit voort uithetfeit datin 1960tijdens debloei werd geoogst,in 81

1961tijdens hetinaarkomen. Vooralbij deroggemaakt ditnogalenigverschil, echter meer in detotale produktie vóór enna deze tussentijdse oogst, danin de verdeling van stof over de organen. Wat de verhouding tussen de gewassen betreft blijkt dat kanariezaad en vooral Westerwolds raai een relatief groter wortelstelsel hebben dan degranen, waarvan speciaal rogge een hoge spruit-wortelverhouding heeft. TABEL 3. Procentuele verdeling van hettotaal ds-gewicht van een graanplant (ofgras) bijrijping over diverse organen en de verdeling vande opbrengstvermeerdering, verkregen door een late extra stikstofgift. Procentual distribution of total dry matter weight of ripe cereal plants (or grasses) over different parts andthedistribution of yield increment obtained by a late, additional nitrogen dressing.

o à «3 Ö

Ë H

aandeelv a n : % share of

/O

u I

- X

Ds-gew. con g/plant Dry matter w controlsingra. Wortel en korte stoppe Rootsplussho stubble

s Gewas Crop

-S ~ •»!

o |

Ë1 o^

aandeel v a n : % share o f

~~

Extra ds doi late N Extra dry ma by late N 1 Wortel en kortestoppe Roots andshoi stubble

/O

T;

si

o i

1958 1959 1961 1960 1961

12-18 12-18 16 16-25 25

7,6 6,1 9,9 9,7 6,0 7,9

12 13 14 11 6 11

63 62 60 72 68 65

25 25 26 17 26 24

1,4 1,2 0,9 0,8 1,3 1,1

5 18 -10 0 -1 2

70 33 78 2 80 53

25 48 32 98 21 45

1958 1959 1961 1960

12-18 12-18 16 16-25 25

7,1 7,9 9,9 10,8 7,6 8,7

10 13 11 12 11 11

58 57 59 60 74 62

32 30 30 28 15 27

0,9 1,2 1,7 1,0 0,9 1,1

14 14 16 23 6 15

40 30 44 19 60 39

46 56 40 58 34 46

1959 1961 1960 1961

12-18 16 16-25 25

4,2 7,9 8,3 5,1 6,2

18 11 10 8 12

45 50 55 69 55

37 40 35 23 34

1,4 1,3 0,8 0,9 1,1

20 14 23 19 19

47 107 29 24 35

33 -20 48 56 46

1958 1959 1961 1960

12-18 12-18 16 16-25 25

7,6 6,2 9,6 11,9 6,7 9,4

9 13 12 10 10 11

50 56 65 60 69 65

41 31 24 30 21 24

1,3 1,1 1,6 1,3 0,7 1,2

33 20 3 6 0 3

28 41 62 45 60 58

39 39 35 39 40 39


1959 1960

12-18 16-25

4,3 10,3

25 20

55 70

20 10

1,3 3,2

35 17

33 60

32 23

Westerwolds raai landras Rye grass land variety

1959 1960

12-18 16-25

3,9 9,0

27 23

47 55

26 22

1,4

3

56

41

-

-

-

-

Zomerrogge Spring rye

Gem./Average Zomertarwe Spring wheat

Gem./Average Zomergerst Spring barley Gem./Average 1 ) Haver Oats

Gem. /Average2)

Westerwolds raai selectie 1959 12-18 5,4 36 52 12 2,8 37 47 Rye grass selection 1960 16-25 14,3 40 55 5 3,8 50 42 !) Zonder 1961, 16°C. Without 1961, 16"C, 2 ) Zonder 1958 en 1959, wegens doorwas. Without 1958 and1959, because of second growth.

82

16 8

De v e r d e l i n g van de na de bloei g e v o r m d e stof Er is een duidelijk verschil tussen rogge en gras enerzijds en tarwe, gerst, haver en kanariezaad anderzijds (tabel 2,rechts). Bij dezelaatsten ishet aandeel van de wortels in de post-florale aanwas altijd negatief, m.a.w. het wortelgewicht neemt tijdens de rijping af. In hoeverre er wortels afsterven envergaan of in hoeverre er materiaal van de wortels naar de bovengrondse delen gaat is niet nagegaan. Het strogewicht neemt bij gerst zeer weinig toe, bij tarwe en haver gemiddeld ongeveer met 1/3 van het korrelgewicht. Omdat de aanwas van het stro en het verlies van het wortelgewicht gemiddeld in eenzelfde orde van grootte liggen, schommelt het korrelgewicht om de 100%, m.a.w. de korrelopbrengst is ongeveer gelijk aan de post-florale aanwas. Dit is voor tarwe ook reeds opgemerkt door ASANA en MANI (3). Het geldt alleen voor tarwe, gerst en haver bij sub-optimale stikstofvoeding. Bij optimale stikstofvoeding (tabel 2,laatste object) neemt bij tarwe in de post-florale periode het stro toe in dezelfde orde als het korrelgewicht. Dit laatste geldt steeds voor rogge,Westerwolds raaigras (landras) en kanariezaad. Bij de selectie Westerwolds raaigras overheerst tijdens de rijping van het zaad de groei van nieuwe spruiten en dekorrelopbrengst is gering. De v e r d e l i n g van stof in de rijpe p l a n t Deze is in tabel 3(links) vermeld. Ook hier blijkt dat temperatuur en opbrengstniveau van de proeven geen duidelijke verschillen veroorzaken in de verhouding tussen de drooggewichten der organen, zodat gemiddelde cijfers kunnen worden gebruikt, hetgeen gezien de grote spreiding der cijfers door toevallige afwijkingen, zeer welkom is. Wat betreft wortel en stoppel zijn bij degranen deonderlingeverschillen nu gering. Het aandeel ligt zoals verwacht, lager dan bij de bloei. Bij kanariezaad en Westerwolds raai (landras) is het aandeel wortel plus stoppel ongeveer dubbel zo groot als bij de granen, terwijl bij de selectie het aandeel wortel plus stoppel meer dan 1/3 van het geheel bedraagt. Deze selectie onderscheidt zich van het landras hierdoor, dat hij na bloei niet afsterft, maar nieuwe scheuten vormt. Er is dus een duidelijke neiging tot meerjarigheid en er is ongetwijfeld een samenhang tussen deze eigenschap en het grote aandeel van wortel en stoppel in latere groeistadia. Vergeleken met de gewone granen heeft ook kanariezaad een zekere neiging tot meerjarigheid, getuige het gemak waarmee doorwas optreedt. H e t a a n d e e l van de s t o p p e l In tabel 4 is het procentueel aandeel weergegeven van de stoppel welke op 5 cm hoogte isafgesneden enindejaren 1960en 1961gescheiden van dewortels gewogen. In dewaarde:wortel plus stoppel zoals dezeintabel 2en 3isvermeld heeft de stoppel bij rijpheid een groter aandeel dan bij bloei. De afnemig van het aandeel wortel plus stoppel tijdens de rijping komt ten laste van de wortel. Door een late stikstofbemesting wordt het aandeel stoppelniet significant gewijzigd. Er zijn duidelijke soortsverschillen in die zin, dat rogge en grassen een laag aandeel stoppelhebben opdewaardewortelplus stoppel, zomertarwe, zomergerst en kanariezaad een hoog aandeel. Het aandeel stoppel op dewaarde:stro plus stoppel verandert van bloeitot rijping niet duidelijk. Ook eenlatestikstofgift heeft hierop geen invloed. Bijhetlangegewasroggeishet aandeel stoppel laag.Westerwolds raai (selectie) toont hoge waarden; dit object neemt een aparte positie in doordat het bij de oogst jonge spruitenbezit, dievoor een groot deelin destoppel terechtkomen. 83

TABEL 4. Aandeel van de stoppel (hoogte: 5cm) in de waarden ,,stoppel plus stro" en in de waarden „stoppel plus wortel". Share of the stubble (height 5 cm) in the values „stubble plus straw" and in the values „stubble plus roots". Procentueel aandeel van de stoppel in: Procentual share of the stubble in: Stoppel plus stro Stubble plus straw Gewas Crop

Stoppel plus wortel Stubble plus roots

Rijpheid Rijpheid Bij bloei BijJ bloei . controle (late N) At flowering At ripeness At ripeness flowering (controls) (late N)

Rijpheid controle (late N) At ripeness At ripeness (late N) (controls) Rijp he d ! t

Zomerrogge Spring rye

(16-25°C) (16°C)

4

4 6

4 6

21

24 30

24 30

Zomertarwe Spring wheat

(16-25°C) (16°C)

9

7 8

7 7

32

40 47

34 37

Zomergerst Spring barley

(16-25°C) (16°C)

5

6 8

7 7

24

26 37

37 42

Haver Oats

(16-25°C) (16°C)

5

5 6

5 5

19

33 27

33 27


(16-25°C)

7

10

9

21

39

37

Westerwolds raai landras (16-25°C) Westerwolds ryegrass land variety

7

7

5

17

Westerwolds raai selectie (16-25°C) selection

14

18

18

18

!

j

20

20

30

27

De k o r r e l - s t r o v e r h o u d i n g Tabel 5 geeft gemiddelde korrel-stroverhoudingen. Bij de granen heeft rogge de laagste waarde en gerst de hoogste. Kanariezaad en Westerwolds raaigras (selectie) hebben een lage korrel-stroverhouding, wegens het veelvoorkomen van vegetatief gebleven spruiten. Het landras heeft voor een gras een opvallend hoge korrel-stroverhouding. TABEL 5. Gemiddelde korrel-stroverhoudingen. Mean values for kernel-straw ratio. Westerwolds raaigras Zomerrogge Spring rye

Zomertarwe Spring wheat

Zomergerst Spring barley

Haver Oats

Canary seed

Landras Land variety

Selectie Selection

0,36

0,53

0,60

0,49

0,24

0,48

0,16

De verdeling vande extra opbrengst, verkregen door late stikstofoverbemesting Het gewas reageerde zeer duidelijk op eenlate stikstofbemesting, een bewijs, dat de stikstofvoeding van de controles niet optimaal was, evenals normaliter in de praktijk van de graanteelt. In tabel 3is rechts de verdeling van de extra gevormde droge stof over de organen weergegeven. 84

Het a a n d e e l van de w a a r d e w o r t e l plus s t o p p e l Door een late overbemesting met stikstof neemt als regel ook het wortelgewicht toe (tabel 3, rechts). Dit is verrassend, omdat, althans bij tarwe, gerst, haver en kanariezaad na de bloei het wortelgewicht bij de controles, zoals vermeld, afneemt (tabel 2, rechts). Men zou dus verwachten, dat er van de extra opbrengst, in dezelfde periode gevormd na een extra stikstofgift ook niets meer naar de wortels gaat. Dit is kennelijk nietjuist. Een verklaring voor deze tegenstrijdigheden wordt later geboden. De aanwas isbij rogge en Westerwolds raaigras (landras) meestal gering, bij kanarie2;aadenWesterwolds raaigras (selectie) opvallend hoog. Eriseenzekere samenhang tussen toeneming van het wortelgewicht en het optreden van doorwas na toediening van late stikstof. Tarwe, gerst en haver tonen gemiddeld onderling geen duidelijke verschillen. In het eerste jaar had bij haver het gewicht van wortel plus stoppel een opvallend hoog aandeel in de opbrengstvermeerdering (33% tegen tarwe 14% en rogge 4%). De resultaten vandevolgende jaren hebben niet bevestigd, dat haver wat dit betreft in een uitzonderingspositie verkeert. Waarschijnlijk hangt een en ander samenmet dedoorwas diein deeersteproefjaren bij dehaverveelvoorkwam en die in 1960en 1961bij alle proefobjecten werd voorkomen door beschaduwing van de stoppel met papieren kokers van 35 cm hoogte. Bij deze werkwijze worden voor haver waarden gevonden, die niet hoger liggen dan bij rogge. De k o r r e l - s t r o v e r h o u d i n g Dezeisindeopbrengstvermeerdering, verkregen door latestikstof, steedshoger dan in de totale opbrengst der controles en ligt gemiddeld niet ver van de waarde 1, d.w.z. korrel en stro nemen toe in dezelfde orde van grootte (tabel 3). Bij haver en Westerwolds raai (landras) is de verhouding wat lager en bij kanariezaad en Westerwolds raai (selectie) nog weer lager, zij het steeds hoger dan bij de totale plant. Hier komt devraag op, of degrootte van delate stikstofgift invloed heeft op de verdelingvan de erdoor gevormde extra droge stof. Hierover kan eenveldproef met winterrogge uitsluitsel gevenwaar objecten met stijgende vroege stikstofbemestingen (dus met toenemende strogewichten) elk voor zich bij het in aar komen zijn overbemest TABEL 6. Verdeling over korrel en stro van de extra opbrengst welke tot stand komt dank zij een trapsgewijze verhoging van de assimilatie in de periode na het in aar komen door toenemende giften late stikstof. Kernel-straw ratio of the surplus yield obtained by an increment of the assimilation after ear emergence by increasing dressings of late nitrogen. Vroege N-gift in kg zuivere N per h a Early N-dressing in pure N per ha Late N-gift in kg pure N per h a

0 (totale opbrengst) (total yield) 20 (verhoging) (increase) 40 (verhoging boven 20) (increase above 20) 60 (verhoging boven 40) (increase above 40)

0

20

40

80

60

Korrel: Korrel: Korrel: Gewicht K o r r e l : Korrel: Gewicht Gewicht Gewicht Gewicht stro stro stro stro stro Weight Weight Weight Weight Weight Kernel: Kernel: Kernel: Kernel: Kernel: kgper h a kgper ha kgper h a straw kgper h a straw straw straw kgper ha straw

3300

0,55

4810

0,45

6290

0,44

8060

0,45

8760

0,46

1150

0,80

1400

0,80

1780

0,82

850

2,26

720

1,3

1540

0,29

1090

0,70

590

0,60

700

0,50

520

0,50

800

0,74

510

0,76

100

85

met stijgende late overbemestingen. Voor alle verkregen opbrengtsverhogingen is de korrel-stroverhouding berekend (tabel 6). De zo verkregen cijferreeksen vertonen enige onregelmatigheden maar geven de indruk, dat de hoogte van de late stikstofgift en de zwaarte van het overbemeste gewas in een breed traject geen duidelijke invloed hebben op de verdeling van het verkregen surplus over korrel en stro. Overigens kan ook in deze tabel worden opgemerkt, dat de korrel-stroverhouding inhet surplus hoger ligtdan in detotale opbrengsten. Dit isplausibel, want deze totale opbrengsten omvatten ook de opbrengst vóór de bloei, dus van de periode waarin alleen stro wordt gevormd. BESPREKING DER RESULTATEN

Uit de proeven blijkt, dat een late overbemesting met stikstof de opbrengst meestal verhoogt zowel van bovengrondse delen als van de wortels, waarbij de spruit-wortelverhouding door dezemaatregel niet sterk verschuift. Verschillen in dit opzicht tussen de granen zijn door de grote spreiding der cijfers nietmet zekerheid vast testellen. Gemiddeld isbij roggeenhaver deverhogingvan het wortelgewicht na een late stikstofgift geringer dan bij tarwe en gerst. De opbrengstverhoging bovengronds wordt bij degranen gemiddeld ongeveer gelijk over korrel en stro verdeeld. Dit is ook inveldproeven eenbekende ervaring (4, 5,zie ook tabel 6).Het gevolgisdat indetotale opbrengst dekorrel-stroverhouding stijgt. Deze betrekkelijke pariteit tussen korrel en stro in de aanwas na een late bemesting is schijnbaar integenspraak met het feit, dat althans bij tarwe, gerst en haver de totale aanwas na bloei van de controles veelal vnl. aan de korrel ten goede komt. Men zou kunnen veronderstellen dat bij de verdeling van beschikbare stof in de postflorale periode inderdaad altijd eenzelfde pariteit tussen korrel en stro kan gelden, omdat de te verdelen stof niet beperkt is tot de aanwas na bloei, maar ook een deel omvat van de daarvóór gevormde stof, welke dan omstreeks de bloei als een reserve aan koolhydraten indeplant aanwezigmoet zijn. Dezereserveisinderdaad normaliter aanwezig, zij ishoger naarmate deplant een groter tekort aan stikstof heeft (1)en kan in dat gevaltot 20%vanhet totale drooggewicht belopen (10).Hogere cijfers, tot 40% (9)worden waarschijnlijk alleen gevonden bij planten diedoor één ofander tekort zeer sterk belemmerd worden in devorming van nieuw weefsel. De meeste aan praktijkgewassen verzamelde cijfers liggen omstreeks 6 à 10%van het drooggewicht. Zelfs de hoogste gevonden waarden zijn niet voldoende om bovenvermelde hypothese te steunen. In een geval waarin de aanwas na bloei geheel naar de korrel gaat moet opgrond van dehypothese, dat infeitetoch eenpariteit heerst tussen de aangroei van korrel en stro, bij bloei een koolhydraatreserve in deplant verondersteld worden, evengroot alsdeaanwasvanhetdrooggewicht nabloei.Dit kantot 50%vanhet totale drooggewicht bij bloei belopen, hetgeennietvoorkomt blijkens de omvangrijke literatuur over de chemische samenstelling van granen in allerlei groeistadia. Er zijn echter ook andere bezwaren tegen dehypothese, dat detijdens debloeiaanwezige reserve aan koolhydraten tijdens derijping tot weefsel wordt verwerkt, tezamen met dein de postflorale periode gevormde assimilaten. Uithetonderzoek van ARCHBOLD C.S.(1,2)aangerstisgebleken, datde omvangrijke hoeveelheid koolhydraten, die speciaal bij stikstoftekort ten tijde van de bloei in de stengelvan de graanplant aanwezigzijn in devorm van reducerende suikers, rietsuiker en fructosanen, vrijwel niet wordt verplaatst naar andere organen, terwijl de primaire assimilaten van aarsteel en bovenste bladen naar de aar kunnen gaan. Wanneer in de postflorale periode stikstoftekort heerst (wat doorgaans het geval is) moeten wij ons de gang van zaken blijkbaar als volgt voorstellen: 86

Zodra stikstofgebrek optreedt, onttrekt deaar stikstof aan deandere organen, zodat hij bij de rijping wel60à80%van detotaal in deplant aanwezige voorraad kan bevatten (12). Daardoor is de aar het enige orgaan dat nog nieuw weefsel kan vormen en hij trekt hiertoe alle na de bloei gevormde assimilaten tot zich. Zo is te verklaren, dat onder dergelijke omstandigheden de aanwas na bloei grotendeels aan de korrel ten goede komt. Het lot van de oude suikerreserves isniet geheel duidelijk. Een groot deel hiervan wordt volgens ARCHBOLD (2)verademd. Uiteraard draagt ditertoe bij, dat alle primaire assimilaten voor deaar beschikbaar zijn. Uit gegevens van MILLER (10) blijkt duidelijk, dat de suikerreserve in de halm omstreeks de bloei een hoogtepunt bereikt. In de postflorale periode vindt een daling plaats, terwijl de hoeveelheid hemicellulose toeneemt. Dit zou erop kunnen wijzen, dat toch gaandeweg een deel van deze suikerreserve insteunweefsel wordt omgezet. Wanneer de plant een overbemesting met stikstof ontvangt, verandert de situatie grondig. Nu herkrijgen alle organen het vermogen, om nieuw weefsel te vormen. In het stro zal dit steunweefsel kunnen zijn; de vorming van spruiten en wortels komt weer op gang. In dit verband zijn waarnemingen van belang, volgens welke na late overbemesting met stikstof niet alleen het gewicht maar ook de knikvastheid van de halm toenemen (5). Zo kan worden verklaard, dat detoeneming aan droge stof door eenlate stikstofgift niet alleen aan de korrel, maar aan alle organen ten goede komt. Bijdetarweplant met eencontinu optimale stikstofvoeding (tabel2,onderste object) wordt deaanwas na bloeiongeveer gelijk verdeeld over korrel enstro.Dit isvolkomen in overeenstemming met bovenvermelde gedachtengang. Rogge vormt bij de granen een uitzondering in zoverre, dat ook bij stikstofgebrek de aanwas na bloei evenzeer aan het stro ten goede komt als aan de korrel. Dit kan in verband worden gebracht met het feit, dat het in aar komen en de bloei bij rogge relatief vroeg plaatsvinden bij een lager droge-stofgehalte dan de andere granen. De stengelisop dit moment fysiologisch nogjong, devorming van steunweefsel is nog weinig voortgeschreden. Een generalisatie aan de hand van met gerst (12) verkregen gegevens is dan voor rogge niet mogelijk. Het is niet waarschijnlijk, dat bij dit laatste gewasdestengelten tijde van hetinaar komen reedszogemakkelijk stikstof aan de aar afstaat. Zo zou verklaard kunnen worden, dat de toeneming van het drooggewicht na de bloei niet alleen aan de korrel, maar ook aan het stro ten goede komt. VoorWesterwoldsraai(landras) kan dezelfde verklaring gelden. Kanariezaad en Westerwolds raai (selectie) komen zeer laat in aar. Hier kan het feit, dat het stro een groot aandeel heeft in de aanwas na bloei, in verband worden gebracht met de neiging tot doorwas die typerend isvoor deze vormen. De bij granen (12) geconstateerde neiging om bij stikstofgebrek het grootste deel van de in de plant aanwezige stikstof naar de aar te verplaatsen, geldt voor hen waarschijnlijk niet. CONCLUSIE

Bij de onderzochte zomergranen ligt de toeneming in gewicht, verkregen door een late overbemesting met stikstof ongeveer in dezelfde orde van grootte. De verdeling van deze toeneming over wortels en bovengrondse delen verschilde althans bij rogge en haver niet significant. Een invloed van temperatuur en potgrootte hierop was in het onderzochte traject (16-25°C, 6-9 1 grond) niet aantoonbaar. Hierbij moet worden opgemerkt dat de ontwikkeling van de onderzochte objecten door gelijktijdig zaaien en opkweken bij tamelijk hogetemperatuur sterk isgesynchroniseerd. 87

Er is reeds op gewezen, dat dit bij vergelijking van winterrogge en haver onder natuurlijke omstandigheden heelanders ligt. Winterrogge ontvangt de overbemesting bij het in aar komen in de praktijk relatief en absoluut veel vroeger dan haver en kan er wel een maand langer van profiteren. Een bepaalde procentuele verhoging van het assimilerend bladoppervlak vermeerdert daarom bijwinterrogge de opbrengst sterker. Dat bij winterrogge detotale korrelopbrengst niet (dank zij de lange postflorale periode) op een hoger niveau ligt dan bij andere granen is te verklaren uit het feit, dat bij dit gewas in de postflorale periode naast het korrelgewicht ook steeds het strogewicht toeneemt, hetgeen bij andere granen naarmate stikstoftekort heerst, minder of in het geheel niet het geval is. Thedistribution of dry matter incerealsandgrassesinrelation tonitrogen nutrition In field experiments winter rye gives far better returns for additional nitrogen applied at theheading stagethan oats (table 1).Thismay be explained bythe completely different development rhythm of these crops. Winter rye heads about a month earlier than oats and has averylong post-heading period. It therefore profits from the additional nitrogen a much longer time. To test other possible explanations a series of pot experiments was carried out with spring cereals and grassesinairconditioned glasshouses. Plants receiving an additional late nitrogen gift (26-35 mg pure N per plant) were compared with controls with regard to green leaf area and distribution of yield over kernel (without hulls), straw, stubble and roots. Shoot-rootratiodoesnot showgreatdifferences betweensmallcerealsinlater growth stages. The weight of roots always decreases from flowering to ripening (table 2, left sideand 3).In canary seed and Westerwolds ryegrass the shareof roots ismuch higher especially in a selection of the ryegrass with a perennial habit. Kernel-straw ratio shows clear differences between the species (table 5). Within the range of about 15-25°Ctemperature had no significant influence on distribution ofmaterial. Thesameapplies topot content (range: 6-91ofsandysoil). Increase in yield caused by late additional nitrogen and its distribution over several parts of the plants is recorded in table 3(right side). In canary seed and Westerwolds ryegrass (selection) the roots receive a larger part of this increment than in cereals,where the figures show wide deviations. The share of roots was lower when secondary growth was suppressed by shading the lower parts of the plants after the top dressing (1960, 1961) especially in oats. The kernel generally receives a relatively large part of the increment so that kernelstraw ratio rises by late nitrogen. From results of a field experiment with winter rye (table 6)it can be concluded that thedistribution of theincrement isover a broad range independent of the amount of nitrogen applied either early or late. In some of the experiments a part of the pots was harvested duringheadingorflowering. The distribution of dry matter formed before and after this stage is given in table2. The results suggest that for wheat, barley and oats under conditions of nitrogen deficiency most and sometimes all of the matter produced after flowering is deposited into the grain. Under conditions of optimal supply, however, (table 2,at the bottom), or after an additional application (table 3, right side) the straw shows an equivalent increment in the post flowering stage. This may be explained as follows: Under conditions of nitrogen deficiency most of the nitrogen available in the plant is transported to the ear (12) so that new tissue (kernels) can be formed only here for which all newly formed assimilates are attracted. When new nitrogen is available all

organs of the plant regain the possibility to grow. Consequently it is clear how much late nitrogen contributes to the weight and the breaking strength of cereal stems(5). Rye, Westerwoldsryegrass(landvariety and selection)andcanaryseed added weight to the straw after flowering notwithstanding nitrogen deficiency. In the first two cases the stems shoot very early at a low dry matter content so that the physiological stage of thestemisquitedifferent andnitrogen nutrition at least inthe beginning of the post heading period relatively better than in the other cereals. Canary seed and Westerwolds ryegrass (selection) ear very late. In these cases the weight of straw increases even under conditions of nitrogen deficiency probably in connection with a slightly perennial habit which demonstrates itself in second-growth. With regard to the original problem it can be concluded that rye and oats grown as springcropsunder controlled conditions do not show significant differences in their reaction to a late nitrogen application. The differences observed infieldexperiments with winter rye and spring oats therefore can exclusively beascribed to thelargedeviation ingrowth rhythm between these crops. LITERATUUR 1. ARCHBOLD, H. K. and B. N. MUKERJEE: Physiological studies in plant nutrition XII. Ann. Bo .

NS6(1942) 1-41. 2. ARCHBOLD, H. K.: Physiol, studies in plant nutrition XIII. Ann. Bot. NS 6 (1942) 487-531. 3. ASANA, R. D . and V. S. MANI: Studies in physiological analysis of yield I. Varietal differences in photosynthesis in the leaf, stem and ear of wheat.Phys. Plant. 3 f1950) 22-39. 4. DOBBEN, W. H. VAN: D e resultaten van de interprovinciale veldproeven met gedeelde en zeer late stikstofgiften op wintergranen in 1956. Landbouwvoorl. 14 (1957) 224-232. 5. DOBBEN, W. H. VAN: Resultaten van proefnemingen met late stikstofoverbemesting in 1958. Stikstof 2 (1959) 327-337. 6. FERRARI, T H . : Gedeelde stikstofbemesting by haver? Landbouwvoorl. 16(1959) 237-242 7 GARDNER, H. W.: Nitrogen top dressing of spring oats; Agric. 60 (1953) 328-334. 8. LACROIX, L., L. RIXHON, A. CROHAIN: Fractionnement de la fumure azotée du froment d'hivers sur limon. Rev. de iAgric. 13 (1961) 721-764. 9. MALHOTRA, R. C.: The distribution of some reserve substances in hard winter wheat plants. J. Agric. Sei. 22 (1932) 485-496. 10. MILLER, E. C.: A physiological study of the winter wheat plant at different stages of its development. Techn. Bull. Kansas Agr. Exp. Sta. 47 (1939). 11. THORNE, G. N. and D. J. WATSON:The effect on yield and leaf area of wheat of applying nitrogen as a top dressing in April or in sprays at ear emergence. J. Agric. Sei. 46 (1955) 449-456. 12. WATSON, D . J. and A. G. NORMAN: Photosynthesis in the ear of barley and the movement of N into the ear / . Agric. Sei. 29 (1939) 322-346. Ontvangen: 19 april 1962.

Mededeling 184 vanhet J.B.S.

BLADOPPERVLAK EN DROGE-STOFPRODUKTIE VAN ZOMERTARWE EN HAVER with summary H. D. GMELIG MEYLING

INLEIDING

Algemeen wordt aangenomen dat van vele West-Europese cultuurplanten voor zover het zonplanten zijn, de assimilatie nagenoeg gelijk is (HEATH en GREGORY (5), BÖHNING en BURNSIDE (2), DE WIT (12) en GAASTRA (4)).

In 1960 en 1961 werden zomertarwe en haver in potten opgekweekt om onder gevarieerde omstandigheden de efficiëntie van het groen assimilatorisch oppervlak te onderzoeken. OPZET VAN DE PROEVEN EN METHODE VAN ONDERZOEK

Opzet vandeproeven Beide gewassen werden gekweekt in Mitcherlichpotten met 5kg grond onder verschillende groeiomstandigheden wat betreft stikstofgift, lichtintensiteit, vochtvoorziening en temperatuur. De proef in 1960 bestond uit 2 series nl. één met een hoog N-niveau (1) en één met een laag N-niveau (2) resp. 700 en 175mg N per pot. In alle proeven werden steeds dezelfde rassen gebruikt, voor zomertarwe was dit „Peko" en voor haver „Marne", terwijl het aantal planten per pot steeds op 10 werd gehouden. De potten werden buiten geplaatst en dagelijks bevochtigd. Dit geschiedde door tijdelijk water via een opening onder in de pot tot de grond toete laten. In 1961 kon het onderzoek worden uitgebreid met een temperatuurproef in kassen van 10°, 16° en 25°C. Tevens werden wederom potten buiten opgesteld, welke tot omstreeks het te voorschijn komen van het 6e blad onder gelijke omstandigheden werden gehouden. Vanaf dit tijdstip (47edag na opkomst) werd een splitsing gemaakt in de verdere groeicondities te weten: a. vol daglicht en optimale vochtvoorziening. (controle, object zv) full daylight andoptimal moisture supply of thesoil. b. zijdelings beschaduwd enoptimale vochtvoorziening. (object zsv) partly shaded and optimal moisture supply of the soil. c. zijdelings beschaduwd en sub-optimale vochtvoorziening (object zsd) partly shaded andsub-optimal moisture supply of the soil. d. diffuus daglicht, zijdelings beschaduwd en optimale vochtvoorziening. (object ssv) diffuse daylight, partly shaded and optimal moisture supply of the soil. 91

Bij de optimale vochtvoorziening werd het vochtgehalte van de grond op i 36% (v.d. droge grond) gehouden, terwijl de droge serie de helft minder vocht in de grond bevatte. Het object (zv) was gelijk aan dat met de hoogste N-gift in 1960, alleen is de vochtvoorziening in 1961waarschijnlijk iets beter geweest dan in het voorgaande jaar. Het zijdelings beschaduwen van de objecten, (zsv, zsd en ssv) geschiedde door de potten tussen staande kistjes te plaatsen, waarbij de planthoogte nog beneden de hoogte van de kistjes bleef. Met het groeien van het gewas kwamen de planten dus, geleidelijk aan boven de kistjes uit, zodat na het in aar/pluim komen van het gewas, alleen de laatste 3bladeren met het bovenste stengeldeel boven de kistjes uitstaken. Uit lichtmetingen bleek dat tussen de planten binnen de kistjes het licht circa 30% minder was dan zonder kistjes. Bij het object (ssv)werden depotten aan de noordzijde van een gebouw opgesteld, zodat deze geen directe zonbestraling konden ontvangen, behoudens enkele dagen tot omstreeks 9uur in de ochtend. Bovendien werden zij tussen staande kistjes geplaatst zoals bij het object (zsv). De lichtintensiteit bedroeg hier (object ssv) ± 3 7 % van het volle daglicht, terwijl deze beneden tussen de planten binnen de kistjes nog geen 5%bedroeg. Deze vergelijkende lichtmetingen werden verricht op een heldere zonnige zomerdag. Zowel voor de temperatuurproef alsvoor buitenproefvoor 1961bedroeg de N-gift 700mg p. pot. Methode vanonderzoek Het totale assimilatorisch oppervlak werd bepaald door om de 3à 4dagen van enkele planten het oppervlak van alle op dat tijdstip aanwezige groene delen te bepalen. Hiermee werd begonnen op de 14e dag na opkomst en het werd voortgezet tot aan het in aar/pluim komen van het gewas (stadium 10.1 vlgs. FEEKES) of tot aan latere tijdstippen na dit stadium (25dagen na stadium 10.1). Aan de hand van vroegere verkregen correlaties tussen de bladwaarde (bladlengte x breedte op het midden v.h. blad) en het werkelijke bladoppervlak, werden de gemeten bladwaarden omgerekend tot waarden die het bladoppervlak benaderen. Het oppervlak van debladscheden werd berekend uitlengte X omtrek. Door onderzoek van o.a. BOONSTRA (1)en THORNE (8), kwam reeds vast te staan, dat ook bij de granen niet alleen debladschijf assimileert doch eveneens de bladschede en de kelkkafjes ;tegen het einde van de groeiperiode komt de fotosynthese voor een groot gedeelte op rekening van debladscheden en -schijven van debovenste bladeren, deaarsteel en de kelkkafjes. De droge-stofopbrengsten werden verkregen door periodiek planten te oogsten (bovengronds + wortels). Aan de hand van deze gegevens werd door vereffening van een groot aantal (40-50) waarnemingen verkregen: a. Het totaal groen assimilatorisch oppervlak (O)in het verloop van de tijd (T) en b. de droge-stofproduktie (P) in het verloop van de tijd (T). TABEL 1. Voorbeeld van de berekening van de TO-waarde. Example of calculating the TO-value as a cumulative one. Leeftijd in dgn na opkomst Age in days after emergence 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50

92

Gem. groen opp. in cm 2 Average green area 5 25 120 280 480

TÖ cm 2 Time x aver. green area

S (TO) cm 2 S (time X aver. green area)

50 250 1200 2800 4800

50 300 1500 4300 9100

Uit deze beide curven konden op elk tijdstip het groen oppervlak en het totale drooggewicht worden afgeleid, zodat voor elke kort durende periode de gewichtstoename op het gemiddeld bladoppervlak kon worden berekend. Aangezien de droge-stofproduktie bepaald wordt door de hoeveelheid opgenomen C 0 2 in een bepaalde tijdsduur, is het logisch te veronderstellen dat een duidelijk verband aanwezig moet zijn tussen de droge-stofproduktie (P) en een zeker aanwezig groen oppervlak over een bepaalde groeiperiode (T), zodat TÖ als een functie kan worden beschouwd van P, of P = f.TO, waarin feen vermenigvuldigingsfactor voorstelt of wel de waarde aangeeft van de netto droge-stofproduktie per eenheid van oppervlak en tijd. Daar dezelaatste afhankelijk isvan tal van factoren zoals de lichtsterkte, de positie van de bladeren, t.o.v. elkaar, het invallend licht, de waterbalans van de plant, de absorptiecapaciteit van het blad, bladen plantleeftijd, plantstadium, temperatuur, deverhouding dissimilerend/assimilerend weefsel, enz.is het duidelijk dat een verschil in f kan berusten op verschillen in één of meer der bovengenoemde factoren en niet direct op een verschil behoeft te wijzen in efficiëntie van het groen oppervlak. Alleen P g p.pl.

T.O.x 10 3 cm 2 20

10 -

18 z.tarwe spring wheat buiten 1960 outside

16 U 12

FIG. 1. De droge-stofproduktie (P) van zomertarwe en de gesommeerde TOcurve in het verloop van de tijd, bij laag - (2) en hoog (1) N-niveau. Buitenproef 1960. Dry weight production (P) of spring wheat and the TO-value asa cumulative one in the course of time at low- (2) and high (1) nitrogen level. Outside experiment 1960.

FIG. 2. Idem van haver (zie fig. 1). The same for oats (see fig 1).

10 8 6 U

80 100 dgn na opk. (T) days after emergence

93

in gevallen waar de omstandigheden voor beide gewassen gelijk zijn kan een vergelijking van efficiëntie worden gemaakt. De TÖ-waarde is dus verkregen door voor elke 10-daagse groeiperiode, het gemiddeld groen oppervlak over diezelfde periode te vermenigvuldigen met 10 en deze te sommeren tot 2(TÖ). zoals in tabel 1 is weergegeven. Om een indruk te geven omtrent het samengaan van de totale droge-stofopbrengsten en de TO-waarden, is in fig. 1 en 2het drooggewicht per plant (linker coördinaat) en het verloop van de TO-waarden (rechter coördinaat) uitgezet tegen de tijd. Het betreft zomertarwe en haver uit de buitenproef van 1960.Beidewaarden (P en TO) blijken hier reeds sterk gekoppeld.

cm2(0) 600

z.tarwe spring wheat buiten 1960 outside i960

200

0

60

cm 2 (0)

da/s after

600

/T\

80 100 dgn na opk. (T) emergence

FIG. 3. Het groen assimilatorisch oppervlak van zomertarwe in het verloop van de tijd, bij laag - ( 2 ) en hoog (1) N-niveau. bladschijf totale plant. Buitenproef 1960. The green area of spring wheat in the course of time at low - (2) and high (1) nitrogen level. leaf lamina total plant. Outside experiment I960.

500

/ /~^ \ / / »x \ / ' \\ // \

haver oafs buiten 1960 outside I960

400

1

\

// /'

\

* \ » \

300

"

/'// ^ \ \\ \^ \\

200

x

K' 100

\

/A

\v

> '

.—-H

\

st.10.1

1

t 60

\

N

s

^ X

|

,

80 100 dgn. na opk. ( T) days after emergence

94

FIG. 4. Idem van haver (zie fig. 3). The samefor oats (see fig. 3).

HET VERLOOP VAN HET GROEN OPPERVLAK

De invloed welke de stikstofhoeveelheid, temperatuur, belichting en vochtvoorziening hebben gehad op de grootte en delevensduur van het groen oppervlak wordt duidelijk gedemonstreerd in de fig. 3t/m 8. Zowel stikstof als zijdelingse beschaduwing hebben het groen oppervlak (O) en de hoogte van de plant aanmerkelijk vergroot, terwijl bij vochtgebrek het groen oppervlak kleiner was dan bij de controleplanten. Naast een invloed op het spruitgetal, had de temperatuur grote invloed op het ontwikkelingstempo van het gewas. Dit had tot gevolg dat het stadium van het in aar/ pluim komen van het gewas bij hogere temperatuur eerder werd bereikt dan bij lagere temperatuur, waarbij het opvalt, dat het verschiltussen 10°en 16°groter isdan tussen

FIG. 5. Het groen assimilatorisch oppervlak van zomertarwe bij 3 verschillende temperaturen in het verloop van de tijd. bladschijf totale plant. Kassen 1961. Thegreen area of spring wheat in the course of time at 3different temperatures. leaf lamina total plant. Glasshouses 1961.

kassen 1961 glasshouse 1961 z. tarwe spring wheat

100 st.10.1 st.10.1

_J

1*1* ' 1 1' 1

//>' /'//

/6" ^> ^-^^^ FIG. 6. Idem van haver (zie fig. 5). The same for oats (see fig. 5).

20

t_

st.10.1

tI 80

100 120 dgn na opk. (T ) days after emergence

kassen 1961 glasshouse1961 haver oats

II

II II

// //

Ss * st.10.1 st.10.1

it 40

t 60

st.10.1 1 80

,

t

1

100 120 dg n. na opk.(T) days after emergence

95

w-)

m

c^

H S

(N on

1—1

tl

'Ù "B

Tfr

ï°

4) •*,

Ai

« <5

3 2 •«
5 o H S

1*

^

O Ô

m

^

ô

CM

~

r^

(N

o

m

1—!

" ~

^

§• ^ . £ s«

4)

^

•5Ü - J « b 2 5-ÏÊE

°° ^

o

-H

T-H

H

o

VO

s

u a o

.S ^ -S A; ' M -S « • g O« O

60 „

•S g-S O' CD

13

8-s y u *s: u **

5-1 > S > O <*^ fi Q £

1 o O

-111 60

'S m

60 £ X >

s o o •Si:? o
U *-* + J

•o tS "S

*'E| ja ^s «a £a

ö

3 *B s«§-s « a r t a— ° u

$ 96

eu „<5 CD

S5 -

Iß.2

M

U

««S O

s«Oro

'4! ^ .-sä s^»t^s V H 5) à.

o o HS

cm 2 (O)

cm 2 (0)

500 -

500 -

100

z.tarwe spring wheat buiten 1961 outside 1961

haver oafs buiten 1961 outside 1961

400

300

''SSV*

300

\\

Szst* //SSV \

200

Visa

200 -

N

.\

" -z's?'

/

\ \ \ S

\ \\ \

100

20

60

80


80

100 120 dgn na opk.(T) days after emergence

•r - r ' 20

60

80


80

100 120 dgn na opk.(T) days after emergence

FIG. 7a. Het groen bladoppervlak van zomertarwe in het verloop van de tijd bij de objecten zv, zsv, zsd en ssv. Buitenproef1961. The green leaf area of spring wheat in the course of time under different conditions of light- and moisture supply of the soil. Outside experiment 1961.

FIG. 8a. Idem van haver (zie fig. 7a). The samefor oats (see fig. 7a).

FIG. 7b. Het totaal groen oppervlak van zomertarwe in het verloop van de tijd bij de objecten zv, zsv, zsd en ssv. The total green area of spring wheat in the course of time under different conditions of light- and moisture supply of the soil.

FIG. 8b. Idem van haver (zie fig. 7b.). The same for oats (see fig. 7b).

97

16°en 25°,mede hierdoor werd ook de levendsuur E(T) aanmerkelijk verkort, vooral bij de haver. Dit is reeds eerder door BROUWER (3), o.a. ook bij erwten vastgesteld. In tabel 2 zijn enkele gegevens opgenomen, waaruit duidelijk de verschillen blijken tussen de planten der diverse proefseries. D E DROGE-STOFPRODUKTIE ALS FUNCTIE VAN DE TO-WAARDE

Wanneer men onder zo goed mogelijk gelijke omstandigheden het assimilerend oppervlak in de tijd (TO) uitzet tegen de produktie (P) is het mogelijk om uit de verhouding P/TO de factor fte berekenen en inlichtingen te krijgen over de mate waarin de lichtenergie door verschillende planten wordt gebruikt, dus over de efficiëntie van het groen oppervlak. De invloed vande stikstofhoeveelheid In fig. 9 zijn voor de vrijstaande potten in de buitenproef van 1960, de TO- en Pwaarden tegen elkaar uitgezet. Het blijkt dat op dezewijze rechte lijnstukken worden verkregen hetgeen er opwijst dat def-waarden langetijd constant kunnen blijven. Inhetjeugdstadium wordt eenrechtelijn verkregen diehet assenkruis snijdt. Dit betekent dat f constant is tot aan het schieten en bovendien blijkt deze voor beide gewassen niet significant verschillend te zijn. Na het schieten wordt een nieuwe verhouding ingesteld, de efficiëntie daalt en verschilt voor beide gewassen, respectievelijk worden waarden gevonden van 0,54 en 0,46 mg ds. cm~2.dag_1. De resultaten van dezeproef wijken enigszins af van die in de overige proeven. Niet alleen werd naderhand nimmer een plotselinge verandering van de efficiëntie na het schieten aangetoond, ook verschillen in efficiëntie tussen haver en tarwe bleven bij verdere proeven nagenoeg achterwege. Men kan echter de verandering in efficiëntie na het schieten en de verschillen tussen haver en tarwe moeilijk als proeffouten aanmerken,juist omdat er geen invloed van de stikstofvoorziening op de bladefficiëntie valt waar te nemen. Hoewel bij een hoog N-niveau zowel het groen oppervlak als de droge-stofproduktie aanmerkelijk groter is dan bij een laag N-niveau blijken de lijnen die voor elk gewas het verband tussen P-en TO-waarden aangeven praktisch samen te vallen.

__x>

FIG. 9. Het verband tussen droge-stofproduktie (P) in g p. plant en de TO-waarde van zomertarween haver bij laag - (2)enhoog (1) N-niveau. The relation between dry matter production (P) in g p. plant and the TO-value of spring wheat and oats at low- (2) and high (1) nitrogen level. Cijfers tussen haakjes = gem. efficiëntie in mg tot. dr. stof cm - 2 , dag - 1 . Figures in brackets = aver, efficiency in mg tot. dry matter cm~2. day'1. Cijfers = leeftijd in dagen. Figures — age in days. • N-laag z.tarwe • N-hoog z.tarwe ° N-laag haver

16

98

18

• N-low spring wheat. • N-high spring wheat. ° N-low oats.

20 22

to. xio 3 cm 2

° N-hoog haver

o N-high oats.

Dat deefficiëntie vanhetblad nietdoor stikstof wordt beïnvloed isin overeenstemming met literatuurgegevens. (HEATH en GREGORY (5) WATSON(11)en VANDER PAAUW (7)). Mogelijk kan de verandering in bladefficiëntie in een toenemende onderlinge beschaduwing en een ongunstige verhouding dissimilerend/assimilerend weefsel gezocht worden. Deze beschaduwing zou dan ook voor tarwe en haver iets verschillend geweest kunnen zijn. Bij haver zijn deeind TO-waarden hoger dan dievan tarwe,mede hierdoor zijn dan ook, ondanks de lagere f-waarden, de eindopbrengsten van dit gewas op het tijdstip van hetin aar/pluim komen (60edag)hoger dan dievan detarwe in hetzelfde stadium. De invloed vande temperatuur Bij bestudering van beide gewassen uit de 3verschillende temperaturen, blijkt het verband tussen deproduktie en TO-waarden, gedurende degehelegroeiperiode vrijwel rechtlijnig te zijn (fig. 10a bc). Bij alle temperaturen is de proef beëindigd op het tijdstip van het in aar/pluim komen van het gewas. Uit de figuren is af te lezen wanneer dit voor elke temperatuur is gebeurd en welke TO-waarde zij op dit moment hebben kunnen bereiken. Hierbij valt het op, dat naar gelang de temperatuur toeneemt, het verschil van deze eind TO- en P-waarden tussen tarwe en haver groter wordt. De verschillen in de TOwaarde zijn hier nl. door het ontwikkelingstempo bepaald, zodat de assimilatieperiode S(T) voortarwebij 16°en25°groter isgeweest dan voor dehaver bij die temperaturen en daarmee dus ook de produktie (P). Aangezien voor iedere temperatuur, de zaaidatum verschillend was en bovendien de temperatuur invloed heeft gehad op de spruitdichtheid van de planten, mogen de waarden van de f-factor, niet als werkelijke efficiëntiewaarden worden opgevat wanneer men een onderlinge vergelijking wil maken tussen de drie temperaturen. Een vergelijking tussen de f-waarden van tarwe en haver bij éénzelfde temperatuur is wel geoorloofd, omdat zij onder nagenoeg gelijke omstandigheden zijn gegroeid. Onder gelijke condities, zou de zuivere temperatuursinvloed volgens verwachting moeten resulteren in lagere f-waarden naar gelang de temperatuur stijgt, omdat de ademhaling welzouworden beinvloed door detemperatuur en defotosynthese slechts een geringe temperatuurscoëfficiënt heeft, zoals door GAASTRA (4) is geconstateerd. Omdat zowel de totale lichtenergie als die voor gelijke ontwikkelingsfasen en het neveneffect van detemperatuur opdehabitus van de planten voor iedere temperatuur mogelijk verschillend isgeweest,kan in onze temperatuurproeven minder sprake zijn van een werkelijke temperatuursinvloed op de bladefficiëntie. Wij krijgen dan voor de f-factor bij 10°, 16° en 25° respectievelijk gem. waarden voor tarwe en haver van 0,46, 0,53 en 0,50 mg ds.cm~2.dag_1. Binnen éénzelfde temperatuur blijkt dat er weinig verschil in f-waarde is tussen tarwe en haver, hetgeen er op wijst dat de bladefficiëntie van beide gewassen binnen dezelfde temperatuur nagenoeg gelijk is, waarbij mogelijke afwijkingen een gevolg kunnen zijn geweest van onderlinge beschaduwing. Volgens verwachting liggen de f-waarden uit de kasproeven lager dan die van de buitenproef van 1961met respectievelijk gemiddelde waarden van 0,50 en 0,64, omdat inde kassenminder licht kan toetreden ( ± 78%v.h. volle daglicht). De invloedvanbeschaduwingenvochtvoorziening In tegenstelling tot de buitenproef van 1960, blijken beide gewassen in de controleserie (object zv) van 1961niet te verschillen in hun f-waarde (fig. 1la). Voor beide gewassen bedroeg dezenamelijk 0.64 mg. ds.cm"2 dag"1. 99

FIG. 10a. Het verband tussen de droge-stofproduktie (P)in g p. plant en deTOwaarde bij 10°C van zomertarwe • en haver o. The relation between dry matter production (P) ing p.plant and the TOvalue at 10°C of spring wheat • and oats o. Cijfers tussen haakjes = gem. fwaarde in mg dr. st. cirr 2 . dag - 1 . Figures in brackets = aver, value of f in mg dr. matter cm~2. day-1. Cijfers = groeiduur in dagen tot stad. 10.1. Figures = age in days to heading.

-

/ • 7 0

60

-

~

o / •/

MO.53)

/•

-

± 16° C

FIG. 10b. Idem bij 16°C. The same for 16°C.

b

/ /*

S:

i

'

i

'

8

10

i

12

H

16

i

i

18 20

± 25° C • 2. tarwe spring wheat O haver oats kassen 1961 glasshouse 1961 10

100

12

U

16 18 20 T.O.x 10 3 cm 2

FIG. 10c. Idem bij 25C C. The samefor 25°C.

'À 0 -- 0

10

12 H

16 18 20 T.Ox10 3 cm 2

10

12

H

16

18

20 22 7U T.O.x10 3 cm 2

Pg 10

buiten 1961 outside IS6I e z.tarwe spring wheat O haver

10

12

H

16 18 20 TO.xl0 3 cm 2

16

18 20 22 24 TO. x 1 0 3 c m 2

FIG. 11a. Het verband tussen de droge-stofproduktie (P) in g p.plant en de TO-waarde van zomertarwe • en haver o object zv (controle). Tthe relation between dry matter production (P) in g p.plant and the TO-value of spring wheat • and oats o object zv (control). Cijfers = groeiduur in dagen. Figures = age in days. Cijfers tussen haakjes = gem. f-waarde in mg tot. dr. st. cm~2. dag"l. Figures inbrackets = aver, value off in mg tot. dry matter cmr2. day-1. FIG. I I b . Idem bij het object zsv in vergelijking met de controle. The samefor the object zsv compared to the control. FIG. 11C. Idem bij het object zsd in vergelijking met de controle. The same for the object zsd compared to the control. FIG. 1Id. Idem bij het object ssv in vergelijking met de controle. The same for the object ssv compared to the control.

101

Bij beschouwing van de schaduw-objecten (zsv, zds, en ssv) uit de buitenproef van 1961 (fig. lib, c, d), moet men bij ieder object 2 lichtklimaten onderscheiden, ni. de lichtintensiteit tijdens de volledige beschaduwing (de periode dat de planten nog beneden dekistjeshoogte bleven)en detijd dat zij steedsverder boven de kistjes uitgroeiden,zodat het schaduweffect althansbijdeobjecten (zsv)en(zsd)gedeeltelijk verdween. Anders is dit bij het object (ssv), ook hier kwamen de planten boven de kistjes uit, maar bleven in minder licht staan dan de controle (zv). De schaduwobjecten vertonen dan ook twee TO-trajecten waarbij P in elk traject bepaald isdoor dedaar heersende gemiddelde lichtintensiteit, welke tot uiting komt in deverandering van de f-waarden. De pijltjes in de figuren geven het tijdstip aan waarop de schaduw is aangebracht. Vergelijken wijbeide gewassenvan het object (zsv)uit fig. l i b metelkaar dan isduidelijk hetverloop tezien dat de beschaduwde planten gevolgd hebben t.o.v. de controle. Nabeschaduwingtreedtogenblikkelijkeenverlaagdef-waardeop,welkezich handhaaft tot het moment dat de planten meer licht tot hun beschikking krijgen, hierna zien wij dat het f-verloop de controleplanten weer ongeveer volgt. Duidelijk is de formatieve invloed van het licht op de TO-waarde te zien. Deze bereikt bij de schaduwobjecten metoptimale vochtvoorziening (zsven ssv)eenveelhogerewaarde dan bij decontrole. Bij zomertarwe isde eindopbrengst van het object (zsv) gelijk aan dievan de controle. Doordeaanvankelijke beschaduwingisweliswaar de f-waarde verlaagd, doch het assimilatorisch oppervlak (O) is vergroot. Hierdoor is het mogelijk dat na het uitgroeien boven de kistjes de achterstand als gevolg van een lagere f-waarde door een groter bladoppervlak wordt gecompenseerd. Bij haver blijkt de eindopbrengst van het object (zsv) zelfs beduidend hoger dan die van de controle te liggen, door een groter assimilatorisch oppervlak en een hogere f-waarde, nadat de planten boven de kistjes uit kwamen. De bladeren van dit object stierven ook minder snel af dan dievan de controleplanten en waren duidelijk groener van kleur. Gaat men het licht in nog sterkere matebeperken (object ssv),dan blijkt dat evenals bij het object zsv, O sterk is toegenomen t.o.v. de controle. Integenstelling met object (zsv)echter iser nu een duidelijk verschil tussen tarwe en haver in de mate waarop beide gewassen op een sterke beschaduwing reageren. Bij haver ishet oppervlak aan het eind van deproef beduidend hoger dan bij zomertarwe. Het gevolg is dat de eindopbrengst van haver bijna gelijk is aan die van de controle, terwijl die van zomertarwe aanmerkelijk achterblijft. Het moment waarop beide gewassen boven de kistjes uitgroeien is hier ook weer duidelijk gemarkeerd door een aanmerkelijke verhoging van de f-waarde. Bij meerdere lichtbeperking is zomertarwe dus kennelijk niet meer in staat zijn O te vergroten, haver daarentegen wel; dit kan mogelijk een specifiek verschil zijn. Ondanks het diffuse licht kunnen beide gewassen toch nog een behoorlijke f-waarde opbrengen, t.o.v. hun controle. Dit vond KAMEL (6) ook in zijn schaduwproeven met gerst, vooral tegen het eind van de groeiperiode bij de objecten met 50%en 25%daglicht en schrijft dit toe aan een minder snelle veroudering t.o.v. de planten uit 100% daglicht. De invloed van een onvoldoende vochtvoorziening isafteleiden uit een vergelijking van de figuren 1lb en lic. Van beide gewassen blijft het groen oppervlak bij het object zsd aanmerkelijk beneden dat van de controle-planten en wordt slechts weinig meer dan de helft van dat van de zsv-planten. De f-waarde wordt bij zomertarwe door een onvoldoende vochtvoorziening weinig beinvloed, zowel vóór als nà het boven de kistjes uitgroeien; bij haver daarentegen wordt de f-waarde onder beide omstandigheden door droogte duidelijk lager; vóór het uitgroeien boven de kistjes trad een reductie op van 0,42 tot 0,27 mg.ds.cm~2.dag_1; na het uitgroeien van 0,78 tot 0,45 102

FIG. 12. Het verband tussen de gem. f-waarde in mg ds. cm~2. dag - 1 en de TO-waarde bij zomert a r w e » e n haver o. Buitenproeven 1960 en 1961. The relation between the average value off in mg dry matter cm~2. day'1 and the TO-value in spring wheat • andoats o. Outside experiments 1960en 1961. • z.tarwe spring wheat O haver oafs

0

i

2

0.7 0,6

4

6

8

10

-

H 16 18 TO. x l 0 3 c m 2

12

016° 025°

0.5

16° O lno U

'

•25°

a.i,

FIG. 13. Het verband tussen de gem. f-waarde in mg ds. cm - 2 , dag" 1 en de spruitdichtheid per pot bij 3 verschillende temperaturen bij zomertarwe • en haver o. Kassen 1961. The relation between the average value off in mg dry matter cm'2. day1 and the density of sprouts in spring wheat • and oats o at 3different temperatures. Glasshouses 1961.

• 10°

0.3

•

0.2 0,1

.

z. t a r w e spring wh eat O haver oafs i

i

l

20

30 40 50 gem. tot. s p r u i t g e t a l p.pot aver tot. number of sprouts p. pot

mg. ds. cm"2.dag~1. Als gevolg van een iets groter bladoppervlak van haver bij het object (szd) is de eindopbrengst van beide gewassen nagenoeg dezelfde, maar is voor de haver tot 54% en voor tarwe tot 46% gereduceerd t.o.v. het object (zsv). Dat deonderlingebeschaduwing een duidelijke invloedheeft gehad op de f-waarden, blijkt nog eens uit de figuren 12 en 13,waarin het verband is aangegeven tussen de gein. f-waarde en de grootte van de TO-waarde (fig. 12) en het totaal spruitgetal per pot (fig. 13). Ook WATSON (10) vond dit bij een onderzoek van vijf aardappelrassen, waarbij de efficiëntie daalde met toenemende LAI (Leaf Area Index) door grotere bladeren. SLOTBESCHOUWING

Bij vergelijking van zomertarwe en haver onder verschillende groeiomstandigheden in potten opgekweekt blijkt dat er tijdens de vegetatieve periode van beide gewassen praktisch geenverschil in de efficiëntie gevonden kan worden, wat betreft de benutting van het licht door het groen oppervlak, hetgeen overeenstemt met het onderzoek van de in de inleiding vermelde auteurs. (5,2, 12,en4). De verschillen in droge-stofproduktie die men in de loop van de groeiperiode kan vaststellen,moeten grotendeels gezochtworden in de verandering van O, zowelkwantitatief als kwalitatief (onderlinge beschaduwing, habitus-verschillen, wijziging in de verhouding, dissimilerend/assimilerend weefsel, leeftijd- en stadiaverschillen). 103

Mededeling 185 vanhet I.B,S.

DECARBOXYLATION OF GLUTAMIC ACID DURING THE PREPARATION OF SAMPLES FOR AMINO ACID ANALYSIS W. LOUWERSE

During an investigation into the amino acid composition of perennial ryegrass the plant extract for analysis by paper chromatography was prepared in two different ways. Initially the method (A) given by AWAPARA (1) was followed. The fresh material washomogenized ina blender with 80%ethanol, after which the insoluble substances were centrifuged off and three parts of chloroform were added to the supernatant liquid. After thismixture had been shaken, thewater layer containing the amino acids was separated from the alcohol-chloroform mixture and evaporated to the volume required for the chromatographic determination. Sincethis method proved to berather laborious themethod of VAN DIE (3)was later adopted. In this method (B) the fresh material was frozen at -20°C and after subsequent thawingthe sapwas expressed by means of centrifuging. 96%ethanol was then added to the sap until the final ethanol concentration was 80% and the precipitate formed was centrifuged off, the supernatant liquid being evaporated at room temperature to the volume required. Comparison of methods A and B revealed some interesting discrepancies, method B invariably giving lower values for glumatic acid, and higher values for y-amino butyric acid than method A. Table 1shows a comparison of two such sets of results, those on the left-hand side being the concentrations of the two amino acids as determined bymethod Aexpressed asmolar percentages ofthe total amino acids and those on theright hand sidereferringtovalues obtained bymethod B.It should, however, be pointedout that thevalues givendo not relateto the samebatch of plant material, and that the table only shows that with method A y-amino butyric acid was always very TABLE 1. Concentration of glutamic acid and y-amino butyric acid in different grass samples analysed bymethods Aand B(seetext).Thevalues aregivenasmolar percentages ofthe sum of the amino acids analysed. Method B

Method A

Sample

Glutamic acid mol. %

y-amino butyric acid mol. %

Sample

Glutamic acid mol. %

y-amino butyricacid mol. %

a b c d e f g h i

26.2 26.3 27.8 28.7 31.7 32.5 32.7 32.9 34.0

10.6 9.4 4.6 14.0 12.1 13.3 14.4 13.4 13.1

k 1 m n o P r s t

0.7 1.2 1.7 1.8 2.0 2.1 3.3 3.8 10.0

48.9 45.7 46.9 41.0 42.1 36.8 31.1 27.9 22.7

107

low in comparison with glutamic acid, whereas with method B the percentage of yamino butyric acid was invariably much higher than that of glutamic acid. It seems reasonable to suppose that in the course of the carrying-out of method B a part of the glutamic acid is transformed into y-amino butyric acid by decarboxylation this view being supported bythe fact that a glutamic acid decarboxylase has been found in several different plant tissues (2,6,7). In method A enzymatic activity is, of course, checked by the addition of ethanol. On the other hand during the thawing and centrifuging to express the sap in method B decarboxylation could easily take place before enzymatic action is stopped by adding ethanol. It is also possible that decarboxylation of glutamic acidmight occur intheperiod between cutting and freezing. Three series of tests have been carried out as follows, with a view to finding out whether a decarboxylation of glutamic acid was taking place: 1. in the material during and after thawing 2. in theexpressed sap during and after centrifuging 3. in the fresh material before it was frozen

u.motes/g fresh 7

^-

**

#***

•'"1

u moles/g fresh 7

r

x'

J ***°

* *

5 -

•x

i

X

•/

/-1

i, -

. - - _—>:

*

<>

)C/X

? / 3 -

3 -

7

2 -

~"

k

r

•

0 i

0

•/

/"\

a

1-

b -

0

1-

i t l i

11

I

10

20 30 i.0

50 60 minutes

nL

0

1

T

l~

; 0

T

_1_

_1_

20 10 60

80

100 120 minutes

FIG. 1. Concentration ofglutamicacid (open dots)ofy-amino butyricacid(filled dots)andcombinedconcentration (crosses).The squares indicate thesampleanalysed bymethod A(fig.a) or killed byheat treatment before freezing (fig.b).Seetext.Abcissa: timeafter thawing (minutes).Ordinate:concentration (y. moles per gramfresh weight).

108

DECARBOXYLATION OF GLUTAMIC ACID IN THE MATERIAL DURING AND AFTER THAWING

Experiment la Leaf blades of perennial ryegrass were cut into small pieces and four 1-gram samples were placed in glass centrifuge tubesand stored at -20°C. Later one of these sampleswastaken from thedeepfreeze room and expressed immediately inthecentrifuge; the other three were kept at room temperature for 5, 15and 60 minutes respectively before centrifuging. Further enzymatic activity of the expressed sap during and after centrifuging was prevented byfillingthe receiver part of the centrifuge tube with 96% ethanol. A fifth 1gram portion was extracted with ethanol according to method A. The concentrations of both glutamic acid and y-amino butyric acid in all five samples were determined by quantitative paper chromatography and are given in figure la as (j.moles per gram fresh material. The sum of both values is also given. Experiment lb Fiveportions of leaf material from another ryegrass plant were treated as described before. After thawing they were kept at room temperature for 0, 5, 15,45, and 120 minutes before the sap was expressed. Two other portions of the same material were put into small aluminium tubes which were hermetically sealed, placed in a boiling water bath for five minutes and subsequently stored at -20°C. After thawing the samples were kept at room temperature for 0and 40minutes respectively before centrifuging. The concentrations of the two animo acids are given in figure lb. (i. moles/g fresh 7r

::

FIG. 2. Concentration of glutamic acid (open dots), of y-amino butyric acid (filled dots) and the combined concentration (crosses) in the expressed sap. See text.Abcissa: time before addition of ethanol (minutes). Ordinate: concentration (p. molespergramfresh weight).

0

>:

10

20

30

i-

6

40

50 60 minutes

109

DECARBOXYLATION OF GLUTAMIC ACID IN THE EXPRESSED SAP

Experiment 2 From the same leaf material as in experiment la, a 1gram portion was frozen and immediately expressed but without ethanol being present in the receiver tube. The sap was kept at room temperature for 60minutes and then ethanol was added to stop anyenzymatic activity. In figure 2the concentrations of the two amino acids are plotted together with those of the first sample of experiment la (no storage at room temperature). DECARBOXYLATION OF GLUTAMIC ACID IN THE FRESH MATERIAL BEFORE FREEZING

Experiment 3 Three one gram portions of the same leaf material as was used in experiment lb, were put into an aluminium tube kept at room temperature for 0, 60and 120 minutes respectively and then killed in boiling water forfiveminutes as indicated before. After freezing and thawing thesapwasexpressed and analysed for amino acids.The concentrations ofglutamicacidand y-amino butyricacidwhichresulted areshowninfigure3. DISCUSSION OF THE RESULTS

From the experiments la en lb it can be seen that considerable decarboxylation ^ m o l e s / g fresh 7r

6-

O

3-

o

i 0

110

FIG. 3. Concentration of glutamic acid (open dots) and of y-amino butyric acid (filled dots) in the fresh i i i i . i material. See text. Abcissa: time of storage at 20 40 60 80 100 120 room temperature (minutes). Ordinate: concenminutes tration([xmolespergramfresh weight).

occurredafter freezing and thawing of the leaf material,especially during the first half hour after thawing. The glutamic acid concentration reached a more or less constant value after one to two hours but as y-amino butyric acid was still increasing at this point it may be supposed that it was also arising as a result of other processes, such as proteolysis or decarboxylation ofnewlyformed glutamic acid(whichmay inturn have been formed either byproteolysis or transamination). The decarboxylation ofglutamicacid atroom temperature after freezing and thawing was distinctly less rapid in the expressed sap than in the whole tissue (compare figures la and 2). This seems to indicate that the greater part of the enzyme remained in the tissue when it was centrifuged. The highest glutamic acid content, and consequently telowesty-amino butyric acid content, was found when 96% ethanol was added (squares in figure la) or when the material was placed in boiling water for five minutes (squares in figure lb). In the latter case there was no change in the respective concentrations when the sample was kept at room temperature for 40 minutes. It can be concluded that the enzymatic decarboxylation was stoppedcompletely by both methods. Somedecarboxylation can be seen to take place during the actual processes of thawing and centrifuging, since even in the case of the samples centrifuged immediately after thawing the glutamic acid content was distinctly lower and the y-amino butyric acid content higher than that of the samples killed by means of ethanol or heat. When the freshly cut leaf portions were stored at room temperature before freezing a gradual increaseinconcentration of bothamino acids occurred (fig. 3),possibly indicatingthat someproteolysis wastakingplace.Decarboxylation ofglutamicacid during a two hours' storage could not be demonstrated. It can thus be concluded that in perennial ryegrass a rapid decarboxylation of glutamic acid takes place as soon as the structure of the living tissue has been damaged unless the enzyme systems have previously been inactivated. Freezing (even to temperatures considerably below zero) isnot in itself sufficient to prevent subsequent decarboxylation. In order to obtain a true picture of the amino acids in the livingtissue it is necessary to stop the enzymatic activity as quickly as possible after harvesting e.g. by the action of heat or of added ethanol. Results obtained usingmethod Bare in fact similar to those of method A, provided that any enzymatic decarboxylation is adequately prevented and as method Bis comparatively rapid amodified version isnowbeingused,details ofwhich aregiven below. QUANTITATIVE DETERMINATION OF AMINO ACIDS IN GRASS

A one-gram portion of the finely cut fresh material is placed in a small aluminium tube with a capacity of about 3.5 ml. The tube is then hermetically sealed, put into boiling water forfiveminutes, cooled in running tap water and stored at -20°C until used for analysis. After thawing the sap isexpressed in a centrifuge as described by VAN DIE (3). Then thesapistransferred from thereceiver tube to acentrifuge tube in order to precipitate theproteins,thereceiver tube being rinsed twice with distilled water and the washings added to the sapand thenfiveparts of96%ethanol areadded tothe diluted sap. After centrifuging the supernatant liquid isdecanted and theresiduewashed twicewith 80% ethanol.Thetotalextract and washings areevaporated to afinalweight of 1 gram from which 20 [xl are submitted to analysis by one-dimensional paper chromatography, which iscarried out using aWhatman 1filterpaper strip provided with a bridge (5,8). To obtain satisfactory separation of the amino acids present in detectable amounts three different solvents are used: 111

1. sec. butanol - formic acid - water 75:13:12; ascending for 16hours and then, for another 12hours after drying the paper. Good separation of thefollowing amino acids or groups of amino acids is obtained: cystine,lysine + arginine + histidine, asparagine, glutamine, aspartic acid + serine, glycine, glutamic acid, alanine + y-amino butyric acid, valine + methionine, phenylalanine, leucine + iso-leucine. 2. Tert. butanol formic acid - water 695:10:295; ascending for 24 hours, y-amino butyric acid + valine are separated from the other amino acids. 3. phenol, saturated with a phosphate buffer of pH 12; descending for 24 hours. The paper ispreviously treated with the same buffer solution and dried at room temperature. Thefollowing amino acidscanbe separated inthisway: asparticacid,glutamic acid, serine, glycine, asparagine, threonine. Quantitative determinations are performed using a slightly modified version of the method described by LINSKENS (4). The chromatogram is dried at room temperature overnight and then dipped into a solution of 0.5 gram ninhydrin dissolved in 93 ml water saturated n-butanol and 7ml acetic acid. After drying at room temperature for 15minutes it is exposed for 40minutes to an atmosphere saturated with water and a temperature of 60 °C. Heating in a dry atmosphere gives very irregular results. The purplish colour of the ninhydrin compound isthen transformed into the stable copper complex by dipping the paper into a solution of 1ml saturated cupric nitrate solution dissolved in 100ml acetone and the resulting orange-red spots are cut out and extracted with 5ml methanol. The extinction of this solution is measured after 30 minutes at 505mjj., standard samplesof each oftheamino acidsbeing chromatographed simultaneously for purposes ofcalibration. Theerrors involved liewithin a 10per cent limit. ACKNOWLEDGEMENT The author is much indebted to miss Alison G. DAVIES, Welsh Plant Breeding Station, Aberystwyth, for correcting the English text.

REFERENCES 1. AWAPARA. J.: Application of Paper Chromatography to the Estimation of Free Amino Acids in Tissues. Arch. Biochem. 19(1948) 172-173. 2. BEEVERS, H.: An L-Glutamic Acid Decarboxylase from Barley. Bioch. J. 48 (1951) 132-137. 3. DIE, J. VAN: Pressing out leaves with the aid of centrifugal force; A method for a rapid quantitative isolation of the free amino acids. Proc. Kon. Ned. Akad. Wetensch. C 61(1958) 454-460. 4. LINSKENS, H. F.:Papierchromatographie inder Botanik: Berlin (1955) 253 pp. 5. MATTHIAS, W.: Serieuntersuchungen mit Hilfe einer neuen Form der Streifen-Papierchromatographie. Naturwiss. 41 (1954) 17-18. 6. OKUNUKI, K.: Über ein neues Enzym Glutamino-carboxylase. Botan. Mag. (Tokyo) 51 (1937) 270-278. 7. SCHALES, O., V. MIMS and S. S. SCHALES: Glutamic Acid Decarboxylase of Higher Plants I. Distribution; Preparation of Clear Solutions; Nature of Prosthetic Group. Arch. Bioch. 10 (1946) 455-465. 8. SCHWERDTFEGER, E.: Modifizierte eindimensionale Papierchromatographie für quantitatieve Zwecke. Naturwiss. 41 (1954) 18. Received: 19April 1962.

112


WORTELGROEI EN WATERVERBRUIK BIJ GRANEN with summary G. F. MAKKINK en H. D. J. VAN HEEMST

INLEIDING

Tussen het vochtgehalte van een grond bij veldcapaciteit en bij het verwelkingspunt ligt de marge aan vocht die een plant maximaal aan een grond kan onttrekken. Het hangt echter van de uitbreiding van de wortels af hoeveel water dit in totaal op zeker ogenblik is. Is binnen het wortelbereik de grond op veldcapaciteit, dan verdwijnt het regenwater dat niet voor verdamping wordt verbruikt, naar de ondergrond en is voor de plant verloren. Is echter het onttrekbare water binnen het wortelbereik op en ontbreekt capillaire opstijging, dan kan de plant bij uitblijven van regen alleen aan verwelking ontsnappen, wanneer haar wortels dieper de grond in groeien. Het zal duidelijk zijn dat hetvoor hetvoerenvan eenwaterboekhouding vangewassen van groot belang is te weten hoeveel water een gewas op elk moment van zijn groeicyclus aan de grond zou kunnen onttrekken alsdezeopveldcapaciteit was.Dezepotentie hebben wij bereik genoemd (MAKKINK en VAN HEEMST, 3); het wordt in mm water uitgedrukt. Kent men het verloop van deze grootheid in het seizoen, dan kent men ook de hoeveelheid water die een gewas per dag door wortelgroei in een grond op veldcapaciteit kan veroveren en ook de hoeveelheid water die alleen door de grond in een seizoen kan worden geleverd. De literatuur leverde voor ons doel geen bruikbare kwantitatieve gegevens op. Het is speculatief ze uit de bewortelingsdiepte te berekenen, omdat men niet weet of de wortels het gehele grondvolume bestrijken. Dit was dereden om in een oriënterende proef hierover meer te weten te komen. Wanneer wehet bereik van het wortelstelsel op zeker tijdstip B noemen en tde tijd, willen wetrachten de functie B = ï(t) tevinden. Dit bereik zalafhangen vandegrondsoort endewortelgroei.Voor de grondsoort is het volumepercent water tussen veldcapaciteit en verwelkingspunt karakteristiek. De wortelgroei zal van verschillende factoren afhangen. De vragen doen zich voor of de planten bij verschillende hoeveelheid regen wel even snel groeien, of de bemesting of bodemfactoren het groeiverloop van de wortels beïnvloeden en welke invloed de spruit op de wortelgroei heeft. THEORETISCHE OVERWEGINGEN

De waarde van een potproef voor berekeningen betreffende gewassen in het veld hangt af van de vraag of de resultaten ervan overdraagbaar zijn op het veld. Wanneer de potten diep genoeg zijn, de structuur van de grond die van het veld benadert en de plantdichtheid met diein depraktijk overeenstemt, zullendewortelszichnagenoeg als onder veldomstandigheden kunnen ontwikkelen. Nu rijst de vraag of het ontbreken van een omringend gewas de bruikbaarheid van de uitkomsten niet aantast. Dit ont113

breken betekent ni. dat het gewas meer dan eenveldgewas bloot staat aan straling van opzij en aan deuitwisseling van waterdamp en koolzuurgas. Hierdoor wordt detranspiratie hoger dan in het veld onder overeenkomstige omstandigheden. Ook de opbrengst zalevenredig stijgen (DEWIT, 4)enalsgevolghiervan zullen ook van dewortels de opbrengst en het bereik groter zijn. Voor deze verhoging zou een correctie moeten worden toegepast. Dat in een potproef in een goed doorluchte kas de transpiratie belangrijk hoger is dan in hetveld,isgeenbezwaar, integendeel is heteen voorwaardevoor het slagen van de proef. Het te bepalen bereik is immers een onttrekkingsvermogen van het wortelstelsel. Zij wordt uit het verliesaan water tussen twee tijdstippen berekend. Dit waterverlies is echter alleen gelijk aan de toename van het bereik (bij afwezige watertoediening), wanneer het bereik de beperkende factor is en niet de transpiratie. Dit kan alleen het geval zijn bij een hoge transpiratie, dus bij een goed ontwikkeld gewas en sterk drogende omstandigheden. Bij een opkomend gewas echter is de spruitontwikkelingnogzogeringdat detranspiratie (deverdamping uitdegrond wordt verhinderd) zelfs bij sterk drogende omstandigheden gering is. Dan zal de transpiratie de wateronttrekking beperken en het bereik niet kunnen worden vastgesteld. De gemeten onttrekking is dan lager dan de toename van het bereik, zodat de transpiratie dan potentieel moet zijn. Gaat het gewas zich verder ontwikkelen en zijn de omstandigheden sterk drogend, dankomtereenogenblik datdepotentiëletranspiratievandezichontwikkelende spruit door de wortelgroei beperkt wordt. Of hiermee de transpiratie van potentieel subpotentieel wordt, is voor onze resultaten van geen belang, zolang de wortelgroei er maar niet door wordt beperkt. Zodra deteenamevanhetbereik niet meer bijmachte isdetranspiratievande spruit bij te houden, b.v. doordat de wortelgroei op zijn eind loopt en de bewortelde grondlaag uitgeput raakt, komt ook aan de spruitgroei een eind. Dit zal ook gebeuren wanneer de grondkolom te kort is. DE WERKWIJZE

Wij vulden 22plastieken buizen met eeninwendige diameter van 20cmmet behoorlijk aangestampte grond, eenzeerhumusrijke zandgrond, eenkleigrond eneen humusarme zandgrond. Deze kolommen werden op veldcapaciteit gebracht en van onderen met een deksel gesloten. Op elke kolom werden 6planten gekweekt (2.106per ha) van gerst,haver, tarwe of rogge. Ze kregen aan het begin een normale hoeveelheid kunstmest. Zewerden in een goed geventileerde kas gehouden, die niet gestookt werd. Om te voorkomen dat het gewas zou verwelken, werd enig water gegeven in hoeveelheden 1/2, 1/4 of 1/8 van de hoeveelheid die in een periode van 2of 3dagen verbruikt werd. De kolommen werden elke 2of 3dagen gewogen op een gewone bascule, dievoor ons doel voldoende nauwkeurig was. De verdamping in de kas werd gemeten met twee bakjes water enlater ook met Piche-meters.Verdamping uit degrond werd verhinderd door een laag grind. D E RESULTATEN

Delengtegroei Het waterregime heeft tot het eind van meivrijwel geen invloed gehad op delengtegroei van despruit (dedatum looptvoor deviergewassenwat uiteen).Dit blijkt uit het nagenoeg samenvallen van de lijnen van de drie regimes (fig. 1). De grafiek betreft alleen de gerst op humeuze zandgrond; vrijwel hetzelfde werd ook gevonden bij de 114

hoogte height cm 90r

- 1/2 (•)

80 h

" 1/8 (o) x°1« ( x )

70[60 h 50 40 30 20

l _ ^ *

10 21«

1/5

11/5

21/5

1/6

11/6

21/6 1961

FIG. 1. Gemiddelde gewashoogte als functie van de tijd bij gerst op een humeuze zandgrond bij de watergiften 1/2, '/, er> V«van de transpiratie. A de aren verschijnen, Sbegin schieten. Averagecrop heightasafunction of time withbarleyonhumoussandysoilwitha waterapplicationequalto 1/t, 1/4 and1/s oftranspiration. A earsemerge, S shooting begins.

haver op humeuze zandgrond, bij de tarwe op klei en bij de rogge op de humusarme zandgrond. Pas na dit tijdstip wijken de lijnen bij elkesoort uiteen, doordat de grond uitgeput raakte en de watergift een rol gingspelen. Alleen bij de tarwe op klei is dit bij het beëindigen van de proef op 16juni nog niet het geval. Wanneer het waterregime geen invloed heeft op de lengtegroei, kan daaruit worden geconcludeerd dat deze onbelemmerd door watertekort plaats vond en dat dus de transpiratie potentieel moet zijn geweest of nagenoeg potentieel. Dit was het geval tot 26/5 bij gerst, tot 27/5 bij haver, tot 16/6 bij tarwe en tot 26/5 bij rogge. De aren begonnen bij de vier soorten respectievelijk op 29/5, 4/6, 5/6, en 19/5 te verschijnen. Vergelijkt men nu de lengtegroei van elk gewas op de verschillende grondsoorten bij eenzelfde waterregime, dan ziet men het volgende (fig. 2). Op de humeuze zandgrond groeit de gerst van het begin af wat sneller dan op de andere grondsoorten en ze vergroot deze voorsprong bij het schieten. Ook de tarwe groeit in het begin op de humeuze zandgrond wat sneller dan op de klei. Bij de haver openbaart zich het verschil in groeitempo pas bij het begin van het schieten. Het zijn deze ontwikkelingsverschillen dieertoeleiden dat op degrond met de grootste hoeveelheid vocht, de humeuze zandgrond (36vol. %onttrekbaar vocht), de gerst toch eerder zijn groei staakt dan op de klei- en humusarme zandgrond (elk met 20 vol. %)vocht. Dit ziet men ook bij de tarwe, bij de haver niet. De transpiratie De krommen van de transpiratie bevestigen dat tot achter in mei het waterregime weinig ofgeeninvloed had op detranspiratie. In figuur 3isdit voor gerst weergegeven. Om het fluctuerend droogvermogen van de omstandigheden te elimineren is de trans115

onttrekking depletion kg/3 dm2 _o—"1/8 ,- -«1« "*—1/2

10l-

//

FIG. 4. De wateronttrekking van gerst cumulatief uitgezet tegende tijd, voor een humeuze zandgrond (hz, 3 watergiften), een kleigrond (k) en een humusarme zandgrond (z). Water depletion of barley cumulatively plotted against time for humous sandy soil (hz, 3 water treatments), clay soil (k) and sandy soil poor in humus (z).

5-

/'/ /

r

4~'

si'

,<ö=rS-

oj- r.'

''•

^ -

^^

„o^°^

1

••

^.-"' - -

J

Zonder watertoediening zouden de waarden iets hoger zijn geweest, bij aanwezigheid van een omringend gewas mogelijk wat geringer. Vermoedelijk benaderen ze de gezochte grootheid [\B\/\t, de toename in bereik per etmaal, redelijk goed. Uit deze cijfers blijkt in de eerste plaats dat de granen een wortelgroei bezitten die hen in staat stelt in de periode van de sterkste groei meer water aan de grond te onttrekken dan zij in de meeste gevallen gemiddeld door transpiratie verliezen, zelfs bij het uitblijven van regen. Een vochttekort ineen behoorlijke akkergrond kan dus alleen ontstaan wanneer dewortels te langzaam of nietmeer groeien, hetzij doordat de grond dewortelgroei belemmert, hetzij doordat de wortels hun uiteindelijke uitbreiding hebben bereikt. Hierbij isaangenomen dat de grond bij opkomst op veldcapaciteit was. De proef gaf niet de maximale waarde van B, doordat de kolommen te kort waren. Uit de cijfers van tabel 1 blijkt ook dat aan humusrijke grond de gerst meer water kan onttrekken dan de haver, maar dat aan humusarme (mogelijk zure) zandgrond de haver meer water kan onttrekken dan de gerst. Men brengt dit verschil onwillekeurig in verband met degunstiger concurrentiepositie van de gerst in mengteelt op de goede zandgronden en van de haver op de gronden met lage pH (VAN DOBBEN, 1en VAN DOBBEN EN WIERSMA, 2).Van welkeaard de invloed van de pH op dewortels van gerst ook is, het is duidelijk dat hetgevonden verschil invochtonttrekking tussen haver en gerst op arme zandgrond, resp. op humusrijke, wijst op een verschil in snelheid van groei, dat alsreactie opdepH zoukunnen zijn opgetreden. In onzeproef wordt wateronttrekking alswortelgroei geïnterpreteerd. Uit de getallen van tabel 1 kan men de dikte van de grondlaag berekenen die degewassen per dag geheelvan het onttrekbare water kunnen ontdoen (ledigingsvermogen, tabel 2). Men moet dan de bovengenoemde maximaal onttrekbare vochtgehalten der grondsoorten in aanmerking nemen. Uit de tabel volgt dat het ledigingsvermogen bij gerst sterk van de grondsoort afhangt. Bij haver en bij tarwe is dit inveel mindere mate het geval. Het vermogen is bij rogge het grootst. Dat haver en tarwe op de drie grondsoorten zo betrekkelijk weinig verschil vertonen in deze eigenschap, terwijl bij een potentiële transpiratie de spruitontwikkeling sterk uiteenliep, wijst erop dat deze laatste niet door de wortelgroei zelf werd bepaald, maar door de hoeveelheid mineralen of de hoeveelheid water, die de wortels opnamen. 118

TABEL 2. Het ledigingsvermogen van de granen in de periode van de sterkste groei, in cm grond per etmaal. The exhaustion capacity of cereals in the period of the most rapid growth, in cm soil per day.

Gerst (barley) Haver (oats) Tarwe (wheat) Rogge (rye)

Humeus zand Humous sand

Kleigrond Clay soil

2,9 2,4-2,2 2,5

2,0 2,8 2,6

Humusarm zand Sand poor in humus 1,6 2,6 3,4

Het ledigingsvermogen werd evenals het onttrekkingsvermogen in de eerste plaats toegeschreven aan dewortelgroei, maar een andere factor hangt hiermee nauw samen, nl. capillaire transport van water naar de wortel toe. Hoe groot het aandeel van deze factor iskan uit de proef niet worden afgeleid. Deopbrengstaandrogestof De proef werd op 16juni beëindigd. De kolommen met humeuze zandgrond waren vrijwel geheel uitgedroogd, die met klei en humusarm zand niet alle. De stengels hadden als gevolg van watertekort niet bij alle kolommen de maximale lengte verkregen; een groot deel van de bladeren was vroegtijdig verdord. De totale oogst aan droge stof (inclusief de wortels) is in figuur 5 tegen het getranspireerde water uitgezet. De gemiddelde lijn, dietevens voor dehaver geldt, geeft aan dat deproduktie per eenheid verbruikt water 6,0 g.kg"1 bedroeg, een bedrag dat veel hoger is dan DE WIT (4) voor haver opgeeft (2,6 g.kg -1 , p.49). Onze waarde komt dichter bij die van VERHOEVEN (zie DEWIT,4) van 7,9 g.kg -1 . Een verklaring voor onze hoge waarde is evenmin te geven als voor de waarde van VERHOEVEN. Opgemerkt moet worden, dat de waarden voor gerst in de grafiek wat hoger moeten liggen, omdat de mussen de aren voor een deel hadden leeggepikt. Root growth andwaterconsumptionin cereals Water depletion capacity (expressed in mm water per day) or soil exhausting capadroge stof dry matter g/3dm2 hz

100 -

(: «®_

0 ^

''

o o

J

«û

.;

9 A A A h 0 © • t V V T r • G _ 1

15

....

1 -

20 k g / 3 d m transpiratie transpiration

FIG. 5. De droge-stofopbrengst uitgezet tegen de transpiratie op het eind van de proef bij gerst (g), haver (h), tarwe (t) en rogge (r). Dry matter yield plotted against transpiration at the end of the experiment for barley (g), oats (h), wheat (t) and rye (r).

119

täte for 30 minutes, make up to 100 ml and filter. Transfer 20 ml of the filtrate to a 50ml volumetric flask and make acid to litmus with a few drops of 10percent hydrochloricacid. Add 10ml0.01 N BaCl 2mixand allow to stand overnight for theprecipitation of barium sulphate. Subsequently add 10ml0.01 N (NH 4 ) 2Cr0 4 , make alkaline to litmus with the minimum amount of 10percent ammonia and make up to 50 ml. Allow to stand for 15minutes, centrifuge and measuretheextinction oftheclear supernatant liquid at 400 mjx against distilled water. For calibration add 10 ml 0.01 N BaCl 2 to standard sulphuric acid in the range from 0.5 to 5mg S0 4 in 50ml volumetric flasks and proceed as above. Maximum extinction for Chromate is at 370m|x. The readings are taken at 400 m[xto augment the range of sulphur concentrations in the the sampleswhich can be measured directly at the weighing and dilutions mentioned. Owing to the marked solubility of barium Chromate the blank shows a certain extinction when measured against distilled water. REFERENCES 1. Methods of Analysis of the A.O.A.C, 7th ed. (1950), 104. 2. BOSMAN, M. S. M. : Een kolometrische bepaling van totaal zwavel in plantaardig materiaal. Chem. Weekbl. 561'I960) 716-717'. 3. MIKKELSEN, D. S., S. J. TOTH and A. L. PRINCE: Determination of magnesium by thiazol yellow method. Soil Sei. 66 (1948) 385-392. Received: 6 April 1962.

122


THE EXCRETION OF CHROMIUM SESQUIOXIDE IN FAECES BY COWS AFTER ADMINISTRATION OF Cr 2 0 3 -CONTAINING PAPER B. DEINUM 1 ), H. J. IMMINK and W. B. DEUS INTRODUCTION

For different purposes it is useful to know the dry matter intake of grazing cattle. It isalmost impossible to measure this intake in a direct way. Itispossible to a certain extent to calculate this intake from the digestibility of dry matter and the faeces production. The production of faeces can be calculated from the content of a non-digestible substance in the faeces which is administered orally to the animal. For this purpose chromium sesquioxide (Cr 2 0 3 )isoften used. To estimate the production of faeces a constant quantity of Cr 2 0 3 is administered daily. The daily excretion of Cr 2 0 3 in faeces issupposed to beregular and equal to the Cr 2 0 3 -administration. However, several research workers found that the recovery of the Cr 2 0 3 was practically always lower than 100%(CORBETT(2), TROELSEN (6)). Cr 2 Ö 3 is administered in different forms:in gelatine capsules, as sustained release pellets and incorporated in a specially prepared paper. Sustained release pellets have proved to be impracticable (TROELSEN (6)), CORBETT et al. (3) found that when Cr 2 0 3 was given in the form of shredded paper, the daily fluctuation in the Cr203-excretion in faeces was smaller than when it was given in gelatine capsules or in unshredded paper. Therefore Cr 2 0 3 incorporated in shredded paper was used in our experiments (furnished by The Rowett Research Institute, Bucksburn, Aberdeen). The recovery of Cr 2 0 3 in faeces being practically always lower than 100%, this recovery and itsvariation was studied in some accurately performed experiment. High demands have to bemade upon the determination of Cr 2 0 3 . At our institute P. RIEPMA K Z N . carried out experiments in 1960with two cows, fed indoors on fresh grass. The shredded Cr 2 0 3 -paper was given twice a day. For the Cr 2 0 3 -determination RIEPMA used the method of CHRISTIAN and COUP (1), somewhat modified at the Rowett Research Institute. By wet digestion the Cr 2 0 3 in paper or in faeces is transformed into bichromate. The bichromate is finally titrated with ferrous ammonium sulphate using ferroin as an indicator. As a result of these determinations RIEPMA found in 1960 that over a period of 8 days only 94.1and 96.1% respectively of the orally administered Cr2Oa had been excreted by the two cows. After the experiments mentioned above had terminated a publication was noticed of STEVENSON and DE LANGEN (5) on a wet digestion colorimetric determination of Cr 2 0 3 in faeces. This method had some advantages over other methods, amongst others a higher reproducibility and recovery. The samples of faeces and Cr 2 0 3 -paper from the experiments in 1960have been reanalysed according to the method of STEVENSONand DELANGEN. On account ofthese analyses the amount of Cr 2 0 3 excreted in the faeces has been calculated.

l

) Dept. Grassland Husbandry.Agric.University, Wageningen, Holland.

123

SOME OBSERVATIONS ON THE COLORIMETRIC METHOD ACCORDING TO STEVENSON AND DE LANGEN

In order to obtain the highest possible accuracy the following points are important. a. The dry faeces and the paper are ashed at a temperature not above 500°C. b. If possible a sample of ash containing 5 - 9 mg of Cr 2 0 3 is analysed. c. After wet digestion the reaction mixture is rinsed in a 100ml volumetric flask and brought up to volume with distilled water. After mixing 10 ml of the solution is used foranalysis.This procedure ismore accurate than using a wide-necked Erlenmeyer flask which is graduated at 100ml for wet digestion according to STEVENSON and DE LANGEN.

d. In order to remove the precipitated Mn0 2 the test solution is filtered through a Machery, Nagel & Co, 640 DD filter after standing at room temperature for at least 15minutes. e. For the standard curve a solution of 2.555 g K 2 Cr0 4 or 2.001 g (NH 4 ) 2 Cr0 4 /litre is used (1 ml = 1mg Cr 2 0 3 ). In analysing the Cr 2 0 3 -paper a standard curve was made by taking 2, 4, 6, 8 and 10ml of the standard solution. After wet digestion, precipitating of MnO a and filtration according tothecompleteprocedure,theoptical density ofthesolution was determined at 400 mfx against destilled water. In our experiments the standard curve was a straight line intersecting the ordinate at a very low value. Thus the blank, caused by thereagentswasverylow. Itisnot advisable to useastandard curveobtained by determining the optical density of dilutions of the standard solutionwithwater. In that case the optical density depends too much on the pH of the water used. Following the above mentioned procedure the optical density is always determined in an alkaline solution. For theanalysisof faeces containing Cr 2 0 3 ablank ofCr 2 0 3free ash offaeces had to betaken inaccount. However, it isdifficult to obtain reproducible values for the blank starting from Cr 2 O s free faeces. We obtained values for the optical density varying from 0.009 to 0.016.The standard curvecan be found most accurately inthe following way. If for instance 1500mg of faeces containing Cr 2 0 3 has to be analysed 2, 4, 6, 8 and 10ml of the standard solution respectively are added to 1500 mg of Cr 2 0 3 free faeces. After ashing, wet digestion, precipitation of M n 0 2 and filtration the optical density was determined at 400mp.against distilled water. THE EXPERIMENTS CARRIED OUT IN 1960

1. Details of experiments From April 25upto and including May 1350gof shredded Cr 2 0 3 -paper were given daily to two cows, 25 gat 6.00 a.m. and 25 gat 4.00 p.m. The first dose was given on April 25 at 4.00 p.m. The cows (No. 1and No. 2) were fed indoors on fresh grass. Faeces and urine could be collected separately. The collection period lasted from May 5 at 6.00 a.m. until May 13 at 6.00 a.m. During this period the excreted faeces wereweighed 4times daily, a sample was taken for the determination of dry matter content so that the total amount of dry matter of the faeces could be calculated over the entire collecting period of 8 days. Faeces were collected for the first time on May 5 at 10.00 a.m. (excreted between May 5 at 6.00 a.m. and May 5 at 10.00 a.m.). Feaces were collected for the last time on May 13at 6.00a.m. (excreted between May 12at 6.00p.m. and May 13 at 6.00 a.m.). From each collection of faeces 5%was separated and deep-frozen in a collecting vessel. Thus at the end of the experiment we had the disposal of a representative quantity 124

of faeces for each cow. After defrosting and mixing, each of the two samples were divided into the parts A, B and C, which were dried. The Cr 2 0 3 content was determined in these sub-samples. 2. Theanalysisof the Cr203-paper Dry matter content (after dryingto constant weight at 105 °C): 94.8%.Ash content : 33.8% of d.m. Cr 2 0 3 -content of dry ash (colorimetrically determined): 97.2;97.0; 98.8%. (Mean: 97.7%). The paper contains 0.977 x 33.8 = 33.02% Cr 2 0 3 on dry matter base. In 1960 33.06% was found according to the volumetric method. Conclusion: The colorimetric and volumetric method gave well-corresponding results in analysing Cr 2 0 3 -paper. 50g of Cr 2 0 3 -paper administered daily to each cow contained 15.65 g of Cr 2 0 3 ; this means 125.2 g of Cr 2 0 3 during the entire collecting period (8days). 3. The Cr203-content of thefaeces TABLE 1. The Cr 2 0 3 -determination in the faeces produced during the collecting period (8 days). Colorimetric method (STEVENSON and DE LANGEN (5)). For each analysis 1.000 gof air dried faeces were used. Sub-sample

mg C r 2 0 3 in 1g of air dried faeces

j

%d.m.

mg C r 2 0 3 in 1g of d.m.

Cow No. 1

A B C

7.30; 7.33; 7.45;

7.28 7.40 7.45

91.5 92.4 93.2

8.07; 7.93; 7.99;

8.05 8.01 7.99

Cow No. 2

A B

5.51; 5.37; 5.46;

5.49 5.43 5.46

92.3 91.5 91.8

5.97; 5.87; 5.95;

5.95 5.94 5.95

c

Thefaecesfrom cowNo. 1 contained onan average8.01mg,from cowNo.2: 5.94mg of Cr 2 0 3 per gof d.m. 4. The amount of Cr2Os excreted duringthe collectingperiod From May 5at 6.00 a.m. until May 13at 6.00 a.m. the cows No. 1and No. 2 produced 15247 and 20797 gof dry matter in faeces respectively. This means: 15.247 x 8.01 = 122.1 gof Cr 2 0 3 (Cow No. 1)and 20.797 X 5.94 = 123.5 g of Cr 2 0 3 (Cow No. 2). From the Cr 2 0 3 consumed cow No. 1excreted 97.5% and cow No. 2 98.6% in the faeces. According to the results of the volumetric method applied to the same samples of faeces in 1960it was calculated that cow No. 1and cow No. 2excreted only 94.1 and 96.1%respectively of the Cr 2 0 3 consumed in the faeces. In faeces analyses the more reliable and reproducible colorimetric method showed somewhat higher results (on an average 2.8 %). 5. The daily excretion of Cr203 In 1960 the quantity of Cr 2 0 3 daily excreted in the faeces was also determined. Cr 2 0 3 -contents were determined according to the volumetric method. In order to be 125

TABLE 2. The daily excretion of Cr 2 0 3 . First administration of C r 2 0 3:April 25 at 4.00 p.m. Period

26/4 6.00 a.m. 27/4 , 28/4 , 29/4 , 30/4 , 1/5 , 2/5 , 3/5 , 4/5 , 5/5 , 6/5 , 7/5 , 8/5 , 9/5 , 10/5 , 11/5 , 12/5 ,

27/4 6.00 a.m. - 28/4 „ - 29/4 „ - 30/4 „ - 1/5 „ - 2/5 „ - 3/5 „ - 4/5 „ - 5/5 „ - 6/5 „ - 7/5 „ - 8/5 „ - 9/5 „ - 10/5 „ - 1 1 / 5 •„ - 12/5 „ - 13/5 „

Excreted C r 2 0 3 (in g) Cow No. 1 Cow No. 2 7.8 13.1 14.3 14.4 14.4 14.6 16.1 15.3 14.4 14.6 14.5 14.7 15.4 15.2 15.8 14.4 14.9

8.1 13.9 13.1 16.8 16.0 15.0 15.1 13.7 16.2 16.3 13.3 14.9 16.8 14.8 14.9 14.6 17.1

able to compare the results with those, which would have been obtained according to thecolorimetric method, the daily excreted quantities of Cr 2 0 3 determined in 1960 havebeen multiplied by 1.028.Actually these results are less reliable than the colorimetric analyses of the samples A, Band C mentioned above. In table 2the results are mentioned only to give an impression of the fluctuations in the Cr203-excretion. THE EXPERIMENTS CARRIED OUT IN 1961

1. Details of experiments From November 20 up to and including December 20, daily 50 g of shredded Cr 2 0 3 -paper were given to one cow, 25 g at 8.00 a.m. and 25 g at 5.00 p.m. The first dose was given on November 24 at 5.00 p.m., the last on December 12 at 8.00 a.m. The cowwas fed indoors on 10kghay and 6kgconcentrates (cakes). Faeces and urine were collected separately. As CORBETT (4) supposes that the Cr 2 0 3 is not excreted quantitatively owing to a declinein the rate ofpassage of digesta through the gut (hefed grass which grew older and decreased in digestibility) the aim was to obtain in a constant quality of hay by careful mixing.Therefore the feed refusals were estimated daily in order to investigate any influence of the Cr 2 0 3 on the rate of passage. The preliminary period lasted till December 1. The experimental period lasted from December 1till 13. After the last Cr 2 0 3 -dose on December 12at 8.00 a.m. the daily faeces production was measured till December 20. The spillage of urine was also measured. In the preliminary and experimental period samplesweretaken from the faeces production of every three days. Thereafter samples were taken from the daily production of faeces. 2. Theanalysisof theCr2Os-paper Dry matter content (after drying to constant weight at 105°C):94.6%. Ash content of the dry matter:33.8%. 126

Cr 2 0 3 -content of the dry ash (colorimetrically determined): 96.9; 97.4; 97.8 on an average 97.4%. The paper dry matter contains 0.974 x 33.8 = 32.92% (1960:33.02%). The Cr 2 0 3 -paper gift per day was 50grams. This is 50 X 0.946 x 32.92 = 15.57g Cr 2 0 3 . 3. The Cr%Oz-excretioninthefaeces TABLE3. Production and Cr203-content of the faeces. Faeces production (g d.m.)

Period

Av.

Cr 2 O s excretion g

2.77 4.10

2.76 4.17

28.18 48.21

3.96; 4.01 3.80; 3.81 3.66; 3.71 3.81; 3.87

3.99 3.79 3.68 3.83

48.61 47.30 42.65 45.19

2.16; 2.16; 2.14 0.65 0.66; 0.61 0.25 0.28; 0.28 0.20; 0.16 0.10 0.08 0.08 0.06 0.10; 0.14

2.15 0.64 0.27 0.15 0.08 0.06 0.12

8.45 2.42 1.08 0.59 0.32 0.26 0.56

Ci"aOa-content (mg/g d.m.)

25/11 8.00 a.m. - 2 8 / 1 1 8.00 a.m. 28/11 „ - 1/12 „

10210 11560

2.74; 2.76; 4.19; 4.23;

12182 12480 11590 11800

3.99; 3.75 3.66 3.82

1/12 4/12 7/12 10/12

„ „ „ „

-

4/12 7/12 10/12 13/12

„ „ „ „

13/12 14/12 15/12 16/12 17/12 18/12 19/12

„ „ „ „ „ „ „

- 14/12 „ - 15/12 „ - 16/12 „ - 17/12 „ - 18/12 „ - 19/12 „ - 2 0 / 1 2 11.00 a.m.

3932 3789 3997 3951 3972 4370 4644

total

273.82

Table 3shows that theCr203-excretion inthetotal collectingperiod is273.82g. The first paper dose was on November 24 at 5.00 p.m.;the last on December 12at 8.00 a.m. Inthese 18days 18 X 15.57 = 280.3gCr 2 0 3wasadministered. Consequentlythe recovery of Cr 2 0 3 in the faeces was 97.7%. In the experimental period from December 1till 13(12 days) the Cr2Os-dose was 186.8 gand the Cr203-excretion 183.8 g. This showsarecovery of98.4%. 4. Alterations intherateofpassage of thedigesta Alterations in the rate ofpassage effect the feed intake, and, if the amount of food given is constant, as well the refusals. Bymixing the hay carefully an alteration intherateofpassagecannot be attributed to a change in the quality of hay. When such an alteration in the rate of passage is found, itmay possibly becaused bythe Cr 2 0 3 . In the experimental period,the average refusal was0.44kghayd.m.,andinthefollowing 7days0.23kg.Thedifference was not significant. Accordinglyitwasnot provedthat theCr 2 0 3 decreasestherate of passage. 5. The Cr203-content of different organsof thecow In our three trials the Cr203-recovery was98.2%onan average.ThustheCr 2 0 3 -loss was 1.8%. Theselossescan be caused by: a. Small losses while collecting the faeces b. Absorption of small amounts of Cr 2 0 3 from the digestive tract. c. Residues of Cr 2 O s in the digestive tract. 127

The cow used in the trial of 1961,was slaughtered December 20, 7 days after the experimental period had terminated. From different organs samples were taken in which Cr 2 0 3 wasestimated colorimetrically. The Cr 2 0 3 -contents were very low, and could not be very accurately determined. At most different organs contained traces of Cr 2 0 3 . Moreover, blood, urine and spillage of urine have been analysed. The lower layer of this urine had a much higher content than the upper layer (caused by contamination of faeces). TABLE 4. Cr 2 0 3 -content of different

samples. mg C r 2 0 3 per g d.m.

Rumen wall Reticulum wall Omasum wall Abomasum wall Small intestine wall

0.04 0.03 0.06 0.03 0.04

Caecum wall Colon wall Kidney Liver Lymphglands Rumen contents (at slaughter)

0.03 0.04 0.09 0.07 0.08 0.08

mg C r a 0 3 perl

blood urine (385.6 kg) spillage of urine (19.7 kg) upper layer lower layer

0.00 2.8 3.4 29.8

From these figures it appears that some Cr a 0 3 has been absorbed in parts of the digestivetract.Alsosome Cr 2 0 3 has been absorbed in liver, lymphglands and kidneys. About 1gof Cr 2 0 3 has been excreted in theurine. Consequently about 5gof Cr 2 0 3 was absorbed. The lifeweight was about 600kg ( ± 150kg d.m.). Assuming that these 5 g are ditributed relatively regular in the body, the average Cr 2 0 3 -content of the body is ± 0.03 mg/g d.m. This concentration corresponds fairly well with the values found. SUMMARY

In 1960 and 1961 two trials were carried out, in which the percentage of orally administered Cr 2 0 3 (incorporated in shredded paper) excreted in the faeces was determined. To estimatetheCr 2 0 3 -contentof thefaeces thevolumetric method of CHRISTIAN and COUP was used in 1960 and the colorimetric method of STEVENSON and DE LANGEN in 1961. Attempts were made to improve the accuracy and reproducibility of this method. During the collecting period the Cr203-recovery in the faeces was 97.5; 98.6 and 98.4% of the amount of Cr 2 0 3 administered. At the end of the trial in 1961the cow was slaughtered. Samples from different organs were taken, which were analysed for Cr203-presence. It has been proved with certainty that traces of Cr 2 0 3 are present in various organs of the animal and in the urine. The conclusion is,that the non-excreted small part of the Cr2Oa was absorbed. REFERENCES 1. CRISTIAN, K. R. and M. R. COUP: Measurement of feed intake by grazing cattle and sheep. VI. The determination of chromic oxide in faeces. N.Z.J. Sei. and Techn. A 36 (1954) 328-330.

128

2. CORBETT, J. L., J. F. D. GREENHALGH, P. E. G W Y N N and D . WALKER: Excretion of chromium

sesquioxide and polyethyleneglycol bydairycows.Brit. J. Nutr. 12(1958) 266-276. 3. CORBETT, J. L., J. F . D . GREENHALGH, I. M C D O N A L D and F. FLORENCE: Excretion of chromium

sesquioxide administered asacomponent ofpaper tosheep. Brit. J.Nutr. 14(1960) 289-299. 4. CORBETT, J. L., G. W. REID, J. P. LANGLANDS and E. FLORENCE: Further studies on the administra-

tion ofchromium sesquioxide asacomponent ofpaper. Proc. Nutr. Soc. 19(1960) 20. 5. STEVENSON, A.E., H. DE LANGE: Measurement offeed intake by grazing cattle and sheep.VII. Modified wetdigestion method fordetermination ofchromic oxide in faeses. N.Z.J. Agric. Res.3 (1960) 314-319. 6. TROELSEN, J. E.: Preliminary observations intheuseofa sustained release pellet for administration ofchromic oxide to sheep indigestibility studies. Canad.J.Anim. Sei. 41(1961) 71-77. Received: 17April 1962.

129


THE EFFECT OF SOIL-pH ON MANGANESE ABSORPTION BY LOLIUM PERENNE L. W. DIJKSHOORN INTRODUCTION

The relation between soil-pH, availability of manganese and manganese absorption by plants has been the subject of many investigations. Liming of the soilfrom pH 4.6to pH 6.5was found to diminish exchangeable manganese to 20-50 times its original level (2).Increasing quantities oflime applied to the soil were found to reduce progressively both exchangeable manganese in the soil and manganese absorption by plants (5). Acidification of the soil by the application of elementary sulphur was invariably found to increase exchangeable manganese (7). Manganese in soybean plants increased with an increase of soil acidity regardless of the chemicals used to lower soil-pH, but this was also found to occur when there was sulphur oxidation in the absence of anymeasurable decrease of pH of the soil suspension. No specific effect of the sulphate anion could be found (6). Concerning the manganese requirements for normal growth it was found that in potatoes, peas and clover manganese lower than 20 mg per kg d.m. is diagnostic of deficiency (3). Manganese may be absorbed in amounts excessive to normal growth. Toxicity was found to occur at 1000mg Mn per kg d.m. On acid soils (pH<5) high in reducible manganese absorption may occur to quantities which are toxic to the plant. Manganese ashigh as 3000mg Mn per kg d.m. wasfound in the plant when grown on soil of pH 4.4. This excessive uptake could be controlled by raising the pH to 5.4 byapplyinglime(4).In hops it wasfound that manganese was toxicin therange from 300 to 600 mg per kg d.m. as shown by chlorosis. Induced iron deficiency by high manganese was found at 1000mg Mn per kg d.m. (8). In grass manganese was found to decrease after liming (1). The above mentioned evidencewasselectedfrom literatureon thesubjectwhich appeared in theperiod1949— 1954. Much more has been published but all data indicate a decrease in manganese in the plant when soil-pHis increased. It has occasionally been observed that liming was not so effective in lowering manganese in the plant. For this reason the present experiment was made with soil from the experimental farm „De Olde Weye" at Vaassen to estimate the magnitude of the effect of lime treatments in relation to soil-pH and manganese in the grass. EXPERIMENTAL

The soil used was taken from a pasture of the farm and delivered at the Institute in its initial moist condition. After removing plant residues it was homogenized and directly used for preparing the pots. Each pot filling was made by thoroughly mixing 6.000 kg of moist soil with measured amounts of solid calcium carbonate or 1N sulphuric acid solution (analytical grades). These treatments are listed in table 1. The pots were sown with 1 gramof Loliumperenne L. seedseach = 600 seeds of 80 131

per cent emergence on June 16.After emergence and during the further experimental period fertilizer saltswereoccasionally added astop-dressings withmeasured amounts of 1 N salt solutions which were washed into the soil with the daily waterings to constant pot weight: 10me. NH 4 N0 3 on 3/7, 12/7, 14/7, 14/7;20me. KH 2 P0 4 + 10me. MgS0 4 + 10 me. Ca(N0 3 ) 2 on 2/8; 10 me. Ca(N0 3 ) 2 on 4/8, 5/8 and 7/8; 20 me. KH 2 P0 4 + 10 me. MgS0 4 + 40 me. Ca(N0 3 ) 2 on 22/8, to replenish the losses due to uptake and harvesting. The following cuts were collected in succession:I onJuly 10(discarded);II on July 31 (analysed); IIIonAugust 21 (analysed); IV on September 11(analysed). The herbage was dried in an air current at 105°C, powdered and stored in glass bottles for analysis on crude protein and manganese. At the conclusion of the experiment soil samples were air-dried at room temperature and the pH was determined from soil suspensions (1:5) after incubation at room temperature overnight. DISCUSSION OF THE RESULTS

Theresultsarelistedfor theduplicate treatment intable 1. The values for manganese in the herbage areplotted against soil-pH in figure 1and this relationship istentatively represented bythe heavy linefor thethree cuts together. ThesectionbetweenpH 6.1. andpH 7.2isrepresented byabroken line because in spite of previously made small-scale treatments of the soil for the correct adjustment of thepH in theintervals desired, all treatments of the final experiment werefound to be located outside this range. Thecurvature oftheline,itscourseinthe range from pH 6.1to pH 7.2and its slope TABLE 1. Treatments in me. sulphuric acid (s.a.) and in grams of calcium carbonate (g.c.c.) per 6 kilograms of moist soil per pot, pH (H 2 0), crude protein (c.p.) as percentage of d.m., manganese(Mn)inmgper kgd.m. and dry matteryield(y)ingramsper pot. CutII

Treatment

132

CutIII

CutIV

m e .s.a.

pH

c.p.

Mn

y.

c.p.

Mn

y-

c.p.

Mn

y

240 240

5.25 5.28

20.7 18.6

259 267

19 20

19.7 18.5

327 310

17 18

19.5 18.4

313 323

17 18

120 120

5.79 5.96

20.7 19.6

207 203

18 19

19.4 17.9

277 231

18 18

19.7 17.4

234 231

17 18

60 60

5.90 5.93

17.9 24.0

182 173

19 15

16.5 21.9

226 199

19 15

14.8 21.0

194 150

20 16

0 0

6.06 6.06

20.6 25.2

159 160

17 16

18.2 21.6

183 180

18 17

17.3 20.8

161 161

18 16

g.c.c. 60 60

7.23 7.28

27.4 26.5

60 61

15 15

20.4 17.5

60 54

20 21

19.0 15.2

48 47

19 22

120 120

7.32 7.37

27.5 27.5

57 56

16 14

20.0 22.7

51 57

19 17

18.6 21.4

42 39

19 17

240 240

7.39 7.40

28.3 27.8

52 56

14 14

23.8 23.0

51 52

17 17

21.1 21.4

37 44

18 17

360 360

7.36 7.40

26.5 25.4

56 49

15 14

23.1 21.3

53 48

17 19

22.0 18.2

39 36

17 20

FIG. 1. Relation between herbage manganese (left-handed ordinales), soil-pH (abcissae) and treatments recalculated into kilograms of calcium carbonate and elementary sulphur applied per hectare (right-handed ordinates) in three successive cuts, respectively open dots,heavy filled dots and crosses.The narrow dashed line and small filled dots refer to soil-pH versus treatment.

Mn.

"'s/kg dry herbage

400

Coco, %a 60000 <0000 200

20000

150 100 500

I k9/ha

pH

are somewhat tentative because there is a marked spreading of the observations. The lineindicates that acidification ofthesoilby oneunit pH increases herbage manganese to about twice its original value, and rendering the soilmore alkaline by applying calcium carbonate reduces herbage manganese to about half its original value per unit pH. The treatments quoted in table 1have been recalculated into kilograms of calcium carbonate and elementary sulphur per hectare on the assumption that 1ha = 1million kg of soil and that Sapplied to the soil is completely transformed into sulphuric acid. The relation between soil-pH and the amounts ofcalcium carbonate and sulphur in kg per ha isindicated by the narrow dashed line. It is seen that applications of calcium carbonate heavier than 10000result in a very slight further increase in pH and decrease in herbage manganese. This indicates that the pH causes the herbage manganese to decrease in away represented by the graph and not the calcium carbonate applied. REFERENCES 1. BONNET, J. A. and A. R. RIERA: Tracing the mineral from the soil to the plant to the animal blood. III. Effect of phosphorus and lime on the mineral composition of the soil and grass. / . Agric. Univ. Puerto Rico 33 (1949) 57-65. 2. CHRISTENSEN, P. D., S. J. TOTH and F. E. BEAR: The status of soil manganese as influenced by moisture, organic matter and pH. S.S.S.A. Proc. 15(1951) 279-282. 3. COPPENET, M. : Manganese deficiency in plants other than cereals in Brittany. C. R. Acad. Agric. 38 (1952) 193-195. 4. FERGUS, J. F . : Manganese toxicity in an acid soil. Queensl. J. Agric. Sei. 11(1954) 15-27. 5. FUJIMOTO, C. K. and G. D. SHERMAN: Behaviour of manganese in the soil and the manganese cycle. Soil Sei. 66 (1948) 131-145. 6. GAREY, C. L. and S. H. BARBERS: Evaluation of certain factors involved in increasing manganese availability with sulphur. S.S.S.A. Proc. 16(1952) 173-175. 7. HOSODA, K. and H. TAKATA: Studies on manganese deficient soils. / . Sei. Soil Tokyo 24 (1953) 10-14. 8. THOMPSON, F. C , E. G. CRIPPS and A. H. BURGESS: The effect of soil acidity on growth of hops. Some observations on manganese toxicity and induced iron deficiency. Wye Coll. Dept. Hop Res. Dept. 1949(1950)43-41. Received: 19 April 1962.

133

Mededeling 190 van het LB.S.

T H E S E P A R A T I O N O F O R G A N I C A C I D S F R O M LOLIUM PERENNE

L.

W. DIJKSHOORN AND J . E . M . LAMPE

INTRODUCTION

This communication summaries some observations on the behaviour of the main acids of LoliumperenneL.onexchangecolumns.Inadditionaprocedureisoutlined for the extraction of the acids from fresh herbage and the separation of the non-volatile organic acids from the cations, the ampholytes, the anions of the stronger mineral acids and the neutral constituents which are solublein hot water. The preparation obtained issuitable for partition chromatography because it can be dissolved to the concentration required and does not include the oxalicacid which givespoor results when submitted to partition chromatography on paper or silica gel.The oxalic acid is recovered separately during the isolation of the organic acids. SOME PRELIMINARY EXPERIMENTS

First it will be shown that the water soluble non-volatile organic acids are only partially adsorbed whenpassed through a strongly basicresin intheformate form. 3grams ofapowdered oven-dried herbage sample were suspended in 50 ml 0.04 N HCl, the suspension heated to boiling, cooled, made up to 100ml and filtered. The filtrate was neutralized, decationized and, slowly passed through a strongly basic resin column in the formate form. The exchange columns used are specified more in detail in the next section. The effluent was collected in 3ml fractions and when the extract had passed through the column elution of the acids adsorbed was effected with 0.1, 1.3 and 5 N formic acid in succession up to 120fractions. After evaporation on the water bath the residue of each fraction was dissolved in 5ml ofwater and titrated with 0.01 N NaOH to pH 8(glass electrode). The results are shownin figure 1.It is seenthat the acidity emerging inthe fractions 1

n ;

'

succinic

1

0.5

Meq extract

1

i malic 1

IAA

.50 30

0.1 1

3

^

5

10 30 50 70 90 fraction nr r

j |

o\

\

'

— -;Q—p-;-—-- citric !

o-;-b-:--'-- -:•-•'

i

1

;

:

- - - - - ^ ^ - -----

- -

FIG. 1. Acids emerging from the formate column during thepassage of thecrudeextract of the free acids(fractions 1-50) and during subsequent elution with 0.1, 1, 3 and 5 N formic acid (fractions 51-100). After titration the pooled fractions 1-50 gave the shaded and the pooled fractions 51-100 the unshaded spotson thepaper chromatogram.

135

!

i

o

!

1

"M i

3oL' h

• succinic

;

FIG. 2. Elution of the acids previously adsorbed on theOH~ resin with0.1, 1, 3 and 5 N formic acid in succession. The successivepeaks I,II and III have been pooled and chromatographed separately. The spotsaremarked by the different shadings.

Œim ï

50^ eq | è

i

•

IA I

70

maLic

20 30 ^ 0 fraction nr

10

i

-

O7-

i i

citnc

_ L _!_! phosph. J i gaLacturonic

cS>

-

• :•••-

:

I

1 to 50passed unadsorbed with the extract and exhibited no sign of separation. Continued elution with increasing concentrations of formic acid produced 3 peaks. The first (a)wasmainlymalicacid,the second (b) citric acid and the third (c)mainly phosphoric acid as appeared from paper chromatography, titration curves and phosphorus determinations. After titration the fractions 1-50 and 51-100 were pooled, decationized and evaporated to dryness.The residueswere dissolved in 3ml ofwater and 0.1ml of each of the solutions was submitted to paper chromatography according to the instructions of WOLFFGANG (1).The fractions 101-120 were discarded as they did not show measurable acidity. The chromatograms are also shown in figure 1.The unshaded spots were obtained from the formic acid eluate (fractions 51-100) and were found to correspondend to malic, citric and succinic acid. In addition there was an unidentified spot which was not always present in similar preparations. The shaded spots of lower mobility in solvent II resulted from the pooled fractions 1-50 which contained the acids passing the formate column unadsorbed. Another experiment was made in a similar way but the decationized extract was passed through a strongly basic anion exchange column in the OH^form prepared as specified in the next section. The column was washed with 25 ml of carbon dioxide free water and elution was effected with 0.1, 1,3and 5N formic acid in 5ml fractions. The results are shown in figure 2. The first acidity emerged in fraction 9 and acids continued to emerge from the column in 3peaks up to fraction 35. The fractions of each of the peaks I, II and III were pooled, decationized, evaporeated to dryness and submitted topaper chromatography. Thelocation ofthespotsindicatesthepresenceof malic, succinic and the unidentifiec acid in peak I, of malic and citric acid in peak II and of the unknown acids of lowmobility in solvent II in peak I. Peak III was phosphoricacid.Alarge spot of low mobility in both solventsisindicated as „galacturonic acid" as it happened to coincide with an authentic sample. The above evidence shows that complete adsorption of the acids from the decationized extract occurs with theOH~resin.When the extract ispassed through a formate resin a part of the acids remains unadsorbed. EXTRACTION AND ISOLATION FOR CHROMATOGRAPHY

To obtain sufficiently pure preparations of the acids for partition chromatography the following standard procedure was adopted. 136

FIG. 3. Assembly for extraction ofgrassand filtration ofcrudeextracts.

extract

Fresh herbage is clipped into 1cm sections and a weighed quantity, usually 15 grams, istransferred to a beaker. The beaker is suspended in a boiling water bath and steam is passed through the material for 10minutes for rapid inactivation of the enzymes. More water is added to suspend the material and this is thoroughly disintegrated by a short treatment with the „Ultraturrax" homogenizer. The slurry is transferred to a wide glass tube (fig. 3) with a constriction at the lower end provided with a glass wool plug. The constriction is closed with a rubber stop with an outlet tube connected with rubber tubing to a suction flask. The rubber tubing is closed with a screw clip. Steam is passed into the suspension and the liquid is sucked off each time thevolume has increased to about 125mlbypartial condensation of the steam. A total ofabout 500ml iscollected in the suction flask. The turbid green extract is freed from suspended material by passing it under suction through a filter prepared from cotton wool and powdered cellulosein a similar tube. The filtered extract isacidified byadding 3grams ofH+-sulphonicacid resin (Merck 1). After stirring for 10 minutes the tubidity is successfully removed by passing the acid extract through a filter of cotton wool-powdered cellulose under suction. The resin is collected by décantation and a few washings (which are added to the filter) and the washed resin is rinsed into a column tube which contains another 2grams of the fresh resin. The resin column (5 grams of sulphonic acid resin Merck I, 16 x 0.8 cm, H+) is used for the complete decationization of the extract by its subsequent passageat a rate of about 1 drop per second. The effluent is a clear yellow solution of free acids. Owing to the presence of a considerable amount of neutral substances it is difficult to prepare sufficiently concentrated solutions for partition chromatography on silica gel. The use of strongly basic anion exchangers in the OH~ form for the isolation of the anions is sometimes rejected because the conversion of carbohydrates into acidic compounds has occasionally been observed. The authors failed to detect any interference of this kind probably because very diluted extracts were passed through the column. Theexchange column used for theadsorption of theacidsisprepared by suspending 6 grams of the strongly basic anion resin (Merck, III, OH~) successively three times in distilled water (50 ml portions) and removing the water by décantation. A final washing is made with 50 ml 1N formic acid, which is removed by décantation. The resin is suspended in another portion of 50ml 1N formic acid and set aside until required. 137

For the preparation of the column the formic acid solution is decanted, the resin washed three times with distilled water and transferred to a tube. About 100ml water ispassed until the effluent isneutral to litmus. 100ml 1 N NaOH (fresly prepared from a concentrated carbonate free solution) is slowly passed through the column (1 drop per second) followed by 100ml carbon dioxide free water until the effluent is neutral to litmus. The column (6 grams of Merck TITstrongly basic anion resin, 12 x 0.8 cm, OH~) isused for the adsorption of the anions from the extract of free acids byslowly passing theextract through thecolumn. The neutral effluent which contains the carbohydrates etc. is discarded. After the passage 25ml of carbon dioxide free water isslowly passed through the column. Elution of the organic acids is effected by slowly passing 100 ml 5 N formic acid (1 drop per 3 seconds) through the column. The effluent contains the organic acids other than oxalic acid and phosphoric acid. When required for quantitative chromatography it is evaporated to dryness in vacuo. Oxalic acid and the stronger mineral acids remain absorbed on the resin and can be obtained by a second elution with 1N sulphuric acid. GROUP SEPARATION ON THE ANION RESIN

The preliminary experiments on preparations from dried herbage showed that a group separation might be obtained by passing the extract of free acids through a formate resin and subsequently through an OH~ resin. A part of the acids may remain unadsorbed on the formate resin and may become adsorbed during asecond passage through the OH~ resin. Sincethis behaviour seemsuseful from an analytical point of viewitwas studied further on an extract from fresh herbage prepared as described in the preceding section. The extract of the free acids was passed through a formate column(preparedasbefore bypassing 100ml 1 Nformic acidinsteadofNaOH through the washed resin) and theeffluent passed through an OH^column. Bothcolumns were eluted with 100ml 1N formic acid and the effluents evaporated to dryness on water bath. The residues were dissolved in 2ml of water each and 0.1mlofthe solution was submitted topaper chromatography. Theresult isshown infigure4.Theeluate from theformate column mainly contains citric, malic, succinic and malonic acid. In addition two spots show up in U.V. with blue fluorescence. Their quantities are too small for detection with the spray reagent

; succinic :

*

_ :.J-Q_!_.:...!..:

i

malonic

. ._0_:_..:. L !_.:.._'_ —: citric

.maLid

1

j

.\_z...,_a>u_.__L —: :-<äJ> 1— - : - - '• - -i-^-o--- — i

138

-: —

FIG. 4. Paper chromatography of the acids retained in the formate resin (unshaded) and of the acidswhichhavepassed the formate column unadsorbed and have subsequently beenadsorbed ontheOH resin column.Elutionwas effected with5Nformicacid.Thespotswhich showed up by bluefluorescencein U.V. are marked with b.f.

FIG. 5. Paper chromatography of a number of authentic samples applied as 0.03 ml 0.1 N solution to WHATMAN 1. Ascending method, solvents: I = ethanol-ammonia-water (80:4:16). II = n-butanol-formic acid-water (72:12:11) front distance 17 cm. Chlorogenic and caffeic acids were applied as 0.02 ml 0.01 N solutions and located by their blue fluorescence in U.V.

__

n t

;

.. < "

v

/~\ tartaric

; ~galacturoni

:

.

' j

'

!

. __'_

i

j

i

!

o - .; l _j:o, ; Lactic i (1^

-ketoglutaric - ; -->-/j —

maüc citric ! r~~\ isocitric w

.0 ,:

W

succinic '

maLonic •

0

i _ caffeic i

cisaconitic

O 0.5

.__ _._.

f umaric

i

.- . —

P i 1i ! i • '"'~^J i'

i• 1

chlorogenic

iUi •j :'i .1.1

/~^) quinic

i

: •..._.;

1

i

\J~.\ ----- ~! .:.-.'

; l i : I

(glucose-aniline). The fluorescence of the spot near to that of malic acid turns to light green after exposure of the chromatogram to the vapours of ammonia. This suggests its identity as a chlorogenic acid. The available sample of authentic chlorogenic acid showed a slightly different position on the chromatogram (compare figure 5). The position ofthe other fluorescent spot differs from that of authentic caffeic acid. The spots obtained from the eluate of the OH~column show the four unidentified acids of low mobility in solvent II. It seems that these acids are monofunctional and of equal or lower acidic strength when compared with formic acid. This may explain their passage through theformate resin intheunadsorbed state. Spots obtained by the application of authentic samples of different acids to paper chromatograms have been charted in figure 5. The chromatograms were prepared according to the instructions of WOLFFGANG (1). REFERENCE WOLFFGANG, H.: Mineralsäuren in Papierchromatogrammen pflanzlicher Extrakte. Naturwiss. 44 (1957) 538. Received: 19 April 1962.

139


PARTITION CHROMATOGRAPHY OF THE ORGANIC ACIDS OF LOLIUM PERENNE L. ON SILICA GEL COLUMNS W. DIJKSHOORN AND J. E. M. LAMPE INTRODUCTION

For the separation, identification and quantitative determination of plant acids partition chromatography with silica gel as the supporting medium has passed into common usage. The separation column is prepared by incorporating the stationary phase in the dry gel,suspending the gel in the solvent and allowing it to settle to a uniformly packed, column in a chromatographic tube.The sample containing the mixture of acidsis placed on top of the separation column and the solvents are passed through the column. The stationary phase isheld in thenetwork of submicroscopiccristals of thegel and distribution of the single acids between the stationary phase and the passing solvent proceeds according to their partition coefficients. The single acids are developed off the column in the order of diminishing partition coefficients in favour of the mobile phase and can be determined by titration of the effluent. ISHERWOOD (4) recommends the use of 0.5 N sulphuric acid in water (pH 0.55) as the stationary phase to reduce the ionization of the organic acids so as to give more linear partition isotherms. It is superior to the other strong mineral acids since its equilibrium concentration in the developing solvents remains lowenough not to interfere with the accuracy of the final titrations of the acids in the emerging solvent. It appeared that the separation of mixtures of the commom plant acids is best achieved by developing the column with a number of solvents of successively increasing concentrations of n-butanol in chloroform. Owing to the substantial differences in the partition coefficients for one solvent the resolution of a variety of acids with one solvent is not practical. Values are given for partition coefficients and the volumes of solvents required for elution of some of the common plant acids. Most ofthework published later isbased on ISHERWOOD'S instructions. The present work starts from the standard survey procedure for plant acids outlined by BULEN, VARNER and BURREL (1) which gives the solvents and their volume proportions to be passed through a column of 8grams of Mallinckrodt silica gel loaded with a mixture of about 100(i.-equiv. of each of the acids so that a satisfactory resolution is obtained. Solvent changes may cause irregularities in the elution peaks in the form of false additional peaks or „shoulders" if their elution coincides with the change from one solvent to the other. In thepresent work thechange of solvents was therefore made in less discrete steps by increasing the number of solvents and by partial diffiusion of the successive solvents within each other prior to their passage through the column. The solvents of increasing butanol concentration and correspondingly decreasing density were carefully layered one on top of the other in a narrow solvent reservoir and thereafter passed in succession through the separation column. Owing to the marked difference in refractive index the boundaries were clearly visible at first, but became more diffuse in the first few hours. During the slow passage of the solvents through the column the steepness of the gradients in the reservoir is considerably reduced by fur141

ther diffusion. Another advantage was that the solvents could be passed continuously in succession and no attention was required oncetheseparation had begun. To avoid the risk of leakage stopcocks and junctions in direct contact with the solvents under pressure were omitted in designing the apparatus. Depending on theparticle sizeof the silica gelused there may bemuch resistance to flowand a pressure head applied to the top of the solvents is usually desirable. Good separation demands that thecolumn runs with the utmost uniformity and the pressure should be kept constant during development. In the present design compressed air wasreduced to thepressure required bymeans ofan overflow tube suspended in water to a depth which increased according to the fall in thelevel ofthe solvents inthe reservoir. The total pressure which consists of the pressure head plus the hydrostatic pressure of the solvents in the reservoir was thus made largely independent of the stage of development. Difficulties have been reported in preparing sufficiently nonadsorptive silica gel for partition chromatography. ISHERWOOD (4)describes a procedure for preparing a nonadsorbent gelfrom water glass. It is substantially free from Fe and Al and the adsorption properties, particularly for oxalic acid, are removed by ageing and retreatment with hydrochloric acid. NIJKAMP (5) outlines a similar procedure which is less laborious. He used his preparation for the separation of the normal saturated fatty acids. The present authors prepared silica gel according to NIJKAMP, but instead of water glasssodium silicate(Merck, pure)wasused. Satisfactory resultswere obtained for the acids other than oxalic acids. The recovery of oxalic acid was low and variable. Since in the previous isolation of the organic acids on exchange columns oxalic acid was separated from the other organic acids (3) it could be used. The commercial preparation of Mallinckrodt recommended by BULEN, VARNER and BURRELwasfound to give similar results. It contains coarser particles and shows considerably less resistence to flow. Of course theresistance of the laboratory preparations could be reduced by removing the finer particles by sedimentation as recommended by other workers (1,2) and the resistance required could be obtained by mixing samples of different particle size. The method used inpreparing the sample determines theway of application. ISHERWOOD'S preparation includes the volatile acids and is a stable solution of the acids in 50 per cent tert-amylalcohol in chloroform. 2 ml is applied to the top of the column (3 grams of silica gel),allowed to drain into thegel and developed by passing the solvents, collecting in 2 ml fractions and titrating with 0.01 N baryta to pH 8.4 (thymol blue). More commonly the acids are obtained as a solution in water, evaporated to dryness and redissolved in a small volume of sulphuric acid solution corresponding with the stationary phase. In this casethe sample iscorporated into a small amount of silica gel which is transferred to the separation column (1, 2). In using columns of customary dimensions the sample should be incorporated in not more than 1 gram of silica gelwhich can still be accomodated, conveniently on the column. Larger sample quantities may result in the bands becoming more diffuse with a considerable loss in resolution. The permissible loading of the column is usually low as the partition coefficients do not often remain constant over a wide range of concentrations. Its change leads to an increase in the widths of the peaks and consequently to a poorer resolution of the single acids. Quantities in the order of 100 [x-equiv. of each of the acids can be separated on a column of 8grams of silica gel without serious overlapping (1). According to our present experience a satisfactory resolution is obtained with 4 grams of Mallinckrodt's or 2 grams of the laboratory preparations with the column dimensions and solvent proportions as specified below. 142

EXPERIMENTAL

a. Extraction and isolation of acids The acids are extracted and isolated by means of exchange columns as described in the previous communication (3),the anion exchange column is used in the OH~form. The eluate with formic acid is evaporated to dryness in vacuo in a 500 ml bolt-head flask. b. Determination of oxalicacid After elution of theother organic acidswith formic acid the anion exchange column iswashed with25ml ofwater and eluted a second timewith 100ml 1 N sulphuric acid. Theeffluent isheated to70°Candunder stirringslowlytitrated with 0.01 N permanganate to a pink shade. c. Preparation of solvents Useismadeof chloroform and n-butanol(Merck, for chromatogr.) previously saturated with 0.5 N sulphuric acid. 1liter of chloroform is shaken with 10ml 0.5 N sulphuric acid, the chloroform separated from the water layer and filtered through a dry paper filter to remove suspended droplets. In the following this solvent is referred to as CB0. 1liter n-butanol is shaken with 200 ml 0.5 N sulphuric acid, separated from the excessand filtered. These saturated solvents areused to preparethemixed solvents CB5, CB15, CB25, CB35 and CB50, the figure indicating ml butanol = b mixed with (100-b) ml chloroform by shaking, separation from the water which again separates after mixing the saturated chloroform and butanol, and filtration until clear. In addition CB10, CB20 and CB30 are prepared by mixing equal volumes of CB5 and CB15, CB15 and CB25, CB25 and CB35 respectively, when required. These solvents remain clear. d. Formation of theseparation column Mallinckrodt silicic acid (100 mesh, analytical reagent, suitable for chromatographic analysis bythemethod of RAMSEY and PATTERSON) or thelaboratory preparation is kept for a few days at 105°C in a drying cabinet. 4 grams of the dried preparation Mallinckrodt (about2grams ofthelaboratory preparation) isplacedin aglass mortar, 2.8 ml 0.5 N sulphuric acid is added and the mass is thoroughly homogenised with a glass pestle.Note :the manipulations with dry silica gel are carried out in a hood with a good draught to prevent inhalation of the airborne particles by the operator. Dry glasswareiskept availableinadryingcabinetatabout 50°C.Thepowder which should be superficially dry and free-flowing issuspended in20ml CB0. The chromatographic tube is closed at the bottom with a small plug of dry cotton wool and the suspension ispoured in. The mortar isrinsed with a few ml CB0 and the washings are added. Air pressure (about 1meter water) is applied to the top of the tube and the column is packed down by careful drainage until the surface is just dry. Thereafter 3ml CB0 is carefully placed on thetop ofthe column and thesampleisintroduced asunder e. e. Application of thesample When the 3ml CB0 is introduced care is exercised not to disturb the surface of the silica gelby using a pipette, the tip of which is lowered tojust above the gel. A dried warm funnel is placed on the tube and the dry free-flowing sample (for preparation seef) is transferred from the bolt-head flask into the chromatographic tube with a brush. Thewallsoftheflaskare carefully cleaned and thepreparation is quantitatively transferred without raising dust which might lead to perceptible losses. The sample 143

flowtube islowered to thedepth required for an adequate rate offlow(about 2ml per 5 minutes) and this is automatically maintained by the pressure device. The chromatographic tube should not be touched by hand because heat expansion of the air may also cause air bubbles to escape through the stratified solvents. The pressure required depends on the silica gel preparation. Mallinckrodt's commercial preparation is relatively coarse and the hydrostatic pressure of the solvents may suffice. In this case the overflow tube of compressed air is adjusted with its orifice at the water table (zero pressure) at the beginning of development. Some finer laboratory preparations may require a considerably higher pressure for a reasonable flow rate. The fraction collector is the „Pleuger-Universal J" with a turn table for 239 tubes of 25ml capacity. The intermittent siphon has a 2ml capacity and is devized for nonconducting liquids,the contact beingmade byand auxilliary siphonfilledwith salt solution. h. Chromatography Thepressure onthesolvents is increased until the siphon delivers its volume (2 ml) after about 5minutes each time. A total of about 385ml solvent ispassed through the column but due to some evaporational loss of solvent about 170 to 180 fractions are obtained. The fractions are titrated in the tubes with alcoholic 0.01 N NaOH, prepared by first diluting 5ml carbonate free 50per cent (w/w) NaOH in water (about 18N) with 95 per cent ethanol to 100ml and making up 10ml of this solution to 1liter with 95 per cent ethanol. The0.01 N NaOH isstandarized by titration of 100mlwith standard 0.1 N acid. The indicator solution is prepared by grinding 100mg of thymol blue in an agate mortar with 2.15ml 0.1 N NaOH and dissolving in 100ml ethanol. This gives monosodium salt at about 0.004 N. The fraction tube is clamped in a „microid shaker" (supplied by GRIFFIN and GEORGE Ltd) and 3 drops of the indicator solution are added. During titration the tube isvigorously shaken. Those fractions which contain acid show a pink colour, the others are yellow. This changes from yellow to green and finally to distinct blue which istheend point. Citricacid isrecognized byitsretarded virageto blue dueto the much weaker acidity of the third carboxyl. Here titration iscontinueduntiltheblue colour remains for 10 seconds. During titration one liquid phase is maintained but some of the acids precipitate as the sodium salts which is occasionally of diagnostic value. In the last fractions phosphates emerge from the column which can be recognized by Potentiometrie titration of the pooled fractions or by analysis. INTERPRETATION OF THE RESULTS

It is customary to plot equivalents per fraction against fraction number and each single acid may be obtained as a single peak at appropriate loading and solvent proportions. The area occupied by one substance indicates its quantity. At advancing development there is a regular increase in the width of peaks. It was found that if the fraction number isplotted on a logarithmic scale this effect is compensated. In the present work the subsequent titration values have been added and the total number of equivalents issued from the column is plotted against the number of fractions obtained.Thismethod exhibitsmore clearly thequantities involved ineach of the peaks. Instead ofpeakswavesareobtained and theheight ofeachwavecorresponds to the quantity of the particular acid and can be read directly on the ordinates. 146

FIG. 2. Chromatogramsofauthenticacidsmixture (120 ix-equiv.) and of the acids obtained from LoliumperenneL.bywater extraction and isolation by means of exchange columns.Wave a: unknown, b: succinicand malonic, c: unknown, d: malic, e: citric, f: possibly quinic, i: partly inorganic (phosphate). Ordinates: jj.-equiv. developedoffthecolumn,additive.Abcissae: fractions as percentage of their total number.

ueq 700

*

600

1

' authentic acids tartaric/

500 citric/' , ,f . .,rX- .

400

malic /

300 -

200 100

TT

succinic•'

:

, 1

, XT'"* fumaric .•' i ; 6 8 10

«0 60

100

2600 2400 2200

••¥•'

2000 1800 1600

acids of Lolium perenne, 15 g of fresh herbage

1400 1200 1000 800 600 400 200 6 8 10

20

40 60

100

The position of thewavesmay be indicated bythe „half-wave" fraction number. As mentioned before some variation in the loss of solvent may cause the total number of fractions to vary, but the total volume of solvent passed through thecolumn is always the same because evaporation occurs only during its passage from the column to the siphon (evaporation from the collecting tubes is not important). For this reason the number of fractions obtained is expressed as the percentage of the total number obtained intheexperiment and the position ofthewavesisthus made less variable in the records of different experiments. Fig. 2 illustrates some results. The chromatogram of the authentic acids refers to 120fi.-equiv. each of fumaric, succinic, malic, citric and tartaric acid. It is seen that waves are obtained of equal height and owing to the logarithmic scale used for the percentage fraction number the waves show the same slope since their widening is eliminated. When plotted inthis way not onlytheheight but also the slope ofthewave exhibits the quantity involved independent of the position of the wave. Theothergraph showstheacidsofLoliumperenneL.Themainacidsaremalic(d)and citric (e). The identity of the first wave (a) is unknown. Presumably it belongs to the group of acids which are not adsorbed on the exchange column in the formate form, as it occupies a similar position on the paper chromatogram (3). The second wave (b) 147

consists of succinic and malonic acid as shown by co-chromatography with authentic samples. Wave c could not be traced further because the amount present was too small. Wave fwhich emerges behind citric acid also seems to belong to the group not adsorbed by the formate exchange column and its position on the chromatrogram reminds of quinic or shicimic acid. After titration the fractions of each wave were pooled, the sodium salts extracted with water, decationized with a H+-resin and evaporated to dryness. The residue was dissolved until 0.1 N and submitted to paper chromatography as described before (3). SUMMARY

An apparatus is described for the continuous development of partition chromatographic columns with successive solvents of decreasing density. The resolution of a mixture of the acids obtained from the herbage of Lolium perenneL.is demonstrated. REFERENCES 1. BULEN, W. A., J. E. VARNER and R. C. BURREL: The separation of organic acids from plant tissues. Analyt. Chem. 24 (1952) 187-190. 2. DEKOCK, P. C. and R. I. MORRISON: The metabolism of chlorotic leaves.2 Organic acids. Bioch. J. 70 (1958) 272-277. 3. DIJKSHOORN, W. and J. E. M. LAMPE: The separation of organic acids from Lolium perenne L. Jaarb. l.B.S. 1962, 135-139. 4. ISHERWOOD, F. A. : The determination and isolation of organic acids in fruit. Bioch. J. 40 (1946) 688-695. 5. NIJKAMP, H. J. : A simple chromatographic method for the determination of the saturated straightchain fatty acids C10-C24. Analyt. Chim. Acta 10(1954) 448^158. Received: 19 April 1962.

148


DE BEPALING VAN RUW EIWIT IN WORTEL- EN KNOLGEWASSEN Voorlopige mededeling with summary CATHARINA L. HARBERTS en HENDRIKA A. SONNEVELD INLEIDING

De gehalten aan ruw eiwit in wortelen knolgewassen worden altijd bepaald in de verse brij van dit materiaal, waarin tevens het gehalte aan droge stof bepaald wordt voor de berekening van het gehalte in procenten van de droge stof. Het is voorgekomen, dat een heranalyse van het ruw eiwit in de gedroogde brij gevraagd werd. Het is bekend, dat dan andere waarden gevonden worden. Nu kwam het voor dat een onderzoeker aanvankelijk vroeg om het gehalte aan droge stof in het wortel- of knolgewas en later om het gehalte aanruw eiwit in het gedroogde materiaal. Naar aanleiding hiervan werd nogmaals in een aantal monsters ruw eiwit bepaald zowel in de verse brij als in het luchtdroge materiaal. METHODIEK

Voor dit onderzoek stonden ter beschikking: een aantal monsters stoppelknollen van praktijkproefvelden, een paar monsters voederbieten van drie speciaal voor dit doel aangelegde proefveldjes met verschillende N-bemesting, een willekeurige partij voederbieten enenigemonstersaardappelen vanverschillendeherkomst. Aanvankelijk werdenbepaaldruweiwitvolgens KJELDAHLindeversebrij, het gehalteaan droge stof van dezebrij enruweiwitvolgens KJELDAHLinhetluchtdrogemateriaal. Later werden van enkele monsters nog bepaald het gehalte aan werkelijk eiwit (in het verse materiaal), de pH en het gehalte aan nitraat. Het bleek, dat bij het routine onderzoek van een serie aardappelmonsters ook het gehalte aan ruw eiwit inclusief N0 3 -N in het gedroogde materiaal bepaald was. Hierop komen we later nog terug. Hieronder zullen de gebruikte analysemethoden in het kort worden aangegeven. Drogestof:eenafgewogen hoeveelheidvandegoedgemengdebrijwordtgedurende20uineendroogstoof bij 105°Cgedroogd,waarna hetgewichtsverlieswordt bepaald. Ruweiwit:eenafgewogen hoeveelheid vandebrij wordtmetwater ineendestructiekolf overgespoeld. Daarna voegtmentoeeenkatalysator,bestaandeuiteenmengselvanwatervrijnatriumsulfaat, kopersulfaat en selenium, geconcentreerd zwavelzuur en waterstofperoxyde 30%. Alshet peroxyde uitgewerkt is- na ongeveereenuur- wordteersthetwateruitdemassagekookt, waarna hetmateriaalgedestrueerd wordt. Na toevoeging van loog wordt degevormde ammoniak overgedestilleerd en opgevangen ineen bekende hoeveelheid gesteld zuur. RuweiwitinclusiefNOz-N (1):aan het luchtdroge gemalen materiaal wordt in de destructiekolf toegevoegd salicylzuur en geconcentreerd zwavelzuur, waarbij men er voor zorgt, dat de inhoud direct goed gemengd is.Na eenperiodevanminstenseenhalfuur, waarbij het salicylzuur omgezetwordt in nitrosalicylzuur door het nitraat uit het monster, reduceert men de nitroverbinding door toevoeging vannatriumthiosulfaat enzachtjes koken van devloeistof gedurende 5minuten. Vervolgenskan men opdebekendewijze destruerenendeammoniak overdestilleren. Werkelijkeiwit:een afgewogen hoeveelheid van de brij wordt op een Büchnertrechter uitgewassen met water; het nitraat wordt aangezuurd met een druppel ijsazijn. Men voegt vervolgens een verza-

149

digde calciumchloride-oplossing toe en verwarmt een half uur op het waterbad, om het eiwit in goed fütreerbare vorm te laten neerslaan. Hierna voegt men een 10%-ige oplossing van trichloorazijnzuur toe en vervolgens 96%-ige alcohol. Het residu op de Büchnertrechter wordt nu weer samengebracht met het op bovenbeschreven wijze behandelde nitraat, waarna men de massa goed doorroert. De volgende dag zuigt men het neerslag af en bepaalt in het filter + residu het ruw-eiwitgehalte volgens KJELDAHL. Dit isdan het gehalte aan werkelijk eiwit. Nitraat: (2, 3): aan het waterig extract van een bekende hoeveelheid materiaal wordt trichloorazijnzuur toegevoegd. Na goed schudden en aanvullen met water tot een bepaald volume filtreert men. Bij een deel van het filtraat wordt 1,2,4-xylenol (opgelost in 0,2 N NaOH) en geconcentreerd H 2 S0 4 gevoegd, waarna men de kolf waarin het mengsel zich bevindt direct afsluit en dan goed schudt. Na een half uur bij kamertemperatuur wordt met water verdund en vervolgens het gevormde nitroxylenol overgedestilleerd en opgevangen in een maatkolfje met verdunde NaOH. De concentratie van het nitroxylenol wordt spectrofotometrisch bepaald. RESULTATEN EN BESPREKING VAN DE UITKOMSTEN

A. V o e d e r b i e t e n . Fodder beets. TABEL 1. Ie bemonstering, brij pH : 6,1. 1st sampling. pulp Gehalten in % van de droge stof Contents in % of dry matter Nr. monster Sample number

kg N/ha NO,

100 200 400

0,76 0,66 1,28

ruw eiwit bepaald in vers materiaal crude protein determined in fresh material 7,8 7,3 9,1

B ruw eiwit bepaald in luchtdroog materiaal crude protein determined in air dry material 8,2 7,7 9,8

Verschil A-B Difference A-B

-0,4 -0,4 -0,7

TABEL 2. 2e bemonstering van dezelfde bieten (2weken later), brij pH : 6,0. 2nd sampling of same beets (after 2 weeks). pulp Gehalten in % van de droge stof Contents in % of dry matter Nr. monster Sample number

4 5 6

150

kg N/ha N03

100 200 400

0,97 0,93 1,11

ruw eiwit bepaald in vers materiaal crude protein determined in fresh material 8,6 8,6 9,2

B ruw eiwit bepaald in luchtdroog materiaal crude protein determined in air dry material


9,5 9,2 10,1

-0,9 -0,6 -0,9

TABEL 3. Monster 7(voederbieten van onbekende herkomst), brij Sample number 7(fodder beets of unknown origin). pulp

pH : 6,0.

Gehalten in % van de droge C intents in % of dry matt

Ruw eiwit Crude protein Werkelijk eiwit True protein Ammoniak Ammonia Nitraat Nitrate

stof er

bepaald in ve rs materiaal determined in fresh material

bepaald in luchtdroog materiaal determined in air dry material


6,9

7,3

-0,4

2,0

2,2

0,10

0,06

!

-0,2 0,04 i

0,68

Uit de tabellen blijkt dat in sommige gevallen de verschillen tussen de gehalten aan ruw eiwit bepaald in het versemateriaal, resp.inhet gedroogdemateriaal, nog toelaatbaar, in velegevallen echter veel te groot zijn. Bijvoederbieten (tabel 1 en 2)iser geen duidelijke invloed van de N-bemesting op de grootte van het gevonden verschil. Wel ishet verschil steedsnegatief, terwijl het bij aardappelen (tabel 5,6, 7en 8)steedspositiefis. Bijaardappelen kanmenevenmin een zeer grote invloed van de N-bemesting op de grootte van het genoemde verschil constateren. Bij stoppelknollen (tabel 4) daarentegen isbij delage N-bemestingen het verschilweleenspositief, hoewel ook vaak negatief, terwijl het bij de hoge N-trappen altijd duidelijk negatief is. De resultaten van tabel 5doen vermoeden, dat bij aardappelen de grootte van het verschil afhankelijk is van het ras. Om te trachten een verklaring voor deze waarnemingen te vinden, werd in de literatuur gezocht naar gegevens over de chemische samenstelling, speciaal wat betreft de stikstofhoudende bestanddelen, van de onderzochte produkten. MANGOLD (4) geeft aan, dat het ruw eiwit van produkten als voederbieten en stoppelknollen voor een groot deel bestaat uit amiden en nitraten, terwijl het ruwe eiwit van aardappelen voor het grootste deel uit amiden bestaat. Bij normale aardappelen - dus niet diewelke afkomstig zijn van proefvelden met extreme N-bemestingen - kan men geen hoog nitraatgehalte verwachten. Met deze gegevens kan men reeds een en ander verklaren. Droogt men bieten en stoppelknollen, dan kan wel amide-N verloren gaan, doch al het oorspronkelijk aanwezige nitraat blijft in het luchtdroge materiaal behouden. Bepaalt men hierin het gehalteaan ruw eiwit volgens KJELDAHL, dan zalhet nitraat geheel of gedeeltelijk (n.1. bij de hoge gehalten) meebepaald worden. Bepaalt men echter het gehalte aan ruw eiwit in de verse brij, dan wordt het nitraat niet of slechts voor een gering gedeelte meebepaald, daar met het verdampen van het water uit de brij het salpeterzuur grotendeels vervluchtigt. Bij aardappelen daarentegen, die betrekkelijk veel zuur amide-N bevatten en slechts weinigN 0 3 enNH 3 -N (5),kan bij dedrogingeengroot deel van de zuuramide-N (en de NH 3 -N) verloren gaan, waardoor in het gedroogde materiaal altijd een te laag gehalte aan ruw eiwit gevonden wordt. Dit blijkt uit de cijfers van tabel 7. Vanzelfsprekend moet het gehalte aan ruw eiwit inclusief alle N0 3 -N hoger zijn dan het gehalte aan ruw eiwit bepaald op denormale wijze,waarbij dus,daar deze bepaling in de brij uitgevoerdwordt, niet alleNO s -N meebepaald wordt.Dat desondanks lagere 151

TABEL 7.

Ras

Variety

Bintje. Gehalten in % van de droge stof Contents in % of dry matter

Nr. monster Sample number

53 54 55 56 57 58 59

Bemesting Treatment N-P-K

N N N

P P P

K

A j ruw eiwit bepaald in vers materiaal

! B ruw eiwit inclusief N 0 3 - N ; | bepaald in luchtdroog materiaal crudeprotein crude protein determined in ' including N03-N fresh material determined in air dry material

N03

0,01 0,01 0,14 0,13 0,02 0,02 0,02

4,7 5,2 11,0 10,8 5,4 5,0 7,3

5,5 5,7 12,1 11,6 6,0 5,6 8,1


0,8 0,5 1,1 0,8 0,6 0,6 0,8

N:500kgN/ha P: 1000kgP 2 OJha K: 1000kgK 2 O/ha TABEL 8.

Nr. monster

Sample number

Ras 60. ' Variety

Libertas.

brij pH:6,l. pulp Gehalten in % van de droge stof Contents in % of dry matter

Ruw eiwit Crude protein Werkelijk eiwit True protein Nitraat Nitrate

bepaald in vers materiaal determined in fresh material

B bepaald in luchtdroog materiaal determined in air dry material


7,7

7,1

0,6

3,6

3,1

0,5

0,04

55°C. In geen van de gevallen kon aangetoond worden, dat het zwavelzuur ammoniak geabsorbeerd had. Bij devoederbieten werd het gehalte aan NH 3 van de verse brij en van het luchtdrogemateriaal bepaald. Dit was laag (tabel 3). Vermoedelijk zullen dus andere N-houdende verbindingen vervluchtigen bij het drogen van de brij. Er zal nog worden nagegaan welke stoflen dit zijn. Om na te gaan of het vervluchtigen van een deel van de N-houdende verbindingen tijdens het drogen van debrij ook eenmerkbare invloed ophetdroge-stofgehalte heeft, werden enkele manieren van bepalen van de droge stof vergeleken, o.a. de normale bepaling, waarbij de brij betrekkelijk snel in vochtdoosjes direct bij 105°C gedroogd wordt en de wijze waarop de droge-stofbepaling bij de meeste andere gewassen gebeurt, n.1. drogen van een veel grotere massa in de droogstoof tot luchtdroog en be154

palen van het gehalte aan vocht van het gemalen luchtdroge materiaal. Ook werd het vochtgehalte nog bepaald met behulp van de destillatie met tolueen. De eerste indruk is, dat het niet noemenswaard uitmaakt welke wijze van bepalen van het gehalte aan droge stof men kiest. CONCLUSIES

1. De bepaling van het gehalte aan ruw eiwit in wortelen knolgewassen moet altijd in de verse brij gebeuren. 2. Bepaalt men het gehalte aanruw eiwit bijvoederbieten in het luchtdroge materiaal, danvindt men hogerewaarden;eris(althans bij deenkelemonsters dieter beschikking stonden) geen duidelijke invloed van de N-bemesting waarneembaar. 3. Bepaalt men het gehalte aan ruw eiwit bij stoppelknollen in het luchtdroge materiaal, dan vindt men bij de lage N-trappen nu eens hogere, dan eens lagere gehalten dan wanneer menhetruw-eiwitgehaltein het verse materiaal bepaalt. Bij hoge Intrappen vindt men altijd hogere waarden. 4. Na hoge N-bemestingen kunnen stoppelknollen vrij veel nitraat bevatten, dat gedeeltelijk als ruw eiwit wordt bepaald. 5. Bij aardappelen vindt men in het luchtdroge materiaal altijd een lager gehalte dan in de verse brij. Er isgeen duidelijke invloed van de N-bemesting op de grootte van het verschil. 6. Bij aardappelen isvastgesteld, dat de grootte van het verschil in de gevonden ruweiwitgehalten afhankelijk is van het ras. The determination of crudeprotein in root crops Preliminary communication 1. The determination of the crude protein content of root crops should be carried out in the fresh pulp. 2. If the determination in fodder beets is carried out in the air dry material, higher values are found. No distinct influence of the N-supply was observed in the few samples available. 3. If the determination of crude protein in stubble turnips is carried out in the air dry material,sometimeshigherandsometimeslowercontentsarefound than inthe fresh pulp at the lowN-supplies.At high N-supplies onealwaysfinds highervalues. 4. The nitrate content of stubble turnips of high N-supplies may be rather high. This substantially increases the crude protein content. 5. In potatoes always a lower crude protein content is found in the air dry material than in the fresh pulp. No distinct influence of the N-supply isfound on the magnitude of the difference. 6. The value of the difference between air dry and fresh sample contents found in potatoes depends on the variety. LITERATUUR 1. DEUS, W . B.: De bepaling van totaal-stikstof in gewasmonsters, inclusief nitraat-stikstof. Jaarb. I.B.S. 1961,89-91. 2. Methoden van Onderzoek. Rijkslandb. proefst. Maastricht Serie N nr. 10. 3. HARBERTS, C L . und G. THIJSEN: Die Nitratbestimmung in Pflanzensubstanz. Land»'. Forsch. 13 (1960) 128-134. 4. MANGOLD, E.: Nährstoffe und Futtermittel. Handbuch der Ernährung und des Stoffwechsels der Landwirtschaftlichen Nutztiere 1(1929) 334, 336. 5. SCHICK, R., e s . : Die Kartoffel 1 (1961) 218. Ontvangen: 13april 1962.

155


KOPERGEBREK EN KLINISCHEVERSCHIJNSELEN BIJHET RUND, MEDE IN VERBAND MET DE ONTWIKKELING VAN HET DIER EN MET DE WATERHUISHOUDING VAN DE BOVENGROND with summary J. HARTMANS INLEIDING

Voor eenvruchtbaar onderzoek ishetnodig,dat menweetwelkeklinische verschijnselen typisch zijn voor een lage koperstatus bij het rund. In deliteratuur zijn bij kopergebrek een groot aantal afwijkingen inde gezondheidstoestand beschreven. Als zodanig worden genoemd:chronische diarree, verschillende haarafwijkingen, slechte ontwikkeling, lusteloosheid, hoogbenigheid met opgetrokken buik en een aantal beenafwijkingen ; deze verschijnselen kunnen gepaard gaan met eenverlaagdemelkproduktie, eenverlaagd melkvetgehalte eneenverminderde vruchtbaarheid (2,4,6, 7,12). In 1941meende FRENS (3)reeds aanwijzingen te zien, dat kopergebrek bij het rund zich niet altijd op de zelfde wijze uit. Hij onderscheidt drie vormen van kopergebrek, nl. 1. „de heidezand-heideveen-vorm", waarbij likzucht het hoofdsymptoom is; het is aannemelijk dat dezevorm veeleer een gevolgisvan eentekort aan cobalt dan van kopergebrek (7); 2. „deZuiderzeezand-vorm",waarbij weidediarree hethoofdsymptoom is,terwijl ook dedepigmentatie van het zwarte haar op devoorgrond treedt; 3. „de laagveen-vorm", welke het minst typisch is.De verschijnselen zijn: achter blijven in ontwikkeling, vermagering, dor haarkleed, soms tevens depigmentatie van de zwarte haren rondom de ogen. Het is bovendien uit de praktijk bekend, dat in een zelfde gebied de verschijnselen nietopallebedrijven gelijk zijn (6,11,12). Zo wasinZuidwest-Friesland soms diarree het hoofdverschijnsel, in andere gevallen de haarafwijkingen of de- ten opzichte van de romp - te zware en te oude kop. Bij een onderzoek op 39bedrijven in Friesland viel het ons op, dat in verschillende gevallen een lage of zeer lage koperstatus bij weidende runderen voorkwam, zonder dat één of meer der in de literatuur bij kopergebrek beschreven symptomen werden waargenomen. Dit was vooral het geval op een aantal bedrijven op zandgrond en op knipklei. Opveengrond, op klei-op-veenen oplagevenigezandgrond werden daarentegen bij een sterk verlaagde koperstatus der dieren welsteedsklinische verschijnselen aangetroffen, zijhetinuiteenlopendemate. Opvallend wasdat opdezegronden, veelal tengevolge van het herhaald optreden van tijdelijke waterstagnatie, tevens steeds duidelijke reductieverschijnselen (grijze en vlekkerige tinten, bruine roestsporen) in de zodelaag voorkwamen. Op eenzelfde bedrijf en bij dezelfde koperstatus treden de verschijnselen in verschillende jaren niet in gelijke mate op; tijdens de droge en zonnige zomer en herfst 157

van 1959 werden bij gelijke kopergehalten van het bloedserum „kopergebreksverschijnselen" in minder gevallen en in geringere mate aangetroffen dan in het vrij natte jaar 1958(11). MYLREA (9)induceerde bijjonge stieren op stallagekopergehalten in leveren bloed, evenwel zonder dat klinische verschijnselen van kopergebrek te voorschijn kwamen. Dat op stalrantsoenen kopergebreksverschijnselen zeker niet algemeen optreden, blijkt ook uit de vermelding van MILLS en FELL (8) dat zij er voor de eerste maal in geslaagd zijn bij schapen swayèac/c-verschijnselen op te wekken op een kunstmatig rantsoen. ALLCROFTen LEWIS(1)vermelden gevallen,waarbij runderen dieindeweide blijven duidelijke klinischeverschijnselen vertoonden, terwijl dieren op stalmet dezelfde lage koperstatus geen duidelijke tekenen van kopergebrek lieten zien. Zij veronderstellen dat eenvorm vanstress nodigisom klinischeverschijnselen op te wekken. Bij dit alles rijst de vraag, of de in deliteratuur aan kopergebrek toegeschreven verschijnselen wel alle een oorzakelijk verband hebben met dit gebrek. De mogelijkheid moet immers niet worden uitgesloten, dat verschillende van deze verschijnselen niet oorzakelijk met kopergebrek samenhangen, doch geïnduceerd worden door factoren die, zonder een gevolgtezijn van kopergebrek, daarmee alsregel wel samengaan. Tijdens een eerder onderzoek (10, 11) werden bij weidende runderen zowel waarnemingen verricht omtrent de koperstatus als over de klinische verschijnselen. In het hiervolgende ishet verband tussen dezetwee factoren nader bestudeerd. Daar het was opgevallen dat op gronden, waar spoedig waterstagnatie en reductieverschijnselen in de bovengrond voorkwamen, veelvuldiger klinische verschijnselen optraden dan op goed doorluchte gronden, zijn de verschijnselen bij het dier tevens bezien in verband met de waterhuishouding op de bedrijven. Ook is nagegaan in hoeverre de klinische verschijnselen en de ontwikkeling der dieren samenhangen en in welke mate de verschijnselen in een droog en in een vrij nat jaar optreden. WERKWIJZE

Op 39 bedrijven in de provincie Friesland zijn in de zomer en herfst van 1958 en 1959geregeld dierkundige inspecties uitgevoerd. Ieder bedrijfis in beidejaren tevens minstens eenmaal beoordeeld tezamen met dr. J. VAN DER GRIFT (Instituut voor Veevoedingsonderzoek „Hoorn" te Hoorn). Van de kalveren, pinken (1-tot 2-jarige dieren) en koeien van eenbedrijf werd afzonderlijk eenbeoordeling gemaakt. Vervolgens isbij dezedrie groepen dieren op een bedrijf per verschijnsel een gewicht toegekend al naar de mate van optreden gedurende de betreffende weideperiode. Dit geschiedde volgens de onderstaande normen: gewicht 0 verschijnsel afwezig; gewicht 1 verschijnsel in lichte mate optredend of slechts bij enkele dieren; gewicht 2 verschijnsel in ernstige mate optredend en vrij algemeen. Het gewicht van een verschijnsel op een bedrijf kan in een bepaaldjaar dus uiteenlopen van 0(in 't geheel niet voorkomend) tot 6(zowel bij kalveren, pinken als koeien algemeen voorkomend). Een overzicht van de onderscheiden klinische verschijnselen en hun gewichten is in tabel 1gegeven. Tevens zijn de gewichten voor dejaren 1958 en 1959 afzonderlijk vermeld en wel voor die bedrijven, die in beidejaren voldoende vergelijkbaar zijn wat betreft de koperstatus van de dieren. Voor wat betreft de koperstatus van de rundveestapels hebben wij ons gebaseerd op het gemiddelde kopergehalte van het bloedserum van vijf 1\- à2-jarige vrouwelijke runderen per bedrijf, bemonsterd aan het eindevan deweideperiodevan 1958.Op een deelderbedrijven isin 1959dekoperstatusvan dezecategoriedierendoor kopertoedieningbeïnvloed. Op de overigebedrijven, waar geen koper isverstrekt, werden in beide 158

jaren vrijwel gelijke waarden gemeten. Het lijkt ons derhalve gewettigd de in 1959 waargenomen klinische verschijnselen eveneens te bestuderen in verband met de kopertoestand op de bedrijven in 1958. (De groepen dieren die koperzouten kregen toegediend laten wij buiten beschouwing). Aangezien de bloedbemonstering geschiedde op de leeftijd, waarbij onder Nederlandse omstandigheden de koperstatus van het rund het laagst is (einde van de weideperiodevan het tweede levensjaar) (5),magworden aangenomen: a. dat op bedrijven, waar het kopergehalte van het bloedserum van dezedieren niet of nauwelijks verlaagd was,dit ook bij de overige leeftijdsgroepen niet het geval is; en b. dat op bedrijven, waar het kopergehalte van het bloedserum bij de bemonsterde groep dieren daalt beneden ± 0,20mgper liter, tenminste ook bij de koeien sprake isvan een belangrijk kopertekort in de herfst (5). Aan dehand van dekopergehalten van het bloedserum der pinken zijn de bedrijven in drie groepen ingedeeld, te weten: de 10bedrijven met dehoogste waarden, welkebleken tevariëren van 0,45- 0,66 mg Cu per 1 serum (verkregen van gestold bloed); de 10bedrijven met de laagste waarden, variërende van 0,09 - 0,17 mg Cu per 1 en de overige 19bedrijven, waarop de kopergehalten van het bloedserum bleken te variëren van 0,18 - 0,42 mgper 1.Aangetoond kon worden dat de twee uiterste groepen - ondanks de individuele variatie der dieren - zeer belangrijk verschillen in kopergehalte van het bloedserum (P < < 0,01). Vervolgens is nagegaan met welk gewicht elk der klinische verschijnselen voorkomt in de drie groepen; uit deze waarden en uit de verwachtingswaarden bij een normale verdeling is berekend in hoeverre in dit materiaal deverschijnselen - hoe dan ook - samengaan met hoge en met lagekopergehalten van het bloedserum. De uitkomsten van deze bewerking zijn vermeld in tabel 1. In deze tabel is op soortgelijke wijze aangegeven in hoeverre de klinische verschijnselen bij het dier samengaan met de ontwikkeling van de dieren en met de mate van optreden van reductieverschijnselen in de bovengrond. De ontwikkeling werd afgeleid uit de borstomvang van de pinken. Deze was, gelijktijdig met de bloedbemonstering, gemeten aan het eindevan deweideperiode. Per dier werd een uit het totale materiaal afgeleide correctie toegepast voor leeftijdsverschillen tussen de dieren. Het verschil in ontwikkeling tussen de 10bedrijven met de zwaarst ontwikkelde en die met deslechtst ontwikkelde pinken was wederom zeer belangrijk (P < < 0,01). Aangezien een verband tussen dejeugdontwikkeling en de verdere ontwikkeling der dieren aannemelijk is (10), menen wij de ontwikkeling van de pinken te mogen hanteren als bruikbare maat voor de ontwikkeling van de gehele rundveestapel op een bedrijf. Demate,waarin opdebedrijven reductieverschijnselen indebovengrond ( ± 30cm) optreden, is beoordeeld aan de hand van profielonderzoek, waarbij ir. J. CNOSSEN (Stichting voor Bodemkartering te Bennekom) ons criteria verstrekte voor de beoordelinghiervan.Alsbelangrijkste reductieverschijnselen wordenbeschouwd:grijzeenop zeer korte afstand fluctuerende tinten, roestconcreties in wortelgangen of elders. Deze verschijnselen zijn veelal het gevolg van het herhaald optreden van tijdelijke waterstagnatie in debetreffende bodemlaag; dergelijke gronden zijn somsbovendien droogtegevoelig (bv. knipklei). De gegevens uit het profielonderzoek zijn aangevuld met waarnemingen over het optreden van waterstagnatie. Op deze wijze was het mogelijk debedrijven terangschikken indeeerdervermeldedriegroepen, ni.metgeen ofweinig, met duidelijke en met zeer duidelijke reductieverschijnselen. 159

Demineralesamenstellingvanhet weidebestand werdoptweetijdstippen gedurende deweideperiode (midden meien eind augustus) eveneensvastgesteld. Gezien deonvoldoende omvang van dit materiaal en het vrijwel ontbreken van op de voorgrond tredende samenhangen tussen de minerale samenstelling van het weidebestand en de klinische verschijnselen bij het dier, wordt hier afgezien van een weergave van het cijfermateriaal; dit iselders in gestencilde vorm openbaar gemaakt (11). BESPREKING VAN DE UITKOMSTEN

De klinische verschijnselenin verbandmet de koperstatus Uit het betreffende deelvan tabel 1 blijkt in deeersteplaats, dat alleen dedepigmentatie van het haar - zich meestal uitend als een kring van grijze in plaats van zwarte haren rond de ogen, doch soms ook als stekelharigheid over het gehele lichaam uitsluitend voorkomt bij een verlaagde koperstatus. Anderzijds is het niet zo, dat bij een lage of bij een zeer lage koperstatus deze grijze haarverkleuring steeds optreedt. Is dus de haardepigmentatie beperkt tot een slechte koperstatus - hoewel lang niet steeds daarbij optredend -, de overigeonderscheiden verschijnselen (behalve koehakkigheid, waarvan het aantal gevallen echter zeergeringis)komen allenietalleen bij een slechte, doch ook bij een goede koperstatus voor. Een aantal van deze verschijnselen vertoont evenwel een duidelijk samengaan met een lage koperstatus. Als zodanig zijn te noemen: chronische diarree en in iets mindere mate de witte diarree bij kalveren, haarafwijkingen - met name open en ruig haar op de schoft - en verdikte epiphyse (beenwoekering aan debovenkant van het kootgewricht.) Evenals dehaardepigmentatie treden chronische diarree, witte diarree bij kalveren, ruig en open haar op de schoft en verdikte epiphyse lang niet in alle gevallen van een lage koperstatus op. Daarbij merkten wij op, dat bij een lage koperstatus op sommige bedrijven het eneverschijnsel werd waargenomen, op andere bedrijven een ander, terwijl vaak ook meer dan een en in weer andere gevallen geen of nauwelijks waarneembare afwijkingen voorkwamen. Uit het totaal der gewichten der klinische verschijnselen bij eengoede enbij een zeer lagekoperstatus (tabel 1)blijkt duidelijk datbij lagegehalten vanhet bloedserum meer eninsterkeremateafwijkingen bijhetdier zijn teverwachten danbijnormale gehalten. De klinische verschijnselen inverbandmet de ontwikkeling Uit ons materiaal blijkt geen duidelijk verband tussen de ontwikkeling der dieren en hun koperstatus. Klinische verschijnselen, die duidelijk frequenter voorkomen bij een slechte ontwikkeling der dieren zijn: licht beenwerk, smalborstigheid, hoogbenigheid - gepaard gaandemet een onvoldoend diepebuik -, ruig en open haar op de schoft enwitte diarree bij kalveren (waarbij de slechte ontwikkeling wellicht een gevolg is van de diarree in de jeugd). Iets minder duidelijk gaan met een slechte ontwikkeling samen: longworm bij de kalveren (hiervoor geldt een zelfde opmerking als bij witte diarree), dof haar en kreupelheid ten gevolge van klauwafwijkingen (waarschijnlijk een gevolg van het slechter ontwikkelde beenwerk). De verdikte epiphyse komt daarentegen veelvuldiger voor bij een goede ontwikkeling. (Dit iswaarschijnlijk het gevolgvan een zwaardere belasting van beenwerk en gewrichten). De klinische verschijnselenin verbandmet dewaterhuishouding Het verband tussen het optreden van reductieverschijnselen in de bovengrond van het weiland en kopergebrek bij het rund büjkt duidelijk uit de waarneming, dat een 160

lagekoperstatus, alsmede de depigmentatie van het haar, niet werden aangetroffen op bedrijven met geen of weinig reductieverschijnselen (tabel 1). Diarree en weke ondervoet blijken eveneens in zeer duidelijke mate samen te gaan met het optreden van reductieverschijnselen in de bovengrond. Steile stand en witte diarree bij kalveren komen op dezegroep bedrijven eveneens frequenter voor; in mindere mate geldt dit voor de overige haarverkleuringen (vooral bruine verkleuring van het zwarte haar en vuilgele verkleuring van het witte), dof haar, ruig en open haar op de schoft en voor hoogbenigheid. Op bedrijven met veel reductieverschijnselen in de bovengrond is de ernst en de frequentie derverschijnselen intotaaltweemaalzogroot alsopbedrijven zonder wateroverlast. Hoewel het aannemelijk is, dat dit vooral een gevolg is van (micro-)klimatologische invloeden (koude, natte grond, sterkere infectie met parasieten), kan dit mede beïnvloed zijn door een andere samenstelling van het weidebestand (vochtgehalte, botanische of chemische samenstelling). De klinische verschijnselen in tweesterk vanelkaar afwijkende jaren In de 3e en 4e kolom van tabel 1zijn de gewichten van de onderscheiden klinische verschijnselen in 1958en in 1959 naast elkaar geplaatst. Op deze wijze is het mogelijk een vergelijking te maken tussen het overwegend natte jaar 1958 en de zeer droge en zonnige zomer enherfst van 1959. Het valt hierbij op, dat verschillende afwijkingen in het drogejaar 1959 belangrijk minder voorkwamen; dit geldt voor chronische diarree, haarafwijkingen - met name dofheid van het haar -, kreupelheid ten gevolgevan klauwafwijkingen en weke ondervoet. Het betreft dus een aantal gemakkelijk opvallende verschijnselen. Hiervan worden de eerste twee vaak in verband gebracht met kopergebrek; toch waren de kopergehalten van het bloedserum in beidejaren niet verschillend. Enkele beenafwijkingen, namelijk onderstandigheid, koehakkigheid en Franse stand, kwamen inhet drogejaar juist veelvuldiger voor. NABESCHOUWING

Uit het samengaan van haardepigmentatie, open en ruig haar op de schoft, chronische diarree, witte diarree bij kalveren en verdikte epiphyse met een lage koperstatus mag niet zonder meer worden geconcludeerd, dat er een oorzakelijk verband bestaat tussen kopergebrek en deze verschijnselen. Het is zeer wel mogelijk, dat zowel kopergebrek als dezeverschijnselen onder invloed staan van een factor, welke wij niet in beschouwing hebben genomen. Voor het aantonen van oorzakelijke verbanden zijn dierproeven nodig, waarbij alleen de te onderzoeken factor wordt gewijzigd. Door het verstrekken van kopersulfaat-bevattende mineralenmengsels aan opgroeiende runderen kon een belangrijke vermindering van defrequentie en demate van optreden van bovengenoemde verschijnselen worden verkregen (11); alleen voor witte diarree liet de proef geen conclusie toe. Het is daarom zeer waarschijnlijk, dat het optreden van deze verschijnselen niet alleen samengaat met, maar ook inderdaad beïnvloed wordt door de koperstatus van het dier. Bij de bespreking der uitkomsten werd opgemerkt, dat deze verschijnselen - uitgezonderd haardepigmentatie - ook kunnen optreden bij een goede koperstatus der dieren. Daar het hier verschijnselen betreft die zeer waarschijnlijk oorzakelijk samenhangen met een lage koperstatus, zou dit betekenen dat dergelijke verschijnselen door meer dan éénfactor kunnen worden opgewekt. Impliceert het optreden van een door de koperstatus beïnvloed verschijnsel- behalve haardepigmentatie - niet noodzakelijkerwijs een lage koperstatus, van de andere kant 161

T A B E L 1. Klinische verschijnselen bij h e t r u n d in s a m e n h a n g m e t k o p e r s t a t u s en o n t w i k k e l i n g v a n het dier en m e t de m a t e v a n o p t r e d e n v a n reductieverschijnselen in d e b o v e n g r o n d . Gewicht toegel

Verschijnsel bij het dier Symptom in the animal 1 ) totally

Sterk verlaagde koperstatus (bij pinken) Low copper content of blood serum (in yearlings) Slechte ontwikkeling (van pinken) Poor development (of yearlings) Witte diarree (bij kalveren) White scour (in calves) (Escherichia coli) Longworm (hoesten) (bij kalveren) Lungworm (Dictyocaulus) infection (in calves)

20 20 20

Haardepigmentatie (grijze verkleuring) Grey depigmentation (of black hairs) Overige haarverkleuringen Other hair discolourations Dofheid van het haar Dull coat (loss of bloom) Ruig en open haar op de schoft Staring coat on withers Chronische diarree Scouring (chronic diarrhoea) Licht beenwerk Light bone structure Smalborstigheid Narrow chest Hoogbenigheid (met ondiepe buik) Stirky Weke ondervoet (weke koot, lange tenen, gebroken hoefas) Weak in pastern and fetlock (weak pastern, long claw, dropping of fetlock) Kreupelheid t.g.v. klauwafwijkingen Foot lameness Verdikte epiphyse Thickening of epiphysis Grof kootgewricht Coarse fetlock Overkoten Overknuckling Reebenen Thickening of outside of hock Grof spronggewricht Coarse hock Steile stand Straight legs Onderstandigheid Underpinning Koehakkigheid Bent hock Franse stand Splayed feet X-benigheid Cow hock Totaal gewicht der verschijnselen Total weight of the symptoms Verwachte verhouding bij normale verdeling Expected ratio at normal distribution

55

26

31

15

9

35

13

9

16

4

13

9

99

49

21

61

32

22

34 43

|

19 39 142

29

7

6

14

10

78

46

28

24

0

30

9

11

65

30

30

15 29

!

25

12

12

113

45

44

53

8

41

16

4

12

35

7

16

32

10

11

415

350

999

1:1

') The author is indebted to Dr. Tj. Bakker (Poole, Dorset) for the translation in English of the clinical symptoms. ') De significantie heeft betrekking op het verschil tussen de twee uiterste groepen. ** = P < 0,01 * = P < 0,05 (*) = P < 0,20 The significance refers to the difference between the two extremes. ** = P < 0.01 * = P < 0.05 (*) = P < 0.20

162

TABLE 1. Clinical symptoms in cattle in relation to the copper status and development of the animal and the degree of occurrence of reduction symptoms in the top-soil. iet verschijnsel / Weight attached to the symptom op groepen bedrijven met / at groups offarms with

1 oed 'rmal

j verlaagd j zeer Jaag depressed very low i 1

Cu-gehalte bloedserum Cu-eontentofbloodserum

-

-

!

-

1

9

i

4

1

.1

17

19

|

19

14

1 j

17

0

significantie 2) significance2)

-

goede good

j matige moderate

! ontwikkeling development

9

6

-

8

<*)

**

slechte poor

5

-

0

13

7

7

28

20

9

14

8

6

17

12

6

18

11

7

12

1

15

5

16

13

9

14

1

20

(*)

3

26

14

10

61

28

*

26

39

34

21

24

16

1

38

22

4

7

8

0

9

10

14

13

12

4

17

18

31

74

37

29

77

36

3

10

7

1

6

13

11

22

22

0

8

23 16

12

16

9

14

20

(*) (*) (*)

7

62

30

**

** * *

14

24

23

3

10

6

4

21

14

(*)

16

77

49

**

13

(*) (*)

5

2

8

5

7

8

13

8

16

5

11

6

8

6

8

11

6

4

»2

59

32

21

70

22

16

56

41

:i

30

12

13

25

15

13

25

15

3

13

0

7

6

3

8

5

3

7

19

9

9

19

7

7

21

7

2

15

5

3

22

7

12

14

6

3

472

304

196

507

296

193

421

385

19

10

19

10

19

10

10

:

10

:

**

13

6

4

*

6

16

1 4

**

6

7

17

significantie 2) significance2 )

(*) *

22

12

8

9

25

32

2

n

0

18

20

35

reductieverschijnselen in de bovengrond reduction symptoms in the top-soil (30 cm)

13

19

11

(*)

c/œ.

8

3

11

ddijke

^

12

11

9

15

zeer d u i -

7

14 17

11

* (*)

,. maüge moArate

11

3 10

8 4

significantie 3) significance 2 )

« e e n ,of weinig no or

10

:

163

behoeft het optreden van eenlagekoperstatus - en zulks geldt wellicht ook voor andere voor het dier ongunstige factoren - nietnoodzakelijkerwijs bepaaldeklinischeverschijnselen tot gevolg te hebben. Met andere woorden: in veelgevallen zal een klinisch verschijnselpas tot uiting komen, wanneerenigeongunstigefactoren gezamenlijk aanwezig zijn.Deindeinleidingvermeldefeiten ondersteunen dezeveronderstelling eveneens. Bijde haardepigmentatie lijkt het erop, dat dit verschijnsel weldoor meer factoren wordt beïnvloed - hettreedt immersbijeenzelfdelagekoperstatus inhetenegevalwel, in het anderenietop- doch dat het pastotuitingkankomen,indientevenseenverlaagdekoperstatus aanwezig is. Haardepigmentatie schijntvandeonderscheiden verschijnselenhetenigedattypischisvoorkopergebrek ;deoverigedoor dekoperstatusvanhet dier beïnvloede verschijnselen mogen we niet als specifiek voor kopergebrek beschouwen. De kans,dat er inderdaad sprake isvan eenverlaagde koperstatus, neemt evenwel toe naar mate meer van de laatstbedoelde verschijnselen gezamenlijk in een koppel runderen voorkomen. Anderzijds maguit het ontbreken van dezeverschijnselen, inclusief haardepigmentatie, niet worden afgeleid, dat de koperstatus der dieren niet verlaagd kan zijn. Bijdebesprekingvan deuitkomsten werd reedsgewezenophetduidelijk samengaan van een slechte koperstatus bij het dier met het optreden van reductieverschijnselen in de bovengrond. Op grond van onze waarnemingen zou men zelfs kunnen concluderen, dat een slechte koperstatus zich beperkt tot bedrijven met duidelijke reductieverschijnselen in de bovengrond. Het is evenwelnietuitgesloten dat elders, nl. in gevallen waar - in tegenstelling tot onze bedrijven - zeer lage kopergehalten in het gras optreden, toch een verlaagde koperstatus bij het rund wordt gevonden op bedrijven zonder reductieverschijnselen in de bovengrond. Behalve dat een lage koperstatus bij het dier sterk samengaat met het optreden van reductieverschijnselen in de grond, blijkt uit tabel 1duidelijk dat de onderscheiden klinische verschijnselen bovendien sterker samengaan met het optreden van reductieverschijnselen in degrond dan met dekoperstatus van het dier. Dit geldt ook voor die verschijnselen - uitgezonderd verdikte epiphyse - welke zeer waarschijnlijk oorzakelijk samenhangenmet dekoperstatusvanhetdier. Omgekeerd zoumenhieruit kunnen concluderen, dat het bij een koppel vee frequent en in sterke mate optreden van verschillende klinische verschijnselen in zijn algemeenheid sterker een aanwijzing is voor een slechte waterhuishouding van degrond dan voor kopergebrek bij de dieren. In dit verband willen wij opmerken dat het optreden van reductieverschijnselen in de grond sterk samenhangt met een complex van omstandigheden, die voor het dier een accumulatie van ongunstige factoren kunnen betekenen. Wij denken hierbij onder meer aan een koude ennattegrond, eenandere samenstelling van het weidebestand (vochtgehalte,botanisch, chemisch) enmeer parasieten. Betrekken wij ook de ontwikkeling der dieren in onze beschouwing, dan zien wij dat deze geen duidelijke samenhang vertoont met de koperstatus van de dieren of met de waterhuishouding van de grond. Kennelijk wordt - althans in ons materiaal de ontwikkeling der dieren in sterkere matebeïnvloed door nog andere factoren. Toch zijn er enkele klinische verschijnselen, die in belangrijke mate samengaan met een slechte ontwikkeling enerzijds en met het optreden van reductieverschijnselen in de bovengrond of met een lage koperstatus anderzijds. Witte diarree bij kalveren en open en ruig haar op de schoft komen zelfs onder alle drie de omstandigheden vaker voor. Verdikte epiphyse daarentegen hangt oorzakelijk samen met een lage koperstatus, maar komt bij een slechte ontwikkeling juist minder sterk voor, terwijl de samenhang metdewaterhuishouding nietduidelijkis.Hier lijkt het eropdatde slechte 164

ontwikkeling juist een gunstige factor betekent, terwijl de goede ontwikkeling ongunstig is, waarschijnlijk doordat het grotere gewicht het beenwerk zwaarder belast. Hypocupraemia and clinical symptoms in cattle, withfurther reference to thedevelopment of the animal and the watereconomy of the top-soil Clinical symptoms in Frisian cattle (calves, yearlings and cows) at 39 farms were studied during two grazing seasons in relation to a. the copper status, estimated by the copper content of the blood-serum of 5 yearlings a farm at the end of the grazing season. Thelowest copper values in cattle are to be expected in this age group and at this time of the year (5). Tnthis way it can be assumed that hypocupraemia does not occur in any age group at farms, where yearlings show normal blood copper values, while at farms with very low blood copper levels in the yearlings copper supply will neither be sufficient in the other age groups; h. the development of yearlings at the end of the grazing season, estimated by measuringthegirthand corrected for agedifferences ; c. theoccurrenceofreduction symptoms,mainlycausedbyperiodicalwater stagnation inthe top-soil of pastures. The data suggest that hypocupraemia in cattle is closely related to the occurrence of reduction symptoms in the top-soil. Practically all observed clinical symptoms - including those described in literature as signs of copper deficiency - aremore closely related to the occurrence of reduction symptoms in the top-soil than to a low copper status in the animal. It ismost likely that the incidence of depigmentation of the black hair, staring coat on the withers, chronic diarrhoea and thickening of the epiphysis arecausally connected to a low copper status. It has been shown however that, hair depigmentation excepted, these symptoms - be it to a less degree - can also be observed at farms where hypocupraemia does not occur. Accordingly, their incidence does not exclude a good copper status. On the other hand hypocupraemia in cattle does not necessarily giverise to clinical symptoms ;the lack of clinical symptoms does not mean that the copper status cannot be depressed. It is supposed that clinical symptoms can be evoked by more than one factor and that in general a symptom only becomes manifest by the combined action of several unfavourable conditions. Depigmentation of the black hair, mostly showingasaring of greyhairs around the eyes, seems to be the only symptom observed exclusively in cases of reduced blood copper values and is therefore a typical symptom of copper deficiency in cattle. In our observations a poor development in young cattle is not significantly associated to thecopper status of theanimal nor to theoccurrence ofreduction symptoms in the top-soil.Apparently the development of cattle is determined to a greater extent by other factors. In the dry and sunny year 1959 several symptoms easy to notice appeared to a considerably less degree than in the rather wet year 1958;on the other hand some abnormal postures were found more frequently in 1959. LITERATUUR 1. ALLCROFT, R. and G. LEWIS: Relationship of copper, molybdenum and inorganic sulphur content of feeding stuffs to the occurrence of copper deficiency in sheep and cattle. Landbouwk. Tijdschr. 68(1956) 711-723.

165

2. BROUWER, E., A. M. FRENS, P. REITSMA en C. KALISVAART: Onderzoekingen over de z.g. diarrhoe-

weiden („scouring pastures") in den Wieringermeerpolder. Versl, Landbouwk. Onderz. 44 (1938) 267-298. 3. FRENS, A.M.:Koperdeficientie bij rundvee. Tijdschr. Diergeneesk. 68(1941) 763-768. 4. GRASHUIS, J. : Klinische lessen over sporenelementen. II.Koper. Tijdschr. Diergeneesk. 80 (1955) 379-399. 5. HARTMANS, J.: Waarnemingen over koperverlies bij weidend jongvee in Friesland. Jaarb. LBS. 1960, 143-154. 6. HOFSTRA, S.T.: Weidediarrhee bijhetrund op laagveengrond inhetzuidwesten van Friesland. Diss. Utrecht (1952) 238pp. 7. KAPELLE, D. : Onderzoek naar hetkopergehalte vanrunderbloed ennaar hetkoper- encobaltgehalte van gras. Landbouwk. Tijdschr. 63(1951) 302-318. 8. MILLS, C.F.and B.F. FELL: Demyelination inlambs born ofewes maintained onhigh intakesof sulphate and molybdate. Nature 185(1960) 20-22. 9. MYLREA, P.J. : Copper-molybdenum-sulphate-manganese interaction and the copper status of cattle. Austral. J. Agric. Res.9 (1958) 373-384. 10. Verslag vande werkzaamheden vande Werkgroep Mineralen over 1958. Prov. Onderz. centrum voor de Landb. inFriesland, 1. 11. Verslag over 1960/61. Prov. Onderz. centrum voordeLandb. inFriesland, 3. 12. Voedingsstoornissen bijrundvee tijdens deweideperiode. Landb. versl. „Sticht, bevordering landbouwk. onderz. enlandb. voorl. inZ. W.Friesland" 4(1954) 101-111. Ontvangen: 11mei1962.

166


ENKELE VOORLOPIGE GEGEVENS OVER DE MAGNESIUMBEMESTING VAN GRASLAND OP ZANDGROND IN VERBAND MET DE PREVENTIE VAN HYPOMAGNESEMIE BIJ MELKKOEIEN with summary A. KEMP en J. H. GEURINK

INLEIDING

Uit de resultaten van onderzoekingen vooral uit de laatstejaren is gebleken dat de hoeveelheid magnesium die door het dier met het voeder wordt opgenomen een belangrijke rol speelt bij het al of niet ontstaan van hypomagnesemie. Deze opgenomen hoeveelheid voedermagnesium wordt bepaald door dehoeveelheid opgenomen droge stof enhet magnesiumgehalte van dezedroge stof. Daar er tot nu toe geen redelijk betrouwbare methode ter bepaling van devoederopname van weidend vee bestaat, is het niet mogelijk om de factoren te bestuderen die eventueel van invloed zijn op deze voederopname. Dit sluit eveneens de mogelijkheid uitomlangsdezewegmaatregelen aan te geven die tot een verhoging van de door het dier opgenomen hoeveelheid magnesium zouden kunnen leiden. Anders is het gesteld met het magnesiumgehalte van het gras. Uit verschillende onderzoekingen is bekend dat door bemesting van het grasland met magnesiumzouten het magnesiumgehalte van het graskan worden verhoogd, doch dat dikwijls vrij zware giften moeten worden gegeven om een belangrijke toename van het gehalte te kunnen realiseren. Het voorhanden zijnde materiaal is echter nog niet erg omvangrijk, terwijl de gegevens over de nawerking van magnesiumbemestingen onvoldoende zijn. Verwacht mag worden dat over deze zaken meer bekend zal worden door het onderzoek dat door het Instituut voor Bodemvruchbaarheid te Groningen wordt uitgevoerd. In verband met het voorgaande dient echter devraag gesteld te worden of door het toepassen van magnesiumbemestingen het magnesiumgehalte van het bloed van het weidende vee kan worden verhoogd en of hierdoor het optreden van hypomagnesemie kan worden voorkomen. Ten einde hierover meer gegevens te verkrijgen werd in 1960 op de proefboerderij „Droevendaal" in Wageningen begonnen met beweidingsproeven met melkkoeien. Enkele gegevens hierover zullen in deze publikatie worden meegedeeld. OPZET VAN DEPROEVEN ENENKELE RESULTATEN

De beweidingsproeven werden aangelegd op de percelen 9 en 10van de genoemde boerderij. Het betreft ± 3.5 ha jong blijvend grasland. Elk der genoemde percelen werd onderverdeeld in vier stroken met een oppervlakte van ruim 40 are per strook t.w. 9c, d, e, f en 10a, b, c en d. De stroken 9c, 9e, 10a en 10cworden ieder voorjaar zwaar met kalizout 40%bemest, daarentegen ontvangen de stroken 9d, 9f, 10ben lOd slechts eenlichte bemestingmet kali. Dezeverschillen in kalibemesting worden aangebracht ten einde de invloed hiervan op de magnesiumgehalten van het gras te kunnen nagaan. Het magnesiumgehalte van de grond in de laag 0-5 cm bedroeg in de herfst 167

TABEL 3. Invloed van een magnesiumbemesting van grasland en de nawerking hiervan op hetmagnesiumgehalte van gras. Influence of a magnesium application onpasture and the after effect on the magnesium contents of grass. Monsterdatum Date of sampling

19april 1960

6 oktober 1960

3 mei 1961

Object Plot 0 kg MgO per ha 80 „ „ „ „ 160 „ „ „ „ 240 „ „ „ „

0,17 0,22 0,26 0,30

laag kali low potassium 0,13 0,15 0,17 0,19

0,12 0,13 0,12 0,15

0 kg MgO per ha 80 „ „ „ „ 160 „ „ „ „ 240 „ „ „ „

0,16 0,22 0,24 0,27

hoog kali high potassium 0,12 0,13 0,15 0,16

0,09 0,10 0,10 0,11

Bij de hiervoor beschreven beweidingsproeven wordt de magnesiumbemesting voortdurend gegeven enmenkan devraag stellen hoehet gesteld zalzijn met denawerking van een éénmaal toegepaste bemesting met magnesium b.v.in de vorm van kieseriet. Teneinde hierover enigszins geïnformeerd te zijn, ook ten behoeve van de hierboven beschreven beweidingsproeven, welke zullen worden voortgezet, werd in het voorjaar van 1960een oriënterende proef aangelegd metvier hoeveelheden kieseriet en wel overeenkomend met 0, 80, 160en 240kg MgOper ha. Deze proefvakjes werden aangelegd op de niet met magnesium bemeste stroken 9cen 9d zodat hierbij eveneens eenverschil in kalibemesting werd opgenomen (zietabel 1).Op deze proefveldjes werd de kieserietbemesting alleen in maart 1960 gegeven endebemestingmet stikstof en fosfaat werd gelijkgehouden aandievandeandere stroken. Opdeze proefveldjes werden driemaal gewasmonsters genomen t.w. op 19april 1960;6oktober1960 en op3mei 1961. Deze monsters werden genomen toen hetgrasgewas inhet weidestadium verkeerde. Na het verwijderen van de zeer kleine hoeveelheden klavers en/of kruiden werden de magnesiumgehalten in het gras bepaald (tabel 3). Evenals bij debeweidingsproeven resulteert ookhier eenmagnesiumbemesting van het grasland in een aanzienlijke verhoging van het magnesiumgehalte van het gras, waarbij opdezwaar metkalibemestepercelen dezetoename ookgeringer isdanopde licht metkali bemeste stroken. Duidelijk blijkt echter dat het magnesium verhogende effect van eenin het voorjaar van 1960toegediende magnesiumbemesting in de daaropvolgende herfst reeds aanzienlijk kleiner is geworden en dat in het daaropvolgende voorjaar alleen bij de hoogste magnesiumgift nogenige reactie waarneembaar is.Het geheel suggereert datmenalthans onder deze omstandigheden vaneenmagnesiumbemesting vanb.v. 100kgMgOperha welke in hetvoorjaar werd gegeven, in de herfst veel minder en in het daaropvolgende voorjaar niets meer mag verwachten. Dit zou betekenen datinhet complex vanmaatregelen diekunnen worden genomen ten einde het optreden vanhypomagnesemie te voorkomen een regelmatige magnesiumbemesting vanhet grasland devoorkeur zou verdienen boven eenéénmaal toegediende gift bestemd voor eenlangere tijd. Magnesiumfertilization ofpasture inrelation to theprevention of hypomagnesaemiain milking cows Byfertilizing pastures withmagnesium itispossibletoincreasethemagnesium contents ofthe herbage considerably. Theeffect ofthese magnesium dressings on herbage 170

magnesium is partly depending on the potassium status of the soil, viz. the higher the potassium status ofthe soil,the lower theeffect ofthemagnesium dressing onthemagnesium concentration in herbage. Magnesium applications on pasture may increase the serum-magnesium concentrationsespecially inspring and autumn under „magnesium deficient" conditions. The after effect of amagnesium treatment given in the form of magnesium sulphate isonly small.To prevent hypomagnesaemia bymeans of magnesium dressings on pasture it appears to be necessary to apply more treatments in stead of one application for a longer time. Ontvangen: 26april 1962.

171

Mededeling 195vanhet LB.S.

HET VASTSTELLEN VAN GROEI BIJ REGENWORMEN with summary J. DOEKSEN en HIEKE COUPERUS

INLEIDING

Bij de bestudering van de eisen welke regenwormen aan hun voeding en milieu stellen, is het moeilijk de uitgangstoestand van degebruikte dieren te karakteriseren, waardoor het vaststellen van veranderingen weluiterst speculatief kan worden. Men zou het meer of minder geschikt zijn van een bepaald milieu kunnen afmeten aan de levensduur van de wormen in deze omgeving. Deze werkwijze is geschikt om uitgesproken ongunstige invloeden op te sporen welke een relatief snelle dood van de dieren veroorzaakt, zoals een ongunstige pH of schadelijke planteresten als Rhododendron-blad. Met deze methode kan men echter geen antwoord krijgen op de vraag of het aangeboden substraat ook als voedsel voor wormen acceptabel is. Men kan nl. onder overigens gunstige omstandigheden wormen tot 7 maanden zonder voedsel in leven en een redelijke conditie houden, ook wanneer zij niet in rusttoestand („diapauze") verkeren. Het isduidelijk dat het weinigpraktisch isom onderdezeomstandigheden delevensduur van deproefdieren alsmaat voor devoedselopname uit het substraat te nemen. Een betere karakteristiek kan de groei van de proefdieren geven. Het zonder meer wegen van wormen is echter een precaire zaak, daar de darminhoud een groot en sterkveranderlijk percentage van het totale gewicht pleegt uit temaken, terwijl bovendien de osmotische waarde van de lichaamsvloeistof laag is, zodat het vochtgehalte van het dier variabel is en zelfs tijdens de weging sterk kan afnemen. Wij menen een groot deel van deze bezwaren te hebben ondervangen door het bepalen van het gewicht aan droge stof van de in voederproeven gebruikte dieren. Toename of afname van het gewicht aan droge stof kan dan worden gebruikt als karakteristiek voor de onderzochte milieus. WERKWIJZE

De benodigde wormen worden op een zo klein mogelijk areaal verzameld om materiaal te verkrijgen dat onder vergelijkbare omstandigheden heeft geleefd. Na in stromend water te zijn gewassen worden zij in rul vochtig gemaakte, chemisch zuivere cellulosepoeder (Schleicher &Schuil)gebracht enindozen van polyaethyleen bij 16°C bewaard. Elke dagwordt decelluloseververst. Na driedagen worden dewormen afgespoeld enovergebracht inplasticdozen welkegedeeltelijk zijn gevuld metkleinesponsjesvan schuimplastic welkevol water zijn gezogen. Wij gebruiken hiervoor stukjes van ca. 8 x 8 x 5mm. De eerste twee dagen en daarna om de twee of drie dagen worden de sponsjes vervangen of grondig schoongewassen. Na in totaal 14 dagen worden geen excrementen meer afgescheiden enworden dewormen geacht „schoon" te zijn. Deze „schone" wormen worden in ongeveer gelijke groepen van elk 10stuks verdeeld en in een pycnometer gewogen. Daar wormen zeer gevoelig zijn voor plotselinge 173

temperatuurswisselingen, houdt men dedierenzokortmogelijk bijhogelaboratoriumtemparaturen en bepaalt men ook het pycnometergewicht bij voorkeur bij 16°C. Twee of meer van de gewogen groepen wormen worden direct gedood, gedroogd bij 110°C tot constant gewicht en gewogen. De andere groepen wormen kunnen nu voor proeven worden gebruikt. Als gewichtvan dedroge stof van dezegroepen nemen wij hun pycnometergewicht, vermenigvuldigd met het werkelijk bepaalde droge-stofgewicht van de gedode controlegroepen, gedeeld door het pycnometergewicht van deze controlegroepen. Na afloop van de proeven moeten de proefdieren weer op de beschreven wijze worden schoongemaakt en het gewicht van de droge stof bepaald. Wanneer de proefduur zulks toelaat, is het wenselijk enkele groepen dieren in een milieu vrij van voedsel, onder overigens dezelfde omstandigheden alswaarin de proefdieren verkeren, te houden om het gewichtsverlies bij volledig vasten te kunnen bepalen. DISCUSSIE

Wanneer het pycnometergewicht van levende wormen wordt gebruikt om het gewicht aan droge stof van dezedierentebepalen met behulpvan controlegroepen waarvan het werkelijk gewicht aan droge stof is bepaald, dan wordt daarbij aangenomen dat het soortelijk gewicht van de droge stof van de wormen van beide groepen hetzelfde is.Dat dit bij benadering het gevalisblijkt uit fig. 1.Van 10willekeurige individuele wormen uit een grote groep is het pycnometergewicht en het droge-stofgewicht bepaald. De zo gevonden 10punten liggen om een rechte door de oorsprong. De afwijking ismaximaal 5%van het bepaalde gewicht aan droge stof en blijft daarbij ruim binnen het verliespercentage van deze soort gedurende één week vasten (ca. 9%). Wij menen dat een groepvan 10wormen groot genoeg isom deeventuele schommelingen in de verhouding tussen droge-stofgewicht en pycnometergewicht tot volledig aanvaardbare proporties terug te brengen, temeer daar ook de bepalingsfouten bij een dergelijke groep relatief kleiner zijn dan bij individuele wormen. Het is niet geoorloofd om voor een bepaalde wormsoort een vast (ev. gemiddeld) soortelijk gewichtaan tenemen.Inhetalgemeen kanmen b.v.tijdens vasteneen daling van het soortelijk gewicht constateren, hetgeen teverwachten iswegens het hoge soortelijk gewicht van glycogeen, dat als reserve door regenwormen wordt opgeslagen en ongetwijfeld tijdens vasten gebruikt. Het totale gewichtsverlies dat tijdens vasten oppycnometer gewicht in mg pycnometer weight in mg 60 h 50

^

40 30 20 10 -

20

174

40

60

80

100 120

HO 160 180 mg droge stof mg dry matter

FIG. 1. Verband tussen pycnometergewicht en droge-stofgewicht van L. rubellus. Relation between pycnometer weight and weight of dry matter inL. rubellus.

treedt (ca.9% in de eerste week voor Lumbricus rubellusen ca. 5% voor Allolobophora caliginosa)kan niet alleen het gevolg zijn van de stofwisseling. Grote hoeveelheden slijm worden aan het milieu afgegeven. Ook de relatief geringe daling vanhet soortelijk gewicht is een aanwijzing dat het verlies aan droge stof niet alleen reserve glycogeen kan zijn, maar dat ook soortelijk lichter materiaal moet worden afgescheiden. Als voorbeeld van de toepassing van de hiervoor beschreven werkwijze diene een eenvoudige proef waarbij groepen van telkens 10exemplaren van L. rubellusresp.in plastic sponsjes, cellulosepoeder en houtmeel (wilg en populier) werden gehouden. De controlegroepen inplastic hadden na 4weken 30,1%enna 6weken 40,1% van hun droge stof verloren. De proefdieren incellulosepoeder hadden na4proefweken en2schoonmaakweken 28,8%, diein houtmeel 37,1%vanhun droge stof verloren. Aannemende dat de proefgroepen tijdens de schoonmaakperiode relatief even veel droge stof hebben verloren als de controlegroepen, dan zijn tijdens de 28 dagen van deproef, devolgende verliezen opgetreden: controle 30,1% in cellulose 18,1%enin houtmeel 27,1%van de droge stof. Een voorzichtige conclusiemagluiden, datdewormen hetzij opeen ofandere wijze enig voedsel uit cellulose hebben kunnen opnemen, hetzij door dit milieu minder worden geprikkeld tot slijmafscheiding. Houtmeel zou onder deze omstandigheden een geheel ander effect opdewormen hebben. An estimation of the growth of earthworms In studying the effect of different environmental circumstances on earthworms in the laboratory, it is hard to find useful criteria for the well-being of the experimental animals. The time of survival of the worms could be taken as a measure, but this principle can only be used to detect strong working adverse effects, as earthworms are able to survive for up to 7months without any food in otherwise agreeable circumstances. The quality ofexperimental surroundings couldbewell-characterised bythegrowth of earthworms in these surroundings. The liveweight ofearthworms, however, isstrongly influenced bytheir gut content and their easilychangingmoisturecontent. Earthworms aretherefore cleanedbykeeping them for three days in daily renewed moistened cellulose powder (normally used for column chromatography) andafter that foreleven daysinpolyethylene boxes with small foamplastic sponges saturated with water;inwhich they loose alltheir gut content. Thesponges arerenewed or thoroughly cleaned every other day. Batches of ten „clean" worms areweighed in a pycnometer, some are killed afterwards anddried at 110°Ctodetermine theratio dryweight/pycnometer weight, which is used to calculate the dry weight of the batches of living worms to be used in the planned experiments. The ratio dry weight/pycnometer weight of uniformly treated earthworms is constant enough forourpurpose (fig. 1).External factors however haveanoticeable influence onthespecific weight ofthe drymatter of earthworms. In comparing different media for their suitability for earthworms, itisuseful toinclude whenever possible, a few series of worms kept in foamplastic sponges under otherwise the same conditions as the experimental groups. Ontvangen: 27april1962.

175

INSTITUUT VOOR BIOLOGISCH EN SCHEIKUNDIG ONDERZOEK VAN LANDBOUWGEWASSEN WAGENINGEN MEDEDELINGEN JAARBOEK 1962

Recommend Documents