Decomposition in soil and chemical changes of maize roots with genetic variations affecting cell wall quality

Abstract

SummaryRoots of brown‐midrib (F2bm1 and F292bm3) maize mutants and their normal isogenic counterparts (F2 and F292) were used to evaluate the changes in chemical cell wall features with regard to polysaccharides, lignin composition and interconnecting phenolic acids during root degradation in soil. To this end, the chemical variability of roots of brown‐midrib mutants and their normal counterparts was compared and its subsequent impact on carbon (C) mineralization determined under controlled conditions. The bm1 mutation mainly caused an increase in lignin content and a decrease in polysaccharide content of maize roots whereas the bm3 mutation caused only a decrease in polysaccharide content. The lignin composition of bm roots differed from that of normal lines and the proportion of cell wall ester‐linked hydroxycinnamic acids was also different. C mineralization kinetics differed markedly between the genotypes. Certain relevant factors concerning root decomposition in soil were studied from the relationships between the chemical characteristics of maize roots at different stages of decomposition and C mineralization rates. The Klason lignin‐to‐glucose ratio (KL/Glu), the Klason lignin‐to‐arabinoxylans ratio (KL/AX) and the arabinose‐to‐xylose ratio (A/X) were proposed as promising predictive indicators of C mineralization kinetics. Future estimations of soil residue decomposition could be improved by taking these initial chemical criteria into account on a wider range of residues. Décomposition dans le sol et évolution de la qualité chimique des racines de maïs présentant des modifications génétiques de la qualité des parois cellulaires’ Résumé Les racines des maïs mutants brown‐midrib (F2bm1 et F292bm3) et celles de leurs lignées isogéniques normales (F2 et F292) ont été utilisées pour évaluer les modifications des caractéristiques chimiques des parois cellulaires, à travers la composition des polysaccharides, de la lignine et la nature des acides phénoliques, au cours de la dégradation des racines dans le sol. Pour cela, nous avons examiné, en conditions contrôlées, l’impact d’une variabilité de la qualité chimique des racines, en comparant les mutants bm et leurs lignées isogéniques normales, sur la minéralisation du C. La mutation bm1 engendre principalement une augmentation de la teneur en lignine et une diminution de la teneur en polysaccharides dans les racines de maïs alors que la mutation bm3 cause uniquement une diminution de la teneur en polysaccharides. Dans les racines des mutants bm, la composition de la lignine ainsi que les proportions en acides hydroxycinnamiques estérifiés des parois cellulaires diffèrent de celles des lignées non mutantes. Les cinétiques de minéralisation du C varient fortement entre les génotypes. Les relations entre les caractéristiques chimiques des racines de maïs à différents stades de décomposition et les taux de minéralisation du C ont permis d’étudier certains facteurs pertinents concernant la décomposition des racines dans le sol. Les rapports lignine Klason sur glucose (KL/Glu), lignine Klason sur arabinoxylanes (KL/AX) et arabinose sur xylose (A/X) ont été identifiés comme étant de bons indicateurs de prédiction des cinétiques de minéralisation du C. La prise en compte de ces critères de qualité chimique initiale sur une plus large gamme de résidus pourrait améliorer l’estimation de la décomposition des résidus dans le sol.