Effects on both the roots and shoots of soybean during dark chilling determine the nature and extent of photosynthesis inhibition

ABSTRACT
The relative contribution of low soil and air temperatures towards the overall inhibition of hotosynthesis in soybean is still unclear. The mechanisms involved in the dark chilling-induced inhibition ofphotosynthesis were explored further in a chilling tolerant (Highveld Top) and ensitive (PAN809) soybean genotype in experiments where low soil temperatures were present (whole plant chilling, WPC) or absent (shoot-localised chilling, SC). Initially (after three nights of chilling) both the WPC and SC treatments induced the same symptoms in PAN809. These symptoms could thus be ascribed to chilling stress effects on the shoots. Typical symptoms included reduced CO2 assimilation capacity, inhibition of photosystem II function and lower chloroplast fructose-1,6-bisphosphatase (cFBPase) and ucrosephosphate-synthase (SPS) activity. When the nodulated root systems of PAN809 were also exposed to lowtemperatures (WPC treatment), additional constraints gradually developed, which were not observed inHighveld Top. Novel evidence is provided showing that the response in PAN809 is influenced by whether whole-plant or shoot-localised dark chilling occurs and that cFBPase is specifically targeted resulting insevere inhibition of CO2 assimilation capacity.

INTRODUCTION

 Low night temperatures (dark chilling) during critical stages ofsoybean [Glycine max (L.) Merr]  growth and development oftenresult in reduced production (Holmberg, 1973), mainly through the  inhibition of key processes such as growth, photosynthesisand symbiotic nitrogen fixation (SNF)   (Caulfield and Bunce, 1988;Zhang et al., 1995). Although soybean is a major source of protein its dark chilling sensitivity poses a significant problem, which should be addressed to ensure that  future production requirements are met. Plants experience varied degrees of stress, which are  sually determined by its immediate environmental conditions. Response of plants to the  environment usually manifest as changes in physiological and biochemical processes. For example, where root systems experience low temperatures, such as in temperate agricultural regions, this  could lead to reduced water uptake becauseof lower root hydraulic conductivity, resulting in a  chill-inducedstate of drought stress (Melkonian et al., 2004). To the contrary, when chilling is   ocalized to the shoots it is unlikely that thesechill-induced drought symptoms will occur (Allen and Ort, 2001).

چکیده

سهم نسبی دمای خاك و هوا كمتر در برابر مهار كاتوزيونزي در سويا هنوز مشخص نيست. مکانیسم های دخیل در مهار فتوسنتز ناشی از سرد شدن تاریک در ژنوتیپ های سویای خنثی (Highveld Top) و ژنوتیپ خصوصی (PAN809) در آزمایش هایی که دمای خاك پایین وجود داشت (کل گیاه خنك سازی، WPC) یا وجود نداشتن (شلیک موضعی chilling، SC). در ابتدا (پس از سه شب خنک) هر دو روش WPC و SC باعث ایجاد علائم مشابه در PAN809 شد. بنابراین این علائم ممکن است به اثرات تنش خشخاش بر شاخه ها مربوط شود. نشانه های معمول شامل کاهش ظرفیت جذب دی اکسید کربن، مهار عملکرد سیستم فتوسنتز II و کاهش فعالیت کلروفلوست فروکتوز-1،6-بیس فسفاتاز (cFBPase) و اگزوز فسفات سیتانزا (SPS) می باشد. هنگامی که سیستم های ریشه ای PAN809 نیز به دمای کم (درمان WPC) شد، محدودیت های اضافی به تدریج توسعه یافتند که در Highveld Top مشاهده نشد. شواهد تازه ارائه شده است نشان می دهد که پاسخ در PAN809 تحت تأثیر اینکه آیا کل گیاه یا شلیک موضعی سرد شدن تیره رخ می دهد و cFBPase به طور خاص هدف قرار داده شده و در نتیجه مهار از ظرفیت جذب دی اکسید کربن است.

مقدمه

رشد و تکامل گلیسین ماز (L.) Merr در طی مراحل بحرانی رشد و تکامل دانه در کاهش تولید (Holmberg، 1973)، عمدتا از طریق مهار فرآیندهای کلیدی مانند رشد، فتوسنتز و تثبیت نیتروژن با همبستگی (SNF ) (Caulfield and Bunce، 1988؛ ژانگ و همکاران، 1995). گرچه سویا منبع اصلی پروتئین آن است حساسیت سرد شدن تیره یک مشکل مهمی است که باید برای اطمینان از این که نیازهای تولید آینده برآورده شود، خطاب شود. گیاهان درجات مختلف تنش را تجربه می کنند که با شرایط محیطی فیزیکی تعیین می شوند. پاسخ گیاهان به محیط زیست معمولا به عنوان تغییرات در فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ظاهر می شود. به عنوان مثال، در مناطقی که سیستم های ریشه دمای پایین را تجربه می کنند، مانند مناطق کشاورزی معتدل، این امر می تواند منجر به کاهش جذب آب به علت پایین بودن هدایت هیدرولیکی شود و منجر به خستگی شدید تنش خشکسالی شود (Melkonian et al.، 2004). برعکس، هنگامی که خنک شدن به شاخه ها بستگی دارد، بعید است که علائم خشکی ناشی از آن ایجاد شود (Allen and Ort، 2001).

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By : Abram J. Strauss a, Philippus D.R. van Heerden 

File Information: English Language/ 11 Page / size: 818 KB

Download 

سال : 1390

ناشر : ELSEVIER

کاری از : ابرام J. Strauss a، Philippus D.R. ون هدرن

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 11 صفحه / حجم : KB 818

لینک دانلود