We used cDNA microarrays to monitor the transcriptome of ozone stress-regulated genes (ORGs) in two pepper cultivars [Capsicum annuum cv. Dabotop (ozone-sensitive) and Capsicum annuum cv. Buchon (ozone-tolerant)]. Ozone stress up- or down-regulated 180 genes more than three-fold. Transcripts of 84 of these ORGs increased, transcripts of 88 others diminished, and those of eight either accumulated or diminished at different time points in the two cultivars or changed in only one of the cultivars. 67% (120) of the ORGs were regulated differently in ozone-sensitive and ozone-tolerant peppers, most being specifically up-regulated in the ozone-sensitive cultivar. Many were also represented in the plant defense transcriptome against non-host pathogen infection, and some in the transcriptomes for cold, drought, and salinity stresses.
Baek, Saeng Geul;Park, Jeong ho;Kwak, Myeong Ja;Lee, Jong Kyu;Na, Chae Sun;Lee, Byulhana;Woo, Su Young
Forest Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.153-159
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2018
Seedlings of Pterocarpus indicus were grown in both well-watered and drought stress conditions in phytotron. Seedlings grown under well-watered and drought stress conditions were exposed to either combined or without ozone of 200 ppb for one month. First, the physiological responses to elevated ozone levels indicated a decreased biomass. The seedlings grown in arid soil and exposed to ozone showed less biomass than those grown in arid soil but not exposed to ozone. Moreover, all the seedlings except the well-watered and unexposed ones showed a significantly lower photosynthetic rate ($P_N$) over time. However, with the accumulation of ozone injuries, the antioxidant enzyme activities increased overall. In the study results, when exposed to ozone, the well-watered seedlings exhibited more antioxidative enzyme activity than did the seedlings grown in arid soil. Generally, P. indicus in arid soil suffered less damage from elevated ozone than did the well-watered plants.
Two rice cultivars of the japonica type, ozone-resistant Ilpumbyeo (IL) and ozone-susceptible Keu-mobyeo#l (KM) were exposed to ozone ($O_3$) at 0.15 ppm for 30 days. The available nutrient regimes were varied by doubling the supply of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) within a basic fertilizer status (N, P, K; 15, 12, 12 kg l0$a^{-1}$). There was little difference on plant height between ozone-treated and nontreated plants. The most significant ozone stress on tiller number was shown on the 30th day of ozone exposure. Slight recovery from ozone stress was noted on the 60th day. On the 30th day, tiller number was greatly decreased by 40.8% in IL and 64.6% in KM, whereas at a high nitrogen supply regime (2N), it was decreased by 21.4% in IL and 42.7% in KM as compared to the control not treated with ozone at basic fertilizer status. The inhibition of tiller production caused by ozone exposure was alleviated on the 60th day. In both cultivars, number of spikelets per plant and weight of 100 grains were affected little by the ozone treatment irrespective of nutrient regime. However, the number of panicles per plant and yield were reduced significantly. In both cultivars, yield of ozone-treated plants with 2N status was 12.4-16.1 % higher than that of the ozone-treated plants with basic nutrient status. A significant yield decrease of 47.8% and 33.4% was observed for IL and KM, respectively, in ozone-treated plants with higher potassium (2K) status.
The objective of this study was to investigate how resistant poplar hybrid makes compensation to ozone stress. Growth, net assimilation rate and initial Rubisco activity were investigated. This study elucidates the physiological mechanisms associated with ozone sensitivity and resistance in 3 selected $F_2$ hybrids, a family originating from a cross between Populus trichocarpa${\times}$P. deltoides. Open-top chambers were used. Ozone concentrations varied from 90 to 115 ppb for 126 days, 6 to 9 hours in a day. This study tested the hypothesis that resistant poplar hybrid maintains the biomass production to ozone exposure via increased net assimilation rate and Rubisco activity. Growth, biomass, net assimilation rate and initial Rubisco activity were generally reduced by ozone treatment. In the tree parts, root under ozone stress was the most sensitive part. Reduced allocation of photosynthates to root growth might be due to increased respiratory demands for maintenance and repair of aboveground tissue damaged by ozone stress. Maintenance or increases remaining leaves in photosynthetic rates and Rubisco activity in resistant clone in response to ozone treatment were the results of biological compensation to ozone stress.
Stomatal closing by ozone and water stress could reduce further ozone injury by inhibition of ozone influx to the tissue. Direct effect of ozone on stomata can be explained from two aspects which are a stimulation of stomatal closing and an inhibition of stomatal opening. An increase of $Ca^{2+}$ influx into cytoplasm by ozone could stimulate potassium efflux ion channel and inhibits inward potassium ion channels. By this mechanism ozone could induce stomatal closing. On the other hand, ozone could inhibit stomatal opening by affecting the activity of $H^{+}$ dependent ATPase of the membrane in guard cells. This would inhibit proton efflux which precede stomatal opening. It is also possible that ozone could reduce the activity of photosynthesis in guard cells which lead to affect the production of osmotically active sugars and energy. Indirect effect of ozone to stomata is through the effect of $CO_2$ elevation as a result of damage of the photozynthetic machinery. This indirect effect is slower than the direct effect.
Kim, Du-Hyun;Han, Sim-Hee;Lee, Kab-Yeon;Kim, Pan-Gi
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.97
no.5
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pp.508-515
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2008
Sycamore (Platanus occidentalis L.) seedlings were grown under low light intensity and ozone treatments to investigate the role of the light environment in their response to chronic ozone stress. One-year-old seedlings of Platanus occidentalis L. were grown in pots for 3 weeks under low light (OL, $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) and high light (OH, $300{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) irradiance in combination with 150 ppb of ozone fumigation. After three weeks of ozone and light treatment, seedlings were placed in ozone free clean chamber for 3 weeks for recovery from ozone stress with same light conditions to compare recovery capacity. Ozone fumigation determined an impairment of the photosynthetic process. Reduction of leaf dry weight (14%) and shoo/root ratio (17%) were observed in OH treatment. OL treatment also showed severe reductions in leaf dry weight and shoot/root ratio by 48% and 36% comparing to control, respectively. At the recovery phase, OH-treated plants recovered their biomass, whereas OL-treated plant showed reduction in leaf dry weight (52%) and shoot/root ratio (49%). OH-treated plants reached similar relative growth rate (RGR) comparing to control, whereas OL-treated plants showed lower RGR in stem height. However, there were no significant differences in response to those treatments in stem diameter RGR at the recovery phase. Ozone treatment produced significant reduction of net photosynthesis in both high and low light treatments. Carboxylation efficiency and apparent quantum yield in OL-treated plants showed significant reductions rate to 10% and 45%, respectively. At the recovery stage, ozone exposed seedlings under high light had similar photosynthetic capacity comparing to control plants. Antioxidant enzymes activities such as superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), and glutathione reductase (GR) were increased in ozone fumigated plants only under low light. The present work shows that the physiological changes occur in photosynthesis-related parameters and growth due to ozone and low light stress. Thus, low light seems to enhance the detrimental effects of ozone on growth, photosynthesis, and antioxidant enzyme responses.
Thirty-six $F_3$ hybrid poplar (Populus trichocarpa${\times}$P. deltoides) clones were fumigated with ozone to select for ozone sensitive and resistant clones. Fumigation was applied for 6 to 8 hours each day for approximately 3 months at ozone concentrations of 90 to 115 ppb using by open-top chambers. Height, diameter, number of leaves, total biomass, biomass components, root/shoot ratios, leaf drop and stomatal response were investigated. In summary, ozone generally reduced height, diameter, number of leaves, total biomass, and root/shoot ratios. Ozone stress induced leaf drop and foliar senescence in trees. This study showed very low relationship between total biomass and stomatal conductance. Increased plant resistant to ozone is not always correlated with stomatal behaviour. Probably, characterization of biochemical and other physiological responses to ozone exposure can provide a better understanding of tree response to ozone environment.
Differences in physiological and biochemical responses between sensitive and tolerant rice cultivars to ozone were investigated to develop reliable indications of early ozone damage. Three Korean local rice cultivars -sen-sitive cultivar Dongjin (DJ), moderately tolerant cultivar Hwayeong (HY) and tolerant cultivar Ilmee (IM) were exposed to ozone at the concentrations of 100 nl $\textrm{l}^{-1}$ or 200 nl $\textrm{l}^{-1}$ , 8 h per day for 10 days in a controlled-environment fumigation chamber. The rice cultivars seemed to be endurable to ozone stress at the concentration of 100 nl $\textrm{l}^{-1}$ which is frequently monitored during the growing season in summer. However, severe damage was induced and differential sensitivity was clearly noted among the rice cultivars at the higher ozone concentration. Activation of the glutathion (GR) -ascorbate peroxidase (APX) cycle was likely to be responsible for protection of rice plants against ozone exposure, relating difference in sensitivity of rice cultivars to ozone. Photosynthetic activity appeared to be one of sensitive responses, for which chlorophyll fluorescence and leaf greenness can together provide a very reliable index, a degree of photosynthetic damages by ozone. Formation of malondialdehyde (MDA) was also considered as an indication that can differentiate cultivars sensitivity to ozone. However, the changes in polyamines and total phenolics were not consistent with exposed ozone concentrations and/or ozone sensitivity of the cultivars. The behavior of polyamines and phenolics in the damaged plants at high ozone levels could be interpreted as an indication of ozone injury rather than activation of additional protection mechanisms scavenging active oxygen species formed by ozone. Several responses triggered by ozone could explain the differential sensitivity of the rice cultivars and be used as reliable indications of relative ozone damage to rice plant.
Acer palmatum was selected and its responses to elevated ozone were subsequently measured during growing periods. Ozone concentration of this study was compared to the calculated AOT40 value. A. palmatum had significantly many but small stomata size to the ozone stress. The length of stomata of A. palmatum was reduced from 5.6 to $5.0{\mu}m$ to the ozone exposure. However, the number of stomata (density) was increased from 102 to 131 in the $500{\times}500{\mu}m$ leaf area.
The response of seventy-five rice cultivars to ozone (O$_3$) were tested in the open-top chamber with ozone producing and monitoring system to determine the varietal difference of resistance to $O_3$ stress. Ozone was produced by electrostatic discharge in oxygen and was monitored by UV absorption ozone analyzer. Difference in response of rice to ozone was more clearly appeared on rice plants treated for 2 to 4 hours at 0.3 ppm concentration of $O_3$. Varietal resistance of rice to ozone was more distinctly classified at 21- to 35-day seedlings compared with 14-day rice plants. Most of indica and Tongil(indica$\times$japonica) type rice cultivars were more resistant than that of japonica cultivars based on the leaf injury to $O_3$. Eight Korean cultivars belong to japonica groups showed highly resistant reaction to $O_3$. Ozone exposure during booting stage caused lower grain fertility than exposures during seedling, maximum tillering and heading stages of rice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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