Plant biomass, photosystem II (PSII) photochemical activity, photosynthetic function, and zinc (Zn) accumulation were investigated in a sorghum-sudangrass hybrid (Sorghum bicolor ${\times}$ S. sudanense) exposed to various Zn concentrations to determine the elimination capacity of Zn from soils. Plant growth and biomass of the sorghum-sudangrass hybrid decreased with increasing Zn concentration. Symptoms of Zn toxicity, i.e., withering and discoloration of old leaves, were found at Zn concentrations over 800 ppm. PSII photochemical activity, as indicated by the values of $F_v/F_m$ and $F_v/F_o$, decreased significantly three days after exposure to Zn concentrations of 800 ppm or more. Photosynthetic $CO_2$ fixation rate (A) was high between Zn concentrations of 100-200 ppm ($22.5{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$), but it declined as Zn concentration increased. At Zn concentrations of 800 and 1600 ppm, A was 14.1 and $1.8{\mu}mol$$CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, respectively. The patterns of stomatal conductance ($g_s$), transpiration rate (E), and water use efficiency (WUE) were all similar to that of photosynthetic $CO_2$ fixation rate, except for dark respiration ($R_d$), which showed an opposite pattern. Zn was accumulated in both above- and below-ground parts of plants, but was more in the below-ground parts. Magnesium (Mg) and iron (Fe) concentrations were significantly low in the leaves of plants, and symptoms of Mg or Fe deficiency, such as a decrease in the SPAD value, were found when plants were treated with Zn concentrations above 800 ppm. These results suggest that the sorghum-sudangrass hybrid is able to accumulate Zn to high level in plant body and eliminate it with its rapid growth and high biomass yield.
In Jun Gyo;Lee Bum Soo;Youn Jae-Ho;Son Hwa;Kim Se Young;Yang Deok Chun
Korean Journal of Plant Resources
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v.18
no.3
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pp.441-449
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2005
Photo system II (PSII) is one of the two photosynthetic reaction centers in the chloroplast of higher plants. The chlorophyll a/b-light harvesting complex serves primarily as an antenna for PSII. We isolated a cDNA that encodes a chlorophyll a/b-binding protein (Cab) from Panax ginseng. The small subunit consists of 935 nucleotides long and has an open reading frame of 795 bp with the deduced amino acid of 265 residues (pI 5.63), 28.6 kDa. The deduced amino acid sequence matched to the previously reported Cab genes. Their degree of amino acid identity ranged from 68 to $92\%$. Phylogenetic analysis based on the amino acid residues was showed that the ginseng Cab gene was grouped with P. persica (AAC34983), A. thaliana (AAD28771), G. hirsutum (CAA38025), G. max (AAL29886), and V. radiate (AAF89205).
Park, Jong Yong;Yoo, Sung Young;Kang, Hong Gyu;Kim, Tae Wan
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.61
no.4
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pp.270-276
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2016
The objective of this study was to find a rapid determination of the hot air stress in maize (Zea mays L.) leaves using a portable chlorophyll fluorescence imaging instrument. To assess the photosynthetic activity of maize leaves, an imaging analysis of the photochemical responses of maize was performed with chlorophyll fluorescence camera. The observed chlorophyll imaging photos were numerically transformed to the photochemical parameters on the basis of chlorophyll a fluorescence. Chlorophyll a fluorescence imaging (CFI) method showed that a rapid decrease in maximum fluorescence intensity ($F_m$) of leaf occurred under hot air stress. Although no change was observed in the maximum quantum yield ($F_v/F_m$) of the hot air stressed maize leaves, the other photochemical parameters such as maximum fluorescence intensity ($F_m$) and Maximum fluorescence value ($F_p$) were relatively lowered after hot air stress. In hot air stressed maize leaves, an increase was observed in the nonphotoquenching (NPQ) and decrease in the effective quantum yield of photochemical energy conversion in photosystem II (${\Phi}PSII$). Thus, NPQ and ${\Phi}PSII$ were available to be determined non-destructively in maize leaves under hot air stress. Our results clearly indicated that the hot air could be a source of stress in maize leaves. Thus, the CFI analysis along with its related parameters can be used as a rapid indicating technique for the determining hot air stress in plants.
Pathogen infection in plants induces complex responses ranging from gene expression to metabolic processes in infected plants. In spite of many studies on biotic stress-related changes in host plants, little is known about the metabolic and phenotypic responses of the host plants to Pseudomonas cichorii infection based on image-based analysis. To investigate alterations in tomato plants according to disease severity, we inoculated plants with different cell densities of P. cichorii using dipping and syringe infiltration methods. High-dose inocula (${\geq}10^6cfu/ml$) induced evident necrotic lesions within one day that corresponded to bacterial growth in the infected tissues. Among the chlorophyll fluorescence parameters analyzed, changes in quantum yield of PSII (${\Phi}PSII$) and non-photochemical quenching (NPQ) preceded the appearance of visible symptoms, but maximum quantum efficiency of PSII ($F_v/F_m$) was altered well after symptom development. Visible/near infrared and chlorophyll fluorescence hyperspectral images detected changes before symptom appearance at low-density inoculation. The results of this study indicate that the P. cichorii infection severity can be detected by chlorophyll fluorescence assay and hyperspectral images prior to the onset of visible symptoms, indicating the feasibility of early detection of diseases. However, to detect disease development by hyperspectral imaging, more detailed protocols and analyses are necessary. Taken together, change in chlorophyll fluorescence is a good parameter for early detection of P. cichorii infection in tomato plants. In addition, image-based visualization of infection severity before visual damage appearance will contribute to effective management of plant diseases.
The effect of ultraviolet-B (UV-B) radiation on photosynthesis was studied by the simultaneous measurements of $O_2$ evolution and chlorophyll (Chl) fluorescence in tobacco leaves. When the tobacco leaves were teated with UV-B (1 $W{\cdot}m^{-2}$), the maximal photosynthetic $O_2$, evolution (Pmax; 4.60 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) at 200 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) was decreased with increasing time of UV-B treatment showing 80% decline after 4 h treatment. Chl fluorescence parameters were also affected by ultraviolet-B. Fo was increased while both Fm and Fv were decreased, resulted in the decreased of photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm). Non-radiative dissipation of absorbed light as heat as estimated as NPQ (Fm/Fm' - 1) was also decreased with increasing time of UV-B treatment while the extent of photochemical quenching (qP) was not changed. Thus, the ratio of (1-qP)/NPQ parameter was also increased with increasing time of UV-B treatment indicating PSII is under the threat of photoinhibition. The result indicate that UV-B primarily decreases the capacity to dissipate excitation energy by trans-thylakoid pH, which in turn inhibits PSII activity.
Barley worldwide is affected seriously by Fusarium seedling blight (FSB) and Fusarium head blight (FHB) diseases caused by the Fusarium species. The objective of this study was to facilitate the resistance of hulled and hull-less barley at different growth stages to F. culmorum according to direct parameters: disease rating (DR), fresh weight of leaves and roots, kernel weight per spike, kernel number per spike, plump kernels, and indirect parameters - chlorophyll a fluorescence (CF). Plate assay, greenhouse and field tests were performed on 30 spring barley doubled haploid (DH) lines and their parents infected with Fusarium culmorum. Direct parameters proved that hulled genotypes show less symptoms. Most studied chlorophyll a fluorescence (CF) parameters (apart from DIo/CS - amount of energy dissipated from PSII for laboratory test, TRo/CS - amount of excitation energy trapped in PSII reaction centers, ETo/CS - amount of energy used for electron transport and RC/CS - number of active reaction centres in the state of fully reduced PSII reaction center in field experiment) were significantly affected by F. culmorum infection. In all experiments, hulled genotypes had higher values of CF parameters compared to hull-less ones. Significant correlations were detected between direct and indirect parameters and also between various environments. It was revealed that ABS/CS, TRo/CS, and RC/CS have significant positive correlation in greenhouse test and field experiment. Significant correlations suggest the possibility of applying the CF parameters in selection of barley DH lines resistant to F. culmorum infection.
Background: Ecophysiological characteristics of Rosa rugosa were analyzed under different environmental factors from May to October 2022. Photosynthesis, chlorophyll fluorescence, chlorophyll content, leaf water content (LWC), osmolality, carbohydrate content, and total ion content were measured to compare the physiological characteristics of R. rugosa at two study sites (i.e., in large pots and in the Goraebul coastal sand dune area). Results: When R. rugosa was exposed to high temperatures, photosynthetic parameters including net photosynthetic rate (PN) and stomatal conductance (gs) in both experiment areas declined. In addition, severe photoinhibition occurs when R. rugosa is continuously exposed to high photosynthetically active radiation (PAR), and because of this, relatively low Y(II) (i.e., the quantum yield of photochemical energy conversion in photosystem II [PSII]) and high Y(NO) (i.e., the quantum yield of non-regulated, non-photochemical energy loss in PSII) in the R. rugosa of the pot were observed. As the high Y(NPQ) (i.e., the quantum yield of regulated non-photochemical energy loss in PSII) of R. rugosa in the coastal sand dune, they dissipated the excessed photon energy through the non-photochemical quenching (NPQ) mechanism when they were exposed to relatively low PAR and low temperature. Rosa rugosa in the coastal sand dune has higher chlorophyll a and carotenoid content. The high chlorophyll a + b and low chlorophyll a/b ratios seemed to optimize light absorption in response to low PAR. High carotenoid content played an important role in NPQ. As a part of the osmotic regulation in response to low LWCs, R. rugosa exposed to high temperatures and continuously high PAR used soluble carbohydrates and ions to maintain high osmolality. Conclusions: We found that Fv/Fm was lower in the potted plants than in the coastal sand dune plants, indicating the vulnerability of R. rugosa to high temperatures and PAR levels. We expect that the suitable habitat range for R. rugosa will shrink and move to north under climate change conditions.
The objectives of this study focused on measuring chlorophyll fluorescence related to drought stress comparing some parameters. Almost parameters were declined although they were not significant on the basis of mean values of fluorescence of total leaf area. While the ratio of fluorescence intensity variable chlorophyll ($F_V$) to fluorescence intensity maximal chlorophyll ($F_M$) was not changed, the effective quantum yield of photochemical energy conversion in photosystemII (${\Phi}PSII$) and chlorophyll fluorescence decrease ratio ($R_{fd}$) were slightly reduced, indicating inhibition of the electron transport from quinone bind protein A ($Q_A$) to quinone bind protein B ($Q_B$). Some parameters such as non-photochemical quenching rate ($NPQ_{_-LSS}$) and coefficients of non-photochemical quenching of variable fluorescence (qN) in mid-zone of leaf and near petiole zone leaf were significantly enhanced within 4 days after drought stress, which can be used as physiological stress parameters. Decrease in ${\Phi}PSII$ could was significantly measured in all leaf zones. In conclusion, three parametric evidences for chlorophyll fluorescence responses such as ${\Phi}PSII$, NPQ, and qN insinuated the possibility of photophysiological indices under drought stress.
Park, So-Hyun;Yoo, Sung-Yung;Lee, Min-Ju;Park, Jong-Yong;Song, Ki-Tae;Kim, Tae Wan;Lee, Byung-Moo
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.60
no.1
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pp.1-7
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2015
The photochemical characteristics were analyzed in the context of sowing time and different levels of fertilized nitrogen during the maize (Zea mays L.) growth. When maize was early sawn, the fluorescence parameters related with electron-transport, in photosystem II (PSII) and PSI, were effectively enhanced with the higher level of fertilized nitrogen. Highest values were observed in maize leaves grown in double N-fertilized plot. The photochemical parameters were declined in the progress of growth stage. In early growth stage, the fluorescence parameters were highest, and then reduced to about half of the parameters related with electron transport on PSII and PSI at middle and late growth stages. In 1/2 N plot, the photochemical energy dissipation was measured to 13% in term of active reaction center per absorbed photon resulting in decrease in performance index and driving force of electron. This decrease induced to lower the photochemical effectiveness. In 2 N plots, the electron transport flux from $Q_A$ to $Q_B$ per cross section and the number of active PSII RCs per cross section were considerably enhanced. It was clearly indicated that the connectivity between photosynthetic PSII and PSI, i.e. electron transport, was far effective.
The effect of Salicylic acid (SA) on the leaf growth, chlorophyll content, photosynthesis, stomatal conductance in Commelina communis L. was investigated. C. communis which was grown in Hoagland solution containing 1 mM SA during 3 weeks resulted in a significant reduction of leaf length, width and area. 1 mM SA reduced about 10% of the leaf area at 1 week and 2 weeks, but inhibited 22% of the leaf area at 3 weeks. SA also showed great effect on the reduction of chlorophyll content. SA reduced 47% and 53% of chlorophyll content each at 2 weeks and 3 weeks when it was compared with the control. Chlorophyll a/b ratio in SA treated sample was increased at 3 weeks representing that SA was sensitive to chlorophyll b. The treatment of SA did not inhibit the activity of PSII+PSI, PSII and PSI. This result indicates that SA did not show direct effect oil the photosynthetic electron transport activity. However, when C. communis was grown in Hoagland solution containing I mM SA fer long period, SA showed clear inhibition of photosyhthesis in intact leaves. The treatment of SA for 3 weeks showed about 23~65% inhibition of photosynthetic activity at various light intensity (100~1000$\mu$mo1 m$^2$S$^1$). Similar effect was found on stomatal conductance. The treatment of SA caused an almost closure of stomata. Similar effects of stomatal conductance at various light intensity indicate a loss of normal control on stomatal mechanism. These results indicate that the effect of SA on photo-synthetic activity was not by SA itself but by indirect metabolic pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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