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.
Imaging-PAM fluorometry was used to assess the chlorophyll a fluorescence parameter ${\Phi}_{PSII}$ (effective quantum yield) in Frcus vesiculosus. F. disttchus. ssp. distichus and AscophyIIum nodosum. The objective was to show variadon in fluorescence yield associated with age and frond organ, and to illustrate the spatial scales at which photosynthetic parameters vary on fucoid thalli. In addition, our species represented taxa in different but related genera, species with different ecoloeies (rock pool and non rock pool species), morphologies (with and without air bladders) and longevities (several to 20 or more years). A further objective was to determine the extent to which photosynthetic parameters reflected these differences- Effective quantum yield declined substantially with age in F. vesiculosus and F. distichus ssp. distichus, whereas ${\Phi}_{PSII}$ in A. nodosum was maximal after three years. In A. nodosum ${\Phi}_{PSII}$ was still high in branch segments at least seven years old. Older branches of A. nodosum showed relatively higher and more homogeneous photosynthetic capacity relative to Fucus species. Surfaces of air bladders in A. nodosum and F. vesicu- losus had ${\Phi}_{PSII}$ that was not significantly different from the highest rates, achieved in these species. The heterogene- ity of photosynthetic efficiency is consistent with morphological and developmental differences among the species and their ecology. in particular the longevity of A. nodosum fronds.
To investigate the early symptoms of light-chilling, alterations of chlorophyll fluorescence transients were monitored in cucumber (Cucumis sativus L. cv. Ilmichungjang) leaves. During 24 h chilling, decreases in (Fv)m/Fm, qE and qQ, and an increase in Fo were observed. The chilling effects were not recovered at room temperature, and a significant increase in Fo was observed during the recovery period. After 6 h chilling, ‘dip’(D) level of the transients became obscure, and the negative slope after ‘peak’(P) disappeared. The first derivative (dFv/dt) of the fast fluorescence rise curve was used to obtain more accurate information about the changes in the transients. The maximal rate of the fluorescence increase in the D-p rise curve (Fr) has been the most frequently used chilling stress indicator. However, a correct value of Fr could not be measured when the D level became obscure. This problem was overcome by introducing a new indicator, HFr (dFv/dt at Fv = 1/2 (Fv)m), and HFr gave very similar values to Fr. To monitor the changes in curvature around D level, another new parameter, ${\Delta}S$(D-Fr), was also introduced. These three parameters decreased very sensitively during light-chilling. In addition, increases in these parameters were observed during the first 2 h chilling, but this increase in Fr was also observed in pea leaf discs dark-chilled for 15 min, suggesting that this very early change is a common response to chilling in both pea and cucumber leaves. Quenching coefficients were also very sensitive to chilling, especially qE. Discussion on the usage of these parameters as chilling stress indicators is given in the text.
Bo Kook Jang;Kyungtae Park;Cheol Hee Lee;Sang Yeob Lee;Ju Sung Cho
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2020.08a
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pp.55-55
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2020
This study investigated the growth and chlorophyll fluorescence reactions of three Ardisia genus grown under various indoor light intensity conditions with the aim of evaluating their suitability as indoor plants. Young seedlings of A. crispa (Thunb.) A.DC., A. pusilla DC., and A. japonica (Thunb.) Blume were used in the experiment. The plants were cultivated indoors for 10 weeks under different light intensities: 10, 50, 100, and 200 PPFD (μmol·m-2·s-1), and their growth was compared with that of plants cultivated in a greenhouse during the same period (mean value 236.8±20.4 PPFD at noon). Also, chlorophyll fluorescence analysis was investigated with a portable PAM fluorometer. The indoor plants were maintained at 12/12 h photoperiod, temperature at 25±1℃, and humidity at 55±3%. Irrigation frequency (once every three days) was the same for the indoors and the greenhouse. The results of growth in three Ardisia plants showed that almost all parameters except leaf number and chlorophyll content had similar levels regardless of light intensity. A. crispa and A. pusilla plants grown in 200 PPFD were investigated to have low chlorophyll contents. Meanwhile, chlorophyll fluorescence parameters differed based on light levels. In A. crispa, the Fv/Fm (0.77), DIo/RC (0.47) and Fm/Fo (4.77) parameters tended to be poor at 200 PPFD compared to those at other light intensities. Similarly, the DIo/RC, Fm/Fo, and Pi_Abs parameters of A. pusilla plant (200 PPFD) are 0.45, 4.48 and 2.42, respectively, which can be considered stress. The analysis of fluorescence in A. japonica showed that all parameters except ETo/RC had similar levels regardless of light intensity. The ETo/RC parameter was 0.49 and 0.72 in the control plants and plants 200 PPFD, respectively, which was lower than those in plants at other light intensities. Therefore, it seems that the relatively high light intensity acted as a stressor for Ardisia plants.
Kim, Kwang Seop;Seo, Young Jin;Kim, Dong Chun;Nam, Hyo Hoon;Lee, Bu Yong;Kim, Jun hyung
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.28
no.6
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pp.412-420
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2020
Background: Measurement of chlorophyll fluorescence (CF) is useful for detection the ability of plants to tolerate environmental stresses such as drought, and excessive sunlight. Cnidium officinale Makino is highly sensitive to water stress and excessive sunlight. In this study, we evaluated the effect of soil water and shade treatment on the photosynthesis and leaf temperature change of C. officinale. Methods and Results: C. officinale was cultivated under uniform irrigation for 1 week drought stress (no watering) for 6 days. A significant decrease in CF was observed on the 5th day of withholding water (approximately 6% of soil water content) regardless of shading. Notably, the Rfd_lss parameter (CF decrease rates) with and without shade treatment was reduced by 73.1% and 56.5% respectively, at 6 days compared with those at the initial stage (0 day). The patterns of the degree of CF parameters corresponded to those of the soil water content and difference between leaf temperature (Ts) and air temperature (Ta). Meanwhile, CF parameters recovered to the 3 - 4 days levels after re-watering, while the soil water potential was completely restored. The suitable soil water content for C. officinale optimal growth was between -5 kPa and -10 kPa in this experiment. Conclusions: Lack of soil water in the cultivation of C. officinale, even with shading, decreased latent heat cooling through transpiration. As a result, heat dissipation declined, and the plant was subjected to drought stress. Soil water content plays a major role in photosynthesis and leaf temperature in C. officinale.
Jee, Moo Geun;Hong, Young Ki;Kim, Sun Ick;Park, Yong Chan;Lee, Ka Soon;Jang, Won Suk;Kwon, A Reum;Seong, Bong Jae;Kim, Me-Sun;Cho, Yong-Gu
Journal of Plant Biotechnology
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v.49
no.3
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pp.240-249
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2022
Measuring chlorophyll fluorescence (CF) is a useful tool for assessing a plant's ability to tolerate abiotic stresses such as drought, waterlogging and high temperature. Korean ginseng is highly sensitive to water stress in paddy fields. To evaluate the possibility of non-destructively diagnosing waterlogging stress using chlorophyll fluorescence (CF) imaging techniques, we screened 57 ginseng accessions for waterlogging tolerance. To evaluate waterlogging tolerance among the 2-year-old Korean ginseng accessions, we treated ginseng plants with water stress for 25 days. The physiological disorder rate was characterized through visual assessment (an assigned score of 0-5). The physiological disorder rates of Geumjin, Geumsun and GS00-58 were lower than that of other accessions. In contrast, lines GS97-62, GS97-69 and GS98-1-5 were deemed susceptible. Root traits, chlorophyll content and the reduction rates decreased in most ginseng accessions. Further, these metrics were significantly lower in susceptible genotypes compared to resistant ones. All CF parameters showed a positive or negative response to waterlogging stress, and this response continuously increased over the treatment time among the genotypes. The CF parameter Fv/Fm was used to screen the 57 accessions, and the results showed clear differences in Fv/Fm between the susceptible and resistant genotypes. Susceptible genotypes had an especially low Fv/Fm value of less than 0.8, reflecting damage to the reaction center of photosystem II. It is concluded that Fv/Fm can be used as a CF parameter index for screening waterlogging stress tolerance in ginseng genotypes.
To ascertain the effect of over-expressed maize calreticulin in tomato plant on tobamovirus movement in addition to validating potentiality of the gene (ZmCRT) as a means for the virus-resistance resource, four ZmCRT-expressing homozygous lines were generated from the T0 plants as using an Agrobacterium-mediated transformation, nucleic acid analyses, and a conventional breeding method. Of them, a line was subjected to the bioassay for tolerances to tobacco mosaic virus-U1 (TMV-U1) and tomato mosaic virus (ToMV) followed by RT-PCR and a chlorophyll fluorescence quenching analyses. Both transgenic plants transcribing ZmCRT and wild-type plants showed no symptom by 20 days after viruses inoculation, however the photosystem II quantum yield parameter measured from the upper leaves of ToMV-inoculated plants revealed that ZmCRT transgenic plants have higher photosynthetic ability than wild-type ones at that time, which indirectly implies that over-expressed ZmCRT product acts as a barrier to the cell-to-cell and/or systemic movement of ToMV. Moreover, ZmCRT transgenic plants showed remarkably longer shoot length than wild-type ones in 40 days after TMV-U1 or ToMV inoculation each, which might be resulted from higher photosynthetic ability during the phase not yet showing any external symptoms. Collectively, over-expressed ZmCRT protein in tomato plants is able to interrupt the systemic movement of infected TMV-U1 and ToMV even though not perfect.
Seo, Han-Na;Chae, Seung-Beom;Lim, Hyo-In;Han, Sim-Hee;Lee, Kiwoong
Journal of Forest and Environmental Science
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v.37
no.4
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pp.315-322
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2021
The aim of this study was to investigate the sensitivity to environmental stress, and changes in the photosynthesis capacity in Abies koreana seedlings by age and to suggest the most effective age for restoration. To identify these physiological characteristics of A. koreana, the chlorophyll fluorescence and photosynthetic capacity of 1-, 2-, 3-, 5- and 6-year-old A. koreana seedlings were observed from June 2020 to June 2021. The maximum quantum efficiency of Photosystem II (Fv/Fm), a chlorophyll fluorescence measurement parameter, was strongly positively correlated with the monthly average temperature (1-year-old seedling: r=0.8779, 2-year-old seedling: r=0.8605, 3-year-old seedling: r=0.8697, 5-year-old seedlings: r=0.8085, and 6-year-old seedlings: r=0.8316). The Fv/Fm values were the lowest in winter (November 2020-March 2021). In addition, the Fv/Fm values of 1-, 2-, and 3-year-old seedlings in winter were lower than that of 5- and 6-year-old seedlings, while the Fv/Fm values in summer were relatively higher than those in winter. Further, the Fv/Fm values of seedlings of all ages decreased in August 2020, when the monthly average temperature was the highest. In particular, 1-year-old to 3-year-old seedlings showed Fv/Fm values less than 0.8. Further, the photosynthetic capacity measured in August 2020 increased with increasing seedling age. The analysis of variance results for summer Fv/Fm values showed significant differences in age-specific averages (p<0.05), and Duncan's multiple range test showed significant differences between 5- and 6-year-old seedlings and 1-, 2-, and 3-year-old seedlings (p<0.05). These results suggested that the 5- and 6-year-old seedlings were less sensitive to environmental stress and showed better photosynthetic capacity than the 1-, 2-, and 3-year-old seedlings. Therefore, 5-year-old or older A. koreana seedlings can be used as restoration materials because they can show increased adaptability and stable growth during transplantation due to their relatively high environmental resistance and photosynthetic capacity.
Kang, Hong Gyu;Kim, Tae Seong;Park, So Hyun;Kim, Tae Wan;Yoo, Sung Yung
Korean Journal of Environmental Biology
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v.34
no.4
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pp.264-271
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2016
The objective of this study was to determine the growth and light utilization efficiency of garden plants in shade area through chlorophyll fluorescence reaction analysis. Ten garden plants was grown for 75 days under 50% and 80% shading conditions. Under shading, $ET2_O/RC$, the fluorescence parameter related to electron-transport in photosystem II, was effectively enhanced. However, the electron transport flux until PSI acceptors per reaction center ($RE1_O/RC$) was reduced. These changes in photochemical parameters evoked a decrease in performance index (PI) and driving force (DF) of electron transport flux. In addition, some photochemical parameters such as $F_V$, $FV/F_O$, $RE1_O/RC$, $ET2_O/RC$, $PI_{TOTAL\;ABS}$, and $DF_{TOTAL\;ABS}$ were found to be important for shade tolerance. Three species (Pachysandra terminalis Siebold & Zucc, Physostegia virginiana L., and Carex maculata Bott) were found to be shade tolerant. Based on these results, shading factor index (SFI) deduced from photochemical parameters is useful for evaluating of shading stress of garden plants.
In this study, growth enhancing effect of hatchery waste egg decomposed liquid fertilizer in pepper plant cultivation through chlorophyll fluorescence (O-J-I-P) analysis. In a whole growth period, egg decomposed fertilizer treated pepper grew well than non treated plant, though it was not statistically significantly different. Amount of chlorophyll fluorescence of non treated plant was higher thant that of fertilizer treated plant. It is determined that eventually lead to increased photosynthesis. In this study, six parameters, Fo, ABS/RC, RC/ABS, TRo/RC, DI0/RC, and DF Total ABS were the important factors represent efficiency of photochemical responses of pepper plant treated with hatchery waste egg decomposed fertilizer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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