Effect of ambient levels of ozone on photosynthetic components and radical scavenging system in leaves of African cowpea varieties

Tropospheric ozone (O3), a main component of photochemical oxidants, adversely affects not only human health but also vegetation. To clarify the long-term effects of ambient levels of tropospheric ozone (O3) on photosynthetic components and radical scavenging system in the leaves of cowpea ( Vigna unguiculata L.), two African varieties, Blackeye and Asontem, were grown in open-top chambers and exposed to filtered air (FA), non-filtered air (NF) or non-filtered air with additional O3 of approximately 50 nl l-1. Ambient levels of O3 significantly reduced chlorophyll concentration, quantum yield and activity of ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco), thus contributing to the reduction in net photosynthetic rate at the reproductive growth stage of both varieties; with no significant variety difference in the sensitivity to O3. The O3-induced significant reduction in catalase activity was observed in Blackeye at vegetative and reproductive growth stages; and in Asontem at reproductive growth stage. On the other hand, exposure to O3 significantly increased ascorbate peroxidase activity in Blackeye at reproductive stage and did not significantly affect that in Blackeye at vegetative growth stage and that in Asontem at both growth stages. At reproductive growth stage, activities of monodehydroascorbate reductase and glutathione reductase were significantly increased by the exposure to O3 in both varieties. The results obtained in this study suggest that, although ascorbate peroxidase, monodehydroascorbate reductase and glutathione reductase played important roles in scavenging O3-induced reactive oxygen species in the leaves, radical scavenging ability of these enzymes is not sufficient to avoid detrimental effects of ambient levels of O3 on photosynthesis in both African cowpea varieties.

L’ozone troposphérique (O3), un composant essential des oxydants photochimiques, a des effets pervers sur la santé humaine et la végétation. Afin de clarifier les effets à long-terme des niveaux ambiants de l’ozone troposphérique (O3) sur les composantes de la photosynthèse et le système d’épuration des feuilles du niébé ( Vigna unguiculata L.), deux variétés de niébé Africain, Blackeye et Asontem, ont été cultivées dans une chambre d’expérimentation et exposées à l’air filtré (FA), l’air non filtré (NF) ou air non filtré additionné de O3 à 50 nl l-1. Les niveaux ambiants d’O3 ont réduit de façon significative la concentration en chlorophylle, le rendement en quantum et l’activité de ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco), contribuant ainsi à la réduction du taux photosynthétique net au stade reproductif des deux variétés; il n’y a pas eu de différence significative dans la sensibilité des variétés à O3. Une réduction significative induite par l’O3 dans l’activité de catalase a été observée aux stades végétatif et reproductif chez la variété Blackeye; et au stade reproductif chez Asontem. D’autre part, l’exposition à l’O3 a augmenté de façon significative l’activité de l’ascorbate peroxidase seulement au stade reproductif chez Blackeye mais aux deux stades végétatif et reproducteur chez la variété Asontem. Au stade reproductif, l’activité de monodehydroascorbate réductase et de glutathione réductase ont été augmentée de façon significative par l’exposition à l’O3 chez les deux variétés. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent que malgré le role important que jouent ascorbate peroxidase, monodehydroascorbate réductase et glutathione réductase dans l’épuration dans les feuilles des espèces à oxygène réactif induit par l’O3, l’habileté d’épuration de ces enzymes n’est pas assez pour éviter les effets nocifs des niveaux ambiants d’O3 sur la photosynthèse chez les variétés de niébé Africain.