Variability and genetic parameters of chlorophyll content in forage peanut genotypes using the SPAD index.

This study aimed to verify the existence of variability and to estimate genetic parameters for chlorophyll content in forage peanut genotypes.

The effects of temperature and light integral on early vegetative growth and chlorophyll fluorescence of four contrasting genotypes of cacao (Theobroma cacao)

The effect of temperature on early vegetative growth, leaf chlorophyll fluorescence and chlorophyll content was examined on four genotypes of cacao (Amelonado, AMAZ 15–15, SCA 6 and SPEC 54/1). A controlled environment glasshouse was used to simulate the temperature conditions of three cacao-growing regions (Bahia, Brazil; Tafo, Ghana and Lower Perak, Malaysia) over the course of a year. Base temperatures calculated from increments in main stem growth varied from 18.6°C for AMAZ 15/15 to 20.8°C for SPEC 54/1. Temporal variation in Fv/Fm observed for two of the clones (SCA 6 and SPEC 54/1) in two of the compartments were correlated with temperature differences over time. Significant differences were also recorded between genotypes in leaf chlorophyll content. It was shown that variation over time in leaf chlorophyll content could be quantified accurately as a function of temperature and light integral. The results imply that genetic variability exists in cacao in response to temperature stress.

Influence of UV radiation on chlorophyll, and antioxidant enzymes of wetland plants in different types of constructed wetland

A surface- and vertical subsurface-flow-constructed wetland were designed to study the response of chlorophyll and antioxidant enzymes to elevated UV radiation in three types of wetland plants (Canna indica, Phragmites austrail, and Typha augustifolia). Results showed that (1) chlorophyll content of C. indica, P. austrail, and T. augustifolia in the constructed wetland was significantly lower where UV radiation was increased by 10 and 20 % above ambient solar level than in treatment with ambient solar UV radiation (p < 0.05). (2) The malondialdehyde (MDA) content, guaiacol peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) activities of wetland plants increased with elevated UV radiation intensity. (3) The increased rate of MDA, SOD, POD, and CAT activities of C. indica, P. australis, and T. angustifolia by elevated UV radiation of 10 % was higher in vertical subsurface-flow-constructed wetland than in surface-flow-constructed wetland. The sensitivity of MDA, SOD, POD, and CAT activities of C. indica, P. austrail, and T. augustifolia to the elevated UV radiation was lower in surface-flow-constructed wetland than in the vertical subsurface-flow-constructed wetland, which was related to a reduction in UV radiation intensity through the dissolved organic carbon and suspended matter in the water. C. indica had the highest SOD and POD activities, which implied it is more sensitive to enhanced UV radiation. Therefore, different wetland plants had different antioxidant enzymes by elevated UV radiation, which were more sensitive in vertical subsurface-flow-constructed wetland than in surface-flow-constructed wetland.

Das wasserlösliche Chlorophyll-Protein (WSCP): biochemische Charakterisierung und Untersuchungen zur biologischen Funktion

Das WSCP (water-soluble chlorophyll protein) der Brassicaceen ist das einzig bekannte Chlorophyll-bindende Protein, welches keine Carotinoide bindet. Es ist ein wasserlösliches, ca. 80 kDa großes Homotetramer mit 1-4 gebundenen Chlorophyllen. Das Protein ist äußerst stabil und vermag die gebundenen Chlorophylle vor Photooxidation zu schützen. Seine Funktion in der Pflanze ist bis heute ein Rätsel und sollte in dieser Arbeit zusammen mit seinen biochemischen Eigenschaften weiter aufgeklärt werden. Es wurden Versuche durchgeführt mit nativem und rekombinantem WSCP aus Blumenkohl (BoWSCP bzw. BoWSCPhis) und aus Arabidopsis thaliana (AtWSCP bzw. AtWSCPhis). Die Expressionsausbeute von BoWSCPhis konnte verbessert werden und zusätzlich wurde die Rekonstitutionsmethode für das rekombinante WSCP optimiert, sodass das pigmentierte Protein mit hoher Ausbeute und großer Reinheit gewonnen werden konnte. Zudem wurde ein neuer WSCP-Klon hergestellt, mBoWSCPhis, der in seiner Sequenz dem maturen nativen BoWSCP entspricht und weitaus weniger Aggregationsprobleme zeigte als BoWSCPhis. Weiterführende Versuche zur Stabilität und dem Oligomerisierungsgrad von WSCP haben die neue Erkenntnis erbracht, dass die Phytolschwänze der von WSCP gebundenen Chlorophylle zwar essentiell sind für die Stabilität von WSCP-Oligomeren, nicht aber für die Oligomerisierung selbst, wie es in der Literatur bislang postuliert wurde. Zusätzlich zu ihrer außerordentlichen Hitzestabilität erwiesen sich die Chl-WSCP-Komplexe als stabil in einem breiten pH-Spektrum. AtWSCPhis besaß eine vergleichbare Stabilität, und auch das Oligomerisierungsverhalten zeigte Ähnlichkeiten zu BoWSCPhis. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin wurden zeitaufgelöste Absorptionsspektren sowie Tieftemperatur-Fluoreszenzspektren an Chl-WSCP-Komplexen gemessen. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die WSCP-gebundenen Chlorophylle excitonisch gekoppelt sind und wiesen zudem auf unterschiedliche Chl-Bindungsmodi hin. Aufgrund seines einfachen Aufbaus und seines geringen Chlorophyllgehalts hat sich WSCP bei diesen Versuchen als sehr geeignetes Modellsystem erwiesen, um Messungen zur Chlorophyllbindung mit Vorhersagen aus theoretischen Modellen zu vergleichen. Bei den Experimenten zur biologischen Funktion wurden einerseits Arabidopsis thaliana WSCP-„knock-out“-Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen charakterisiert, andererseits wurden Experimente mit rekombinantem WSCP durchgeführt, um eine mögliche Interaktion mit anderen Proteinen zu detektieren. Die vegetativen Stadien der Mutante zeigten keinen Phänotyp; das native Arabidopsis-WSCP konnte später bei der Wildtyp-Pflanze ausschließlich in jungen Schoten lokalisiert werden, was eine Erklärung hierfür lieferte. Rekombinantes WSCP konnte Chlorophylle aus nativem LHCII entfernen, eine Interaktion mit Chlorophyllase konnte jedoch nicht nachgewiesen werden; daher konnte auch die Hypothese, WSCP sei ein Chl-Carrier beim Chl-Abbau, nicht untermauert werden. Bei den durchgeführten Enzym-Assays wurde eine geringfügige Inhibition der Cysteinprotease Papain beobachtet, aber keine Inhibition der Serinprotease Trypsin, obwohl Blumenkohl-WSCP N-proximal das Motiv der Künitz-Proteaseinhibitoren besitzt. Die Frage nach der biologischen Funktion von WSCP bleibt also weiterhin offen.

Chlorophyll Synthesis in Dark-Grown Pine Primary Needles1

The pigment content of dark-grown primary needles of Pinus jeffreyi L. and Pinus sylvestris L. was determined by high-performance liquid chromatography. The state of protochlorophyllide a and of chlorophylls during dark growth were analyzed by in situ 77 K fluorescence spectroscopy. Both measurements unambiguously demonstrated that pine primary needles are able to synthesize chlorophyll in the dark. Norflurazon strongly inhibited both carotenoid and chlorophyll synthesis. Needles of plants treated with this inhibitor had low chlorophyll content, contained only traces of xanthophylls, and accumulated carotenoid precursors. The first form of chlorophyll detected in young pine needles grown in darkness had an emission maximum at 678 nm. Chlorophyll-protein complexes with in situ spectroscopic properties similar to those of fully green needles (685, 695, and 735 nm) later accumulated in untreated plants, whereas in norflurazon-treated plants the photosystem I emission at 735 nm was completely lacking. To better characterize the light-dependent chlorophyll biosynthetic pathway in pine needles, the 77 K fluorescence properties of in situ protochlorophyllide a spectral forms were studied. Photoactive and nonphotoactive protochlorophyllide a forms with emission properties similar to those reported for dark-grown angiosperms were found, but excitation spectra were substantially red shifted. Because of their lower chlorophyll content, norflurazon-treated plants were used to study the protochlorophyllide a photoreduction process triggered by one light flash. The first stable chlorophyllide photoproduct was a chlorophyllide a form emitting at 688 nm as in angiosperms. Further chlorophyllide a shifts usually observed in angiosperms were not detected. The rapid regeneration of photoactive protochlorophyllide a from nonphotoactive protochlorophyllide after one flash was demonstrated.