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African Crop Science Journal
African Crop Science Society
ISSN: 1021-9730
EISSN: 2072-6589
Vol. 27, No. 4, 2019, pp. 653-677
Bioline Code: cs19044
Full paper language: English
Document type: Research Article
Document available free of charge

African Crop Science Journal, Vol. 27, No. 4, 2019, pp. 653-677

 fr
Galyuon, I.K.A.; Gay, A.; Borrell, A.K. & Howarth, C.J.

Résumé

La sécheresse est une cause majeure des pertes de rendement du sorgho [ Sorghum bicolor check for this species in other resources (L.) Moench] dans l’agriculture pluviale, en particulier dans les zones agro-écologiques semi-arides et arides d’Afrique et d’Asie. Les génotypes de sorgho restant verts peuvent maintenir le remplissage du grain dans des conditions de sécheresse. Le trait a été utilisé dans la sélection et la sélection pour la résistance à la sécheresse après la floraison, même si les gènes régulant le trait sont encore en cours d’identification. L’objectif de cette étude était d’évaluer comment la surface des feuilles et la chlorophylle sont maintenues dans diverses sources de persistance; et pour déterminer si l’intégrité de l’appareil photosynthétique et des enzymes impliqués dans le maintien de la photosynthèse pendant un stress de sécheresse après la floraison est régulée différemment. Une expérience en serre a été réalisée en utilisant trois lignées de sorgho vertes (B35, KS19 et E36-1) et un témoin de sénescence, R16, dans des conditions bien arrosées (WW) et limitées en eau (WL). La taille de la canopée à l’anthèse variait considérablement entre les génotypes, ce qui a eu un impact profond sur les profils de sénescence des feuilles. Par exemple, la surface de la feuille verte (GLA) à l’anthèse était fortement corrélée au déclin de la GLA au cours des 21 premiers jours de remplissage du grain, dans les conditions WW (r = 0,92) et WL (r = 0,86). Ces différences de profils de sénescence ont été encore exacerbées par la petite taille du pot dans cette étude (10 L). E36-1 est normalement désigné comme un génotype restant vert, mais la croissance de ce «génotype de grande surface foliaire» dans un petit pot a entraîné un phénotype sénescent. La rétention de la surface des feuilles vertes était plus élevée dans B35 et KS19 et la perte de GLA avait commencé 14 jours plus tôt dans les plantes WL E36-1 et R16, par rapport à B35, avec peu de changement dans KS19. Les niveaux de chlorophylle étaient plus élevés dans B35 et KS19 par rapport à R16 et E36-1 dans des conditions de WL. FPSII, le taux d’assimilation du CO2, la conductance des feuilles, le taux de transpiration et l’efficacité d’utilisation de l’eau des feuilles étaient plus élevés chez les génotypes restant verts dans des conditions de WL par rapport à R16. Les enzymes impliquées dans le métabolisme de l’azote des feuilles et la biosynthèse de la chlorophylle, ainsi que la photosynthèse, ont été conservées à des niveaux plus élevés dans les lignes vertes restantes que dans R16. Par conséquent, le mécanisme restant vert a entraîné une destruction réduite de l’appareil photosynthétique, un meilleur métabolisme de l’azote et le renouvellement de la chlorophylle, ainsi qu’un maintien des enzymes actives impliquées dans la photosynthèse.

Mots Clés
Zone de la feuille verte; photosynthèse; Sorgho bicolore

 
 en Physiological and biochemical basis for stay-green trait in sorghum
Galyuon, I.K.A.; Gay, A.; Borrell, A.K. & Howarth, C.J.

Abstract

Drought is a major cause of sorghum [ Sorghum bicolor check for this species in other resources (L.) Moench] yield losses in rain-fed agriculture, especially in the semi-arid and arid agro-ecological zones of Africa and Asia. Stay-green sorghum genotypes are able to maintain grain filling under drought conditions. The trait has been employed in the selection and breeding for post-flowering drought resistance, even though the genes regulating the trait are still being identified. The objective of this study was to assess how leaf area and chlorophyll are maintained in various sources of stay-green; and to determine whether the integrity of the photosynthetic apparatus and enzymes involved in the maintenance of photosynthesis during post-flowering drought stress are regulated differently. A glasshouse experiment was conducted using three stay-green sorghum lines (B35, KS19 and E36-1) and a senescent control, R16, under well-watered (WW) and water-limited (WL) conditions. The size of the canopy at anthesis varied significantly between genotypes, and this profoundly impacted leaf senescence patterns. For example, green leaf area (GLA) at anthesis was highly correlated with the decline in GLA during the first 21 days of grain filling, under both WW (r = 0.92) and WL (r = 0.86) conditions. These differences in senescence patterns were further exacerbated by the small pot size in this study (10 L). E36-1 is normally designated as a stay-green genotype, but the growth of this ‘high leaf area’, genotype in a small pot resulted in a senescent phenotype. Green leaf area retention was higher in B35 and KS19, and the loss of GLA started 14 days earlier in the WL E36-1 and R16 plants, compared to B35, with little change in KS19. Chlorophyll levels were higher in B35 and KS19 compared with R16 and E36-1 under WL conditions. ΦPSII, CO2 assimilation rate, leaf conductance, transpiration rate and leaf water use efficiency were higher in the stay-green genotypes under WL conditions compared to R16. Enzymes involved in leaf nitrogen metabolism and chlorophyll biosynthesis, and photosynthesis were retained at higher levels in the stay-green lines than in R16. Therefore, the stay-green mechanism resulted in reduced destruction of the photosynthetic apparatus, better nitrogen metabolism and chlorophyll turnover, and maintenance of active enzymes involved in photosynthesis.

Keywords
Green leaf area; photosynthesis; Sorghum bicolor

 
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