Effect of phosphorus deficiency on the photosynthetic characteristics of rice plants

Resumo

Os efeitos da deficiência de fósforo sobre as características fotossintéticas foram estudados em mudas de arroz (Oryza sativa L.) a cada 8 dias após o tratamento. A deficiência de P causou uma redução significativa na taxa de fotossíntese líquida (PN) nas plantas de arroz. Durante os primeiros 16 dias de deficiência de P, a eficiência máxima da fotoquímica do PSII (F v/F m), o rendimento quântico efetivo do PSII (ϕPSII), a taxa de transporte de elétrons (ETR, do inglês Electron Transport Rate) e a extinção fotoquímica (qP) nas plantas de arroz com limitação de P mantiveram-se próximas ao controle, mas a eficiência de captura de energia de excitação dos centros de reação do PSII (F′v/F′m) diminuiu significativamente nas folhas de arroz com deficiência de P. Enquanto isso, nas folhas estressadas, também encontramos um aumento significativo na extinção não fotoquímica (NPQ), bem como nas atividades da superóxido dismutase (SOD) e da ascorbato peroxidase (APX). Foi indicado que uma série de mecanismos fotoprotetores foi iniciada nas plantas de arroz em resposta à deficiência de P a curto prazo. Portanto, o funcionamento do PSII não foi afetado significativamente sob esse estresse. Como a deficiência de P continuou, o excesso de energia de excitação foi acumulado além da capacidade dos sistemas de fotoproteção. Quando o arroz sofreu com a deficiência de P por mais de 16 dias, o ϕPSII, a ETR e o qP diminuíram mais rapidamente do que nas plantas de controle, embora o NPQ ainda se mantivesse mais alto nas plantas estressadas. Esses resultados também foram consistentes com os dados sobre a distribuição da energia de excitação. O excesso de energia

Abstract

The effects of phosphorus deficiency on the photosynthetic characteristics were studied in rice seedlings (Oryza sativa L.) every 8 days after treatment. P deficiency caused a significant reduction in the net photosynthesis rate (P _N) in rice plants. During the first 16 days of P deficiency, the maximum efficiency of PSII photochemistry (F _v/F _m), the effective PSII quantum yield (ϕ_PSII), the electron transport rate (ETR) as well as photochemical quenching (qP) in the P-limited rice plants kept close to the control, but the excitation energy capture efficiency of PSII reaction centers (F′_v/F′_m) was significantly declined in the P-deficient rice leaves. Meanwhile, in the stressed leaves, we also found a significant increase in nonphotochemical quenching (NPQ) as well as in the activities of superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX). It was indicated that a series of photoprotective mechanisms had been initiated in rice plants in response to short-term P deficiency. Therefore, PSII functioning was not affected significantly under such stress. As P deficiency continued, the excess excitation energy was accumulated in excess of the capacity of photoprotection systems. When the rice suffered from P deficiency more than 16 days, ϕ_PSII, ETR, and qP were decreased more rapidly than that in the control plants, although NPQ still kept higher in the stressed plants. These results were also consistent with the data on the distribution of excitation energy. The excess energy induced the generation of reactive oxygen species, which might lead to the further damage to PSII functioning.