Leaf Photosynthesis Potential in Pineapple (Ananas comosus L. Merr.) ‘Smooth Cayenne’, a Crassulacean Acid Metabolism Plant

Authors

  • Pannee Chuennakorn Center for Agricultural Biotechnology
  • Suntaree Yingjajaval Center for Agricultural Biotechnology, Kasetsart University

DOI:

https://doi.org/10.14456/thaidoa-agres.2021.4

Keywords:

CAM photosynthesis, Light response, Chlorophyll fluorescence, Photochemistry

Abstract

Light response ofpineapple ‘Smooth Cayenne’, a crassulacean acid metabolism (CAM) plant, was assessed by combining the measurements of leaf gas exchange, chlorophyll fluorescence and total acid content during each of the four carboxylation phases. Results showed that the gas exchange parameters, namely the net photosynthesis (A) and the stomatal conductance (gs) did not correspond to the applied radiation intensity (PPFi). It was clear that the procedure of gas exchange measurement was not applicable to assess CAM light response in all phases. The chlorophyll fluorescence measurement, on the other hand, provided data on the light–adapted quantum efficiency (φPSII) and the electron transport rate (ETR). ETR showed increase with PPFi, thus could be fitted into a non–rectangular hyperbola function in all phases. The estimation showed that the maximum ETR was 143 μmol e- m–2 s –1 during Phase III (9-12 h), and the estimated maximum gross photosynthesis rate (Pg) was 35.8 μmolCO2 m–2 s –1, with the light saturation (IsETR) of 750 μmolPPF m–2 s –1. The measurement of the leaf total acid content (H+) showed that the levels were high during Phase I and II (dark to dawn). During daytime Phase III, H+ was reduced drastically, confirming the release of CO2 into the process of photochemistry. In Phase IV, both ETR and H+ were spent and the levels became low. Our study showed that we needed 3 procedures together to assess the light response of CAM leaf of pineapple.

References

พรชัย ไพบูลย์ และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2550. ศักยภาพการสังเคราะห์แสงของใบปาล์มน้ำมัน. ว. วิทย. กษ. 38 (6): 483–492.

พรรณี ชื่นนคร. 2550. ศักยภาพการสังเคราะห์แสงและอัตราแลกเปลี่ยนแก๊สในรอบวันของใบกล้วยไม้สกุลหวาย พันธุ์บอม โจ. วิทยานิพนธ์ปริญญาโท. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, นครปฐม. 77 หน้า.

พรรณี ชื่นนคร และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2550. ศักยภาพการสังเคราะห์แสงของใบกล้วยไม้สกุลหวาย พันธุ์บอม โจ. ว. วิทย. กษ. 38 (5): 405–413.

พรรณี ชื่นนคร และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2553. อัตราแลกเปลี่ยนแก๊สในรอบวันของใบกล้วยไม้สกุลหวาย พันธุ์บอม โจ. ว. วิทย. กษ. 41 (2): 231–240.

พรรณี ชื่นนคร และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2560. ศักยภาพการสังเคราะห์แสงของใบสะละพันธุ์เนินวงและสุมาลี. ว. วิทย. กษ. 48 (3): 430–441.

วินัย อุดขาว ภฤศนันท์ เอี่ยมเอกสุวรรณ และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2559. การตอบสนองของปากใบและกระบวนการสังเคราะห์แสงของยูคาลิปตัส คามาลดูเลนซิส ต่อสภาวะขาดน้ำจากการชักนำด้วยพอลิเอทิลีนไกลคอล. ว. วิทย. กษ. 47 (2): 149–161.

ศรีสังวาลย์ ลายวิเศษกุล และสุนทรี ยิ่งชัชวาลย์. 2554. เส้นตอบสนองต่อแสงของใบผักโขมภายใต้ความเข้มข้นหลายระดับของคาร์บอนไดออกไซด์. ว. วิทย. กษ. 42 (2): 193–202.

สุทิน หิรัญอ่อน สุนทรี ยิ่งชัชวาลย์ และสิริกุล วะสี. 2549. ศักยภาพการสังเคราะห์แสงของพริกขี้หนูสายพันธุ์ 83-168 และพริกช่อ มข. ลูกผสมตรงและลูกผสมสลับ. ว. วิทย. กษ. 37 (1): 65–75.

Cote, F.X., M. Andre., M. Folliot., D. Massimino and A. Daguenet. 1989. CO2 and O2 exchanges in the CAM plant Ananas comosus (L.) Merr. Determination of total and malate–decarboxylation–dependent CO2 assimilation rates: study of light O2 uptake. Plant Physiol. 89 (1): 61–68.

de Mattos, E.A., T.E.E. Grams, E. Ball, A.C. Franco, A. Haag–Kerwer, B. Herzog, F.R. Scarano and U. Lüttge. 1997. Diurnal patterns of chlorophyll a fluorescence and stomatal conductance in species of two types of coastal tree vegetation in southeastern Brazil. Trees 11: 363–369.

de Mattos, E.A. and U. Lüttge. 2001. Chlorophyll Fluorescence and Organic Acid Oscillations during Transition from CAM to C3 photosynthesis in Clusia minor L. (Clusiaceae). Ann. Bot. 88 (3): 457–463.

Dodd, A.N., A.M. Borland, R.P. Haslam, H. Griffiths and K. Maxwell. 2002. Crassulacean acid metabolism: plastic, fantastic. J. Exp. Bot. 53 (369): 569–580.

FAO: Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2017. FAOSTAT. Available Source: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC/visualize, September 30, 2019.

Franco, A.C., A. Haag–Kerwer, B. Herzog, T.E.E. Grams, E. Ball, E.A. de Mattos, F.R. Scarano, S. Barreto, M.A. Garcia, A. Mantovani and U. Lüttge. 1996. The effect of light levels on daily patterns of chlorophyll fluorescence and organic acid accumulation in the tropical CAM tree Clusia hilariana. Trees 10 (6): 359–365.

Franco, A.C., B. Herzog, C. Hübner, E.A. de Mattos, F.R. Scarano, E. Ball and U. Lüttge. 1999. Diurnal changes in chlorophyll a fluorescence, CO2–exchange and organic acid decarboxylation in the tropical CAM tree Clusia hilariana. Tree Physiol. 19 (10): 635–644.

Genty, B., J.M. Briantais and N.R. Baker. 1989. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj. 990 (1): 87–92.

González, H.O. and O.B. Villarreal. 2007. Crassulacean Acid Metabolism Photosynthesis in Columnar Cactus Seedlings During Ontogeny: The Effect of Light on Nocturnal Acidity Accumulation and Chlorophyll Fluorescence. AM. J. BOT. 94 (8): 1344–1351.

Griffiths, H., W.E. Robe, J. Girnus and K. Maxwell. 2008. Leaf succulence determines the interplay between carboxylase systems and light use during Crassulacean acid metabolism in Kalanchoe species. J. Exp. Bot. 59 (7): 1851–1861.

LI–COR. 2011. Instruction Manual for Using the LI-6400/LI-6400XT Portable Photosynthesis System, OPEN Software Version 6.2. LI-COR Biosciences Inc., Nebraska. 1324 p.

Malezieux E., F.E. Cote and D.P. Bartholomew. 2003. Crop Environment, Plant Growth and Physiology. pp. 69–107. In: D.P. Bartholomew, R.E. Paull and K.G. Rohrbach (eds), The Pineapple Botany, Production and Uses. University of Hawaii at Manoa Honolulu, CABI Publishing.

Maxwell, K., A.M. Borland, R.P. Haslam, B.R. Helliker, A. Roberts and H. Griffiths. 1999. Modulation of Rubisco Activity during the Diurnal Phases of the Crassulacean Acid Metabolism Plant Kalanchoë daigremontiana. Plant Physiol. 121(3): 849–856.

Nobel, P.S. 1991. Transley Review No. 32. Achievable productivities of certain CAM plants: basis for high values compared with C3 and C4 plants. New Phytol. 119: 183–205.

Ritchie, R.J. and S. Bunthawin. 2010a. The Use of Pulse Amplitude Modulation (PAM) Fluorometry Measure Photosynthesis in CAM Orchid, Dendrobium spp. (D. cv. Viravuth Pink). Int. J. Plant Sci. 171(6): 575–585.

Ritchie, R.J. and S. Bunthawin. 2010b. Photosynthesis in Pineapple (Ananas comosus (L.) Merr) Measured Using PAM (Pulse Amplitude Modulation) Fluorometry. Tropical Plant Biol. 3(4): 193–203.

Thornley, J.H.M. and I.R. Johnson. 1990. Plant and Crop Modelling. Oxford. 660 p.

Wohlfahrt, G. and L. Gu. 2015. The many meanings of gross photosynthesis and their implication for photosynthesis research from leaf to globe. Plant Cell Environ. 38(12): 2500–2507.

Published

2021-02-09

How to Cite

Chuennakorn, P., & Yingjajaval, S. (2021). Leaf Photosynthesis Potential in Pineapple (Ananas comosus L. Merr.) ‘Smooth Cayenne’, a Crassulacean Acid Metabolism Plant. Thai Agricultural Research Journal, 39(1). https://doi.org/10.14456/thaidoa-agres.2021.4

Issue

Section

Technical or research paper