DOI: 10.1051/agro:2001166

Agronomie 21 (2001) 725-733

Studies on differential manganese tolerance of mung bean and rice genotypes in hydroponic culture

G.R. Rout, S. Samantaray and P. Das

Plant Physiology and Biochemistry Laboratory, a Plant Biotechnology Division, Regional Plant Resource Centre, Bhubaneswar-751 015, Orissa, India

(Received 7 March 2001; revised 15 June 2001; accepted 3 July 2001)

Abstract
Mung bean (Vigna radiata L.) and rice (Oryza sativa) cultivars were tested for their tolerance to different levels of manganese (Mn⁺²) (2.0 M, (control), 71, 142, 284, 568 and 1136 M) in nutrient solution at pH 6.8. Seeds of mung bean and rice were germinated and grown in the presence of manganese under controlled environmental conditions. Standard growth parameters such as root length, shoot length, root/shoot dry biomass and root/shoot tolerance index were tested as markers of manganese toxicity. Measurements as early as 48 hours after the germination did not yield consistent results. However, root measurement on the 3rd, 6th, 9th and 12th day after root emergence showed significant differences between cultivars of rice and mung bean. Mung bean cultivars TARM-21 and PDM-116 developed better root systems while "TARM-1" , "K-851" , "TARM-22" , "LGG-407" , "Dhauli" and "TARM-26" showed poor growth of the roots in presence (284 M). Rice cultivars "Khandagiri" and "Subhadra" developed good root system whereas "Rudra" , "Sankar" , "Annapurna" and "Nilgiri" showed poor root growth. The root tolerance index (RTI) and the shoot tolerance index (STI) in "TARM-21" and "PDM-116" and "TARM-1" in mung bean and "Khandagiri" & "Subhadra" in rice were high indicating their tolerance to manganese; "TARM-26" and "Dhauli" of mung bean and "Nilgiri" of rice, however, showed low RTI. Based on the growth parameters, eight cultivars of mung bean and six cultivars of rice were ranked in respect of their tolerance to manganese: TARM-21 > PDM-116 > TARM-1 > K-851 > LGG-407 > TARM-22 > Dhauli > TARM-26 and Khahdagiri > Subhadra > Rudra > Nilgiri > Annapurna > Sankar respectively. Manganese toxicity was correlated with increased peroxidase activity and decreased catalase activity in different cultivars of mung bean and rice. This method can be employed for quick screening of mung bean and rice cultivars for manganese tolerance in breeding programmes.

Résumé
Étude sur la tolérance différentielle au manganèse de génotypes de haricot mungo et de riz en culture hydroponique. Des variétés de haricot mungo (Vigna radiata L.) et de riz (Oryza sativa) ont été testées pour leur tolérance à différents niveaux de manganèse (Mn²⁺) (2 M, témoin ; 71, 142, 284, 568 et 1136 M) dans des solutions nutritives avec un pH de 6,8. Les graines de haricot mungo et de riz ont germé et poussé en présence de manganèse dans des conditions d'environnement contrôlées. Les paramètres classiques de croissance tels que la longueur des racines et des tiges, le rapport des biomasses sèches racine/tige et l'indice de tolérance racine/tige ont été testés comme marqueurs de la toxicité du manganèse. Les mesures précoces effectuées 48 heures après la germination n'ont pas fourni de résultats cohérents. En revanche, les mesures de racines effectuées au 3e, 6e, 9e et 12e jour après leur émergence ont mis en évidence des différences significatives entre les variétés de riz et de haricot mungo. Les variétés de haricot mungo TARM-21 et PDM-116 ont développé le meilleur système racinaire tandis que "TARM-1 " , "K-851 " , "TARM-22 " , "LGG-407 " , "Dhauli " et "TARM-26 " ont présenté un faible développement des racines en présence de manganèse (284 M). Les variétés de riz "Khandagiri " et "Subhadra " ont développé un bon système racinaire tandis que "Rudra " , "Sankar " , "Annapurna " et "Nilgiri " avaient une faible croissance racinaire. L'indice de tolérance racinaire (RTI) et l'indice de tolérance des pousses (STI) de "TARM-21 " , "PDM-116 " et "TARM-1 " pour le haricot mungo et de "Khandagiri " et "Subhadra " pour le riz, étaient élevés indiquant leur tolérance au manganèse ; "TARM-26 " et "Dhauli " pour le haricot mungo et "Nilgiri " pour le riz montraient cependant un faible RTI. En s'appuyant sur les paramètres de croissance, huit variétés de haricot mungo et six variétés de riz ont été classées en fonction de leur tolérance au manganèse : TARM-21 > PDM-116 > TARM-1 > K-851 > LGG-407 > TARM-22 > Dhauli > TARM-26 et Khandagiri > Subhadra > Rudra > Nilgiri > Annapurna > Sankar respectivement. La toxicité du manganèse a été corrélée avec l'accroissement de l'activité de la peroxydase et la diminution de celle de la catalase chez différentes variétés de haricot mungo et de riz. Cette méthode peut être utilisée pour un tri rapide des variétés de haricot mungo et de riz pour leur tolérance au manganèse dans les programmes de sélection.

Key words: Mn²⁺ toxicity / catalase / peroxidase / mung bean / rice / screening / nutrient solution

Mots clés : toxicité du manganèse / peroxydase / catalase / haricot mungo / riz / criblage / solution nutritive

Correspondence and reprints: G.R. Rout
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Communicated by Marco Trevisan (Piacenza, Italy)

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