Agronomie 11 (1991) 193-199
DOI: 10.1051/agro:19910306

Influence of photon flux density and fluctuation on the nitrogen fixing Glycine max (L Merr)-Bradyrhizobium japonicum symbiosis in a controlled environment

JJ Drevon^a, JP Gaudillère^b, JP Bernoud^c, F. Jardinet^c and M. Evrard<sup>c

a</sup>  INRA, Laboratoire de Recherches sur les Symbiotes des Racines, 1 Place Viala 34060 Montpellier-Cedex
^b  INRA, Laboratoire de Physiologie Végétale, Domaine de la Grande Ferrade, 33140 Pont-de-la-Maye
^c  Rhône-Poulenc Agrochimie, 14, Rue P Baizet, 69009 Lyon, France

Abstract - Nodulated soybeans, Glycine max (L Merr), were grown under 6 photon flux densities (PFD) from 0.35-1.03 mmol photons m^-2·s^-1, in order to determine the optimal light intensity for symbiotic nitrogen fixation in controlled environment. The nitrogenase activity (C ₂H₂ reduction) was highest at 0.68 mmol photons m^-2 ·s^-1 which also corresponded to the highest growth of plants and the biggest mass of nodules. The specific acetylene reducing activity was not affected by PFD, except at 1.03 mmol photons m^-2.s^-1, where it was much lower. Decreasing the PFD had no effect on nitrogenase activity during the following 24 h. By contrast, an increase in PFD rapidly induced a significant decline of nitrogenase activity. At a similar PFD, the periodic light fluctuation was less beneficial than steady illumination for growth and nitrogen fixation. It is concluded that plant photosynthesis determines nodule mass which in turn determines the rate of nitrogen fixation. Nodule nitrogenase activity is not directly regulated by concurrent photosynthesis however, probably because of available photosynthate reserves and other regulatory mechanisms. Excess of light inhibits nitrogenase activity.

Résumé - Influence de la densité et de la fluctuation du flux de photons sur la fixation symbiotique de l'azote par Glycine max-Bradyrhizobium japonicum. Dans l'objectif de déterminer l'intensité lumineuse optimale pour la fixation symbiotique de l'azote en milieu contrôlé, des sojas nodulés ont été cultivés sous 6 densités de flux de photons (DFP) comprises entre 0,35 et 1,03 mmol(photons)·m ^-2·s^-1 (fig 1). L'activité nitrogénase (réduction de l'acétylène) est la plus élevée à 0,68 mmol(photons)·m^-2·s^-1 (fig 2), densité de flux de photons qui correspond également aux croissances de plante et aux masses modulaires les plus élevées (fig 1). L'activité spécifique de réduction de l'acétylène par les nodosités n'est pas affectée par la DFP, excepté à 1,03 mmol(photons)·m^-2·s^-1 pour laquelle elle est plus faible (fig 2). La diminution de la DFP n'a pas d'effet sur l'activité nitrogénase pendant au moins 24 h (fig 3). Au contraire une augmentation de la DFP provoque rapidement une diminution significative de l'activité nitrogénase (fig 3). Pour une même DFP, un éclairement périodique comparé à un éclairement stable induit une croissance et une activité nitrogénase plus faibles (fig 2). La photosynthèse détermine donc la masse nodulaire qui en retour détermine la vitesse de fixation de l'azote. Cependant, l'activité nitrogénase nodulaire n'est pas directement régulée par la photosynthèse simultanée, probablement du fait de l'existence de réserves de photosynthats et d'autres mécanismes de régulation. Un excès de lumière inhibe spécifiquement la fixation d'azote.

Key words: nitrogenase / nodules / photosynthesis / Rhizobium / Glycine max = soybean

Mots clés : nitrogénase / nodule / photosynthèse / Rhizobium / Glycine max = soja