DOI: 10.1051/agro:2001152

Agronomie 21 (2001) 615-620

Increase in the concentrations of amino acids in the vascular tissue of white clover and white lupin after defoliation: an indication of a N feedback regulation of symbiotic N₂ fixation

Ueli A. Hartwig and Jan Trommler

Institute of Plant Sciences, ETH-Z, 8092 Zürich, Switzerland

(Received 27 January 2001; revised 30 August 2001; accepted 18 September 2001)

Abstract
Defoliation, particularly experienced by pasture and forage legumes, is associated with a fast and dramatic decrease in the nitrogenase activity (C₂H₂ reduction, H₂ evolution in Ar/O₂). Since the plant's N demand is temporarily reduced after defoliation, the nitrogenase activity may be down-regulated through a N feedback mechanism. To test this hypothesis, the concentrations of free amino acids in the xylem of white clover and in the phloem of white lupin were measured before and after defoliation. The concentrations of free asparagine, glutamine and aspartate were the highest of all the amino acids before defoliation. The concentrations of these amino acids increased three-fold in the xylem of white clover and two-fold in the phloem of white lupin within one to three hours after defoliation. The results are consistent with the concept of a N feedback mechanism that regulates nitrogen fixation in legume plants, in which free amino acids, cycling in the vascular tissue, act as trigger molecules.

Résumé
Accroissement de la concentration d'acides aminés dans le tissu vasculaire du trèfle blanc et du lupin blanc après défoliation : une indication de la régulation par rétroaction de la fixation symbiotique d'azote. La défoliation subie plus particulièrement par les légumineuses fourragères pâturées ou fauchées, est suivie par une décroissance rapide et spectaculaire de l'activité de la nitrogénase (réduction de C₂H₂, évolution de H₂ dans Ar/O₂). Puisque la demande d'azote de la plante est temporairement réduite après la défoliation, l'activité de la nitogénase devrait être abaissée grâce à un mécanisme de rétroaction de l'azote. Pour tester cette hypothèse, la concentration de trois acides aminés dans la xylème du trèfle blanc et dans le phloème du lupin blanc a été mesurée avant et après la défoliation. La concentration de l'asparagine de la glutamine et de l'aspartate libres était la plus élevée de toutes celles des acides aminés avant la défoliation. Elles ont triplé dans le xylème du trèfle blanc et doublé dans le phloème du lupin blanc dans une période comprise entre une et trois heures après la défoliation. Ces résultats sont en bon accord avec le concept d'un mécanisme de rétroaction de l'azote qui régule la fixation de l'azote dans les légumineuses, dans lequel les acides aminés libres, circulant dans le tissu vasculaire, agissent comme des molécules de déclenchement.

Key words: Trifolium repens / Lupinus albus / xylem / phloem / nitrogen feedback

Mots clés : Trifolium repens / Lupinus albus / xylème / phloème / rétroaction de l'azote

Correspondence and reprints: Ueli A. Hartwig
    e-mail: ueli.hartwig@ipw.agrl.ethz.ch

Communicated by Jean-Jacques Drevon (Montpellier, France)

© INRA, EDP Sciences 2001