Chlorophyll fluorescence and biomass partitioning within light and nitrogen deficiency: An example of the use of the R programming language for teaching

Abstract

Introduction: Chlorophyll Fluorescence (Fv/Fm) detects damage in photosystem II (PSII) in plants exposed to stress (biotic and/or abiotic). Objective: In this context, Fv/Fm for the diagnosis of the effect of N deficiency and light in tomato plants (Solanum lycopersicum) was evaluated. Methods: We used the software R to analyze data from an experiment consisted of two light treatments (high and low) and two Hoagland nutritive solutions (N deficiency: (-)N; and complete solution: C). Twenty tomato plants within the two light treatments, with two nutrient levels ((-)N and C) were used. For four weeks, weekly measurements for height (H), leaf number (NL), and Fv/Fm were made. On the fourth week, the dry mass partitioning (root: RMR; stem: SMR; and leaves: LMR) and chlorophyll concentration (a, b, a/b, and total) was measured. Results: We found statistically significant differences between treatments for H, NL and Fv/Fm (KW> 14,5, g.l.= 3,76, P<0,01), but no differences for chlorophyll concentration (F<2,2; g.l.=1, 16, P>0,05). In both light conditions it was higher LMR in C treatment, but with lower RMR compared to (-)N. Statistically significant correlations (% Spearman, P<0,05) between Fv/Fm and LMR, RMR, and SMR (-76%, 69%, and 37%, respectively) were found. Conclusion: Overall, we can emphasize that the Fv/Fm is a sensitive variable to the stress caused by nitrogen and light deficiency, whose progress of stress time-course can assess. Finally, Fv/Fm proved to be an indicator of the dry mass partition of stress induced by N deficiency and could be implemented as diagnostic in breeding programs.

“Fluorescencia de clorofila y la partición de biomasa en condiciones de deficiencia de luz y nitrógeno: un ejemplo del uso del lenguaje de programación R para la docencia”. Introducción: La fluorescencia de clorofila (Fv/Fm) detecta el daño en el fotosistema II (PSII) en plantas expuestas a algún tipo de estrés (biótico y/o abiótico). Objetivo: En este contexto, se evaluó la fluorescencia de la clorofila (Fv/Fm) para el diagnóstico del efecto de la deficiencia de N y la luz en Solanum lycopersicum. Métodos: El experimento consistió en dos tratamientos de luz (alta y baja) y dos soluciones de Hoagland (N deficiencia: (-)N; y solución completa: C). Durante cuatro semanas se realizó mediciones semanales de altura (H), número de hoja (NL) y Fv/Fm. En la cuarta semana se midió la partición de biomasa seca (raíz: RMR; tallo: SMR; y hojas: LMR) y concentración de clorofila. Resultados: Encontramos diferencia estadísticamente significativa entre los tratamientos para H, NL y Fv/Fm (P<0,01), con excepción de la concentración de clorofila (P>0,05). En ambas condiciones de luz fue mayor LMR en el tratamiento C, pero con menor RMR en comparación con (-)N. Se encontró correlación estadísticamente significativa (P<0,05) entre Fv/Fm y LMR, RMR y SMR (-76%, 69% y 37%, respectivamente). Conclusión: En general, podemos enfatizar que el Fv/Fm es una variable sensible al estrés causado por la deficiencia de nitrógeno y luz, cuyo progreso puede evaluarse a lo largo del tiempo. Finalmente, Fv/Fm demostró ser un indicador de la partición de la biomasa del estrés inducido por la deficiencia de N y podría implementarse en el diagnóstico en programas de mejoramiento.