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

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 (C2H2 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.
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.