REGULATIONO FPHOTOSYNTHESI SAN DENERG YDISSIPATIO NI N TRIAZINE-RESISTANTAN DSUSCEPTIBL E CHENOPODIUMALBUM REGULATIE VAN FOTOSYNTHESE EN ENERGIEDISSIPATIE IN TRIAZINE-RESISTENTE ENGEVOELIG E CHENOPODIUMALBUM 0000 0750 6104 Promotor: dr.W.J .Vredenber g hoogleraari nd e plantenfysiologie metbijzonder e aandachtvoo rd efysisch e aspecten Co-promotor: dr.ir.J.J.S .va nRense n universitairhoofddocen t bijd evakgroe p Plantenfysiologie <? ~> _ \ /"i 1 o I ^ N70?1^ \ | VictorBa sCurwie l REGULATION OFPHOTOSYNTHESI S ANDENERG YDISSIPATIO NI N TRIAZINE-RESISTANT ANDSUSCEPTIBL E CHENOPODIUMALBUM Proefschrift terverkrijgin g vand egraa dva ndocto r opgeza gva nd erecto r magnificus vand eLandbouwuniversitei t Wageningen, dr.C.M . Karssen, inhe topenbaa rt everdedige n opdonderda g 26jun i 1997 desnamiddag st evie ruu ri nd eAula . G LU^-Al The work presented in this thesis was performed at the Wageningen Agricultural University, Department of Plant Physiology, The Graduate School of Experimental Sciences, Arboretumlaan 4,6703B DWageningen ,th eNetherlands . BIBLIOTHEEK LANDBOUWUNIVERSITEIT WAGENINGEN Coverdesign :Victo rB .Curwie lan dAlle xB . Haasdijk ISBN 90-5485-692-0 ,sJMo8^< , ^ZÖf Stellingen 1. Onderzoek bij Chenopodiumalbum naar het effect van abiotische stress op triazine- resistenteplante n heeft aangetoond, dat stresska n leidento t schaduwtype eigenschappen. Dit proefschrift. 2. Het verschil in de gevoeligheid van triazine-resistente en "wild-type" planten van Chenopodium albumvoo r fotoinhibitie komt het sterkst tot uiting bij hoge lichtintensiteit tijdens de opkweek. Dit proefschrift. 3. Van alle mechanismen, die Chenopodium album ter beschikking heeft om zich te beschermen tegen overdadig licht zijn die, welke leiden tot fotochemische (qP) en energie-gerelateerde (qE)dovin g vanchlorofy l afluorescentie, he t belangrijkste. Dit proefschrift. 4. De aanwezigheid van grote hoeveelheden van het xanthofyl pigment zeaxanthine in en om de nabijheid van de pigment-eiwit complexen van het 'light harvesting complex' van fotosysteem II hoeft geen rechtstreeks effect te hebben op de capaciteit van de fotobeschermende energie dissipatie. Dit proefschrift. Hurryet al, 1997.Plan tPhysiol . 113,639-648. 5. Bij de aanschaf van een nieuwe personal computer willen de gebruikers steeds een snellere, grotere en duurdere machine, terwijl er tegelijkertijd steeds minder gebruik gemaakt wordt vanzij n potentiële mogelijkheden. 6. Alhoewel firm door dejare n heen een uitstekend cultureel medium is gebleken om een boodschap aan het publiek over te brengen, wordt de boodschap niet altijd even goed begrepen. 7. Het schrijven van het proefschrift is voor depromovendu s debeproefd e methode om alle feiten logisch opee nrijtj e te zetten. 8. Het uitdelen van oscars aan genomineerde films blijft een interne Amerikaanse aangelegenheid, terwijl het toekennen van prijzen aan werkelijk goede films alleen is voorbehouden aan de Europese filmfestivals (Berlijn, Brussel, Cannes, Parijs, Rotterdam, Venetië). 9. De hype Internet is niets anders dan een aaneenschakeling van computerservers, zonder kope n staart, waarpermanen tee n chaos heerst. 10.Milieuactiviste n zijn bewogen methe twe le n weeva n denatuur , maar deze bewogenheid wordtnie t in allegevalle n opee n logische wijze tentoo n gespreid. 11. Sporten is goed voorgees te nlichaam , maarelk e sporter ise nblijf t een gezondeinvalide . 12.He t schrijven van artikelen blijft voor de meeste wetenschappers een kwelling van geest en lichaam wanneer de auteurs van mening blijven verschillen met de reviewers van het manuscript. Stellingen behorend bij het proefschrift "Regulation of photosynthesis and energy dissipation intriazine-resistan t and susceptible Chenopodiumalbum". Wageningen, 26jun i 1997 VictorBa s Curwiel Voorwoord Toen ik na het beëindigen van mijn studie landbouwplantenteelt aan de Landbouwuniversiteit te Wageningen de mogelijkheid kreeg aangeboden om bij de (toenmalige) vakgroep Plantenfysiologisch Onderzoek gedurende eenjaa r opvrijwillig e basis onderzoek te doen op het gebied van herbicide-resistentie en fotosynthese, greep ik deze kans met beide handen aan om mijn interesse en ervaring op dit vlak verder uit te breiden. Het gebruik van resistenteplante n omhe t effect van stresso pplante n tebestudere n had al tijdens mijn eerste afstudeervak op de vakgroep Plantenfysiologisch Onderzoek mijn enthousiasme en interesse voor dit onderzoek aangewakkerd. Aansluitend op het NOP (Na-doctoraal Onderzoek Projekt) "Licht-geïnduceerde proton translocaties in geïsoleerde chloroplasten" ben ik begonnen met het AIO-projekt "Invloed van herbicide-resistentie en abiotische stress opd e fotosynthese". Al gedurende mijn eerste afstudeervak entijden s hetNOP-projek t werdi kbegelei ddoo r mijn co-promotorJacque sJ.S .va nRensen .Oo ktijden s mijn AIO-schapwa sJacque s mijn steun entoeverlaa t tijdens mijn veleproeve n enonderzoe k opd evakgroe pPlantenfysiologie . Devel e discussies en besprekingen van het onderzoek hebben mij doen beseffen dat jouw hulp en kundigheid nodig zijn geweest om dit promotieprojekt tot een goed einde te brengen. Al voor het AIO-schap hadj e me rondgeleid in het internationale veld tijdens het 8eFESP Pcongre s in Antwerpen waarbijj e me alle facetten van deze onderzoekswereld liet zien. Dankzij een goed samenwerkingsverband hebben we samen de nodige artikelen kunnen schrijven. Ook mijn promotor Wim Vredenberg ben ik dankbaar voor zijn inzet tijdens de bespreking van het proefschrift. Ik denk dat het heel nuttig is geweest datj e als fysicus een heel andere frisse kijk had op de door mij uitgevoerde experimenten. De met je gevoerde discussies zijn ten goede gekomen aand ekwalitei t vanhe t proefschrift. De studenten, die ik tijdens mijn AIO-schap bij hun afstudeervak heb begeleid ben ik allen dankbaar voor hun werk en inzet. Met name Anne-Marie Derksen en Linda de Poorter hebben met hun experimenten enige openstaande vragen van mijn onderzoek kunnen beantwoorden en daarbe n ikhu nzee r dankbaar voor. Voorhe t kweken van denodig e planten voor mijn proeven gaat mijn dank uit naar het kaspersoneel en met name naar Leen, die de afgelopen jaren onafgebroken veel moeite gedaan heeft om uitstekend plantenmateriaal te leveren. Ook de mensen van het ACO (voormalig E&A) wil ik bedanken voor hun ondersteuning en gezelligheid en voord evel epraatuurtje s die ikbi j henhe b doorgebracht. Voor de meeste onderzoekers blijft de AIO- of OIO-periode de leukste en meeste intrigerende fase uit hun onderzoeksleven en ook voor mij waren de buitenlandse reizen zowel leerzaam alsamusant . Zegave n med ekan so mcollega' s teontmoete n en viae-mai le n bezochte summer schoolshe b ikee n leukekennissenkrin g opgebouwd. Verder gaat mijn dank uit naar alle andere collega's, die metijden s mijn verblijf opd e vakgroep inzeker emat ehebbe n geamuseerd enondersteund . Hans,i kzo u zeggen blijf lachen enkeep yourself in shape. Riawi l ikbedanke n voorhaa rmorel e steunbi j het afronden van dit proefschrift en Paul veel succes metj e verdere loopbaan en hou deee r van FOTS hoog in het vaandel!Last but not least, Rose thanksfor proof-reading mythesis en ookMarce l bedank ik voorhe t zorgvuldig nakijken vanmij n proefschrift. Tenslotte wil ik dit voorwoord eindigen met een dankwoord gericht aan mijn ouders, die niet alleen tijdens mijn AIO-schap,maa r ook tijdens mijn gehele studieloopbaan me altijd hebben gesteund en gemotiveerd om door te studeren. De promotie is daarmee tevens de afronding van een zeer langee n geslaagde studie.P ae nM abedank t vooralles ! Contents Abbreviations ix 1. GeneralIntroductio n 1 2. Influence ofphotoinhibitio n onelectro n transportan d photophosphorylation ofisolate dchloroplast s 17 V.B.Curwie l andJ.J.S .va nRense n (1993) Physiol.Plant .89,97-102 . 3. Comparison ofphotosyntheti c activitiesi ntriazine-resistan t and susceptiblebiotype so fChenopodium album 31 V.B.Curwiel ,G .Schansker , O.J.d eVo san dJ.J.S .va nRense n (1993) Z.Naturforsch . 48c, 278-282. 4. Chlorophyll fluorescence quenching,zeaxanthi nformatio n andligh t scatteringi nintac tleave so ftriazine-resistan t and susceptible Chenopodiumalbum plant s 43 V.B.Curwie l andJ.J.S .va nRense n(1996 ) J.Photochem .Photobiol .B : Biol.35,189-195 . 5. Fluorescence quenching analysisi ntriazine-resistan t and susceptible Chenopodium album leavesi nrelatio n tophotoinhibitio n 59 6. Roleo fenergy-dissipativ e pathwaysi nth ephotoprotectio n of triazine-resistant andsusceptibl e Chenopodiumalbum t ophotoinhibitio n 79 7. GeneralDiscussio n 93 Summary 101 Samenvatting 103 Listo fPublication s 105 Curriculumvita e 107 vii Abbreviations APO ascorbate peroxidase complex atrazine 2-chloro-4(ethylamino)-6-(isopropyl-amino)-i-triazine CCCP carbonylcyanide-m-chlorophenylhydrazone Chi chlorophyll Dl protein Photosystem IIreactio n centerprotei n containing the QB-bindingsit e DAD diaminodurene DCPIP 2,6-dichlorophenolindophenol DTT dithiotreithol ET electron transport FeCy potassium hexacyanoferrate(III) Fm Chi a fluorescence level when all Photosystem II reaction centers are closed Fo Chi a fluorescence level when all Photosystem II reaction centers are open indark-adapte d state Fv variablefluorescence; Fm-F o Fo' minimumfluorescence leve l when all Photosystem II reaction centers are open in light-adapted dark state Fm' yield of chl a fluorescence due to a saturating light pulse under steady state light conditions F steady statefluorescence leve l in theligh t Fv/Fm a measure for the efficiency of open reaction centers used to