Activity 4 / Activité n°4
Title: Supporting western and northern expansion of soybean in Canada
Lead Researcher: Leonid Savitch
Research Institution: Ottawa Research & Development Centre, Agriculture & Agri-Food Canada
Titre: Soutenir l’expansion du soya dans l’ouest et le nord du Canada
Chercheur principal: Leonid Savitch
Institution de recherche: Centre de recherche et de développement d’Ottawa – Agriculture et Agroalimentaire Canada
Description:
This activity is based on characterization, evaluation and gradation of already registered soybean lines suggested for western and northern expansion. The output of this activity is the fundamental knowledge of the mechanisms and regulation of soybean photosynthetic cold stress tolerance and acclimation, mechanisms and regulation of cold induced delay in reproductive development, cold induced regulation of carbon metabolism and carbon partitioning and recommendations to growers and breeders.
Description:
Cette activité est basée sur la caractérisation, l’évaluation et la gradation des lignées de soya déjà homologuées, qui sont envisagées pour l’expansion vers l’ouest et le nord. Les résultats de cette activité seront la connaissance fondamentale des mécanismes et de la régulation de la tolérance au stress du froid de la photosynthèse chez le soya et de son adaptation, des mécanismes et de la régulation du retard de développement de la reproduction induit par le froid, de la régulation du métabolisme du carbone et du partitionnement du carbone induits par le froid, ainsi que des recommandations aux producteurs et aux sélectionneurs.
Results / résultats
2020-2021
Title: Supporting western and northern expansion of soybean in Canada
Lead Researcher: Leonid Savitch
Research Institution: Ottawa Research & Development Centre, Agriculture & Agri-Food Canada
Titre: Soutenir l’expansion du soya dans l’ouest et le nord du Canada
Chercheur principal: Leonid Savitch
Institution de recherche: Centre de recherche et de développement d’Ottawa – Agriculture et Agroalimentaire Canada
Description:
This activity is based on characterization, evaluation and gradation of already registered soybean lines suggested for western and northern expansion. The output of this activity is the fundamental knowledge of the mechanisms and regulation of soybean photosynthetic cold stress tolerance and acclimation, mechanisms and regulation of cold induced delay in reproductive development, cold induced regulation of carbon metabolism and carbon partitioning and recommendations to growers and breeders.
Description:
Cette activité est basée sur la caractérisation, l’évaluation et la gradation des lignées de soya déjà homologuées, qui sont envisagées pour l’expansion vers l’ouest et le nord. Les résultats de cette activité seront la connaissance fondamentale des mécanismes et de la régulation de la tolérance au stress du froid de la photosynthèse chez le soya et de son adaptation, des mécanismes et de la régulation du retard de développement de la reproduction induit par le froid, de la régulation du métabolisme du carbone et du partitionnement du carbone induits par le froid, ainsi que des recommandations aux producteurs et aux sélectionneurs.
Results / résultats
2020-2021
- Using same methodologies as in previous years, another 10 soybean varieties were evaluated for cold stress tolerance in controlled environments.
- To evaluate relevance of the lab-based cold tolerance screening results to the field, soybean germplasm was also evaluated at 4 locations and 3 soil types in Saskatchewan.
- En utilisant les mêmes méthodologies que précédemment, 10 autres variétés de soya ont été évaluées dans des environnements contrôlés pour leur tolérance au stress au froid.
- Pour évaluer la pertinence sur le terrain des résultats des essais de la tolérance au froid en laboratoire, ce matériel génétique a également été évalué sur le terrain à 4 sites et 3 types de sol en Saskatchewan.
2020 - Project update video / Vidéo de la mise à jour du projet (disponible seulement en anglais)
2019-2020
- Efficient screening tools for cold stress tolerance under long day conditions were developed to be used at R3 stage of plant development.
- Detailed analysis of photosynthetic soybean cold stress tolerance identified that: a) chlorophyll degradation and specific leaf weight, (b) rates of photosynthesis, redox state of the chloroplast, linear electron transport, and (c) day time leaf starch accumulation and night time starch degradation and day time retention of leaf soluble sugars and night time export of soluble sugars in fully developed mature donor leaves at R3 stages of plant development exposed to the cold stress (six nights) and acclimation to low night temperatures (cold nights from V1 stage to maturity) can be effectively used as a screening tools for soybean photosynthetic cold stress tolerance.
- However, while methodology established for the evaluation of soybean cold stress tolerance in the controlled environment conditions can be effective to differentiate soybean germplasm, more information from field studies is needed to corroborate/correlate results/methodologies obtained in the controlled environments and field conditions effectively.
- Several early maturity soybean varieties grown under long day conditions were evaluated again this year with respect to the effects of cold night stress (six nights at 10°C) and acclimation to low night temperatures (cold nights from V1 stage to maturity). Results to-date indicate that the varieties can be separated into three groups (described below) and only the group (I) phenotype would be suitable for cultivation in Saskatchewan:
- (I) Cold acclimation resulted in 10 days delay in maturity, minimal changes in #pods, minimal changes in yield, minimal changes in seed weight and an increase in seed protein content
- (II) Cold acclimation resulted in 10 days delay in maturity, increased #pods, minimal changes in yield or increased yield, drastic reduction in seed weight and significant decrease in seed protein content
- (III) Cold acclimation resulted in 75 days delay in maturity, 3- to 4-fold increase in #pods, 3-fold increase in yield and minimal or no changes in seed weight and protein content
- NOTE: Differentiation of soybean germplasm under this methodology is possible only when night temperatures decrease to 10°C or below. If night temperatures do not drop below 10°C, all tested varieties maintain the same maturity and growth phenotype.
Results suggest that cultivation of tested varieties should be based not only on latitude but also on average low night temperatures common/recorded for the proposed areas of cultivation. - Although the controlled environment evaluation methods were effective in identifying promising varieties, they were very time-consuming because plants have to be grown to full maturity, which can take up to five months. Therefore, efforts are underway to develop screening tools that can differentiate the three phenotypes at an earlier plant growth stage.
- To evaluate relevance of the lab-based cold tolerance screening results to the field, soybean germplasm was also evaluated at 4 locations and 3 soil types in Saskatchewan.
- Des outils de sélection efficaces pour la tolérance au stress dû au froid dans des conditions de jours longs ont été développés pour être utilisés au stade R3.
- Une analyse détaillée de la tolérance de la photosynthèse au stress dû au froid chez le soya, a permis d’observer ce qui suit: a) la dégradation de la chlorophylle et le poids spécifique des feuilles, (b) les taux de photosynthèse, l'état redox du chloroplaste, le transport linéaire des électrons, et (c) l'accumulation d'amidon foliaire le jour et sa dégradation la nuit et la rétention diurne des sucres solubles dans les feuilles vs leur exportation nocturne dans les feuilles donneuses matures pleinement développées aux stades R3 du développement de la plante exposées au stress du froid (six nuits) et l'acclimatation aux basses températures nocturnes (nuits froides du stade V1 à maturité). Ces derniers indicateurs peuvent être utilisés efficacement comme outil de détection de la tolérance photosynthétique du soya au stress du froid.
- Cependant, alors que la méthodologie établie pour l'évaluation de la tolérance au froid du soya dans des conditions d'environnement contrôlé peut être efficace pour différencier le matériel génétique du soya, des informations supplémentaires provenant d'études sur le terrain sont nécessaires pour corroborer les méthodes et corréler les résultats obtenus dans des environnements contrôlés et sur le terrain.
- Plusieurs variétés hâtives de soya cultivées dans des conditions de jours longs ont été évaluées à nouveau cette année pour les effets du stress lié aux nuits froides (six nuits à 10°C) et de l'acclimatation aux basses températures nocturnes (nuits froides du stade V1 à la maturité). Les résultats à ce jour indiquent que les variétés peuvent être séparées en trois groupes (décrits ci-dessous) et que seul le phénotype du groupe « I » conviendrait à la culture en Saskatchewan:
- I: L'acclimatation au froid retarde la maturité de 10 jours, entraîne des changements minimes du nombre de gousses, des rendements et du poids spécifique du grain, mais cause une augmentation de la teneur en protéines des graines
- II: L'acclimatation au froid retarde la maturité de 10 jours, augmente le nombre de gousses, entraîne des changements minimes du rendement ou une augmentation de rendement, une réduction drastique du poids spécifique du grain et une diminution significative de la teneur en protéines des graines
- III: L'acclimatation au froid retarde la maturité de 75 jours, augmente de 3 à 4 fois le nombre de gousses, augmente de 3 fois le rendement et cause des changements faibles ou nuls dans le poids spécifique du grain et sa teneur en protéines
Les résultats suggèrent que la culture des variétés testées devrait être basée non seulement sur la latitude, mais aussi sur les basses températures nocturnes moyennes habituelles et observées pour les zones proposées.
- Bien que l'évaluation en environnement contrôlé ait été efficace pour identifier des variétés prometteuses, elle prenait beaucoup de temps car les plants devaient être cultivés jusqu'à maturité – ce qui peut prendre jusqu'à cinq mois. Par conséquent, des travaux sont en cours pour développer des outils de sélection qui peuvent différencier les trois phénotypes à un stade de croissance beaucoup plus précoce.
- Pour évaluer la validité des résultats du dépistage en laboratoire de la tolérance au froid pour les conditions de terrain, le matériel génétique du soya a également été évalué à 4 sites et sur 3 types de sol en Saskatchewan.
2018-2019
- 8 soybean varieties were evaluated under controlled environments to develop effective methodology to screen for cold stress tolerance, and to identify useful germplasm for early maturity breeding programs.
- Soybean germplasm was evaluated at 4 locations and 3 soil types in Saskatchewan to provide field confirmation of the lab-based cold tolerance screening results.
- 8 variétés de soya ont été évaluées dans des environnements contrôlés pour développer une méthodologie efficace de dépistage de la tolérance au stress du froid et pour identifier le matériel génétique utile pour les programmes de sélection pour des courtes saisons de croissance.
- Le matériel génétique du soya a été évalué à 4 sites et sur 3 types de sol en Saskatchewan pour fournir une confirmation sur le terrain des résultats sur la tolérance au froid obtenus en laboratoire.
Funding for the Soybean Cluster is provided by the Agriculture and Agri-Food Canada AgriScience Program through the Canadian Agricultural Partnership, with industry support from the Canadian Field Crop Research Alliance (CFCRA) whose members include: Atlantic Grains Council; Producteurs de grains du Quebec; Grain Farmers of Ontario; Manitoba Crop Alliance; Manitoba Pulse & Soybean Growers; Saskatchewan Pulse Growers; Prairie Oat Growers Association; SeCan; and FP Genetics.
La grappe du soya est financée par le programme Agri-science d’Agriculture et Agroalimentaire Canada dans le cadre du Partenariat canadien pour l’agriculture. Le soutien de l’industrie est facilité par l’Alliance de recherche sur les cultures commerciales du Canada (ARCCC), dont les membres incluent: Atlantic Grains Council, Producteurs de grains du Québec, Grain Farmers of Ontario, Manitoba Crop Alliance, Manitoba Pulse & Soybean Growers; Saskatchewan Pulse Growers; Prairie Oat Growers Association; SeCan; et FP Genetics.