• Tidak ada hasil yang ditemukan

journal of agricultural science

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Membagikan "journal of agricultural science"

Copied!
11
0
0

Teks penuh

(1)

VO」UME 34     JUNE。2012     NUIVIBER : 2     1SSN NO, 0126" 0537

易ABLE OF CONTENTS

He「itability of F田it QuaIity in the P「ogenies of Day‑Neut「ai and Short Day Hyb「id St「awbe「ry CuItiva「s

Genetic Diversities in the Sixth ‑ Gene「ation of Selection (S。) of Some lnb「ed Lines of Maize based on the Phenotypic Cha「acte「s and SSR

Sago Baruk PaIm (Arenga microca仰ha Becc) as a Supe「io「 Locai Food Sou「ce and Soii Conservation

Plant at Sangihe lsiand Regency

Phytochemicai Anaiysis of Water Hyacinth (E/chhomia claSS佃es〉 of Ag「icuitu「ai Waste as Biosensitize「

fo「 Fe面Photo「eduction

Joh小yAlfrods R°rong, SudiaISO, Bud/ Prasefya, Jeany Po肌Mandang and Ed/ Su1岬nto...    .. 152

ident胴cation of M4 Gamma i「「adiated Maize Mutant Based on RAPD Ma「ke「s

Rus鍬aw∈鴫EやS叩巧OnO, Atra Rome肘a, CaturHe庵On and Sudono H・ Su的l直…      .. 161

ParticuIate O「ganic Matte「 as a SoiI Quaiity indicato「 of Suga「cane Piantations in East Java

星図

Nu肋idaya朽E/7dang A高eoes伯nhgs肌Didik S叩rayogo, and Kumfatun Haihah ……‥         . 1 75

Cha「acte「ization of F調it on SeveraI Saiak Varieties and Their Hyb「ids

Distinctness Assessment on Ya「dIong Bean (∨臼na sesqu毎)eda〃s (L.) F「uhw,) Varieties (Case Study fo「

Five Ya「diong Bean Va「ieties in PVP RightAppii∞tion〉

(2)

AGRIV8丁A

Acc「edited by Dec「ee of The Directorate Gene「a一〇f Highe「 Education The Ministry of NationaI Education RepubIic of ‑ndonesia No: 811D‑KT‑1KepI2011

indexed in Directory of Open Access Jou「na一( DOAJ)

Ag「ivita is Jou「nai ofAg「icuitu「a‑ Science (AJAS) (一SSN O126‑0537) pu胡shes articles申antscience SuCh as ag「onomy horticuIture, PIant b「eeding SOii‑Plant scie=CeS and pest or disease‑PIant SCiences" Published by Facuity ofAg「icu‑tu「e Unive「sity of B「awijaya ‑ndonesia in coIiabo「ation with 甲OneSian Ag「icuitu・eAssociation (PERAGi),

Editor in Chief Kuswanto

Edjto「aI Board Moch" Dawam Maghfoe「

Anton Muhibuddin

Budi P「asetya

Managjng Editor Siivia Santi Wahyunj

Banking

Andik Yudianto・ Bank Nega「a indonesia (BN‑ Bank) B「anch of Malang, Acc No, 0254013689

Sw胴Code : BNiNIDJA

EDITORIAL ADDRESS

FacuIty ofAg「icuItu「e Unive「sity of B「awijaya 5th日oorAg「icultu「e BuiIdjng

JI・ Veteran Maiang 65145 East Java lndonesia PhonelFax :十62‑341 ‑ 575743

E ̄ma i ‥ ag[哩塾吐謀謀議諾鸞講話諾遡垣匹垂@g哩退出

AGRIVHAjou「naI ofag「icuItu「aI science pubiish th「ee times in a yea「(FebruaryJune and Octobe「)

Manuscrip書Submission

Manuscript is an ag「icuItu「e 「esea「ch 「esu‑t that has not been pubIjshed at least five years oId and W皿en in MS wo「ds fdrmat o「 othe「 softwa「e・ Figure同ust「ation and pictu「e included in the manusc「ipt. Manuscript can be sent di「ectly to Ag「ivita OJS in田p‥〃www.ag「ivita吐壁土d.

Manuscrjpt Publishing

Feasibie ma…SC「ipt determined by Edito「iai Board after obtaining 「ecommendations from peer

「eviewe「" The improvement of manusc申js the autho「 responsjb冊y and manuscripts that a「e not feasjbIe wi= be retu「ned to the autho「.

(3)

Intemational Edito「iai Boa「d

Prof. Hunsa Pumapayak

(MicrobioIogy ‑ Universfty of ChuIaIongkom Thaiiand)

B. Mohan Kuma「, Ph.D, FNASc, FNAAS, FNiE (Agroforestry ‑ Unive「S韓y of Agricuitu「ai Keraia india)

P「of. Ryo Akashi

(BiotechnoIogy‑ Unive「sity of Miyazak口apan)

Dr. Chris Ande「son

(Bio‑mining Remediation ‑ University of Massey New Zeaiand)

Sivananda Ti「umaia「皐ju, Ph.D.

(Plant Genetic and Plant B「eeding ‑ Unive「Sity of South Dakota State, United State of America)

D「. Je「oen C.J, G「oot

〈Organlc Fa「ming ‑University of Wageningen The Nethe「iands)

Xjnbin Feng, Ph.D

(Bio‑mining Remediatjon ‑1nstitute of Geochemistry Chjnese Academy of Sciences China〉

P「Of, Bambang Gu「itno

(Ag「icuituraI EcoIogy, Cassava, Muitipiec「OPPing ‑ Unive「sity of B「aw桓ya lndonesia)

P「of. Wani Hadi Utomo

(」and Management ‑ Unive「Sity of B「aw胆ya indonesia)

Prof. Kurniatun Hai「iah

(Soil Bioiogy ‑ Unive「Sity of B「aw時ya lndonesia)

Prof.Eko Handayanto

(Soii o「ganic management ‑ Unive「sity of B「aw時ya indonesia)

P「Of. ika Rochdjat… Sast「ahidayat

(EpidemioIogy ‑ University of B「aw時ya Indonesia)

P「Of. Tsuyoshi imaj

(Bioiogicai Wastewate「 Treatment, BioiogicaI T「eatment of Organic SoIid Waste,

Composthg of Organic So=d Waste, Wate「 Envi「Onment Conservation‑Unive「sity of Yamaguchi Japan〉

Editoriai Board wouId like to thank to pee○ ○eviewer who has been invited by Agrivita JournaI of AgricuIturaI Science VoIume 34 numbe「 2, 2O12

Ass. Prof. Nutthe Potapohn

(BiotechnoIogy, T「OPicai FIowe「 ‑ Chiang Mai UniVersity ThaiIand)

Sivananda Ti「umaia「aju, Ph.D.

(Plant Genetic and Plant B「eeding ‑ Unive「sity of South Dakota State, United State of Ame「ica)

D「. He「u Kuswantoro

(PIant Breeding and PIant Genetic ‑ 1ndonesian Legumes and Tube予Crops Researoh institute)

P「of. Kuswanto

(Plant B「eeding ‑ Unive「sity of B「awiiaya Ind6nesia)

Ku「niawan Budiarto, M.Sc

(PIant Breeding and Plant Genetic ‑ indonesian OmamentaI Crops Resea「Ch Inst餌te)

(4)

P「of. Sumamo

(Piant Breeding and Piant Genetic ‑ 1ndonesian Agency fo「 Agricultural Resea「ch and Deve10Pment)

P「of. Hartono

(Remote Sensing ‑ Unive「sity of Gadjah Mada Indonesia)

D「. Bagyo Yanuwiadi

(Bioiogicai Control ‑ Unive「sfty of B「aw時ya lndonesia)

Prof. Eko Handayanto

(Soil Scjence‑ University of B「aw時ya indonesia〉

D「, Rurini Retnowati

(Organic Chemist「y‑ University of B「aw桓ya lndonesia)

D「, Muhammad Azrai

(PIant B「eedihg ‑ Indonesian Ce「eals Resea「ch lnstitute)

Prof. Meine Van Noordw呼

(Ag「Oferestry‑ inte「nationai Center fo「 Resea「ch in Agroforest「y〉

Yuzammi, M,Sc,

(PIant Breeding ‑ Bogor BotanicaI Ga「den Indonesian institute of Science)

(5)

SOME WEED SPECiES AFFECTING SOYBEAN NODUしATiON AND NODULE FUNCTION

i「awati Chaniagol書〉, Ac「am Taij2〉. pauI K「istiansen3), and Robin Jessop3)

1) FacuIty of Ag「icu'tu「e Unive「sity of A=daIas

Kampus Limau Manis, Pauh, West Sumat「a Padang 25163 1ndonesia

2)Directo「 intemationa‑ G「aduate Research, Queens‑and University of Technoiogy.Brisbane, Aus圃a 3) schoo1 0f Envi「onmental and Ru「al Science, Unive「sity of New Angla=d, Amida‑e, Australia

) corresponding autho「 Phone: +62‑751‑71 181 , 71302 E‑ma帖[email protected]

Received: February 8, 2O12I Accepted: July 24, 2012

ABSTRACT

Exp料ments aimed at examining the effect of

aqueous extracts of three weed species on

noduiation and noduIe function of soybean cv.

Mel「OSe have been ca巾ed out at the Laborato「y of

PIant Physioiogy and BiotechnoIogy, Department

Of Ag「onomy and SoiI Science, University of New EngIand, Austraiia. Aqueous ext「acts of fresh Weed mate「iaI (Amaran紡us powe妨 Qpe仙S rofundus and Paspa/um d atatum) at the COnCentration of lO% (W/v〉 we「e added to a mi…S‑

nitrogen Hoagiand s nutrient solution in which the SOybea[ Plants we「e grown with 14 hours day Iength, day and night tempe「atures of 28 and 20。C, reSPectively, Iight intensity of 790 LlmOl/m2/s, and the 「eiative humidity of 65%. The pIants were kept fo「 th「ee weeks prior to the measu「ement of

activity of nitrogenase enzyme and ammonium COntent Of the root nodules. AII weed extracts

tested 「esulted in impaiment of soybean

noduIatidn and noduIe function as indicated by

reduced activity of nit「ogenase enzyme activity

禦需霊慧i器S謹言舘岩操

nit「ogenase enzyme activity, it was less inhibito「y than nutg「ass ext「act in 「educing the totai ammonium content of the soybean 「oot nodules.

Keywo「ds: aiIeIopathy, SOybean, nOduiation, nutg「ass, ama「anth, PaSPaium

INTRODUCTION

SimiIa「 to othe「 CrOPS, Weed interfe「en∞ in

SOybean cuItivation is common and causes

Se「ious probiems. Coble et a/. (1981〉 「eported that weeds competed di「ectly with soybean fo「

iight, nut「ients, and moisture, and might inte「fe「e

Accredited SK No.: 81IDIKTIIKep/201 1

indirectIy through the p「oduction and reIease of aiielochemicals that inhibited c「op g「owih.

A=eiochemicais refer to seconda「y metaboiites P「Oduced by pIants, mic「oo「ganisms, Vi「uses and f…gi that in仙ence the g「owth and deveiopment Of agricultu「aI and bioIogicai systems (excluding animaIs〉 (NarwaI, 1 999). in addition, Weeds often Serve aS hosts for insects and piant pathogens that attack soybean, and the physicai p「esence of Weeds in the crop may interfe「e with othe「 pest COnt「Ol. These constraints make weeds more S日gnificant than diseases and insects to soybean famers (Eyhe「abide, 2002),

Some stress conditions decreased noduIe

activfty in soybeans such as tempe「atu「e and lighト dark period (Schweitzer and Harpe「, 198O), Salt St「eSS (Se岬j et a/., 1998), Wate「 st「eSS (M酬e「 et a/., 1996), and heavy metaIs (Balest「asse et a/., 2003). Aiielochemicais, cauSing abiotic st「ess, may affect leguminous nit「Ogen fixation through different mechanisms such as interfe「ence with Iegume hosts, the mic「OSymbionts, and the noduiation process. Fo「 exampIe, 10% (W/v) aqueous ext「acts of phaiaris (ma/a疎e aqua鍬oa)

「educed 60% noduie fo「mation in subcIove「

(7崩o〃um subte胴neum) and lotus (Lotus pedmcu伯tus) (HaIsaII et a/., 1 995). Howeve「, the autho「s argued that 「educed noduiation was a SeCOnda「y e範頼Of the aIIeIochemicals foiiowing the reduced growth in 「oots that 「etarded 「oot hai「

deveiopment. Simila「ly, red「OOt Pigweed extract at 20 mg/mL o「 Iowe「 SeVe「eiy inhibited g「OWth, and

COmPietely suppressed noduIation in soybean

(Ma=ik and Watson, 1998), demonst「ating the

COnSistent effect of a=elochemicals on noduIation

even at iow concentrations. 1t was specuiated that

these resuIts were an indication of water solubility

Of the aIieiochemicaIs in the weed 「esidues,

(6)

Zimdahi (1980) reported that a lO% Ioss of

ag「icuitu「al production couid be a軸buted to the COmPetitive effects of weeds言n spite of intensive Weed cont「OI in most ag「icuitu「ai systems.

Soybean yieId losses of 50 to 90% are common

fo「 SOybean g「own in naturai weed popuiations (Coble et aI., 1981〉, and this yield ioss has become se「ious due to the sIow g「owth of the C「OP at ea「Iy stages (And「ade, 1995〉, hig輔ghting the sign航cance of weed‑f「ee competition in SOybean.

・しittle is known about nutg「ass (C)pe仰s

rowhdus) alIeIopathy on soybean nodulation and

nit「ogenase enzyme activities. Simiia「ly, effects of Powe= s ama「anth (Amaranmus powe/仰 and PaSPaium (Paspaんm diIafa他m) ext「acts on SOybean noduIation 「emain uncIea「. The「efo「e, the「e is a need to study the aIlelopathic effects of ama「anth, nutg「aSS and paspa看um ext「acts on SOybean nodulation to bette「 unde「stand the

Weed extracts mode of action on soybean growth

「eduction. Resea「Ch reported he「e was aimed at Studying the effect of those weed aqueous ext「act On nOduIation and noduIe function of soybean cv, Mel「ose.

MATERIALS AND METHODS

丁he expe「iments we「e conducted at the Labo「ato「y of PIant PhysioIogy and Bio‑

technoiogy, Department of Agronomy and SoiI

Science, Unive「sity of New Engiand, Aust「aIia f「om Janua「y to Ap「ii 2004. A compIeteIy

randomised block design with 5 repIicates was

used to study the effects of weed ext「act on SOybean g「OWth and noduIation, The 4 expe「imentaI t「eatments inciuded lO% (V/v of SOiution) of ama「anth, nutg「aSS O「 PaSPalum ext「acts, and the control g「OuP COntaining no Weed ext「act, Soybean cv. Mei「OSe Seeds were Surface ste「iIised using NaOCl and ethanoI SOIution befo「e 「insed with ste周e disti=ed wate○○

The seeds were then inoculated with Nitroge「in lOO, (No. CB 1809) at a 「ate ofO.3 g of inocuIant Pe「 100 soybean seeds fo「 30 minutes at room temperatu「e. The seeds we「e ge「minated in SteriIe sand, and we「e kept for 7 days in a gIasshouse with an ave「age temperature 「ange of 25 and 32OC unde「 the ambient light 「egime.

One seven‑day‑OId soybean seedIing was

t「ansfer「ed into an individuaI I L ja「刷ed with modified, minus‑nit「ogen Hoagland s nut「ient SOlution (Schweitze「 and Ha「Pe「, 1980), Cotton

WOOI was w「apped around the hypocotyl before insertion into the cent「e of the jar lid to hoid the Seediing in place, To p「event the effect of Iight to the 「oots, the jar was w「apped with aIuminium foiしThe soIution was aerated with a continuous flow of air bubbles using a fish‑tank pump. F「esh nut「ient solution pIus the weed ext「acts, acco「ding to t「eatments, WaS added to the jars as needed, and was renewed eve「y week during the Study pe「iod to ensu「e that su怖cient ions and unoxidised i「OnS Were aVailabie. The plants we「e

kept in a growth cabinet (ThermoIine Piant

G「OWth CabinetTM) which was set fo「 a day length

Of 14 hours, and day and night temperatures

蒜諾:誓書。撚Ct藍h言書経

humidity was 65%,

Three weeks a償e「 t「ansfe「 to the nutrient SOIution, the acetyiene 「edudion assay (ARA) was Ca面ed out to measure nit「ogenase enzyme activfty (Hardy et aI., 1973). PIants were 「emoved from the nutrient soIution and noduIated 「oots we「e bIotted dry w肌pape「 towei fdiIowed by detaching the roots什om shoots at the cotyiedonary node, The roots from each plant we「e then quickIy encIosed in a l L jar fd州owed by an injection of lO% acetyiene th「Ough a 田bber septum assembIed on the lid. P「io「 to acetylene i巾ection, 10% of the ai「 voiume was 「emoved f「om the ja「

and repIaced by the same amount of acetyIene.

The 「OOtS We「e incubated at 「OOm temPeratu「e fo「

30 minutes. The ja「 WaS gently shaken intem請entiy every lO minutes to aiiow good COntact between the root noduIes and the acetyIene, After incubation, 500いL samples of gas We「e Withd「awn f「om each ja「 using a hypodemic Sy血ge and were 叶yected into a gas Chromatog「aphy (GC〉 to measure the amount of ethyiene 「eieased by the 「oot noduies. A gas Chromatog「aphy with a hydrogen ¶ame‑ionization detecto「, uSing Heiium as ca巾er gas, WaS uSed in

this assay. The GC coIumn was 30 m long and

320 um wide. The column tempe「ature was 500C.

The injecto「 and detecto「 temperatu「es were 220 and 300OC, 「eSPeCtiveIy. The nit「ogenase activfty is exp「essed as叫mOles C2H4 Produced/pianVhou「,

At the end of the nitrogenase assay, the nodules

We「e detached什Om roOtS and we「e d「ied in an aiト fo「ced oven at 70oC for 48 hou「s.

Fo「 measuring the noduIe function through measu「ing ammonium content, the fo=owing ProCedu「es were implemented. Root noduies were

(7)

陣gu「e 4, Roots of soybean CV, Mei「ose grown in modified HoagIand s soIution with l O%

(W/v) nutg「ass extract.

(Ruie「js lO cm)

Figu「e 5. Roots of soybean CV. Melrose g「own modified HoagIand s soIution lacking

the weed extracts

(Ru看e「 is lO cm)

Figu「e 6, A cIose「 Iook at the

「OOtS Of soybean cv. Mei「OSe

grown in modified

Hoagland‑s soiution (Note

the smalle「 noduies aIong the roots systems that we「e not observed in the other

Figure 4 shows the adve「se effects of nutg「ass extract on soybean 「oot g「owth. Roots 什Om this g「oup we「e Iess deveIoped and had a Very SmalI propo巾On Of root hairs, SuggeSting root

growth inhibition was accompanied by changes in

root appearance, ln cont「ast, SOybean 「oots f「om the cont「oI g「oup deveioped weIl (Figure 5) and

盤許諾喜捨譜蕊誓霊需

groups (Figu「e 6).

Weed extracts ma「kediy inc「eased total

ammonium in the root noduies of soybean cv,

Mel「OSe (P<0.001 ), and nutgrass ext「act 「esuited in the greatest inc「ease (P<0.001) in totai ammonium (Figure 7). Ama「anth and paspaium extracts inc「eased totaI ammonium but the inc「ease was not highiy significant compa「ed to

the control group (P=0.02 and O.04, reSPectiveIy), indicating that interference in ammonium accumuIation in root noduies is one of the aIieIopathic mechanisms of the weed extracts in SOybean nodulation.

The present experiment confimed that a=

Weed ext「acts reduced both noduie function (nit「ogenase activity, ARA) (Figu「e l) and nodulation (Figu「e 2 and Figure 3). Howeve「, the

mechanism th「Ough which the weed ext「acts inhibited soybean nitrogen fixation 「emains uncIea「. The nitrogenase enzyme system consists Of two ∞mPOnent P「Oteins, the i「on (Fe‑) p「otein and the moIybdenum‑i「on (MoFe一) protein. Both a「e 「esponsibIe fo「 the A丁P dependent 「eduction Of N2 f「om the atmosphe「e (Van Kammen, 1995), Since the reduction of N2 requires la「ge amounts of

energy which is generated by oxidative

Phospho「yIation, there is a high demand fo「 O2 in

noduies, Respiration invoives the oxidation of NADH, COuPled to the phosphorylation of ADP

Which then generates ATP. The「efo「e, the「e is a StrOng link between 「espi「ation and nitrogenase

enzyme activity. The overaIl reaction of bioIogicai

nit「ogen fixation (Van Kammen, 1995) f「om which We Can See that nitrogenase enzyme activjty

「equi「es Ia「ge amounts of energy (ATP) is

帰納年増e‑潮gA丁P空堅㌦細川+ 16醐国師

Sou「ce: Van Kammen (1995)

南 川 S ︒ 働 卯

∵ 叩 飢 p a 枇 轍 S

︒ 峨 飢 幽

∴ 庇 の m a 回 申 輔 曲 帆 風 撃 叩 時 d e

︒ 函

S u

g 両

(8)

pa3p書直○○l

雪∩同

"調合のの録i

°)∩りl刃

30     32     3.    36     38     40

Figu「e 7" Totai ammonium (% of noduie d「y matte「) f「om 「oot nodules of soybean CV. Mel「ose at d附e「ent aqueous Weed ext「acts with concentration of

lO% (WIv〉,

AileIochemicai effects on 「espi「ato「y activfty

have been reported in com (Koeppe, 1972;

Abrahim et a左2000; Abrahjm et aI., 2003a),

SOybean (PenueIas et al., 1996; Jose and

Gi=espie, 1998; Sert et a/., 1998; Ab「ahim et al., 2003b), Onion 「oct tips (KupidIowska et al., 1994), mycorrhizal fungi (Boufalis and Pe冊ssier, 1994), and yeast mitochond「ia (Einhe=jg, 1995 and PaPers therein). Chaniago (2004) demonst「ated that amaranth, nutg「aSS O「 PaSPaium ext「acts redu∞d 「espiratory activity of germinating SOybean. Reduced 「espi「ation 「e¶ected growth reduction due to Iess 「espi「atio=‑generated ene「gy, Which may indirectly lead to 「educed nit「OgenaSe enZyme aCtivity.

Minchin et aI・ (1981) proposed that N2 fixation and its conve「sion to o「ganic N COmPOunds is an ene「gy intensive process which may requi「e as much as 25% o=egume,s net

Photosynthate. An adequate suppIy of energy by

Photosynthesis is 「equi「ed fo「 efficient noduIe initiation and deveIopment (F「ansisco J「 and Ha「pe「, 1995; Schuitze and Kondorosi, 1998).

The「efore 「educed soybean biomass may Iead to iess photosynthate suppIy to the nodしIes (WaIsh, 1995). Ama「anth and nutg「ass ext「acts

SignificantIy lowered the net assimiIation rate

(NAR) of soybean (Chaniago, 2004), 「eflecting the dec「eased capacity of shoots to suppIy Photosynthate to the nodules. Therefore,韓is SuggeSted that weed ext「act effects on nit「ogenase enzyme is a seconda「y effect.

Weed ext「acts may enhance the mechanism th「ough which soybean noduIe numbe「 is 「egulated. One of the mechanishs is known as autoreguiation or feedback inhibition (Fransisco J「 and Ha「pe「, 1995) th「ough which the inhibition of furthe「 noduIe fomatio= is 「egulated by existjng o「 developing noduIes. This is in accordance with Figu「e 3 that shows nodule number in the co=t「OI g「oup was significantly highe「 than that of the weed‑eXt「act‑t「eated groups. Soybean什om the ∞ntrOI group had言in add圃on to the la「ge noduies at the c「own region of the 「oot, Ia「ge amount of medium and smaIi size noduies (≦ 3 mm in diamete「) in the iate「al roots (Figu「e 6). These noduies did not appea「 to be

「egulated by the feedback inhibition mechanism.

The auto「eguIation controliing 「oot noduie numbe「s acts systematica=y and the autoregulatory signals o「iginate什om the shoot (Kosslak and Bohlool, 1984). However言n addition to autoregulation, reduced noduIe numbe「 was Pe「haps a combined effect between alieIochemicals and soybean prefe「en∞ tO fom

the N‑fixing symbiosis.

Reduced 「OOt g「OWth and noduIation may result f「om the indi「ect effect of weed ext「acts th「Ough changes in pIant intemaI nutrient status, Which resulted什Om mOd師ed growth envi「onment.

Soybeans we「e g「own in nut「ient soIution SuPPlemented with weed ext「acts. Roots that we「e exposed to the nutgrass extract we「e poorly deveioped and had fewer Iate「ai roots w軸 Sigr価cantly fewer 「oot hairs (Figu「e 4), it is POSSibie that noduIation inhibition was a re¶ection

Of thjs effect. This finding agrees with work

「eported by Halsa= et a/. (1995), that 「esidue ext「acts of phaiaris 「eta「ded 「oot hai「 deveiopment in subtema=ean Ciove「 as weII as root length and numbers. AIleIochemicals may interfe「e with 「oot meristematic p「ocesses and 「esuIt in impai「ed ceii division Naughan and O「d, 1990), Which may reduce root growth.

The negative alielopathic effects of weed

extracts, eSPeCiaりy amaranth and nutg「ass, We「e

more pronounced in root biomass. Roots and the

「hizosphe「e is the primary site where

a=eIochemicais can continuousiy be supplied by

donor piant 「oots, Where c軸Ciai chemicaI and bioIogical conve「sion take place, and where alIelochemicals enter the ta「get p看ant (Tang et a/.,

1989)" Although the system used in this study

d胴ered to field condition, SOybean 「oots we「e

(9)

directIy in contact with weed ext「acts and therefo「e di「ectIy absorbed the ext「acts.

Weed extracts affected soybean noduIation

through reduced nit「OgenaSe aCtivity and ammonium assimilation. Ama「anth ext「act 「esulted

in the Iowest nitrogenase activity, aIthough its effect on ammonium was less pronounced than

that of nutg「ass ext「act, 「eflecting the compIex

mechanisms involved in nitrogen fixation.

Ammonium is toxic to celis and must be 「apidIy

assimiIated. This is achieved by the concerted action otwo highIy reguiated pathways, gIutamine Synthetase (GS) and glutamate synthase (GOGAT). Both pathways result in the synthesis of

gIutamine which is the dono「 for the biosynthesis Of m争jor nitrogen‑COntaining compounds incIuding amino acids, nuCleotides, and chIo「OPhyils

(Louiakakis et a/., 1994; Coruzzi and Last, 2000;

しancien et al., 2OOO; and Nkoa et aI., 2003〉.

Therefo「e, any interfe「ence in the metabo=c Pathways of ammonium assimifation may interfe「e with othe「 physioiogicai p「OCeSSeS. Reduced

ChIorophy= content and piant biomass reflected the

indi「ect effects of weed ext「acts on photosynthesis th「ough chio「ophyII synthesis reduction, due POSSibiy to a decrease in gIutamine assim航ated f「om ammonium.

High ammonium conten=n 「OOt nOduIes re¶ected the imbalance of inorganic nitrogen.

Fixation and assimiiation of inorganic nit「Ogen, in the fomi of ammonia言nto carbon skeletons to P「Oduce amino acids is one of the most important biochemicaI processes in piants (Lancien el al・, 2000 and BaIestrasse et a/., 2003). For the

GSIGOGAT cycIe to work, N metaboIism must interact with C metaboIism, Since GS activity

「equires energy in the form of ATP, and the GOGAT uses C skeietons and 「eductant in the form of 2‑OXOgIuta「ate and 「educed fe「「edoxin or

NADH, reSPeCtiveIy (Lancien et a/,, 2000).

However, how weed ext「acts inhibited

ammonium assimilation was not studied further in

this resea「ch, lnterference in ammonium

assimiiation may be expIained by analysing

enzymes invoived in the p「OCeSS SuCh as

giutamate dehydrogenase, giutamine synthetase,

and aspa巾ate aminot「ansferase. An increase in noduie totaI ammonium f「om the weed‑eXt「act‑

t「eated g「oups may be one of the a=eIopathic

mechanisms of the weed extracts on soybean

noduiation.

CONCLUSiONS AND SUGG訂IONS

Ama「anth, nutg「aSS, and paspaIum ext「acts reduced the nodulation and nitrogenase activities (ARA) of soybean cv. Melrose. Ama「anth was most inhibito「y to nit「ogenase enzyme activity.

However, ama「anth ext「act was less inhibito「y than …tg「aSS eXt「aCt in total ammonium" Since N2

fixation is a compIex mechanism invoIving many

enzymes, futu「e work 「equi「es the study of weed ext「act influence on GS/GOGAT cycle and the

enzymes invoIved in the cycIe.

ACKNOW」EDGEMENTS

丁his study is part of the first autho「 s PhD PrQject carried out a=he Unive「Sity of New Engiand, Armidale ‑ Austra=a. The autho「 WOuld iike to since「ely thank ali peopIe and parties that have cont「ibuted in every way fo「 the compIetion Of this deg「ee"

REFERENCES

Ab「ahim, D., W.L Braguini, A.M. KeIme「一B「acht

and E.L. 1shii‑lwamoto. 2000a, Effects

Of fou「 monoterpenes on ge「mination, Prima「y root g「OWth, and mitochond「iaI

「espi「ation of maize. Jou「nai of

ChemicaI Ecoiogy 26: 61 1‑624,

Ab「ahim, D., A.C. F「ancischini, E,M. Pe「go, A.M.

KeImeトBracht and E.L. ish剛WamOtO.

2003a. Effects of aIpha‑Pinene on the

mitochond「ial respi「ation of maize

Seedlings. PIant Physioiogy and Bio‑

Chemistry 44: 985‑991

Ab「ahim, D.一し. Takahashi, A.M. Kelme「一B「acht

and E.L, ishii‑iwamoto. 2003b, Effects

Of phenolic acids and monote「PeneS On the mitochond「ial respi「ation of

SOybean hypocotyl axes. A=eIopathy

Jou「na= l: 21‑30.

And「ade, F.H. 1995. Anaiysis of g「owth and yield of maize, Sun¶owe「 and soybean grown  at BaIca「Ce, Argentina. Fieid C「ops Research 41: 1‑12.

BaIestrasse, K.B., M.P. Benavides, S,M. Gaiiego

and M.し. Tomaro. 2003. Effect of Cadmium stress on nit「ogen metabolism in noduIes and 「oots of

SOybean pIants. Funcf/ona/ P/ant

Bb/Ogy 30: 57‑64.

(10)

Boufaiis, A. and F, PeIIissie「, 1994, A=eIopathic effects of phenoiic mixtu「es on

「espi「ation of 2 sp「uce mycor「hizal

fungi. JoumaI of ChemicaI EcoIogy 20:

2283‑2289.

Chaniago, i. 2004. Modes of action of weed

interfe「ence in soybean at the physio‑

Iogical, biochemicaI and ce看lula「 leveIs.

PhD thesis Unive「Sity of New England, A「midaie, AustraIia,

Cobie, H.D,, F,M. W剛ams and R.L. Ritte「.

. 1981.Common ragweed interfe「ence in

SOybean. Weed Science 29: 339‑342,

Co「uzzi, G. and R. Last.2000. Amino acid, in

Bfochemistry and MoIecu/ar BioIogy of

. Pねnts) (eds.〉 B.B. Buchanan, W.

Gruissem and R.L Jones. Ame「ican

Society of PIant PhysjoIogists, Rockville. p. 358‑410.

Einheilig, F.A. 1995. Mechanism of action of aIIeIochemicaIs in aiieIopathy, ln

A=eIopathy: O「ganisms, P「OCeSSeS, and applications (eds.) lnde申t, K.M.M.

Eyhe「abide, J.J. and M.G. Cendoya・ 2002.

CriticaI periods of weed cont「o=n SOybean fo「 fuii fieid and in‑fu「「ow interfe「ence. Weed Science 50: 162‑

166.

F「ansisco J「, P.B. and J.E. Ha「Pe「.1995. Auto‑

「eguiation of soybean noduIation:

DeIayed inocuiation inc「eases noduie number. P句ysiobgia PIanta仙m. 93:

41 1‑420.

Halsa=, D,M,, J.H. Leigh, S.E. Go=asch and M.

HoIgate.1995. The roie of aiieiopathy in legume deciine in pastures ,2.

Compa「ative e惟海ts of pastu「e, C「OP and weed residues on ge「mination, nodulation and 「OOt g「OWth, AustraIian Jou「nai of Ag「icuItu「aI Resea「Ch 46:

1 89‑207,

Hardy,R.W.F., R.C. Bums and R.D. HoIsten.1973.

Applications of the acetyIene‑ethyiene

assay fo「 measu「ement of nit「Ogen fixation. SoiI Bioiogy and Biochemist「y 5:

47‑81,

Jose, S. and A.R. Giiiespie, 1998. A=elopathy in bIack waInut (JugIans "igra L,) a=ey CrOPPing. =. Effects of jugIone on

hyd「OPOnica=y g「OWn COm (Zea mays L.) and soybean (G小cine max L.

Me「「.) growth and physioIogy" PIant

and Soii 203: 199‑205.

Koeppe, D.E, 1972, Some 「eactions of isoIated CO「n mitochond「ia i州uenced by iuglone. PhysioIogia P antarum 2了: 89‑

94.

Kossiak, R.M. and B.B. BohiooI. 1984.

Supp「ession of noduie deveIopment of One Side of a spIiト「OOt SyStem Of SOybeans caused by prior inoculation of the othe「 Side. PIant PhysioIogy 75: 125‑

130.

Kupidlowska, E,, K. Dob「zynska, E. Parys and

A.M. Zobei. 1994. Effect of coumarin and xanthotoxin on mitochondriaI

S仙Cture, OXygen uPtake, and succinate dehydrogenase activity in onion 「OOt

CeIIs. JoumaI of ChemicaI EcoIogy 20:

2471 ‑2480.

Lancien, M., P. GadaI and M. Hodges. 2000.

Enzyme redundancy and the importance

Of 2‑OXOgIuta「ate in higher plant

ammonium assimiiation. Piant Physio‑

10gy 123: 817‑824.

しouIakakis, K.A., K.A. Roubelakisangelakis and

A.K. KaneIlis. 1994, ReguIation of

gIutamate dehyd「OgenaSe and gIutamine Synthetase in avocado 血it ∴during

deveIopment and ripening.Piant Physio‑

Iogy lO6: 217‑222.

Ma=ik, M.A.B. and C. Watson,1998. Stimuiation

Of g「OWth and noduiation of soybean and othe「 Piants by weed 「esidues.

AIieIopathy Jou「na1 5: 1 3‑22.

Minchin, F.R., R.J. SummerfieId, P, Hadley, E,H.

Roberts and S. Rawstho「ne.1981.

Ca「bon and nitrogen nutrition of noduiated 「OOtS Of grain legumes. PIant,

Cell and Environment 4: 5‑26,

Mt]=e「, J., T, Bo=er and A. Wiemken. 1996.

PooIs of non‑St「uctu「aI ca「bohyd「ates in soybean 「OOt nOduies du「ing wate「

StreSS. Physioiogia PIanta「um 98: 723‑

730.

Narwal, S.S.1999. AiieIopathy in weed manage‑

ment一. 1n A〃ebpathy L佃date, VOIume 2, BaSic and App〃ed Aspects, (ed.) S, S. NarwaI. Science Pubiishe「S, inc,,

Eilfield, NH, USA. p, 203‑254,

Nkoa, R,, Y, Desjardins and N. T「emblay,

2003.Giutamine synthetase in broccoIi

(B伯ssica o/eracea) is reguIated h vivo by 「ecip「oca看 coope「ativity. New

Phytoiogist 158: 139‑149.

(11)

Penuelas, J., M, Ribasca「bo andし. Giies. 1996.

Effects of aiIelochemicaIs on pIant

respiration and oxygen isotope f「actionation by the aIte「native oxidase,

JournaI of Chemicai EcoIogy 22: 801‑

805.

SchuItze, M. and A. Kondo「OSi.1998,ReguIation

Of simbiotic root noduie deveiopment.

AnnuaI Review of Genetics 32: 33‑57.

Schweitzer, L.E. and J.E. Ha「Pe「. 1980. Effect of Iight, da「k, and tempe「atu「e on 「OOt

・ nOduIe activity (acetylene reduction〉 of

SOybean, Plant Physioiogy. 65: 51‑56.

Se「「aj, R., H, Vasquez‑Diaz and J.J. D「evon.

1998. Effects of saIt stress on nit「ogen . fixation, 0×ygen d肝usion, and ion

distribution in soybean, COmmOn bean,

and aifaifa. JournaI of PIant Nut「ition

21: 475‑488.

Se巾 M.A., M.し.L. Fe「「aresi, Y,R, Bemade町 A.M. Kelme「一B「acht, A. B「acht and

E.L, Ishii‑1wamoto. 1998. Effects of

fe「uiic acid on L‑maiate oxidation in isoIated soybean mitochond「ia. Bio‑

Iogia PIantarum 40: 345‑350.

Tang, C.S., K. Komai and R.S. Huang. 1989.

A=elopathy and the chemjst「y of the

「hizosphe「e /n PhytochemicaI Ecoiogy:

A=elochemicais, myCOtOXins and insect

Phe「OmOneS and aiiomones, (eds.) C.

H, Chou and G. R. wa=e「. institute of Botany, Academia Sinica Monog「aph Se「ies No. 9, Taipei, ROC. p. 217‑226.

ThQmaS, R.L., R.W. Sheard and J.R. Moyer,

1964,Comparison of ∞nVentionai and automated procedu「es fo「 nit「ogen, Phospo田S and potassium anaIysis of

PIant materiai using a single digestion,

Ag「onomy Jou「nai, 59: 240‑243,

Van Kammen, A.1995.The molecLlia「 deveIop‑

ment of nit「Ogen繍ng root nodules. /n.

I A. Tikhonovich, N.A. P「OVO「OV, V.I.

豊蒜。㌍丁嵩。酷嵩整う

Cong「ess on Nit「Ogen Fixation, May 28 ‑ June 3, 1995 (Nit「Ogen Fixation:

Fundamehtals and applications〉, St.

Pete「Sburg, Russia, KIuwe「 Academic Pu輔She「s. p. 9‑14.

Vaughan, D. and B. Ord.1990, InfIuence of

Pheno=c acids on mo「PhoiogicaI Changes in 「oots of Pisum sa vu万?.

Journal of the Science of Food and

w。一Sh, #豊「e#諾諾‡=h。 ,。。um。

noduIe and its 「esponse to st「ess. SoiI Bioiogy ahd Biochemist「y 27: 637‑655.

ZimdahI, R. L.1980.Weed‑crOP COmPetition ‑ a

「eview, lnternational PIant P「OteCtion Cente「, O「egon State University,

Carvalis.

Referensi

Dokumen terkait

THE INFLUENCING FACTORS OF ENTERPRISE DIGITAL TRANSFORMATION ON THE PERSPECTIVE OF INNOVATION —— AN EMPIRICAL STUDY OF CHINESE PHARMACEUTICAL ENTERPRISES XIAOWEN LUO A