Alfalfa (Medicago sativa L.) plants have been reported to be autotoxic as well as allelopathic. Laboratory and greenhouse experiments through petri-dish and pot test were conducted to determine autotoxic effects of alfalfa leaf and soil extracts on the germination or early seedling growth of alfalfa, and to evaluate allelopathic effects of alfalfa leaf residues on alfalfa, barnyard grass, com, eclipta and soybean. Alfalfa seed germination was delayed depending on aqueous extract concentration, with no difference in final germination after 48 hours. Alfalfa root length was more sensitive to the autotoxic chemicals from leaf extracts than was germination or shoot length. Root growth of alfalfa was significantly inhibited at extract concentration of more than 1 g dry tissue/L (g $\textrm{L}^{-1}$). Hypocotyl growth, however, was not affected by all the concentrations of leaf extracts. Soil extracts from 4-yr-old alfalfa stand significantly reduced alfalfa root length by 66%, while soil extracts from 0,1, and 3yr-old stand stimulated root length up to 14-32% over the control. Residue incorporation with dry matters of alfalfa leaf at 100 g $\textrm{kg}^{-1}$ reduced seedling length of several crop and weed species, ranging from 53 to 87% inhibition. Addition of nutrient solution into alfalfa leaf extracts alleviated alfalfa autotoxic effect. This result indicates alfalfa leaf and soil extracts or residues could exert autotoxic as well as allelopathic substances into soil environments during and after establishment.
Compositae plants are known to contain biologically active substances that are allelopathic to agricultural crops as well as weed species. Aqueous extracts from leaves of Xanthium occidentale were assayed against alfalfa (Medicago sativa) to determine their allelopathic effects, and the result showed that the extracts applied onto filter paper significantly inhibited seed germination as well as root growth of alfalfa. Untreated seeds germinated in 60h, but extract concentrations greater than 30g $\textrm{L}^{-1}$ delayed seed germination. The extracts significantly inhibited seed germination of alfalfa, and $\beta$-amylase activity of alfalfa and barley seeds during 24-36 hours after treatment. Aqueous extracts of 40 g $\textrm{L}^{-1}$ from X. occidentale were completely inhibited the hypocotyl and root growth of alfalfa. Aqueous leaf extracts showed the highest inhibitory effect and followed by root and stem extracts. Early seedling growth of both alfalfa and barnyard grass (Echinochloa crus-galli) was significantly reduced by methanol extracts. By means of high-performance liquid chromatography, chlorogenic acid and trans-cinnamic acid were quantified as the highest amounts from water and EtOAc fractions, respectively. BuOH and EtOAc fractions of X. occidentale reduced alfalfa root growth more than did hexane and water fractions. The findings of the bioassays for aqueous or methanol extracts reflected that the inhibitory effect of extract was closely related to the level of responsible allelochemicals found in plant extracts.
Calli were induced from the cotyledon and the hypocotyl of alfalfa and the callus lines were tested for the resistance to glyphosate in the liquid medium containing 0.01-3.00 mM glyphosate. Some resistant cell lines were selected from the gradual increase of glyphosate concentration and the lines resistant to 10 mM glyphosate were analyzed with EPSPS activity. Vigorous callus proliferation from the cotyledon and the hypocotyl was observed from the MS medium containing 1 mg/L 2,4-D and 0.5 mg/L kinetin. The hypocotyl was thought to be better explant source for callus induction than the cotyledon. $ID_{50}$ (Inhibition Dosage of 50%) to glyphosate was between 0.1 mM and 0.2 mM level. A49-10G and A58-10G cell lines selected as resistant to 10 mM glyphosate had 8.0 and 9.1 fold increased EPSPS activity to those of the control lines, respectively.
To understand the adaptability of alfalfa (Medicago sativa L.) to chilling stress, we analyzed the antioxidative mechanism during seed germination. The germination rates of six alfalfa cultivars were studied comparatively at $10^{\circ}C$. Xinmu No. 1 and Northstar were selected as chilling stress-tolerant and stress-sensitive cultivars for further characterization. After chilling treatment, Xinmu No. 1 showed higher seedling growth than Northstar. Xinmu No. 1 exhibited low levels of hydrogen peroxide and lipid peroxidation compared with Northstar. In addition, shoots in Xinmu No. 1 treated with chilling showed higher activities of the superoxide dismutase, ascorbate peroxidase (APX), and catalase than those of Northstar, whereas Xinmu No. 1 showed higher APX activity in roots that Northstar. These results indicated that high antioxidation activity in Xinmu No. 1 under chilling stress is well associated with tolerance to chilling condition during germination.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.20
no.5
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pp.15-41
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2017
The purpose of this study is to present the basic data for conservation of forest ecosystem by surveying and analysing the flora distributed in Nakdong-Jeongmaek Mountains, Korea. The numbers of flora were 901 taxa including 116 families, 433 genera, 790 species, 4 subspecies, 90 varieties, 15 forms and 2 hybrids. The threatened species was Pedicularis ishidoyana. The rare plants were 33 taxa including Pseudostellaria sylvatica, Cimicifuga heracleifolia var. bifida, Isopyrum mandshuricum, Paeonia japonica, Syringa patula var. kamibayshii, Lilium distichum, Iris odaesanensis and so forth. The Korean endemic plants were 35 taxa including Salix koriyanagi, Thalictrum actaefolium var. brevistylum, Corydalis maculata, Lespedeza maritima, Cirsium setidens, Carex okamotoi and so forth. The specific plants by floristic region were 155 taxa including 55 taxa of grade I, 41 taxa of grade II, 36 taxa of grade III, 18 taxa of grade IV and 5 taxa of grade V. The naturalized plants were 62 taxa including Rumex obtusifolius, Amaranthus lividus, Medicago sativa, Geranium carolinianum, Malva sylvestris var. mauritiana, Foeniculum vulgare, Sonchus oleraceus, Tradescantia reflexa and so forth. The invasive alien plants were 5 taxa including Rumex acetocella, Solanum carolinense, Ambrosia artemisiifolia, Aster pilosus and Lactuca scariola.
A series of aqueous or methanol extracts from four different Korean salad plants were assayed to determine their allelopathy and antioxidant activity. The extracts applied on filter paper in a Petri-dish bioassay significantly inhibited root growth of against alfalfa (Medicago sativa) seedlings. Leaf extracts from 40 g dry tissue $L^{-1}$ of Aster yomena was most phytotoxic to alfalfa root growth, and followed by that of Cirsium japonicum, Taraxacum officinale, and Ixeris dentate. Methanol extracts of plants dose-dependently increased DPPH free radical scavenging activity in vitro. Antioxidant activity of methanol extracts from the same plant species was investigated, and the result showed high DPPH free radical scavenging activity in Cirsium japonicum, Aster yomena, and Ixeris dentate, however, in Taraxacum officinale was least activity. By means of HPLC analysis, chlorogenic acid, p-coumaric acid, and total phenolics with 7.68, 17.47 and 18.64 mg, $100g^{-1}$, respectively, showed the highest amounts in methanol extracts from Cirsium japonicum leaves. These results suggest that Compositae salad plants contain water-soluble substances with allelopathic potential as well as antioxidant activity.
Common thistle contains water-soluble substances that are phytotoxic to neighboring plant species. A series of aqueous extracts from leaves, stems, roots and flowers of common thistle (Cirsium pendulum Fisch.) were assayed against alfalfa (Medicago sativa) seedlings to determine their allelopathy, and the results showed highest inhibition in the extracts from flowers and leaves, and followed by stems, and roots. The extracts at 40 g dry tissue $L^{-1}(g\;L^{-1})$ applied on filter paper in a Petri-dish significantly inhibited root growth of test plant by 87%. Methanol extracts at 100 g $L^{-1}$ from leaves inhibited root growth of alfalfa and barnyardgrass (Echinochloa crus-galli) by 89 and 98%, respectively. Hexane and ethylacetate fractions of common thistle reduced alfalfa root growth more than did butanol and water fractions. Incorporation into soil with the leaf residues at $100g\;kg^{-1}$ inhibited shoot fresh weights of barnyardgrass and eclipta (Eclipta prostrate) by 88 and 58%, respectively, showing higher sensitivity in grass species. These results suggest that common thistle plants had allelopathic potential for eco-friendly vegetation management, and that especially their activities were differently exhibited depending on plant part.
Alfalfa (Medicago sativa L.) plants have been reported to contain water-soluble substances that are autotoxic as well as allelopathic. Laboratory experiment through a petri-dish assay with imbibed seeds was conducted to evaluate both autotoxic and allelopathic effects of alfalfa leaf extracts on the germination and early seedling growth of alfalfa, red clover, crested wheatgrass, and Russian wildrye. Alfalfa seed germination was delayed dependent on extract concentration, with no difference in final germination at 72 hours. Root growth of alfalfa was stimulated up to 14% above control at very low concentrations of both leaf and stem extracts of alfalfa and was significantly reduced at extract concentration of more than 0.5g dry tissue/L (${gL}_{-1}$). Leaf extracts were generally more autotoxic for root growth than were stem extracts. Hypocotyl growth was not affected by all the concentrations of both leaf and stem extracts. Root length of legumes was more sensitive to the autotoxic chemicals from leaf extracts than was germination or shoot length. Hypocotyl growth of two legume plants and plant height of two grasses were not influenced by extracts. Seed germination and root growth of legumes were more inhibited by aqueous extracts of alfalfa leaf than were those of grasses. This result indicates autotoxic effect of alfalfa leaf extracts seems to be greater than allelopathic effect.
Several wild plant species are known to contain biologically active substances that are allelopathic to weed species as well as antioxidant to foods. Plant extracts or residues from leaves of 4 species, Achyranthes japonica (speedwell), Cucumis sativus (Cucumber), Trifolium repens (white clover), and Vicia angustifolia (narrowleaf vetch) were bioassayed against Medicago sativa (alfalfa) or Echinochloa crus-galli (barnyard grass) to determine their allelopathic effects, and used for measurement of antioxidant activities. The aqueous extracts applied on filter paper significantly inhibited root growth of alfalfa. Aqueous extracts or residues from V. angustifolia showed the most inhibitory effect on alfalfa or barnyard grass seedling growth and followed by A. japonica and T. repens. Oxidative stability by Rancimat method, antioxidant activity by TBA (2-thiobarbituric acid) method and DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical scavenging activity for the ground samples or methanol extracts were the greatest in V. angustifolia, although were less than those of commonly used antioxidants, BHT (butylated hydroxytoluene) and ascorbic acid. These results suggest that the wild plant species had potent allelopathic and antioxidant activities, and that their activities differed depending on plant species.
Autotoxicity restricts reseeding of new alfalfa(Medicago sativa L.) after alfalfa until autotoxic chemical(s) breaks down or is dispersed into external environments, often requiring up to a year or more. One solution for reducing autotoxicity would be to select germplasms or cultivars with tolerance to the autotoxic chemical(5) and use genetically breeding program. Bioassay of seed germination and early seedling growth was conducted to evaluate autotoxic responses of 3 varieties of alfalfa to the water-soluble extracts(at 4 and 8g/L) from alfalfa ‘Cody’leaf by using agar and filter paper medium in a petri-dish assay. Root length at 5 days after seeding was more sensitive to the extract than was hypocotyl length or seed germination, and was a better parameter of autotoxic effects of alfalfa leaf extracts. Use of an agar medium gave better sensitivity of root length than did use of filter paper. Evaluating tolerance with percent of control was more important indicator than was mean of root length because of significant variation among varieties in root length of control treatment. Bioassay ranked varieties in the following order of tolerance on the basis of relative root length; “Cody” >“ Pioneer 5373” >“ Alfagraze”. Seedling growth from old “Cody” seed was more sensitive to the autotoxic chemical(5) than was that from newly produced seed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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