تاثیر بازدارندگی ترشحات رشد brachiaria humidicola نیتریفیکاسیون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی


1 دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد دانشگاه آلمان


ممانعت از نیتریفیکاسیون در اکوسیستم‌های طبیعی چندین دهه است که مطرح می‌باشد. این اثرات ممانعت کنندگی یک ویژگی ژنوتیپ‌های وحشی می‌باشد تا ارقام تجاری. بسیاری از گیاهان مخصوصاً گراس‌ها نشان داده شده اند که دارای این خاصیت ممانعت از نیتریفیکاسیون هستند و اخیراً برخی ژنوتیپ‌های Brachiaria مخصوصاً humidicola Brachiaria توجه زیادی را به سبب نقش آن‌ها در کاهش میزان نیتریفیکاسیون در خاک از طریق ترشحات ریشه ای جلب نموده است. در این مطالعه طی یک سری آزمایشات کشت هیدروپونیک نشان داده شد که وقتی ترشحات ریشه ای این گیاه در آب مقطر جمع آوری گردید، جدا از فرم و غلظت نیتروژن، شدت نور، سن گیاه و طول مدت جمع آوری ترشحات ریشه، ترشحات ریشه این گیاه هیچ اثر معنی داری بر فرایند نیتریفیکاسیون نداشت. به هر حال وقتی ترشحات ریشه در محیطی حاوی یک میلی مول کلرید آمونیم جمع آوری گردید، آن به طور معنی داری از نیتریفیکاسیون ممانعت نمود و این اثر ممانعت کنندگی در گیاهان رشد یافته با آمونیم بیشتر از گیاهان رشد یافته با نیترات بود. نمونه های جمع آوری شده ترشحات ریشه وفتی لیوفیلایز شدند، عصاره استخراج شده ترشحات ریشه ای گیاهان روئیده با آمونیم و آن هم تنها تحت شرایط شدت نور کم (و نه نور متوسط یا زیاد)، ممانعت از نیتریفکاسیون را باعث گردید. اندازه گیری هدایت الکتریکی ترشحات ریشه در آب مقطر (بعد از جمع آوری ترشحات ریشه در محلول یک میلی مول کلرید آمونیم) بیان کننده هدایت الکتریکی بیشتر تحت شرایطی بود که آمونیم در محیط ریشه، مخصوصاً طی مرحله جمع آوری ترشحات ریشه ای، برای مدت طولانی (24 ساعت بجای 6 ساعت) وجود داشت.


عنوان مقاله [English]

Nitrification Inhibition Properties in Root Exudates of Brachiaria humidicola Plants

نویسندگان [English]

  • Mohammad souri 1
  • Peter Gabriel neumann 2
چکیده [English]

Nitrification inhibition (NI) by climax ecosystems has been suggested for decades, and this inhibitory effect seems to be a feature of wild genotypes rather than commercial cultivars. Many plants particularly grasses were suggested to have NI activity, and recently Brachiaria humidicola (BH) was shown to have promising control on nitrification rates through root exudates. In this study effects of different treatments such as N form (NH4+ vs NO3-) and N concentrations (1, 2 and 4 mM N), plant age, light intensity and different collecting mediums for root exudates on the NI activity of root washings were investigated. This was done using a series of nutrient solution experiments. The results showed that BH root exudates collected in distilled water, independent of light intensity, plant age, N-forms, N-concentrations and root exudates collection periods, had no significant inhibition on nitrification. However, root exudates collected in a 1 mM NH4Cl medium had significant inhibition on nitrification process in a soil bioassay. This inhibition was more highlighted when plants were grown in presence of ammonium rather than nitrate. In comparison to drying with rotary evaporator, freezed dried root exudates indicated significant NI in root exudates of plants which were grown in NH4+ under low light, while this effect was not seen under higher light intensity or nitrate nutrition. Measuring electric conductivity of solutions from root washing also showed higher conductivity when ammonium presented in root medium, particularly in root exudates collecting medium over extended time (24 instead 6 hours).

کلیدواژه‌ها [English]

  • root exudates
  • ammonium
  • Nitrate
  • Electric conductivity

Cakmak, I. and Marschner, H. 1988. Increase in membrane permeability and exudation in roots of zinc deficient plants. Journal of Plant Physiology 132: 356-361.

Cazetta, J. O. and Villela, L. C. V. 2004. Nitrate reductase activity in leaves and stems of tanner grass (Brachiaria radicans Napper). Brazilia Scientia Agricola 61: 640-648.

CIAT. 1983. Annual report. International center for tropical agriculture, Apartado Aereo 6713, Cali, Colombia, South America.

CIAT. 1985. Annual Report. pp. 222–224. International center for tropical agriculture, Apartado Aereo 6713, Cali, Colombia, South America.

Gopalakrishnan, S., Subbarao, G. V., Nakahara, K., Yoshihashi, T., Ito, O., Meada, I., Ono, H. and Yoshida, M. 2007. Nitrification inhibitors from the root tissues of Brachiaria. Journal of Agriculture and Food Chemistry 55: 1385 –1388.

Ishikawa, T,  Watanabe, T. and Minami, K. 1999. Possibility of nitrification suppression by a tropical grass. The effect on multiplication of ammonium-oxidizing bacteria and nitrous oxide efflux. Japanese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 70: 762-768.

Ishikawa, T., Subbarao, G. V., Ito, O. and Okada, K. 2003. Suppression of nitrification and nitrous oxide emission by the tropical grass Brachiaria humidicola. Plant and Soil 255: 413-419.

Jones, D. L., Hodge, A. and Kuzyakov, Y. 2004. Plant and mycorrhizal regulation of rhizodeposition. New Phytologist 163: 459 – 480.

Kandeler, E. 1993. Bodenbiologische Arbeitsmethoden, Springer- Verlag, Heidelberg, Germany 163-167.

Lata, C., Degrange, V., Raynaud, X., Maron, P. A., Lensi, R. and Abbadie, L. 2004. Grass populations control nitrification in savanna soils. Functional Ecology 18: 605-611.

Liljeroth, E. and Baath, E. 1988. Bacteria and fungi on roots of different barley varieties (Hordeum vulgare L.). Biology and Fertility of Soils. 7: 53– 57.

Mergulhao, A., Burity, H. A., Tabosa, J. N., Figueiredo, M. and Maia, L. C., 2002. Influence of NaCl on Brachiaria humidicola inoculated or not with Glomus etunicatum. Investigacion Agraria Produccion y Proteccion Vegetales   17: 219-227.

Nakamura, T., Kanno, T., Miranda, C., Ohwaki, Y. and Macedo, M. 2005. Characterization of nitrogen utilization by Brachiara grasses in Brazilian savannas, (Cerrados). Soil Science and Plant Nutrition 51: 973-979.

Neumann, G. and Römheld, V.  2000. The release of root exudates as affected by the plant physiological status, In: R. Pinton, Z.Varanini, Z. Nannipieri (eds.) The rhizosphere: biochemistry and organic substances at the soil-plant interface. Marcel Dekker 2000.

Römheld, V. and Marschner, H. 1986. Evidence for a specific uptake system for iron phytosiderophores in roots of grasses. Plant Physiology  80: 175–180.

Souri, M.K. 2008. Characterization of natural and synthetic nitrification inhibitors and their potential use in tomato culture, PhD dissertation, University of Hohenheim, Stuttgart-Germany.

Subbarao, G. V., Ito, O., Wang, H. Y., Nakahara, K., Suenaga, K. and Rondon, M., Rao, I. M., Carlos, L. and Ishitani, M. 2005. Root exudates of Brachiaria humidicola inhibt nitrification characterization and quantification of this unique biological phenomenon. Plant nutrition for food security, human health and environmental protection, pp. 444-445.

Subbarao, G. V., Ito, O., Sahrawat, K., Berry, W. L., Nakahara, K., Ishikawa, T., Watanabe, T., Suenaga, K., Rondon, M. and Rao, I. 2006. Scope and strategies for regulation of nitrification in agricultural systems-challenges and opportunities. Critical Reviews in Plant Sciences 25: 303-335. 

Subbarao, G. V., Wang, H. Y., Ito, O., Nakahara, K. and Berry, W. L. 2007a. NH4+ triggers the synthesis and release of biological nitrification inhibition compounds in Brachiaria humidicola roots. Plant and Soil 290: 245-257.

Subbarao, G. V., Rondon, M., Ito, O., Ishikawa, T., Rao, I. M., Nakahara, K., Carlos, L. and Berry, W. L. 2007b. Biological nitrification inhibition (BNI)-is it a widespread phenomenon?. Plant and Soil 294: 5-18.

Subbarao, G. V., Nakahara, K., Ishikawa, T., Ito, O., Ono, H., Kameyama, M., Yoshida, M., Rondon, M., Rao, I. M., Lascano, C. and Ishitani, M. 2007c. Nitrification inhibitor and soil improver and fertilizer containing the same,  United States Patent 20070028659. http://www.freepatentsonline.com/20070028659.html. (accessed 5 July 2007).

Subbarao, G. V., Nakahara, K., Ishikawa, T., Yoshihashi, T., Ito, O., Ono, H., Ohnishi-Kameyama, M., Yoshida, M., Kawano, N. and Berry, W. L. 2008. Free fatty acids from the pasture grass Brachiaria humidicola and one of their methyl esters as inhibitors of nitrification. Plant and Soil 313: 89-99.

Sylvester-Bradley, R., Mosquera, D. and Mendez, J. E. 1988. Inhibition of nitrate accumulation in tropical grassland soils: effect of nitrogen fertilization and soil disturbance. Journal of Soil Science 39 : 407–416.

Wang, H. Y., Subbarao, G. V., Ito, O. and Nakahara, K. 2005. Regulation of nitrification inhibitory (NI) activity in the root exudates of Brachiaria humidicola. Plant Nutrition for Food Security, Human Health and Environmental Protection, pp. 478-479, China.

Wenzl, P., Mancilla, L. I., Mayer, J. E., Albert, R. and Idupulapati, M. R. 2003. Simulation infertile acid soils with nutrient solutions: The effects on Brachiaria species. Soil Science Society of American Journal 67: 1457-1469.