Masaru Ogasawara

Effects of brassinosteroids on conditioning and germination of clover broomrape (Orobanche minor) seeds

Brassinolide [2α, 3α, 22R,23R-tetrahydroxy-24S-methyl-B-homo-7-oxa-5-α-cholestan-6-one] and its related compounds, brassinosteroids, applied at the early stages of conditioning shortened the conditioning period required before clover broomrape seeds would germinate after exposure to germination stimulants, such as dl-strigol and natural stimulants from red clover (Trifolium pratense L.) root exudate. Brassinosteroids applied after conditioning increased the rate of the seed germination induced by these stimulants. The inhibitory effect of light on seed germination when it was induced by dl-strigol could be overcome by brassinosteroids. Brassinosteroids also eliminated the inhibitory effects of light and dl-strigol applied at the early stages of conditioning. GA3 was also effective in causing seed conditioning and increased the rate of the germination induced by these stimulants. There was a relationship between brassinosteroids and GA3 in many of the experiments conducted. These findings may have practical implications in increasing the effectiveness of applying germination stimulants in the field to soils for ‘suicidal germination’ of broomrape seeds.

Cadmium accumulation in the shoots and roots of 93 weed species

Abstract The present study was conducted to find useful weed species for cadmium (Cd) phytoremediation. Ninety-three weed species and eight crop species were grown for 2 months in pots containing sandy loam soil with 3 mg Cd kg−1 dry weight (DW). The Cd concentrations in the shoots and roots of all species were determined by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and atomic absorption spectrometry. Shoot Cd concentrations (mg kg−1 DW) of Cichorium intybus (77.0) and Matricaria chamomilla (64.4) were higher than that of Polygonum thunbergii (56.2), which is a recognized hyperaccumulator. Root Cd concentrations (mg kg−1 DW) were relatively high (≥ 100) in 11 species, for example, Oenothera biennis (171.9), Calystegia sepium var. americana (122.6) and Cassia obtusifolia (122.2). Shoot–root ratios (ratio of shoot and root Cd concentrations) were higher in Compositae species, for example, Cichorium intybus (3.56) and Bidens frondosa (3.30), than in Gramineae species, for example, Oenothera biennis (0.01), Oryza sativa cv. Milyang 42 (0.02) and Coix lacryma-jobi (0.03). Twelve species, for example, Cyperus brevifolius var. leiolepis (50.0), Polygonum thunbergii (49.7) and Bidens frondosa (40.5), had relatively high plant contents of Cd (≥ 20.0 µg plant−1). These results suggest that: (1) Cichorium intybus and Matricaria chamomilla accumulate high shoot Cd concentrations, (2) Oenothera biennis, Calystegia sepium and Cassia obtusifolia accumulate high root Cd concentrations, (3) Compositae species are better able than Gramineae species to translocate Cd from roots to shoots. As both plant biomass and Cd concentration are related to Cd content, it was concluded that Bidens frondosa, Bidens pilosa and Amaranthus viridis, which not only have a high Cd accumulation ability but also a large biomass, are useful species for Cd phytoremediation.

Effects of aqueous extract of rice plants (Oryza sativa L.) on seed germination and radicle elongation of Monochoria vaginalis var. plantaginea

Laboratory experiments were conducted to examine the allelopathic potentials of rice plants (Oryza sativa L.) on seed germination and radicle elongation of Monochoria vaginalis (Burm. f.) Presl var. plantaginea (Roxb.) Solms-Laubat. To compare the relative allelopathic potentials of rice plants at different growth stages, aqueous extracts of dried tissues were obtained from the seeds, husks, and seedlings harvested 10, 20, 40 and 120 days after seeding. When M. vaginalis seeds were incubated in solutions containing aqueous extracts, significant increases in the germination rate were observed for all the aqueous extracts except for the extract of 10 d-old shoots at higher dosages. When partitioned with ethyl acetate, the germination-promoter(s) in the aqueous extracts remained in the aqueous phase while some inhibitors were extracted with ethyl acetate. In contrast, aqueous shoot extracts added to the incubation media at the same dosage for promotion of seed germination inhibited radicle elongation of M. vaginalis, indicating that the sensitivity of the weed varies between these two growth stages.

Effect of Jasmonates and Related Compounds on Seed Germination of Orobanche minor Smith and Striga hermonthica (Del.) Benth

Jasmonates and related compounds were found to elicit the seed germination of the important root parasites, clover broomrape (Orobanche minor Smith) and witchweed [Striga hermonthica (Del.) Benth]. The stimulation of seed germination by the esters was more effective than by the corresponding free acids, and methyl jasmonate (MJA) was the most active stimulant among the compounds tested.

Effects of grandinol and related phloroglucinol derivatives on transpiration and stomatal closure

Grandinol, an inhibitor of seed germination and photosynthesis in Eucalyptus sp., inhibits transpiration and stomatal opening. The acylphloroglucinol structure in grandinol seemed to be essential for these activities. Enhancement of activity was achieved by the introduction of a formyl group into the molecule. Therefore, structural requirements for these activities were very similar to that for the inhibition of seed germination and photosynthesis. Other grandinol-related compounds having two electron-withdrawing groups on the phloroglucinol nuclei were also active in these assays.

Comparison of Root Systems of Gramineous Plants by Image Analysis.

イネ, エノコログサ, イヌビエ (無芒型), メヒシバ, オヒシバおよびセイバンモロコシを根箱および円筒カラムで育成し, これらイネ科植物の根系形態を総根長 (L), 根の投影面積 (A), フラクタル次元 (F), 根の平均直径 (D) から比較した。6種類のイネ科植物は根系形態から, 3つのグループに大別された。即ち, (1) L, A, Fは生育初期において大きな値を示すが, 葉令の進展とともに緩やかに増加するイネ, (2) L, A, Fが生育初期で小さな値を示すが, 葉令の進展とともに急激に増加するメヒシバ, イヌビエ無芒型, オヒシバ, エノコログサ, (3) LとAは生育初期で小さな値を示し, 葉令の進展に伴い急激に増加するが, Fは緩やかに増加するセイバンモロコシである。また, メヒシバとセイバンモロコシの根の平均直径は生育初期において大きく変化しないことも判明した。さらに, イヌビエの無芒型と有芒型およびヒエの成長を畑および湛水条件下で比較したところ, 無芒型の茎葉新鮮重と総根長は有芒型よりも土壌水分の影響を受けにくいことが明らかになった。このようなイヌビエの無芒型と有芒型の茎葉と根系の水分反応性の違いが, 幅広い水分環境に生育するイヌビエの生態的特性に, 深く関っているものと考えられる。

Improvement of Herbicide Selectivity with the Increase of Flooding Water Depth.

薬剤処理1, 24, 48, 96および192時間後に湛水深を2cmから10cmに増加させた場合の水田除草剤の移植水稲とタイヌビエ間の選択性をガラス室内のポット試験により調べた。移植水稲に対するテニルクロール (300g/ha) とピラゾスルフロンエチル (100g/ha) の薬害は, 薬剤処理1および24時間後に湛水深を2cmから10cmに増加させた場合に著しく低下したが, ビフェノックス (1,000g/ha) の薬害は上昇した。出芽前および2.5葉期のタイヌビエに対するテニルクロール (50g/ha) の除草効果は, 湛水深を変化させてもほとんど変動しなかったが, ピラゾスルフロンエチル (10g/ha) とビフェノックス (125g/ha) の除草効果は薬剤処理1および24時間後に湛水深を2cmから10cmに増加させた場合に上昇した。以上の結果から, これらの水田除草剤の移植水稲に対する薬害とタイヌビエに対する除草効果は, 湛水深の変化に伴い大きく変動することが明らかになり, テニルクロールとピラゾスルフロンエチルは薬剤処理後の早い時期に湛水深を浅水から深水に変えることにより, ビフェノックスは浅水条件で移植水稲とタイヌビエ間において最も高い選択性を示すことが示唆された。

Photosystem II inhibition by pyran-enamine derivatives

Abstract Through the studies on structure-activity relationships of 5-acyl-3-(1-aminoalkylidene)-4-hydroxy-2 H-pyran-2,6(3 H)-dione derivatives in photosystem II (PS II) inhibition, overall lipophilicity of the molecule was found to be a major determinant for the activity. In the substituted N -benzyl derivatives, not only the lipophilicity but also the electronic and steric characters of the substituents greatly affected the activity. Their mode of PS II inhibition seemed to be similar to that of DCMU , whereas pyran-enamine derivatives needed to be highly lipophilic to block the electron transport in thylakoid membranes, which in turn diminished the permeability through biomembranes.

Effect of depth of flooding water on rice injury caused by .ALPHA.-chloroacetanilide herbicides.

ブタクロール, プレチラクロールおよびNSK-850の移植水稲に対する薬害と湛水深との関連性を検討した。その結果, 湛水深を1, 4および8cmとして無漏水条件下の宇都宮水田土壌に除草剤を処理した場合, 移植水稲に対する薬害は湛水深の増加に伴い低下することが判明した (Fig. 1)。また薬害試験と同様の条件下で移植水稲の生育を経時的に調査した結果, 湛水深の深いほど水稲の草丈は高く乾物比は低くなり, 苗質は低下することが明らかとなった (Fig. 2)。即ち, 移植水稲の苗質の違いからは,これらの除草剤の水稲薬害と湛水深との関係を説明できないことが分かった。移植水稲におけるブタクロール, プレチラクロールおよびNSK-850の吸収部位は, 茎部からも僅かに吸収されるが, 主として根部であることが判明した (Fig. 3)。また, 各除草剤の水中および土中濃度 (水抽出) は, 1cmから8cmの湛水深の範囲内では湛水深の浅いほど高いことが明らかになった (Fig. 4, 5, 6)。以上の結果から, 深水条件と比較すると浅水条件では水稲の薬剤吸収部位である根部および茎部の位置する水中および土中における除草剤の濃度が高くなり, 水稲薬害が強く発現したものと考えられる。この様に, 湛水深はNSK-850, ブタクロールおよびプレチラクロールの水稲薬害に影響を及ぼす重要な耕種的要因の一つであり, これらのα-クロロアセトアニリド系水田除草剤を実際場面で用いる場合には, 水稲の生育や除草効果の安定化のためだけでなく, 薬害回避のためにも, 湛水深の適正な管理が望まれる。

Seminal root elongation test as a new bioassay method for the evaluation of herbicide action.

シャーレ試験法は植物の初期生育に対する除草剤の作用を簡便に検定することのできる試験法であるが, 根の伸長に対する除草剤の作用を検定する場合には, 根は斉一に伸長せずしかも屈曲捻転するために根長の測定が困難となる場合が多い。そこで筆者らは根長の測定に適した根を得るために, 発泡ポリエチレン製ディスクを用いて催芽種子を被験液の水面に保持する方法を考案した (Fig. 1)。本研究は根の伸長に対する除草剤の作用を検定するための新しい方法を確立することを目的に, 上記の方法で種々の条件下における種子根の伸長を検定し, 種子根の伸長および除草剤に対する感度について従来のシャーレ試験法との比較を行った。その結果, 供試した7種類の植物の中ではイネが本試験法に最適な検定植物であり (Fig. 2), その種子根は30℃の暗条件下で斉一に伸長することが明らかになった (Table 1, Table 2)。またイネ種子根は培養開始3日後まで旺盛に伸長し (Fig. 3), アセトンおよび水和剤キャリアは0.1～300ppm (W/V) の範囲で伸長を阻害しなかった (Fig. 4)。本試験法におけるイネ種子根はシャーレ試験法における種子根よりも明らかに長く (Fig. 5), しかも斉一に真直ぐ伸長し (Photo. 1) 根長の測定に適した種子根が簡易に得られることが明らかになった。さらに本試験法を用いて水田除草剤プレチラクロールの種子根伸長に対する作用やプレチラクロールの種子根伸長阻害作用に対するCGA-123,407やNAの軽減作用も簡易に検定できることが明らかになった (Fig. 6, Fig. 7)。以上の結果より, イネ催芽種子を被験液の水面に30℃の暗条件で3日間浮かべる方法は, プレチラクロールと同様の作用性を示す多くの生育抑制型除草剤の種子根伸長に対する作用や, それら除草剤に対する薬害軽減剤の検定に有効な方法であることが示唆された。