Inhibitory effects of jackbean (Canavalia ensiformis L.) leaf residues on germination and vigour of crops and weeds

The effects of jackbean leaf residues incorporated in the soil on germination and seedlings growth of cucumber, radish and some weeds was examined. Trials were carried out under greenhouse conditions to (a) determine the amount of incorporated residue that is inhibitory to two test plants, (b) to determine if decomposition time changes the inhibitory levels of jackbean residues on test plants and (c) to determine the amount of residue that is inhibitory to the weed species. Jackbean leaf residues incorporated in soil at concentration of 2% or higher and allowed to decompose for a period of 0 to 2 weeks before sowing, reduced the initial growth of cucumber and radish and at different concentrations, reduced germination and growth of three weed species. These results suggest the presence of allelopathic components in Jackbean leaves that could affect seed germination and seedling development.

O plantio associado entre banana (Musa acuminata Cultivar Cavendish "Grande Naine") e feijão-de-porco (Canavalia ensiformis (L.) D. C.): uma avaliação agronômica dos efeitos da competição por água, nitrogênio e energia luminosa

Nas regiões de clima tropical, o monocultivo da banana vem causando conseqüências ambientais desastrosas e, muitas vezes, impedindo uma exploração continuada de uma mesma área. A redução do rendimento é devido principalmente as limitações físico-químicas do solo e a rápida degradação do sistema radicular, agravada pela ação de parasitas do solo (nematóides, fungos, etc.). Em virtude destas limitações, várias iniciativas vem sendo buscadas para a minimização das perdas agronômicas e ambientais, destacando-se o melhoramento e a modificação genética, e a associação deste cultivo com espécies leguminosas. Porém uma das grandes dificuldades de avaliarmos os novos sistemas de cultivo alternativos concentra-se na falta de referenciais agronômicos relacionados principalmente com o funcionamento de sistemas de cultivos associados, especialmente relacionados aos fatores e condições que interferem diretamente na definição do rendimento da espécie principal. O presente estudo testou , em campo experimental, o uso de plantas de serviço associada a bananeira e seus efeitos na produção de biomassa durante seu o ciclo vegetativo. Isto porque é durante esta fase que a bananeira constrói sua capacidade de reservas de fotoassimilados e, consequentemente, define o potencial de produção e enchimento dos frutos. Além do monocultivo, definiu-se mais duas parcelas associadas com o feijão-de- porco: 1) o plantio simultâneo das duas espécies e; 2) o plantio de feijão-de-porco e, após 2 meses, a introdução da banana. Além de acompanhamento semanal das parcelas, realizou-se, bimensalmente, coletas destrutivas de dados sobre produção de matéria seca, superfície foliar e análise nutricional das plantas. Após a análise agronômica da fase vegetativa, aplicou-se a modelização dos sistemas de cultivo estudados e comparou-se os possíveis cenários sobre o rendimento final da bananeira, além de outros indicadores sobre os fatores de crescimento das plantas. Após o acompanhamento dos 7 primeiros meses do ciclo vegetativo, concluiu-se que a data de estabelecimento da associação foi determinante para o sucesso do cultivo associado. Podemos destacar que a associação entre a bananeira e o feijão-de-porco não causou limitações na produção de biomassa (4,2 ton/ha), quando comparada com o monocultivo (4,5 ton/ha). A redução do número de capinas também foi um indicador animador deste sistema de cultivo alternativo. Por outro lado, quando a bananeira foi plantada 60 dias após a leguminosa, a mesma representou uma séria limitação na produção de biomassa (2,7 ton/ha). Esta limitação deveu-se ao estado de forte competição devido a agressividade com que o feijão-de-porco recobria toda a parcela e alcançando uma altura (74 cm) superior que a muda de banana (29 cm). Em relação a primeira parte da metodologia aplicada - o diagnóstico agronômico -, a mesma foi eficiente para a avaliação do ciclo vegetativo da associação estudada, ficando a necessidade da continuidade do acompanhamento do ciclo reprodutivo, para a confirmação dos resultados em termos de formação e produção de frutos. Na fase de modelização, chegou-se a uma leitura dos resultados próxima dos resultados obtidos no campo. Em termos de rendimento em frutos, o monocultivo com adubação (400 kg/ha de nitrogênio) e irrigação (133 mm) teve um aumento na ordem de 50% no rendimento final (28 ton/ha) Quando comparada com a parcela nas condições reais do experimento (19,6 ton/ha). Já o rendimento em frutos da associação, apresentou o mesmo resultado com e sem adubação e irrigação (16 ton/ha). No tocante a contrução dos cenários, confirmou-se novamente algumas das vantagens da associação, principalmente na redução da adubação nitrogenada aplicada nos sistemas convencionais de cultivo. Finalmente, podemos imaginar a construção de várias formas de testar e otimizar o uso destes sistemas associados (cenários). Porém, confirma-se que a construção de novos referenciais agronômicos sobre sistemas de cultivo mais complexos (os cultivos associados) torna-se ainda muito necessário para a realização de avaliações mais precisas sobre estas alternativas. E, com estes novos referenciais técnicos, podemos imaginar, a médio e longo prazo, alguns dos benefícios das leguminosas sobre as propriedades físico-químicas do solo cultivado (cobertura viva, adubo verde, redução de adventícias, etc) e sobre a manutenção do rendimento dos cultivos (adubação verde).

Toxic effects of Canavalia ensiformis L. (Leguminosae) on laboratory colonies of Atta sexdens L. (Hym., Formicidae)

Laboratory colonies of the leaf-cutting ants Atta sexdens that were fed daily with leaves of Canavalia ensiformis showed a high ant mortality, and a significant decrease in fungal garden volume, with complete depletion of nests after 11 weeks of treatment.

Allelopathic potential and systematic evaluation of secondary compounds in extracts from roots of Canavalia ensiformis by capillary electrophoresis

Organic extracts were obtained from roots of Canavalia ensiformis and evaluated for allelopathic potential on the germination of the weed seeds: Mimosa pudica, Cassia tora and Cassia occidentalis showing a strong allelopathic potential. After that, a systematic study of these crude extracts was made using specific protocols developed in capillary electrophoresis (CE) in order to determine some classes of secondary metabolites. Capillary electrophoresis protocols were highly specific, which makes it possible to identify 5 classes of compounds using the same crude extract samples and analyze them fartly. Some of the compounds identified show activity in the inhibition of seeds germination.

Efeito da umidade do solo sobre a capacidade de Canavalia ensiformis e Stizolobium aterrimum em remediar solos contaminados com herbicidas

Objetivou-se, neste trabalho, avaliar os efeitos da umidade do solo sobre a capacidade de Canavalia ensiformis e Stizolobium aterrimum em remediar solos contaminados com os herbicidas tebuthiuron e trifloxysulfuron-sodium. O trabalho foi realizado em duas etapas, sendo na primeira avaliado o crescimento de C. ensiformis e S. aterrimum em solo com diferentes níveis de umidade, contaminados ou não com herbicidas. Os tratamentos foram compostos pela combinação entre os herbicidas tebuthiuron, trifloxysulfuron-sodium e ausência de herbicida, associados a quatro teores de água do solo (0,287, 0,358, 0,431 e 0,575 kg kg-1), dispostos em esquema fatorial 3 x 4, sob delineamento inteiramente casualizado, com três repetições, para cada espécie remediadora. Após o preparo do substrato e enchimento dos vasos, aplicou-se à superfície do solo o herbicida trifloxysulfuron-sodium ou tebuthiuron. Um dia após essa aplicação, procedeu-se à semeadura das espécies remediadoras. Nessa mesma época, utilizaram-se, como testemunha, vasos sem planta remediadora, porém com os mesmos níveis de umidade e com aplicação do herbicida mantido nas mesmas condições daqueles com plantas remediadoras, as quais foram colhidas 60 dias após semeadura. Nessa ocasião, foram avaliadas a altura e a massa seca da parte aérea (MSPA) dessas espécies. Todo o material colhido foi triturado e incorporado ao solo dos seus respectivos vasos. Na segunda etapa, avaliou-se a capacidade remediadora de C. ensiformis e S. aterrimum. Os tratamentos foram compostos pela combinação entre quatro níveis de umidade e cinco tipos de cultivo prévio: cultivo de C. ensiformis e S. aterrimum na presença e ausência do herbicida e um tratamento sem cultivo prévio e com aplicação do herbicida, dispostos em esquema fatorial 4 x 5, sob delineamento inteiramente casualizado, com três repetições, para cada herbicida avaliado. Amostras de 0,5 kg de solo foram retiradas dos vasos (6 L) utilizados na primeira etapa e colocadas em vasos de 0,5 L. Em seguida, cultivaram-se as espécies indicadoras de resíduo dos herbicidas no solo: sorgo (Sorghum bicolor) para o trifloxysulfuron-sodium e soja (Glycine max) para o tebuthiuron. Estas plantas foram colhidas 20 dias após a semeadura, época em que se avaliaram a altura, a MSPA e o grau de intoxicação delas pelos herbicidas. Canavalia ensiformis não sobreviveu até a época de avaliação (60 DAS) em solo contaminado pelo tebuthiuron, independentemente do nível de umidade mantido no solo. S. aterrimum sobreviveu quando cultivada em solo com teor de água entre 0,287 e 0,358 kg kg-1 e, quando comparada a C. ensiformis, foi mais eficiente na descontaminação do solo com residual do tebuthiuron. Nos solos contaminados com trifloxysulfuron-sodium ou com tebuthiuron, com o cultivo prévio das espécies remediadoras, o crescimento do sorgo e da soja foi melhor se comparado ao daquelas plantas cultivadas no solo onde não foi feito o cultivo das espécies remediadoras. De maneira geral, a variação da umidade não interferiu no processo de remediação, sendo os efeitos observados no desenvolvimento das espécies remediadoras. O melhor desenvolvimento de C. ensiformis e S. aterrimum foi observado em solo com teor de água mantido em torno de 0,431 kg kg-1; contudo, nesse teor de água, o tebuthiuron é mais facilmente disponibilizado para a solução do solo.

Biodegradation of glyphosate in rhizospheric soil cultivated with Glycine max, Canavalia ensiformis e Stizolobium aterrimum

Biodegradation of glyphosate was evaluated in rhizospheric soil cultivated with Glycine max (soybean, var. BRS245-RR), Canavalia ensiformis and Stizolobium aterrimum. After these species were cultivated for 60 days, soil samples were collected, placed in flasks and treated with 14C-glyphosate. After 30 days of incubation, the total release rate of C-CO2 was determined along with microbial biomass (MBC), metabolic quotient (qCO2), and degradation percentage of the radio-labeled glyphosate released as 14C-CO2. A higher mass of rhizosphere-associated microorganisms was verified in the soil samples from pots cultivated with soybean, regardless of glyphosate addition. However, in the presence of the herbicide, this characteristic was the most negatively affected. Microorganisms from the C. ensiformis rhizosphere released a lower amount of 14C-CO2, while for those originated from S. aterrimum, the amount released reached 1.3% more than the total carbon derived from the respiratory activity. The rhizospheric soil from S. aterrimum also presented higher glyphosate degradation efficiency per microbial biomass unit. However, considering qCO2, the microbiota of the rhizospheric soil cultivated with soybean was more efficient in herbicide degradation.

Determination of polyamines in organic extracts from roots of Canavalia ensiformis by capillary electrophoresis

A rapid, selective and specific capillary zone electrophoresis method to determine polyamines in organic extracts from roots of Canavalia ensiformis (Jack Beans) was developed using ultra violet (UV) detection. Canavalia ensiformis is relatively free from diseases and it is used as reference in allelopathy studies. Polyamines are widely distributed in plant and it could be involved in plant pathogen interactions. Optimal separation was achieved using 15 mmol.L-1formic acid (pH 3.0) + 4 mmol.L-1 imidazole as a background electrolyte. It was possible to identify and quantify the polyamines on herbal samples in the presence of other phytochemical substances and analyze them quickly (up to 6 min). The applicability of this method was evaluated in crude organic extracts from roots of Canavalia ensiformis.

Activity of Extracts and Fatty Acids of Canavalia ensiformis (Leguminosae) Against the Symbiotic Fungus of the Leaf-Cutting Ants Atta sexdens

The inhibitory effect of leaves extracts of Carnavalia ensiformis on the development of the symbiotic fungus of the leaf-cutting ants Atta sexdens (Forel) was evaluated. The hexane extract showed highest activity at concentration of 1000 μg/mL. Chromatographic separations of this extract have led to the isolation of a mixture of fatty acids which showed the same activity of the crude extract.

Ação alelopática de sementes de Canavalia ensiformis contra Cyperus rotundus.

Ação alelopática da leguminosa Canavalia ensiformis (feijão de porco) já é praticada em campo semeado com essa leguminosa. Tentativa de esclarecer o modo de ação, levou a testar as partes, raízes, caules, folhas moídas misturadas a terra, plantando-se em seguida os tubérculos de Cyperus rotundus L. em ambiente de laboratório ou em casa de vegetação. Utilizando copos plásticos com capacidade de 160ml, terra argilosa misturada com quantidades diferentes das partes acima citadas, não revelaram qualquer ação sobre a capacidade de brotação dos tubérculos do Cyperus. Utilizando o mesmo método com vagens secas do feijão de porco, e separadamente com sementes, foi possível observar pequena ação da vagem seca, e pronunciada ação das sementes moídas, observou que quantidades menores que 10g pouco afetavam a brotação. Todavia a partir de 15 g de sementes moídas, misturadas em copo plástico contendo 160 de terra argilosa demonstraram a ação inibitória de brotação dos tubérculos de Cyperus. Foram conduzidos 7 ensaios nos quais procurou-se adicionar a terra argilosa diferentes quantidades da semente moída, encontrando-se os resultados: nas doses de 5 a 7,5g houve redução de 47% de brotação; de 10 a 15g a redução dos tubérculos; com a aplicação de maior dose houve total inibição da brotação dos tubérculos do C. rotundus. O trabalho visa esclarecer qual o elemento contido na planta do feijão de porco que provoca redução sensível da populacao da invasora.

Atividade potencialmente alelopática de extratos brutos e hidroalcoólicos de feijão-de-porco (Canavalia ensiformis)

Extratos hidroalcoólicos de parte aérea, raízes e sementes e extratos brutos de sementes de Canavalia ensiformis foram preparados, visando identificar e caracterizar os efeitos potencialmente alelopáticos sobre a germinação de sementes e o alongamento da radícula das plantas daninhas Mimosa pudica, Urena lobata, Senna obtusifolia e Senna occidentalis. Os trabalhos foram desenvolvidos em condições controladas de 25 ºC de temperatura e fotoperíodo de 12 horas, para o bioensaio de germinação, e 24 horas, para o de alongamento da radícula. Os efeitos foram aquilatados tendo por contraste (testemunha) a água destilada. Os resultados variaram em função da espécie receptora, da concentração e da parte da planta utilizada no preparo dos extratos. A inibição da germinação das sementes e do alongamento da radícula foi diretamente proporcional à concentração do extrato, com as mais intensas inibições observadas na concentração de 4%. Independentemente da espécie receptora, as sementes, seguidas das raízes, foram as principais fontes de substâncias químicas com atividades potencialmente alelopáticas no feijão-de-porco. A análise dos diferentes extratos brutos revelou que as substâncias químicas com atividades potencialmente alelopáticas presentes nas sementes do feijão-de-porco têm polaridade compreendida entre o acetato de etila e o metanol. Para o extrato bruto metanólico, concentrações a partir de 0,4% inibiram completamente a germinação das espécies receptoras, enquanto para M. pudica e S. occidentalis concentrações de 0,6 e 0,8% proporcionaram inibições da ordem de 100% para a germinação das sementes dessas espécies. A sensibilidade das espécies aos efeitos potencialmente alelopáticos variou na seguinte ordem decrescente: M. pudica > S. occidentalis > S. obtusifolia > U. lobata.

Development of bean plants in soil contaminated with trifloxysulfuron-sodium after Stizolobium aterrimum and Canavalia ensiformis cultivation

Phytoremediation, the use of plants to decontaminate soils and water resources from organic pollutants such as herbicides, is economically and environmentally a promising technique applied in many areas, including agriculture. The objective of this work was to evaluate the development of bean plants cultivated in the field, in soil with different levels of trifloxysulfuron-sodium contamination, following cultivation of two green manure species, as well as to evaluate the possibility of recontamination of the area by such herbicide with the straw permanence on the soil. The experiment was carried out in Coimbra, MG, Brazil, on a sandy clayey Red - Yellow Argisol from March to November 2003. Four levels of soil contamination with trifloxysulfuron-sodium (0.00; 3.75; 7.50; and 15.00 g ha-1) were used as well as the following five types of cultivation prior to bean sowing in the area after herbicide application: black velvet beans (Stizolobium aterrimum) followed by removal of straw; S. aterrimum, followed by permanence of straw; jack bean (Canavalia ensiformis), followed by removal of straw; C. ensiformis followed by permanence of straw; and without prior cultivation, weed-free (weeded control). The leguminous plants were kept in the area for 65 days, cut close to the soil, and with its aerial part left or not on the surface of the experimental plot, depending on the treatment. Fifteen days after the species were cut, bean was sown in the area. At 45 days after emergence (DAE) of the bean plants, plant height and dry mass of the aerial part were evaluated. Grain productivity was determined during harvest. Height, dry matter of the aerial part and grain productivity of the bean plants, cultivated in an area previously contaminated with trifloxysulfuron-sodium at any of the levels tested, were higher with prior cultivation of S. aterrimum or C. ensiformis. At the lowest level of herbicide contamination, prior cultivation of C. ensiformis was found to be more efficient than that of S. aterrimum in mitigating the harmful effects of trifloxysulfuron-sodium on bean grain production. The permanence of the straw of the green manure species during the bean cycle did not harm the development of the plants or caused culture productivity losses, indicating that straw permanence in the area does not promote recontamination of the area.

Determinação de motivos de ligação à quitina em vicilinas de Canavalia ensiformis e Vigna unguiculata através de métodos in silico e relação com suas toxicidades para o bruquídeo Callosobruchus maculatus (Coleoptera:Bruchidae)

Chitin is an important structural component of the cellular wall of fungi and exoskeleton of many invertebrate plagues, such as insects and nematodes. In digestory systems of insects it forms a named matrix of peritrophic membrane. One of the most studied interaction models protein-carbohydrate is the model that involves chitin-binding proteins. Among the involved characterized domains already in this interaction if they detach the hevein domain (HD), from of Hevea brasiliensis (Rubber tree), the R&R consensus domain (R&R), found in cuticular proteins of insects, and the motif called in this study as conglicinin motif (CD), found in the cristallography structure of the β-conglicinin bounded with GlcNac. These three chitin-binding domains had been used to determine which of them could be involved in silico in the interaction of Canavalia ensiformis and Vigna unguiculata vicilins with chitin, as well as associate these results with the WD50 of these vicilins for Callosobruchus maculatus larvae. The technique of comparative modeling was used for construction of the model 3D of the vicilin of V. unguiculata, that was not found in the data bases. Using the ClustalW program it was gotten localization of these domains in the vicilins primary structure. The domains R&R and CD had been found with bigger homology in the vicilins primary sequences and had been target of interaction studies. Through program GRAMM models of interaction ( dockings ) of the vicilins with GlcNac had been gotten. The results had shown that, through analysis in silico, HD is not part of the vicilins structures, proving the result gotten with the alignment of the primary sequences; the R&R domain, although not to have structural similarity in the vicilins, probably it has a participation in the activity of interaction of these with GlcNac; whereas the CD domain participates directly in the interaction of the vicilins with GlcNac. These results in silico show that the amino acid number, the types and the amount of binding made for the CD motif with GlcNac seem to be directly associates to the deleterious power that these vicilins show for C. maculatus larvae. This can give an initial step in the briefing of as the vicilins interact with alive chitin in and exert its toxic power for insects that possess peritrophic membrane

Determinação de motivos de ligação à quitina em vicilinas de Canavalia ensiformis e Vigna unguiculata através de métodos in silico e relação com suas toxicidades para o bruquídeo Callosobruchus maculatus (Coleoptera:Bruchidae)

Chitin is an important structural component of the cellular wall of fungi and exoskeleton of many invertebrate plagues, such as insects and nematodes. In digestory systems of insects it forms a named matrix of peritrophic membrane. One of the most studied interaction models protein-carbohydrate is the model that involves chitin-binding proteins. Among the involved characterized domains already in this interaction if they detach the hevein domain (HD), from of Hevea brasiliensis (Rubber tree), the R&R consensus domain (R&R), found in cuticular proteins of insects, and the motif called in this study as conglicinin motif (CD), found in the cristallography structure of the β-conglicinin bounded with GlcNac. These three chitin-binding domains had been used to determine which of them could be involved in silico in the interaction of Canavalia ensiformis and Vigna unguiculata vicilins with chitin, as well as associate these results with the WD50 of these vicilins for Callosobruchus maculatus larvae. The technique of comparative modeling was used for construction of the model 3D of the vicilin of V. unguiculata, that was not found in the data bases. Using the ClustalW program it was gotten localization of these domains in the vicilins primary structure. The domains R&R and CD had been found with bigger homology in the vicilins primary sequences and had been target of interaction studies. Through program GRAMM models of interaction ( dockings ) of the vicilins with GlcNac had been gotten. The results had shown that, through analysis in silico, HD is not part of the vicilins structures, proving the result gotten with the alignment of the primary sequences; the R&R domain, although not to have structural similarity in the vicilins, probably it has a participation in the activity of interaction of these with GlcNac; whereas the CD domain participates directly in the interaction of the vicilins with GlcNac. These results in silico show that the amino acid number, the types and the amount of binding made for the CD motif with GlcNac seem to be directly associates to the deleterious power that these vicilins show for C. maculatus larvae. This can give an initial step in the briefing of as the vicilins interact with alive chitin in and exert its toxic power for insects that possess peritrophic membrane

Production of cabbage grown in pots containing legumes' root and shoot

Roots effect is not generally considered in studies assessing the performance of crops in response to green manuring. However, such effect can contribute to a better understanding of crop rotation. The aim of this study was to assess the effect of root and shoot of two legumes on the production of cabbage. The experiment was conducted in pots of 10 liters containing substrate of 2:1 soil/sand. The experiment was arranged in a factorial scheme (2x3 + 2) in a randomized block design with five replicates using two legume species (Crotalaria juncea L. and Canavalia ensiformis L), three plant parts (root, shoot, or whole plant), and two additional treatments (mineral fertilization with 100% and 50% of the recommended dose of N for growing cabbage). Pots with legume treatments received mineral fertilizer with 50% of the recommended dose of N for growing cabbage. The experimental plot consisted of a pot containing one plant of cabbage. Legumes were grown in pots and harvested at 78 days. The root biomass was determined in extra pots. Production was assessed using head fresh and dry weight. The application of the whole plant of both legume species reduced cabbage production. However, root or shoot of both legume species was equivalent to 50% of mineral N fertilization required for the cultivation of cabbage.

Phytomass production and nutrient accumulation by green manure species

Green manuring is recognized as a viable alternative to improve nutrient cycling in soils. The aim of this study was to evaluate the phytomass production and nutrient accumulation in shoots of the summer green manures jack bean [Canavalia ensiformis (L.) DC.], dwarf pigeon pea (Cajanus cajanvar var. Flavus DC.), dwarf mucuna [Mucuna deeringiana (Bort) Merr] and sunn hemp (Crotalaria juncea L.), under nitrogen fertilization and/or inoculation with N-fixing bacteria. A split plot design was arranged with the four Fabaceae species as main plots and nitrogen fertilization (with and without) and inoculation with diazotrophic bacteria (with and without) as the subplots, in a 2² factorial. The experiment was arranged as a randomized complete block design with four replications. In the conditions of this trial, the sunn hemp had the highest production of shoot phytomass (12.4 Mg ha-1) and nutrient accumulation, while the dwarf mucuna had the lowest production of shoot phytomass (3.9 Mg ha-1) and nutrient accumulation. The results showed no effect of nitrogen fertilization or inoculation with N-fixing bacteria on the production of shoot phytomass and nutrient accumulation, except for inoculation without nitrogen fertilization, resulting in greater P accumulation (p <0.05) in the sunn hemp and greater Zn and Mn accumulation in the dwarf mucuna. These findings indicate that N fertilization or inoculation with N2-fixing bacteria for Fabaceae are low efficiency practices in the edaphoclimatic conditions of this study.