Comparison of sensitivity of three legume species exposed to crude extracts of toxic and non-toxic cyanobacteria

Abstract

We evaluated the effect of cyanobacterial crude extracts containing microcystin (CCEMC+) from a natural bloom on seed germination and initial development of three economically important legume species: green mung bean Vigna radiata, cowpea Vigna cylindrical and red mung bean Vigna angularis and compared it to crude extracts of cyanobacteria without the toxin (CCEMC–). Results showed that CCEMC+ and CCEMC– caused different effects on seed germination and initial development of the three species. There was a clear inhibition on germination and root growth of the green mung bean exposed to the CCEMC+ (20, 200 and 500 μg/L), indicating that the green mung bean being more sensitive to CCEMC+ when compared to the cowpea and red mung bean. CCEMC+ induced a greater occurrence of abnormal seedlings in the green mung bean, duce to inhibition the germination as well as reduction of fresh weight and root length. The CCEMC– extract caused no harmful effects to germination and seedlings growth of the green mung bean and red mung bean. However, it reduced shoot and root length in cowpea bean, suggesting that the cowpea being more sensitive to both extracts. Our results indicated that the sensitivity in germination and root growth of the green mung bean V. radiata could be used as an indicator to evaluate the toxic effect and monitor the toxin concentration of water contaminated with microcystins.
 Nghiên cứu này khảo sát và so sánh các tác động bất lợi của ly trích vi khuẩn lam có chứa và không chứa độc tố lên sự nẩy mầm và sự phát triển ở giai đoạn đầu của ba loại cây họ đậu gồm đậu xanh Vigna radiata, đậu đỏ Vigna angularis và đậu đen Vigna cylindrical. Kết quả cho thấy hai loại ly trích gây ra các tác động khác nhau lên ba loại cây đậu thí nghiệm. Ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 20, 200 và 500 μg/L ngăn chặn đáng kể sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu xanh. Cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố đều ngăn chặn sự nẩy mầm và sự phát triển rể ở đậu đen. Ngược lại ly trích vi khuẩn lam có chứa độc tố ở nồng độ 500 μg/L lại kích thích chiều dài rể, thân mầm và trọng lượng tươi ở đậu đỏ. Kết quả cho thấy đậu đen khá nhạy cảm với cả hai loại ly trích có chứa và không chứa độc tố, trong khi đó đậu xanh nhạy cảm hơn với ly trích có chứa độc tố. Tính nhạy cảm của các loại cây họ đậu khi phơi nhiễm với ly trích vi khuẩn lam có thể được sử dụng để chỉ thị cho sự ô nhiễm và quan trắc độc tố vi khuẩn lam trong môi trường.

Mode of action and fate of microcystins in the complex soil-plant ecosystems

“…Overall, MCs seem to have adverse effects on: (a) seed germination (Saqrane et al, 2008;Chen et al, 2012b;El Khalloufi et al, 2012;Lahrouni et al, 2012;Corbel et al, 2015;Cao et al, 2018a); (b) seedling growth and development (McElhiney et al, 2001;M-Hamvas et al, 2003;Pereira et al, 2009;El Khalloufi et al, 2011;Wang et al, 2011;Chen et al, 2012b;El Khalloufi et al, 2013;Lahrouni et al, 2013;Freitas et al, 2015a;Lahrouni et al, 2015;Liang and Wang, 2015;Cao et al, 2018 b;Pham, 2018;Zhu et al, 2018); (c) nitrogen uptake (Lahrouni et al, 2012(Lahrouni et al, , 2016 and (d) photosynthetic assimilation (El Khalloufi et al, 2011;Lahrouni et al, 2012;Liang and Wang, 2015;B-Oliveira et al, 2016;Machado et al, 2017b), besides inducing acute oxidative stress (El Khalloufi et al, 2011;Wang et al, 2011;Chen et al, 2012a;Lahrouni et al, 2012 ;El Khalloufi et al, 2013;B-Oliveira et al, 2016;Pereira et al, 2017;Cao et al, 2018 a, b). However, response of plants to MCs depends on the following: (a) plant species; (b) toxin variant; (c) toxin concentration applied; (d) toxin nature (purified or crude extract); (e) exposure time; (f) method of irrigation (surface or spray irrigation); and (j) biochemical composition of agricultural soil in which the plant subject is studied (Abe et al, 1996;McElhiney e...…”