Tropical Grasslands-Forrajes Tropicales

Temporal differences in plant growth and root exudation of two Brachiaria grasses in response to low phosphorus supply

Abstract Exploiting the natural variability of Brachiaria forage germplasm to identify forage grasses adapted to infertile acid soils that contain very low available phosphorus (P) is an important research objective for improving livestock production in the tropics. The objective of this study was to determine the differences in the release of root biochemical markers, i.e. carboxylates and acid phosphatases (APases), during the development of P deficiency in signalgrass and ruzigrass. We used the hydroxyapatite pouch system in hydroponics to simulate conditions of low P supply in acid soils to test the response of well-adapted signalgrass (Brachiaria decumbens cv. Basilisk, CIAT 606) and less-adapted ruzigrass (B. ruziziensis cv. Kennedy, CIAT 654). We monitored shoot and root growth and other physiological and biochemical components that are important for root functionality at weekly intervals for 3 weeks. We found that monocarboxylate exudation was not associated with the plant's physiological P status, while exudation of oxalate and secreted-APases increased with declining plant P concentrations in both grasses. Ruzigrass showed higher exudation rates and grew faster than signalgrass, but could not maintain its initial fast growth rate when P concentrations in plant tissue declined to 1.0 mg P/g dry matter. Oxalate was the dominant exuded carboxylate for signalgrass after 21 days of growth and this response might confer some eco-physiological advantages in signalgrass when grown in low-P acid soils.

Resumen El aprovechamiento de la variabilidad natural en germoplasma del género Brachiaria para identificar variedades forrajeras adaptadas a suelos ácidos de baja fertilidad y bajo contenido de fósforo (P) disponible, es un objetivo de investigación importante con el fin de mejorar la producción ganadera en áreas tropicales. En el estudio se evaluaron las diferencias en la exudación de carboxilatos y fosfatasas ácidas como marcadores bioquímicos radiculares durante el desarrollo de deficiencia de P en 2 especies de Brachiaria. Para el efecto, se utilizó el sistema hidropónico de bolsas con hidroxiapatita para simular condiciones de baja disponibilidad de P en suelos ácidos, con el fin de identificar diferencias entre una gramínea adaptada (Brachiaria decumbens cv. Basilisk, CIAT 606) y otra menos adaptada (B. ruziziensis cv. Kennedy, CIAT 654). Monitoreamos el crecimiento de las partes aéreas y las raíces de las plantas, así como algunos componentes fisiológicos y bioquímicos importantes para la funcionalidad de las raíces, cada semana en un período de 3 semanas. Los resultados mostraron que la exudación de monocarboxilatos no estaba asociada con el estado fisiológico de P de la planta, mientras que la exudación de oxalato y fosfatasas ácidas aumentó con la disminución de las concentraciones de P en ambas gramíneas. Brachiaria ruziziensis mostró tasas de exudación más altas y creció más rápido que B. decumbens; no obstante su tasa de crecimiento rápido inicial se redujo cuando las concentraciones de P en el tejido vegetal disminuyeron a 1.0 mg/g de materia seca. El oxalato fue el carboxilato exudado prevalente para B. decumbens después de 21 días de crecimiento, una respuesta que aparentemente confiere algunas ventajas ecofisiológicas a esta gramínea cuando se cultiva en suelos ácidos de bajo contenido de P disponible.

Effect of pollination mode on progeny of Panicum coloratum var. makarikariense: Implications for conservation and breeding

Abstract Panicum coloratum var. makarikariense, a perennial grass native to Africa, is adapted to a wide range of soil and climatic conditions with potential to be used as forage in tropical and semi-arid regions around the world. Our objective was to understand how the pollination mode affects viable seed production and further survival of the progeny. We evaluated self- and open-pollinated progenies from different accessions by measuring the seed production of the parents and their germination performance, germination rate and seedling survival. Parents and progeny were also fingerprinted with Simple Sequence Repeats (SSR). Progeny produced through open-pollination resulted in significantly more filled seeds and superior seedling survival than self-pollination. These results indicate that accessions studied here rely heavily on cross-pollination, whereas the contribution of self-pollinated offspring to the population is likely to be low. SSR profiles showed that, on average, 85% of the progeny (arising from cross-pollination) possessed paternal specific markers and 100% of them were genetically different from the maternal genotype. All plants examined had 4x = 36 chromosomes. Overall, our findings indicate that var. makarikariense is able to generate highly polymorphic progeny through segregation and recombination. This study provides reference information for the formulation of appropriate strategies for pasture germplasm management, conservation and development of breeding programs.

Resumen Panicum coloratum var. makarikariense es una gramínea perenne nativa de África. Se adapta a un amplio rango de ambientes y posee uso potencial como forraje en distintas regiones tropicales y semiáridas del mundo. El estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto del modo de polinización sobre la producción de semilla viable y la supervivencia de la progenie. Se evaluaron progenies de autopolinización y de polinización cruzada en diferentes accesiones midiendo la producción de semillas, germinación, tasa de germinación y supervivencia de plántulas, y se obtuvieron perfiles moleculares con Secuencias Simples Repetidas (SSR). La progenie obtenida mediante polinización cruzada mostró significativamente mayor producción de semillas llenas y supervivencia de plántulas que la de autopolinización. Esto indica que las accesiones evaluadas dependen en gran medida de la alogamia y que la contribución de la descendencia por autofertilización a la población sería escasa. Los perfiles moleculares SSR mostraron que, en promedio, 85% de la progenie (obtenida a partir de polinización cruzada) presentó marcadores específicos paternos y 100% de ella difirió del genotipo materno. Todas las plantas examinadas presentaron 4x = 36 cromosomas. En conjunto, los resultados indican que la var. makarikariense puede generar progenie altamente polimórfica a través de la segregación y recombinación. Este estudio provee información útil para el diseño de estrategias de conservación, manejo del germoplasma y programas de mejoramiento.

Screening of salt-tolerance potential of some native forage grasses from the eastern part of Terai-Duar grasslands in India

Abstract The salt tolerance of 12 native forage grasses from the eastern part of Terai-Duar grasslands was assessed using a rapid method of leaf disc senescence bioassay. Samples of these grasses were grown in untreated water as well as 100 and 200 mM NaCl solutions for periods of 3, 6 and 9 days. Discs of fresh leaf were then placed in untreated water as well as in 100 and 200 mM NaCl solutions for 96 hours. Quantitative effects were measured as the effects on chlorophyll concentration in leaves in response to exposure to the varying solutions. From these results, the salt sensitivity index (SSI) of the individual grasses was determined. The SSI values indicated that Imperata cylindrica, Digitaria ciliaris and Cynodon dactylon were most salt-tolerant of all grasses tested. Further characterization of the grasses was done by observing the changes in 6 biomarkers for salinity tolerance: relative water content, total sugar concentration, proline concentration, electrolyte leakage, membrane lipid peroxidation and H2O2 concentration following exposure to 100 and 200 mM NaCl concentrations for 3, 6 and 9 days. Finally, hierarchical cluster analysis using the software CLUSTER 3.0 was used to represent the inter-relations among the physiological parameters and to group the grasses on the basis of their salinity tolerance. The overall results indicated that Imperata cylindrica, Eragrostis amabilis, Cynodon dactylon and Digitaria ciliaris were potentially salt-tolerant grasses and should be planted on saline areas to verify our results. On the other hand, Axonopus compressus, Chrysopogon aciculatus, Oplismenus burmanni and Thysanolaena latifolia were found to be highly salt-sensitive and would be unsuitable for use in saline areas.

Resumen En la University of North Bengal, Siliguri, India, utilizando a nivel de laboratorio un método rápido de bioensayo de senescencia de discos foliares, fue evaluada la tolerancia a salinidad de 12 gramíneas forrajeras nativas de la parte oriental de los Terai-Duar Grasslands en la India nororiental. Las gramíneas fueron cultivadas tanto en agua no tratada como en soluciones de 100 y 200 mM NaCl durante 3, 6 y 9 días. Después se colocaron discos de hoja fresca tanto en agua no tratada como en soluciones de 100 y 200 mM NaCl durante 96 horas. Los efectos cuantitativos se midieron como la concentración de clorofila en las hojas en respuesta a la exposición a las diversas soluciones. Los resultados, con base en un índice de sensibilidad a la sal, mostraron que Imperata cylindrica, Digitaria ciliaris y Cynodon dactylon fueron las gramíneas más tolerantes a la salinidad. Además se realizó una caracterización de las gramíneas mediante la determinación de los cambios en 6 biomarcadores para la tolerancia a la salinidad: contenido relativo de agua; concentración de azúcar total; concentración de prolina; pérdida de electrolitos; peroxidación lipídica de membrana; y concentración de H2O2 después de la exposición a concentraciones de 100 y 200 mM NaCl durante 3, 6 y 9 días. El análisis de conglomerados jerárquicos utilizando el software CLUSTER 3.0 para representar las interrelaciones entre los parámetros fisiológicos y agrupar las gramíneas sobre la base de su tolerancia a la salinidad mostró que, en general, que Imperata cylindrica, Eragrostis amabilis, Cynodon dactylon y Digitaria ciliaris fueron gramíneas potencialmente tolerantes a la sal que deberían ser cultivadas en suelos salinos para verificar nuestros resultados. Por otra parte, Axonopus compressus, Chrysopogon aciculatus, Oplismenus burmanni y Thysanolaena latifolia resultaron ser altamente sensibles a la sal y no son especies apropiadas para uso en áreas salinas.

Reduction of sward height in the fall and winter as a strategy to improve the structure of marandu palisadegrass (Urochloa brizantha syn. Brachiaria brizantha cv. Marandu)

Abstract The objective of this study was to identify defoliation strategies that might improve the structure of Urochloa brizantha (syn. Brachiaria brizantha) cv. Marandu (marandu palisadegrass). The following 3 defoliation strategies were compared in a plot study: sward kept at 15 cm in fall and winter (W) and 30 cm in spring (Sp) and summer (Su) (15W-30Sp-30Su); sward kept at 30 cm during the entire experimental period (30W-30Sp-30Su); and sward kept at 45 cm in fall and winter and 30 cm in spring and summer (45W-30Sp-30Su). The experimental design was completely randomized, with 4 replicates. Plots were cut with shears to the appropriate height weekly in winter and twice weekly in spring, summer and fall. Tiller density, mean tiller weight, leaf area index, forage mass, percentage of live leaf blades and percentage of stems were measured every 28 days. Forage mass in winter was directly related to pasture height (P<0.05) but differences had disappeared by summer (P>0.05). Mean tiller density was independent of cutting height but was higher in spring and summer than in winter (P<0.05). Mean tiller weight in winter was directly related to cutting height (P<0.05) but differences had disappeared by summer. The percentage of live leaf blades in the swards was affected by season with spring>summer>winter and by cutting height in fall/winter with leaf percentage inversely related to cutting height. Stem percentage in the swards in winter was directly related to cutting height. Grazing studies seem warranted to determine if these plot results are reflected under grazing conditions and what the impacts are on animal performance.

Resumen El objetivo del estudio, conducido en Uberlândia, Minas Gerais, Brasil, fue identificar estrategias de defoliación con el fin de mejorar la estructura de una pastura de Urochloa brizantha (sin. Brachiaria brizantha) cv. Marandu. Se compararon 3 estrategias: (1) mantener el pasto a una altura de 15 cm en otoño e invierno (W) y de 30 cm en primavera (Sp) y verano (Su) (15W-30Sp-30Su); (2) mantener el pasto a una altura de 30 cm durante todo el período experimental (30W-30Sp-30Su); y (3) mantener el pasto a una altura de 45 cm en otoño e invierno y de 30 cm en primavera y verano (45W-30Sp-30Su). El diseño experimental fue completamente al azar, con 4 repeticiones. Las parcelas se cortaron con tijeras a la altura respectiva semanalmente en invierno y 2 veces por semana en primavera, verano y otoño. Cada 28 días se midieron la densidad de brotes, el peso medio de los brotes, el índice de área foliar, la masa de forraje, el porcentaje de hojas vivas y el porcentaje de tallos. La masa forrajera en invierno se relacionó directamente con la altura del pasto (P<0.05), pero las diferencias desaparecieron en verano (P>0.05). La densidad media de los brotes fue independiente de la altura de corte, pero fue mayor en primavera y verano que en invierno (P<0.05). El peso medio de los brotes en invierno estuvo directamente relacionado con la altura de corte (P <0.05), pero las diferencias desaparecieron en verano. El porcentaje de hojas vivas en la pastura se vio afectado por la estación del año, con primavera>verano>invierno y por la altura de corte en otoño/invierno cuando el porcentaje de hojas estuvo inversamente relacionado con la altura de corte. El porcentaje de tallos en invierno estuvo directamente relacionado con la altura de corte. Estudios de pastoreo parecen justificados para determinar si estos resultados, obtenidos a nivel de parcela de corte, se reflejan bajo condiciones de pastoreo, y cuáles son los impactos en la producción animal.

Evaluation and strategies of tolerance to water stress in Paspalum germplasm

Abstract The evaluation of genetic resources in germplasm banks of Paspalum can contribute to their use in breeding programs and for advanced research in biotechnology. This study evaluated the tolerance of 11 Paspalum accessions to abiotic stress caused by soil water deficit in a greenhouse experiment at Embrapa Pecuária Sudeste, São Carlos, state of São Paulo, Brazil. The variables analyzed were: dry biomass of green matter, dead matter and roots; leaf area; leaf water potential; number of days to lose leaf turgor (wilting); soil moisture at wilting; and number of tillers per pot. The results showed high genetic variability for all traits, not only among species but also within species, and also reflected the existence of different strategies of response and potential adaptation to water deficit events. For breeding programs, when the aim is to produce materials better adapted to the occurrence of prolonged drought, 5 accessions from this group seem to have good potential: P. malacophyllum BGP 289, P. quarinii BGP 229, P. regnellii BGP 112, P. conspersum BGP 402 and P. urvillei x P. dilatatum BGP 238. Conversely, when the goal is to select materials for short-term water stress conditions, 6 accessions stand out: P. atratum BGP 308, P. regnellii BGP 215, 248 and 397, P. dilatatum BGP 234 and P. malacophyllum BGP 293.

Resumen La evaluación de recursos genéticos en bancos de germoplasma de Paspalum constituye una gran ayuda en programas de mejoramiento genético y de investigación avanzada en biotecnología. En un experimento en macetas en Embrapa Pecuária Sudeste, São Carlos, estado de São Paulo, Brasil, se evaluó la tolerancia de 11 accesiones de varias especies de Paspalum al estrés abiótico causado por el déficit hídrico en el suelo. Las variables analizadas fueron: biomasa seca de la materia verde, materia muerta y raíces; área foliar; potencial hídrico foliar; número de días hasta la pérdida de la turgencia foliar (marchitamiento); humedad del suelo al momento del marchitamiento de las plantas; y número de brotes por planta. Los resultados mostraron tanto una alta variabilidad genética para todos los parámetros, no solo entre las especies, sino también dentro de las especies, como la existencia de diferentes estrategias de respuesta y potencial adaptación a eventos de déficit hídrico. Para los programas de fitomejoramiento, cuando el objetivo es producir materiales mejor adaptados a la sequía prolongada, las accesiones con mayor potencial fueron: P. malacophyllum BGP 289, P. quarinii BGP 229, P. regnellii BGP 112, P. conspersum BGP 402 y P. urvillei xP. dilatatum BGP 238. Por el contrario, cuando el objetivo es seleccionar materiales para condiciones de estrés hídrico de corta duración, se destacan las accesiones: P. atratum BGP 308, P. regnellii BGP 215, 248 y 397, P. dilatatum BGP 234 y P. malacophyllum BGP 293.

Screening of common tropical grass and legume forages in Ethiopia for their nutrient composition and methane production profile in vitro

Abstract A study was conducted to assess the nutrient composition, in vitro gas production (GP) characteristics and methane (CH4) production potential of some common Ethiopian grass and legume forages. Crude protein (CP) concentration was lower in grasses than in legumes, while the reverse was observed for neutral detergent fiber (aNDFom) and acid detergent fiber (ADFom) concentrations. Within the 9 grasses tested, Cynodon dactylon had the highest CP concentration (187 g/kg DM), while Panicum coloratum and Cenchrus ciliaris had the lowest (70 and 82 g/kg DM, respectively) values. Chloris gayana contained the highest aNDFom (651 g/kg DM) concentration, while Avena sativa had the lowest (484 g/kg DM). Among the 3 legumes tested, Vicia sativa had the highest CP concentration (346 g/kg DM). The aNDFom and ADFom concentrations were highest in V. sativa and lowest in Medicago sativa. In grasses, Brachiaria mutica had the highest calcium, magnesium, iron and manganese concentrations, while in legumes the highest concentrations of phosphorus, potassium and zinc were observed in V. sativa. Methane production was generally higher (P<0.05) in grasses than in legumes. Panicum coloratum produced the lowest (P<0.05) CH4 levels within the grasses followed by B. mutica, while Desmodium intortum produced the lowest (P<0.05) CH4 levels within the legumes. Panicum coloratum and D. intortum appear to have potential as suitable forage species for ruminants, resulting in reduced CH4 emissions. Studies with animals are needed to verify these in vitro findings.

Resumen En el laboratorio de Hawassa University, Etiopía, se realizó un estudio para evaluar la composición nutricional, la producción de gas (PG) in vitro y el potencial de producción de metano (CH4) de 9 gramíneas y 3 leguminosas forrajeras comunes en Etiopía. Como era de esperar, la concentración de proteína cruda (PC) fue menor en las gramíneas que en las leguminosas, mientras que las concentraciones de fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) fueron más altas en las primeras. Entre las gramíneas evaluadas, Cynodon dactylon presentó la mayor concentración de PC (187 g/kg de MS), mientras que Panicum coloratum y Cenchrus ciliaris presentaron los valores más bajos (70 y 82 g/kg de MS, respectivamente). Chloris gayana presentó los valores más altos de FDN (651 g/kg de MS) y Avena sativa los más bajos (484 g/kg de MS). Entre las leguminosas, Vicia sativa presentó las mayores concentraciones de PC (346 g/kg de MS) y de ambas fibras, mientras que las concentraciones más bajas de FDN y FDA se registraron en Medicago sativa. Respecto a minerales, Brachiaria mutica presentó las mayores concentraciones de calcio, magnesio, hierro y manganeso entre las gramíneas, mientras que en las leguminosas se observaron en V. sativa las mayores concentraciones de fósforo, potasio y zinc. La producción de CH4 fue generalmente mayor (P<0.05) en las gramíneas que en las leguminosas. Entre las gramíneas, P. coloratum presentó los niveles de CH4 más bajos (P<0.05), seguido por B. mutica, mientras que entre las leguminosas Desmodium intortum produjo los niveles de CH4 más bajos (P<0.05). Con miras a emisiones reducidas de CH4, P. coloratum y D. intortum parecen tener potencial como especies forrajeras amigables con el medio ambiente. Se requieren estudios con animales rumiantes para verificar estos hallazgos obtenidos in vitro.