Advertisement

Biologia Plantarum

, Volume 6, Issue 2, pp 88–98 | Cite as

Glucobrassicin a potential inhibitor of unusual type affecting the Germination and growth of plants; mechanism of its action

  • Milan Kutáček
Article

Abstract

A water-soluble germination- and growth-inhibitor present in plants of Brassica genus was studied. Aqueous eluates from chromatograms of methanolic extracts of Savoy cabbage, cabbage and Brussels’ sprouts leaves, and of Brussels’ sprouts roots, inhibited the growth of wheat; the chromatographic behaviour of this inhibitor was similar to that of the thioglycoside glucobrassicin (GLUBR). GLUBRat 10-3 m, and the supposed product of its enzymatic degradation, 3-indolylacetonitrile (IAN) at 10-4 m, inhibited the growth of wheat and clover in a similar manner. At lower concentrations, both substances gradually enhanced growth. In contrast to IAN, GLUBR did not appreciably influence the growth of Savoy cabbage. Other products of GLUBR degradation, such as thiocyanate ion and ascorbigen, influenced the growth to a lesser extent and in a different way. At higher concentrations GLUBR and IAN also inhibited the germination of clover seeds. The biological effect of GLUBR is dependent on the presence of the indole nucleus in its molecule; the thioglycoside glucoiberin, which is not of indolic character, does not influence growth. The presence of free myrosinase was shown in intact wheat seedlings. Hence, GLUBR taken in by the germinating plants must undergo enzymatic cleavage. The in vitro activity of myrosinase in wheat and clover was lower than in Savoy cabbage, but the quantity of IAN formed at a pH corresponding to the natural pH was higher in wheat and clover than in Savoy cabbage, where the formation of the growth-inactive ascorbigen prevailed. On the basis of these results the hypothesis was formulated that GLUBR, the indolic complex from the generaBrassica, Raphanus, Cochleria, Nasturtium, Barbarea andSisymbrium, is a representative of a class of potential inhibitors of growth and germination, whose activity can be explained by the liberation of large amounts of growth-affecting substances during their specific enzymatic cleavage.

Keywords

Brassica Oleracea Enzymatic Cleavage Ammonium Thiocyanate Allylisothiocyanate Brassica Plant 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Glukobrassicin, potenciální inhibitor neobvyklého typu, ovlivňující růst a klíčení rostlin; mechanismus jeho působení

Глюкобрасицин, потенциальпый ингибитор необычного типа

Abstract

Byl studován ve vodě rozpustný inhibitor klíčeni a růstu přítomný v rostlinách roduBrassica Vodné eluáty z chromatogramů metanolických extraktů listů kapusty, zelí, listů a kořenů růžičkové kapusty inhibovaly růst pšenice v rozmezí polohy na chromatogramech thioglykosidu Glukobrassicinu (GLUBR). Bylo shledáno, že GLUBR a předpokládaný produkt jeho enzymatického rozkladu 3-indolylacetonitril (IAN) inhibují ve vyšších koncentracích souhlasným způsobem růst pšenice a jetele, především kořenů (IAN do koncentrace 10-4m, GLUBR do10-3m), v koncentracích nižších obě látky růst rostlin postupně stimulují. GLUBR na rozdíl od IAN růst kapusty zřetelně neovlivňoval. Další produkty rozkladu GLUBR, rhodanidové ionty a askorbigen, ovlivňovaly růst rostlin méně a způsobem odlišným. GLUBR a IAN brzdily ve vyšších koncentracích klíčivost především jetele. Biologický účin GLUBR je závislý na přítomnosti indolového jádra v molekule; thioglykosid Glukoiberin, který není indolové povahy, růst neovlivňuje. V intaktních klíčcích pšenice byla zjištěna přítomnost volné myrosinázy, klíčními rostlinami přijatý GLUBR musí tak být štěpen. Celková aktivita myrosinázy byla u pšenice a jetele nižší než u kapusty, avšak podíl vzniklého IAN při pH odpovídajícím přirozeným poměrům byl vyšší u pšenice a jetele než u kapusty, u které vznikal především růstově inaktivní askorbigen. Na základě těchto výsledků byla vyslovena hypotéza, že GLUBR, indolový komplex z rostlin rodůBrassica, Raphanus, Cochlearia, Nasturtium, Barbarea aSisymbrium je představitelem potenciálních inhibitorů klíčení a růstu, jejichž účinek lze vysvětlit působením vysokých dávek růstových látek, které se uvolňují při jejich specifickém enzymatickém rozkladu.

Abstract

Иэучался в воде растворимый ингибитор прорастния и роста присутствующии в растениях рода Водные эллюаты хроматограмм метанолевых экстрактов листьев савойской капусты, листьев и корней брюссельской капусты ингибировали рост пшеницы в диапаэоне положения на хроматограммах тиоглюкоэида глюкобрассицина (ГЛУБР). Установлено, что ГЛУБР и предполагаемый продукт его энэиматического раэложения -3-индолилацетонитрил (ИАН) в повышенных концентрациях сходным обраэом ингибируют рост пшеницы и клевера, поежде всего в отношении корней (ИАН до концентрации 10-4М, ГЛУБР до 10-3М), в пониженных концентрациях оба вещества постененно рост растений стимулируют. ГЛУБР в отличие от ИАН не окаэывал эаметного действия на рост савойской капусты. Дальнейшие продукты раэложения ГЛУБР, роданиевые йоны и аскорбиген, окаэывали меныпее влияние на рост растений и другим снособом. ГЛУБР и ИАН в повышенных концентрациях тормоэили нрорастание прежде всего клевера. Биохимическое действие ГЛУБР эависит от присутствия ядра индола в молекуле; тиоглюкоэид глюкоиберин, неиндолевой природы, влияния на рост не окаэывает. В интактных проростках пшеницы обнаружено присутствие мироэинаэы, следовательно, растениями принимаемый ГЛУБР должен расщепляться. Общая активность мироэинаэы у пшеницы и клевера ниже ио сравнению с капустой, однако, доля воэникшего ИАН при рН, соответсевующем природным условиям, у пщеницы и клевера выше по сравнению с савойской капустой, у которой врэникал прежде всего в отношении роста инактивныи аскорбиген. На основании этих реэультатов выскаэано предположение, что ГЛУБР, индолныи комплекс иэ растений родовBrassica, Raphanus, Cochlearia, Nasturtium, Barbarea Sisybrium является представителем потенциальных ингибиторов прорастания и роста, деиствие которых воэможно объяснить действием высоких доэ ростовых веществ, которые освобождаются при их специϕическом энэиматическом расщеплении.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bentley, J. A., Bickle, A. S.: Studies on plant growth hormones II. Further Biological properties of 3-Indolylacetonitrile. - J. exper. Bot.3: 406–423, 1952.CrossRefGoogle Scholar
  2. Bonner, J.: Plant Biochemistry, chapter 6, Academic Press, New York 1950.Google Scholar
  3. Campbell, A. G.: A germination inhibitor and root-growth retarder in Chou Moellier (Brassica oleracea var.). - Nature183: 1263–1264, 1959.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  4. Gemeinhardt, K.: Beitrage zur Kenntniss des Rhodanidgehaltes der Pflanzen. - Ber. dtsch. Bot. Ges.56: 275–297, 1938.Google Scholar
  5. Gmelin, R., Virtanen, A. I.: The enzymic formation of thiocyanate (SCN’) from precursor(s) inBrassica species. - Acta Chem. Scand.14: 507–510, 1960.CrossRefGoogle Scholar
  6. Gmelin, R., Virtanen, I.: Glucobrassicin, der Precursor von SCN’, 3-Indolylacetonitril und Ascorbigen inBrassica oleracea species. - Ann. Acad. Sci. Fennicae, Ser. A, II. Chemica, 107, 1961.Google Scholar
  7. Gmelin, R., Virtanen, A. I.: Neoglucobrassicin, ein zweiter SCN’-Precursor vom Indoltyp inBrassica-Arten. - Acta Chem. Scand.16: 1378–1384, 1962.CrossRefGoogle Scholar
  8. Hemberg, T.: Biogenous Inhibitors. - Hanbuch der Pflanzenphysiologie, Bd.XIV: 1162–1164, Springer, Berlin, 1961.Google Scholar
  9. Kjaer, A.: Secondary Organic Sulphur-Compounds of Plants. (Thiols, Sulphides, Sulphonium derivatives, Sulphoxides, Sulphones and Isothiocyanates). - Handb. der Pflanzenphysiol., Bd.IX.: 64–88, Springer, Berlin, 1958.Google Scholar
  10. Kutáček, M., Nováková, J., Valenta, M.: Papierchromatographische und Extraktions-methoden für Indol-Derivate. - Flora153: 54–72, 1963.Google Scholar
  11. Kutáček, M., Pospíšil, F.: Oscilopolarografické stanovení glucobrassicinu [Oscillopolarographic determination of glucobrassicin]. - In the press.Google Scholar
  12. Kutáček, M., Procházka, Ž., Grünberger, D.: Biogenesis of ascorbigen, 3-indolylacetonitrile, and indole-3-carboxylic acid from D, L-tryptophan-3-C14 inBrassica oleracea L. - Nature187: 61–62, 1960.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  13. Kutáček, M., Procházka, Ž., Vereš, K.: Biogenesis of glucobrassicin, the in vitro precursor of ascorbigen. - Nature194: 393–394, 1962.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  14. Kutáček, M., Rokosová, K., Řetovský, R.: A study of metabolism of exogenous tryptophan and β-indoleacetic acid in extirpated wheat embryos. - Biol. Plant.1: 54–62, 1959.CrossRefGoogle Scholar
  15. Kutáček, M., Valenta, M., Nováková, J.: Indolderivate in Ascorbigen enthaltenden Pflanzen IV. Spaltung des Ascorbigens mittels Blattschnitte des Rosenkohles. - Collection Czechoslov. Chem. Commun.25: 1707–1711, 1960.Google Scholar
  16. Léblová, S., Jiráček, V., Koštíř, J.: Der Einfluss organischer Isothiocaynate auf das Wachstum und den Metabolismus der Pflanzen I. Die Einwirkung des Allylisothiocyanats auf die Keimung und das Wachstum von Raps, Weizen und Erbsen. - Sborník ČSAZV, Rostlinná výroba33: 651–662, 1960.Google Scholar
  17. Léblová-Svobodová, S., Koštíř, J.: Action of isothiocyanates on germinating plants. - Experientia18: 554, 1962.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  18. Michajlovskij, N., Langer, P.: Studien über Beziehungen zwischen Rhodanbildung und Kropfbildender Eigenschaft von Nahrungsmitteln I. Gehalt einiger Nahrungsmittel an präformiertem Rhodanid. - Z. physiol. Chem.312: 26–30, 1958.Google Scholar
  19. Procházka, Ž.: On the Bound Form of Ascorbic Acid XVIII. A new synthesis of ascorbigen. - Collection Czechoslov. Chem. Commun.28: 544–546, 1963.Google Scholar
  20. Procházka, Ž., Šanda, V., Macek, K.: Über die Papierchromatographie der Indolderivate. - Collection Czechoslov. Chem. Commun.24: 2928–2938, 1959.Google Scholar
  21. Schultz, O. E., Gmelin, R.: Das Senfölglukosid vonTropaeolum majus L. (Kapuzinerkresse) und Beziehungen der Senfölglukoside zu den Wuchsstoffen. - Archiv der Pharmazie287/59: 342–350, 1954.CrossRefGoogle Scholar
  22. Stewart, W. S.: A Plant growth inhibitor and plant growth inhibition. - Bot. Gaz.101: 91–108, 1939.CrossRefGoogle Scholar
  23. Šanda, V., Constantzas, N., Procházka, Ž.: On the bound form of ascorbic acid XVI. Effect of pH on Ascorbigen. - Collection Czechoslov. Chem. Commun.27: 554–558, 1962.Google Scholar
  24. Thimann, K. V.: Hydrolysis of 3-indolylacetonitrile in plants. - Arch. Biochem.44: 242–243, 1953.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  25. Virtanen, A. I.: Über die Chemie der Brassica-Faktoren, ihre Wirkung auf die Funktion der Schilddrüse und ihr Übergehen in die Milch. - Experientia17: 241–251, 1961.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  26. Virtanen, A. I.: Some organic sulphur compounds in vegetables and fodder plants and their Significance in Human Nutrition. -Angew. Chem. Intern. Edition1: 299–306, 1962.CrossRefGoogle Scholar
  27. Zenk, M. H.: Zur Frage der Stoffwechselprodukte der Benzoesäure in höheren Pflanzen.- Planta58: 666–672, 1962.Google Scholar
  28. Кутачек, М.: О распространении глюкобрасицина, предшественника аскорбигепа, индолилацетонитрил аи родапидных ионов в растениях семейства Вrassicaceae. - ϕиэиол. растений, в печати. [Kuтáček, M.: On the distribution of glucobrassicin, the precursor of ascorbigen, indolylacetonitrile and thiocyanate ions in plants ofBrassicaceae family].Google Scholar
  29. Турецкая, Р. Х., Кеϕели, В. И.: О некоторых свойствах ингибиторов роста растений. - Фиэиол. Растепий 10: 98–103, 1963. [Turetskaya, R. Kh., Kefeli, V. I.: Some properties of natural plant growth inhibitors].Google Scholar

Copyright information

© Institute of Experimental Botany 1964

Authors and Affiliations

  • Milan Kutáček
    • 1
  1. 1.Institute of Experimental Botany, Department of RadiobiologyCzechoslovak Academy of SciencesPraha Vokovice

Personalised recommendations