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

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.

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.