Advertisement

Potato Research

, Volume 15, Issue 1, pp 41–53 | Cite as

Quelques aspects du métabolisme des plantes de pomme de terre issues de gros et de petits tubercules de semence

  • C. Rozier-Vinot
Articles
  • 14 Downloads

Résumé

On étudie ici des plantes unitiges issues de tubercules de taille différente. La vitesse d’utilisation des réserves azotées paraît varier avec la taille du tubercule de semence. La plus grande vigueur des plantes provenant de gros tubercules se manifeste plus ou moins tôt et à des degrés divers pour les types de métabolisme étudiés: azote et composés thiols, phénols et phénolase. Cependant, en début de végétation, on note dans quelques cas un métabolisme plus actif chez les plantes issues de petits tubercules (azote et composés thiols). L’étude du complexe phénolase suggère que l’équilibre oxydasique entre les parties aérienne et souterraine des plantes n’est pas le même pour des tubercules de semence de taille différente. Le rôle respectif des réserves et du capital méristématique est discuté.

Summary

A study has been made of single-stemmed plants developing from tubers of different sizes: P= 30–40g (Series P) and G=100–130g (Series G). Our work concerns four points: compounds with a thiol function and different forms of nitrogen (total, soluble and protein) important in nitrogen metabolism, common phenolic compounds (flavonols and cinnamic acids) and the phenolase complex (still called phenol-oxydase or tyrosinase). These diverse compounds and the phenolase complex can play a more or less direct role in plant growth. All analyses were carried out on material dried in closed containers over CaCl2 under vacuum at normal temperatures. Colorimetric determination of thiol compounds was based on their decarboxylation of mesoxalic acid (Brunel-Capelle, 1955). Nitrogen was determined by Kjeldahl’s classic method. Determination of phenolic compounds was done colorimetrically (Rozier-Vinot, 1966). The enzymatic activity of the phenolase complex was measured by Warburg’s method (Lavace, 1960). Results are expressed in relation to the dry weight of the plant parts, protein and soluble nitrogen being, however, expressed as a percentage of the total nitrogen.
  1. 1.

    Thiol compounds (Table 1). The quantity or reactivity of thiol compounds—mesoxalic value (Vmx) — was generally stronger in the early stages of growth of Series G although the higher Vmx values for stems, stolons and roots of Series P should be noted. Otherwise, during the development of the plants the large seed tubers had a higher Vmx than the small ones.

     
  2. 2.

    The different forms of nitrogen (Table 2). After the initial development of the plant parts, Series G always contained more total and soluble nitrogen than Series P, this was equally true for the seed tubers. In the early stages of growth, however, the stem apices, and probably the first formed leaves, of Series P contained more total nitrogen than the homologues of Series G. The content of protein nitrogen, expressed as a percentage of the total nitrogen was often greater in the plants developing from small tubers.

     
  3. 3.

    The phenolase complex (Table 3). After a certain period of vegetative growth the activity of the complex was greater in Series G. At the commencement of vegetative growth one found activity greatest in certain organs of Series P: cresolase activity in the roots and stolons and catecholase activity in the stems, petioles and first formed tubers. The relation between catecholase and cresolase activity is interesting: in aerial parts it was more marked in Series P and in the subterranean parts in Series G.

     
  4. 4.

    Cinnamic acids and flavonols (Table 4). These compounds always occurred in larger quantities in plants developing from large tubers.

     

The several aspects of metabolism considered here suggest that there are metabolic differences between single-stemmed plants developing from tubers of different sizes. Variations in contents of soluble nitrogen and thiol compounds show that nitrogenous reserves are not used in the same way in the case of a large and a small tuber. Study of the phenolase complex, and more particularly of the relationship between catecholase and phenolase activity, suggests that plants developing from tubers of different sizes have not the same oxidase equilibrium between their aerial and subterranean parts. Previous morphological observations (Rozier-Vinot, 1971) showed that for tubers of the same age it is on the amount of disposable reserves that the vigour and longevity of the plants depend. One would imagine at this point that one should attribute to the same causes the more active metabolism, at the end of the vegetative period, of plants developing from large seed tubers. The possible role of sprout meristems should be less important.

Zusammenfassung

Es wurden eintriebige Pflanzen von Knollen verschiedener Grösse untersucht: P=30–40g (Serie P) und G=100–130g (Serie G). Unsere Untersuchung umfaßt vier Punkte: Thiolverbindungen und verschiedene Stickstoffverbindungen (Total-N, löslicher N, Protein-N), die im N-Stoffwechsel wichtig sind, verbreitete phenolische Verbindungen (Flavonole und Zimtsäuren) sowie den Komplex der Phenolasen (auch Phenol-Oxydasen oder Tyrosinase). Diese verschiedenen Verbindungen und der Phenolase-Komplex können im Wachstum der Pflanzen eine mehr oder weniger direkte Rolle spielen. Alle Messungen wurden an vakuumgetrocknetem Material über CaCl2 bei Zimmertemperatur ausgeführt. Die kolorimetrische Bestimmung der Thiol-Verbindungen wurde nach Brunel-Capelle (1955) durchgeführt. Der Stickstoff wurde nach der klassischen Kjeldahl-Methode ermittelt. Die phenolischen Verbindungen wurden kolorimetrisch bestimmt (Rozier-Vinot, 1966). Die enzymatische Aktivität des Phenolase-Komplexes wurde nach der Methode von Warburg (Lacave, 1960) gemessen. Die Ergebnisse wurden auf Trokenmaße umgerechnet; der Protein-N und der lösliche N wurden zudem in Prozent des Gesamt-N angegeben.
  1. 1.

    Die Thiol-Verbindungen (Tabelle 1). Die vorhandene Menge an Thiolen oder deren Reaktionsvermögen (Mesoxal-Wert=Vmx) ist im allgemeinen bei der Serie G grösser; zu Beginn des Wachstums sind jedoch die Vmx höher für die Stengel, die Stolonen und die Wurzeln der Serie P. Anderseits zeigten die großen Saatknollen während der Pflanzenentwicklung einen bedeutenderen Vmx als die kleinen.

     
  2. 2.

    Verschiedene Stickstoffverbindungen (Tabelle 2). Bei einem gewißen Stand der Entwicklung der Organe enthielt die Serie G stets mehr Gesamt und löslichen N als die Serie P, und zwar gilt dies auch für die Saatknollen. Zu Beginn des Wachstums enthielten die Spitze der Stengel und wahrscheinlich die zuerst gebildeten Blätter mehr Gesamt-N als die entsprechenden Organe der Serie G. Der Gehalt an Protein-N (ausgedrückt in % des Gesamt-N) war bei Pflanzen aus kleinen Knollen oft größer.

     
  3. 3.

    Der Phenolase-Komplex (Tabelle 3). Nach einer gewißen Vegetationsdauer waren die Aktivitäten bei der Serie G stärker. Zu Beginn der Vegetation fand man in gewißen Pflanzenteilen der Serie P die größten Aktivitäten: Cresolase-Aktivität in den Wurzeln und den Stolonen, Katecholase-Aktivität in den Stengeln, Stielen und den zuerst gebildeten Knollen. Die Beziehung zwischen der Katecholase-und der Cresolase-Aktivität ist interessant: bei den oberirdischen Pflanzenteilen war sie in der Serie P, bei den unterirdischen Organen in der Serie G größer.

     
  4. 4.

    Die Zimtsäuren und die Flavonole (Tabelle 4). Diese Verbindungen waren in den Pflanzen aus großen Knollen stets in größerer Menge vorhanden.

     

Diese hier ins Auge gefaßten Aspekte des Stoffwechsels zeigen, daß zwischen den eintriebigen Pflanzen aus Knollen verschiedener Größe Unterschiede im Stoffwechsel bestehen. Die Verschiedenheit der Gehalte an löslichem N und an Thiol-Verbindungen zeigen, daß die Stickstoffreserven im Falle von großen und kleinen Saatknollen nicht in der gleichen Weise verwendet werden. Das Studium des Phenolase-Komplexes und besonders des Verhältnisses zwischen den Katecholase- und Cresolase-Aktivitäten laßen vermuten, daß die Pflanzen aus Knollen verschiedener Größe nicht das gleiche Oxydase-Gleich-gewicht zwischen ihren ober-und unterirdischen Teilen haben. Frühere morphologische Beobachtungen (Rozier-Vinot, 1971) zeigten, daß es, bei gleichem Alter der Knollen, die Menge der verfügbaren Reserven ist, von denen die Triebkraft und die Langlebigkeit abhingen. Man kann hier annehmen, daß der aktivere Stoffwechsel bei Pflanzen aus großen Saatknollen am Ende der Vegetation den gleichen Ursachen zugeschrieben werden kann. Die mögliche Rolle der Meristeme der Keime dürfte weniger wichtig sein.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Références

  1. Abukharma, D. A. & Woolhouse, H. W. 1966. The preparation and properties of o-diphenol: oxygen oxidoreductase from Potato tubers.New Phytol 65: 477–487.Google Scholar
  2. Benesch, R., 1959. Sulfur in proteins.Proc. Symp. Farmouth, Massachusetts, May 1958. Acad. Press, New-York and London.Google Scholar
  3. Bonner, W. D., 1957. Soluble oxidases and their function.A. Rev. Pl. Physiol. 8: 427–452.Google Scholar
  4. Bruinsma, J., 1962. A survey of recent Japanese research on dormancy in Potato tubers.Eur. Potato J. 5: 195–203.Google Scholar
  5. Brunel, A., 1949. Traité pratique de Physiologie végétale. George Frères, Tourcoing. Nord, France.Google Scholar
  6. Brunel-Capelle, G., 1955. Décarboxylation biologique de l’acide mésoxalique et contribution à l’étude du métabolisme des composés thiols chez les végétaux. Thèse Doct. Sci. Paris.Google Scholar
  7. Burton, W. G., 1966. The Potato. H. Veenman en Zonen, N.V. (Ed.), Wageningen, the Netherlands.Google Scholar
  8. Delaveau, P. & Paris, R., 1961. Importance physiologique des composés phénoliques et, en particulier, des flavonoïdes.Bull. Soc. fr. Physiol. vég., 7: 24–33.Google Scholar
  9. Geissman, T. A., 1962. The chemistry of flavonoïdes compounds. Pergamon Press, Oxford, New-York, Paris.Google Scholar
  10. Goas, M., 1959. Contribution à la physiologie des composés thiols chez les végétaux. Etude comparée de leur métabolisme chez les Liliacées. Leur localisation et leur importance dans les organes en croissance.Thèse Doct. Sci. Toulouse, France.Google Scholar
  11. Guthrie, J. D., 1932. Isolation of glutathione from potato tubers treated with ethylene chlorohydrin.J. Am. chem. Soc. 54: 2566–2567.CrossRefGoogle Scholar
  12. Guthrie, J. D., 1933. Change in the glutathione content of potato tubers treated with chemicals that break the rest period.Contr. Boyce Thomson Inst. 5: 331–350.Google Scholar
  13. Guthrie, J. D., 1938. The utilization of sulphate in the synthesis of glutathione by potato tubers following treatment with ethylene chlorohydrin.Contr. Boyce Thomson Inst 9: 233–238.Google Scholar
  14. Guthrie, J. D., 1941. Role of glutathione in the breaking of the rest period of buds by ethylene chlorohydrin.Contr. Boyce Thomson Inst. 11: 261–270.Google Scholar
  15. Harborne, J. B., 1964 Biochemistry of phenolic compounds.Acad. Press, New-York, London.Google Scholar
  16. Harborne, J. B. & Corner, J. J., 1961. Plant polyphenols. 4. Hydroxycinnamic acid-sugar derivatives.Biochem. J. 81: 242–250.PubMedGoogle Scholar
  17. Hemberg, T., 1950. The effect of glutathione on the growth-inhibiting substances in Potato tubers.Physiologia Pl. 3: 17–21.Google Scholar
  18. Kertesz, D. & Zito, R., 1963. Phenolase. In: O. Hayashi, (Ed.): Oxygenases,Acad. Press, New-York and London.Google Scholar
  19. Lacave, C., 1960. Acide gibberellique et propriétés enzymatiques des germinations deLycopersicum esculentum Mill.,C.r. hebd. Séanc. Acad. Sci. Paris 250: 2430–2432.Google Scholar
  20. Lavollay, J., Legrand, G., Lehongre, G., Neumann, I., 1963. Enzyme substrate specificity in Potato Polyphenol-oxydase, 33–36 In: J. B. Pridham (Ed.): Enzyme chemistry of phenolic compounds.Proc. Pl. phenol. Group Symp. Liverpool, April 1962. Pergamon Press, Oxford, New-York, London.Google Scholar
  21. Linderstrom-Lang, K. D., Hotchkiss, R. D. & Johansen, G., 1938. Peptide bonds in globular proteins.Nature (London) 142: 996.Google Scholar
  22. Macrae, A. R. & Duggleby, R. G., 1968. Substrats and inhibitors of Potato tuber.Biochem. J., 82: 19–25.Google Scholar
  23. Mason, H. S., 1956. Structure and fonction of the phenolase complex.Nature 177: 79–81.PubMedGoogle Scholar
  24. Nitsch, J. P. & Nitsch, C., 1962. Composés phénoliques et croissance végétale.Annls Physiol. vég Brux. 4: 211–225.Google Scholar
  25. Nye, T. G., Kern, C. H. & Aldrich, R. F., 1968. Polyacrylamide gel electrophoresis ofSolanum tuberosum L., I-Total soluble proteins and polyphenolase activity.Phytochem. 7: 741–743.CrossRefGoogle Scholar
  26. Patil, S. S. & Zucker, M., 1965. Potato phenolase,J. Biol. Chem. 240: 3938–3943.PubMedGoogle Scholar
  27. Peach, K. & Tracey, M. V., 1956. Modern methods of plants analysis. Springer Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg Vol. 1: 481–483.Google Scholar
  28. Rozier-Vinot, C., 1958. Variation de l’activité mésoxalique chez la Pomme de terre au cours de différents cycles végétatifs.C. r. Acad. Sci. Paris. 246: 2514–2517.Google Scholar
  29. Rozier-Vinot, C., 1960. Variations des propriétés décarboxylantes des composés à fonction thiol dans les feuilles de Pomme de terre.C.r. Acad. Sci. Paris 251: 128–130.Google Scholar
  30. Rozier-Vinot, C., 1960b. Données morphologiques et variations des composés à fonction thiol chez la Pomme de terre au cours de cycles végétatifs différents. Thèse Doct. de Spécialité. Toulouse, France.Google Scholar
  31. Rozier-Vinot, C., 1966a. Influence de l’age physiologique du tubercule de semence sur le complexe phénolase des plants de Pomme de terre qui en sont issus.C.r. Acad. Sci. Paris 251: 128–130.Google Scholar
  32. Rozier-Vinot, C., 1966b. Influence de l’âge du tubercule de semence et des conditions de culture sur certains composés phénoliques chez la Pomme de terre.C.r. Acad. Sci. Paris 263: 1841–1844.Google Scholar
  33. Rozier-Vinot, C., 1971. Quelques aspects de l’influence du tubercule de semence et du nombre de tiges sur la croissance de la plante de Pomme de terre.Eur. Pot. J. (en cours de publication).Google Scholar
  34. Sutulov, A. N., 1946. La dégradation des protéines.C. r. Acad. Sci. U.R.S.S., 53: 331–334.Google Scholar
  35. Thimann, K. W., 1934. Studies on the growth hormone in plants. VI. The distribution of the growth substance in plant tissues.J. Gen Physiol. 18: 23–24.CrossRefGoogle Scholar
  36. Umbreit, W. W., Burris, R. H. & Stauffer, J. F., 1957. Manometric techniques Burgess Publishing Company.Google Scholar
  37. Wain, R. L. & Taylor, H. F., 1965. Phenols as plant growth regulators.Nature, Lond. 177: 167–172.Google Scholar
  38. Yemm, E. W., 1954. Cellular oxidations and the synthesis of amino-acids and amids in plants. In J. A. Kitching (Ed.): Recent developments in Cell Physiology. Butterworth Scientific Publications. London.Google Scholar

Copyright information

© Kluwer Academic Publishers 1972

Authors and Affiliations

  • C. Rozier-Vinot
    • 1
  1. 1.Laboratoire de Physiologic Végétale de l’Université I de GrenobleFrance

Personalised recommendations