A preliminary study of changes in the content of gibberellin-like substances in the potato plant in relation to the tuberization mechanism

Summary Changes in the content of gibberellin-like substances were followed in shoots and roots during different periods of the vegetative cycle (pre-tuberization; tuber initiation; tubers 1–2 cm in diameter; tubers fully grown). The extractions were made with ethyl alcohol and the extracts were divided into acid and neutral fractions after previous treatment with ethyl acetate. Before tuberization the shoots contained large quantities of gibberellin-like substances which decreased after tuberization. On the other hand, the roots contained high concentrations of antigibberellin-like substances which disappeared after tuber initiation. It is suggested that these substances are of importance in the control of the mechanism of tuberization, on the basis of a hypothesis previously propounded.

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Zusammenfassung Aufgabe dieser Arbeit war, die Entwicklung der gibberellinisch oder antigibberellinisch wirkenden Stoffe in der Kartoffelpflanze (SorteBintje) sowie ihre m?glichen Beziehungen zum Mechanismus der Knollenbildung zu studieren. Der Inhalt dieser Stoffe im Laub und im Wurzelsystem wurde in folgenden Zeitpunkten der vegetativen Entwicklung der Pflanze analysiert: vor der Knollenbildung (20–25 Tage nach Pflanztermin); Beginn der Knollenbildung (Vergr?sserung der Stolonenspitze); Knollen mit 1–2 cm Durchmesser; abgeschlossene Knollenbildung (15–18 Tage vor dem Vergilben der Pflanzen). Die erw?hnten Stoffe wurden 24 Stunden im Dunkeln und bei 2–3 C mit 75 prozentigem Aethylalkohol extrahiert. Nach Entfernung des Alkohols im Vakuum und anschliessender Aethylazetatbehandlung wurden die Extrakte in neutrale und saure Fraktionen getrennt. Nach ihrer Konzentrierung wurden alle Extrakte papierchromatographisch (Whatman's Papier Nr. 4) untersucht. Die Zonen, die im ultravioletten Licht (2537 ?) Fluoreszens oder Absorption zeigten, wurden markiert. Die üblichen Zonen wurden nach herk?mmlichen Rf eingeteilt und ebenso wie die ersten mit Phosphat-Zitronens?urepuffer (pH 5) 24 Stunden im Dunkeln und bei 2–3 C eluiert. Um Stoffe mit gibberellinischer oder anti-gibberellinischer Wirkung zu entdecken, wurde der Reis-Test verwendet. Die Ergebnisse (Abb. 1 und 2) zeigen, dass vor der Knollenbildung das Laub verh?ltnism?ssig hohe Konzentrationen der gibberellinisch wirkenden Stoffe enth?lt, die sich nach Beginn der Knollenbildung verringern. Die Wurzeln ihrerseits zeigen mehrere Fraktionen mit anti-gibberellinischer Wirkung, die nach Einsetzen der Knollenbildung verschwinden. Gestützt auf die in einer früheren Arbeit dargestellten Hypothese glauben die Verfasser, dass diese Stoffe m?glicherweise eine Rolle in der Kontrolle der Knollenbildung spielen k?nnten. Laut dieser Hypothese dürften ein oder einige dieser anti-gibberellinisch wirkenden, durch die Wurzeln synthetisierten Stoffe (Wurzel-Faktor?) nicht nur die Knollenbildung, sondern auch die Erscheinung und das Wachstum der Stolonen am Anfang des Vegetationszyklus hemmen. Unterhalb einer gewissen Konzentrationsgrenze oder dank einer Wechselwirkung dürften ein oder mehrere gibberellinisch wirkende Stoffe des Laubes die Knollenbildung weiter hemmen, jedoch die Erscheinung des Stolonensystems f?rdern. Die Knollenbildung würde unter einer bestimmten kritischen Schwellen konzentration dieser natürlichen Gibberelline eintreten. Gleichfalls geben die Verfasser die M?glichkeit eines Eingriffs des hypothetischen ‘Knollenbildungsfaktors’ in den Mechanismus der Knollenbildung zu; nach einigen Autoren soll sich dieser unter bestimmten thermischen und photoperiodischen Verh?ltnissen synthetisieren.

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Résumé Le travail avait pour but d'étudier l'évolution de substances d'activité gibbérellinique ou antigibbérellinique dans la plante de Pomme de terre (variétéBintje) et ses rapports possibles avec le mécanisme de tubérisation. La présence de ces substances dans le feuillage et le système radiculaire a été analysé à certains moments du cycle végétatif de la plante (prétubérisation 20–25 jours après plantation); début de la tubérisation (grossissement de l'apex stolonifère); moment où les tubercules ont atteint 1–2 cm de diamètre; et pleine tubérisation (15–18 jours avant le jaunissement des plantes). L'extraction de ces substances a été faite avec de l'alcool éthylique 75% pendant 24 heures à 2–3 C et à l'obscurité. Aprés élimination sous vide de l'alcool, les extraits ont été divisés en fractions neutres et acides par un traitement à l'acétate d'éthyle. Après concentration de tous les extraits, ceux-ci furent chromatographiés sur papier Whatman No. 4. On a marqué les régions qui se sont révélées être fluorescentes ou absorbantes à la lumière ultraviolette (2537 ?). Les autres régions ont été divisées selon des Rf conventionnels, et, comme les autres, ont été éluées avec un tampon phosphateacide citrique pH 5, pendant 24 heures, à 2–3 C et à l'obscurité. Tout de suite on a utilisé le test riz afin de détecter des substances d'action gibbérellinique ou antigibérellinique. Les résultats (Fig. 1 et 2) montrent que, avant la tubérisation, feuillage contient des concentrations relativement élevées de substances d'action gibbérellinique lesquelles diminuent après l'installation du phénomène de tubérisation. D'ailleurs les racines montrent plusieurs fractions d'action antigibbérellinique. Enfin, elles disparaissent lorsque la plante commence à tubériser. Les auteurs pensent que ces substances peuvent jouer un r?le dans le contr?le de la tubérisation, tenant compte d'une hypothèse exposée dans un travail antérieur. Selon cette hypothèse l'une ou certaines substances d'action antigibbérellinique synthétisées par les racines (‘facteur radiculaire’?) empêcheraient, au début du cycle végétatif de la plante, non seulement la tubérisation, mais aussi l'apparition et croissance des stolons. Au-dessous d'une certaine limite ou par interaction avec elles, une ou certaines substances d'action gibbérellinique du feuillage continueraient à empêcher la tubérisation mais elles stimuleraient l'apparition du système stolonifère. Au-dessous d'une certaine limite critique de concentration de ces gibberellines naturelles se produirait la tubérisation. On admet encore la possibilité de l'intervention dans ce mécanisme, de l'hypothétique ‘facteur de tubérisation’ qui, selon certains auteurs, se synthétiscrait dans certaines conditions photopériodiques et thermiques.