Mechanism of metribuzin tolerance: herbicide metabolism as a basis for tolerance in potatoes *

Summary: Résumé: Zusammenfassung 14 C‐5(ring)‐metribuzin [4‐amino‐6‐ tert ‐butyl‐3‐(methylthio)‐ as triazin‐5(4H)‐one] metabolism was studied in ‘Russet Burbank’ and ‘Chipbelle’ potato ( Solanum tuberosum L.) cultivars after root treatment in hydroponic solution. Plants were treated at the four‐ to five‐leaf stage and harvested 1, 4, and 8 days later. Extraction was made by homogenizing dried samples in 80% methanol and partitioning against diethyl ether. Metabolites were partially characterized by thin‐layer chromatography (t.l.c.) and compared to known standard chemicals, except for conjugates for which we had no synthetic standards. Ether‐soluble chemicals [metribuzin and diketo (DK), deaminated (DA), and deaminated diketo (DADK) forms] comprised 55, 37, and 36% of the total 14 C in Chipbelle plants and in Russet Burbank 30, 15, and 13% at 1, 4, and 8 days, respectively. Metribuzin and DK, DA, and DADK were present in all organs of each cultivar, but Russet Burbank leaves had only 5% as much free metribuzin as did Chipbelle. Most radioactivity in the leaves was a conjugate form which comprised 81 and 46% of the total 14 C in Russet Burbank and Chipbelle leaf blades at 8 days, respectively. There were five water‐soluble conjugates separated which included two ninhydrin‐reacting compounds and three conjugates reacting as sugars. The major foliar conjugates reacted as sugars and the major root conjugates reacted as peptides or amino acid for both cultivars. Terminal (insoluble) residues comprised 63 and 66% of total radioactivity in roots of Russet Burbank and Chipbelle, respectively after 4 or 8 days. The major mechanism of Russet Burbank tolerance to metribuzin is conjugation of metribuzin or DA, DK, or DADK derivatives to plant sugars or peptides. Mécanisme de tolérance à la métribuzine; le métabolisme de l'herbicide—base de la sélectivité sur pommes de terre Le mécanisme du métabolisme de la C 14 métribuzine [4‐amino‐6‐tert butyl‐3‐ (methylthio)‐ as triazine 5 (4H)‐one] a étéétudié sur les cultures de pommes de terre ‘Russet Burbank’ et ‘Chipbelle’ après traitement des racines dans une solution hydroponique. Les plants étaient traités au stade 4–5 feuilles et récoltes 1, 4 et 8 jours plus tard. L'extraction était faite à partir d'échantillons secs homogènes dans une solution à 80% de méthanol et séparés par du diéthylether. Les métabolites ont été en partie caractérisées par chromatographie sur couche mince (CCM) et comparés à des standards chimiques, excepté pour les composés pour lesquels il n'y a pas de standards de synthèse. Les substances chimiques solubles dans l'éther [métribuzine et diketo (DK), formes désaminèes (DA) et formes diketo désaminées (DADK)] comprenaient 55, 37 et 36% du total du C 14 dans les plants Chipbelle et 30, 15 et 13% dans les Russet Burbank à respectivement 1, 4 et 8 jours. Metribuzine et DK, DA et DADK étaient présents dans tous les organes de chaque cultivarmais les feuilles de Russet Burbank avaient seulement 5% de la quantité de métribuzine libre présente dans Chipbelle. La plus grande partie de la radioactivité dans les feuilles était liée à une forme conjuguée comprenant respectivement 81 et 46%, du C 14 total dans les limbes des feuilles de Russet Burbank et de Chipbelle. II y avait 5 composés solubles dans I'eau qui comprenaient 2 composés réagissant à la ninhydrine et 3 composés réagissant comme des sucres. La majeure partie des composés foliaires réagissait comme des sucres et la majeure partie des composés racinaires comme des peptides et des aeides aminés pour les deux cultivars. Les résidus finaux (insolubles) comprenaient respectivement 63 et 66%, de la radioactivité totale dans les racines de Russet Burbank et Chipbelle après 4 ou 8 jours. Le principal mécanisme de la tolérance de Russet Burbank à la métribuzine est la conjugaison de la métribuzine ou des dérivés DA, DK ou DADK aux sucres ou peptides de la plante. Mechanismus der Toleranz gegenüber Metribuzin: Herbizid‐Metabolismus als Basis der Toleranz der Kartoffel (Solanum tuberosum L.) Der Metabolismus von 14 C‐ringmarkiertem Metribuzin wurde durch Applikation in Hydroponik an den Kartoffelsorten ‘Russet Burbank’ und ‘Chipbelle’ untersucht. Die Pflanzen wurden im 4‐ bis 5‐Blatt‐Stadium behandelt, und I, 4 und 8 Tage später wurden Proben entnommen, die nach dem Trocknen mit 80% igem Methanol extrahiert und in die Diethylätherphase überführt wurden. Die Metaboliten wurden teilweise dünnschicht chromatographisch im Vergleich zu bekannten Standards charakterisiert. Die etherlöslichen Stoffe [Metribuzin sowie die Diketo‐(DK), die deaminierte (DA) und die deaminerte Diketoform (DADK)] ergaben bei den 3 Probe‐nahmeterminen 55, 37 und 36% des gesamten 14 C bei der Sorte ‘Chipbelle’ bzw. 30, 15 und 13% bei ‘Russet Burbank’. Das Metribuzin sowie DK, DA und DADK waren in allen Pflanzenteilen zu finden, aber die ‘Russet‐Burbank’‐Blätter enthielten nur 5% der Metribuzinmenge bei ‘Chipbelle’. Die Hauptaktivität lag in den Blättern (8 Tage nach der Applikation) in konjugierter Form vor und representierte 81% der Gesamtaktivität bei ‘Russet Burbank’, 46% bei ‘Chipbelte’. Es wurden 5 wasserlösliche Verbindungen gefunden, von denen 2 auf Ninhydrin reagierten und 3 als Zucker identifiziert wurden. Bei beiden Sorten waren die meisten Verbindungen in den Blättern Zucker, in den Wurzeln Peptide oder Aminosäuren. Die unlöslichen Rückstände der Proben enthielten beim 2. und 3. Probenahmelermin 63 bzw. 66%, der gesamten 14 C‐Aktivität. Der wichtigste Mechanismus der Toleranz von ‘Russel Burbank’ gegenüber Metribuzin besteht in der Bindung des Wirkstoffs oder der Metabolite DA, DK und DADK an Zucker oder Peptide.