Comparative effects of three isoxazole‐urea herbicidal derivatives on the metabolism of enzymatically isolated soybean leaf cells*

Summary The effects of the herbicide isouron and of its plant degradation products designated as metabolite l {N-[5-(1,1-dimethylethyl)-3-isoxazolyl]-N-methylurea} and metabolite 2 {N-[5-(1,1-dimethylethyl)-3-isoxazolyl]-urea} on the metabolism of enzymatically isolated leaf cells of soybean [Glycine max (L.) Merr., cv. Essex] were compared under laboratory conditions. Photosynthesis, protein synthesis, ribonucleic acid synthesis, and lipid synthesis were assayed by the incorporation of NaH14CO3, [14C]-leucine, [14C]-uracil, and [14C]-acetate, respectively, into the isolated cells. Time-course and concentration studies included incubation periods of 30, 60, and 120 min and concentrations of 0.1, 1, 10 and 100 μM of the three herbicides. The urea derivative of isouron (metabolite 2) was the least active of the three compounds. The activity of the mono-methylated derivative of isouron (metabolite 1) was comparable to that of isouron and the sensitivity of the four processes to both chemicals decreased in the order: photosynthesis > ribonucleic acid synthesis > lipid synthesis > protein synthesis. The concentration of isouron that caused a 50% inhibition of photosynthesis of the isolated soybean leaf cells was calculated at 0.51 μM. The effects of isouron and metabolite 1 on photosynthesis, lipid and RNA synthesis appeared to be independent of incubation lime as maximal inhibition occurred within 30 min. Inhibition of protein synthesis by both chemicals was time-dependent, increasing in magnitude with concomitant increases in incubation time. Resume Effets compares de trois derives herbicides d'isoxazole-uree sur le metabolisme de cellules foliaires du soja, isolees enzymatiquement Une comparaison a ete dressee dans des conditions de laboratoire entre les effets de l'herbicide isouron (N-[5-(1,1-dimethylethyl)-3-isoxazolyl]-N, N-dimethyluree) et des produits de sa degradation dans les plantes, nommes metabolite I (N-[5-(1,1 -dimethylethyl)-3-isoxazolyl]-N-methyluree) et metabolite 2 (N-[5-(1,1-dimethylethyl)-3-isoxa-zolyl]-uree) sur le metabolisme de cellules foliaires du soja (Glycine max (L.) Merr., cv. Essex), isolees enzymatiquement. La photosynthese ainsi que la synthese de proteines, d'acides ribonucleiques et de lipides ont eteetudiees en mesurant l'incorporation de NaH14CO3, [14C]-leucine, [14C]-uracile et [14C]-acetate respectivement dans les cellules isolees. Les etudes de duree et de concentration comprenaient des incubations de 30, 60 et 120 minutes et les concentrations suivantes des irois herbicides: 0,1, 1, 10 et 100 μM. Le derive uree de l'isouron (metabolite 2) s'est revele le moins actif des trois. L'activite du derive mono-methyle de l'isouron (metabolite 1) etait comparable a celte de l'isouron. La sensibilite des quatre processus a ces deux composes a diminuea l'ordre suivant: photosynthese > synthese de l'acide ribonucleique > synthese de lipides > synthese de proteine. Il a ete calcule que la concentration d'isouron qui provoque une inhibition de la photosynthese de 50% dans les cellules foliaires isolees du soja etait 0,51 μM. L'influence de l'isouron et du metabolite 1 sur la photosynthese ainsi que la synthese de lipides et de RNA a semble ne pas dependre de la duree de l'incubation puisque l'inhibition maximale s'est produite en 30 minutes. L'inhibition de la synthese de proteines par les deux composes dependait du temps car elle augmentait a mesure qu'augmentait la duree de l'incubation. Zusammenfassung Vergleich der Wirkungen dreier Isoxazol-Harnstoff Derivate auf den Stoffwechsel isolierter Blattzellen von Soyabohnen Unter Laboratoriumsbedingungen wurde der Einfluss des Herbizids Isouron {N-[5-(1,1-dimethyl-aethyl)-3-isozazolyl]-N, N-dimethylharnstoff} und seiner Abbauprodukte, bezeichnet als Metabolit 1 {N-[5-(1,1-dimethylaethyl)-3-isoxazolyl]-N-methylharnstoff} und Metabolit 2 {N-[5-(1,1-dimethylaethyl)-3-isoxazolyl]-harnstoff} auf den Stoffwechsel enzymatisch isolierter Blattzellen von Soyabohnen (Glycine max (L.) Merr. cv. Essex) miteinander verglichen. Es wurden Photosynthese, die Synthese von Proteinen. Ribonucleinsaure und Lipoiden via Einbau von NaH14CO3, [14C]-Leucin, [14C]-Uracil und [14C]-Acetat in isolierte Zellen untersucht. Es wurde mit Expositionszeiten von 30, 60 und 120 Min. und Herbizidlkonzentrationen von 0,1, 1, 10 und 100 μM gearbeitet. Das Harnstoffderivat von Isouron (Metabolit 2) war die Verbindung mit der geringsten Aktivitat. Die Wirkung des monomethylierten Derivates von Isouron (Metabolit 1) war vergleichbar mit derienigen von Isouron; die Empfindlichkeit der vier Prozesse auf beide Metaboliten nahm in nachstehender Folge ab: Photosynthese > Synthese von Ribonucleinsaure > Lipoidsynthese > Proteinsynthese. Die Konzentration von Isouron, welche eine 50% ige Hemmung der Photosynthese in den isolierten Blatt-zellen bewirkte, wurde auf 0,51 μM berechnet. Die Effekte von Isouron und Metabolit 1 auf Photosynthese, Lipoid- und RNA-Synthese schienen unabhangig von der Expositionszeit zu verlaufen, da die maximale Hemmung innert 30 Min. erreicht wurde. Die Hemmung der Protein-synthese durch diese beiden Verbindungen war jedoch abhangig vom Zeitfaktor; sie herohte sich mit gleichzeitiger Zunahme der Expositionszeit.