DE102006004829A1 - Obtaining Glucosinolates from Capparales Exudates - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mindestens einem Glucosinolat aus einem Wurzelexsudat mindestens einer Pflanze der Ordnung Capparales, umfassend die Schritte: (a) Anzucht der Pflanze in einem erdfreien System; (b) Verabreichen einer Nährlösung mit erhöhtem Schwefelgehalt; (c) Stimulieren der Glucosinolat Bildung durch Verabreichen mindestens eines Elicitors; (d) Gewinnen der Glucosinolate aus Wurzelexsudaten der Pflanze. Daneben betrifft die Erfindung die nach dem Verfahren gewonnenen Glucosinolate sowie deren Verwendung zur Nahrungsergänzung, als Ausgangs- bzw. Rohstoff für Functional Food oder als Pharmazeutikum.The present invention relates to a method for obtaining at least one glucosinolate from a root exudate of at least one plant of the order Capparales, comprising the steps: (a) growing the plant in an ungrounded system; (b) administering a nutrient solution with an increased sulfur content; (c) stimulating glucosinolate formation by administering at least one elicitor; (d) Obtaining the glucosinolates from root exudates of the plant. In addition, the invention relates to the glucosinolates obtained by the process and to their use for food supplements, as a starting or raw material for functional food or as a pharmaceutical.
Description
Umfeld der ErfindungEnvironment of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Umfeld der sekundären Pflanzenstoffe, insbesondere in Pflanzen erzeugte pharmazeutisch wertvolle Verbindungen, die als Arzneimittel oder Nahrungsergänzung verwendet werden können. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von mindestens einem Glucosinolat aus einem Wurzelexsudat aus Pflanzen der Ordnung Capparales sowie die derart gewonnenen Glucosinolate und deren Verwendung zur Nahrungsergänzung oder als Pharmazeutikum.The The present invention relates to the technical environment of phytochemicals, especially pharmaceutically valuable compounds produced in plants, which can be used as a medicine or nutritional supplement. Especially The present invention relates to a process for obtaining at least a glucosinolate from a root exudate of plants of the order Capparales and the glucosinolates thus obtained and their use for nutritional supplements or as a pharmaceutical.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Pflanzen sind eine wertvolle Quelle für sekundäre Pflanzenstoffe bzw. sekundäre Metabolite, von denen viele als Nahrungsergänzung in so genanntem „fuctional food" ebenso wie als Ausgang- oder Rohstoffverbindungen für pharmazeutisch aktive Verbindungen (Pharmaceuticals) und gesundheitsfördernde Verbindungen verwendet werden können. (Mulabagal und Tsay, 2004; Borisjuk et al., 1999). Die Gewinnung von sekundären Metaboliten erfolgt herkömmlich aus pflanzlichem Rest- bzw. Abfallmaterial, das nicht für den Verzehr geeignet ist. Beispiele hierfür sind Brokkoli- oder Blumenkohlstiele, äußere Kohlblätter und Rübengrün, das mechanisch zerkleinert und aufgeschlossen wird, um die gewünschten Pflanzeninhaltsstoffe zu extrahieren. In diesem Pflanzenmaterial sind oft nur sehr geringe Konzentrationen an sekundären Pflanzenstoffen, so dass große Mengen Ausgangsmaterial verwendet werden müssen. Deshalb wurden Verfahren entwickelt, um sekundäre Metabolite aus einzelnen Pflanzenorganen zu extrahieren. Beispielsweise können sekundäre Metabolite aus Exsudaten von Pflanzen erhalten werden.plants are a valuable source for secondary Plant substances or secondary Metabolites, many of which are considered nutritional supplements in so-called "fuctional food "as well as starting or raw material compounds for pharmaceutically active compounds (Pharmaceuticals) and health-promoting compounds used can be. (Mulabagal and Tsay, 2004; Borisjuk et al., 1999). The extraction from secondary Metabolites are conventional from vegetable residual or waste material that is not for consumption suitable is. Examples of this are broccoli or cauliflower stalks, outer cabbage leaves and turnip greens, which are mechanically minced and being open-minded to the desired phytonutrients to extract. In this plant material are often only very small Concentrations of secondary Plant substances, so that big Quantities of starting material must be used. That's why procedures have been designed to be secondary Extract metabolites from individual plant organs. For example can secondary Metabolites are obtained from exudates of plants.
Aufgrund ihrer gesundheitsfördernden Wirkungen, insbesondere ihrer antikanzerogenen Eigenschaften sind Glucosinolate und ihre hydrolysierten Produkte pharmakologisch und ernährungsphysiologisch interessant (Talalay und Fahrey, 2001; Zhang, 2001). Glucosinolate sind eine Gruppe von pflanzlichen Verbindungen, die in der Ordnung der Capparales, zu der die landwirtschaftlich wichtigen Gemüsepflanzen der Familie Brassicaceae gehören, gefunden werden. Glucosinolate bestehen aus einer β-D-Thioglucose reduzierten Gruppe, einem sulfonierten Oximrest und einer variablen Seitenkette, die von Aminosäuren abgeleitet ist (Kneer et al., 1999). Basierend auf der chemischen Struktur ihrer Seitenketten werden die Glucosinolate in verschiedene Klassen wie aliphatische Glucosinolate, aromatische Glucosinolate und Indolglucosinolate eingeteilt (Bennett et al., 1994; Vallejo et al., 2003).by virtue of their health-promoting Effects, in particular their anti-carcinogenic properties are Glucosinolates and their hydrolyzed products pharmacologically and nutritionally interesting (Talalay and Fahrey, 2001, Zhang, 2001). glucosinolates are a group of plant compounds that are in order the capparales, to which the agriculturally important vegetables belonging to the family Brassicaceae, being found. Glucosinolates consist of a β-D-thioglucose reduced group, a sulfonated oxime residue and a variable Side chain derived from amino acids is derived (Kneer et al., 1999). Based on the chemical Structure of their side chains, the glucosinolates in different Classes such as aliphatic glucosinolates, aromatic glucosinolates and indole glucosinolates (Bennett et al., 1994; Vallejo et al., 2003).
Die WO 98/27806 A1 beschreibt eine Brassica Pflanze, die einen künstlich erzeugten, gegenüber der Wildtyp Pflanze erniedrigten Glucosinolat Gehalt enthält. Hohe Mengen an Glucosinolaten werden aufgrund ihrer toxischen Nebenprodukte als unerwünscht erachtet, weil sie das Enzym Myrosinase negativ beeinflussen. Myrosinase ist jenes Enzym, das bei Aufschluss der Brassica Pflanze freigesetzt wird und den Abbau der Glucosinolate zu Glucose, Thiocyanaten, Isothiocyanaten und Nitrilen katalysiert.The WO 98/27806 A1 describes a Brassica plant which is an artificial one generated, opposite the wild-type plant contains reduced glucosinolate content. Height Levels of glucosinolates are due to their toxic by-products as undesirable because they negatively affect the enzyme myrosinase. myrosinase is the enzyme released by the digestion of the Brassica plant and the degradation of glucosinolates to glucose, thiocyanates, isothiocyanates and nitriles catalyzes.
Die WO 94/19929 A2 betrifft ebenfalls Brassica Pflanzen mit verringertem Glucosinolat Gehalt. Es werden Brassica Samen mit einem reduzierten Glucosinolat Gehalt von maximal 3,4 mmol pro Gramm Samen erzeugt. Diese Samen können besonders geeignet als Tierfutter verwendet werden und sind dort vorteilhaft, weil weniger Abbauprodukte der Glucosinolate den Nährwert des Tierfutters verringern. Die Verringerung der Glucosinolate erfolgt durch gezielten Eingriff in deren Biosyntheseweg.The WO 94/19929 A2 also relates to Brassica plants with reduced Glucosinolate content. There are Brassica seeds with a reduced Glucosinolate content of a maximum of 3.4 mmol per gram of seed produced. These seeds can Particularly suitable as animal feed and are there advantageous because less degradation products of glucosinolates the nutritional value of Reduce animal feed. The reduction of glucosinolates takes place through targeted intervention in their biosynthetic pathway.
Die WO 2004/089065 A1 beschreibt eine Brassica Pflanze mit erhöhtem Glucosinolat Gehalt, der aufgrund der antikanzerogenen Eigenschaften der Glucosinolate angestrebt wird. Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung von Brassica Pflanzen mit erhöhtem Glucosinolat Gehalt in essbaren Pflanzenteilen, wie beispielsweise Brokkoli, Blumenkohl und Kohl. Zur Gewinnung der Glucosinolate werden alle oberirdischen Pflanzenteile geerntet, zerstört und mechanisch sowie enzymatisch aufgeschlossen. Nachteilig ist der geringe Glucosinolat Gehalt in oberirdischen Pflanzenteile der Brassica Pflanzen.The WO 2004/089065 A1 describes a Brassica plant with elevated glucosinolate Salary sought because of the anticancerogenic properties of glucosinolates becomes. Disclosed is a method of making Brassica plants with elevated Glucosinolate content in edible plant parts, such as Broccoli, cauliflower and cabbage. For the production of glucosinolates all aboveground plant parts harvested, destroyed and mechanically and enzymatically open minded. A disadvantage is the low glucosinolate content in aboveground plant parts of Brassica plants.
Die
Die WO 99/52345 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Brassica Pflanze mit erhöhtem Gehalt an antikanzerogenen Glucosinolat Derivaten. Die Glucosinolate werden aus gefriergetrocknetem Material gewonnen. Nachteilig ist insbesondere, dass der Glucosinolat Gehalt in oberirdischen Pflanzenteilen von Brassica Pflanzen relativ gering ist.WO 99/52345 A1 likewise describes a method for producing a Brassica plant with an increased content of anticancerogenic glucosinolate derivatives. The glucosinolates are freeze-dried gained material. A particular disadvantage is that the glucosinolate content in aboveground plant parts of Brassica plants is relatively low.
Somit besteht ein Bedarf an einem wirksamen Verfahren zur Gewinnung von Glucosinolaten aus Pflanzen der Ordnung Capparales, bei dem die Ausgangspflanze bei der Gewinnung der Glucosinolate nicht zerstört werden muss. Die Lösung dieses technischen Problems wird durch das Bereitstellen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von mindestens einem Glucosinolat aus einem Wurzelexudaten mindestens einer Pflanze der Ordnung Capparales gelöst, das in den Patentansprüchen angegeben ist und das im Folgenden detaillierter beschrieben wird.Consequently There is a need for an effective method for obtaining Glucosinolaten from plants of the order Capparales, in which the Starting plant in the recovery of glucosinolates are not destroyed got to. The solution This technical problem is solved by providing the method according to the invention for obtaining at least one glucosinolate from a root exudate solved at least one plant of the order Capparales, the in the claims is specified and which is described in more detail below.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mindestens einem Glucosinolat aus einem Wurzelexsudat mindestens einer Pflanze der Ordnung Capparales, umfassend die Schritte:
- (a) Anzucht der Pflanze in einem erdlosen System;
- (b) Verabreichen einer Nährlösung mit erhöhtem Schwefelgehalt;
- (c) Stimulieren der Glucosinolat Bildung durch Verabreichen mindestens eines Elicitors;
- (d) Gewinnen der Glucosinolate aus Wurzelexsudaten der Pflanze.
- (a) growing the plant in a soilless system;
- (b) administering a nutrient solution with increased sulfur content;
- (c) stimulating glucosinolate production by administering at least one elicitor;
- (d) recovering the glucosinolates from root exudates of the plant.
Daneben betrifft die Erfindung die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Glucosinolate sowie deren Verwendung zur Nahrungsergänzung, als Ausgangs- bzw. Rohstoff für Nahrungsergänzungsmittel (functional food) oder als Pharmazeutikum.Besides the invention relates to the method according to the invention glucosinolates and their use as nutritional supplements, as Starting or raw material for Dietary supplements (functional food) or as a pharmaceutical.
Kurzbeschreibung der FigurenSummary the figures
Detaillierte Beschreibung der Erfindungdetailed Description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von mindestens einem Glucosinolat aus einem Wurzelexsudat mindestens einer Pflanze der Ordnung Capparales, umfassend die Schritte:
- (a) Anzucht der Pflanze in einem erdlosen System;
- (b) Verabreichen einer Nährlösung mit erhöhtem Schwefelgehalt;
- (c) Stimulieren der Glucosinolat Bildung durch Verabreichen mindestens eines Elicitons;
- (d) Gewinnen der Glucosinolate aus Wurzelexsudaten der Pflanze.
- (a) growing the plant in a soilless system;
- (b) administering a nutrient solution with increased sulfur content;
- (c) stimulating glucosinolate production by administering at least one elicitone;
- (d) recovering the glucosinolates from root exudates of the plant.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem wissenschaftlichen Befund, dass bei Anzucht (= Kultuvierung) einer Pflanze der Ordnung Capparales in einem erdlosen (= erdfreien) System, der eine spezielle Nährlösung mit erhöhtem Schwefelgehalt verabreicht wird, durch Stimulation der Glucosinolat Bildung bzw. Ausbildung über Elicitoren Glucosinolate aus Wurzelexsudaten auf einfache Weise und in hoher Konzentration gewonnen werden können. Außerdem muss die Pflanze zur Ge winnung der Glucosinolate nicht zerstört werden, so dass es sich um ein nicht destruktives Verfahren handelt.The present invention is based on the scientific finding that, when cultivated (= cultivating) a plant of the order Capparales in a soil-less (= soil-free) system to which a special nutrient solution with increased sulfur content is administered by stimulation of glucosinolate formation Glucosinolates from root exudates can be obtained in a simple manner and in high concentration via elicitors. In addition, the plant does not need to be destroyed to recover the glucosinolates, so it is a non-destructive process.
Ohne durch irgendeine Theorie gebunden oder eingeschränkt zu sein, nehmen die Erfinder der vorliegenden Erfindung an, dass der erhöhte Schwefelgehalt der Nährlösung zusammen mit den verabreichten Elicitoren kombinatorisch die Pflanze zu einer erhöhten Glucosinolat Bildung stimuliert.Without to be bound or limited by any theory, the inventors take the present invention that the increased sulfur content of the nutrient solution together with the administered elicitors combinatorial the plant to a increased Glucosinolate stimulates formation.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den besonderen Vorteil, dass die Pflanze zur Gewinnung der Glucosinolate nicht geerntet und zerstört werden muss. Vielmehr können die Glucosinolate kontinuierlich aus ein und derselben Pflanze aus den Wurzelexsudaten gewonnen werden. Damit ist dieses Verfahren kostengünstig, weil kein neues pflanzliches Ausgangsmaterial – wie in den Verfahren des Standes der Technik – zur Gewinnung der Glucosinolate bereitgestellt werden muss. Daneben ist die Glucosinolat Expression durch Verwendung der erfindungsgemäßen Nährlösung mit erhöhtem Schwefelgehalt zusammen mit den Elicitoren gerade in den Wurzeln der Pflanzen erhöht. Dadurch wird die Gewinnung der Glucosinolate aus Wurzelexsudaten besonders interessant, so dass auf aufwändigen Aufschluss und die Isolierung der Glucosinolate – wie im Stand der Technik beschrieben – aus den oberirdischen Pflanzenteilen verzichtet werden kann.The inventive method has the particular advantage that the plant is used to obtain glucosinolates not harvested and destroyed must become. Rather, you can the glucosinolates continuously from one and the same plant the root exudates are recovered. This is the procedure cost-effective, because no new vegetable raw material - as in the procedures of State of the art - for extraction the glucosinolates must be provided. Next to it is the glucosinolate Expression by using the nutrient solution according to the invention with increased sulfur content together with the elicitors just raised in the roots of the plants. Thereby the extraction of glucosinolates from root exudates becomes particularly interesting, so on elaborate Digestion and isolation of glucosinolates - as in the prior art described - off the aboveground plant parts can be dispensed with.
So wie hier verwendet bedeutet der Begriff „erhöhter Schwefelgehalt" einen Schwefelgehalt, der höher liegt als in einfacher Hoagland Lösung. Insbesondere ist ein Schwefelgehalt von zwischen ca. 300 mg/l bis ca. 1.000 mg/l ein „erhöhter Schwefelgehalt".So As used herein, the term "increased sulfur content" means a sulfur content, which is higher as in a simple Hoagland solution. In particular, a sulfur content of between about 300 mg / l to about 1,000 mg / l an "increased sulfur content".
So wie hier verwendet, bedeutet der Begriff "Exsudat aus Wurzeln" bzw. "Wurzelexsudat" die vorwiegend flüssigen Ausscheidungsprodukte der lebenden Pflanzenwurzel. Die Exsudate werden von der Pflanzenwurzel vorwiegend kontinuier lich abgegeben, so dass sie aufgefangen und ihre Inhaltsstoffe konzentriert und analysiert werden können.So As used herein, the term "exudate from roots" or "root exudate" means the predominantly liquid waste products the living plant root. The exudates are from the plant root mainly continuous Lich delivered so that they caught and their ingredients can be concentrated and analyzed.
Der Begriff "Elicitor" bzw. "Elicitoren" bezeichnet auslösende, spezifische Substanzen. "Elicitoren" leitet sich von Lat.: Elegere = Auslesen, Auswählen ab. Elicitoren sind Substanzen pflanzlichen Ursprungs, die ein Abwehrsystem bzw. eine Abwehrantwort induzieren. Sie induzieren hypersensitive Antworten, Ligninbildung sowie schützende Proteine können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Elicitoren insbesondere Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ) verstanden.Of the Term "elicitor" or "elicitors" refers to triggering, specific Substances. "Elicitoren" derives from Lat .: Elegere = read, select from. Elicitors are substances of plant origin that are a defense system or induce a defense response. They induce hypersensitive Responses, lignin formation and protective proteins can. in the Within the scope of the present invention, elicitors in particular salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Glucosinolate aliphatische Glucosinolate, aromatische Glucosinolate und/oder Indolglucosinolate. Alle Glucosinolate weisen eine β-D-Thioglucose reduzierte Gruppe, eine sulfonierte Oximeinheit und eine variable Seitenkette, die von Aminosäuren abgeleitet ist, auf. Die aliphatischen Glucosinolate sind insbesondere von den Aminosäuren Methionin, Alanin, Valin, Leucin und Isoleucin abgeleitet. Die aromatischen Glucosinolate stammen insbesondere von Tyrosin und Phenylalanin als der grundliegenden Aminosäure ab. Die Indolglucosinolate können insbesondere von Tryptophan abgleitet sein.In a preferred embodiment of the invention, the glucosinolates are aliphatic glucosinolates, aromatic glucosinolates and / or indole glucosinolates. All glucosinolates have a β-D thioglucose reduced Group, a sulfonated oxime moiety and a variable side chain, those of amino acids is derived on. The aliphatic glucosinolates are in particular from the amino acids Methionine, alanine, valine, leucine and isoleucine derived. The aromatic Glucosinolates are derived in particular from tyrosine and phenylalanine as the basic amino acid from. The indole glucosinolates can in particular be derived from tryptophan.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die aliphatischen Glucosinolate ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Progoitrin, Gluconapin, Gluconapoleiferin, Glucobrassicanapin; Sinigrin; Glucoalyssin und Glucoraphanin; die Indolglucosinolate sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-Hydroxy-Glucobrassicin, 4-Methoxy-Glucobrassicin, Neoglucobrassicin und Glucobrassicin; und das aromatische Glucosinolat ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gluconasturtiin und Glucotropaeolin.In a further embodiment In the invention, the aliphatic glucosinolates are selected from Group consisting of progoitrin, gluconapine, gluconapoleiferin, glucobrassicanapin; sinigrin; Glucoalysin and glucoraphanin; the Indol glucosinolates are selected from the group consisting of 4-hydroxyglucobrassicin, 4-methoxy-glucobrassicin, Neoglucobrassicin and glucobrassicin; and the aromatic glucosinolate is selected from the group consisting of gluconasturtiin and glucotropaeolin.
Indolglucosinolate, insbesondere Glucobrassicin und seine Derivate sind bevorzugt, weil sie besonders gut als Antikrebsmittel eingesetzt werden können. Auch von den aromatischen Glucosinolaten Gluconasturtiin und Glucotropaeolin wird angenommen, dass sie starke antikanzerogene Stoffe sind, weshalb sie ebenfalls bevorzugt sind. Das aliphatische Glucosinolat 4-Methylsulfinylbutylisothiocyanat (als Derivat von Glucoalyssin) induziert die Entgiftung von Enzymen, wie Chinonreduktase und Glutathiontransferase, die beide in der Unterdrückung von Krebszellen wirken.indole glucosinolates, in particular glucobrassicin and its derivatives are preferred because They can be used particularly well as anti-cancer drugs. From the aromatic glucosinolates gluconasturtiin and glucotropaeolin It is assumed that they are strong anticancerogenic substances, which is why they are also preferred. The aliphatic glucosinolate 4-methylsulfinylbutyl isothiocyanate (as a derivative of glucoalysin) induces the detoxification of enzymes, like quinone reductase and glutathione transferase, both in the suppression of Cancer cells act.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Wurzeln primäre und/oder sekundäre Wurzeln der Pflanze. Die primäre Wurzel weist eine Rhizodermis, eine primäre Rinde, eine Endodermis, einen Perizykel mit Seitenwurzeln für ein sekundäres Dickenwachstum sowie ein Periderm, radiale Leitbündel sowie eine Rinde um den Zentralzylinder auf. Sekundäre Wurzeln sind Wurzeln, die dem Spross und nicht der Primärwurzel entspringen. Beide Arten von Wurzeln sind für die Erfindung in besonderer Weise geeignet, weil sie einen erhöhten Gehalt an vorteilhaften Glucosinolaten aufweisen.In a further embodiment According to the invention, the roots are primary and / or secondary roots the plant. The primary Root has a rhizodermis, a primary cortex, an endoderm, a pericycle with lateral roots for secondary growth in thickness as well as a periderm, radial vascular bundles as well as a bark around the Central cylinder on. secondary Roots are roots that are the sprout and not the primary root arise from. Both types of roots are particular to the invention Suitable because they have an increased content of beneficial Have glucosinolates.
Neben der Funktion als Organ für die Nährstoffaufnahme ist die Pflanzenwurzel auch in der Lage eine Vielzahl von Verbindungen in die Wurzelumgebung auszuscheiden. In einjährigen Pflanzenspezies wird 30 bis 60 % des photosynthetisch fixierten Kohlenstoffs in die Wurzeln gebracht, und der beachtliche Anteil von bis zu 70 % dieses Kohlenstoffs kann über die Wurzel in die Rhizosphäre abgegeben werden. Neben der Extraktion von Pflanzenorganen können Stoffe auch aus Exsudaten von Pflanzen erhalten werden. Besonders vorteilhaft sind hier Wurzelexsudate. Für die kommerzielle Verwendung können manche sekundäre Metabolite durch kontinuierliche Rhizosekretion aus den Wurzeln von hydroponisch (siehe unten) angezogenen Pflanzen gewonnen werden.Next the function as an organ for the nutrient uptake The plant root is also capable of a variety of compounds excrete into the root environment. In one-year plant species will 30 to 60% of the photosynthetically fixed carbon in the roots and the considerable proportion of up to 70% of this carbon can over the root into the rhizosphere be delivered. In addition to the extraction of plant organs, substances also be obtained from exudates of plants. Especially advantageous here are root exudates. For the commercial use can some secondary Metabolites by continuous rhizone secretion from the roots obtained by hydroponic (see below).
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Glucosinolate aus den Wurzeln lebender Pflanzen, vorzugsweise durch Rhizosekretion gewonnen. Die Verwendung von Wurzeln von lebenden Pflanzen besitzt den besonderen Vorteil, dass das Ausgangsmaterial kontinuierlich verwendet werden kann. Im Gegensatz zu vielen Verfahren des Standes der Technik, in denen grünes Pflanzenmaterial verwendet wird, das mechanisch und/oder enzymatisch aufgeschlossen und durch die Glucosinolat Gewinnung verbraucht wird, können die Pflanzen in der vorliegenden Erfindung ständig weiter verwendet werden. Wenn ein und dieselbe Pflanze über mehrere Wochen bzw. Monate für die Gewinnung von Glucosinolaten verwendet wird, ist dies besonders umweltfreundlich und wirtschaftlich. Vorzugsweise wird das Verfahren der Rhizosekretion verwendet, bei dem gewünschte sekundäre Pflanzenstoffe (= Metabolite) in das umgebende Medium abgegeben wird, was insbesondere Vorteile bei der anschließenden Reinigung und Gewinnung des segregierten Stoffes besitzt.In a further embodiment In the present invention, the glucosinolates are derived from the roots of live plants, preferably obtained by rhizone secretion. The Use of roots of living plants has the special Advantage that the starting material can be used continuously. Unlike many prior art methods in which green Plant material is used, mechanically and / or enzymatically unlocked and consumed by glucosinolate production, can the plants are continuously used in the present invention. If one and the same plant over several weeks or months for the extraction of glucosinolates is used, this is special environmentally friendly and economical. Preferably, the method The rhizone secretion used in the desired phytochemicals (= Metabolites) is released into the surrounding medium, which in particular Advantages in the subsequent Purification and recovery of the segregated substance possesses.
In einer weiteren Ausführungsform ist die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Pflanze eine Pflanze der Ordnung Capparales. Die Pflanze kann ferner ausgewählt sein, aus der Gruppe bestehend aus Capparaceae, Brassicaceae, Resedaceae und Tropaeolaceae.In a further embodiment is the plant used in the process according to the invention a plant of the order Capparales. The plant may also be selected from the group consisting of Capparaceae, Brassicaceae, Resedaceae and Tropaeolaceae.
Beispiele der Mitglieder der Familie Brassicaceae (= Kreuzblütler) sind Brassica (Kohl), Sinapis (Senf), Raphanus (Rettich), Lepidium (Kresse), Cardaria (Pfeilkresse), Capsella (Hirtentäschel), Camelina (Leindotter), Arabis (Gänsekresse), Cardaminopsis (Schaumkresse), Nasturdium (Brunnenkresse), Rorippa (Sumpfkresse), Erysimum (Schöterich), Arabidopsis (Schmalwand) und Sisymbrium (Rauke).Examples of members of the family Brassicaceae (= cruciferae) are Brassica (cabbage), Sinapis (mustard), Raphanus (radish), Lepidium (cress), Cardaria (arrow cress), Capsella (shepherd's purse), Camelina (camelina), Arabis (goose cress), Cardaminopsis (foam cress), Nasturdium (watercress), Rorippa (Marsh cress), Erysimum (pagan), Arabidopsis (narrow wall) and sisymbrium (Rauke).
Als besonders vorteilhaft hat sich die Rübe, Brassica rapa erwiesen. Besonders gut kann die Varietät Brassica rapa L. var. Teltow verwendet werden.When The turnip, Brassica rapa, has proved particularly advantageous. Especially good is the variety Brassica rapa L. var. Teltow.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem erdlosen (= erdfreien) System durchgeführt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das erdfreie System als aeroponisches oder hydroponisches System auszugestalten.The inventive method is carried out in a unglooded (= floating) system. It has proven to be particularly advantageous, the floating system as an aerobic or hydroponic system.
Als erdfreie Systeme eignen sich insbesondere wasserbasierte Systeme, so dass die Glucosinolate aus den Wurzelexsudaten gewonnen werden können. Im aeroponischen System werden die Wurzeln ständig über angefeuchtete Luft mit Nährstoffen versorgt. Die Nährstofflösung wird als feuchter Staub in kurzen Intervallen, für gewöhnlich Intervalle von wenigen Minuten, aufgesprüht. Die Lösung wird von einem Vorratstank entnommen und durch eine Pumpe über einen extrem genauen Timer in sehr kurzen Zyklen, die von wenigen Sekunden bis einigen Minuten reichen, an die Pflanzen verabreicht.When Earth-free systems are particularly suitable for water-based systems, so that the glucosinolates are recovered from the root exudates can. In the aeroponic system, the roots are constantly using humidified air nutrients provided. The nutrient solution will as wet dust at short intervals, usually intervals of a few Minutes, sprayed on. The solution is taken from a storage tank and pumped by a extremely accurate timers in very short cycles of a few seconds reach to a few minutes, administered to the plants.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das aeroponische System mit mindestens einer Sprühvorrichtung versehen. In diesem System werden die Wurzeln in einem Film bzw. Nebel aus Nährlösung gehalten, der nahezu 100 % relative Luftfeuchtigkeit sicherstellt, um das Austrocknen der Pflanzenwurzeln zu verhindern. Besonders vorteilhaft kann eine Sprühvorrichtung des Typs Dan Fogger 7800, Dan Sprinklers, Kibbutz Dan, Israel verwendet werden. Insbesondere kann die Nährstofflösung mit einer zweistufigen Zentrifugalpumpe gepumpt werden. Zunächst wird die Flüssigkeit von dem Vorratstank über einen Filter auf das Pflanzenbett gepumpt, von wo aus sie in den Tank zurückfließt.In an advantageous embodiment is the aeroponic system with at least one spray device Mistake. In this system, the roots in a film or Fog kept from nutrient solution, the Nearly 100% relative humidity ensures drying out to prevent the plant roots. Particularly advantageous, a sprayer of type Dan Fogger 7800, Dan Sprinklers, Kibbutz Dan, Israel become. In particular, the nutrient solution with be pumped a two-stage centrifugal pump. First, will the liquid from the storage tank over pumped a filter on the plant bed, from where they are in the Tank flows back.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Nährlösung konstant über die Sprüher aufzusprühen. Dieses Vorgehen ist nicht typisch für ein aeroponisches System, das mit einer Sprühvorrichtung ausgestattet ist, die für gewöhnlich mit Intervallen in Minutenabständen arbeiten. Es hat sich jedoch aufgrund der Wurzelstrukturen als vorteilhaft erwiesen, den Wassergehalt nicht durch ein Intervall abzusenken. Der Druck der Pumpe beträgt vorteilhafterweise 2 bar, was um ca. die Hälfte gegenüber Werten aus dem Stand der Technik erniedrigt ist. Dieser niedrige Pumpendruck hat sich als vorteilhaft für die Wurzeln erwiesen, die durch höheren Pumpendruck mechanisch beschädigt werden können.It has proven to be particularly advantageous, the nutrient solution constant over the sprayer spray. This procedure is not typical for an aeroponic system, that with a spraying device is equipped for usually with intervals in minute intervals work. However, it has been advantageous due to the root structures proved not to lower the water content by an interval. The pressure of the pump is advantageously 2 bar, which is about half compared to values from the state of Technology is degraded. This low pump pressure has turned out to be advantageous for The roots proved mechanical due to higher pump pressure damaged can be.
In einer alternativen Ausführungsform ist das aeroponische System mit mindestens einem Defensor ausgestattet. Vorteilhafterweise bildet der rotierende Defen sor einen sehr feinen Feuchtigkeitsnebel. Die Wasserpartikel liegen in der Größenordnung von ca. 5–10 μm. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pumpe alle 15 Minuten angeschaltet wird und sich danach 30 Minuten Ruhephase anschließen.In an alternative embodiment the aeroponic system is equipped with at least one defensor. Advantageously, the rotating Defen sensor forms a very fine Moisture mist. The water particles are of the order of magnitude from approx. 5-10 μm. Especially It is advantageous if the pump is switched on every 15 minutes and then join for 30 minutes rest.
Die Pflanzen werden vorteilhafterweise im hydroponischen oder aeroponischen System kultiviert. Borisjuk (1999) schlägt vor, Pflanzen für Exsudate in hydroponischen Systemen anzuziehen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch die Beobachtung gemacht, dass sich ein aeroponisches System hervorragend eignet, weil die Menge an Wasser im System minimiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine von Beginn an vergleichsweise hohe Exsudatkonzentration zu erhalten, so dass die Gewinnung der Glucosinolate aus den Exsudaten über weniger aufwändige Reinigungs- und Konzentrationsstufen erfolgen kann. Somit ist das aeroponische System besonders wirtschaftlich, weil die Betriebskosten geringer sind.The Plants are advantageously hydroponic or aeroponic System cultivated. Borisjuk (1999) suggests plants for exudates in hydroponic systems. The inventors of the present However, the invention has made the observation that an aeroponic System excellently suitable because the amount of water in the system minimized can be. In this way it is possible to compare one from the beginning obtain high exudate concentration, so that the recovery of the Glucosinolates from the exudates over less expensive Cleaning and concentration stages can be done. So that's it aeroponic system particularly economical, because the operating costs are lower.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein hydroponisches System mit einer schwimmenden Plattform, vorzugsweise in Form einer Styroporplatte verwendet, wobei die Pflanzen direkt in der schwimmenden Plattform verankert sind, die auf der Oberfläche der Nährstofflösung schwimmt. Das hydroponische System kann mit Hilfe eines Kompressors belüftet werden, der Luftblasen durch die Nährstofflösung in einer Fließgeschwindigkeit von ungefähr 100 ml/min. an jeder der ca. zehn Belüftungsröhren realisiert.In an alternative embodiment becomes a hydroponic system with a floating platform, preferably used in the form of a polystyrene plate, the plants anchored directly in the floating platform on the surface the nutrient solution floats. The hydroponic system can be ventilated by means of a compressor, the bubbles through the nutrient solution in a flow rate of about 100 ml / min. realized on each of the approximately ten ventilation tubes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nährlösung eine ca. 1,5-fach bis ca. 3-fach konzentrierte Hoagland Lösung, wobei eine ca. 2-fach konzentrierte Hoagland Lösung besonders bevorzugt ist.In a particularly preferred embodiment The invention is the nutrient solution one approx. 1.5 times to approx. 3 times concentrated Hoagland solution, whereby an approximately 2-fold concentrated Hoagland solution is particularly preferred.
Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass der Schwefelgehalt der Hoagland Lösung deutlich erhöht werden muss, um optimale Ausbeuten an Glucosinolaten zu erhalten. Insbesondere wird der Schwefel (S) als Sulfat (SO4) direkt zu der Nährstofflösung hinzugegeben. Insbesondere eignen sich die Salze MgSO4, ZnSO4 und/oder CuSO4. Möglich ist auch die Verwendung von K2SO4, Na2SO4 und/oder FeSO4.In particular, it has been found that the sulfur content of the Hoagland solution must be significantly increased in order to obtain optimal yields of glucosinolates. In particular, the sulfur (S) is added as sulfate (SO 4 ) directly to the nutrient solution. In particular, the salts MgSO 4 , ZnSO 4 and / or CuSO 4 are suitable. It is also possible to use K 2 SO 4 , Na 2 SO 4 and / or FeSO 4 .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Nährlösung folgende Bestandteile, bezogen auf 1 l auf:
- – ca. 610 mg bis ca. 1.230 mg Ca(NO3)2;
- – ca. 456,7 mg bis ca. 909,3 mg KNO3;
- – ca. 23,1 mg bis ca. 46,2 mg Eisenchelat (FeChe);
- – ca. 204 mg bis ca. 408 mg KH2PO4;
- – ca. 339,3 mg bis ca. 1.000 mg MgSO4 × 7 H2O;
- – ca. 2,1 mg bis ca. 4,3 mg H3BO3;
- – ca. 0,7 mg bis ca. 1,3 mg MnCl2;
- – ca. 0,09 mg bis ca. 0,2 mg ZnSO4;
- – ca. 0,04 mg bis ca. 0,08 mg CuSO4; sowie
- – ca. 0,12 mg bis ca. 0,24 mg H2MoO4.
- About 610 mg to about 1230 mg Ca (NO 3 ) 2 ;
- About 456.7 mg to about 909.3 mg KNO 3 ;
- About 23.1 mg to about 46.2 mg iron chelate (FeChe);
- About 204 mg to about 408 mg KH 2 PO 4 ;
- About 339.3 mg to about 1000 mg MgSO 4 .7H 2 O;
- About 2.1 mg to about 4.3 mg H 3 BO 3 ;
- - about 0.7 mg to about 1.3 mg MnCl 2 ;
- About 0.09 mg to about 0.2 mg ZnSO 4 ;
- About 0.04 mg to about 0.08 mg CuSO 4 ; such as
- About 0.12 mg to about 0.24 mg H 2 MoO 4 .
In dieser Ausführungsform kann die MgSO4 × 7 H2O Menge in der großen Bandbreite von ca. 339,3 mg bis ca. 1.000 mg variiert werden.In this embodiment, the amount of MgSO 4 .7 H 2 O can be varied in the wide range from about 339.3 mg to about 1000 mg.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Nährlösung folgende Bestandteile, bezogen auf 1 l auf:
- – ca. 820 mg Ca(NO3)2;
- – ca. 606,2 mg KNO3;
- – ca. 30,8 mg FeChe;
- – ca. 272 mg KH2PO4;
- – ca. 492,4 mg MgSO4 × 7 H2O;
- – ca. 2,9 mg H3BO3;
- – ca. 0,8 mg MnCl2;
- – ca. 0,1 mg ZnSO4;
- – ca. 0,05 mg CuSO4; sowie
- – ca. 0,16 mg H2MoO4.
- - about 820 mg Ca (NO 3 ) 2 ;
- - about 606.2 mg KNO 3 ;
- - about 30.8 mg FeChe;
- - about 272 mg KH 2 PO 4 ;
- About 492.4 mg of MgSO 4 .7H 2 O;
- - about 2.9 mg H 3 BO 3 ;
- - about 0.8 mg MnCl 2 ;
- - about 0.1 mg ZnSO 4 ;
- - About 0.05 mg of CuSO 4 ; such as
- - About 0.16 mg H 2 MoO 4 .
Hierbei handelt es sich um eine 2-fach konzentrierte Hoagland Lösung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die 1,5-fach bis ca. 3-fach konzentrierte Hoagland Lösung mit zusätzlichem Schwefel, vorteilhafterweise in Form von MgSO4 × 7 H2O ergänzt werden. Besonders bevorzugt enthält die Nährlösung ca. 984,6 mg MgSO4 × 7 H2O, bezogen auf 1 l Flüssigkeit.This is a 2-fold concentrated Hoagland solution. In a further preferred embodiment, the Hoagland solution 1.5 times to about 3 times concentrated can be supplemented with additional sulfur, advantageously in the form of MgSO 4 .7H 2 O. Particularly preferably, the nutrient solution contains about 984.6 mg of MgSO 4 × 7 H 2 O, based on 1 liter of liquid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden bestimmte vorteilhafte Elicitoren verwendet. Vorteilhafte Elicitoren sind glucosinolatbeeinflussende Elicitoren. Die Glucosinolat Profile können durch die physiologische Behandlung (= Applikation) mit/von Elicitoren beeinflusst werden. Elicitoren ahmen die Wirkungen von Stressfaktoren, wie den Befall von Pathogenen und Schädlingen nach und aktivieren dadurch das biochemische Verteidigungssystem der Pflanze, was zu quantitativen und qualitativen Veränderungen im Profil der sekundären Metabolite der Pflanze führt. Elicitoren beeinflussen auch die Genexpression und können deshalb als molekulare Werkzeuge verwendet werden, um die Glucosinolat Profile der Pflanze zu modifizieren.In a further preferred embodiment Certain advantageous elicitors are used. advantageous Elicitors are glucosinolate-influencing elicitors. The glucosinolate Profiles can by physiological treatment (= application) with / by elicitors to be influenced. Elicitors mimic the effects of stressors how to activate and activate the infestation of pathogens and pests thereby the biochemical defense system of the plant, what too quantitative and qualitative changes in the profile of secondary metabolites the plant leads. Elicitors also influence gene expression and therefore can Used as molecular tools to study the glucosinolate profiles to modify the plant.
Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ) dienen als Signalmoleküle, die bei Pathogenbefall oder mechanischer Verletzung der Pflanze induziert werden. Die Anwendung von entweder Salicylsäure und/oder Methyljasmonat kann den Glucosinolat Gehalt in den Pflanzen stark verändern, insbesondere stark anreichern. Diese Elicitoren lösen Signalkaskaden aus, die verschiedene Verteidigungsantworten wie Zellwandverstärkung, Induktion von PR-Proteinen oder die Synthese von sekundären Metaboliten, wie Glucosinolaten durch Einflussnahme auf die Expression von Genen, in die Glucosinalat Synthese involviert sind, induzieren. Unter PR-Proteinen werden Pathogenese bezogene Proteine (= pathogenesis related proteins) verstanden, die in gesunden Pflanzen nicht nachweisbar sind und erst nach bestimmten Stressbedingungen akkumulieren. Darüber hinaus können Salicylsäure und Methyljasmonat wirksam den Gehalt an Indol, aliphatischen und aromatischen Glucosinolaten in Spezies der Ordnung Capparales erhöhen. Die Verwendung der Elicitoren Salicylsäure und Methyljasmonat ist insbesondere für Pflanzen der Spezies Brassica rapa vorteilhaft, wobei sich die kombinierte Anwendung besonders bewährt hat.Salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ) serve as signaling molecules in pathogen attack or mechanical injury to the plant. The application of either salicylic acid and / or methyl jasmonate may increase the glucosinolate content in the plants change a lot, in particular, greatly enrich. These elicitors solve signal cascades made various defense responses such as cell wall reinforcement, induction of PR proteins or the synthesis of secondary metabolites, such as glucosinolates Influence on the expression of genes in the glucosinalate Induce synthesis. Be under PR proteins Pathogenesis related proteins (= pathogenesis related proteins) understood that are undetectable in healthy plants and accumulate only after certain stress conditions. Furthermore can salicylic acid and Methyl jasmonate effective the content of indole, aliphatic and aromatic Increase glucosinolates in species of the order Capparales. The Use of the elicitors salicylic acid and methyl jasmonate is especially for Plants of the species Brassica rapa advantageous, wherein the combined Application especially proven Has.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Elicitor/werden die E1icitoren zusammen mit der Nährlösung verabreicht. Auf diese Weise enthält die Nährlösung sowohl eine gewünschte Konzentration an Schwefel als auch die Elicitoren bzw. den Elicitor, so dass nur eine einzige Nährlösung verwendet werden muss, die daneben auch nur in einem einzigen Schritt angewendet wird. Ein kompliziertes An- und Abschalten verschiedener Nährlösungen bzw. Intervallschalten kann auf diese Weise vermieden werden.In a further preferred embodiment the elicitor (s) are administered together with the nutrient solution. In this way contains the nutrient solution both a desired one Concentration of sulfur as well as the elicitors or the elicitor, so that uses only a single nutrient solution which, in addition, can only be applied in a single step becomes. A complicated switching on and off of different nutrient solutions or Interval switching can be avoided in this way.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Glucosinolaten aus Wurzelexsudaten den zusätzlichen Schritt des Reinigens und Konzentrierens der Glucosinolate. Weil die Glucosinolate von der Pflanze kontinuierlich über die Wurzelexsudate in das umgebende Nährlösungsmedium abgegeben werden, ist die Reinigung und Gewinnung der Glucosinolate sehr einfach. Beispielsweise kann eine HPLC verwendet werden.In an advantageous development comprises the inventive method to obtain glucosinolates from root exudates the additional Step of purifying and concentrating the glucosinolates. Because the glucosinolates from the plant continuously over the Root exudates are released into the surrounding nutrient solution medium, the purification and recovery of glucosinolates is very easy. For example, an HPLC can be used.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Glucosinolate, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden. Die Glucosinolate sind insbesondere als Nahrungsergänzungsmittel, als Ausgangs- bzw. Rohstoffe für Functional Food oder als Pharmazeutika geeignet.Farther The present invention relates to the glucosinolates obtained by the inventive method to be obtained. The glucosinolates are especially useful as dietary supplements, as raw materials for Functional food or as pharmaceuticals suitable.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformendetailed Description of the Preferred Embodiments
A. Detaillierte Beschreibung der FigurenA. Detailed description the figures
Die Zunahme der Konzentration der Nährlösung bewirkte eine Steigerung des Glucosinolat Gehalts in Exsudaten auf 3,8 mg/Pflanze, was einen 1,8-fachen Anstieg bedeutet. Die Verwendung von zusätzlichem Schwefel führte zu einer Zunahme des Glucosinolat Gehalts in Exsudaten auf 4,6 mg/Pflanze. Wurden die Elicitoren Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ) zusammen mit erhöhten Mengen an Schwefel verabreicht, stiegen die maximalen Glucosinolat Mengen auf 7,8 mg/Pflanze bzw. 7,3 mg/Pflanze. Eine Verabreichung der Elicitoren zu einem späteren Zeitpunkt des Pflanzenwachstums bewirkte keine derart starken Veränderungen im Vergleich zu der Verabreichung zu Beginn des Experiments: es wurden 6,6 mg/Pflanze Glucosinolate in Exsudaten ermittelt, bei denen Salicylsäure am 25. Tag des Experiments hinzugefügt wurde (2H2S-SA25).The increase in the concentration of nutrient solution caused an increase in glucosinolate content in exudates to 3.8 mg / plant, which represents a 1.8-fold increase. The use of additional sulfur resulted in an increase in glucosinolate content in exudates to 4.6 mg / plant. When the elicitors salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ) were co-administered with increased levels of sulfur, the maximum levels of glucosinolate increased to 7.8 mg / plant and 7.3 mg / plant, respectively. Administration of the elicitors at a later stage of plant growth did not cause such significant changes as compared to administration at the beginning of the experiment: 6.6 mg / plant glucosinolates were detected in exudates in which salicylic acid was added on the 25th day of the experiment ( 2H2S-SA 25 ).
Gluconasturtiin war das einzige aromatische Glucosinolat, das in Rübenpflanzen (Brassia rapa) identifiziert wurde. Sein Gehalt in den Exsudaten war 2-fach erhöht in einer doppelt konzentrierten Hoagland Lösung im Vergleich zu einer einfach konzentrierten Hoagland Lösung, und die Konzentration der aromatischen Glucosinolate wurde bei zusätzlicher Gabe von Schwefel reduziert. Die Zugabe von Salicylsäure und Methyljasmonat zu Beginn der Kultur (SA0 und MJ0) steigert den Gehalt von Gluconasturtiin um 50 bis 70 % im Vergleich zu 2H2S. Dies war auch bei Verabreichung von Salicylsäure am 25. Tag des Experiments der Fall.Gluconasturtiin was the only aromatic glucosinolate identified in beet plants (Brassia rapa). Its content in the exudates was increased 2-fold in a double concentrated Hoagland solution compared to a single concentrated Hoagland solution, and the concentration of the aromatic glucosinolate was reduced with additional administration of sulfur. The addition of salicylic acid and methyl jasmonate at the beginning of the culture (SA 0 and MJ 0 ) increases the gluconasturtiin content by 50 to 70% compared to 2H2S. This was also the case with administration of salicylic acid on the 25th day of the experiment.
Der Gehalt der Indolglucosinolate in Exsudaten änderte sich bei Anstieg der Konzentration der Hoagland Lösung praktisch nicht, aber er stieg um ca. 1,5-fach nach der Verabreichung von zusätzlichem Schwefel. Beide Elicitoren, Salicylsäure und Methyljasmonat, verabreicht zu Beginn der Kultur, bewirkten einen überraschend starken Anstieg der Indolglucosinolate in Exsudaten (3,3-fach mehr als von 2H2S für SA0 und 2,8-fach mehr für MJ0). Selbst bei Gabe von Salicylsäure am 25. Kulturtag stieg der Gehalt der Indolglucosinolate immer noch auf den 1,8-fachen Wert im Vergleich zu 2H2S. Der deutlich überproportionale Anstieg der Indolglucosinolate bei Verabreichung von Salicylsäure oder Methyljasmonat ist überraschend und wurde von den Erfindern nicht erwartet. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Gewinnung von hohen Indolglucosinolaten, die besonders vorteilhaft in der Krebstherapie, als Nahrungsergänzungsmittel oder als Ausgangs- bzw. Rohstoff für Funcitonal Food verwendet werden können.The level of indol glucosinolates in exudates virtually did not change as the concentration of the Hoagland solution increased, but it increased about 1.5-fold after the administration of additional sulfur. Both elicitors, salicylic acid and methyl jasmonate, given at the beginning of the culture, caused a surprisingly high increase in indole glucosinolates in exudates (3.3-fold more than 2H2S for SA 0 and 2.8-fold more for MJ 0 ). Even with the administration of salicylic acid on the 25th day of culture, the content of indol glucosinolates still increased to 1.8-fold compared to 2H2S. The markedly disproportionate increase in indol glucosinolates on administration of salicylic acid or methyl jasmonate is surprising and was not expected by the inventors. Thus, the method according to the invention is particularly suitable for the recovery of high indol glucosinolates, which can be used particularly advantageously in cancer therapy, as a dietary supplement or as a starting or raw material for Funcitonal Food.
B. Detaillierte Beschreibung der verwendeten Materialien und der ErgebnisseB. Detailed description the materials used and the results
1. Anzucht der Pflanzen1. Cultivation the plants
Die Rübensamen wurden in Grodan Steinwolle Pflanzwürfeln (5 cm Breite × 5 cm Tiefe × 5 cm Höhe), die in Standard Gewächshaus Plastikschalen (52 cm breit × 35 cm tief × 7 cm hoch) gesetzt wurden, angezogen. Die Samen wurden mit halbkonzentrierter Hoagland Lösung über oberhalb der Pflanzenkultur angebrachten Feuchtigkeitssystemen bewässert. Sie wurden vorgekeimt, bis die Wurzeln der Setzlinge ca. 2 bis 4 cm aus dem Boden der Würfel hervorgetreten waren. Dies war nach ca. 15 bis 20 Tagen bei 2 Blättern und einem Wurzelgewicht von ca. 3 g der Fall. Die Würfel wurden anschließend in 10 × 11 cm Abständen in die Löcher von Polystyrol Platten (1 m × 1 m groß, 4,5 cm dick) eingesetzt, die anschließend in die aeroponischen bzw. hydroponischen Systeme eingesetzt wurden.The beet seeds In Grodan rockwool were plant cubes (5 cm wide × 5 cm deep × 5 cm high), the in standard greenhouse Plastic bowls (52 cm wide × 35 cm deep × 7 cm high) were put on. The seeds were half-concentrated Hoagland solution above above irrigated plant systems attached moisture systems. she were pre-germinated until the roots of the seedlings about 2 to 4 cm the bottom of the dice had emerged. This was after about 15 to 20 days with 2 leaves and a root weight of about 3 g of the case. The cubes were subsequently in 10x11 cm intervals in the holes of Polystyrene plates (1 m × 1 m tall, 4.5 cm thick), which are then in the aeroponic or hydroponic Systems were used.
2. Technische Charakteristika der aeroponischen und hydroponischen Systeme2. Technical Characteristics of the aeroponic and hydroponic systems
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden sowohl aeroponische als auch hydroponische Systeme verwendet. Diese erdlosen (= erdfreien) wasserbasierten Systeme besitzen den Vorteil, dass die Nährstoffe direkt in Wasser gelöst sind und die Pflanzen die Nährstoffe zu jedem Zeitpunkt aufnehmen können. Aufgrund der ubiquitären Verfügbarkeit der gewünschten Nährstoffmenge kann die Pflanze die von ihr individuell benötigte Menge jederzeit direkt über die Wurzel aufnehmen. Außerdem sind die erdfreien Systeme vorteilhaft, weil der pH-Wert und der Nährwert des Wassers auf einfache Weise gemessen und die gewünschten Werte aufrechterhalten werden können. Die wasserbasierten Systeme steigern das Pflanzenwachstum und die Ausbeute pro Fläche gegenüber den erdhaltigen Syste men (= Erdsystemen) deutlich. Darüber hinaus ist die Gefahr des Schädlingsbefalls sowie das Auftreten von Erkrankungen an den Pflanzen deutlich reduziert. Außerdem entfällt das Gießen der Pflanzen nach einem Gießplan. In den vorliegenden Experimenten wurden neben den hydroponischen Systemen auch aeroponische Systeme mit dem Ziel verwendet, die Menge des verwendeten Wassers im System maximal zu minimieren, was die Exsudat Extraktion einfacher macht. Auf diese Weise kann das aeroponische System sehr wirtschaftlich betrieben werden. Im Rahmen der Erfindung wurden drei verschiedene Systeme installiert, nämlich ein aeroponisches System mit einer Sprühvorrichtung, ein aeroponisches System mit einem Nebelzerstäuber oder einem Defensor und ein hydroponisches System. Die Sprühvorrichtung des aeroponischen Systems war in dem konkreten Beispiel als Sprühdüsen ausgebildet.in the Within the scope of the present invention, both aeroponic and also used hydroponic systems. These ungloved (= ungrounded) Water-based systems have the advantage that the nutrients dissolved directly in water and the plants are the nutrients can record at any time. Due to the ubiquitous Availability the desired amount of nutrients the plant can supply the individually required amount at any time directly from the plant Take root. Furthermore The floating systems are beneficial because of the pH and the nutritional value the water is easily measured and the desired Values can be maintained. The water-based systems increase plant growth and growth Yield per area across from the earth-containing sys- tems (= earth systems) clearly. Furthermore is the risk of pest infestation as well as the occurrence of diseases on the plants significantly reduced. Furthermore deleted the casting the plants according to a pouring plan. In the present experiments, in addition to the hydroponic Systems also used aeroponic systems with the goal of quantity of the water used in the system maximally minimize what the Exudate extraction makes it easier. In this way, the aeroponic System can be operated very economically. Within the scope of the invention Three different systems were installed, namely an aeroponic system with a spraying device, an aeroponic system with a mist sprayer or a defensor and a hydroponic system. The spraying device of the aeroponic Systems was designed in the specific example as spray nozzles.
Die durchgeführten Experimente im aeroponischen bzw. hydroponischen System sind schematisch in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Schematische Darstellung der Experimente
- 1H – Hoagland Lösung;
- 1,5H – 1.5-fache Konzentration der Hoagland Lösung;
- 2H – doppelte Konzentration der Hoagland Lösung;
- 2S – doppelte Schwefel-Konzentration;
- SA0 – Salicylsäure, appliziert am 1. Tag;
- MJ – Methyljasmonat, appliziert am 1. Tag;
- SA15 – Salicylsäure, appliziert am 15. Tag;
- SA20 – Salicylsäure, appliziert am 20. Tag;
- SA25 – Salicylsäure, appliziert am 25. Tag.
- 1H - Hoagland solution;
- 1.5H - 1.5-fold concentration of the Hoagland solution;
- 2H - double concentration of Hoagland solution;
- 2S - double sulfur concentration;
- SA 0 - salicylic acid, applied on the 1st day;
- MJ - methyl jasmonate, applied on the 1st day;
- SA 15 - Salicylic acid, applied on the 15th day;
- SA 20 - salicylic acid, applied on the 20th day;
- SA 25 - salicylic acid, applied on the 25th day.
2.1 Aeroponisches System2.1 Aeroponic system
In aeroponischen Systemen werden die Pflanzen mit Nährstoffen durch befeuchtete Luft versorgt. Die Wurzeln befinden sich in der Wachstumskammer, wo sie in kurzen Intervallen, für gewöhnlich Intervallen von wenigen Minuten mit dem Feuchtigkeitsnebel der Nährstofflösung besprüht wurden. Die Lösung wurde direkt aus ihrem Vorratstank über eine Pumpe entnommen und auf die Pflanzenwurzeln gesprüht. Die Pumpe wurde zeitlich präzise kontrolliert, so dass die Sprühzyklen exakt von wenigen Sekunden bis einige Minuten reichten.In In aeroponic systems, the plants are moisturized with nutrients Air supplied. The roots are in the growth chamber, where they are at short intervals, for usually Intervals of a few minutes were sprayed with the moisture mist of the nutrient solution. The solution was taken directly from their storage tank via a pump and sprayed on the plant roots. The pump was timely accurate controlled so that the spray cycles exactly from a few seconds to a few minutes were enough.
2.2.1 Aeroponisches System mit Sprühdüsen2.2.1 Aeroponic system with spray nozzles
Im aeroponischen System, das mit Sprühdüsen ausgestattet ist, wurden die Wurzeln in einem Nebel aus der Nährstofflösung gehalten. Der Nebel der Nährstofflösung enthält eine relative Luftfeuchtigkeit von nahezu 100 % und verhindert wirksam das Austrocknen der Pflanzenwurzeln. Im Rahmen der Erfindung wurde das aeroponische System mit Sprühdüsen des Typs Dan Fogger 7800, Dan Sprinklers, Kibbutz Dan Israel, verwendet. Die Nährstofflösung wurde mit der zweistufigen Zentrifugalpumpe CH-60 (Modell A-A-CVBV, Grundfos, Erkrath, Israel) von einem Speichertank über einen Bitron 15 Filter (Typ G15T8, Oase, Berlin, Deutschland) zu dem Anzuchtbett gepumpt. Von dort konnte die überschüssige Nährstofflösung zu dem Speichertank zurückgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde das aeroponische System mit Sprühdüsen kontinuierlich verwendet, d.h. die Nährstofflösung wurde konstant und kontinuierlich ohne Intervalle auf die Pflanzenwurzeln aufgesprüht. Diese Verwendung des aeroponischen Systems ist unüblich, aber die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Rübenwurzel sehr empfindlich gegenüber einem auftretenden Wassermangel reagiert. Der Druck der Pumpe betrug 2 bar, wobei im Stand der Technik für gewöhnlich 4 bar verwendet werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch herausgefunden, dass der im Stand der Technik verwendete Druck zu einer mechanischen Schädigung der Rübenwurzeln führt.in the aeroponic system equipped with spray nozzles the roots are kept in a mist of the nutrient solution. The fog of the Nutrient solution contains one relative humidity of nearly 100% and effectively prevents dehydration of plant roots. In the context of the invention, the aeroponic system with spray nozzles of the Type Dan Fogger 7800, Dan Sprinklers, Kibbutz Dan Israel. The nutrient solution was with the two-stage centrifugal pump CH-60 (Model A-CVBV, Grundfos, Erkrath, Israel) from a storage tank over a Bitron 15 filter (type G15T8, Oase, Berlin, Germany) too pumped to the breeding bed. From there, the excess nutrient solution could be returned to the storage tank. In the context of the present invention, the aeroponic system with spray nozzles continuously used, i. the nutrient solution became constant and continuous without intervals on the plant roots sprayed. This use of the aeroponic system is uncommon, but the Inventors of the present invention have found that the beet root very sensitive to responds to an occurring lack of water. The pressure of the pump was 2 bar, wherein in the prior art usually 4 bar are used. However, the inventors of the present invention have found that the pressure used in the prior art to a mechanical damage the root of the beet leads.
2.1.2 Aeroponisches System mit Defensor2.1.2 Aeroponic system with Defensor
Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete aeroponische System mit Defensor enthielt den Defensor des Typs 505, WMH Walter Meier Holding, Pfäffikon, Deutschland. Der rotierende bzw. drehende Zerstäuber bildete feinsten Nebel aus Nährstofflösung. Die Größe der Wasserpartikel im versprühten Nährstoffnebel beträgt ca. 5 bis 10 μm. Eine Zeitschaltuhr schaltete die Pumpe (Typ 505, Axair AG, Pfäffikon, Deutschland) für 15 Minuten bei einem 30-minütigen Intervall an. Der Defensor (Typ 505) selbst enthält einen rotierenden Kreisel (Zentrifuge), einen Raum in dem sich trockene Luft befindet, eine rotierende Platte sowie einen Feuchtigkeitsring, der die feuchte Luft als fein zerstäubten Feuchtigkeitsnebel (Aerosol) nach außen abgibt.The in the context of the present invention used aeroponic system with Defensor contained the Defensor type 505, WMH Walter Meier Holding, Pfäffikon, Germany. The rotating or rotating atomizer formed finest fog from nutrient solution. The Size of the water particles in the sprayed nutrient mist is about 5 to 10 microns. A timer switched the pump (Type 505, Axair AG, Pfäffikon, Germany) for 15 Minutes at a 30-minute Interval. The Defensor (Type 505) itself contains a rotating gyroscope (Centrifuge), a room where dry air is located rotating plate as well as a moisture ring that moisturizes Air as finely atomized Moisture mist (aerosol) emits to the outside.
2.2 Hydroponisches System2.2 Hydroponic system
Im hydroponischen System mit schwimmender Plattform und einem Belüftungssystem waren die Pflanzen direkt in der schwimmenden Plattform angeordnet, die auf der Oberfläche der Nährstofflösung schwamm. Das hydroponische System wurde durch einen Kompressor (Modell 40A-10011, Hiblo, Deutschland) belüftet. Der Kompressor blies Luft durch die Nährstofflösung in einer Fließgeschwindigkeit von ungefähr 100 ml/min. Insgesamt waren 10 Belüftungsröhrchen vorgesehen, die alle gleichzeitig betrieben wurden.in the hydroponic system with floating platform and a ventilation system the plants were located directly in the floating platform, the on the surface the nutrient solution floated. The hydroponic system was powered by a compressor (model 40A-10011, Hiblo, Germany). The compressor blew air through the nutrient solution at a flow rate from about 100 ml / min. A total of 10 ventilation tubes were provided, all operated at the same time.
3. Gewächshausbedingungen für das Pflanzenwachstum3. greenhouse conditions for the plant growth
3.1 Licht3.1 light
Die Pflanzen wurden mit einer Belichtung von 12 Stunden, die der Tagzeit entspricht von 8 Uhr morgens bis 8 Uhr abends und hV 400 μmol/m2s angezogen. Es wurden Quantensensoren (Modell Li-190 SZ, LI-COR Lincoln, Nebraska, USA) zum Messen der photosynthetisch wirksamen bzw. aktiven Strahlung verwendet. Wenn die natürliche Strahlung außerhalb des Gewächshauses 450 μmol/m2s überstieg, wurden die Pflanzen durch über ihnen angebrachte Jalousien bzw. Lamellen beschattet. Als künstliche Lichtquelle wurden SRG 140 (Philips, Deutschland) Lampen verwendet, die das Pflanzenwachstum mit Licht, das ein natürliches Spektrum aufweist, fördern. Die Lampen waren 1,5 m über den Wachstums- bzw. Kultivierungssystemen angebracht, und sie deckten ungefähr 2 m2 der Oberfläche pro Lampe ab.The plants were grown with an exposure of 12 hours corresponding to the daytime from 8 o'clock in the morning to 8 o'clock in the evening and hv 400 μmol / m 2 s. Quantum sensors (Model Li-190 SZ, LI-COR Lincoln, Nebraska, USA) were used to measure the photosynthetic or active radiation. When the natural radiation outside the greenhouse exceeded 450 μmol / m 2 s, the plants were shaded by louvers placed above them. As an artificial light source SRG 140 (Philips, Germany) lamps were used which promote plant growth with light that has a natural spectrum. The lamps were mounted 1.5 m above the growth or cultivation systems and covered about 2 m 2 of surface area per lamp.
3.2 Temperatur3.2 temperature
Die Lufttemperatur im Gewächshaus betrug 16°C während des Tages und 12°C während der Nacht. In der Wurzelzone überschritt die Temperatur die Lufttemperatur um ungefähr 1 bis 2°C. Das Gewächshaus wurde belüftet, wenn die Temperaturen die oben genannten Werte überschritten.The Air temperature in the greenhouse was 16 ° C while of the day and 12 ° C while the night. In the root zone exceeded the temperature the air temperature around 1 to 2 ° C. The greenhouse was ventilated, though the temperatures exceeded the above values.
3.3 Luftfeuchtigkeit3.3 Humidity
Die Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus erreichte 60 %. Sie wurde durch das Nebelsystem HNS (Typ 7, Osberma, Engelskirchen, Deutschland) mit HNS Düsen (Typ 07.1, Osberma, Engelskirchen, Deutschland) erreicht. Die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus wurden mit Entlüftern, Typ 77001 (Henrich Zeiseniss Wasser Technik, Herrsching, Deutschland) bestimmt und aufgenommen. Die Temperatur in den Wurzelzonen innerhalb der aeroponischen Systeme wurde mit dem Psychrometer PT 100 (Typ WTE 10, Geraberg GmbH, Geraberg, Deutschland) bestimmt und aufgenommen. Die Temperatur, die Belichtung und die Feuchtigkeitsbedingungen in der Wachstumskammer wurden mit RAM CC 600 Ausstattung (Typ DT 500, Ltd Rowville, Victoria, Australien) kontrolliert. Die Messungen wurden einmal pro Minute durchgeführt, und der Durchschnittsmittelwert wurde einmal pro Stunde gespeichert. Die gesamten oben genannten Bedingungen wurden konstant während des vegetativen Zeitraums aufrechterhalten.The Humidity in the greenhouse reached 60%. It was created by the fog system HNS (Type 7, Osberma, Engelskirchen, Germany) with HNS nozzles (type 07.1, Osberma, Engelskirchen, Germany). The temperature and humidity in the Glasshouse were with air vents, Type 77001 (Henrich Zeiseniss Water Technology, Herrsching, Germany) determined and recorded. The temperature in the root zones within The aeroponic systems were measured with the Psychrometer PT 100 (Typ WTE 10, Geraberg GmbH, Geraberg, Germany). The temperature, the exposure and the humidity conditions in the growth chamber were equipped with RAM CC 600 equipment (type DT 500, Ltd Rowville, Victoria, Australia). The measurements were performed once a minute, and the average mean was saved once an hour. The whole above Conditions became constant during of the vegetative period.
4. Herstellung der Exsudatproben4. Production the exudate samples
Es wurden jeweils vier Probenwiederholungen 1 l Probenlösung, welche die Pflanzenwurzelexsudate enthielt, von jedem System alle 10 Tage für das erste Experiment und alle 5 Tage beginnend am Tag 10 für das zweite und das dritte Experiment entnommen. Während der Probenentnahme wurden die Wurzeln zusätzlich mit der Lösung des Wachstums- bzw. Kultivierungssystems unter Verwendung des Kompressors (Typ 3590, Agrotop GmbH, Obertraubling, Deutschland) gewaschen. Zu der Probenlösung wurden 20 μM/l AgNO3 zugegeben, um die Zerstörung der Glucosinolate durch das Enzym Myrosinase, die ebenfalls in das Wachstumsmedium abgegeben wird, zu verhindern. AgNO3 stoppt nachweislich die Aktivität von Myrosinase. Nach der Probenentnahme wurde die Nährstofflösung in jedem System erneuert. Die Proben wurden zunächst unter Verwendung von Papierfiltern (N 604, Schleicher und Schuell, Dassel, Deutschland) gefiltert. Die Exsudatproben wurden durch Scaleup Ultrafiltration und reverse Osmose im Tangentialfluss Filtrationssystem (ProScale System mit Helicon-RO-4 Spi ralwickelmodule, die eine Nanomax-95 Membran, erhalten von Millipore GmbH, Eschborn, Deutschland) verarbeitet. Die Proben wurden anschließend in 600 ml Glasflaschen (Christ, Osterode am Harz, Deutschland) übertragen, bei –28°C gefroren und gefriergetrocknet.Four replicate samples each of 1 L of sample solution containing plant root exudates were taken from each system every 10 days for the first experiment and every 5 days beginning on day 10 for the second and third experiments. During the sampling, the roots were additionally washed with the solution of the growth or cultivation system using the compressor (Type 3590, Agrotop GmbH, Obertraubling, Germany). 20 μM / l AgNO 3 was added to the sample solution in order to prevent the destruction of the glucosinolates by the enzyme myrosinase, which is also released into the growth medium. AgNO 3 has been shown to stop the activity of myrosinase. After Sampling, the nutrient solution was renewed in each system. The samples were first filtered using paper filters (N 604, Schleicher and Schuell, Dassel, Germany). The exudate samples were processed by scaleup ultrafiltration and reverse osmosis in the tangential flow filtration system (ProScale System with Helicon-RO-4 spiral wrap modules containing a Nanomax-95 membrane, obtained from Millipore GmbH, Eschborn, Germany). The samples were then transferred to 600 ml glass bottles (Christ, Osterode am Harz, Germany), frozen at -28 ° C and freeze-dried.
Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 250 bis 2000 Da wurden ausgewählt und konzentriert, und monovalente Salze wurden aus der Lösung entfernt. Das im Rahmen der Erfindung durchgeführte Verfahren zur Herstellung der Exsudatproben benötigt weniger Schritte als das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von oberirdischem Pflanzenmaterial. Die klassischen Herstellungsverfahren umfassen die Schritte des Reinigens, Einfrierens und Gefriertrocknens, des Mahlens und des Extrahierens der benötigten Verbindungen. Im Rahmen der Erfindung wurde ein zusätzlicher Verfahrensschritt in das Verfahren zur Herstellung der Exsudatproben für die HPLC eingeführt. Der Zusatzschritt umfasst die Präfiltration und die Konzentration der Flüssigkeit. Dennoch werden die herkömmlichen Schritte des Mahlens und des Extrahierens des Pflanzenmaterials vermieden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Stand der Technik Vorteile besitzt.links having a molecular weight of 250 to 2000 Da were selected and concentrated and monovalent salts were removed from the solution. The process carried out in the context of the invention for the production the exudate samples needed less steps than the conventional one Process for the production of above-ground plant material. The classical manufacturing processes include the steps of cleaning, Freezing and freeze-drying, grinding and extracting the needed Links. In the context of the invention was an additional Process step in the process for preparing the exudate samples for the HPLC introduced. The additional step includes prefiltration and the concentration of the liquid. Nevertheless, the conventional Steps of grinding and extracting the plant material avoided, so that the inventive method over the Prior art has advantages.
5. Glucosinolat Extraktion und Bestimmung durch HPLC5. Glucosinolate Extraction and determination by HPLC
Für die Bestimmung der Glucosinolate durch HPLC wurde das HPLC Verfahren nach Krumbein et al. (2005) verwendet. Gefriergetrocknetes Probenmaterial, das aus getrockneten Substanzen von 1 l der Lösung mit Exsudaten bestand, wurde erhitzt und bei 75°C für 1 min. inkubiert, mit 4 ml eines Methanol/Wassergemisches (v/v = 7:3; T = 70°C) extrahiert und nach dem Hinzufügen von 1 ml 0,4 M Bariumacetat bei 400 rpm für 10 min. zentrifugiert. Der Rückstand wurde noch 2x mit 30 ml Methanol/Wassergemisch (v/v = 7:3; T = 70°C) extrahiert. Das extrahierte Material wurde vereinigt und auf 10 ml aufgefüllt. Davon wurden 5 ml des Extrak tes auf einen 250 μl DEA-Sephadex A-25 Ionenaustauscher (mit Essigsäure aktiviert, Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) aufgetragen und mit 10 ml doppelt destilliertem Wasser gespült. Als nächstes wurden 250 μl einer gereinigten Lösung von Arylsulfatase (Boehringer-Mannheim GmbH, Mannheim, Deutschland) aufgebracht und für 12 h auf dem Austauscher belassen, bevor die Desulfoverbindungen mit 5 ml doppelt destilliertem Wasser eluiert wurden. Die Desulfoglucosinolat Analyse wurde durch HPLC (Merck HPLC Pumpe L-7100, DAD Detektor L-7455, automatische Probenverarbeitung AS-7200 und HPLC Manager Software D-7000) unter Verwendung einer Spherisorb ODS2 Säule (5 μm, 250 × 4 mm) durchgeführt. Es wurde ein Gradient von 0–20 % Acetonitril in Wasser für 2 bis 34 min., gefolgt von 20 % Acetonitril in Wasser bis zur 40sten Minute und anschließend 100 % Acetonitril für 10 min. bis zur 50sten Minute gewählt. Die Bestimmung wurde bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,3 ml/min und einer Wellenlängen von 229 nm durchgeführt. Sinigrin (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland) und Glucotropaeolin (AppliChem GmbH, Darmstadt, Deutschland) wurden als Standards verwendet.For the determination the glucosinolate by HPLC became the Krumbein HPLC method et al. (2005). Freeze-dried specimen that consisted of dried substances of 1 l of the solution with exudates, was heated and at 75 ° C for 1 min. incubated with 4 ml of a methanol / water mixture (v / v = 7: 3, t = 70 ° C) extracted and after adding of 1 ml of 0.4 M barium acetate at 400 rpm for 10 min. centrifuged. Of the Residue was extracted twice more with 30 ml of methanol / water mixture (v / v = 7: 3, T = 70 ° C). The extracted material was combined and made up to 10 ml. From that 5 ml of the extract was applied to a 250 μl DEA-Sephadex A-25 ion exchanger (with acetic acid activated, Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany) applied and rinsed with 10 ml of double distilled water. When next 250 μl a purified solution of arylsulfatase (Boehringer-Mannheim GmbH, Mannheim, Germany) and for 12 h on the exchanger before desulfo compounds are doubly distilled with 5 ml Water were eluted. The desulfoglucosinolate analysis was performed by HPLC (Merck HPLC pump L-7100, DAD detector L-7455, automatic Sample Processing AS-7200 and HPLC Manager Software D-7000) Using a Spherisorb ODS2 column (5 μm, 250 × 4 mm). It became a gradient of 0-20 % Acetonitrile in water for 2 to 34 min., Followed by 20% acetonitrile in water until the 40th Minute and then 100% acetonitrile for 10 min. elected until the 50th minute. The provision was included a flow rate of 1.3 ml / min and one wavelengths performed by 229 nm. Sinigrin (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany) and glucotropaeolin (Appli. Chem GmbH, Darmstadt, Germany) were used as standards.
Die einzelnen Glucosinolate wurden durch Vergleich ihrer Retentionszeiten (Rückhaltezeiten) mit einzelnen Glucosinolaten in den Rapsölsamen (BCR-190C und BCR-367 R), die als Standardreferenzmaterialien verwendet wurden, identifiziert. Der Glucosinolat Gehalt wurde unter Verwendung von Sinigrin als internem Standard und dem Response Faktor (Antwortfaktor) jeder Verbindung im Vergleich zu Sinigrin berechnet. Die Bestimmung der Glucosinolate wurde jeweils doppelt durchgeführt, und die Konzentrationen der Glucosinolate wurden als mg exsudierte Glucosinolate pro Pflanze ausgedrückt. Die Daten zeigen die Dynamik des Glucosinolat Gehalts sowohl in Pflanzen als auch in Exsudaten während des Versuchs ebenso wie in den Exsudaten, die während des 30 Tage andauernden Experiments gesammelt wurden.The Individual glucosinolates were compared by comparing their retention times (Retention times) with individual glucosinolates in the rapeseed oilseeds (BCR-190C and BCR-367R) used as standard reference materials were identified. The glucosinolate content was determined using Sinigrin as internal standard and the response factor (response factor) calculated each compound compared to Sinigrin. The determination the glucosinolates were each done twice, and the concentrations The glucosinolates were expressed as mg exuded glucosinolates per plant expressed. The data show the dynamics of glucosinolate content in both Plants as well as in exudates during of the experiment as well as in exudates lasting during the 30 days Experiments were collected.
Die in Rüben (Brassia rapa) vorkommenden Glucosinolate sind in Tabelle 2 dargestellt.The in turnips (Brassia rapa) occurring glucosinolates are shown in Table 2.
Tabelle 2: Glucosinolate in Rüben Table 2: Glucosinolates in beet
Der jeweilige Glucosinolat Gehalt wurde über die jeweiligen Peakflächen unter Verwendung von Sinigrin als internem Standard und dem Response Faktor jeder Verbindung relativ zu Sinigrin berechnet. Der Gehalt der Glucosinolate in Exsudaten einer Pflanze wurde durch die folgende Formel berechnet:
- Cex:
- Gehalt an einzelnen Desulfoglucosinolaten in Exsudaten pro mg Pflanze
- Vol:
- Volumen der Lösung im System in l
- Npl:
- Menge der Pflanzen im System pro Pflanze
- C:
- Gehalt an einzelnen Deslufoglucosinolaten in der Lösung aus dem Gesamtsystem in mg, wobei
- S:
- Quadrat der Peakfläche von Desulfoglucosinolaten
- Sis:
- Quadrat der Peakfläche des internen Standards
- RF:
- Response Faktor von Desulfoglucosinolat
- RFis:
- Response Faktor des internen Standards
- Nis:
- Menge des internen Standards in mg/l
- Vol':
- Probenvolumen in l.
- Cex:
- Content of individual desulfoglucosinolates in exudates per mg of plant
- vol:
- Volume of solution in the system in l
- nPL:
- Quantity of plants in the system per plant
- C:
- Content of individual Deslufoglucosinolaten in the solution from the total system in mg, where
- S:
- Square the peak area of desulfoglucosinolates
- Sis:
- Square of the peak area of the internal standard
- RF:
- Response factor of desulfoglucosinolate
- RFI:
- Response factor of the internal standard
- Nis:
- Amount of internal standard in mg / l
- Vol ':
- Sample volume in l.
Das Frischgewicht, das getrocknete Material, das Gesamtgewicht sowie die einzelnen Glucosinolat Gehalte in Pflanzen und Exsudaten wurden unter Verwendung von beschreibender Statistik und Varianzanalyse verrechnet. Der Mittelwertvergleich erfolgte nach dem Tukey's Honest Significant Difference Test (HSD, Signifikanzlevel α = 0,05). Alle statistischen Analysen wurden mit StatisticaTM für WindowsTM (Version 6.1, Statstoft Inc.) durchgeführt.The fresh weight, the dried material, the total weight and the individual glucosinolate contents in plants and exudates were calculated using descriptive statistics and analysis of variance. The mean comparison was performed according to the Tukey's Honest Significant Difference Test (HSD, significance level α = 0.05). All statistical analysis was done with Statistica TM for Windows TM (Version 6.1, Statstoft Inc.).
7. Pflanzenwachstum bei unterschiedlicher Nährstoffversorgung7. Plant growth with different nutrient supply
Die Erfinder haben zunächst eine Nährlösung ausgewählt, die ein ausreichendes Wachstum der Pflanzen von Brassica rapa sicherstellt. Diese Lösung wurde zur Steigerung des Glucosinolat Gehalts in Pflanzen ebenso wie in Exsudaten erfindungsgemäß modifiziert. Als Ausgangsnährlösung für das Wachstum von Rüben (Brassica rapa) wurde die Hoagland Lösung gewählt. Tabelle 3 zeigt die Bestandteile der Hoagland Lösung und ihre Modifikationen. Tabelle 3: Hoagland Lösung und ihre Modifikationen
- 1H: Ausgangs Hoagland Lösung (1-fach)
- 2H: 2-fach konzentrierte Hoagland Lösung
- 2H2S:2-fach konzentrierte Hoagland Lösung plus zweifach gesteigerte Schwefelkonzentration
- 1H: output Hoagland solution (1-fold)
- 2H: 2-fold concentrated Hoagland solution
- 2H2S: 2-fold concentrated Hoagland solution plus twice the sulfur concentration
Die Salze können als zwei Einzellösungen (A und B) vorbereitet und gelagert werden. Unmittelbar vor dem Gebrauch werden die beiden Lösungen vereinigt.The Salts can as two individual solutions (A and B) are prepared and stored. Immediately before use become the two solutions united.
Der Nährstoffgehalt der Ausgangs Hoagland Lösung wurde erhöht, weil die Erfinder an Rüben (Brassica rapa), die in Hoagland Lösung angezogen wurden, eine Gelbfärbung der Blätter (Chlorose) beobachtet haben. Aufgrund dieser Tatsache wurde die Nährstoffkonzentration in der Hoagland Lösung erhöht, wobei darauf geachtet wurde, dass eine Ausgewogenheit zwischen den einzelnen Bestandteilen bestehen blieb. Die Rübenpflanzen benötigten hohe Mengen an Schwefel in einem ausgewogenen Verhältnis zum Stickstoff. Dieser gesteigerte Schwefelbedarf von Pflanzen der Familie Brassicaceae war überraschend und wurde im Rahmen dieser Erfindung beobachtet und analysiert. Die Erfinder haben deshalb eine 2-fach konzent rierte Hoagland Lösung, die eine 2-fach gesteigerte Schwefelkonzentration enthält, hergestellt und verwendet.Of the nutrient content the output Hoagland solution has been raised, because the inventors of turnips (Brassica rapa), which were grown in Hoagland solution, one yellowing the leaves (Chlorosis). Because of this fact, the nutrient concentration in the Hoagland solution elevated, Care was taken to ensure that a balance between the individual components remained. The beet plants needed high Amounts of sulfur in a balanced ratio to nitrogen. This heightened Sulfur requirement of plants of the family Brassicaceae was surprising and was observed and analyzed within the scope of this invention. The inventors therefore have a 2-fold concentrated Hoagland solution, the contains a 2-fold increased sulfur concentration and used.
8. Verwendung von Elicitoren8. Use of elicitors
Als Elicitoren wurden Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ) verwendet. Salicylsäure wurde in einer Konzentration von 1,1 mg/l (= 110,0 mg/l) verwendet, während Methyljasmonat in einer Konzentration von 100 μg/l verwendet wurde. Beide Substanzen wurden von Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Deutschland bezogen. Die Elicitoren wurden zu der Nährstofflösung zu Beginn des Pflanzenwachstums in den aeroponischen Systemen gegeben, obwohl in vorhergehenden Studien (Van Dam et al., 2003) gezeigt wurde, dass eine Behandlung der Blätter mit Elicitoren den Glucosinolat Gehalt im Spross, aber nicht in den Wurzeln steigerte.When Elicitors were salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ). Salicylic acid was in a concentration of 1.1 mg / L (= 110.0 mg / L), while methyl jasmonate in one Concentration of 100 μg / l has been used. Both substances were obtained from Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Germany. The elicitors became too the nutrient solution too Beginning of plant growth in aeroponic systems, although shown in previous studies (Van Dam et al., 2003) was that treating the leaves with elicitors the glucosinolate Salary in the shoot, but not increased in the roots.
9. Ergebnisse9. Results
9.1 Gesamt Glucosinolate9.1 Total glucosinolates
Der Gesamt Glucosinolat Gehalt ebenso wie der Gehalt an individuellen aliphatischen, aromatischen und Indolglucosinolaten wurde quantitativ in den Blättern, primären Wurzeln, sekundären Wurzeln und Exsudaten von Pflanzen der Ordnung Capparales, insbesondere Rübenpflanzen (Brassica rapa) bestimmt. Als Vertreter der aliphatischen Glucosinolate wurden Progoitrin, Gluconapin, Gluconapoleiferin und Glucobrasscianapin bestimmt. Gluconasturtiin wurde als Vertreter der aromatischen Glucosinolate bestimmt. Als prominente Vertreter der Indolglucosinolate wurden 4-Hydroxy-Glucobrassicin, 4-Methoxy-Glucobrassicin, Neoglucobrassicin und Glucobrassicin analysiert. Der Gesamtgehalt der Glucosinolate in Pflanzen und ihren Exsudaten nach 30 Tagen betrug 22,1 mg/Pflanze für die Kontrollbehandlung, und sie war um ca. ein Drittel für die Behandlung mit den Elicito ren Salicylsäure (Sa) und Methyljasmonat (MJ) erhöht, wobei die Werte jeweils 30,1 und 30,7 mg/Pflanze betrugen. Der Glucosinolat Gehalt, der in Exsudaten gefunden wurde, stieg von 4,6 mg/Pflanze (Kontrolle) auf 7,8 bzw. 7,3 mg/Pflanze für die Salicylsäure bzw. Methyljasmonat Behandlungen an. Die Erfinder nehmen an, das der Anstieg der Glucosinolate in den Exsudaten in der Freisetzung von Pflanzenabwehrstoffen, die durch das Zugeben des Elicitors ausgelöst werden, begründet ist.The total glucosinolate content as well as the content of individual aliphatic, aromatic and indole glucosinolates was quantified in the leaves, primary roots, secondary roots and exudates of plants of the order Capparales, in particular beet plants (Brassica rapa). Progoitrin, gluconapine, gluconapoleiferin and glucobrasscianapine were determined as representatives of the aliphatic glucosinolates. Gluconasturtiin was determined as a representative of the aromatic glucosinolates. Prominent representatives of indol glucosinolates were 4-hydroxyglucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, neoglucobrassicin and glucobrassicin. The total content of glucosinolates in plants and their exudates after 30 days was 22.1 mg / plant for the control treatment, and was increased by about one-third for treatment with the elicited salicylic acid (Sa) and methyl jasmonate (MJ), respectively the values were 30.1 and 30.7 mg / plant, respectively. The glucosinolate content found in exudates increased from 4.6 mg / plant (control) to 7.8 and 7.3 mg / plant for salicylic acid and methyl jasmonate treatments, respectively at. The inventors believe that the increase in glucosinolates in the exudates is due to the release of plant defense products triggered by the addition of the elicitor.
Die Behandlung mit Salicylsäure und Methyljasmonat steigerte den Glucosinolat Gehalt in sekundären Wurzeln auf 10,2 bzw. 7,8 mg/Pflanze, was einer Steigerung von 2,1- bzw. 1,8-fach gegenüber der Kontrollbehandlung (4,8 mg/Pflanze) entsprach. Methyljasmonat konnte den Glucosinolat Gehalt in Blättern bis zu 6,1 mg/Pflanze (1,7-fach) steigern, wohingegen die Salicylsäure Behandlung zu einem niedrigeren Wert (3,6 mg/Pflanze) als in der Kontrolle führte. Die Erfinder nehmen an, dass diese Ergebnisse durch gesteigerte Expression von Genen, die in die Glucosinolat Synthese involviert sind ebenso erklärt werden können wie durch die Mobilisierung der Glucosinolate vom Spross durch Phloem Transport in die Wurzeln. Die Änderungen der metabolischen Profile der aliphatischen, aromatischen und Indolglucosinolate, die durch Salicylsäure und Methyljasmonat Behandlungen bewirkt wurden, waren signifikanter in den Exsudaten als in den Pflanzengeweben. Die Erfinder nehmen an, dass dies auf die Elicitor induzierte Rhizosekretion, die auf einer de novo Synthese der sekundären Metaboliten und nicht auf einem Elicitor induzierten Verlust aus den Wurzelgeweben beruht, zurückzuführen ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4 Glucosinolate in Pflanzen und Exsudaten (mg/Pflanze)
- Aliphatische Glucosinolate: Gluconapin, Progoitrin, Glucobrassicanapin, Gluconapoleiferin;
- Aromatische Glucosinolate: Gluconasturtiin
- Indolglucosinolate: Glucobrassicin, 4-Hydroxy-Glucobrassicin, 4-Methoxy-Glucobrassicin, Neoglucobrassicin
- Aliphatic glucosinolates: gluconapine, progoitrin, glucobrassicanapine, gluconapoleiferin;
- Aromatic glucosinolates: gluconasturtiin
- Indol Glucosinolates: Glucobrassicin, 4-Hydroxyglucobrassicin, 4-Methoxyglucobrassicin, Neoglucobrassicin
Die
Unterschiede wurden für
jede Behandlung ermittelt, insbesondere für die Kontrolle die SA- und MJ-Behandlung,
ebenso wie für
jedes Pflanzenorgan und für
die Exsudate. Die Werte, die von demselben Buchstaben gefolgt werden
(a, b, c) sind nicht signifikant unterschiedlich.
nnwb: nicht
nachweisbarThe differences were determined for each treatment, in particular for the control of the SA and MJ treatment, as well as for each plant organ and for the exudates. The values followed by the same letter (a, b, c) are not significantly different.
nnwb: not detectable
9.2 Aliphatische Glucosinolate9.2 Aliphatic glucosinolates
Die aliphatischen Glucosinolate waren die Hauptklasse der Glucosinolate in Rübenpflanzen (Brassica rapa) und in Exsudaten der Kontrolle mit 12,2 mg/Pflanze, während der Gehalt der aromatischen und Indolglucosinolate 3,0 bzw. 6,6 mg/Pflanze betrug (Tabelle 4). Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass Brassica rapa ein Glucosinolat Profil aufweist, das Butenyl- und Pentenylglucosinolate und ihre hydroxylierten Homologe umfasst. Progoitrin ist das am häufigsten in der Rübe identifizierte aliphatische Glucosi nolat. Seine Konzentration erreichte 4,6 mg/Pflanze in Pflanzen und Exsudaten für die Kontrollbehandlung (Tabelle 5). Die Verabreichung von Salicylsäure und Methyljasmonat erniedrigte den Progoitrin Gehalt in Pflanzen und Exsudaten auf 2,5 bzw. 2,6 mg/Pflanze. Der Progoitrin Gehalt, der in Exsudaten nach einer Methyljasmonat Behandlung gefunden wurde, war gleich zu der Kontrollbehandlung, nämlich 0,6 mg/Pflanze, während er nach einer Salicylsäure Behandlung auf 0,4 mg/Pflanze abfiel. In den Pflanzen fiel der Progoitrin Gehalt hauptsächlich auf Kosten der primären Wurzeln, was bedeutete, dass sein Gehalt in der Kontrolle 2,5 mg/Pflanze betrug, im Vergleich zu 1,2 mg/Pflanze für die Salicylsäure Behandlung und 1,4 mg/Pflanze für die Methyljasmonat Behandlung.The aliphatic glucosinolates were the major class of glucosinolates in beet plants (Brassica rapa) and exudates of the control at 12.2 mg / plant, while the levels of the aromatic and indol glucosinolates were 3.0 and 6.6 mg / plant, respectively (Table 4). , The present results show that Brassica rapa has a glucosinolate profile comprising butenyl and pentenyl glucosinolates and their hydroxylated homologues. Progoitrin is the most commonly identified in the turnip aliphatic Glucosi nolat. Its concentration reached 4.6 mg / plant in plants and exudates for control treatment (Table 5). The administration of salicylic acid and methyl jasmonate lowered the progoitrin content in plants and exudates to 2.5 or 2.6 mg / plant. The progoitrin content found in exudates after a methyl jasmonate treatment was equal to the control treatment, 0.6 mg / plant, while it dropped to 0.4 mg / plant after salicylic acid treatment. In the plants the progoitrin content fell mainly at the expense of the primary roots, which meant that its content in the control was 2.5 mg / plant, compared to 1.2 mg / plant for the salicylic acid treatment and 1.4 mg / Plant for the methyl jasmonate treatment.
Dieselben Veränderungen wurden auch für Gluconapin beobachtet, wo der Gesamtgehalt in Pflanzen und in Exsudaten 1,7 mg/Pflanze in der Kontrolle im Vergleich zu 1,1 mg/Pflanze für die Salicylsäure Behandlung und 1,3 mg/Pflanze für die Methyljasmonat Behandlung erreichte (Tabelle 5).the same changes were also for Gluconapine observed where the total content in plants and in exudates 1.7 mg / plant in the control compared to 1.1 mg / plant for the salicylic acid treatment and 1.3 mg / plant for the methyl jasmonate treatment reached (Table 5).
Der Gehalt an Gluconapoleiferin und Glucobrassicanapin in beiden Pflanzen und Exsudaten betrug 2,0 bzw. 1,2 mg/Pflanze für die Kontrolle. Diese Werte wurden durch eine Salicylsäure Behandlung nicht beeinflusst. Jedoch steigerte eine Methyljasmonat Behandlung den Gehalt an Gluconapoleiferin auf 1,3 mg/Pflanze, während die Methyljasmonat Behandlung den Glucobrassicanapin Gehalt auf 2,4 mg/Pflanze in den Pflanzen und den Exsudaten steigerte. Der größte Anstieg wurde in den Blättern beobachtet, wo Gluconapoleiferin einen Wert von 0,9 mg/Pflanze und Glucobrassicanapin einen Gehalt von 1,1 mg/Pflanze, jeweils nach der Methyljasmonat Verabreichung im Vergleich zu 0,6 bzw. 0,1 mg/Pflanze für die Kontrolle erreichten. Die Ergebnisse der Analysen der aliphatischen Glucosinolate sind in Tabelle 5 gezeigt.Of the Content of gluconapoleiferin and glucobrassicanapine in both plants and exudates were 2.0 and 1.2 mg / plant for the control, respectively. These values were by a salicylic acid Treatment not affected. However, a methyl jasmonate increased Treatment of the content of gluconapoleiferin to 1.3 mg / plant, while the Methyl jasmonate treatment the glucobrassicanapine content to 2.4 increased mg / plant in the plants and the exudates. The biggest increase was in the leaves observed where gluconapoleiferin has a value of 0.9 mg / plant and Glucobrassicanapine has a content of 1.1 mg / plant, respectively the methyl jasmonate administration compared to 0.6 or 0.1 mg / plant for the Reached control. The results of analyzes of aliphatic Glucosinolates are shown in Table 5.
Tabelle 5: Aliphatische Glucosinolate in Pflanzen und Exsudaten (mg/Pflanze) Table 5: Aliphatic glucosinolates in plants and exudates (mg / plant)
Die Unterschiede wurden für jede Behandlung ermittelt, insbesondere die Kontrolle, Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ), jeweils für jedes Pflanzenorgan ebenso wie die Exsudate. Die Werte, die jeweils von demselben Buchstaben (a, b, c) gefolgt werden, sind nicht signifikant verschieden.The Differences were made for each treatment determines, in particular the control, salicylic acid (SA) and Methyl jasmonate (MJ), each for every plant organ as well as the exudates. The values, respectively followed by the same letter (a, b, c) are not significant different.
Die Gls-elong Gene von Brassica rapa regulieren die Bildung von Elongase, was zur Kettenverlängerung von synthetisierten Glucosinolaten führt. Dies könnte das Verhältnis von Butenyl- zu Pentenylglucosinolaten in Pflanzen und Exsudaten von Brassica rapa von 2:1 in den Kontrollbehandlungen (6,2 : 3,1 mg/Pflanze) erklären (siehe Tabelle 6). Das Verhältnis von Butenyl- zu Pentenylglucosinolaten in Pflanzen und Exsudaten änderte sich jedoch dramatisch unter dem Einfluss von Salicylsäure und Methyljasmonat. Das Verhältnis betrug 1,1 : 1 (3,7 : 3,3 mg/Pflanze) bei Salicylsäure und 0,8 : 1 (3,9 : 4,7 mg/Pflanze) bei Methyljasmonat. Die Erfinder gehen davon aus, dass die Elicitoren die Expression der Gls-elong Gene nach der Verabreichung der Elicitoren beeinflussen. Die Alkenylglucosinolate Gluconapin und Glucobrassicanapin durchlaufen eine Hydroxylierung und damit eine Umwandlung in die Hydroxyalkenylglucosinolate Progoitrin und Gluconapoleiferin. Das Verhältnis von Hydroxyalkenylglucosinolaten zu Alkenylglucosinolaten betrug 2,3 : 1 für die Kontrollbehandlungen (6,6 : 2,9 mg/Pflanze). Jedoch änderte sich das Verhältnis auf 1,8 : 1 (4,5 : 2,5 mg/Pflanze) in Pflanzen und Exsudaten nach einer Salicylsäure Behandlung und auf 1,4 : 1 (4,9 : 3,6 mg/Pflanze) in Pflanzen und Exsudaten nach einer Methyljasmonat Behandlung. Die Erfinder nehmen an, dass die Elicitoren die Herunterregulation der Gls-oh Gene bewirken, die den Gehalt der Alkenylglucosinolate für die Salicylsäure- und Methyljasmonat Behandlungen reduzierten und die Hydroxyalkenylglucosinolate nach der Methyljasmonat Behandlung erhöhten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Tabelle 6: Zusammenhang zwischen den Subklassen von aliphatischen Glucosinolaten in Pflanzen und Exsudaten (mg/Pflanze)
- Butenylglucosinolate: Gluconapin und Progoitrin
- Pentenylglucosinolate: Glucobrassicanapin und Gluconapoleiferin
- Hydroxylalkenylglucosinolate: Progoitrin und Gluconapoleiferin
- Alkenylglucosinolate: Glucobrassicanapin und Gluconapin
- Butenyl glucosinolates: gluconapine and progoitrin
- Pentenylglucosinolates: glucobrassicanapine and gluconapoleiferin
- Hydroxoalkenyl glucosinolates: progoitrin and gluconapoleiferin
- Alkenyl glucosinolates: glucobrassicanapine and gluconapine
9.3 Aromatische Glucosinolate9.3 Aromatic glucosinolates
Gluconasturtiin war das einzige aromatische Glucosinolat, das in Brassica rapa nachweisbar ist. Sein Gehalt erreichte in Kontrolipflanzen und Exsudaten Werte von 3,0 mg/Pflanze und stieg auf 7,8 (2,6-fach) nach einer Salicylsäure Behandlung und sogar auf 9,1 mg/Pflanze (3,0-fach) nach einer Methyljasmonat Behandlung (Tabelle 4). Dieser Anstieg ist insbesondere in primären Wurzeln der Pflanzen beachtlich. Dort stieg der Gehalt des aromatischen Glucosinolats Gluconasturtiin von Werten von 0,6 mg/Pflanze auf 3,4 mg/Pflanze nach einer Salicylsäure Behandlung und auf 3,8 mg/Pflanze nach einer Methyljasmonat Behandlung. In den Exsudaten der Kontrollbehandlung betrug der Gluconasturtiin Gehalt 1,1 mg/Pflanze und stieg auf 1,8 bzw. 1,9 mg/Pflanze nach der Verabreichung von Salicylsäure bzw. Methyljasmonat. Dies bedeutet einen 60 bzw. 70 % Anstieg im Vergleich zu der Kontrolle.gluconasturtiin was the only aromatic glucosinolate that was detectable in Brassica rapa is. His salary reached levels in controls and exudates of 3.0 mg / plant and rose to 7.8 (2.6-fold) after salicylic acid treatment and even to 9.1 mg / plant (3.0-fold) after a methyl jasmonate Treatment (Table 4). This increase is especially in primary roots the plants considerable. There the content of the aromatic rose Glucosinolate gluconasturtiin of values of 0.6 mg / plant 3.4 mg / plant after salicylic acid treatment and at 3.8 mg / plant after a methyl jasmonate treatment. In the exudates In the control treatment, the gluconasturtiin content was 1.1 mg / plant and rose to 1.8 and 1.9 mg / plant after administration of salicylic acid or methyl jasmonate. This means a 60 or 70% increase in the Compared to the control.
Interessanterweise waren aromatische Glucosinolate in den Blättern nur nach Verabreichung der Elicitoren nachweisbar (SA: 0,4 mg/Pflanze und MJ: 0,6 mg/Pflanze). Diese Beobachtung lässt die Erfinder vermuten, dass die Elicitoren das Auftreten von Glucosinolaten in Organen bewirken, in denen sie zuvor nicht anwesend waren. Die Erfinder vermuten weiter, dass der Anstieg der aromatischen Glucosinolate in allen Pflanzenteilen nach der Verabreichung der Elicitoren über die Induktion von CYP79A2 erklärt werden kann, das Phenylalanin in aromatische Aldoxime umwandelt und gleichmäßig in Blättern und Wurzeln exprimiert wird.Interestingly, were aromatic glucosinolates in the leaves only after administration the elicitors detectable (SA: 0.4 mg / plant and MJ: 0.6 mg / plant). This observation leaves The inventors suspect that the elicitors may be the cause of glucosinolates in organs in which they were not present before. The Inventors further suggest that the increase in aromatic glucosinolates in all plant parts after the administration of the elicitors over the Induction of CYP79A2 explained which converts phenylalanine into aromatic aldoxime and even in leaves and Roots is expressed.
9.4 Indolglucosinolate9.4 Indol Glucosinolates
In diesem Experiment betrug der Gesamtgehalt an Indolglucosinolat in den Pflanzen 5,1 mg/Pflanze und 1,5 mg/Pflanze in den Exsudaten für die Kontrollbehandlung (Tabelle 4). Beide Elicitoren bewirkten einen Anstieg des Indolglucosinolat Gehalts in Pflanzen (SA: 9,3 mg/Pflanze (2,2-facher Anstieg) und MJ: 7,7 mg/Pflanze (1,8-facher Anstieg)). Der Effekt war am deutlichsten in den sekundären Wurzeln (SA: 6,3 mg/Pflanze (2,7-facher Anstieg) und MJ: 3,9 mg/Pflanze (1,7-facher Anstieg)) und in den Exsudaten (SA: 4,9 mg/Pflanze (3,3-facher Anstieg) und MJ: 4,2 mg/Pflanze (2,8-facher Anstieg)) (Tabelle 4).In In this experiment, the total content of indole glucosinolate in the plants 5.1 mg / plant and 1.5 mg / plant in the exudates for the Control treatment (Table 4). Both elicitors caused a rise of indole glucosinolate content in plants (SA: 9.3 mg / plant (2.2-fold Increase) and MJ: 7.7 mg / plant (1.8-fold increase)). The effect was most evident in the secondary roots (SA: 6.3 mg / plant (2.7-fold increase) and MJ: 3.9 mg / plant (1.7-fold increase)) and in the exudates (SA: 4.9 mg / plant (3.3-fold increase) and MJ: 4.2 mg / plant (2.8-fold Increase)) (Table 4).
Die Indolglucosinolate, die in Brassica rapa vorkommen, sind 4-Hydroxy-Glucobrassicin, 4-Methoxy-Glucobrassicin und Neoglucobrassicin. Dies sind Derivate von Glucobrassicin, nachdem es die Hydroxylierung und Methoxylierung durchlaufen hat. In den Experimenten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, induzierte die Salicylsäure- und Methyljasmonat Verabreichung auch einen spezifischen Anstieg des Indolglucosinolat Gehalts (Tabelle 7). Jedoch ist es wichtig anzumerken, dass die Elicitoren die einzelnen Indolglucosinolate in unterschiedlichen Ausmaßen beeinflussten. Salicylsäure steigerte den Gehalt von Glucobrassicin, 4-Methoxy-Glucobrassicin und Neoglucobrassicin in Pflanzen sehr viel stärker als Methyljasmonat. In den Pflanzen und den Exsudaten für die Kontrolle wurden 1,3 mg/Pflanze Glucobrassicin und 3,3 mg/Pflanze Neoglucobrassicin beobachtet. Überraschenderweise wurden nach der Elicitoren Behandlungen sehr viel höhere Mengen beobachtet, nämlich 3,4 mg/Pflanze Glucobrassicin und 2,2 mg/Pflanze 4-Methoxy-Glucobrassicin nach Salicylsäure Behandlung und 2,6 mg/Pflanze Glucobrassicin und 1,3 mg/Pflanze 4-Methoxy-Glucobrassicin nach Methyljasmonat Behandlung. Der Anstieg des Glucobrassicin Gehalts fand hauptsächlich in den sekundären Wurzeln statt. Die Werte betrugen 0,3 mg/Pflanze für die Kontrolle, 2,2 mg/Pflanze für die Salicylsäure Behandlung und 0,9 mg/Pflanze für die Methyljasmonat Behandlung. In den Exsudaten war der Glucobrassicin Gehalt von 0,4 mg/Pflanze (Kontrolle) auf 0,7 mg/Pflanze (SA Behandlung) und 0,9 mg/Pflanze (MJ Behandlung) erhöht.The indole glucosinolates found in Brassica rapa are 4-hydroxyglucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin and neoglucobrassicin. These are derivatives of glucobrassicin after undergoing hydroxylation and methoxylation. In the experiments conducted in the present invention, salicylic acid and methyl jasmonate administration also induced a specific increase in indol glucosinolate content (Table 7). However, it is important to note that the elicitors affected the various indole glucosinolates to different extents. Salicylic acid increased the levels of glucobrassicin, 4-methoxy-glucobrassicin and neoglucobrassicin in plants much more than methyl jasmonate. In the plants and the exudates for the control, 1.3 mg / plant glucobrassicin and 3.3 mg / plant neoglucobrassicin were observed. Surprisingly, after the elicitor treatments were observed much higher amounts, namely 3.4 mg / plant glucobrassicin and 2.2 mg / plant 4-methoxy-glucobrassicin after salicylic acid treatment and 2.6 mg / plant glucobrassicin and 1.3 mg / plant 4-methoxy-glucobrassicin after methyl jasmonate treatment. The increase in glucobrassicin content occurred mainly in the secondary roots. The values were 0.3 mg / plant for the control, 2.2 mg / plant for the salicylic acid treatment and 0.9 mg / plant for the methyl jasmonate treatment. In the exudates, the glucobrassicin content was increased from 0.4 mg / plant (control) to 0.7 mg / plant (SA treatment) and 0.9 mg / plant (MJ treatment).
In Brassica rapa war Neoglucobrassicin das vorherrschendste Indolglucosinolat. Sein Gehalt erreichte in den Pflanzen 2,6 mg/Pflanze, während es in den Exsudaten in einer Menge von 0,7 mg/Pflanze vorkam. Es wurde auch am meisten durch die beiden verwendeten Elicitoren beeinflusst. In Pflanzen, die mit Salicylsäure behandelt wurden, stieg sein Gehalt auf 3,4 mg/Pflanze, während sein Gehalt unter Methyljasmonat Behandlung sogar auf 3,6 mg/Pflanze, jeweils im Vergleich zur Kontrolle anstieg. Dies bedeutete einen Anstieg von 31 bzw. 40 % im Vergleich zur Kontrolle. In den Exsudaten wurden nach Salicylsäure Behandlung ebenfalls große Anstiege beobachtet. Der absolute Wert lag bei 3,4 mg/Pflanze (4,9-facher Anstieg). Nach der Methyljasmonat Behandlung lag der Wert bei 2,4 mg/Pflanze, was einem 3,4-fachen Anstieg entsprach. Die höchste Zunahme an Neoglucobrassicin nach der Verabreichung von Elicitoren wurde in den sekundären Wurzeln beobachtet, wo der Gehalt 2,3 mg/Pflanze nach Salicylsäure Behandlung und 2,6 mg/Pflanze nach Methyljasmonat im Vergleich zu 1,7 mg/Pflanze für die Kontrolle erreichte. Es wurde kein Methoxy-Glucobrassicin in den Blättern und den primären Wurzeln der unbehandelten Pflanzen nachgewiesen, aber die Verabreichung von Elicitoren führte zu einer Anreicherung von 0,1 bzw. 0,3 mg/Pflanze jeweils in den Blättern und den primären Wurzeln nach einer Salicylsäure Behandlung und 0,1 bzw. 0,1 mg/Pflanze in den Blättern und den primären Wurzeln nach einer Methyljasmonat Behandlung. Die Erfinder nehmen an, dass dieser Befund durch die Induktion der Glucosinolat Synthese in den Blättern oder durch den Transport dieser Glucosinolate von den Wurzeln in das Phloem bewirkt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefasst.In Brassica rapa was neoglucobrassicin the most prevalent indol glucosinolate. Its content reached in the plants 2.6 mg / plant while it in the exudates in an amount of 0.7 mg / plant. It was also most influenced by the two elicitors used. In plants treated with salicylic acid his salary rose to 3.4 mg / plant, while his salary was lower than methyl jasmonate Treatment even to 3.6 mg / plant, each compared to the control rise. This compares to an increase of 31% and 40%, respectively for control. In the exudates were treated for salicylic acid treatment also big climbs observed. The absolute value was 3.4 mg / plant (4.9-fold Rise). After methyl jasmonate treatment, the value was 2.4 mg / plant, which was a 3.4-fold increase. The highest increase Neoglucobrassicin after the administration of elicitors was in the secondary Roots observed where the content was 2.3 mg / plant after salicylic acid treatment and 2.6 mg / plant by methyl jasmonate compared to 1.7 mg / plant for the Control reached. There was no methoxy-glucobrassicin in the leaves and the primary Roots of untreated plants demonstrated, but the administration led by elicitors to an accumulation of 0.1 and 0.3 mg / plant respectively in the Scroll and the primary Roots after a salicylic acid Treatment and 0.1 or 0.1 mg / plant in the leaves and the primary roots after a methyl jasmonate treatment. The inventors assume that this finding is due to the induction of glucosinolate synthesis in the Scroll or by transporting these glucosinolates from the roots in the phloem was effected. The results are summarized in Table 7.
Tabelle 7: Indolglucosinolate in Pflanzen und Exsudaten (mg/Pflanze) Table 7: Indol glucosinolates in plants and exudates (mg / plant)
Die
Unterschiede wurden für
jede Behandlung ermittelt, insbesondere die Kontrolle, Salicylsäure (SA) und
Methyljasmonat (MJ), jeweils für
jedes Pflanzenorgan ebenso wie die Exsudate. Die Werte, die jeweils
von demselben Buchstaben (a, b, c) gefolgt werden, sind nicht signifikant
verschieden.
nnwb = nicht nachweisbarThe differences were determined for each treatment, in particular the control, salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MJ), for each plant organ as well as the exudates. The values, each followed by the same letter (a, b, c), are not significantly different.
nnwb = undetectable
9.5 Anwendung von Elicitoren9.5 Application of elicitors
Die Anwendung beider Elicitoren steigerte stark den Gehalt an aromatischen und Indolglucosinolaten (Tabelle 8). Die Wurzeln von unbehandelten Pflanzen exsudierten 0,1 mg/Pflanze Gluconasturtiin während der ersten 10 Tage nach der Behandlung, während der Wert nach der Salicylsäure Behandlung 0,3 mg/Pflanze und nach der Methyljasmonat Behandlung 0,5 mg/Pflanze erreichte. Ganz besonders stark war der Anstieg des Indolglucosinolat Gehalts auf 1,2 mg/Pflanze nach einer Salicylsäure Behandlung und auf 1,3 mg/Pflanze nach einer Methyljasmonat Behandlung, während die Kontrolle bei 0,2 mg/Pflanze lag. Der Gehalt der exsudierten aliphatischen Glucosinolate fiel jedoch nach den Behandlungen mit den Elicitoren im Vergleich zu der Kontrolle. Für die Salicylsäure Behandlung erreichte er 0,1 mg/Pflanze, und für die Methyljasmonat Behandlung erreichte er 0,3 mg/Pflanze, während er für die Kontrolle bei 0,5 mg/Pflanze lag. Deshalb schlussfolgern die Erfinder, dass die Elicitoren Verabreichung die einzelnen Glucosinolate unterschiedlich (= differenziert) in Exsudaten ebenso wie in Pflanzengeweben beeinflusst. Dies liefert die Möglichkeit, die Profile der Glucosinolate durch Elicitoren Verabreichung gezielt zu steuern, um den Ertrag der Glucosinolate mit den gewünschten gesundheitsfördernden Eigenschaften zu steigern. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.The use of both elicitors greatly increased the levels of aromatic and indole glucosinolates (Table 8). The roots of untreated plants exuded 0.1 mg / plant gluconasturtiin during the first 10 days after treatment, while the value after salicylic acid treatment was 0.3 mg / plant and after the methyl jasmonate treatment reached 0.5 mg / plant. The increase in indolglucosinolate content to 1.2 mg / plant after salicylic acid treatment and to 1.3 mg / plant after methyl jasmonate treatment was particularly pronounced, while the control was 0.2 mg / plant. However, the content of the exuded aliphatic glucosinolates fell after the treatments with the elicitors compared to the control. For salicylic acid treatment, it reached 0.1 mg / plant, and for methyl jasmonate treatment, it reached 0.3 mg / plant, while for control, it was 0.5 mg / plant. Therefore, the inventors conclude that the elicitor administration affects the individual glucosinolates differently (= differentiated) in exudates as well as in plant tissues. This provides the ability to target the profiles of glucosinolates by elicitor administration to increase the yield of glucosinolates with the desired health benefits. The results are shown in Table 8.
Tabelle 8: Glucosinolat Gehalt in Exsudaten am 10. Tag des Experiments (mg/Pflanze) Table 8: Glucosinolate content in exudates on the 10th day of the experiment (mg / plant)
Die Unterschiede wurden für jedes Experiment ermittelt, insbesondere die Kontrolle, Salicylsäure (SA) und Methyljasmonat (MJ), jeweils für jedes Pflanzenorgan ebenso wie die Exsudate. Die Werte, die jeweils von demselben Buchstaben (a, b, c) gefolgt werden, sind nicht signifikant verschieden.The Differences were made for each experiment determines, in particular the control, salicylic acid (SA) and Methyl jasmonate (MJ), each for every plant organ as well as the exudates. The values, respectively followed by the same letter (a, b, c) are not significant different.
10. Zusammenfassung10. Summary
Untersuchungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, zeigten, dass die Verwendung von Salicylsäure und Methyljasmonat einen starken Einfluss auf den Glucosinolat Gehalt in den Pflanzenorganen ebenso wie in den Wurzeln der Versuchspflanzen (Brassica rapa) aufwiesen. Insbesondere waren die Gehalte der aromatischen und der In dolglucosinolate, die beide antikanzerogene Eigenschaften besitzen, stark erhöht. Beide Elicitoren verringerten den Gehalt an aliphatischen Glucosinolaten, insbesondere in den primären Wurzeln und in den Exsudaten. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erklären die verschiedenen Wirkungen der Elicitoren auf die einzelnen Glucosinolate durch ihre biologische Funktion innerhalb der Verteidigungsreaktion, die durch Interaktion zwischen der Pflanze und dem Herbivor bzw. der Pflanze und dem Mikroorganismus stattfindet. Eine Salicylsäure- und/oder Methyljasmonat Behandlung stimulierte die Rhizosekretion von Glucosinolaten. Die Antwort der Pflanze auf die Verabreichung der Elicitoren trat hauptsächlich während der ersten Tage nach der Behandlung auf, woran sich eine graduelle Abnahme anschloss. Damit ist die vorliegende Erfindung, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, gewünschte Glucosinolate in hoher Konzentration gezielt zu erzeugen. Diese Glucosinolate können anschließend aufgrund ihrer vorteilhaften gesundheitsfördernden, antikanzerogenen und anderen Eigenschaften als sekundäre Pflanzenstoffe (= Metabolite), Pharmazeutika, Nahrungsergänzungsmittel oder Ausgangs- bzw. Rohstoffe für Functional Food verwendet werden.investigations which were carried out in the context of the present invention, showed that the use of salicylic acid and methyl jasmonate one strong influence on the glucosinolate content in the plant organs as well as in the roots of the test plants (Brassica rapa). In particular, the levels of the aromatic and the in dolglucosinolates were which both have anticarcinogenic properties, greatly increased. Both Elicitors reduced the content of aliphatic glucosinolates, especially in the primary Roots and in the exudates. The inventors of the present invention to explain the different effects of the elicitors on the individual glucosinolates by their biological function within the defense reaction, caused by interaction between the plant and the herbivore or the plant and the microorganism takes place. A salicylic acid and / or Methyl jasmonate treatment stimulated the rhizone secretion of glucosinolates. The plant's response to the administration of the elicitors occurred mainly during the the first days after the treatment, followed by a gradual decrease joined. Thus, the present invention, in particular the inventive method suitable, desired Produce targeted glucosinolates in high concentration. These Glucosinolates can subsequently because of their beneficial health-promoting, anti-carcinogenic and other properties as phytochemicals (= metabolites), Pharmaceuticals, dietary supplements or raw materials for Functional food can be used.
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8131 | Rejection |