Jana Richter

Analytische Untersuchungen zum Einfluss der Mykorrhizierung auf Ertrag, Inhaltsstoffzusammensetzung und Pathogentoleranz von Heil- und Gewürzpflanzen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ernährungswissenschaften (Dr. troph.) vorgelegt an der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 29.01.2007

Abstract
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose auf den Ertrag und die Inhaltsstoffqualität sowie auf die Pflanzengesundheit von Heil- und Gewürzpflanzen am Beispiel von Majoran, Thymian und Johanniskraut untersucht, ausgewertet und diskutiert. Mykorrhizabedingte Ertragssteigerungen wurden häufig im Falle von Thymian nachgewiesen. Teilweise führte die Mykorrhizierung auch zu erhöhten Gehalten an ätherischem Öl sowie zu einer Steigerung der thymiantypischen Inhaltsstoffe Thymol- und p-Cymen. Positive Wirkungen hatte die Mykorrhizierung außerdem auf die Hypericingehalte von Johanniskraut, was für die Verwendung als Phytopharmaka von großer Bedeutung ist.
Die deutlichsten Effekte der arbuskulären Mykorrhiza auf den Ertrag und die Pflanzenqualität waren anhand der über mehrere Versuchsjahre durchgeführten Untersuchungen v.a. unter ungünstigen Witterungsbedingungen erzielt worden.
Außerdem belegen die durchgeführten Untersuchungen, dass eine gut etablierte Mykorrhizierung die Toleranz von Johanniskrautpflanzen gegenüber dem Welkeerreger Colletotrichum cf. gloeosporioides erhöht und die Pflanzen somit vor stärkeren Schädigungen bewahrt. In mykorrhizierten Pflanzen arbeiteten die antioxidativen Enzyme über einen längeren Zeitraum stabil, Antioxidantien wurden regeneriert und auch das Voranschreiten der Lipidperoxidation wurde in mykorrhizierten Pflanzen im Vergleich zu nicht mykorrhizierten Pflanzen gehemmt.
Schließlich wurden erstmals auch systemische Wirkungen einer Mykorrhizierung auf die Proteinexpression im oberirdischen Pflanzenmaterial der Modellpflanzen Majoran und Johanniskraut nachgewiesen. Hierzu wurde erfolgreich eine 2-D-Elektrophorese-Methode zur Trennung der Proteine des Blattmaterials ausgewachsener Majoran- und Johanniskrautpflanzen etabliert und optimiert. Unter den in mykorrhizierten Pflanzen differenziert regulierten Proteinen wurden insbesondere die Photosynthese betreffende Proteine als positiv beeinflusst identifiziert, aber auch stressrelevante Enzyme wurden in mykorrhizierten Pflanzen unterschiedlich zu nicht mykorrhizierten reguliert.

In the scope of the present work the effects of an arbuscular mycorrhiza on plant yield, on the quality of plant ingredients and on the plant state of health of herbal and medicinal plants have been analysed, evaluated and discussed using the example of marjoram, thyme and St. Johnís wort.
Mycorrhiza-dependent yield increases have especially been determined for thyme. Also increases of essential oil yields were most evident for this culture. In some cases mycorrhization also yielded in an enhancement of the thyme-typical ingredients p-cymene and thymol. Mycorrhization has also been shown to have positive effects on hypericin amounts in St. Johnís wort, what is important for its use as phytopharmaceutical.
Most important influences of mycorrhization on yield and plant ingredients have especially been observed during unfavourable climatic conditions.
Furthermore it has been shown during the investigations, that a well established mycorrhiza can improve the tolerance of St. Johnís wort plants to the wilt disease inducing pathogen Colletotrichum cf. gloeosporioides, so that plants can be saved from stronger damage. In mycorrhizal plants antioxidative enzymes have been stabilised over a longer period of time, antioxidants have been regenerated and also the development of lipidperoxidation has been inhibited in mycorrhizal plants compared to non-mycorrhizal plants.
Finally, this paper presents for the first time also a systemic influence of mycorrhization on the protein expression in the overground plant material of the model plants marjoram and St. Johnís wort. Therefore a two-dimensional electrophoresis method for the separation of proteins of the aerial plant material of adult marjoram and St. Johnís wort plants was successfully established and optimised. Especially photosynthesis-related proteins and stress-related enzymes have been differentially regulated in response to mycorrhization.

Keywords:
arbuskuläre Mykorrhiza, Majoran, Thymian, Johanniskraut, Ertrag, ätherische Öle, Hypericin, Pflanzengesundheit, antioxidatives System, Proteine, Enzyme

arbuscular mycorrhiza, marjoram, thyme, St. Johnís wort, yield, essential oils, hypericin, plant health, antioxidative system, proteins, enzymes

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis (I-XIII)
1 Einleitung (1-2)
2 Zielstellung (3-4)
3 Grundlagen (5-18)
4 Material (19-21)
5 Methoden (22-35)
6 Ergebnisse (36-91)
7 Diskussion (92-122)
8 Zusammenfassung (123-125)
9 Summary (126-128)
Literaturverzeichnis (XIV-XXXVIII)
Anlage (XXIX-XXXIX)
Liste der Veröffentlichungen