Pflanzenbiologisch-biochemische Grundlagen zur pharmazeutischen Nutzung der Kapuzinerkresse (Tropaeolum majus L.)

Kleinwächter, Maik

Die Kapuzinerkresse (Tropaeolum majus L.) ist eine Heilpflanze, die große Mengen des Glucosinolats Glucotropaeolin (GTL) enthält. Bei Gewebsverletzungen wird das GTL von Myrosinasen postmortal gespalten. Bei dieser Hydrolyse entsteht das antibakteriell wirkende Benzylsenföl, dessen Hauptkomponente Benzylisothiocyanat ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die Kapuzinerkresse erstmals auf der Basis pflanzenphysiologisch-biochemischer Parameter zu züchten, um höhere GTL-Konzentrationen in der Blatttrockendroge zu erzielen, bzw. um den Verlust an GTL bei der Nacherntebehandlung und Trocknung zu minimieren. Im Rahmen eines Screenings wurden die Ascorbinsäure-Gehalte, Myrosinase-Aktivitäten sowie die GTL-Gehalte, sowohl der frischen (gefriergetrocknet) als auch der bei 40°C getrockneten Blätter, bestimmt. Acht Varietäten mit überdurchschnittlich hohen GTL-Gehalten wurden zur Stammerhaltung in vitro kultiviert. Anschließend wurden Regenerate dieser Klone im Feldanbau erprobt. Dabei zeigte sich, dass die GTL-Gehalte der Regenerate um 25-50% niedriger waren als die der Mutterpflanzen und um 25% geringer als nicht selektierte Vergleichspflanzen. Es wird angenommen, dass die Regenerate, z. B. aufgrund eines kleineren Wurzel:Blatt-Verhältnisses, weniger Sulfat aufnehmen können. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, ob GTL analog zu den cyanogenen Glucosiden als Diglucosid im Phloem verlagert wird. Bislang wurde vermutet, dass Glucosinolate als Monoglucoside transportiert werden, doch da sich Myrosinase in der Apoplastenflüssigkeit der Kapuzinerkresse nachweisen lässt, kann das GTL nicht einfach verlagert werden; es würde z. B. bei der Aufnahme in das Phloem gespalten werden. In LC/MS-Analysen von Exsudaten des pflanzlichen Transports (Guttationsflüssigkeit und Nektar) wurden drei Substanzen nachgewiesen, die das Molekulargewicht des putativen GTL-Glucosids von 570g/mol aufweisen. Die zugrunde liegenden Strukturen wurden allerdings bislang noch nicht aufgeklärt.

Nasturtium (Tropaeolum majus L.) is a traditional medicinal plant, which contains high amounts of the glucosinolate glucotropaeolin (gtl). As a result of tissue rupture the gtl is cleaved by myrosinases postmortally. In the course of this hydrolysis antibacterial benzyl mustard oil, consisting mainly of benzylisothiocyanat, is formed. This work is aimed to breed for the first time Tropaeolum majus on the basis of plantphysiological-biochemical parameters in order to achieve higher concentrations of gtl in the drug, i.e. the dried leaf material, and to minimize the loss of gtl during postharvest treatments and drying, respectively. As part of a screening, the ascorbic acid contents, myrosinase activities, as well as the gtl contents of the fresh (freeze dried) and at 40°C dried leave material, were determined for more than 200 Tropaeolum-plants. Eight varieties with gtl levels far higher than the average were selected and cultivated in vitro. Afterwards, progenies of these clones were tested in the field. It turned out that the gtl contents of the regenerates were 25-50% lower than those of the mother plants and 25% lower than unselected control plants. It is assumed that the regenerates are restricted in the uptake of sulfate, e.g. caused by a lower root:leave ratio. The second part of this thesis deals with the question, if gtl in analogy to cyanogenic glucosides is transported as diglucoside via the phloem. To date glucosinolates are supposed to be transported as monoglucosides, but due to the fact that the myrosinase of Tropaeolum majus is localized in the apoplast, gtl could not be translocated directly, i.e. it will be cleaved during phloem uploading. LC/MS-analysis of exudates of the plant transport (guttation liquid and nectar) revealed three substances with the molecular weight of the putative gtl-diglucoside (Mr=570g/mol). However, the corresponding structures have not yet been determined.

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Kleinwächter, Maik: Pflanzenbiologisch-biochemische Grundlagen zur pharmazeutischen Nutzung der Kapuzinerkresse (Tropaeolum majus L.). 2007.

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