Pulsed electric field induced stress in plant systems

Pflanzen produzieren eine Reihe von komplexen Phytochemikalien als Reaktion auf verschiedene abiotische Stressoren. Polyphenolische Verbindungen sind dabei die größte Gruppe von Sekundärmetaboliten mit einer Bedeutung für die Stressreaktion von Planzen. Sie spielen eine wesentliche Rolle in der Anpassung der Planze an Stressbedingungen und tragen zu Farbe, Aroma und Geschmack von Lebensmitteln bei. Aufgrund ihrer hohen antioxidativen Kapazität und ihres positiven Einflusses auf die Gesundheit wächst das Interesse am Verzehr von Lebenmitteln mit einem hohen Gehalt an natürlichen Antioxidantien. Zur Erhöhung der Konzentration an Polyphenolen durch Stressinduktion wurde die Anwendung gepulster elektrischer Felder (engl. Pulsed electric fields PEF) in der Nach-Ernte Lagerung untersucht. Veränderungen im Gesamtpolyphenolgehalt, in der Aktivität und Konzentration ausgewählter Enzyme sowie der Einfluss auf die Permeabilisierung von Zellmembranen wurden in der Reaktionszeit nach Stressauslösung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung niedriger PEF-Behandlungsintensitäten eine Anreicherung von polyphenolischen Verbindungen in verschiedenen Früchten induziert. Ein um 65 % höherer Polyphenolgehalt wurde in Äpfeln nach einer Behandlung mit 300 V/cm innerhalb einer Stressreaktionszeit von 48 Stunden festgestellt. De novo Synthese phenolischer Verbindungen wird dabei als Ursache angesehen, da keine Zerstörung der Zellmembran aber eine Veränderung der Gesamtpolyphenol-Akkumulation während der Stressreaktionszeit beobachtet wurde. Nach der Induktion einer irreversiblen Membranpermeabilisierung bei 1200 und 4000 V/cm kam es zu einer Verringerung der Gesamtpolyphenolkonzentration um 88 % während der Reaktionszeit von 24 Stunden. Die Abnahme phenolischer Verbindungen wird dabei auf die umfangreiche Zerstörung des Zellmaterials und die Auslaugung durch Zellmembranschädigung zurückgeführt. Oxidative Prozesse werden als Ursache angesehen, da ein starker Abbau und eine entsprechend starke Bräunung des Apfelgewebes auftraten. Ähnliche Beobachtungen einer de novo Synthese von Schutzsubstanzen bei optimaler PEF-Intensität konnten nach der PEF-Behandlung von verschiedenen Früchten gemacht werden. Ein Einfluss vom ursprünglichen physiologischen Zustand und der angewendeten PEF-Intensität auf die induzierte Stressantwort konnte beobachtet werden. Weiterhin wurde eine differenzierte Stressantwort bzgl. der Polyphenolakkumulation im vielzelligen Fruchtgewebe festgestellt und damit die zellgrößenabhängige Wirkung von PEF untermauert. Aufgrund der Komplexität der metabolischen Reaktion in vielzelligem Fruchtgewebe und der Vielschichtigkeit der Umweltbedingungen, die einen möglichen PEF-Effekt maskieren, wurden Zellsuspensionskulturen als Modellsysteme entsprechender höherer Pflanzen genutzt. Die Analyse der physiologischen Fitness und Zellvitalität wurde während der Kultivierung unter kontrollierten Umweltbedingungen nach Stressinduktion durchgeführt, um das Auftreten sublethaler Schäden zu detektieren. Polyphenolkonzentration und für die Polyphenolsynthese und –oxidation relevante Enzyme wurden untersucht um den Effekt des Stressfaktors auf die Zellen und den Einfluss auf Veränderungen des Sekundärmetabolismus zu ermitteln. Eine erhöhte PAL-Aktivität unmittelbar nach PEF-Behandlung gefolgt von einer Erhöhung des Gesamtpolyphenolgehaltes 9 h nach der Stressauslösung konnte als Indiz für die de novo Synthese polyphenolischer Substanzen festgestellt werden. Obwohl eine direkte Korrelation zwischen Gesamtpolyphenolakkumulation und PPO-Aktivität nicht festgestellt werden konnte, zeigte die Behandlung mit PEF, dass das phenolische Oxidationssystem zusammen mit der Phenylpropanoid-Biosynthese in die Pflanzenstressreaktion involviert ist. Die Ergebnisse geben einen Hinweis auf einen deutlichen Effekt einer PEF-Behandlung mit niedriger Intensität auf den Metabolismus und die nachfolgende Synthese von Sekundärmetaboliten.

Author dc:creator

• Balasa, Ana

Advisor dc:contributor.advisor

• Knorr, Dietrich

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus4-51992
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4065

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/4362