zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum agriculturarum
(Dr. rer. agr.)

eingereicht an der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der
Humboldt-Universität zu Berlin

von

Dipl.-Ing. agr. Lorna Lück ,
geboren am 23. Juni 1969 in Kleinmachnow

Präsident der
Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät:
Prof. Dr. Dr. h.c. Ernst Lindemann

Gutachter:
PD Dr. Regina Schenk
Prof. Dr. Bernd Honermeier
Prof. Dr. Karl Hiller

Tag der mündlichen Prüfung: 03. August 2001

Abstrakt

Mit den vorgestellten Untersuchungen sollten das Potential der in Europa vorkommenden Echten Goldrute für den Anbau evaluiert und der Einfluß von Erntetermin, Schnitthöhe und Düngungsmaßnahmen sowie der abiotischen Umweltfaktoren Licht und Wasser auf den Ertrag und den Inhaltsstoffgehalt von Solidago virgaurea L. geprüft werden. In vier Feldversuchen wurden Inhaltsstoffgehalte, Ertragsparameter, Entwicklungsstadien sowie morphologische Merkmale untersucht. Die Gehalte an Flavonolglycosiden, Phenolglucosiden und Kaffeesäurederivaten wurden mittels HPLC und nachfolgender DAD-Detektion bestimmt.

45 Akzessionen aus dem europäischen Verbreitungsgebiet wurden anhand ihres Blühtermines gegliedert, den Unterarten virgaurea und minuta zugeordnet, und mit Hilfe von 33 morphologischen Merkmalen charakterisiert. Die Analyse von 452 Einzelpflanzen ergab Spannweiten von 0.4 bis 2.4 % Flavonolglycosiden, 0.7 bis 4.6 % Kaffeesäurederivaten und 0 bis 1.6 % Phenolglucosiden. Die phytochemische Zusammensetzung war innerhalb der einzelnen Akzessionen, insbesondere in der Unterart virgaurea hoch variabel. In einer anbaubezogenen Gesamtbewertung der Akzessionen erwiesen sich Herkünfte der Unterart virgaurea aufgrund hoher Drogenerträge von maximal 109 dt/ha und eines ausgewogenen Inhaltsstoffspektrums als die Wertvollsten.

Im Lauf der Ontogenese stieg der Drogenertrag der Echten Goldrute an, während die Inhaltsstoffgehalte schwankten (Kaffeesäurederivate, Flavonolglycoside) oder relativ kontinuierlich absanken (Phenolglucoside). Eine gehaltsorientierte Ernte müßte daher zum relativ frühen Zeitpunkt des mittleren Knospenstadiums erfolgen. Hohe Masse- und Inhaltsstofferträge sind in einem Ernteverfahren mit niedrigen Schnitthöhen von 15 bis 30 cm erreichbar. In voll besonnten Pflanzen wurde im Vergleich zu schattierten eine höhere Anreicherung von Flavonolglycosiden und Kaffeesäurederivaten festgestellt, die durch die UV-Schutzfunktion dieser Stoffgruppen erklärbar ist. Daher muß angenommen werden, daß ontogenetisch bedingte Gehaltsveränderungen der Flavonolglycoside und Kaffeesäurederivate durch unterschiedliche Strahlungsverhältnisse überlagert werden können. Stickstoffdüngung verursachte neben der erwarteten ertragssteigernden Wirkung Unterschiede im Inhaltsstoffgehalt. In der ungedüngten Variante wurden jeweils die höchsten Flavonolglycosidgehalte bestimmt, gefolgt von der organischen Düngung sowie der Mehrnährstoff- und Stickstoffdüngung. Während die ermittelten Stickstoff- (maximal 96 kg/ha N) und Phosphorentzüge (maximal 39 kg/ha P₂O₅) vergleichsweise gering waren, wurden Kaliumentzüge (maximal 172 kg/ha K₂O) festgestellt, die auch im Vergleich zu anderen Blatt- und Krautdrogen relativ hoch ausfielen.

Im Gesamtüberblick aller Einflüsse wurde deutlich, daß Flavonolglycoside, gefolgt von Kaffeesäurederivaten am empfindlichsten auf Umwelteinflüsse wie Lichteinstrahlung und Nährstoffverfügbarkeit reagierten, während die Gruppe der Phenolglucoside nur geringe Schwankungen zeigte. Die Ergebnisse aller Versuchsfragen spiegeln das Spannungsfeld von landwirtschaftlichem Ertrag und pharmazeutisch geforderter Qualität wider, die häufig negativ korreliert sind. Bei der Produktion der Droge von Echter Goldrute muß daher eine Balance zwischen beiden Zielgrößen gefunden werden.

Keywords:
Solidago virgaurea, Inkulturnahme, Flavonolglycoside, Phenolglucosiden, Kaffeesäurederivate, Drogenertrag

Abstract

The aim of the presented studies was to evaluate the potential for cultivation of the European Goldenrod (Solidago virgaurea L.) and to examine the influences of harvesting date, cutting height, fertilization and of the abiotic environmental factors light and water on drug yield and compound content of the plant. In four field trials a fingerprint of 10 constituents, several parameters of drug yield, development stages and morphological traits were examined. The contents of flavonol glycosides, phenolic glucosides and caffeic acid derivatives were determined by HPLC and UV-detection by DAD.

45 european accession were sorted by their dates of anthesis and subdivided into the subspecies virgaurea and minuta and thereafter characterized by 33 morphological traits. The analysis of 452 individual plants showed ranges of 0.4 to 2.4 % flavonol glycosides, 0.7 to 4.6 % caffeic acid derivatives and 0.0 to 1.6 % phenolic glucosides. Within the examined accessions, especially subspecies virgaurea, a high variability of the phytochemical composition was observed. In an evaluation, accessions of subspecies virgaurea turned out to be most suitable for cultivation due to high drug yields up to 106 dt per ha and well-balanced spectra of constituents.

During ontogenesis the drug yield of S. virgaurea increased, while compound contents varied (caffeic acid derivatives, flavonol glycosides) or decreased continuously (phenolic glucosides). Therefore a harvest aiming at high compound contents has to be carried out at a early development stage of mid budding. High mass and constituent yields can be obtained by a harvesting method with low cutting heights of 15 to 30 cm above ground.

Plants in a sunny environment accumulated significantly higher amounts of flavonol glycosides and caffeic acid derivatives than shaded plants, which can be explained by the UV-protective function of these compound groups. Therefore it can be concluded that phytochemical variations during ontogenesis could be modified by different light conditions. Beside the expected drug yield increase, fertilization with nitrogen caused differences in the compound contents. The highest flavonol glycosides contents were observed in the unfertilized treatment, followed by treatments with organic fertilization, multinutrient fertilizer and calcium ammonium nitrate. While the nitrogen uptake by the plant (maximal 96 kg/ha N) and phosphorus (maximal 39 kg/ha P₂O₅) were relatively low, contrary potassium uptake (maximal 172 kg/ha K₂O) was relatively high compared to other herbal drugs.

In an overview of all influences it became obvious that the reaction of flavonol glycosides and caffeic acid derivatives were relatively sensitive to environmental influences such as light conditions and nutrient availability, while the group of phenolic glucosides showed low variations. The results of all field trials reflect the conflict between agricultural yield and pharmaceutical quality which are frequently negatively correlated. Therefore a balance between these two goals has to be found during drug production of S. virgaurea.

Schlagwörter:
Solidago virgaurea, cultivation, flavonol glycosides, phenolic glucosides, caffeic acid derivatives, drug yield

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