Stress response of Trichosanthes cucumerina L. (Cucurbitaceae) to elevated UV-B doses

UV-B radiation induced alterations in the contents of photosynthetic pigments, antioxidants (phenolics and ascorbic acid) and chlorophyll fluorescence in two tropical variants of Trichosanthes cucumerina L. – Cucurbitaceae. The Green (Variant A) and Light Green (Variant B) variants of T. cucumerina, which had earlier been shown to differ in their total phenolics contents, were used for the study. The plants were exposed to two UV-B doses of 11.9 kJ m–2 corresponding to 4 h, 23.8 kJ m–2 corresponding to 8 h and a control (without UV-B treatment). The maximum photochemical efficiency of the control plant (0.75) was significantly higher than those of the plants exposed to UV-B for 4 h (0.63) and 8 h (0.44). The chlorophyll a and total chlorophyll contents of the control plant were significantly higher than those of plants exposed to UV-B for 4 h and 8 h. The chlorophyll b contents were not significantly affected by the UV-B exposure.We report a significant decline in the total phenolics and ascorbic acid composition at 4 hours after exposure to UV-B. However, at 8 h after exposure, the total phenolics and ascorbic acid contents increased significantly compared to 4 h after exposure. The UV-B doses had no significant effect on the concentrations of Mg and micronutrients (Fe, Zn, Mn, and Cu) in the two variants of T. cucumerina used for this study. The physiological explanations for these results are discussed

A bifunctional dermaseptin–thanatin dipeptide functionalizes the crop surface for sustainable pest management

To reduce pesticide use while preserving crop productivity, alternative pest and disease control measures are needed. We thought of an alternative way of functionalizing leaves of soybean to fight its most severe disease, Asian soybean rust (Phakopsora pachyrhizi). To do so, we produced bifunctional peptides that adhere to the soybean leaf surface and prevent the germination of P. pachyrhizi spores. In detail, amphiphilic peptides liquid chromatography peak I (LCI), thanatin (THA), tachystatin A2 (TA2), and lactoferricin B (LFB) were all fused to enhanced green fluorescent protein (eGFP). Of these fusion peptides, eGFP–LCI and eGFP–THA bound strongly and in a rainfast manner to the surface of soybean, barley, and corn leaves. eGFP–THA binding to soybean also withstood high temperature, sunlight and biotic degradation for at least 17 days. The dipeptides seem to bind mainly to the surface wax layer of leaves because eGFP–THA and eGFP–LCI did not stick to the wax-depleted cer-j59 mutant of barley or to corn leaves with their surface wax removed. A fusion of the antimicrobial peptide dermaseptin 01 and THA (DS01–THA) inhibits the germination of P. pachyrhizi spores in vitro and reduces Asian soybean rust disease in a rainfast manner. Therefore, this study reveals that bifunctional peptides can be used to functionalize the crop surface for sustainable disease management

TaReCa – Cascade utilization of horticultural biomass for a resource efficient production of valuable bioactive substances

Viele pflanzliche Sekundärmetabolite haben antioxidative oder andere bioaktive Eigenschaften, weshalb sie einerseits wichtige Bestandteile der menschlichen Ernährung sind, andererseits aber auch als pharmazeutische Verbindungen oder als Substrat für die chemische Synthese von bioaktiven Substanzen verwendet werden. Pflanzen induzieren die Produktion solcher nutzbaren Sekundärmetabolite wie z.B. Flavonoiden als Reaktion auf abiotischen Stress. Die Produktion von Gemüse und Früchten in Gewächshäusern hinterlässt große Mengen an ungenutzter pflanzlicher Biomasse, welche eine potentielle Ressource für die Gewinnung wertvoller Metabolite darstellt. Durch eine kaskadenartige Verwendung von Gartenbaukulturen zur Produktion von Früchten und Gemüse mit einer anschließenden Gewinnung hochwertiger Substanzen aus der verbleibenden Restbiomasse würde ein erheblicher Mehrwert generiert. Das Projekt TaReCa bearbeitet die Entwicklung einer maßgeschneiderten Kaskadenverwertung von Paprikapflanzen-Restbiomasse aus dem Gartenbau. Dabei soll der pflanzliche Sekundärmetabolismus durch spezifische abiotische Stressbedingungen nach der Fruchternte gezielt induziert werden, um die Konzentrationen der Zielmetaboliten zu steigern. Durch umweltfreundliche und wirtschaftliche Extraktionsprozesse und eine anschließende Verwertung des verbleibenden Pflanzenmaterials in einer Bioraffinerie wird die Wertschöpfungskette erweitert. Eine Analyse der Anwendungsgebiete sowie Untersuchungen zur Akzeptanz der induzierten Inhaltsstoffe, Prozesse und Technologien werden helfen, das Marktpotenzial der Restbiomasse für die Nutzung in Kaskaden zu evaluieren. Die maßgeschneiderte Nutzung von Gartenbaubiomasse durch Lebensmittelproduktion, Extraktion bioaktiver Sekundärmetabolite und Bioraffinerien kann wirtschaftlich relevante, biobasierte Produkte für industrielle Anwendungen erzeugen und somit zur Entwicklung einer nachhaltigen, effizienten und integrierten Bioökonomie beitragen, ohne mit der Lebensmittelproduktion zu konkurrieren.Many plant secondary metabolites have antioxidant or pharmaceutically relevant properties, which makes them important components of the human diet, but also as pharmaceutical compounds or for the chemical synthesis of bioactive substances. Plants induce the production of secondary metabolites, e.g. flavonoids in response to environmental stress stimuli. The production of vegetables and fruits in greenhouses leaves huge amounts of so far under-utilized biomass after fruit harvest, which is a potential source for production of valuable metabolites. A cascade utilization of horticultural crops to produce fruits and vegetables with subsequent extraction of high quality compounds would generate significant added value. The project TaReCa is working on the development of a tailored cascade utilization of bell pepper plant residues from horticulture. The secondary metabolism will be induced by specific abiotic stress treatments after the last fruit harvest, in order to increase the concentrations of the target metabolites. Eco-friendly and economical extraction processes and subsequent utilization of the remaining plant material in a biorefinery will expand the value chain. An analysis of the application areas as well as studies on the acceptance of the induced ingredients, processes and technologies will help to evaluate the market potential of the residual biomass for the proposed cascaded use. The tailored utilization of horticultural biomass in food production, extraction of bioactive secondary metabolites and biorefineries can produce economically relevant bio-based products for industrial applications and thus contribute to the development of a sustainable, efficient and integrated bioeconomy without competing with food production

Fluorescence Indices for the Proximal Sensing of Powdery Mildew, Nitrogen Supply and Water Deficit in Sugar Beet Leaves

Using potted sugar beet plants we aimed to investigate the suitability of four fluorescence indices to detect and differentiate the impact of nitrogen supply, water deficit and powdery mildew in two sugar beet cultivars (Beta vulgaris L.). Plants were grown inside a polytunnel under two nitrogen levels combined with water deficit or full irrigation. Changes in plant physiology were recorded at two physiological stages with a multiparametric handheld fluorescence sensor and a fluorescence imaging system. The analysis of chlorophyll content and osmotic potential served as reference. Based on our results, the fluorescence indices “Nitrogen Balance Index” and “Simple Fluorescence Ratio” responded quite sensitively to drought stress and mildew infection. Moreover, the blue-to-far-red fluorescence ratio revealed significant stress-induced alterations in the plant physiology. In all, fluorescence indices might be used as single or combined indices for successful stress sensing. However, a robust stress differentiation by using only one fluorescence ratio could not be accomplished

Fluorescence Indices for the Proximal Sensing of Powdery Mildew, Nitrogen Supply and Water Deficit in Sugar Beet Leaves

Using potted sugar beet plants we aimed to investigate the suitability of four fluorescence indices to detect and differentiate the impact of nitrogen supply, water deficit and powdery mildew in two sugar beet cultivars (Beta vulgaris L.). Plants were grown inside a polytunnel under two nitrogen levels combined with water deficit or full irrigation. Changes in plant physiology were recorded at two physiological stages with a multiparametric handheld fluorescence sensor and a fluorescence imaging system. The analysis of chlorophyll content and osmotic potential served as reference. Based on our results, the fluorescence indices “Nitrogen Balance Index” and “Simple Fluorescence Ratio” responded quite sensitively to drought stress and mildew infection. Moreover, the blue-to-far-red fluorescence ratio revealed significant stress-induced alterations in the plant physiology. In all, fluorescence indices might be used as single or combined indices for successful stress sensing. However, a robust stress differentiation by using only one fluorescence ratio could not be accomplished

Diagnose und Bewertung phytopathogener Viren im rheinischen Gemüsebau

Seit 1996 wurden an verschiedenen rheinischen Gemüsebaukulturen Blatt- und Fruchtdeformationen beobachtet, die in erheblichen Ertragsverlusten, teilweise sogar Ernteausfällen resultierten. Nachdem andere Ursachen für die Schäden an den Pflanzen ausgeschlossen werden konnten, konnten phytopathogene Viren für die Schäden verantwortlich gemacht werden. Durch serologische Untersuchungen waren CMV (Cucumber mosaic virus ) und ZYMV (Zucchini yellow mosaic virus) in den Pflanzenproben nachzuweisen. In dem vorgestellten Projekt wurde die Reaktion verschiedener Freilandgurken auf eine Virusinfektion mit CMV, ZYMV sowie einer Mischinfektion aus beiden Viren untersucht. Hierfür wurden Versuche im geschützten Anbau beispielhaft an verschiedenen Freilandgurken mit praxisüblichen Sorten durchgeführt. Die Wahl der Versuchspflanze fiel unter Berücksichtigung der wirtschaftliche n Bedeutung und des Ausmaßes an möglichen Ertragsausfällen auf die Einlegegurke (Cucumis sativus L.). In wöchentlichem Abstand wurden verschiedene Parameter, die die Entwicklung der Pflanze dokumentieren sollten (z.B. Blattfläche und Blütenanzahl), bonitiert. Des weiteren wurden Ertragsuntersuchungen durchgeführt, bei denen zweimal wöchentlich geerntet wurde. Hierbei wurden die Früchte nach handelsüblichen Größenklassen sortiert sowie die Erntegewichte und der Anteil nicht vermarktungsfähiger Früchte bestimmt. Die Untersuchungen zeigten, dass eine Inokulation mit ZYMV die Entwicklung sowie den Ertrag der Einlegegurken negativ beeinträchtigte. Neben der Erntemenge wurde auch der Anteil der vermarktungsfähigen Früchte in Abhängigkeit von der Sorte um über 50 % reduziert. Dagegen hatte eine Infektion mit CMV nur geringfügige Auswirkungen auf die Entwicklung und die Erträge der Einlegegurken. Die verwendeten Sorten reagierten gegenüber einer Infektion mit CMV trotz Mosaiksymptomen auf den Blättern weitgehend tolerant. Bei einer Mischinfektion waren die Symptome in Abhängigkeit von der Sorte verstärkt. Dies hatte im Vergleich zur CMV-Einzelinfektion stärkere Ertragsrückgänge und vermehrte Qualitätsminderungen zur Folge. Dagegen ware n vergleichsweise zur Einzelinfektion mit ZYMV keine additiven Effekte zu beobachten. Während der Versuchstätigkeit konnten unter schiedlich hohe Infektionserfolge zwischen CMV- und ZYMV-Infektionen ermittelt werden. Besonders bei Pflanzen, die das Keimblattstadium überschritten hatten, konnte mit CMV kein 100 %-iger Infektionserfolg erzielt werden. Möglicherweise ist dies auf CMV-Toleranz der verwendeten Sorten zurückzuführen. Dagegen ließen sich mit ZYMV auch ältere Gurken leicht infizieren. Bei diesem Virus bestand sogar während der Ertragsversuche ständig die Gefahr der Ausbreitung auf Kontrollpflanzen. Deshalb muss beim Auftreten von ZYMV-Infektionen in Kulturen wie der Feilandgurke, an denen häufig Ernte- und Pflegearbeiten durchgeführt werden müssen, mit einer raschen Ausbreitung des Virus im gesamten Bestand gerechnet werden