Pyrrolizidinalkaloid-haltige Beikräuter in Arznei- und Gewürzpflanzenkulturen - Verbreitung und Gefahr der Kontamination von Ernteprodukten in Deutschland

Im Rahmen eines vom BMEL und der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) geförderten Kooperationsvorhabens wurden in den Vegetationsperioden von 2015 bis 2017 die Beikrautfloren von sechs bedeutenden Kräuterarten erfasst. Kriterien für die Auswahl der Kulturpflanzen waren die Größe der Anbaufläche sowie die Häufigkeit von Pyrrolizidinalkaloid (PA)-Kontaminationen in der Vergangenheit. Als Ergebnis zeigte sich, dass für die PA-Kontaminationen in Deutschland nur wenige Arten verantwortlich sind. Neun der 164 aufgetretenen Ackerkräuter sind als PA-Pflanzen bekannt. Im Vordergrund stehen die Gattungen Senecio und Myosotis, die zur Familie der Korbblütler- und Rauhblattgewächse gehören. Wichtigstes Beikraut ist sowohl nach Stetigkeit als auch nach Gesamtgehalt an PA Senecio vulgaris. Die Untersuchung der Schläge ergab, dass die Verteilung und die Dichte der betreffenden Arten wie zu erwarten stark von den Kulturbedingungen und den standörtlichen Gegebenheiten abhängen. So sind offenere oder niedrigere Pflanzungen deutlich anfälliger als dicht geschlossene Kulturen. Weitere Informationen zur Identifikation und Bekämpfung der PA-Pflanzen werden in einer Datenbank zusammengetragen, anonymisiert und Behörden, mitfinanzierenden Unternehmen und Verbänden zugänglich gemacht

Pyrrolizidine alkaloids in Senecio vulgaris L. depending on development stage and season

Das Gewöhnliche Greiskraut (Senecio vulgaris L.) wird aufgrund seiner toxischen Inhaltsstoffe (Pyrrolizidinalka­loide, PAs) und seines enormen Verbreitungspotentials in landwirtschaftlichen Sonderkulturen als problematisch eingestuft (Robinson et al., 2003; BfR, 2007; Wiedenfeld, 2011; Wiedenfeld und Edgar, 2011). Die vorliegende Untersuchung hatte daher zum Ziel in Parzellenfreilandversuchen die Wachstumsparameter von Senecio vulgaris und den Gehalt von verschiedenen PAs hinsichtlich ontogenetischer Unterschiede zu verschiedenen Jahreszeiten zu untersuchen.Wie bereits für andere Senecio-Arten gezeigt, wird auch in Senecio vulgaris der PA-Gehalt (PA-Gesamtsumme, tertiäre PAs und PA-N-oxide) je nach Jahreszeit durch das Entwicklungsstadium beeinflusst. Allgemein zeigt sich eine Tendenz, dass die PA-Konzentration bis zur Vollblüte ansteigt und nachfolgend zur Frucht- und Samenreife wieder abnimmt. Von den N-oxiden wurden jeweils höhere Gehalte als von den entsprechenden tertiären PAs gefunden. Die Einzelverbindungen werden in ihrer Konzentration unterschiedlich beeinflusst; während einige PAs zu jeder Jahreszeit ontogenetisch verändert wurden (Retrorsin-N-oxid, Senecionin), konnte dieses für Senecivernin-N-oxid nicht nachgewiesen werden.The common groundsel (Senecio vulgaris L.) is a harmful weed because of its toxic compounds (pyrrolizidine alkaloids, PAs) and its enormous distribution potential in agricultural and horticultural crops (Robinson et al., 2003; BfR, 2007; Wiedenfeld, 2011; Wiedenfeld und Edgar, 2011). During different seasons and in plot-field experiments we have examined the growth parameters and the amount of different PAs of Senecio vulgaris L. related to ontogenetic differences.As already shown for other Senecio species, the PA content in Senecio vulgaris (PAs total, tertiary PAs and PA-N-oxides) is influenced by the developmental stage, depending on the season. In general, there is a tendency for the PA concentration to increase until full flowering and subsequently to decrease again for fruit and seed maturity. In each developmental stage the contents of the N-oxides were higher than the corresponding tertiary PAs. The individual compounds are influenced differently in their concentration: while some PAs are always subject to a significant influence by onto­genesis (retrorsine-N-oxide, senecionine), influences for senecivernine-N-oxide could only be detected in one season

Anfälligkeit von Johanniskraut (Hypericum perforatum) gegenüber dem Welkeerreger Colletotrichum gloeosporioides - Gesamtauswertung mehrerer Resistenzprüfungen-

Der Krankheitsverlauf von sechs Sorten und einem Stamm Johanniskraut (Hypericum perforatum) gegenüber dem Welkeerreger Colletotrichum gloeosporioides nach künstlicher Inokulation im Untersuchungsjahr 2017 wird dargestellt. Die aktuell beobachteten Resistenzeigenschaften werden mit den Ergebnissen früherer Prüfungen verglichen. In einer Gesamtauswertung werden Ergebnisse von 13 Sorten und einem Stamm zusammengetrage

Next generation breeding tools for chamomile: Evaluating genetic diversity, ploidy variation, and identifying marker-trait associations

Chamomile (Matricaria recutita L.) has a long history of use in herbal medicine with various applications, and the flower heads contain numerous medicinally active compounds. Next generation sequencing (NGS) approaches are applied to exploit genetic resources in the major crop plants to develop genomic resources, and to enhance breeding. Genotyping-by-sequencing (GBS) has been used to evaluate the genetic structure of cultivated populations in the non-model crop chamomile using 6495 SNP markers, and to perform a genome wide association study (GWAS) identifying sequences significantly associated with the medicinally important alpha-bisabolol content. Ploidy variation in chamomile was investigated by high-throughput flow-cytometry. Di-, tri- and tetraploid plants were identified, and in field trials characterized. Since seeds are not needed in the harvested product of chamomile, triploidy could be a way to obtain a sterile chamomile variety, omitting the problems of chamomile seeds lying up to 15 years dormant in the soil and facilitating crop rotation in the fields.Die Nutzung von Kamille (Matricaria recutita L.) als Arzneipflanze hat eine lange Tradition und umfasst einen weiten Anwendungsbereich. Die Blütenköpfe von Kamille enthalten eine Vielzahl an medizinisch wirksamen Inhaltsstoffen. Next-Generation Sequenzierungsmethoden (NGS) werden bei den Hauptkulturpflanzen verwendet, um genetische Ressourcen zu erschließen und die Züchtung zu unterstützen. Genotypisierungdurch- Sequenzierung (GBS) wurde bei der Nicht-Modellpflanze Kamille zur Charakterisierung der genetischen Diversität angewandt. Unter Nutzung von den erhaltenen 6495 hochqualitativen SNP-Markern wurden mittels einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) DNA-Sequenzen identifiziert, die signifikant mit dem pharmazeutisch wichtigen Alpha-Bisabolol-Gehalt assoziiert sind. Die Ploidievariation in der Art Echte Kamille wurde mittels Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie untersucht. Di-, tri- und tetraploide Pflanzen wurden identifiziert und in Feldversuchen charakterisiert. Da für das Ernteprodukt bei Kamille keine Samen benötigt werden, könnte Triploidie ein Weg sein, eine sterile Kamillensorte zu erzeugen. Mit einer sterilen Sorte könnte so das Problem gelöst werden, dass Kamillensamen im Boden bis zu 15 Jahre lang nach dem Anbau auskeimen, was den Fruchtwechsel auf den Ackerböden erheblich erschwert und u.a. zur Akkumulation von Kamillenkrankheiten führt

Breeding of a high yielding chamomile variety (Matricaria recutita L.) with improved traits for machine harvesting

A more productive variety of chamomile (Matricaria recutita L.), which is more efficient in machine processing with consistent quality traits, will benefit the viability of german products in the global market. Breeding of an enhanced chamomile variety is part of a german multi-network project called KAMEL whose research aims on Matricaria recutita L., Valeriana officinalis L. and Melissa officinalis L. The agronomic and qualitative improvement of these speciality crops are the basis for further economic prosperity of medicinal and aromatic plant cultivation in Germany. The main breeding goals of a new variety of chamomile are the increase of blossom product yield (Matricariae flos) to 6 dt/ha in up to three harvest stages through a homogenous flower horizon (pick height), an even flowering time, large flower heads and a high regeneration rate after each harvest stage. The upgrade of the content of essential oil content to a minimum of 0.8 % with its compostion according to Ph. Eur. and a chamazulene content of min. 25 % are further objectives of the breeding process. In addition to these quality traits, high tolerances against common fungal diseases are of particular interest. Development of an innovative chamomile variety is realized over nine years in three stages (2010 - 2019)

MAPHEUS - The Maiden Flight of a New Vehicle for Microgravity Experiments

There are numerous materials science experiments in microgravity, which can be realized on sounding rockets, e.g. the gelation of aerogels, directional solidification of alloys and diffusion measurements in metallic melts. Such a rocket must offer a period of good microgravity-conditions for more than 120 s. The MAPHEUS (Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit) rocket of the German Aerospace Center DLR meets these requirements. The payload is based on modules with 356 mm diameter, which are also used in the REXUS project. MAPHEUS implements the newly developed REXUS service-system. This service-system can control the power supply and handles data communication and time event management of the scientific experiments. An RCS-Module (Rate-Control- System) has been designed and built. This module contains a tank filled with pressurized gas (nitrogen), solenoid valves and nozzles, which are used to reduce the spin during the ballistic flight phase to less than 30°/min providing excellent microgravity conditions. During the maiden flight, in May 2009 at Esrange, Sweden, the payload was transported with a double stage solid propellant rocket up to an apogee of about 140 km. The first stage, a Nike motor, burned for 3.5 s and then, 9 s after lift-off, the second stage, an Improved Orion motor, ignited. At an altitude of about 70 km a yo-yo system decreased the rotation of the vehicle about its’ longitudinal axis, which was spin-stabilized during the ascent. After the second stage was separated and the rotation rates were reduced by the RCS, the experiment phase began at an altitude above 100 km. The scientific payload of MAPHEUS-1 consisted of three DLR internal experiment modules and a battery module from the DLR Institute of Materials Physics in Space, a measurement platform from the University of Applied Science Aachen, and the RB-MUSC from DLR Köln. The three material science experiments launched were AEROGET, an experiment to create frequency doubling aerogels, ATLAS-M, an experiment for diffusion measurements in molten metals and ARTEX-M, an experiment for directional solidification of AlSi-alloys. After the experiment phase, the payload re-enters the atmosphere and was decelerated by the aerodynamic drag. At an altitude of about 4.6 km the parachute system was released and the payload thus decelerated to a terminal velocity of 8 m/s. The DLR Institute of Space System was responsible for the project management and the DLR Mobile Rocket Base provided the rocket hardware and conducted the operations during campaign. This paper gives an overview of the MAPHEUS-1 vehicle, the experiments, the successful maiden flight of the rate-control-system and the campaign. It also includes flight results and gives an outlook on the MAPHEUS programme

MAPHEUS-1: Vehicle, Subsystem Design, Flight Performance And Experiments

There are numerous materials science experiments in microgravity, which can be realized on sounding rockets, e.g. the gelation of aerogels, directional solidification of alloys and diffusion measurements in metallic melts. Such a rocket must offer a period of good microgravity-conditions for more than 120 s. The MAPHEUS (Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit) rocket of the German Aerospace Center DLR meets these requirements. This paper gives an overview on the MAPHEUS-1 vehicle, the experiments, the successful maiden flight of the rate-control-system and the campaign. The paper includes first flight results and it gives an outlook on the MAPHEUS programme

Occurrence of Nine Pyrrolizidine Alkaloids in Senecio vulgaris L. Depending on Developmental Stage and Season

The contamination of phytopharmaceuticals and herbal teas with toxic plants is an increasing problem. Senecio vulgaris L. is a particularly noxious weed in agricultural and horticultural crops due to its content of toxic pyrrolizidine alkaloids (PAs). Since some of these compounds are carcinogenic, the distribution of this plant should be monitored. The amount of PAs in S. vulgaris is affected by various factors. Therefore, we investigated the occurrence of PAs depending on the developmental stage and season. A systematic study using field-plot experiments (four seasons, five developmental stages of the plants: S1 to S5) was performed and the PA concentration was determined via LC-MS/MS analysis. The total amount of PAs in the plant increased with the plant development, however, the total PA concentrations in µg/g dry matter remained nearly unchanged, whilst trends for specific PAs were observed. The concentrations of PA-N-oxides (PANOs) were much higher than that of tertiary PAs. Maximal amounts of the PA total were 54.16 ± 4.38 mg/plant (spring, S5). The total amount of PAs increased strongly until later developmental stages. Therefore, even small numbers of S. vulgaris may become sufficient for relevant contaminations set out by the maximal permitted daily intake levels recommended by the European Food Safety Authority (EFSA)