DBG · Nachwuchsförderung

Jan Hendrik Hoerner (Universität Bielefeld)

Jan Hendrik Hoerner erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Bielefeld im Jahr 2017 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Allelopathische Effekte der invasiven Pflanze Erodium cicutarium auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen"

Der invasive Reiherschnabel (Erodium cicutarium) verringert die Erntemengen zahlreicher Nutzpflanzen Nordamerikas teils drastisch. Jan Hendrik Hoerner untersuchte, welchen Anteil sogenannte Allelopathika daran haben, also von den Reiherschnäbeln produzierte chemische Substanzen, welche die Entwicklung anderer Pflanzen beeinflusst. Er trennte phenolische Verbindungen auf und zeigte deren wachstumshemmende Wirkung, die sich bereits in sehr geringen Konzentrationen entfaltete.

Der gewöhnliche Reiherschnabel Erodium cicutarium (Geraniaceae) ist eine einjährige krautige Pflanze mit weltweiter Verbreitung und eine invasive Art in Nordamerika. Er kann die Ernteerträge verschiedener Nutzpflanzen bedeutend reduzieren (bis zu -92 % bei Erbsen, -82 % bei Trockenbohnen, -37 % bei Raps sowie -36 % bei Weizen) und zudem negative Auswirkungen auf die angestammte Flora haben. Bis jetzt, ist der zugrundeliegende chemisch-ökologische Mechanismus für den Erfolg weitgehend unbekannt.

Zielsetzung der Arbeit war es mögliche allelopathische Effekte zu untersuchen. Dazu wurde die allelopathische Aktivität von E. cicutarium Rhizosphären-Bodenproben als auch von Blattextrakten an einer Vielzahl unterschiedlicher Nutzpflanzenkeimlingen untersucht. Die Reiherschnabelproben mit der höchsten Wachstumshemmung (methanolische Blattextrakte von 12 Wochen alten Klimakammerpflanzen mit künstlicher Verletzung zur Simulation einer Mahd) wurden mit Hilfe einer fraktionierenden Festphasenextraktion und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie genauer untersucht. Anschließende Biotests mit den einzelnen Fraktionen und erworbenen Reinsubstanzen bestätigten die allelopathische Wirkung verschiedener phenolischer Verbindungen. Ellagsäure beispielsweise, führte ab einer Konzentration von 15,6 µg / mL und Gallussäure bei 31,3 µg / mL zu einer signifikanten Wachstumshemmung im Vergleich zur Lösungsmittelkontrolle.

Interessanterweise war die prozentuale Wachstumshemmung in den Rohextrakten stärker. Daher liegt die Vermutung nahe, dass hier Synergieeffekte zwischen den einzelnen Verbindungen auftreten. Möglicherweise eignen sich Rohextrakte besser zur Erforschung von Allelopathie, denn in der Natur wird eine isolierte Verbindung nie alleine auftreten. Die Erforschung von Allelopathie ist unter anderem relevant für Landwirtschaft und Naturschutz.

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Jan Hendrik Hoerner fertigte die Arbeit am Lehrstuhl für Chemische Ökologie in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Caroline Müller an.


A) Die Modelpflanze Erodium cicutarium (L.) L’Hér. ex Aiton. B) Die gelappten Kotyledonen sind ein wichtiges Erkennungsmerkmal, welches E. cicutarium von anderen Arten der Gattung unterscheidet. C) Die behaarte und spitze Samenhülse begünstigt Zoochorie. D) Aufwickelnde Granne des trockenen und reifen E. cicutarium Samens. Gelang der Samen auf den Boden, sorgt Feuchtigkeit dafür die spiralförmige Struktur zu entwinden und bohrt den Samen mit der spitzen Samenhülse voran in den Boden. Grafik: Jan Hendrik Hoerner
A) Boxplot von Kresse-Keimlingen (L. sativum), deren Keimwurzeln auf Blattextrakten von zwölf Wochen alten E. cicutarium Pflanzen mit simulierter Mahd (leaf extract 12 W CL) oder Blattextrakten von Pflanzen ohne Verletzung (leaf extract 12 W) wuchsen. Diese wurden mit Keimlingen verglichen, die auf der Lösungsmittelkontrolle (solvent control methanol) unter exakt gleichen Bedingungen wuchsen. Statistik: Kruskal-Wallis H-Test (Chi-Quadrat= 24.815, df= 2, p= 4.09E-06), Mann-Whitney U-Test post hoc Analyse:12 W CL leaf extract vs. solvent control: (U= 100, Z= 3.742, p= 1.83E-04), 12 W leaf extract vs. solvent control: (U= 100, Z= 3.742, p= 1.83E-04), 12 W leaf extract vs. 12 W CL leaf extract: (U= 4, Z= -3.439, p= 5.83E-04). Unterschiedliche Buchstaben im Graphen heben die statistische Signifikanz hervor: p > 0.05= ns, p < 0.05= *, p < 0.01= **, p < 0.001= ***, n= 10 Replikate. B) Photographie von den L. sativum Keimlingen, die drei Tage lang auf den genannten E. cicutarium Blattextrakten oder der evaporierten Lösungsmittelkontrolle gewachsen sind. Gezeigt werden die ersten vier bis fünf Replikate. Steigendes Pflanzenalter und simulierter Mahd führten zu einer verstärkten Wachstumshemmung. Grafik: Jan Hendrik Hoerner