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Effect of Se-fertilization on the growth and S-metabolism of Broccoli (Brassica oleracea var. italica)

Hsu, Fu-Chen

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Abstract

Brokkoli (Brassica oleracea var. italica) wurde wegen seinem hohen Glucosinolatgehalt (GSL-Gehalt) und seiner Kapazität zur Anreicherung von Selen (Se) seit einiger Zeit als ein Functional Food zur Krebsprävention diskutiert. Da sich jedoch Selenat und Sulfat zu Beginn den gleichen Assimilationsweg teilen, könnte Se-Düngung die GSL-Akkumulation stören. Tatsächlich haben vorherige Studien gezeigt, dass Selenatdüngung auf das Pflanzenwachstum Einfluß nehmen und die GSL Akkumulation beeinträchtigen könnte. Um die potentiell nachteiligen Effekte der Se-Düngung neu zu beurteilen, wurde eine umfassende Studie an jungen Brokkolipflanzen in Sandkultur (mit wöchentlichen Selenatverabreichungen von 0,8 my mol Pflanze-1 über die Wurzel) und an adulten Brokkolipflanzen während der Blütenstandsbildung (eine einzige Selenatbehandlung mittels Sprühapplikation auf Blätter: 25,3 oder 253 my mol Pflanze -1) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verabreichen von Selenat weder das Pflanzenwachstum noch den Gehalt an Cystein, Glutation, Gesamt-GSL und an Glucoraphanin (als Hauptglucosinolat), noch die Expression von BoMYB28 (der einen Hauptregulator der aliphatischen GSL-Biosynthese kodiert) beeinflusste. Im Gegenzug stiegen aufgrund einer veränderten Expression der Sulfattransporter (BoSULTR1;1, 1;2, 2;1, und 2;2) die Sulfat- u. Gesamtschwefelkonzentrationen im Spross junger Pflanzen, während sie in deren Wurzel abnahmen. Die Ergebnisse zeigen, dass Brokkoli mit Se gedüngt werden kann, ohne eine Verringerung des GSL-Gehalts zu verursachen, selbst dann, wenn die erreichte, Se-Akkumulation, deuthlich über der für den menschlichen Verzehr empfohlenen Menge lag.

Translation of abstract (English)

Broccoli (Brassica oleracea var. italica) has been proposed as a functional food for cancer prevention, based on its high glucosinolate (GSL) content and capacity for selenium (Se)-accumulation. However, as selenate and sulfate share the initial assimilation route, Se-fertilization may interfere with GSL accumulation. Indeed, previous studies have shown that selenate-fertilization may impinge on plant growth and compromise GSL accumulation. To reevaluate the potentially adverse effects of Se-fertilization, I have performed a comprehensive study on sand-grown young broccoli plants (weekly selenate applications of 0.8 my mol plant-1 via the root) and field-grown adult broccoli plants during head formation (single selenate application via leaf spray: 25.3 or 253 my mol plant-1). The results show that selenate-application did not affect growth, concentrations of cysteine, glutathione, total GSL and glucoraphanin as a major aliphatic GSL, or the expression of BoMYB28, encoding a master regulator for aliphatic GSL biosynthesis. Conversely, due to changed expression of sulfate transporters (BoSULTR1;1, 1;2, 2;1, and 2;2), sulfate and total S concentrations increased in the shoot of young plants but decreased in the root. In summary, broccoli can be fertilized with Se without reduction in GSL content, even with Se accumulation significantly above recommended levels for human consumption.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rausch, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 20 July 2010
Date Deposited: 23 Jul 2010 11:54
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)
Subjects: 570 Life sciences
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