Vorteile von Glucosinolaten in Brokkoli

Glucosinolate bauen sich in Isothiocyanate ab, die zur Unterdrückung von Pflanzenschädlingen und Krankheitserregern beitragen können.
Weitere Faktoren in Verbindung mit Brokkoli-Bodenverbesserern können zusätzliche Wirkungen zu denen von Glucosinolaten bei der Entwicklung von krankheitsunterdrückenden Böden haben.
Anbauer haben auf Brokkoli und andere Brassica-Gemüse im Fruchtwechsel vertraut, um zur Bodengesundheit beizutragen und Krankheitsbedrohungen zu reduzieren.

Was sind Glucosinolate?
Glucosinolate sind schwefelhaltige Verbindungen, die natürlich in Brassica-Spezies wie Brokkoli und Weißkohl vorkommen.¹ Beim Abbau durch das Myrosinaseenzym, das auch in Brassica-Pflanzen vorkommt, werden Glucosinolate in andere Verbindungen, darunter Isothiocyanate (ITCs), abgebaut. ITCs schützen Pflanzen nachweislich vor einigen Krankheiten und Schädlingen und erweist sich in der Biofumigation bei der Einführung von Brassica-Pflanzen als Gründünger im Boden als nützlich.

Es wurden über 130 verschiedene Glucosinolatverbindungen charakterisiert. Verschiedene Verbindungen werden von verschiedenen Brassica-Spezies produziert und unterschiedliche Glucosinolate sind in verschiedenen Geweben (Wurzeln, Blättern) in derselben Pflanze zu finden.² Glucosinolatverbindungen, die üblicherweise in Brokkoli zu finden sind, umfassen Sinigrin, Glucoraphanin und Gluconapin, wobei die höchsten Werte typischerweise in Brokkoliblättern, Blütenknospen, Samen und Sprossen zu finden sind. Die Menge der in Brokkoligewebe produzierten Glucosinolate ist abhängig von Boden- und Wetterbedingungen sowie der Düngungsstufe, den Kultivierungsmethoden und der Erntesaison (Frühjahr oder Herbst).²

Glucosinolate und ihre ITC-Derivate sind aufgrund ihrer Rolle im Pflanzenschutz, ihrer Wirkung auf die Bodengesundheit und der potenziellen gesundheitlichen Wirkung für Menschen, die Brassica-Gemüse wie Brokkoli konsumieren, ins wissenschaftliche Interesse gerückt. Eine Studie zur Wirkung von Glucosinolaten, die in verschiedenen Brassica-Pflanzen erzeugt werden, auf zwei bakterielle Erreger und zwei Pilzerreger, ergab, dass Glucosinolat-Derivate das Wachstum der Erreger in Kulturen hemmte und dass der Umfang der Hemmung von der Menge der getesteten Verbindung abhängig war. Die Studie zeigte ebenfalls, dass die verschiedenen Erreger auf verschiedene Verbindungen unterschiedlich reagierten, was darauf hinweist, dass die Fähigkeit einer Pflanze zur Unterdrückung eines Erregers auf den in der Pflanze vorhandenen Verbindungen und den jeweiligen Stämmen des involvierten Erregers beruht.³

Bodengesundheit
Glucosinolate und ITCs sind nicht nur ein Faktor in der Widerstandsfähigkeit einer Pflanze gegen Krankheiten, sondern können auch in der Schädlingsbekämpfung hilfreich sein, da sie die Erreger und Schädlinge im Boden beeinflussen. Biofumigation ist der Prozess, bei dem der Rückstand gewisser Brassica-Spezies, darunter Brokkoli, zur Unterdrückung von Bakterien, Pilzen, Nematoden und Unkräutern in den Boden eingebracht wird.^4,5 Diese Unterdrückung wird teilweise auf die Freigabe von ITCs aus dem mazerierten und sich zersetzenden Gewebe zurückgeführt.

Laborstudien haben durchweg die toxische Wirkung von ITCs auf Pflanzenerreger in Kulturen gezeigt³, allerdings kann das Extrapolieren aus Laborstudien zur Bestimmung der Wirkung im Feld schwierig sein. Die Menge an freigesetzten ITCs ist von mehr abhängig als nur der Menge der im Pflanzenrückstand enthaltenen Glucosinolate. Die Umwandlung von Glucosinolaten in ITCs ist abhängig von der Menge der im Pflanzengewebe vorhandenen Myrosinase und von Umweltfaktoren, wie Bodentemperatur, Feuchtigkeit und anderen Bodenbedingungen. Damit kann die Wirksamkeit der Biofumigation mit Brassica-Spezies wie Brokkoli zur Unterdrückung von Erregern in der Erde stark von den Methoden der Pflanzenvernichtung und -einbringung und verschiedenen Bodenumweltfaktoren abhängen.¹²

Eine im Jahr 1999 veröffentlichte Feldstudie zeigte, dass das Einbringen von Brokkoli-Pflanzenrückständen in den Boden den Umfang an Verticillium-Welke in nachfolgenden Brokkoli- und Blumenkohl-Anpflanzungen wirkungsvoll unterdrückt (Abbildung 1).⁴ Eine Follow-up-Studie ergab, dass ein Wechsel mit Brokkoli im Winter und Erdbeeren im Sommer in Kalifornien die Menge des Erregers Verticillium dahliae im Boden reduzierte und den Schweregrad der Verticillium-Welke bei Erdbeeren senkte sowie das Wachstum der Erdbeerpflanzen und Fruchtfelder im Vergleich zu einem Fruchtwechsel ohne Brassica-Gemüse steigerte.⁶

Andere Studien haben gezeigt, dass Bodenverbesserungen mit Brassica-Pflanzenrückständen eine Reihe von Pflanzenschädlingen hemmen können, darunter bakterielle Erreger wie Ralstonia solanacearum, Pseudomonas marginalis und Streptomyces scabies, Nematoden einschließlich Wurzelgallennematoden und Kartoffelnematoden sowie Pilzerreger und pilzähnliche Erreger wie Sclerotinia minor, Sclerotinia sclerotiorum, Verticillium dahliae, Rhizoctonia solani, Aphanomyces euteiches und Pythium ultimum.^7,8,9

Anwendungen von Senfpflanzenrückständen als Mulch reduzierten nachweislich die Krankheitsstufen von Salat durch den Pilz Sclerotinia minor und steigerten den Salatertrag. Die Salatpflanzen produzierten zudem in Feldern größere Köpfe, die mit der Senfsorte „Ida Gold“ behandelt wurden, die hohe Mengen an Glucosinolaten produziert.¹⁰ Andere Studien zu Deckfrüchten und Gründünger bei Salat ergaben wenig bis keine Krankheitsunterdrückung in Verbindung mit Brassica-Behandlungen.¹¹ Die Wirkung der Brassica-Biofumigation und die Rolle der Glucosinolate bei der Unterdrückung von Bodenkrankheiten sind nach wie vor unklar und Themen weiterführender Studien.

Andere Verbindungen als Glucosinolate in Brokkoli und anderen Brassica-Gemüsen scheinen ebenfalls in die Erregerunterdrückung involviert zu sein. Der Zusatz von Brokkoli-Rückständen in der Erde stimulierte nachweislich das natürliche Vorkommen von biologischen Organismen im Boden und die Aktivität dieser Antagonisten unterdrückte ebenfalls Erreger im Boden.⁷ Weitere Brassica-Pflanzen, einschließlich Raps, Radieschen, Steckrüben, gelber Senf und indischer Senf wurden auf ihre Wirkung auf Krankheitsunterdrückung im Boden untersucht.^9,13 Der Vorteil der Verwendung von Brokkoli als Gründünger ist, dass es sich hierbei auch um wertvolles gartenbauliches Gemüse handelt, das landwirtschaftliche Erlöse erzielt. Zudem passt Brokkoli gut in den Rotationsplan mit anderen Gemüsepflanzen.

Sources:

¹ James, D., Devaraj, S., Bellur, P., Lakkanna, S., Vicini, J., and Boddupalli, S. 2012. Novel concepts of broccoli sulforaphanes and disease: Induction of phase II antioxidant and detoxification enzymes by enhanced-glucoraphanin broccoli.Reviews 70:654–665.

² Motisi, N., Montfort, F., Doré, T., Romillac, N., and Lucas, P. 2009. Duration of control of two soilborne pathogens following incorporation of above- and below-ground residues of Brassica juncea into soil. Plant Pathology 58:470–478.

³ Sotelo, T., Lema, M., Soengas, P., Cartea, M., and Velasco, P. 2015. In vitro activity of glucosinolates and their degradation products against Brassica-pathogenic bacteria and fungi. Appl Environ Microbiol 81:432– 440.

⁴ Subbarao, K., Hubbard, J., and Koike, S. 1999. Evaluation of broccoli residue incorporation into field soil for Verticillium wilt control in cauliflower. Plant Dis. 83:124-129.

⁵ Traka, M. and Mithen, R. 2009. Glucosinolates, isothiocyanates and human health. Phytochem Rev 8: 269-282.

⁶ Subbarao, K., Kabir, Z., Martin, F., and Koike, S. 2007. Management of soilborne diseases in strawberry using vegetable rotations. Plant Dis. 91:964-972.

⁷ Shetty, K., Subbarao, K., Huisman, O., and Hubbard, J. 2000. Mechanism of broccoli-mediated Verticillium wilt reduction in cauliflower. Phytopathology 90:305-310.

⁸ Larkin, R. 2015. Soil health paradigms and implications for disease management. Annual Review of Phytopathology 53:199–221.

⁹ Larkin, R. and Griffin, T. 2007. Control of soilborne potato diseases using Brassica green manures. Crop Protection 26:1067–1077.

¹⁰ Daugovish, O., Downer, J., and Mochizuki, M. 2007. Mustard-derived biofumigation for lettuce in coastal California. Hortscience 42:953-953.

¹¹ Bensen, T., Smith, R., Subbarao, K., Koike, S., Fennimore, S., and Shem-Tov, S. 2009. Mustard and other cover crop effects vary on lettuce drop caused by Sclerotinia minor and on weeds. Plant Dis. 93:1019-1027.

¹² Matthiessen, J. and Kirkegaard, J. 2006. Biofumigation and enhanced biodegradation: opportunity and challenge in soilborne pest and disease management. Critical Reviews in Plant Sciences 25: 235-265.

¹³  Debode, J., Clewes, E., De Backer, G., and Hofte, M. 2005. Lignin is involved in the reduction of Verticillium dahliae var. longisporum inoculum in soil by crop residue incorporation. Soil Biol. Biochem. 37:301-309.

¹⁴ Johnson, I. 2002. Glucosinolates in the human diet. Bioavailability and implications for health. Phytochemistry Reviews 1: 183–188.

¹⁵ Sarikamis, G., Marquez, J., MacCormack, R., Bennett, R., Roberts, J., and Mithen, R. 2006. High glucosinolate broccoli: a delivery system for sulforaphane. Molecular Breeding 18:219-228.

^* Beachten Sie, dass alle Verbraucherproduktetiketten, die Gesundheits- oder Nährstoffangaben zu Brokkoli enthalten, mit den FDA-Vorschriften konform sein müssen, die für solche Aussagen zutreffen.

Einzelne Ergebnisse können abweichen, und die Leistung kann von Ort zu Ort und von Jahr zu Jahr variieren. Die hier angeführten Informationen sind möglicherweise kein Indikator für Ergebnisse, die Sie erzielen werden, da die lokalen Anbau-, Boden- und Wetterbedingungen variieren können. Anbauer sollten wann immer möglich Daten von mehreren Standorten und aus mehreren Jahren auswerten. Die Empfehlungen in diesem Artikel basieren auf Informationen aus den angeführten Quellen und dienen als Kurzübersicht für Informationen über die Verbindung von Glucosinolaten mit der Unterdrückung von Krankheitserregern und Schädlingen für Pflanzen. Der Inhalt dieses Artikels ersetzt nicht die professionelle Meinung eines Produzenten, Anbauers, Agronomen, Pflanzenpathologen oder ähnlichen Fachleuten, die sich mit diesem Thema beschäftigen.

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Abbildung 1.  Die Wirkung von Brokkoli-Rückständen mit und ohne Abdeckung, Blumenkohl gefolgt von Blumenkohl, Blumenkohl gefolgt von Brache, Überprüfungsbehandlung mit Plane, Überprüfungsbehandlung ohne Plane und zwei Bodenräuchermittel auf der Ebene mit Verticillium-Welke. Mit freundlicher Genehmigung von K. Subbarao—© APS. Reproduziert mit freundlicher Genehmigung von Subbarao, K. V., Hubbard, J. C. und Koike, S. T. 1999. Evaluierung der Einbringung von Brokkoli-Rückständen in den Boden zur Bekämpfung der Verticillium-Welk