Download pdf - Dissertation Haibo XUAN 2003

Aus dem Institut für Sonderkulturen und Ertragsphysiologie

Universität Hohenheim

Fachgebiet: Wachstumsregulatoren

Fruchtfleischverbräunungen bei ‚Conference’ Birne und ‚Braeburn’ Apfel - Einfluss von

Vor- und Nacherntemaßnahmen auf Merkmale der Nachernte-Fruchtphysiologie und des

Stress-Abwehrsystems unter besonderer Berücksichtigung der Wirkung von Bor

Dissertation

Zur Erlangen des Grades eines Doktors

der Agrarwissenschaften

der Fakultät Agrarwissenschaften

(Dr. sc. agr.)

von

M. sc. agr.

Haibo Xuan

Aus Xingjiang, V.R. China,

2003

Danksagung

Herrn Prof. Dr. F. Bangerth sage ich meinen herzlichsten Dank für die Überlassung des

Themas. Rat und Anregungen meines Lehrers haben mich stets begleitet und bei der

Durchführung der Arbeit gefördert.

Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. J. Streif. Er hat mich in wissenschaftliches Arbeiten

eingeführt und mit den Techniken zur Durchführung der Untersuchungen vertraut gemacht.

Unermüdlich stand er mir mit viel Geduld zur Seite und steuerte aus seinem reichen

Erfahrungssatz viele Anregungen bei.

Ich bedanke mich herzlich bei:

- Herrn Prof. Dr. V. Römheld, Herrn Prof. Dr. I. Cakmak, Frau Dr. H. Pfeffer und Herrn

Dr. F. Dannel für Vorschläge und die Unterstützung bei den Bor-Bestimmungen

- Frau Dipl. Ing. Agr. A. Bianchi sowie den technischen Assistentinnen Frau R.

Slodczyk, Frau S. Sonnentag und Frau R. Wirsing für ihre Mithilfe bei zahlreichen

Probenahmen und Bestimmung der Mineralstoffe

- dem ehemaligen Doktoranden-Kollegen und heutigen Dr. A. A. Saquet für die Hilfe

zur Bestimmung von ATP und ADP

- Herrn Dipl. Ing. Agr. E. Hubschneider für die Durchführung der 10B-Bestimmung

- allen Mitarbeitern und Mitdoktoranden des Instituts für Obstbau und insbesondere den

Mitarbeitern der Versuchsstation Bavendorf für die freundliche Unterstützung bei der

Durchführung der Versuche im Freiland

Ich bedanke mich für die finanzielle Unterstützung aus Mitteln des EU-Projekt, FAIR III CT

96-1803 und des DFG-Projekt STR 257/3-1, womit die Durchführung und die Anfertigung

dieser Arbeit sowie mein Aufenthalt in Deutschland ermöglicht wurde.

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis.....................................................................................................I-V

Abkürzungsverzeichnis.............................................................................................VI

1 Einleitung und Problemstellung...........................................................................1-5

1.1 Einleitung.....................................................................................................................1

1.2 Problemstellung...........................................................................................................4

2 Literaturübersicht...............................................................................................6-27

2.1 CA-Lagerung von Apfel und Birne.............................................................................6

2.1.1 Lagerung als Maßnahme zur Qualitätserhaltung.........................................................6

2.1.2 Lagerung und das Auftreten physiologischer Erkrankungen .....................................8

2.1.2.1 Kernhausbräune ..........................................................................................................8

2.1.2.2 Innere Fleischverbräunung und Bildung von Kavernen .............................................9

2.2 Einfluss von Vorernte-Bedingungen auf die Qualität und Haltbarkeit .....................10

2.2.1 Verbräunungsempfindlichkeit verschiedener Sorten.................................................10

2.2.2 Standort- und Klimabedingungen..............................................................................10

2.2.3 Fruchtreife und Erntetermin.......................................................................................11

2.2.4 Mineralstoffversorgung ............................................................................................12

2.2.4.1 Calcium und Fruchtgesundheit..................................................................................12

2.2.4.2 Bor und Fruchtgesundheit.........................................................................................13

2.3 Einfluss von Lager-Bedingungen auf die Qualität und Haltbarkeit .........................16

2.3.1 Lagertemperatur .......................................................................................................16

2.3.2 CO2 und O2 in der Lageratmosphäre.........................................................................16

2.3.2.1 Atmung und ‚Energiezustand’ der Früchte...............................................................17

2.3.2.2 Ethylenbildung und Ethylenwirkung ........................................................................18

2.3.2.3 Fruchtreife und Membranveränderungen..................................................................19

2.3.2.4 Lipide und Fettsäuren und deren Abbau...................................................................20

2.4 Das fruchteigene zelluläre Abwehrsystem................................................................23

2.4.1 Enzymatische Stressabwehr......................................................................................24

2.4.2 Nichtenzymatische Stressabwehr..............................................................................25

3 Material und Methoden....................................................................................28-48

3.1 Überblick über die durchgeführten Versuche ...........................................................28

Inhaltsverzeichnis II

3.2 Versuchsmaterial........................................................................................................29

3.2.1 Auswahl der Sorten und Bäume.................................................................................29

3.2.2 Mineralstoff-Applikationen.......................................................................................29

3.2.3 Ernte und Vorbereitung für die Lagerung .................................................................30

3.2.4 Lagerverfahren...........................................................................................................30

3.2.5 Probenahmen..............................................................................................................32

3.3 Lagerbedingte physiologische Erkrankungen, Qualitäts- und Mineralstoff-

untersuchungen..........................................................................................................34

3.3.1 Bonitur physiologischer Erkrankungen.....................................................................34

3.3.2 Messungen der Reife- und Qualitätsmerkmale..........................................................34

3.3.3 Analyse der Mineralstoffe.........................................................................................36

3.3.4 Untersuchungen zur 10

B-Translokation.....................................................................37

3.4 Fruchtphysiologische Untersuchungen......................................................................38

3.4.1 Atmung- und Ethylenmessungen an Früchten unter CA-Bedingungen.....................38

3.4.2 Bestimmung von ATP und ADP...............................................................................40

3.4.3 Permeabilität der Membranen...................................................................................40

3.4.4 Aktivität der Lipasen.................................................................................................41

3.4.5 Lipidfraktionen und Fettsäuren ................................................................................42

3.4.6 Aktivität der Lipoxygenase ......................................................................................43

3.4.7 Messung von Malondialdehyd .................................................................................43

3.4.8 Aktivität der Polyphenoloxidase...............................................................................44

3.5 Antioxidatives Abwehrsystem..................................................................................44

3.5.1 Ascorbinsäure und Dehydro-Ascorbinsäure.............................................................44

3.5.2 Antioxidatives Potential ...........................................................................................45

3.5.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsystem..........................................................46

4 Ergebnisse.........................................................................................................49-111

4.1 Einfluss von Vor- und Nacherntemaßnahmen auf Merkmale der

Fruchtqualität und Fruchtreife, den Mineralstoffgehalt und das Auftreten

physiologischer Erkrankungen..................................................................................49

4.1.1 Fruchtqualität und Fruchtreife bei ‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’

Äpfeln........................................................................................................................49

4.1.1.1 Erntetermin................................................................................................................49

4.1.1.2 Bor- und Calcium-Spritzungen..................................................................................50

4.1.1.3 CA-Lagerbedingungen ..............................................................................................54

4.1.1.4 Verzögerte CA–Lagerung .........................................................................................55

Inhaltsverzeichnis III

4.1.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Applikationen auf den Mineralstoff-

gehalt bei ‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfeln............................................56

4.1.2.1 Mineralstoffgehalt in Blättern im Verlauf des Fruchtwachstums ............................56

4.1.2.2 Mineralstoffgehalt in den Früchten im Verlauf des Fruchtwachstums ....................59

4.1.2.3 Translokation von 10

Bor............................................................................................61

4.1.2.4 Mineralstoffgehalt bei der Ernte ...............................................................................63

4.1.2.5 Bor-Fraktionen im Fruchtfleisch...............................................................................64

4.1.3 Fruchtfleischverbräunungen im Verlauf der CA-Lagerung......................................65

4.1.3.1 Einfluss des Erntetermins .........................................................................................66

4.1.3.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen ........................................................67

4.1.3.3 Einfluss der CA-Lagerbedingungen sowie einer verzögerten CA- Lagerung

in Verbindung mit Bor-Behandlungen ......................................................................71


Fruchtphysiologie bei ‚Conference’ Birnen...............................................................72

4.2.1 Atmung, Ethylenbildung und ATP/ADP-Gehalt bei der Ernte und während

der CA- Lagerung ....................................................................................................72

4.2.1.1 Einfluss des Erntetermins und der CA-Lagerbedingungen auf die Atmung

und Ethylenbildung ..................................................................................................72

4.2.1.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf die Atmung und

Ethylenbildung...........................................................................................................75

4.2.1.3 Einfluss von Bor auf die Konzentration von ATP und ADP ...................................79

4.2.2 Membranpermeabilität des Fruchtgewebes von ‚Conference’ Birnen und

‚Braeburn’ Äpfeln während der Lagerung.................................................................81

4.2.2.1 Einfluss von Bor und Calcium auf die Leitfähigkeit des Fruchtgewebes .................81

4.2.2.2 Durchlässigkeit der Membranen für freie Phenole und Bor .....................................83

4.2.3 Veränderungen im Gehalt an Lipiden und Fettsäuren während der

CA-Lagerung von ‚Conference’ Birnen....................................................................85

4.2.3.1 Freie Fettsäuren.........................................................................................................85

4.2.3.2 Fettsäurenzusammensetzung der polaren Lipide.......................................................87

4.2.4 Aktivität von Lipasen ...............................................................................................90

4.2.5 Aktivität der Lipoxygenase .......................................................................................91

4.2.5.1 Einfluss von Bor-Behandlungen ...............................................................................91

4.2.5.2 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen .............................................92

4.2.5.3 Ausiwrkungen von Ascorbinsäure-Infiltrationen......................................................94

Inhaltsverzeichnis IV

4.2.6 Einfluss von Bor-Behandlungen, Erntetermin und Lagerbedingungen

auf den Gehalt an Malondialdehyd ...........................................................................95

4.2.7 Aktivität der Polyphenoloxidase ...............................................................................97

4.3 Einfluss von Vor- und Nacherntemaßnahmen auf das fruchteigene Stress-

Abwehrsystem von ‚Conference’ Birnen...................................................................98

4.3.1 Antioxidatives Verhalten bei der Ernte und während der Lagerung.........................98

4.3.1.1 Einfluss von Bor-Behandlungen ...............................................................................98

4.3.1.2 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen ...........................................100

4.3.2 Vitamin C-Gehalt von ‚Conference’ Birnen............................................................101

4.3.2.1 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf den Vitamin C-Gehalt

im Verlauf der Fruchtentwicklung...........................................................................101

4.3.2.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf den Vitamin C-Gehalt

bei der Ernte und im Verlaufe der Lagerung...........................................................102

4.3.2.3 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedinungen auf den

Vitamin C-Gehalt bei der Ernte und im Verlaufe der Lagerung ............................104

4.3.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsysteme von ‚Conference’

Birnen bei der Ernte und im Verlauf der Lagerung.................................................106

4.3.3.1 Einfluss von Bor-Behandlungen..............................................................................106

4.3.3.2 Einfluss des Erntetermins .......................................................................................108

5 Diskussion.......................................................................................................112-147



physiologischer Erkrankungen ...............................................................................112

5.1.1 Einfluss der Fruchtreife bei ‘Conference’ Birnen...................................................112

5.1.1.1 Erntetermin und Fruchtqualität...............................................................................112

5.1.1.2 Erntetermin und Fruchtfleischverbräunungen.........................................................113

5.1.2 Einfluss von Lagermaßnahmen bei ‘Conference’ Birnen.......................................113

5.1.2.1 CA-Lagerung und Fruchtfleischverbräunungen......................................................113

5.1.2.2 CA-Lagerung und Fruchtqualität............................................................................115

5.1.2.3 Wirkung der verzögerten Einstellung der CA-Lagerbedingungen .........................115

5.1.3 Einfluss von Mineralstoffapplikationen auf die Fruchtqualität bei ‚Conference’

Birnen und ‚Braeburn’ Äpfeln.................................................................................117

5.1.3.1 Bor und Fruchtqualität.............................................................................................117

5.1.3.2 Bor und Fruchtfleischverbräunungen.......................................................................118

Inhaltsverzeichnis V

5.1.3.3. Mineralstoffgehalte in Blättern und Früchten im Verlauf des Fruchtwachstums

und bei der Ernte ....................................................................................................120

5.1.4 Einfluss von Bor- und Calcium-Applikationen auf die Aufnahme,

Translokation und Lokalisierung von Bor...............................................................122


Fruchtphysiologie von ‚Conference’ Birnen...........................................................124

5.2.1 Atmung ...................................................................................................................124

5.2.2 Ethylenbildung ........................................................................................................128

5.2.3 Einfluss von Bor auf die Konzentration von ATP und ADP .................................129

5.2.4 Membranpermeabilität des Fruchtgewebes während der Lagerung .......................130

5.2.5 Fettsäuren und Fettsäuren von Lipiden ..................................................................133

5.2.5.1 Frei Fettsäuren.........................................................................................................133

5.2.5.2 Polare Lipide...........................................................................................................134

5.2.6 Aktivität der Lipasen...............................................................................................135

5.2.7 Lipidperoxidation....................................................................................................136

5.2.8 Malondialdehyd ......................................................................................................137

5.2.9 Aktivität der Polyphenoloxidase..............................................................................137

5.3 Einfluss von Vor- und Nacherntemaßnahmen auf das fruchteigene

Stress-Abwehrsystem von ‚Conference’ Birnen....................................................138

5.3.1 Antioxidatives Verhalten bei der Ernte und während der Lagerung.......................138

5.3.2 Vitamin C Gehalt ....................................................................................................139

5.3.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsystem.........................................................143

5.3.3.1 Einfluss von Bor-Behandlungen .............................................................................143

5.3.3.2 Einfluss des Erntetermins .......................................................................................144

5.4 Zusammenhang zwischen Bor-Behandlungen und der Entstehung

physiologischer Erkrankungen bei ‚Conference’ Birnen.........................................145

6 Zusammenfassung..........................................................................................148-151

7 Summary.........................................................................................................152-155

8 Literaturverzeichnis.......................................................................................156-182

Abkürzungsverzeichnis VI

Abkürzungsverzeichnis

1-MCP 1-Methylcyclopropene 1O2 Singulett-Sauerstoff

ACC 1-Aminocyclopropan-1-Carboxylsäure

ADP Adenosin 5’-Diphosphat

AP Antioxidatives Potential

APX Ascorbat-Peroxidase

AS Ascorbinsäure

ATP Adenosin 5’-Triphosphat

BHT Butylhydroxytoluen

CA-Lagerung ‚Controlled Atmosphere’ Lagerung

CAT Katalase

CoA Coenzyme A

DHA Dehydroascorbinsäure

DHAR Dehydroascorbat-Reduktase

DHAS Dehydroascorbinsäure

DTT Dithiothreitol

EDTA Ethylendiamin-teteraessigsäure

F-6-P Fructose-6-Phosphat

Fast Blue RR-Salz 4-Benzoylamino-2,5-Dimethoxybenzene-Diazonium-Chlorid-

Hemi-Zink-Chlorid-Salz

G-1-P Glucose-1-Phosphat

GR Glutathion-Reduktase

GSH reduziertes Glutathion

GSSG oxidiertes Glutathion

H2O2 Wasserstoffperoxid

HO.

Hydroxyl-Radikal

HOO.

Hydroperoxyl

ICP-AES Induktionsgekoppelte Plasma-Atom-Emissionsspektrometrie

LOX Lipoxygenase

MDA Malondialdehyd

MDHA Monodehydroascorbat

MDHAR Monodehydroascorbat-Reduktase

ME Milliextinktion

NADH Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid

NADPH Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat

NBT Tetrazolium-Nitroblau

O2-.

Superoxid-Anion

PPC-Zyklus Pentose-Phosphat-Zyklus

Abkürzungsverzeichnis VII

PPO Polyphenoloxidase

PPP Pentose-Phosphat-Zyklus

PVPP Polyvinylpolypyrolidon

RO.

Alkoxyl

ROO.

Peroxyl

ROOH Lipidhydroperoxid

ROS Reaktive Sauerstoffspezies

RQ Respirations-Quotient

SAM S-Adenosylmethionin

SOD Superoxid-Dismutase

TBARS Thiolbarbitursäure-reaktive Substanzen

TCA Trichloressigsäure

TCA-Zyklus Tricarbonsäure-Zyklus

TCC Tricarbonsäure-Zyklus

U.A./mg protein Unit of activity, Aktivität einer Enzym-Einheit pro mg Protein

UDPG Uridin-Diphosphat-Glucose

ULO-Lagerung ‚Ultra Low Oxygen’, Lagerung bei sehr niedriger O2-

Konzentration

WIR Wasserunlöslicher Rest

Einleitung und Problemstellung 1

1 Einleitung und Problemstellung

1.1 Einleitung

Die Qualität von Obst wird aus Sicht des Produzenten, des Lagerhalters, des Handels oder des

Konsumenten unterschiedlich definiert (Abbildung 1). Auch wenn der Konsument seine

Kaufentscheidung bei frischem Obst in erster Linie von äußeren Faktoren, wie der

Fruchtgröße und der Fruchtfarbe abhängig macht, weiß er letztlich erst wenn er in den Apfel

gebissen hat, ob diese Entscheidung gut war oder nicht. Der Konsument vertraut seiner

Erfahrung und seinem Wissen, dass eine Frucht, die gut ausschaut, in der Regel auch gut

schmeckt (Stoll, 1982a). Der Zusammenhang zwischen ansprechendem Äußeren und guter

geschmacklicher Ausprägung ist allerdings nur bedingt zutreffend, am ehesten noch bei

Früchten, die im Stadium der optimalen Pflück- und Genussreife geerntet und direkt verzehrt

werden (Stoll, 1976; Baumann, 1996).

Abbildung 1: Fruchtqualität, Produkteigenschaften und Erwartungen (nach Höhn et al., 1997)

Um eine kontinuierliche Versorgung mit frischem Obst zu gewährleisten, ist die Lagerung

von Früchten über mehrere Monate und der Handel mit ihnen über weite Entfernungen

erforderlich. Diese Belastungen können die Früchte nur überstehen, wenn sie die genetischen

Voraussetzungen für eine lange Haltbarkeit besitzen, unter geeigneten Wachstums- und

Bewirtschaftungsbedingungen heranwachsen, im Stadium der optimalen Pflückreife geerntet

und unter besonderen Lagermaßnahmen aufbewahrt werden (Streif, 1992). Nur wenn alle

diese Bedingungen erfüllt werden, kann mit wohlschmeckenden und auch gut haltbaren

Früchten gerechnet werden (Bohling und Paulus, 1979; Stoll, 1982b; Bohling, 1983).

Qualität

Produzent Handel

KonsumentLagerhalter

Geschmack

Saftigkeit Produktionsart

Frische

Esswert

Aussehen

Lagersicherheit

Fleischfestigkeit

Ertrag

Nährwert

Größe

Eignungswert

Qualität

Produzent Handel

KonsumentLagerhalter

Geschmack

Saftigkeit Produktionsart

Frische

Esswert

Aussehen

Lagersicherheit

Fleischfestigkeit

Ertrag

Nährwert

Größe

Eignungswert


Neben unsachgemäßer Bewirtschaftung und einem falschen Erntetermin können vor allem

falsche Lagerbedingungen zu physiologischen Fruchterkrankungen führen (Lau, 1988b;

Kingston, 1993). Soweit befallene Früchte von außen erkennbare Schäden zeigen, lassen sich

diese Früchte vor dem Verkauf aussortieren. Einige Fruchterkrankungen bei Apfel und Birne

sind aber auf den inneren Bereich des Fruchtfleisches und/oder des Kernhauses begrenzt

(Snowdon, 1990; Meheriuk et al., 1994) und treten außerdem bevorzugt bei größeren, reiferen

und besser gefärbten Früchten auf (Streif, 1992). Das bedeutet, dass bei anfälligen Sorten

äußerlich sehr ansprechend erscheinende Früchte besonders mit inneren

Fruchtfleischverbräunungen befallen sein können. Auf eine solche negative Kauferfahrung

wird der Konsument zumindest vorrübergehend mit Kaufzurückhaltung oder Zuwendung zu

Alternativprodukten reagieren (Stoll, 1982a).

Die Langzeitlagerung von Kernobst in kontrollierter Atmosphäre (CA-Lagerung) ermöglicht

durch die Verzögerung der Fruchtreife zwar eine bessere Erhaltung äußerer und innerer

Qualitätsmerkmale, fördert aber bei unsachgemäßer Anwendung auch das Auftreten von

inneren Fruchtfleischschäden in Form von Verbräunungen und der Bildung von Kavernen.

Entsprechende Berichte über CA-lagerbedingte Schäden an wichtigen Apfel- und Birnen-

sorten haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen (Lau, 1988a,b; van Schaik, 1989;

Streif, 1996; Roelofs und de Jager, 1997; Elgar et al., 1998; Lidster et al, 1999; Park et al,

1999; Lafer, 2001; Xuan et al., 2001b). Obwohl die Schädigungen des Fruchtgewebes erst

während oder nach CA-Lagerung sichtbar werden, sind die eigentlichen Ursachen nicht allein

in falschen Lagerbedingungen zu suchen, sondern scheinen vielfältiger Natur zu sein. Im

einzelnen wird ein ganzer Ursachenkomplex genannt, angefangen von sortenbedingter

Anfälligkeit (Höhn et al., 1997), über Klima- und Standortseinflüsse (Link, 2000), Behang,

Schnitt- und Düngungsmaßnahmen (Chen et al., 1998; Dris et al., 1998; Lysiak et al., 1999),

Erntetermin (Streif, 1996; Lentheric et al., 1999) sowie die Einstellung der

Lagerbedingungen, die Zusammensetzung der Lageratmosphäre und die Lagerdauer (Streif,

1992; Goffings et al., 1994; Höhn et al., 1997; Roelofs und de Jager, 1997).

Über den Wirkungsmechanismus dieser Faktoren und den physiologischen Hintergrund bei

der Entstehung der Fruchtschädigung ist bisher nur wenig bekannt. Man weiß, dass erste

visuelle Gewebeverbräunungen in einer sehr frühen Lagerphase, meist bereits innerhalb 4-6

Wochen nach Lagerbeginn sichtbar werden und ein Maximum nach 2-3 Monaten erreicht ist

(de Jager, 1998; Streif, 1998). Das bedeutet, dass die Gewebeschädigungen möglicherweise

auf Probleme bei der Umstellung des Fruchtstoffwechsels von Vorernte- auf Nachernte-

bedingungen bei zu schneller Einlagerung ins CA-Lager zurückzuführen sind. Hinweise dafür

ergeben sich in der weise, dass sich diese Schädigungen im Kühllager ohne CA oder bei einer

um ca. 20 Tagen verzögerten CA-Einstellung nicht oder nur stark vermindert zeigen (Höhn et

al., 1996; Roelofs und de Jager, 1997; Saquet et al., 2001).


Die Ursachen sind möglicherweise in einem Ungleichgewicht im Energiestoffwechsel

und/oder in einer Überforderung des pflanzeneigenen Stressabwehrsystems bei einer

schnellen Einlagerung in CA-Bedingungen zu suchen. Entsprechende Zusammenhänge zum

Energiestoffwechsel werden in Arbeiten von Saquet et al. (2000) und Saquet (2001) dar-

gestellt. Aus einer Zusammenschau dieser Ergebnisse lässt sich für die Entstehung von CA-

bedingten Fruchtfleischverbräunungen folgende Hypothese ableiten:

Die niedrigen O2- und/oder hohen CO2-Konzentrationen vermindern die Respiration der

Früchte, was zu einer direkten Abnahme der ATP- und Fettsäurebiosynthese führt.

Gleichzeitig damit werden Gärungsvorgänge gefördert, die eine Anreicherung von Ethanol

und Acetaldehyd bewirken. Ethanol und Acetaldehyd, der niedrige Energiezustand der Zellen

und die damit verminderte Fettsäurebiosynthese erhöhen die Durchlässigkeit der Zellmem-

branen. Es kommt zu Störungen in den Membrantransportvorgängen und zum Verlust der

Zellkompartimentierung mit nachfolgender Oxidation von Phenolen im Zytoplasma und dem

Sichtbarwerden von Gewebeverbräunungen.

Abbildung 2: Mögliche Einflüsse von Vor- und Nacherntefaktoren auf fruchtphysiologische

Merkmale und die Entstehung von Fruchtfleischverbräunungen.

Physiologische Lagerkrankheiten, z.B

.Innere Verbräunungen und Kavernen

Membranen

(Funktion +

Stabilität)

Ethylen

Respiration

Energie

Anti-

oxidative

Stressabwehr

Innere + äußere

Fruchtqualität

Nacherntebedingungen

Temperatur,

Lageratmosphäre, Luftfeuchte

CA-Lagerregime (CA-

Verzögerung, ‚dynamisches

System‘, Lagerdauer)

z.B. Klima, Standort,

Sorteneigenschaften

Bewirtschaftungsmaßnahmen

(Schnitt, Ausdünnung,

Düngung, Erntetermin)

Vorerntebedingungen

Physiologische Lagerkrankheiten, z.B

.Innere Verbräunungen und Kavernen

Membranen

(Funktion +

Stabilität)

Ethylen

Respiration

Energie

Anti-

oxidative

Stressabwehr

Innere + äußere

Fruchtqualität

Nacherntebedingungen

Temperatur,


CA-Lagerregime (CA-




Sorteneigenschaften




Vorerntebedingungen Nacherntebedingungen

Temperatur,


CA-Lagerregime (CA-




Sorteneigenschaften




Temperatur,


CA-Lagerregime (CA-




Sorteneigenschaften




Vorerntebedingungen


Eine andere Hypothese zieht eine vorzeitige Erschöpfung des fruchteigenen antioxidativen

Abwehrsystems unter CA-Lagerstress, besonders bei der schnellen Einlagerung in erhöhte

CO2-Konzentrationen, in Betracht (Xuan und Streif, 2000; Larrigaudiere et al., 2001b;

Veltman, 2002;). Schon Bangerth (1977) berichtete von stark verminderten Ascorbinsäure-

gehalten in Früchten bei Lagerung in erhöhten CO2-Konzentrationen. Ein erschöpftes Stress-

Abwehr-System könnte aber eine fortschreitende Schwächung der Zellmembranen und damit

den Beginn der Zellschädigung mit nachfolgendem Absterben und Verbräunen bedeuten. In

Abbildung 2 sind die möglichen Auswirkungen von Vor- und Nacherntebedingungen auf

diese fruchtphysiologischen Vorgänge dargestellt.

Im Zusammenhang mit der Entstehung von physiologischen Erkrankungen bei Früchten ist

die Bedeutung von Calcium für die Stabilität und Funktion von Zellwänden und Zell-

membranen schon lange bekannt und in vielen Arbeiten beschrieben (siehe z.B. Bangerth,

1979). Auch von Bor kennt man aus neueren Untersuchungen eine ganze Reihe von

möglichen physiologischen Wirkungen (Marschner, 1995; Blevins und Lukaszewski, 1998).

Zu deren Bedeutung bei der Verhinderung von physiologischen Erkrankungen bei Kernobst

gibt es bisher, neben der schon lange bekannten günstigen Wirkung auf das

Pollenschlauchwachstum und Veränderung von Schalenberostungen, jedoch kaum

Untersuchungen.

Die an andern Pflanzen festgestellte Bedeutung von Bor für die Struktur der Zellwände und

Plasmamembrane sowie für deren Integrität beruht möglicherweise auf der Bildung von Bor-

Pektin-Komplexen (Römheld und Marschner, 1991; Loomis und Durst, 1992; Marschner,

1995; Hu et al., 1996; Cakmak und Römheld, 1997;). Diese Komplexbildung wirkt

möglicherweise als ein stabilisierender und struktureller Faktor, der für die Unversehrtheit

und das Funktionieren der Membranen von Bedeutung ist. Zusätzlich soll Bor einen direkten

Einfluss auf das membrangebundene H+-ATPase-Pumpsystem haben und damit auf die

Aufnahme und Abgabe von Ionen sowie auch von Mono- und Disacchariden wirken

(Goldbach, 1985).

Auch für den strukturellen Aufbau von Zellwänden ist Bor durch die Pektin-Komplexbildung

spezifischer Pektinfraktionen von entscheidender Bedeutung. Bei Bormangel sind die

Zellwände dicker, weniger elastisch und unregelmäßiger aufgebaut (Hirsch und Torrey,

1980).

1.2 Problemstellung

Aus der bisherigen Darstellung lassen sich folgende Fragen und Aufgabenstellungen für den

praktischen Teil dieser Arbeit ableiten, wobei der Einfluss folgender Vorernte- und

Nachernte-Faktoren näher untersucht werden soll:


Blattspritzungen mit Bor bzw. Calcium, Variation des Pflücktermins, verzögerte Einstellung

der CA-Lagerbedingungen, Höhe der CO2- bzw. O2-Konzentrationen, Dauer der CA-

Lagerung.

Versuche zu folgenden Fragen wurden im Einzelnen durchgeführt:

1. Welche Bedeutung haben Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere Bor-

Applikationen auf Merkmale der Fruchtqualität und -reife, den Mineralstoffgehalt und

das Auftreten physiologischer Fruchtfleisch-Erkrankungen bei Apfel und Birne.

2. Wie wirken sich die verschiedenen Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere

Bor-Applikationen auf Merkmale der Fruchtphysiologie aus:

Atmung, Ethylenbildung und ATP/ADP-Gehalte bei der Ernte und während

der CA-Lagerung

Membranpermeabilität des Fruchtgewebes während der Lagerung

Membran-Lipide und -Fettsäuren während der CA-Lagerung

3. Können Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere Bor-Applikationen das

fruchteigene Stress-Abwehrsystem beeinflussen und wie verändern sich dabei:

der Vitamin C-Gehalt im Laufe der Fruchtentwicklung und der Lagerung

das enzymatische antioxidative Abwehrsystem.

Literaturübersicht 6

2 Literaturübersicht

2.1 CA-Lagerung von Apfel und Birne

2.1.1 Lagerung als Maßnahme zur Qualitätserhaltung

Kühllagerung in kontrollierter Atmosphäre (CA-Lagerung) hemmt die Fruchtreife in

größerem Ausmaß als dies in Luft. Daher ist CA-Lagerung bei einigen Fruchtarten,

insbesondere bei Apfel und Birne, eine sehr wirkungsvolle Maßnahme zur Verlängerung der

Haltbarkeit und zur Erhaltung der Qualität der Früchte (Stoll, 1971; Kader et al., 1989; Dilley,

1990; Streif, 1992).

Neben der Temperaturabsenkung verlangsamen die Erniedrigung des Sauerstoffs (O2) und die

Erhöhung des Kohlendioxids (CO2) in der Lageratmosphäre den Stoffwechsel der Früchte

und damit die Fruchtreife und damit einhergehend den Abbau an Inhaltsstoffen (Knee, 1980).

Der Stoffwechsel, gemessen an der Respirationsrate, wird durch die Absenkung auf 1 bis

1,5% O2 besonders stark verlangsamt (Fidler und North, 1967). Die Lagerung bei so niedrigen

Sauerstoffkonzentrationen wird auch als ULO-Lagerung (Ultra Low Oxygen) bezeichnet. Bei

weiterer Absenkung des O2-Gehalts unter 1% kann es je nach Sorte zu Gärungserscheinungen

infolge von Sauerstoffmangel kommen (Streif, 1992). Im Allgemeinen beginnt die

Anreicherung von Gärungsprodukten, das sind vor allem Acetaldehyd und Ethanol, bereits

wenn die O2-Konzentration in der Lageratmosphäre unter 2% abfällt (Kader, 1987). In

Kombination mit niedrigem O2 zeigen CO2-Konzentrationen im Bereich von 3-5% nahezu

eine maximale Hemmwirkung auf den Fruchtstoffwechsel (Brackmann, 1990). Zu hohe CO2-

Konzentrationen wirken ebenfalls schädigend auf das Fruchtgewebe (Bachmann, 1981; Streif,

1985).

Durch die verzögerte Stoffwechselaktivität unter CA-Bedingungen werden wertgebende

Inhaltsstoffe in den Früchten geschont und die Haltbarkeit verbessert (Bohling und Hansen,

1984; Streif, 1992; Brackmann et al., 1994 und 1995). Dadurch bleibt die Fruchtqualität

insgesamt besser erhalten. Einige Qualitätsmerkmale können auch nach Auslagerung während

der Vermarktungs- und Verkaufsperiode (shelflife) von den CA-Bedingungen beeinflusst

bleiben, was auch als ’Nachlagereffekt’ der CA-Lagerung bezeichnet wird (Patterson et al.,

1974; Brackmann, 1990).

Die Fruchtfleischfestigkeit von Apfel und Birne hat sowohl für den Obsthandel wie auch für

den Konsumenten eine hervorragende Bedeutung und wird als Merkmal für Frische,

Haltbarkeit und Knackigkeit besonders geschätzt (de Jager, 1994; Putter und de Jager, 1996).

Da CA-Lagerung neben der allgemeinen Reifehemmung auch den Zellwandstoffwechsel

(Siddiqui et al., 1996; Wills et al., 1998) beeinflusst, führt dies gegenüber Kühllagerung zu

einer besseren Erhaltung der Festigkeit (Forsyth und Eaves 1975; Brackmann, 1994).


Das Weichwerden und die Bildung von löslichen Polyuroniden war bei Äpfeln, in 2.5-4.0 %

O2 gelagert, gegenüber in Luft um die Hälfte vermindert (Knee, 1980). Weichwerden ist im

Wesentlichen die Folge von enzymatischem Abbau von Protopektin und die Folge von

Zellwand-Hydrolasen während der Reife und der Seneszenz der Frucht (Huber, 1983). Äpfel

zeigen aber im Gegensatz zu Birnen keine Cellulase-Aktivität (Bartley, 1976; Ben-Arie et al.,

1979).

Der Chlorophyllabbau (grüne Farbe) und die Biosynthese von Carotinoiden (gelbe und

orange Farbe) und Anthocyanen (rote und blaue Farbe) in Früchten und Gemüse wird bei CA-

Lagerung verlangsamt (Leberman et al., 1968; Wang et al., 1971; Smock, 1979; Kader, 1986;

Weichmann, 1986), wobei die CO2-Erhöhung sich deutlicher auswirkt als die Erniedrigung

von O2. Der im CA-Lager verminderte Chloropyllabbau hängt möglicherweise mit einer

Hemmung von Reifungsenzymen zusammen. So konnten Frenkel et al. (1968) und Dilley

(1970) feststellen, dass unter CA-Bedingungen die Bildung von Enzym-Protein vermindert

wurde. Außerdem könnte die unter CA-Bedingungen verminderte Ethylenwirkung für den

verminderten Chlorophyllabbau verantwortlich sein (Streif, 1974). Denn nach externen

Ethylenbehandlungen konnte eine Induktion von Chlorohyllasen festgestellt werden (Amir-

Shapira et al., 1987).

Der Gehalt an Zucker und Säure in Früchten ist entscheidend für die geschmackliche

Ausprägung. Im Verlauf der Reife erlangen die Früchte durch den Abbau von Säure und die

Zunahme von Zuckern die Genussreife (Römer, 1967). Zu lange Lagerung verursacht einen

einseitig hohen Säureabbau, während der Zuckergehalt in den Früchten sich nur wenig ändert.

Dadurch schmecken überlagerte Früchte oftmals unharmonisch süß und fad (Streif, 1992).

CA-Lagerung erniedrigte den Verlust von organischer Säure bei frischen Früchten und

verhinderte einen pH-Anstieg (Lidster et al., 1985; Ke et al., 1991). Bei 2.5% CO2 blieb der

Säuregehalt bei ‚Golden Delicious’ Äpfeln während einer 8-monatigen Lagerung deutlich

höher als ohne CA (Lau und Looney, 1982).

Vitamin C ist einer der wesentlichen qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffe bei Obst (Lee und

Kader, 2000), wobei der überwiegende Teil in der reduzierten Form als Ascorbinsäure

vorliegt (Bässler et al., 1992). Vitamin C ist eine der Hauptkomponenten des wasserlöslichen

antioxidativen Potentials von Pflanzen. Ungünstige Lagerbedingungen wie höhere Tempera-

turen fördern den Abbau von Ascorbinsäure (McGill et al., 1966). Dagegen wirken tiefere

Temperaturen und niedrige O2-Konzentrationen in der Lageratmosphäre dem Vitamin C-

Abbau entgegen (Bangerth 1977; Nsengimana und Bangerth, 1981; Agar 1991). Andererseits

bewirkt ein erhöhter CO2-Gehalt der Lagerluft einen verstärkten Vitamin C- und speziell

Ascorbinsäureabbau, obwohl andere Abbauprozesse in den Früchten verlangsamt werden

(Bangerth, 1977; Agar et. al., 1997; Burmeister et al., 1997; Veltman et al., 2000). Weitere

Ausführungen zu Vitamin C siehe Kapitel 2.4.2.


2.1.2 Lagerung und das Auftreten physiologischer Erkrankungen

Neben den positiven Auswirkungen von CA-Lagerbedingungen auf die Fruchtqualität besteht

bei Abweichung von den für die jeweilige Sorte geeigneten CO2- und O2-Konzentrationen die

Gefahr des Auftretens von physiologischen Fruchtschäden. Physiologische oder nichtparasi-

täre Erkrankungen werden nicht durch Krankheitserreger oder Schädlinge von außen

verursacht, sondern sind Störungen im Fruchtstoffwechsel, die auf ungünstige Wachstums-

bedingungen, falschen Erntetermin oder nicht angepasste Lagerbedingungen zurückzuführen

sind (Fidler et al., 1973a, b; Streif, 1992). Diese nichtparasitären Erkrankungen sind eng mit

dem Reifeverlauf und dem Atmungsstoffwechsel der Früchte verbunden (Saltveit, 1993).

Besonders betroffen sind der Kohlenhydrat- und Säurestoffwechsel sowie die Vorgänge der

Translokation von Kationen (Poovaiah, 1993). Das Auftreten der Erkrankungen hängt stark

von der Vitalität des Obstes, d.h. von genetisch vorgegebenen Eigenschaften, ab (Skrzynski

und Sass, 1994).

Zwischen einzelnen Sorten bestehen bei Äpfeln und Birnen erhebliche Unterschiede in ihrer

Anfälligkeit gegenüber physiologischen Erkrankungen (Fidler et al., 1973b; Streif, 1992).

Wesentlichen Einfluss haben Vorerntefaktoren wie Anbau- und Standortsbedingungen

(Struklec, 1994; Link, 2000), Behangdichte (Chen et al., 1998), Erntetermin (Streif, 1996;

Lentheric et al., 1999) und Ernährungszustand (Dris et al., 1998; Lysiak et al., 1999).

Zwischen einzelnen Herkünften bestehen oft große Unterschiede im Befall. Neben den

Vorerntefaktoren entscheiden die Lagerbedingungen über das Auftreten von physiologischen

Schäden an den Früchten (Goffings et al., 1994). Dabei ist zu beachten, dass manche

Schadsymptome letztlich erst nach CA-Lagerung sichtbar werden, die eigentlichen Ursachen

aber nicht nur in Nachernteeinflüssen zu suchen sind.

Im Folgenden werden nur innere Fruchtfleischverbräunungen und Kavernen, die bei Äpfeln

und Birnen durch CA-Lagerung verursacht werden können, dargestellt.

2.1.2.1 Kernhausbräune

Nach Fidler et al. (1973b) und Streif (1992) ist bei der Kernhausbräune das Gewebe zwischen

den Samenfächern und dem Leitbündelring der Früchte meist nur leicht bräunlich verfärbt,

bei stärkerer Ausprägung jedoch dunkelbraun und trocken (Abbildung 3). Diese Erkrankung

tritt bei anfälligen Sorten bei zu hohen CO2-Konzentrationen im CA-Lager auf (Scott und

Wills, 1976; Schouten, 1984; Streif, 1985), während niedrige Sauerstoffwerte, möglichst bei

ULO-Bedingungen, den Befall mit Kernhausbräune vermindern (Blank, 1988). Auch mit

einer modifizierten Temperaturführung lässt sich der Krankheitsbefall mindern. So berichten

Dalton et al. (1982) von geringerem Befall bei ;Granny Smith’ nach stufenweiser Abkühlung

oder zwischenzeitiger Erwärmung, was auch von Blank (1983) für die Sorten ‚Cox Orange’,


‚Holsteiner Cox’ und ‚Boskoop’ bestätigt wurde. Häufig tritt die Kernhausbräune auch als

Überlagerungserscheinung auf (Fidler, 1973b). Der Krankheitsbefall kann je nach Sorte,

Standort und Jahreswitterung stark variieren. Krankheitsfördernd wirken kühle Sommer und

warme Herbstwitterung (Little und Bartrand, 1989), zu frühe aber auch zu späte Ernte (Streif,

1985) sowie eine hohe Phosphorversorgung (Perring, 1976) der Früchte.

2.1.2.2 Innere Fleischverbräunung und Bildung von Kavernen

Als innere Fleischverbräunungen werden die Erkrankungen des Fruchtfleisches vom

Kernhaus bis ca. 1 cm unter der Schale zusammengefasst (Abbildung 3.), bei denen die Zellen

zusammenbrechen und eine hell- bis dunkelbraune Färbung annehmen (Wilkinson und Fidler,

1973). Zwischen gesundem und krankem Gewebe besteht ein fließender Übergang. Erste

Symptome von Verbräunungen können bereits nach 4-6 Wochen Lagerung sichtbar werden

(Streif et al., 2001a, b). Im späteren Verlauf der Lagerung und vor allem während der

Nachlagerung treten Kavernen auf, die durch Eintrocknen und Wasserverlust des

abgestorbenen Fruchtgewebes entstehen. Auch im schwersten Stadium ist die

Fleischverbräunung äußerlich nicht zu erkennen (Henze, 1971; Meheriuk et al., 1984;

Schouten, 1986).

Die Schädigung des Fruchtgewebes erfolgt besonders durch einen zu hohen CO2-Anteil in der

CA-Lageratmosphäre. Bei wenig Sauerstoff (ULO) kann die Schadwirkung noch verstärkt

werden. Die Anfälligkeit verschiedener Sorten für innere Fleischverbräunungen und Kaver-

nenbildung kann sehr unterschiedlich sein. Siehe dazu folgendes Kapitel.

Zur Verhinderung der inneren Fleischbräune wird ein früherer Erntetermin, eine verzögerte

CA-Lagerung (Höhn et al., 1996) und eine Reduzierung der CO2-Konzentration bei mäßig

hohem O2-Gehalt (Streif, 1999; Streif und Saquet, 2002) empfohlen. Auch eine verbesserte

Calcium- und möglicherweise Bor-Versorgung kann nach Meheriuk et al. (1994) und Xuan et

al. (2001a) den Befall mit inneren Verbräunungen mindern.

Abbildung 3:

Innere physiologische Erkran-

kungen bei Kernobst, die nach

CA-Lagerung auftreten können.

A: Kernhausbräune

B: Innere Fleischbräune mit

Kavernenbildung.

A BA B


2.2 Einfluss von Vorernte-Bedingungen auf die Qualität und Haltbarkeit

Qualitäts- und Haltbarkeitsunterschiede sowie die Empfindlichkeit gegenüber physiolo-

gischen Erkrankungen von Äpfeln und Birnen während der Lagerung und nach Auslagerung

können nicht nur durch die Lagerung selbst, sondern auch durch Bedingungen während der

Fruchtentwicklung beeinflusst werden (Sharples, 1985). In dieser Literaturübersicht werden

nur die Vorernteeinflüsse besprochen, die später im praktischen Teil der Arbeit auch von

Bedeutung sind.

2.2.1 Verbräunungsempfindlichkeit verschiedener Sorten

Unterschiedliche Sorten können genetisch bedingt eine sehr verschiedene Empfindlichkeit

gegenüber der CA-lagerbedingten Fruchtfleischverbräunung haben. Besonders anfällig bei

Apfel sind die Sorten ‚Braeburn’ (Watkins et al., 1997), ‚Fuji’ (Volz et al., 1997), aber auch

Sorten wie ‚Elstar’ (Schouten und van Schaik, 1980), ‚Cox’ (Henze, 1971), ‚Boskoop’

(Schouten, 1986) können betroffen sein. Birnen sind generell CO2-empfindlicher, besonders

die Sorten ‚Alexander Lucas’ (Garcia und Streif, 1993) und ‚Conference’ (Spruit und

Schouten, 1984) gelten als sehr empfindlich, während z.B. die Sorte ‚Packhams’ (Garcia und

Streif, 1993) sich als sehr widerstandsfähig erweist.

2.2.2 Standort- und Klimabedingungen

Für das Auftreten der Fruchtfleischschäden scheinen auch Standort- und Klimafaktoren

entscheidend zu sein (Sharples, 1973; Luton und Holland, 1986). So können Lager-

empfehlungen, die in einem Obstbaugebiet unter bestimmten Standortsvoraussetzungen

erarbeitet wurden, nicht ohne weiteres für ein anderes Gebiet übernommen werden.

Beispielsweise ist bekannt, dass innere Fleischverbräunungen bei ‚Conference’ Birnen in

Europa in südlicheren Regionen deutlich weniger auftreten als in Holland oder Belgien

(Peppelenbos, 1998). Andererseits zeigen ‚Elstar’ Äpfel im wärmeren Obstbaugebiet der

Oberrheinebene einen stärkeren Befall mit innerer Fleischbräune und Kavernen als in dem

kühleren Bodenseegebiet (Streif, 2002b).

Entscheidend für die Höhe der Photosyntheserate ist u.a. der Lichtfaktor und ist somit von

großem Einfluss auf die Fruchtentwicklung. Das kann schon innerhalb eines Baumes an der

unterschiedlichen Qualitätsausprägung der Früchte vom oberen, gut belichteten Kronen-

bereich und den Schattenfrüchten vom inneren Kronenbereich erkannt werden (Blanpied und

Blak, 1977; Johnson, 1992; Skrzynski und Streif, 1996). Denkbar sind auch Einflüsse auf die

Zellteilungsrate, Zellstruktur und Reifungsgeschwindigkeit (Tromp, 1999).


2.2.3 Fruchtreife und Erntetermin

Aus der vereinfachten Sicht eines Konsumenten ist die Fruchtreife ein Prozess, in dessen

Verlauf sich die geschmacklichen Eigenschaften so verbessern, dass die Frucht genießbar

wird (Streif, 1992). Dahinter verbirgt sich jedoch ein sehr komplexer physiologischer Prozess

im Übergang vom Fruchtwachstum zur Alterung (Wills et al., 1998). Eingeleitet wird die

Reife bei klimakterischen Früchten durch einen Ethylenanstieg (Abeles et al., 1992), in

dessen Folge eine ganze Reihe von Auf- und Abbauprozessen ablaufen. Als typische Reife-

erscheinung gelten: das Weichwerden der Frucht, bedingt durch pektolytische Vorgänge in

den Zellwänden (Ben-Arie et al., 1979), der Abbau von Stärke zu einfacheren Zuckern

(Römer, 1967), Veränderungen in der Farbe, einhergehend mit dem Chlorophyllabbau und

der Entstehung von neuen Farbstoffen wie Carotinoiden und Anthocyanidinen (Knee und

Tsantili, 1988), die Bildung von flüchtigen Aromastoffen (Song und Bangerth, 1996), die

Erhöhung der Membranpermeabilität (Sacher, 1973) und die Veränderungen in der

Atmungsaktivität (Reid et al., 1973) in Verbindung mit einer Zunahme der Glykolyserate

sowie der ATP-Synthese (Rhodes, 1970; Solomos, 1983). Alle diese Vorgänge sind genetisch

kontrolliert (Seymour et al., 1993), eingeleitet durch eine Zunahme der Proteinsynthese

(Frenkel et al., 1968) und einhergehend mit Veränderungen in der Genexpression (Lay-Yee et

al., 1990).

Im Verlauf der Fruchtreife ist es sehr wichtig, den richtigen Termin für die Ernte zu finden,

bei dem zum Einen die Früchte bereits soweit entwickelt sind, dass sie geschmacklich

befriedigen und andernteils die Früchte noch eine genügend gute Haltbarkeit und

Widerstandkraft gegenüber physiologischen Erkrankungen besitzen (Stoll et al., 1981; Streif,

1983; Bazhurjanu und Popushojj, 1988; Lau, 1988a;). Jede Frucht, die entweder zu früh oder

zu spät geerntet wird, ist sensibler gegenüber physiologischen Störungen mit der möglichen

Folge einer verkürzten Lagerzeit (Kader, 1999). Während z.B. Stippigkeit, Schalenbräune

oder übermäßiges Schrumpfen bei zu früher Ernte verstärkt auftreten, werden besonders

Fleischbräune, Kernhausbräune, Altersschalenbräune und die Empfindlichkeit gegenüber

CO2, mit der Folge von inneren Fleischverbräunungen und Kavernenbildung, durch einen zu

späten Erntetermin gefördert (Wilkinson und Fidler, 1973; Fukuda, 1984; Streif, 1985;

Perring und Pearson, 1986; Polderdijk und van Schaik, 1990).

Zur Bestimmung des optimalen Erntetermins wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen,

die die Veränderung von Reifeparametern berücksichtigen (Blanpied, 1974; Peereboom-

Voller et al., 1987; Lau, 1988a; Kupferman, 1989; Kingston, 1993; de Jager und Roelofs,

1996). Für die Belange der Obstbaupraxis scheint dabei die von Streif (1989) vorgeschlagene

Bestimmungsmethode, wobei die Fruchtfleischfestigkeit, der Stärkeabbau und der Gehalt an

löslicher Trockensubstanz zu einem Index verrechnet werden, am geeignetsten zu sein (de

Jager, 1993; DeLong et al., 1999).


2.2.4 Mineralstoffversorgung

Der Einfluss der Versorgung von Obstbäumen mit Mineralstoffen wurde vielfach untersucht,

und deren große Bedeutung für die Fruchtqualität und Haltbarkeit bei und nach der Ernte ist

allgemein anerkannt (Bramlage et al., 1980; Sharples, 1980). In dieser Arbeit soll jedoch nur

auf den Einfluss von Calcium und besonders von Bor auf das Auftreten von lagerbedingten

Fruchtfleischverbräunungen eingegangen werden.

2.2.4.1 Calcium und Fruchtgesundheit

Für die Haltbarkeit von Kernobst und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber physiologischen

Erkrankungen hat Calcium von allen Mineralstoffen wohl die größte Bedeutung (Bangerth,

1979; Meheriuk und Sholberg, 1990). Mit steigendem Ca-Gehalt vermindert sich

normalerweise das Auftreten der meisten physiologischen Erkrankungen. Ausreichend mit

Calcium versorgte Früchte halten sich länger und sind gut transportfähig (Link, 1992a).

Ca-behandelte Früchte haben höhere Fruchtfleischfestigkeit und höhere Ascorbinsäuregehalte

(Bangerth et al., 1972; Poovaiah, 1986), höhere Chlorophyllgehalte (Poovaiah, 1993),

geringere Atmungsintensität (Bangerth et al., 1972), geringere Ethylenbildung (Sams und

Conway, 1984) und eine geringere Wasserabgaberate (Picchioni et al., 1994).

Abbildung 4: Der Weg vom Ca-Mangel zu physiologischen Störungen in Früchten (nach

Poovaiah, 1986)

Calcium ist von essentieller Bedeutung für die Struktur und die Funktion von Zellwänden und

vor allem für die Stabilität der Mittellamellen (Battey, 1990; Poovaiah, 1993). Bei geringer

Ca-Versorgung ist die Membranstabilität vermindert und es kommt zum Ionenaustritt. Über

Brückenbindungen von Ca mit Phosphat und Carboxylatgruppen sowie Phospholipiden und

Proteinen werden die Membranen an den Membranoberflächen stabilisiert (Marschner, 1997).

Calcium

mangel

Veränderte

Zellwandstruktur

Physiologische Störungen

z. B. Stippigkeit bei Äpfeln,

Fruchtendfäule bei Tomaten

Verlust der

Kompartimentierung

Veränderung der

Permeabilität der

Membranen

Zunahme der

Mikroviskosität

der Membranen

Abnahme der

Stabilität der

Zellwand

Calcium

mangel

Veränderte

Zellwandstruktur

Physiologische Störungen

z. B. Stippigkeit bei Äpfeln,

Fruchtendfäule bei Tomaten

Verlust der

Kompartimentierung

Veränderung der

Permeabilität der

Membranen

Zunahme der

Mikroviskosität

der Membranen

Abnahme der

Stabilität der

Zellwand


Die stabilere Membranstruktur bei gut mit Ca versorgten Zellen bedingt eine bessere

Kompartimentierung und ist auch eine mögliche Erklärung für die verminderte

Atmungsintensität und Ethylenbildungsrate (Bangerth et al., 1979). Nach Picchioni et al.

(1996) soll Calcium auch an Membranreparaturmechanismen beteiligt sein, was sich bei

Karotten in einer langsameren Alterung und einer Zunahme von Lipidkomponenten in den

Membranen äußerte. In Abbildung 4 ist die Rolle von Calcium zur Aufrechterhaltung der

Struktur und Integrität der Membranen zusammengefasst dargestellt.

2.2.4.2 Bor und Fruchtgesundheit

Neben der Bedeutung von Bor für viele physiologische Prozesse interessiert in dieser Arbeit

vor allem die Bedeutung des Mikronährstoffs Bor zur Verhinderung von CA-lagerbedingten

Fruchtfleischverbräunungen. Bor ist ein essentieller Mikronährstoff mit vielfältigen

Wirkungen auf das Wachstum und die Entwicklung höherer Pflanzen, was schon Warington

(1923) nachweisen konnte. Seit dem sind viele Arbeiten über Bor-Mangelerscheinungen bei

verschiedenen Pflanzenarten mit ihren Auswirkungen auf morphologische wie auch

physiologische Veränderungen erschienen. Seit einigen Jahren hat sich der Schwerpunkt der

Forschungsaktivität vor allem in Richtung der physiologisch-biochemischen Bedeutung von

Bor verschoben, wie in Übersichtsartikeln von Dugger (1983), Marschner (1991), Goldbach

(1997) sowie Römheld und Marschner (1997) dargestellt wird. Allerdings gibt es bisher keine

Untersuchungen, die an Früchten die Wirkung von Bor zur Verbesserung der CA-

Lagereignung untersucht haben. Wenn im Anschluss an Borbehandlungen der Einfluss auf

das Lagerverhalten geprüft wurde, dann nur unter Kühllagerbedingungen, unter denen die

genannten CA-Lagerschäden nicht auftreten (Zude et al., 1997; Wojcik et al., 1999a,b).

In der obstbaulichen Praxis haben Borspritzungen nur zur Blüte oder in den ersten vier

Wochen nach der Blüte zur Verbesserung des Fruchtansatzes und zur Verminderung von

Schalenberostungen eine Bedeutung erlangt (Winter et al., 1992). Weitergehende Bor-

Anwendungen zur Zeit des Fruchtwachstums bis vor der Ernte hatten keine besonderen

positiven Auswirkungen auf den Ertrag und die Fruchtqualität (Granelli und Ughini, 1989;

Lee und Kim, 1991; Peryea und Drake, 1991; Wojcik et al., 1999b) oder wurden hinsichtlich

ihrer Wirkung auf eine verbesserte CA-Lagerstabilität bisher überhaupt noch nicht untersucht.

Typische und schon länger beschriebene Symptome von Bormangel bei Apfel und Birne sind

interne und externe Korkbildungen und die Entwicklung von kleinen deformierten Früchten

(Carne, 1948; Shorrocks und Nicholson, 1980). Eine Literaturübersicht älterer Arbeiten über

Verkorkungssymptome und Bor-Mangelerscheinungen bei Äpfeln ist von Faust und Shear

(1968) erschienen. Auch wurden einige Arbeiten veröffentlicht, in denen nach Borbehandlung

eine Wirkung auf die Ca-Aufnahme und die Beeinflussung von Ca-Mangelerscheinungen


nachgewiesen werden konnte (Faust und Shear, 1968; Dixon et. al., 1973). Allerdings sind

inzwischen mindestens genau so viele Arbeiten publiziert, die keinen Zusammenhang

zwischen Ca und B fanden (Perring et al., 1985; Zude et al., 1997). Ein Überangebot an Bor

kann nach Wilcox und Woodbridge (1942) sowie Marlow und Loescher (1984) zu einem

verstärkten Befall mit Glasigkeit und Fleischbräune führen. Demzufolge empfehlen Perring

und Samuelson (1988) zusätzliche Boranwendungen nur bei offensichtlichem Bormangel.

Aus der langen Liste von möglichen physiologischen Wirkungen von Bor bei einer Reihe

höherer Pflanzen, wobei aber bisher kaum Früchte untersucht wurden (Marschner, 1995:

Blevins und Lukaszewski, 1998), wäre für Kernobstfrüchte und speziell für das Auftreten von

CA-Lager bedingten Fruchtfleischverbräunungen die Rolle von Bor auf die Zellwandstruktur,

auf die Integrität der Zellmembranen, auf den Phenolmetabolismus und auf reduzierend

wirkende Inhaltsstoffe besonders interessant.

Die Bedeutung von Bor für die Struktur der Zellwände sowie für deren Integrität beruht

wahrscheinlich auf der Bildung von Bor-Pektin-Komplexen (Loomis und Durst, 1992;

Cakmak et al., 1995; Hu et al., 1996; Marschner, 1997). Es wird angenommen, dass die

morphologischen und physiologischen Änderungen, die durch Bormangel verursacht werden,

weitgehend mit der Bildung von Komplexen zwischen Bor und Verbindungen mit cis-

Hydroxyl-Gruppen (=Diolen) zu tun haben (Dugger, 1983; Römheld und Marschner, 1991;

Shelp, 1993; Marschner, 1995). Solche Verbindungen sind die Pektinsubstanzen in den

Zellwänden, die Glykoproteine und Glycolipide in den Plasmamembranen sowie o-Di-

phenole. Diese Komplexbildungen wirken möglicherweise stabilisierend und strukturell

Faktor, was für die Unversehrtheit und das Funktionieren der Membranen von Bedeutung ist.

Das Komplexbildungsvermögen von Bor mit Diol-Gruppen begünstigt auch bei Apfel und

Birne die schnelle Verlagerung von Bor aus den Blättern in die Früchte, denn bei vielen

Rosaceen ist die wesentliche Assimilattransportform Sorbit (Hu et al., 1996). Dies steht im

Gegensatz zu den meisten anderen Nutzpflanzen (Marschner, 1997).

Bor hat auch einen direkten Einfluss auf das membrangebundene H+ ATPase-Pumpsystem

und damit auf die Aufnahme und Abgabe von Ionen sowie auch von Mono- und

Disacchariden (Goldbach, 1985). In Bormangel-Zellen ist diese Aktivität viel geringer und

kann innerhalb kurzer Zeit (20-120 min) durch Borzugabe wieder normalisiert werden

(Blaser-Grill et al., 1989).

Auch für den strukturellen Aufbau von Zellwänden ist Bor durch die Pektin-Komplexbildung

spezifischer Pektinfraktionen von entscheidender Bedeutung. Bei Bormangel sind die

Zellwände dicker, weniger elastisch und unregelmäßiger aufgebaut (Hirsch und Torrey,

1980). Die Komplexbildung sorgt außerdem für negative Ladungen, wodurch Interaktionen


mit Kationen z.B. Ca2+

möglich werden (Loomis und Durst, 1991). Calcium und Bor haben

gewisse ähnliche Funktionen für den Aufbau von Zellwänden, wobei Bor jedoch weniger

spezifisch und weniger fest an die Matrix der Zellwand gebunden zu sein scheint (Teasdale

und Richards, 1990).

Eine weitere Bedeutung von Bor, was direkt auch für das Entstehen von Fruchtfleisch-

verbräunungen von Bedeutung sein könnte, ist das Komplexbildungsvermögen mit

o-Diphenolen. Als Folge davon kommt es bei Bormangel zur Anreicherung von Phenolen in

pflanzlichem Gewebe. Das Komplexbindungsvermögen von Bor mit den o-Diphenolen (z.B.

Kaffeesäure) vermindert die Bildung von Quinonen und fördert dadurch die Synthese von

Phenol-Alkoholen, den Ausgangssubstanzen für die Lignin-Biosynthese (Lewis, 1980). Bei

Bormangel dagegen verschiebt sich der Substratfluss mehr in Richtung Pentose-Phosphat-

Zyklus und damit in Richtung Phenolbiosynthese (Dugger,1983; Pilbeam und Kirkby, 1983).

Bei der Anreicherung von Phenolen kommt es zur substratinduzierten Aktivierung von

Polyphenoloxidase (Marschner, 1995) und zur Bildung von Quinonen, die bekanntermaßen

stark zellschädigend sind und die Bildung toxischer O2-Spezies verursachen (Pillinger et al.,

1994). Die Quinone polymerisieren nachfolgend zu braunen Pigmenten (Melanin). Auch in

Fruchtgeweben (CoSetang und Lee, 1987; Macheix et al., 1991) erfolgen sichtbare

Braunverfärbungen durch die Polymerisation von Quinonen und die Bindung an Proteine zu

Melanin.

Neben der Wirkung auf die Struktur und Funktion der Membranen soll Bor auch eine

Wirkung auf das antioxidative Abwehrsystem der Zellen und somit auf den Schutz der

Membranen besitzen. So nimmt nach Cakmak und Römheld (1997) und Lukaszewski und

Blevins (1996) bei Sonnenblumen mit der Schwere der Bor-Mangelsymptome die

Konzentration der Ascorbinsäure merklich ab. Die Abnahme der Ascorbinsäure geht dabei

teilweise auf Kosten der reduzierten Form der Ascorbinsäure, während der Gehalt an

Dehydro-Ascorbinsäure teilweise zunimmt. Daneben nehmen unter Bor-Mangel auch nicht-

proteinhaltige SH-Verbindungen (Thiole), vor allem Glutathion, in Sonnenblumenblättern ab.

Ascorbinsäure und SH-Verbindungen sind die hauptsächlichen Antioxidantien der Zellen und

beteiligt an der Entgiftung von toxischen O2-Spezies (Cakmak, 1994; Foyer et al., 1994).

Abhängig von der Höhe der Ascorbinsäure und der SH-Verbindungen vermindert sich als

Reaktion auf Bormangel insbesondere die Glutathion-Reductase-Aktivität. Glutathion

Reductase ist wesentlich für die Aufrechterhaltung einer hohen Konzentration von Glutathion

und wird direkt beeinflusst durch die H2O2-Entgiftung (Foyer et al., 1994). Der Grund für die

Abnahme der Glutathion-Reduktase-Aktivität bei Bormangel ist zur Zeit noch unklar.

Von dem, was bisher zur Rolle von Bor auf die Zellwand-Biosynthese, auf den Phenol-

Metabolismus und auf die Membran-Integrität bekannt ist, kann gefolgert werden, dass Bor

vor allem auf die Zellwände, die Membranen und deren Zwischenbereiche wirkt. Bormangel


verursacht primär Veränderungen in diesem Bereich und kann nachfolgend zu einer Reihe

von Sekundärwirkungen führen.

2.3 Einfluss von Lager-Bedingungen auf die Qualität und Haltbarkeit

Wie schon eingangs kurz erwähnt ist CA-Lagerung eine hervorragende Möglichkeit zur

Frischhaltung von Kernobst. Entscheidend für den Lagererfolg sind dabei die Schnelligkeit

der Einstellung der Lagerbedingungen, die Lagerbedingungen selbst (Temperatur,

Luftfeuchte, Gaszusammensetzung) und die Lagerdauer (Stoll, 1970; Fidler et al., 1973a). In

dieser Literaturübersicht soll vor allem auf die Auswirkung der Temperatur und des

verminderten O2- bzw. erhöhten CO2- Gehalts auf einige fruchtphysiologische Vorgänge und

damit zusammenhängende Schäden eingegangen werden.

2.3.1 Lagertemperatur

Zu niedrige Lagertemperatur kann bei empfindlichen Sorten zu Kälteschäden führen, die sich

als Kältefleischbräune, diffuse Fleischverbräunung oder Kernhausbräune manifestieren

(Lidster et al., 1999). Die Empfindlichkeit gegenüber diesen Erkrankungen wird bei Früchten

unter CA-Bedingungen gegenüber in Luft gelagerten erhöht, wie dies Wilkinson und Fidler

(1973) und Sharples und Johnson (1987) an ‚McIntosh’ bzw. ‚Cox Orange’ Äpfeln zeigen

konnten. Bei stark verminderten Stoffwechselumsatz im Fruchtgewebe unter CA-

Bedingungen soll es zu einem zu geringen ’turnover’ von Phospholipiden in den Zell-

membranen kommen, was die Temperaturempfindlichkeit des Gewebes erhöhen soll (Bartley,

1985a). Aus diesem Grund werden für Äpfel im CA-Lager um 0.5 bis 3 °C höhere

Temperaturen empfohlen als bei in Luft gelagerten (Dewey und Bourne, 1982). Dies scheint

nach kühlen Wachstumsperioden mit einer höheren Kälteempfindlichkeit besonders wichtig

zu sein (Sharples, 1982). Wegen der großen Bedeutung von tiefen Temperaturen zur

Verlangsamung der Alterung und des Weichwerdens von Früchten sollte die Lagertemperatur

so tief wie gerade noch für die Früchte verträglich eingestellt werden (Harker et al., 1997).

2.3.2 CO2 und O2 in der Lageratmosphäre

Bereits 1925 haben Kidd und West erste Untersuchungen zum Einfluss des CO2- bzw. O2-

Gehalts in der Lageratmosphäre auf die Fruchtatmung und andere Stoffwechselabläufe bei

Apfel und Birne durchgeführt.


2.3.2.1 Atmung und ’Energiezustand’ der Früchte

Die Atmung liefert die für die Aufrechterhaltung biochemischer Prozesse notwendige

Energie. Es ist vielfach nachgewiesen worden, dass wenig O2 oder viel CO2 bei frischen

Früchten die Respiration wie auch den klimakterischen Anstieg verringern (Claypool und

Allen, 1948; Biale, 1960; Fidler und North, 1967). Die verminderte Respiration lässt sich vor

allem auf die Beeinflussung der unter aeroben Bedingungen ablaufenden Glykolyse, des

Tricarbonsäure-Zyklus (TCA) und der mitochondrialen Atmungskette zurückführen. Die

Hemmung durch fallende O2-Konzentrationen beginnt erst im Bereich um 10% und erreicht

die maximale Wirkung ohne schädliche Auswirkungen für die Früchte bei etwa 1% (Streif,

1992; Saquet und Streif, 2001).

Nach Solomos (1982) soll die Abnahme der Atmung bei fallenden O2-Konzentrationen durch

eine Aktivitätsverminderung von Oxidasen wie z.B. Polyphenol-Oxidasen, Glycolsäure-

Oxidase, Ascorbinsäure-Oxidase verursacht werden, die eine wesentlich geringere Affinität

gegenüber O2 als die Cytochrom-Oxidase aufweisen und daher bereits bei Konzentrationen

<10% O2 an Aktivität einbüßen (Burton, 1974; Knee, 1980). Auch im TCA-Zyklus kann

durch O2-Mangel eine Aktivitätsminderung von einigen beteiligten Enzymen verursacht

werden, wie McGlasson und Wills (1972) bei Bananen zeigen konnten.

Höhere CO2-Konzentrationen verändern die Aktivitäten von spezifischen Enzymen im

Atmungsstoffwechsel der Früchte (Kerbel et al., 1988; Dostal-Lange und Kader, 1994) und

können eine Entkopplungswirkung auf die oxidative Phosphorylierung aufweisen (Bendall et

al., 1960; Kader, 1986; Ke et al., 1994).

Nach Shipway und Bramlage (1973) hemmen hohe CO2-Konzentrationen die Aktivität der

Mitochondrien. Sie fanden unter hohem CO2 eine verminderte Oxidation von einigen am

TCA-Zyklus beteiligten organischen Säuren wie z.B. Citrat, a-Ketoglutarat, Succinat,

Fumarat und Pyruvat. Die Oxidation von Malat wurde jedoch erhöht. Die breite Wirkung von

CO2 lässt vermuten, dass CO2 möglicherweise strukturelle Änderungen in den Mitochondrien

bewirken kann (Shipway und Bramlage, 1973). Dagegen fanden Kader (1986) und Wang

(1990) eine spezifische Hemmwirkung auf einige Enzyme im Atmungsstoffwechsel der

Früchte. Das Enzym Succinat-Dehydrogenase erfährt durch hohe CO2-Konzentrationen eine

besondere Hemmung, wodurch es zu einer Anreicherung von toxischem Succinat in den

Zellen kommen kann (Knee, 1973; Monning, 1983; Mathooko, 1996b).

Um eine Umschaltung von aerober zu anaerober Atmung zu vermeiden, was zu einer totalen

Hemmung des TCA-Zykluses führen könnte, darf ein O2-Minimalwert von ca. 0,5-1% nicht

unterschritten werden (Jameson, 1993). Pyruvat, als Endprodukt der Glykolyse, wird unter

aeroben Bedingungen im TCA-Zyklus abgebaut oder bei Sauerstoffmangel (anaerobe


Bedingungen) im Gärungsstoffwechsel durch das Enzym Pyruvat-Decarboxylase zu

Acetaldehyd decarboxyliert. Dieses kann durch das Enzym Alkohol-Dehydrogenase weiter zu

Ethanol reduziert werden. Alternativ dazu kann auch Pyruvat direkt zu Lactat reduziert

werden (Ke et al., 1995). Dadurch wird weiterhin etwas ATP gebildet, was das Überleben des

Pflanzengewebes für eine gewisse Zeit ermöglicht (Kader, 1986; Herner, 1987).

Der oxidative Pentose-Phosphat-Zyklus (PPC) stellt einen Nebenweg der Atmung dar, der

weniger der Freisetzung von Energie dient als mehr zur Produktion verschiedener Zucker,

z.B. Pentosen für synthetische Zwecke und zur Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten für

die Fettsäuresynthese (Schopfer und Brennicke, 1999).

Außerdem können in Früchten organische Säuren, z.B. die Äpfelsäure in den Vakuolen der

Fruchtzellen direkt als Atmungssubstrat verwendet werden. Dabei wird Malat durch das

Malatenzym direkt zu Pyruvat unter Bildung von NADPH decarboxyliert. Umgekehrt kann

bei viel CO2 dieses zusammen mit Pyruvat unter Mithilfe des ‚Malic Enzyme’ zu Äpfelsäure

fixiert werden (Young und Biale, 1967).

Der Respirations-Quotient (RQ) gibt das Verhältnis von CO2-Abgabe und O2-Aufnahme an.

Die Höhe des Quotientes zeigt an, welches Substrat vorrangig veratmet wird. Mit der Reife

und Seneszenz der meisten Früchte nimmt der RQ zu (Kays, 1991). Diese Zunahme zeigt

einen steigenden Verbrauch als Substrat für Atmung an organischen Säuren gegenüber

Kohlen-hydraten oder Fettsäuren. Organische Säuren haben mehr O2 je Kohlenstoffatom als

Zucker und Zucker mehr als Fettsäuren. Deshalb verbrauchen sie weniger O2 für die

Produktion von CO2. Bei der kompletten Oxidation von Glukose ist RQ=1, für Malat jedoch

beträgt RQ=1,3 (Wills et al., 1998). Mit der Seneszenz nimmt die oxidative Dekarboxylierung

zu (Neal und Hulme, 1958). Bei CA-Bedingungen mit viel CO2 und wenig O2 oder viel CO2

allein wird der RQ gesenkt (Fidler, 1950; Fidler und North, 1967). Eine Erklärung dafür

könnte die CO2-Fixierung in organische Säuren sein (Wang, 1990). Auch ist der RQ-

Rückgang ein Zeichen für eine Reife- und Seneszenz-Verzögerung und eine Verminderung

des Abbaus organischer Säuren im CA-Lager.

2.3.2.2 Ethylenbildung und Ethylenwirkung

Da Sauerstoff an der Ethylensynthese beteiligt ist, führt eine Verminderung der O2-

Konzentration ab etwa 8% zu einem Rückgang der Ethylenbildung (Kader, 1985b). Bei 1%

O2 ist die Ethylenbildung nahezu völlig gehemmt (Burg und Burg, 1967; Bufler, 1986). Unter

anaeroben Bedingungen finden zwar die ersten Syntheseschritte von Methionin zu 1-Amino-

cyclopropan-1-carboxylsäure (ACC) noch statt. Da die weitere Umwandlung dieser Vorstufe


zu Ethylen aber O2-abhängig ist, führt dies zur Anreicherung von ACC im Gewebe (Yang,

1985).

Die grundlegenden Reaktionen der an der Biosynthese von Ethylen beteiligten Enzyme sind

folgende (Lieberman, 1979):

Methionin SAM ACC Ethylen

SAM-Synthetase ACC-Synthase ACC-Oxidase

Der Hemmeffekt niedriger O2-Konzentrationen auf die Ethylenbiosynthese kann durch

zusätzliche Erhöhung der CO2 Konzentration verstärkt werden (Bufler und Streif, 1986).

Hohe CO2-Konzentrationen hemmen zwar die Ethylenproduktion der Apfelfrüchte, führen

aber nicht zu einer Akkumulation von ACC (Li et al., 1983). Dies deutet darauf hin, dass CO2

sowohl die Bildung von ACC aus SAM wie auch die Umwandlung von ACC zu Ethylen

hemmen kann. Die Hemmwirkung kann aber durch höhere exogene Ethylenkonzentrationen

überwunden werden (Bufler, 1986; Tan, 1999). Die Umsetzung von ACC zu Ethylen durch

ACC-Oxidase wird durch viel CO2 teilweise gehemmt (Li et al., 1983), andereseits kann in

vivo jedoch auch eine Aktivitätssteigerung bei Anwesenheit von CO2 festgestellt werden

(Bufler, 1984; Plich, 1987a, b). Burg und Burg (1969) postulierten, dass CO2 mit Ethylen um

eine Bindungsstelle an einem metallhaltigen Rezeptor, der nur Ethylen binden kann,

konkurriert. Auch Bangerth (1984) und Brackmann (1990) vermuten, dass bei

Langzeitlagerung unter CA-Bedingungen Ethylenrezeptoren verändert oder abgebaut werden,

so dass z.B. der Effekt von Ethylen auf die Aromabildung immer geringer wird.

Allgemein kann festgestellt werden, dass unter CA-Bedingungen die Wirkung von Ethylen

stärker durch hohen CO2- als durch niedrigen O2-Gehalt eingeschränkt wird (Burg und Burg,

1965; Kader, 1985a; Mathooko, 1996a).

2.3.2.3 Fruchtreife und Membranveränderungen

Eine allgemeine Erscheinung bei der Reife und Alterung von pflanzlichem Gewebe ist die

Zunahme der Membranpermeabilität, was sich in einer erhöhten Ionen-Durchlässigkeit äußert

(Thompson, 1988; Stanley, 1991). Auch in reifenden Früchten nimmt die Leitfähigkeit der

Membranen zu, obwohl die Struktur der Membrane intakt bleibt (Brady, 1987; Harker und

Maindonald, 1994). Diese Veränderungen im Verlauf der Reife dürften das organoleptische

Empfinden für die Textur und Saftigkeit einer Frucht wesentlich beeinflussen.

Lipidmembranen sind Barrieren zwischen intrazellulären und extrazellulären Bereichen sowie

die Abgrenzungen verschiedener Kompartimente in der Pflanzenzelle. So ist z.B. der


Transport von Zellwandmaterial und Enzymen durch die Plasmamembranen entscheidend für

den Auf- und Abbau der Zellwände (Harker et al., 1997).

Die Grundbausteine von Biomembranen sind Lipide und Proteine. Die meisten Lipide sind

bifunktionelle Moleküle, die einen hydrophilen und einen hydrophoben Teil besitzen und so

als Permeabilitätsbarriere gegen wasserlösliche Moleküle dienen (Schopfer und Brennicke,

1999). Pflanzenmembranen sind reich an gesättigten Fettsäuren wie Palmitinsäure (C16:0)

und Stearinsäure (C18:0) sowie an ungesättigten Fettsäuren wie Ölsäure (C18:1), Linolsäure

(18:2) und Linolensäure (18:3), die mit Glycerolipiden und Phospholipiden verestert sind

(Stanley, 1991; Leshem, 1992). Die genannten fünf Fettsäuren machen mehr als 90% der

Acyl-Ketten in nahezu allen Pflanzenmembranen aus (Ohlrogge und Browse, 1995).

Die Zusammensetzung der Membranlipide und der Anteil ungesättigter Fettsäuren beeinflusst

die Fluidität der Membranen (Kates et al., 1984; Cossins, 1994), die für die Funktion und die

Stabilität verantwortlich ist (Leshem, 1992).

Während des Respirationsanstieges erfolgt eine Aktivitätssteigerung im Lipid-

Synthesesystem und eine Anreicherung von freien und veresterten Fettsäuren in der Frucht-

schale (Meigh et al, 1967), wobei vor allem die ungesättigten Fettsäuren stärker zunehmen

(Neubeller, 1963). Während der Reife nimmt der Sterolgehalt in den alternden Membranen

von Äpfeln entweder zu (Lurie und Ben-Arie, 1983) oder bleibt konstant (Wade et al. 1980;

Itzhaki et al., 1989), während die polaren Phospholipide deutlich abnehmen (Paliyath und

Droillard, 1992), was die Mikroviskosität der Membranen und damit die Ionen-

durchlässigkeit erhöhen soll (Lurie et al., 1987). Man kann feststellen, dass sich die

Membranlipide als Regulatoren metabolischer Prozesse in einem dynamischen Zustand

befinden, in dem Synthese, Transfer und Metabolismus gleichzeitig ablaufen können

(Galliard, 1975).

Außer bei Äpfeln wurden ähnliche Änderungen bei den Lipiden anderer Früchte, z.B. auch

bei Tomaten (Cote et al., 1993) und Papayas (Chan, 1991), festgestellt.

Die während der Fruchtreife synthetisierten Fettsäuren werden nicht nur in Glyceride,

Phophoglyceride und Wachse eingebaut, sondern bilden auch die Vorstufen für flüchtige und

nichtflüchtige Aromastoffe (Drawert et al., 1973).

2.3.2.4 Lipide und Fettsäuren und deren Abbau

Pflanzen-Lipide bestehen aus einer Vielzahl verschiedener Verbindungen wie neutrale Lipide,

Phospholipide, Glykolipide, Wachse und Sterole. Neutrale Lipide sind vor allem Kohlenstoff-

Speicher. Phospholipide und Gylkolipide sind in erster Linie Bestandteile der Zellmebranen.


Der Abbau von Lipiden ist eine natürliche Folge des Zellstoffwechsels (Winston, 1990;

Schaich, 1992) und wird verstärkt auch beim Altern und in Verbindung mit dem Auftreten

von physiologischen Erkrankungen beobachtet (Shewfelt und Erickson, 1991).

Abbildung 5: Abbau von Membran-Lipiden und Fettsäuren (stark vereinfacht nach Kays

1991)

Der Lipidabbau in den Membranen: Die verschiedenen Lipide, das sind bei Membranen vor

allem Phospholipide und Glycolipide, unterliegen spezifischen Abbauprozessen (siehe

Abbildung 5). Bei den Glycolipiden, wovon die Galactolipide den Hauptanteil ausmachen,

werden in mehrfachen Schritten die Acylreste (Fettsäuren) der Lipide über spezielle

Hydrolasen (Lipasen) gespalten (Galliard, 1975). Eine entsprechende Abtrennung erfolgt bei

den Phospholipiden über spezifische Phospholipasen, von denen es insgesamt vier

verschiedene Typen gibt, je nachdem welche Verbindung gelöst werden soll (Mazliak, 1970)

(siehe Abbildung 5). Neben diesem enzymatischen Abbau von Lipiden ist die

Membran-Lipide

CO2+H2O

+ Energie

Phopholipasen

α- Oxi-

dation

Fettsäuren (gesättigt, ungesättigt)

Glycolipide (Galactolipide)Phospholipide

Acetyl-CoA Lipid-

Hydroperoxide

ß-Oxi-

dation

Dialdyhyde

(TBARS)

Ethan

Substrate für

Sekundär-

Stoffwechsel

Acyl-Hydrolasen

TCA

1O2 O2-

H2O2

CO2+H2O

+ Energie

+Aroma

Lipid-

Peroxyl

α- Tocopherolω- oder

Innenketten-

Oxidation

Lipoxygenase

(LOX)

Aroma

Lipoxygenase

(LOX)

Membran-Lipide

CO2+H2O

+ Energie

Phopholipasen

α- Oxi-

dation

Fettsäuren (gesättigt, ungesättigt)

Glycolipide (Galactolipide)Phospholipide

Acetyl-CoA Lipid-

Hydroperoxide

ß-Oxi-

dation

Dialdyhyde

(TBARS)

Ethan

Substrate für

Sekundär-

Stoffwechsel

Acyl-Hydrolasen

TCATCA

1O2 O2-

H2O2

1O2 O2-

H2O2

CO2+H2O

+ Energie

+Aroma

Lipid-

Peroxyl

α- Tocopherolω- oder

Innenketten-

Oxidation

Lipoxygenase

(LOX)

Aroma

Lipoxygenase

(LOX)


Lipidperoxidation eine von vielen Reaktionen, die durch reaktive Sauerstoffspezies (‚freie

Radikale’) ausgelöst wird.

Die Peroxidationsreaktionen unterscheiden sich je nach Anzahl und Position der

Doppelbindungen in der Acylkette (Frankel, 1985), wobei durch die Entstehung weiterer

reaktiver Radikale (Lipid-Peroxyl) eine Art Kettenreaktion in Gang kommt (Winston, 1990).

Das entstandene Lipid-Peroxyl-Radikal wird meist schnell durch die Wirkung von

α-Tocopherol oder einem anderen H+-Donator in ein Lipid-Hydroperoxid reduziert (Buettner,

1993), wobei seinerseits das dabei entstehende stabilere Tocopheroxyl-Radical im Ascorbin-

säure-Zyklus entschärft wird. Lipid-Hydroperoxide können die hydrophilen Eigenschaften

erhöhen und so die Membranfunktion abschwächen (Frenkel, 1991).

Unter den Abbauprodukten der Lipid-Hydroperoxyde sind sogenannte Thiobarbitursäure-

reaktive Substanzen (TBARS) wie Aldehyde (Malondialdehyd) und Ketone. Aber auch

Kohlenwasserstoffe, z.B. Ethan und auch Ethylen, können als Endprodukte der Lipid-

peroxidation festgestellt werden (Kunert und Dodge, 1989; Winston, 1990).

Für jede Lipidperoxidations-Reaktion innerhalb der Zellen gibt es jedoch pflanzeneigene

antioxidative Mechanismen, die die Lipid-Peroxidation verhindern können (siehe dazu

Kapital 2.4.).

Der Abbau der Fettsäuren in Pflanzen läuft über mindestens vier Stoffwechselwege ab und

zwar über die ß-Oxidation, die α-Oxidation, die ω-Oxidation, die Innenketten-Oxidation und

den Lipoxygenase-(LOX)-Stoffwechselweg (Abbildung 5). Dabei dürfte der wichtigste

Abbauweg die ß-Oxidation sein (Kays, 1991). α- und ß-Oxidation erfolgen durch Entfernung

einer bzw. zweier Kohlenhydrat-Einheiten vom Carboxyl-Ende der Fettsäurekohlen-

stoffkette. Die ß-Oxidation läuft über mehrere Schritte unter Einbeziehung eines Acyl-

Thioesters und resultiert in einem letzten Schritt in der Bildung von Acetyl-CoA, das im

TCA-Zyklus seine Energie frei gibt (Shine und Stumpf, 1974).

Durch die α-Oxidation können freie Fettsäuren direkt zu CO2, H2O und Energie abgebaut

werden. Dieser Abbauweg soll aber nur wenig Bedeutung haben, nicht zuletzt wegen seiner

schlechten Energieausnutzung. Er kann aber unter extremen Situationen wie bei Gewebe-

verletzungen stärker in den Vordergrund treten, wo der anfängliche Respirationsanstieg

möglicherweise auf die α-Oxidation von Fettsäuren zurückzuführen ist (Gerhardt, 1993).

ω-Oxidation resultiert durch Oxidation des Methyl-Endes des Fettsäuremoleküls. Die

Innenketten-Oxidation und ω-Oxidation von Fettsäuren erzeugt Hydroxyl-, Oxo- und Epoxy-

Derivate und ist beteiligt bei der Bildung polyfunktionaler Fettsäuren, die Bestandteile von

Oberflächen Lipid Polymeren sind (wie z.B. Kutin und Suberin). Die ω-Oxidation und Innen-

Ketten-Oxidation sind daher eher biosynthetische als katabolische Vorgänge und dienen der

Lieferung von Substraten für den Sekundärstoffwechsel (Harwood, 1989).


Eine weitere wichtige Möglichkeit des oxidativen Abbaus von mehrfach ungesättigten

Fettsäuren ist die direkt Inkorporation von Sauerstoff mit Hilfe der Lipoxygenase (LOX). Die

Einführung von Sauerstoff erfolgt dabei vornehmlich entweder am C-9 oder am C-13 Atom

der Linol- oder Linolen-Säure (Grosch et al., 1977). Die aus dieser Reaktion entstandenen

Fettsäure-Hydroperoxide werden vornehmlich weiter umgesetzt, wie bereits zuvor unter

Lipidabbau beschrieben und in Abbildung 5 dargestellt wurde. Hydroperoxid-Lyase kata-

lysiert die Spaltung der Fettsäurehydroperoxide in Aldehyd und Oxosäurefragmente (Vick,

1993). Das 13- und 9-Hydroperoxid der Linol oder Linolensäure dient als Substrat für das

Enzym. Birnen sind ein Beispiel dafür, dass nur das 9-Hydroperoxid-Isomer ein brauchbares

Substrat für die Hydroperoxid-Lyase darstellt (Tressl und Drawert, 1973; Kim und Grosch

1981). Die flüchtigen Aldehyde, entstanden durch die Hydroperoxid-Lyase, sind wichtige

Bestandteile des charakteristischen Aromas und Geruches vieler Früchte und Gemüse.

Der oxidative LOX Stoffwechselweg läuft nicht nur als katabolische Reaktion in alterndem

Pflanzengewebe ab, sondern kann auch in jungem, gesunden Pflanzengewebe zur Vermittlung

von Substraten für Biosynthesen dienen (Vick, 1993). LOX kann zahlreiche polyungesättigte

Fettsäure oder Fettsäure enthaltende Moleküle (vor allem Linolsäue oder Linolsäure

enthaltende Moleküle) angreifen, das bedeutet, dass die LOX-Aktivität durch Kompar-

timentierung (Elstner, 1991) und durch Erhaltung der Fettsäuren in veresterter Form

(Hildebrand, 1989) kontrolliert werden kann.

Wu et al. (1999) beobachteten bei Pfirsichen bei 20 °C die höchste Aktivität von LOX etwa 2-

3 Tage vor dem Maximum der Ethylenproduktion. Wenn die Früchte bei 5°C gelagert

wurden, war die LOX Aktivität und Ethylenproduktion deutlich verringert und das

Weichwerden der Früchte verzögert.

Bei reich mit Ca und/oder P versorgten Äpfeln wurde eine niedrigere Aktivität von LOX im

Vergleich zu besser mit K und/oder Mg versorgten Früchten gemessen. Bei letzteren traten

auch mehr physiologische Störungen (Stippigkeit, Fleischbräune) während der Lagerung auf

(Marcelle, 1991).

2.4 Das fruchteigene zelluläre Abwehrsystem

Früchte sind einer Vielzahl von Faktoren ausgesetzt, die Auslöser für oxidativen Stress

darstellen können (Scandalios, 1993; McKersie und Leshem, 1994). In Stresssituationen, wie

dies z.B. auch unter extremen Lagerbedingungen der Fall sein kann, entstehen vermehrt

reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die, wenn die Kapazität der Abwehrmechanismen

überschritten wird, zu einer Schädigung von Pflanzeninhaltsstoffen wie z. B. ungesättigten

Fettsäuren, Aminosäuren oder Nukleinsäuren führen können (Scandalios, 1993),

Zu diesen reaktiven Sauerstoffverbindungen gehören das Superoxid-Anion (O2-) das

Wasserstoffperoxid (H2O2), das Hydroxyl-Radikal (OH·) und Singulett-Sauerstoff (

1O2) sowie


Hydroperoxyl (HOO.), Peroxyl (ROO

.) und Alkoxyl (RO

.) Radikale und Lipidhydroperoxide

(ROOH).

Die Toxizität der ROS beruht auf deren Fähigkeit Kettenreaktionen auszulösen, die zur

Bildung von weiteren ROS und zu den Schädigungen an Proteinen, Lipiden führen können

und schließlich das Absterben von Zellen verursachen (Elstner, 1987). Die Organismen haben

daher antioxidative Abwehrmechanismen entwickelt, mit denen sie die freien Radikale

entschärfen können, sei es durch enzymatische wie nichtenzymatische Strategien. Zum

pflanzeneigenen Abwehrsystem gehören neben den Enzymen Superoxid-Dismutase (SOD),

Katalase (CAT) und Peroxidase auch nichtenzymatisch wirkende Substanzgruppen mit den

Vitaminen A, C und E sowie dem Glutathion. Auch Phenole können zur fruchteigenen

Stressabwehr beitragen (Larson, 1988).

2.4.1 Enzymatische Stressabwehr

Superoxid-Dismutase (SOD) (EC 1.15. 1. 1.) hat wegen seiner weiten Verbreitung in allen

aerobisch lebenden Organismen und in den meisten subzellulären Strukturen der Zellen eine

zentrale Bedeutung bei der oxidativen Stressabwehr (Beyer et al., 1991). SOD katalysiert die

Disproportionierung von zwei Superoxid-Radikalen zu Wasserstoff-Peroxid und Sauerstoff.

2O2· + 2H

+ H2O2 + O2

Dabei wird ein Superoxid-Radikal eliminiert, wobei jedoch gleichzeitig ein reaktives

Wasserstoffperoxid entsteht. Es gibt drei verschiedene SOD-Typen (Cu/Zn-SOD, Mn-SOD,

Fe-SOD), die sich aufgrund ihres metallischen Co-Faktors unterscheiden (Bannister et al.,

1987).

Katalasen (CAT) (EC 1. 11. 1. 6.) können Wasserstoffperoxid aus den Zellen durch Bildung

von Wasser und molekularem Sauerstoff entfernen. Sie katalysieren nachfolgende Reaktion

(Butt, 1980):

H2O2 + H2O2 2H2O + O2

Zusammen mit SOD kann CAT zwei reaktive Sauerstoffspezies, nämlich Superoxid und

Wasserstoffperoxid in den Zellen deaktivieren (Scandalios, 1993). Damit sind sie in der Lage,

die Entstehung des aus Superoxid und Wasserstoffperoxid äußerst reaktiven Hydroxyl-

Radikals (OH·) zu verhindern und die Zellen vor oxidativen Schädigungen zu bewahren

(Schmitz, 1997).

SOD

CAT


Peroxidasen ermöglichen die Oxidation von Substraten durch Wasserstoffperoxid, wobei im

Gegensatz zu Katalasen ein H+-Donor notwendig ist (Butt, 1980). Dabei wird das Substrat

oxidiert und zusätzlich entsteht Wasser. Neben Peroxidasen, die substratunspezifisch wirken,

ist z.B. die Ascorbat-Peroxidase (APX) (EC 1.11.1.11.) ein wichtiges Enzym im Ascorbat-

Dehydroascorbat-Zyklus, lokalisiert in den Chloroplasten und im Cytosol höherer Pflanzen

(Asada, 1992) und verantwortlich für die Beseitigung von Wasserstoffperoxyd:

Ascorbat + H2O2 Monodehydroascorbat + 2 H2O

Diese Reaktion stellt auch den ersten Schritt im Ascorbat-Glutathion-Zyklus dar (siehe

nächstes Kapitel). Die Funktion der Peroxidasen besteht jedoch nicht nur in der Abwehr von

H2O2. Peroxidasen können auch an synthetischen Prozessen wie der Ligninbildung beteiligt

sein.

2.4.2 Nichtenzymatische Stressabwehr

In dieser Literaturübersicht werden nicht alle antioxidativ wirkenden Substanzen der Stress-

abwehr dargestellt, sondern nur diejenigen, die auch im praktischen Teil der Arbeit untersucht

wurden.

Die Ascorbinsäure (AS) ist in Pflanzen an vielfältigen physiologischen Prozessen beteiligt.

AS in Pflanzen funktioniert als Enzym-Kofaktor, Radikalfänger und als Donor/Akzeptor beim

Elektronentransport entweder in der Plasmamembran oder in den Chloroplasten. Auch soll

AS in Pflanzen als Substrat für Synthese von Oxalat und Tartrat dienen (Foyer et al., 1991;

Diplock et al., 1998; Noctor und Foyer, 1998; Davey et al., 2000).

AS kann enzymatisch und nichtenzymatisch auf schädliche ROS einwirken, wobei AS im

Gegensatz zu anderen Antioxidantien wie z.B. α-Tocopherol, Carotinoide auch in der Lage

ist, Kettenreaktionen bei der Radikalentstehung durch Bildung von nicht-toxischen und nicht-

radikalen Produkten zu beenden. Das sind die Dehydro-Ascorbinsäure und die 2,3-Diketo-

Gulonsäure (Winston, 1990).

Tatsächlich scheint die wichtigste Eigenschaft der AS bei ihrer antioxidativen Aktivität die

Regeneration des bei der Entschärfung von Lipidradikalen entstehenden α-Tocopheroxyl-

Radikals zu α-Tocopherol zu sein (Foyer, 1993). So wurde festgestellt, dass α-Tocopherol nur

in Anwesenheit von Ascorbinsäure effizient als Radikalkettenbrecher funktioniert. Wenn der

Vorrat an Ascorbinsäure abnimmt, weil die Regenerationsmöglichkeiten für oxidiertes

Ascorbat erschöpft sind, wird auch α-Tocopherol sehr schnell oxidiert und abgebaut.

Tocopheroxyl-Radikal + Ascorbat α-Tocopherol + Monodehydro-Ascorbat

APX


Der Ascorbat-Glutathion-Zyklus (Abbildung 6) ist ein Kreislauf in dem Ascorbinsäure und

Glutathion zusammen als Elektronen-’carrier’ dienen und so immer wieder in die reduzierte

Form zurückgebracht werden. Dabei wird letztlich Wasserstoffperoxid durch die Ascorbat-

Peroxidase (APX) zu Wasser reduziert (Foyer, 1993). Diese bereits im vorigen Kapitel

(Kapitel 2.4.1) beschriebene Reaktion ist der erste Schritt im Ascorbat-Glutathion-Zyklus.

Das durch APX gebildete Monodehydroascorbat (MDHA) kann sowohl nicht-enzymatisch zu

Ascorbinsäure und Dehydroascorbat disproportioniert werden oder auch enzymatisch durch

die NAD(P)H-abhängige Monodehydroascorbat-Reduktase (MDHAR) zu Ascorbinsäure

reduziert werden. Das bei der Disproportionierung gebildete Dehydroascorbat (DHA) wird

weiter mit Hilfe von reduziertem Glutathion (GSH) und der Dehydroascorbat-Reduktase

(DHAR) wieder zu Ascorbinsäure regeneriert. Das oxidierte Glutathion (GSSG) wird im

letzten Schritt durch die Glutathion-Reduktase (GR) zurück in die reduzierte Form gebracht.

Allerdings kann DHA auch durch weitere Oxidation zu 2,3-Diketo-Gulonsäure aus dem

Zyklus ausscheiden (Loewus und Loewus, 1987; Noctor und Foyer, 1998).

Abbildung 6: Der Ascobat-Glutathion-Zyklus (verändert nach Noctor und Foyer, 1998)

Aufgrund dieses Kreislaufs kann die Ascorbinsäure zum größten Teil in ihrer wirksamen

reduzierten Form gehalten werden. Der Zyklus findet sowohl in den Chloroplasten als auch

im Cytosol statt, und es besteht die Möglichkeit des Transports von Ascorbinsäure und den

reduzierten Äquivalenten zwischen den Kompartimenten (Foyer, 1993).

Glutathion (GSH) ist ein Tripeptid (Glutamat-Cystein-Glycin), dessen antioxidative Funktion

durch die Sulfhydryl-Gruppe des Cysteins ermöglicht wird (McKersie und Leshem, 1994).

GSH kann auf vielerlei Arten als Antioxidant wirken. Es kann chemisch mit dem Singulett-

Sauerstoff (1O2) , dem Superoxid-Anion (O2

-) und dem Hydroxyl-Radikal (OH

·) reagieren.

Eine Schutzfunktion für die Membranstruktur besitzt es durch die Beseitigung von Acyl-

Peroxiden (Price et al., 1990). Und, wie schon im voraus gegangenen Kapitel beschrieben, ist

GSH das Reduktionsmittel für die Ascorbinsäure von ihrer oxidierten in die reduzierte Form

ASNADPH+H+

NADP+

GR DHAR

2 GSH

GSSG

DHA MDHA

H2O2

H2O

NADPH+H+

NADP+

APXMDHAR

2,3-Diketo-

Gulonsäure

ASNADPH+H+

NADP+

GR DHAR

2 GSH

GSSG

DHA MDHA

H2O2

H2O

NADPH+H+

NADP+

APXMDHAR

2,3-Diketo-

Gulonsäure


unter der Mitwirkung von Dehydro-Ascorbinsäure-Reduktase (Loewus, 1988). Nach Foyer

und Halliwell (1976) kann die Reduktion der Dehydro-Ascorbinsäure durch GSH auch nicht-

enzymatisch bei pH >7 und GSH Konzentrationen > 1 mM besonders in den Chloroplasten

erfolgen.

Die Reduktion von GSSG zu GSH wird durch das Enzyme Glutathione-Reduktase (GR)

katalysiert. Für diese Reaktion wird NADPH2 oxidiert (Asada, 1992) (Abbildung 6).

Das Verhalten der Ascorbinsäure in Früchten unter dem Einfluss von Vor- und Nachernte-

faktoren wird in einer Zusammenfassung von Lee und Kader (2000) beschrieben. Neben dem

Sorten- und Belichtungseinfluss (Harris, 1975) ist vor allem der Reifezustand bei der Ernte

von Bedeutung. Allerdings ist zwischen den verschiedenen Fruchtarten kein einheitliches

Verhalten zu erkennen. So haben Pfirsiche ihren höchsten AS-Gehalt im vollreifen Zustand,

während der höchste Gehalt bei Äpfeln bereits bei halber Fruchtreife erreicht war (Lee und

Kader, 2000). Allerdings kann diese Aussage nach Angaben von Chennan und Streif (2002)

nicht generell für alle Apfelsorten gelten.

Der Gehalt an Ascorbinsäure in den Früchten war bei CA-Lagerung, besonders bei höheren

CO2-Konzentrationen, fast immer niedriger als die bei Kühllagerung (Bangerth, 1977;

Burmeister et al., 1997; Veltman et al., 2000). Nach Agar et al. (1997) wurde bei

Beerenfrüchten, die bei hohen CO2-Konzentrationen gelagert wurden, der Gehalt an Vitamin

C, wobei besonders der Ascorbinsäureanteil betroffen war, stark vermindert. An CA-

gelagerten Birnen konnte gezeigt werden, dass unmittelbar nach Lagerbeginn der

Ascorbinsäuregehalt stark abnahm. In Früchten, die bei wenig CO2 gelagert wurden, erfolgte

jedoch eine gewisse Regeneration von AS, was bei unter viel CO2 gelagerten Birnen aber

nicht beobachtet werden konnte (Larrigaudiere et al., 2000). Eine Folgerung aus diesen

Untersuchen war, dass die Wirkung von CO2 auf den Gehalt an Ascorbinsäure vor allem auf

eine Beeinflussung des Ascorbat-Glutathion-Zykluses beruhen könnte.

Material und Methoden 28

3 Material und Methoden

3.1 Überblick über die durchgeführten Versuche

Die verschiedenen Versuche wurden in den Jahren 1998, 1999, 2000 und 2001 am Institut für

Obst-, Gemüse- und Weinbau (seit 2002 Institut für Sonderkulturen und Ertragsphysiologie)

sowie an der Versuchsstation für Obstbau der Universität Hohenheim (seit 2001 Kompetenz-

zentrum für Obstbau-Bodensee) in Ravensburg - Bavendorf durchgeführt.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über die in den verschiedenen Jahren durchgeführten

Versuche. Das dabei verwendete Fruchtmaterial, die verschiedenen Spritzbehandlungen und

Lagerungsvarianten sowie die verwendeten Untersuchungsmethoden werden im Folgenden

näher beschrieben.

Tabelle 1: Überblick über die durchgeführten Versuche mit Birne, cv. ‚Conference’ und

Apfel, cv. ‘Breaburn’

Jahr Sorte

Baum-

material

Sprit-

zung

CA-Lagerung

Temperatur

Untersuchte

Merkmale

1998 Conference Pflanzjahr: 1979 0.7% CO2 + 2% O2 Physiolog. Erkrankungen

(alte Bäume) Unterlage: Quitte A 5% CO2 + 2% O2 Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 4.0x2.4m -1°C Biochemische Parameter

1999 Conference Pflanzjahr: 1992 Bor 5% CO2 + 2% O2 Physiolog. Erkrankungen

(junge Bäume) Unterlage: Quitte A -1°C Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 3.0x0.8m Biochemische Parameter

2000 Conference Pflanzjahr: 1979 Bor, Physiolog. Erkrankungen

(alte Bäume) Unterlage: Quitte A Calcium 5% CO2 + 2% O2 Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 4.0x2.4m (Bor+Ca) -1°C Biochemische Parameter

Conference Pflanzjahr: 1992 Bor, Physiolog. Erkrankungen

(junge Bäume) Unterlage: Quitte A Calcium 5% CO2.+ 2% O2 Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 3.0x0.8m (Bor+Ca) -1°C (Nachwirkung)

2000 Braeburn Pflanzjahr: 1996 Bor, Physiolog. Erkrankungen

Unterlage: M9 Calcium 3% CO2 + 1% O2 Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 3.0x0.80m (Bor+Ca) 1°C

2001 Conference Pflanzjahr: 1979 Bor, Physiolog. Erkrankungen

(alte Bäume) Unterlage: Quitte A Calcium 5% CO2 + 2% O2 Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 4.0x2.4m (Bor+Ca) -1°C

Conference Pflanzjahr: 1992 Bor, Verzögerte CA- Physiolog. Erkrankungen

(junge Bäume) Unterlage: Quitte A Calcium Lagerung, -1°C Qualität, Mineralstoffe

Abstand: 3.0x0.8m (Bor+Ca) 5% CO2 + 2% O2 Biochemische Parameter


3.2 Versuchsmaterial

3.2.1 Auswahl der Sorten und Bäume

Für die Lagerversuche und zur Untersuchung der Fruchtfleischverbräunungen bzw. der

Kavernenbildung wurden dafür besonders anfällige Sorten ausgewählt. Das war bei Birnen

die Sorte ’Conference’ und bei Apfel die Sorte ’Braeburn’. Die Früchte stammten von

Bäumen der Versuchsstation für Obstbau in Bavendorf. Nähere Angaben zum Baumalter, zur

Unterlage und zum Pflanzabstand sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

3.2.2 Mineralstoff-Applikationen

Die Applikationen von Bor (B), Calcium (Ca) bzw. dem Mischpräparat aus Bor plus Calcium

(B + Ca) erfolgten als Blattspritzungen. Im Gegensatz zu den im Obstbau sonst üblichen Bor-

Behandlungen während oder nach der Blüte wurden diese Spritzungen erst zu einem späteren

Entwicklungszustand der Früchte ausgebracht, wobei ca. 8 Wochen vor der voraussichtlichen

Ernte mit den Spritzungen begonnen wurde. Die Anzahl der Spritzungen war je nach Versuch

unterschiedlich, betrug aber meist 6 Spritzungen in jeweils 10-tägigem Abstand. Die genaue

Anzahl der Spritzungen und die Applikationstermine sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

Tabelle 2: Spritztermine und Erntetermine in den einzelnen Versuchsjahren

Jahr Sorte

Spritz-

behandlung Spritzdatum Ernte

1999 Conference 6 mal 9.7.,19.7., 29.7., 6.8., 16.8., 26.8. 13.9.

Kontrolle nicht gespritzt

2000 Conference 2 mal 21.7., 24.8. 4.9.

4 mal 30.6., 21.7., 10.8., 24.8.

6 mal 30.6., 12.7., 21.7., 2.8., 10.8., 24.8.


Braeburn 2 mal 6.9., 9.10. 19.10.

4 mal 16.8., 6.9., 28.9., 9.10.

6 mal 16.8., 28.8., 6.9., 18.9., 28.9., 9.10.


2001 Conference 6 mal 29.6., 10.7., 20.7., 30.7., 10.8., 20.8. 10.9.


Als Bor-Präparat wurde SOLUBOR (enthält 17,4% wasserlösliches Na-Borat, Fa. BASF )

eingesetzt, als Ca-Präparat diente DÜNGAL (Fa. Spiess-Urania). Das Mischpräparat (B + Ca)


bestand aus den gleichen Mengen an B und Ca wie die Einzelpräparate. Die Ausbringmenge

je Spritzung betrug bei Bor 250 g/ha bei Ca 1000 g/ha und wurde auf 1000 l Wasser/ha

berechnet. Die Mittelausbringung erfolgte als Blattspritzung mit der Spritzpistole,

angeschlossen an eine 4-Kammer-Versuchsspritze. Ausbringzeitpunkt war möglichst

frühmorgens, bei bedecktem Himmel.

3.2.3 Ernte und Vorbereitung für die Lagerung

Die Ernte der Früchte wurde in der Regel zu einem, gegenüber der Praxis um einige Tage

späteren Termin gewählt, da reifere Früchte eine höhere Empfindlichkeit gegenüber den zu

untersuchenden Verbräunungen und Kavernen zeigen (Streif, 2000). Die Festlegung des

Erntetermins erfolgte stichprobenweise durch Messungen der Festigkeit (kg/0.5cm2), des

Refraktometerwertes sowie des Stärkeabbaus und dem daraus errechneten ’Streif-Index’

(Streif, 1989). Der für den Erntebeginn maßgebliche Indexwert sollte für ’Conference’ Birnen

den Wert von 0,10 erreicht haben, für ’Braeburn’ Äpfel wurde von einem Wert von 0,15

ausgegangen. Im Jahre 1998 wurden ‚Conference’ Birnen zu 3 Terminen geerntet. Der

optimalen Erntetermin war am 7. September, der frühere Erntetermin wurde eine Woche

vorher, am 31. August, und der späte Termin eine Woche danach, am 14. September, gewählt.

Unmittelbar nach der Ernte erfolgte eine Handsortierung der Früchte nach einheitlicher Größe

und Färbung, sowie nach einheitlichem Reifegrad. Kranke oder beschädigte Früchte wurden

aussortiert. Die ausgewählten Früchte wurden gleichmäßig auf die benötigte Anzahl von

Lagerkisten verteilt, wobei die Fruchtmenge je Behandlungsvariante und Auslagerungstermin

jeweils ca. 30 kg betrug, was einer Anzahl von120 bis 150 Einzelfrüchten entsprach.

3.2.4 Lagerverfahren

Die für die Lagerung vorbereiteten Früchte kamen sofort nach der Sortierung in die

Lagerbehälter der Versuchslagereinrichtung und wurden innerhalb weniger Stunden auf die

gewünschte Lagertemperatur gekühlt. Die Einstellung der Gasbedingungen in den

Lagerboxen erfolgte ebenfalls im Verlauf von 24 Stunden nach Einlagerung. Um bewusst

Lagerschäden zu provozieren, wurden teilweise CA-Bedingen gewählt, die für die

verwendeten Apfel- und Birnensorten hinsichtlich der Kohlendioxid- und der Sauerstoff-

konzentration nicht optimal waren und für die Früchte eine Stresssituation darstellten. Diese

Lagerbedingungen waren für ’Conference’ Birnen –1°C, 5% CO2 und 2% O2; für ’Braeburn’

Äpfel 1 °C, 3% CO2 und 1% O2. Die verschiedenen Spritzvarianten und die Kontrollfrüchte

wurden unter gleichen Gasbedingungen gelagert.

Die Lagerdauer im CA-Lager betrug in der Regel 5 Monate, wobei im Verlauf der Lagerung

in regelmäßigen Abständen 3 bis 4 mal Lagerproben entnommen wurden. Bei der


Probenahme wurden die CA-Bedingungen nur ganz kurzfristig unterbrochen und innerhalb

weniger Stunden wieder auf die Soll-Bedingungen eingestellt.

Bei dem im Jahre 2001 durchgeführten Versuch mit verzögerter CA-Lagerung wurden die

’Conference’ Birnen zunächst für 21 Tage in einem Kühllager bei normalen Luftbedingungen

und –1 °C Temperatur gehalten, bevor dann die CA-Lagerbedingungen eingestellt wurden.

Die Lagerdauer betrug dann ebenfalls 5 Monate inklusiv der verzögerten Lagerdauer.

Die für die Lagerversuche verwendete CA-Versuchslagereinrichtung bestand aus 24

Lagerbehältern, verteilt auf zwei Kühlräume mit jeweils 12 Behältern. Jeder Behälter hatte ein

Fassungsvermögen von 540 l. Die Kühlung der Behälter erfolgte von außen durch die kühle

Raumluft nach dem Prinzip der Mantelkühlung. Damit war gewährleistet, das alle 12

Lagerbehälter im Kühlraum die gleiche Lagertemperatur hatten. Außerdem konnte dadurch in

den CA-Behältern eine hohe relative Luftfeuchte (r.LF) von ca. 95% eingehalten werden.

Die gewünschten Gaskonzentrationen (%CO2 + %O2) wurden in den Versuchsbehältern durch

eine vollautomatisch arbeitende, computergesteuerte Anlage eingestellt. Dabei erfolgte eine

kontinuierlich durch die verschiedenen Versuchsbehälter reihum laufende Messung der

Gaskonzentrationen. Bei Abweichung der Messwerte vom Sollwert wurde eine Korrektur der

Gaskonzentrationen durch Zusetzen von entsprechenden Gasen aus Druckflaschen bzw. von

Stickstoff aus dem Vorratstank eines Stickstoff-Separators vorgenommen.

Die Gasanalyse erfolgte mit elektronischen Messgeräten und zwar für Sauerstoff nach dem

paramagnetischen Messprinzip, die CO2-Messung durch Infrarotabsorption (Fa. Mannes-

mann, Deutschland). Nach Einlagerung der Früchte wurde eine schnelle Einstellung der CA-

Bedingungen dadurch erreicht, dass die niedrige O2-Konzentration durch Spülung der

Behälter mit Stickstoff und die erhöhte CO2-Konzentrationen durch Zugabe von CO2 aus

Druckflaschen eingestellt wurden. Der durch die Atmung der Früchte verbrauchte Sauerstoff

wurde durch O2 aus der Luft ersetzt; der Anstieg von CO2 mittels einer Absorption durch

Kaliumhydroxidlösung (40%-ig) abgesenkt.

Um sehr niedrige CO2-Konzentrationen von 0.7% in der Lageratmosphäre zu erhalten, wurde

zusätzlich Calciumhydroxid (Ca(OH)2) zur CO2-Absorption in die entsprechenden Behälter

miteingelagert. Die Menge an Kalkhydrat sollte dabei etwa 1% von der eingelagerten

Fruchtmenge betragen.

Weitere Details zur Versuchslagereinrichtung sind der Abbildung 7 zu entnehmen.


Abbildung 7: Aufbau der CA-Versuchslagereinrichtung an der Versuchsstation Bavendorf

3.2.5 Probenahmen

Bei Lagerbeginn sowie in regelmäßigen Abständen während der Lagerung wurden

Lagerproben von etwa 20 kg je Versuchsvariante entnommen. Von einem Teil der Früchte

jeder Lagerprobe wurden die Veränderungen von Reife- und Qualitätmerkmalen sowie

verschiedener biochemischer Parameter bestimmt (Laborproben). Der restliche Teil der

Früchte (etwa 70 – 90 Früchte) wurde 4 Tage bei Zimmertemperatur (ca. 20 °C) nachgelagert,

geschnitten und auf physiologische Krankheiten untersucht (Bonitierproben). Siehe dazu

nachfolgendes Kap. 3.3.

Bei den Laborproben wurden Mischproben aus 6 Früchte je Variante sofort für Leitfähig-

keitsmessungen verwendet und von 10 Früchten je Variante die Reife- und Qualitäts-

merkmale bestimmt. Drei Früchte je Variante (3 Wiederholungen à 1 Frucht) wurden in die

Gas-Entnahme extern -Zugabe

1

2

48

Lagerbehälter

Kühlraum

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

A B CVentile

1 2 3Pumpen

Messen / Zirkulation

CO2-Adsorption

O2-Regeln

CO2-/N2-Regeln

Zustand von Ventilen und

Pumpen

A

900 l/h

1

3

CO2-Adsorption

1

0

O2

N2

CO2

100 l/h

0

2

Regulieren

CBypass

O2CO2

0

B

70 l/h

Gasanalyse

1

1

externes

Lager

0

1

O2

N2

CO2

Kalibrieren

0

1


Respirationsmessanlage für Atmungs- und Ethylenmessungen während einer 8- bis 10-

tägigen Nachlagerungsperiode eingelagert.

Von weiteren 12 Früchten je Variante wurden Proben für Enzyme und andere biochemische

Parameter entnommen. Da die CA-bedingten Fruchtfleischerkrankungen vor allem im

mittleren Bereich des Fruchtfleisches auftreten, wurden die Proben für weitergehende

physiologische Untersuchungen nur aus dem inneren Teil des Fruchtfleisches gewonnen

(siehe Abbildung 8), klein geschnitten, gemischt und sofort in flüssigem Stickstoff

eingefroren. Davon wurden etwa 200 g für Enzymmessung, Ascorbinsäure- und MDA-

Messung lichtgeschützt bei –28°C aufbewahrt. Etwa 100 g davon wurden gefriergetrocknet

und zur Bestimmung des antioxidativen Potentials, des ATP- und ADP-Gehalts sowie der

Fettsäuren ebenfalls im Gefrierschrank aufbewahrt.

Die Probenahmen für Mineralstoffuntersuchungen erfolgten im Verlauf der Spritzbe-

handlungen bzw. bei der Ernte. Dazu wurden von ca. 25 Früchten ebenfalls Proben aus dem

inneren Fruchtfleischbereich entnommen, in einem Homogenisator zu Mus zerkleinert,

eingefroren und gefriergetrocknet.

Im Verlauf der Blattspritzungen in den Jahren 2000 und 2001 wurden sieben Tage nach jeder

Spritzung Blätter und Früchte (jeweils 30 Stück je Behandlung) entnommen, um den Einfluss

von Bor und Calcium auf die Aufnahme der anderen Mineralstoffe zu untersuchen. Bei den

Blättern wurde das zweite oder dritte voll entwickelte Blatt eines Langtriebs gewählt, zwei

Tage bei 75°C getrocknet, gemahlen und bis zur Messung der Mineralstoffe aufbewahrt.

Abbildung 8:

Schematische Darstellung des für die

Fruchtanalysen verwendeten Teils des

Fruchtfleisches

außen

Schale

Innen

(Probenahme)

Kernhaus

außen

Schale

Innen

(Probenahme)

Kernhaus


3.3 Lagerbedingte physiologische Erkrankungen, Qualitäts- und Mineralstoff-

untersuchungen

3.3.1 Bonitur physiologischer Erkrankungen

Um die Entwicklung von CA-bedingten Fruchtfleischerkrankungen im Verlauf der Lagerung

zu erkennen, wurde bei den verschiedenen Probenahmen ein Teil der Früchte von jeder

Behandlung aufgeschnitten und in ihrem Inneren auf Verbräunungen und Karvernenbildung

bonitiert. Es erfolgten drei Schnitte, bei Birnen parallel und bei Äpfeln senkrecht zur

Längsachse der Frucht. Die Erkrankungen der Früchte wurden je nach Befallsstärke in 5

Stufen von 0 bis 4 , wie nachfolgend beschrieben, bewertet:

Für innere Fleischverbräunungen:

0: gesund

1: Verbräunung der Samenfächer sowie braune Stellen bis 0,5 cm2 Größe

2: Verbräunte Stellen mit einer Ausdehnung von > 0,5 bis 1 cm2

3: Verbräunte Stellen mit einer Ausdehnung von > 1 bis 3 cm2

4: Verbräunte Stellen mit einer Ausdehnung von > 3 cm2

Für Bildung von Kavernen:

0: gesund

1: Kavernen mit einer Größe bis 0,25 cm2

2: Kavernen mit einer Ausdehnung von > 0,5 bis 1 cm2

3: Kavernen mit einer Ausdehnung von > 1 bis 3 cm2

4: Kavernen mit einer Ausdehnung von > 3 cm2

Der Anteil erkrankter Früchte wurde in Prozent angegeben oder auch die Befallsstärke in

Form eines Befallsindexes unter Berücksichtigung der Schädigungsstufe nach folgender

Formel errechnet:

Befallsindex (0-100) =Σ (n * v) / 4 * N * 100

N: Gesamtzahl der Früchte;

v: Zahlenwert der Schädigungsstufe;

n: Anzahl Früchte je Schädigungsstufe.

3.3.2 Messungen der Reife- und Qualitätsmerkmale

Die Reife- und Qualitätsmerkmale wurden bestimmt, um die Auswirkung der verschiedenen

Spritzbehandlungen und Lagerbedingungen auf die Fruchtreife und Fruchtqualität zu


erkennen. Die Untersuchungen erfolgten in der Regel als Einzelfruchtanalyse, wobei sechs

Früchte je Probe untersucht wurden. Folgende Reife- und Qualitätsmerkmale wurden erfasst:

Stärkeabbau: Der Stärkeabbau in den Früchten ist ein Maß für die fortschreitende

Reifeentwicklung. Mit Hilfe des Jod-Stärke-Tests wurde der Anteil und die Verteilung von

Stärke auf der Schnittfläche von Früchten unter Verwendung einer 10-stufigen Skala beurteilt

(Streif, 1998). Je weniger sich die Schnittfläche der Früchte nach Eintauchen in Lugolsche

Lösung (3g Jod + 10g Kaliumjodid in 1l Wasser) dunkel verfärbte, um so stärker war bereits

der Stärkeabbau und die Fruchtreife fortgeschritten.

Lösliche Trockensubstanz: Jede Einzelfrucht wurde entsaftet und aus dem Saft der Anteil

löslicher Trockensubstanz mit einem digitalen Refraktometer (Atago PR-1) gemessen. Diese

Werte sind ein Maß für den Zuckergehalt der Früchte, der bei Apfel und Birne etwa 80% in

der löslichen Trockensubstanz beträgt. Die Angabe der Werte erfolgt in %.

Titrierbare Säure: 10 ml Fruchtsaft wurden mit 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und

mit 0.1N NaOH bis auf pH 8.1 titriert. Die Werte sind in mval titrierbare Säure/100 ml Saft

angegeben.

Fruchtfleischfestigkeit: Zur Festigkeitsmessung wurde an den zu Früchten auf der Höhe des

Fruchtäquators im Übergang zwischen Schatten- und Sonnenseite die Schale entfernt und an

dieser Stelle mit einem Penetrometer (Fa. Chatillon) die Fruchtfestigkeit bestimmt. Die

Stempelfläche des Prüfkörpers betrug für Birnen 0.5 cm2, für Äpfel 1 cm

2 bei einer

Eindringtiefe von jeweils 8 mm. Die Maßeinheit ist kg/cm2. Die Messungen erfolgten auf

einem halbautomatischen Prüfstand mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit von

5 mm/sec.

Streif-Reifeindex: Zur Bestimmung der Fruchtreife werden beim sogenannten ‚Streif-Index’

(Streif, 1989) die Messwerte der Fruchtfleischfestigkeit, der löslichen Trockensubstanz und

des Stärketestes zu einem Index entsprechend nachfolgender Formel verrechnet:

Streif-Index = Festigkeit / Zuckergehalt * Stärke

Je kleiner der Indexwert, um so reifer sind die Früchte.

Grundfarbe der Fruchtschale: Durch Messung der Farbänderung der Fruchtschale von Grün

nach Gelb kann ebenfalls eine Aussage zur Reifeentwicklung der Früchte gemacht werden.

Zur Farbmessung wurde ein Farbmessgerät (Chromameter CR 300, Fa. Minolta) verwendet.

Das Gerät arbeitet nach dem Dreibereichsmess-Verfahren (Tristimulus-Verfahren), wobei der

Farbraum aus drei Koordinaten a*, b* und L* besteht, von denen L* das Maß für die

Helligkeit ist, und die Werte a* und b* die räumliche Lage des Farbtons im

Koordinatensystem mit den Achsen Grün - Rot bzw. Blau - Gelb angeben.


Die Summe dieser beiden Koordinaten (a+b) zeigen die Veränderung der Fruchtfarbe in der

Weise, dass, je größer dieser Wert wird, die Farbe der Fruchtschale umso gelber wird. Die

Grundfarbe der Schale wurde jeweils an der grünsten Stelle der Frucht gemessen.

3.3.3 Analyse der Mineralstoffe

Direkt nach der Sortierung und Vorbereitung der Früchte für die Lagerung wurde eine

Mischprobe von 25 Früchten je Variante zusammengestellt. Für die Mineralstoffunter-

suchungen wurden in der Regel nur vom inneren Fruchtfleischbereich, wo auch die

Hauptschädigung der Früchte stattfindet, Proben entnommen (siehe Abb. 2). Dazu wurden

von jeder Frucht an der Sonnen- und an der Schattenseitessektoren ausgeschnitten, der

Schalenanteil und der Kernhausanteil entfernt und die verbliebenen Stücke aller 25 Früchte in

einer Zentrifugalmühle homogenisiert. Das so erhaltene Fruchtmus wurde gefriergetrocknet

und bis zur Analyse trockengehalten.

Kalium (K), Calcium (Ca) Magnesium (Mg) und Phosphor (P): Zur Bestimmung des

Gehaltes an Kalium, Calcium, Magnesium und Phosphor wurde 1 g vom Fruchtpulver

eingewogen und 6 Stunden bei 480 °C verascht. Die Aufschließung der Asche erfolgte mit 2

ml 20%-iger Salzsäure und Überführung mit destilliertem Wasser in einen 100 ml Kolben.

Jede Stammlösung enthielt 0.001M Lanthan zur Ausschaltung von störenden Einflüssen

durch P bei den Ca-Messungen. Die Bestimmung von Ca, K und Mg erfolgte mit einem

Atomabsorptionsspektrometer (Fa. GBC 908) und die Bestimmung von Phosphor mit einem

Spektralphotometer (Hitachi 2002) nach der kolorimetrischen Methode mit Molybdän-Blau.

Bor (B): Zur Analyse des Gehaltes an Gesamt-Bor wurde 0.5 g Fruchtpulver eingewogen, 4

Stunde bei 480°C verascht, mit 5 ml 0.5 N Schwefelsäure aufgeschlossen und anschließend

filtriert. Die Bestimmung von Bor erfolgte durch eine kolorimetrische Reaktion nach einer

Modifikation der Azomethin-H-Methode (Lohse, 1982; Pfeffer et al., 1997). Der

Reagenzpuffer bestand aus 2 M Ammoniumacetat, 0.025 M EDTA-Tetranatriumsalz, 0.1 M

Kaliumacetat, 0.02 M Nitrilotriacetat-Dinatriumsalz und 1 mM Essigsäure. 100 µl Probefiltrat

und 300 µl 0.2 mM Azomethin-H (enthielt 1.5 mM Ascorbinsäure) wurden in

Halbmikroküvetten pipettiert, eine Stunde unter Lichtschutz stehen gelassen und dann bei 420

nm gemessen.

Das Bor in den Früchten wurde getrennt nach der im Zellsaft gelösten Fraktion und dem

wasserunlöslichen Rest (WIR) bestimmt. Das mit Flüssig-Stickstoff tiefgefrorene

Fruchtmaterial wurde aufgetaut und mit einer hydraulischen Handpresse der Zellsaft vom

Festmaterial abgetrennt. Im Saft wurde der Bor-Gehalt direkt mittels ICP-AES

(Induktionsgekoppelte Plasma-Atom-Emissionsspektrometrie; PS 1000, Leeman Labs. Inc.,


Mac Lowell, USA) Methode gemessen (Dannel et al., 1998; Pfeffer et al., 1999). Der Rest

wurde mit bidestilliertem Wasser homogenisiert und bei 2000 U/min während 2 min

zentrifugiert. Der Rückstand wurde drei mal mit bidestilliertem Wasser gewaschen und die

Homogenisation und Zentrifugation wiederholt. Anschließend wurde der wasserunlösliche

Rückstand getrocknet und darin der Bor-Gehalt nach der Methode für Gesamt-Bor gemessen.

Für die Bor-Bestimmung sollte nur Plastik-Material und entmineralisiertes Wasser mit

bekannt sehr geringem Borgehalt verwendet werden.

Die Bestimmung der Mineralstoffgehalte in den Blättern erfolgte nach der für die Früchte

beschriebenen Methode. Dazu wurden von Langtrieben das zweite oder dritte Basalblatt

entnommen, für eine Probe insgesamt ca. 40 Blätter. Diese wurden gewaschen, bei 75 °C 48

h getrocknet, in einer Kaffeemühle gemahlen und das Blattmehl zur Analyse verwendet.

3.3.4 Untersuchungen zur 10

B-Translokation

Vier für den Versuch geeignete Birnbäume (Sorte ‚Williams’) wurden ausgesucht und in der

Obstanlage mit einer Folienüberdachung gegen Regen geschützt, damit die Behandlung mit 10

B-Isotop nicht abgewaschen werden konnte. Von separaten Bäumen wurden jeweils 30

Früchte, 30 Primärblätter und 30 Blätter des Fruchtstandtriebs entsprechend Abbildung 9

ausgewählt und in 10

B-Isotop-Lösung getaucht, wobei entweder die Frucht, das Primärblatt

oder das Blatt des Fruchtstandtriebs behandelt wurden. 1, 7 und 14 Tage nach der Behandlung

wurden die Früchte abgeerntet. Die Proben wurden aus dem inneren und äußeren Teil (ohne

Schale) des Fruchtfleisches genommen wie in Abb. 8 gezeigt. Die Gewinnung von wasser-

Abbildung 9:

Darstellung des

Triebsystems mit den 10

B behandelten

Blättern und Früchten

(schraffiert).

Untersucht wurden nur

die Früchte.

Frucht

Blatt des FruchtstandtriebsPrimärblatt

Frucht

Blatt des FruchtstandtriebsPrimärblatt


löslichem und wasserunlöslichem Bor und die Bestimmung von Bor mittels ICP-AES erfolgte

wie in Kapitel 3.3.3 beschrieben.

3.4 Fruchtphysiologische Untersuchungen

3.4.1 Atmungs- und Ethylenmessungen an Früchten unter CA-

Bedingungen

Zur Untersuchung der Atmung und der Ethylenbildung wurden die Früchte nach

vergleichbarer Größe und Färbung ausgesucht, in die Glasgefäße der CA-Respirations-

messanlage gegeben und kontinuierlich mit der gewünschten Gaskombination durchspült.

Die Temperatur bei Birnen betrug –1°C. Durch diese simulierten Lagerbedingungen war es

möglich, die CO2-Abgabe und die O2-Aufnahme der Früchte bei vergleichbaren Bedingungen

wie im CA-Lager zu untersuchen.

Die Respirationsmessanlage in Abbildung 10 bestand aus 24 dicht schließenden Glasbehältern

mit je 3 l Leervolumen. Jedes Glas wurde kontinuierlich mit einer Gasmischung von CO2, O2

und N2 durchspült, entsprechend den CA-Konzentrationen, die während der CA-Lagerung der

Früchte verwendet wurden. Der Durchfluss betrug 200 ml/min. Zur Messung der Respiration

wurden jeweils einzeln ausgelesene Früchte in drei Wiederholungen gasdicht in den

Glasgefäßen verschlossen und mit der Gasmischung für zwei Tage zur Akklimatisierung

durchgespült. Dann wurden die CO2- und O2-Anfangskonzentration im Gefäß gemessen, der

Durchfluss unterbrochen und nach Ablauf von 12 Stunden die Veränderung von CO2 bzw. O2

im Glasgefäß bestimmt. Die CO2-Abgabe und die O2-Aufnahme wurde in ml/kg*h dargestellt.

Es erfolgte außerdem eine Berechnung des Respirationsquotienten (RQ) durch das Verhältnis

von abgegebenem CO2 zu aufgenommenem O2

Die CO2 und O2-Messungen an den Früchte erfolgten mit einem 2-Kanal Gaschro-

matographen (Micro-GC, CP2002P, Software Maestro II, Fa. Varian). Zur Bestimmung der

O2- und N2-Konzentrationen wurde eine Molekularsieb-Säule und zur Bestimmung der CO2-

Konzentration eine Hayesep-Säule verwendet. Die Gasprobe wurde mittels einer internen

Pumpe über eine Injektionsnadel und einen dünnen Teflonschlauch (i.Ø: 0,5 mm) aus den

Atmungsgläsern angesaugt. Folgende gaschromatographische Parameter kamen zur

Anwendung:

Arbeitsbedingungen:

Detektor: Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD)

Trägergas: Helium, Durchfluss 2.5 ml/min.

Trennsäulen: O2: Molsieb (20m); 140 kPa; 40°C; Injektionszeit 40 ms.

CO2: Hayesep 65 kPa; 40°C; Injektionszeit 40 ms.


Ansaugvolumen: 10 ml/min.

Ansaugzeit: 30s.

Abbildung 10: Anlage zur Atmungsmessung der Früchte unter CA-Bedingungen bestehend

aus:

Teil A: Herstellung der Gasmischungen aus 5 möglichen Einzelkomponenten. Die

Gaszusammensetzung wird über Mikrometer-Nadelventile geregelt.

Teil B: Glasbehälter (Volumen 3L) mit eingelagerten Früchten und kontinuierlicher

Spülung mit dem gewünschten Gasgemisch. Die Messgläser werden in einem

Wasserbecken mit einem Durchlaufkühler auf die gewünschte Lagertemperatur

thermostatisiert.

Teil C: Atmungsmessung durch gaschromatografische Bestimmung der Verän-derung

von CO2- und O2-Konzentrationen im ‚Head-space’ der Atmungsbehälter.

Zur Messung der Ethylenbildung wurde eine Gasprobe aus dem Headspace der Gefäße

(gleich wie Atmungsmessung) mit einer 10 ml-Spritze entnommen, und unmittelbar danach

1

2

12

N2 O2 CO2 C2H4 Luft

2 12

CO2

O2 N2GC

A

B

C


wurde aus 1 ml davon der Ethylengehalt gaschromatographisch (Fa. Varian, 2700 Series)

bestimmt.

Gaschromatografische Messbedingungen:

Detektor: Flammenionisationsdetektor (FID)

Trennsäule: Edelstahl: 0.9 m x 1/8’

Säulenfüllung: Aktiviertes Aluminiumoxid, 60 mesh

Injektortemperatur: 220°C

Detektortemperatur: 240°C

Säulentemperatur: 110°C

Anhand des Ethylenstandards konnte die C2H4-Bildung aus der Peakfläche und der

Fruchtmenge bestimmt und in µl C2H4 / kg*h dargestellt werden.

3.4.2 Bestimmung von ATP und ADP

ATP und ADP Messungen wurden im Rahmen dieser Arbeit nur orientierungsweise

durchgeführt. Die Extraktion von ATP und ADP erfolgte aus dem gefriergetrockneten

Fruchtmaterial, die Analyse nach den bei Saquet et al. (2000) und Saquet (2001) ausführlich

beschriebenen Methoden. Die Bestimmung von ATP beruht auf der quantitativen Messung

einer stabilen Biolumineszenz, die aus der von Luciferin-Luciferase katalysierten Enzym-

reaktion resultiert.

3.4.3 Permeabilität der Membranen

Die Messung der Permeabilität der Membranen erfolgte leicht modifiziert nach der Methode

wie sie von Bangerth (1975) beschrieben wurde. 6 in Größe, Farbe und Reife einheitliche

Früchte wurden von jeder Versuchsvarianten ausgewählt, halbiert und die eine Hälfte der

Früchte für die ersten 3 Wiederholungen, die andere Hälfte der Früchte für weitere 3

Wiederholungen verwendet.

Zur Messung wurde nur Fruchtgewebe aus dem meist betroffenen mittleren Cortexbereich

verwendet (siehe dazu auch Abb. 2). Mit einem Korkbohrer (Ø 8mm) wurden aus dem

mittleren Fruchtbereich Gewebezylinder ausgestochen und davon der Schalen- und

Kernhausbereich entfernt. Der Zylinder wurde in Scheiben von 1 mm Dicke geschnitten und

davon 4 g in 30 ml 0.4 M Manitol Lösung für 5 Stunde auf der Schüttelmaschine bei 25°C

geschüttelt. Danach wurde die Leitfähigkeit der Inkubationslösung (L1) mit einem Leitfähig-

keitmessgeräte (LF 537, Fa. WTW) gemessen. Im Anschluss daran wurden die Proben für

mindestens 30 min in Wasser bis zur völligen Zerstörung der Gewebezellen gekocht, auf


25°C abgekühlt und die maximale Leitfähigkeit (L2) gemessen. Der Index L1 / L2 * 100

wurde als Maß für die Permeabilität der Membranen berechnet.

Messungen zur Durchlässigkeit der Membranen für freie Phenole und Bor

Je 2 ml von 6 Wiederholungen der wie oben beschriebenen Inkubationslösung wurden nach

5 h Inkubationsdauer (für L1) sowie nach dem Kochen der Fruchtscheiben (für L2) getrennt

gesammelt und für die Messungen von freien Phenolen und Bor vorbereitet.

Zur Borbestimmung wurden 3 ml gesammelte Lösung im Trockenschrank eingedampft,

danach bei 480 °C verascht, mit 5 ml 0.5 N Schwefelsäure aufgeschlossen und anschließend

filtriert. Die Bestimmung von Bor erfolgte nach der Azomethin-H-Methode (wie in Kapitel

3.3.3 beschrieben).

Zur Phenolbestimmung wurden 0.5 ml der Inkubationslösung vor dem Kochen bzw. 0.25 ml

nach dem Kochen mit 0.25 ml Folin-Ciocalteu-Reagenzlösung und 3 ml (vor dem Kochen)

bzw. 3.25 ml (nach dem Kochen) destilliertem Wasser für 3 min. gemischt. Danach wurde das

Gemisch mit 15% Na2CO3 auf 5 ml aufgefüllt und nach 1 Stunde bei 760 nm gemessen. Die

Berechnung des Phenolgehalts erfolgte anhand einer Standardkurve mit Gallussäure (0, 0.2, 1,

2, 4, 6, 8, 19 ppm).

3.4.4 Aktivität der Lipasen

Die Extration und Messmethode wurden nach Jiang et al. (2002) durchgeführt. Dazu wurde

6g frisches, tiefgefrorenes Fruchtfleisch in 15 ml 0.1 M Natriumphosphat-Puffer (pH 7.8), der

0.05mol/l ß-Mercaptoethanol enthielt, für 1 min mit einen Homogenisator zerkleinert und

extrahiert. Das Homogenat wurde bei 10 000 U/min bei 4°C für 20 min zentrifugiert und der

Überstand gesammelt. Die Kinetik der Lipase-Aktivität wurde spektralphotometrisch bei 520

nm bestimmt. Die Reaktionslösung bestand aus 2.5 ml 0.1 M Natriumphosphat-Puffer (pH

7.8), 0.5 ml 1 mM α-Naphthylacetat in 10 % Aceton, 0.5 ml 0.1%-igem ‚Fast Blue RR-Salz’

in 0.1 M Phosphat-Puffer (pH 7.8) und 0.1 ml Enzymextrakt. Durch Zugabe des Enzym-

extrakts wurde die Reaktion gestartet und der Verlauf während 2 min registriert.

Die Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min dargestellt (U. A.= Units of activity).

Die Bestimmung des Proteingehalts im Extrakt wurde nach Bradford (1976) durchgeführt.

2.28 ml Phophat-Puffer und 0.12 ml Enzymextrakt wurden mit 0.6 ml Farbstoff-Konzentrat

(Bio-Rad Protein Assay, Fa. Bio-Rad Laboratories, München) gemischt, und danach 5 min

stehen gelassen. Das Gemisch wurde spektralphotometrisch bei 595 nm gemessen.


3.4.5 Lipidfraktionen und Fettsäuren

Die Extraktion der Lipide wurde nach Song (1994) bzw. Saquet (2001) durchgeführt. In

einem verschließbaren Zentrifugenglas wurden 1.5 g gefriergetrocknetes Fruchtmaterial mit

15 ml Hexan:Isopropanol (3:2, v/v) unter intensivem Schütteln 30 min extrahiert und während

20 min bei 4000 U/min zentrifugiert.

Nach Sammeln des Überstandes wurden die Proben erneut extrahiert, zentrifugiert und über

einen Glasfaserfilter filtriert. Das Filtrat wurde zur Bestimmungen der neutralen Lipide, freien

Fettsäuren und polaren Lipide verwendet. Die Auftrennung dieser Lipidfraktionen erfolgte

nach Kaluzny et al. (1985) über Festphasenextraktion mit Aminopropylsäulen (Fa. Alltech).

Hierzu wurde der gesamte Extrakt mit einem N2-Strom getrocknet, in 2 ml Hexan:

Isopropanol (3:2, v/v) gelöst und danach auf die Säule gegeben. Durch Eluierung mit

verschiedenen Eluenten konnten die Fraktionen der Lipide aufgetrennt werden: die neutralen

Lipide mit 4 ml Chloroform:Isopropanol (2:1, v/v), die freien Fettsäuren mit 4 ml Etherlösung

(mit 1% Essigsäure) und die polaren Lipide mit 4 ml Methanol. Danach wurde eine

gaschromatographische Analyse der eluierten freien und polaren Fettsäurefraktionen

durchgeführt.

Zur GC-Analyse musste die Fraktion polarer Lipide zunächst mit 0.2 ml Ammoniak-Lösung

(25%) während 1 Stunde bei 75 °C verseift werden. Nach Abblasen des NH3 mit N2 und

Methylierung mit etherischem Diazomethan während 30 min im Dunkeln wurde das

Diazomethan-Ether-Gemisch unter reduziertem Druck entfernt. Die Fraktion freier Fettsäuren

wurde ohne Verseifung direkt durch N2 getrocknet, danach methyliert, im Dunkeln unter

Vakuum getrocknet und danach die getrockneten Extrakte mit 100 µl Hexan gelöst und

hiervon 10 µl gaschromatografisch (Fa. Fisons, Modell 8000 Series) nach folgenden

Arbeitsbedingungen bestimmt.

Gaschromatographische Messbedingungen:

Detektor: Flammenionisationsdetektor (FID), Temperatur 230 °C

Injektor: Temperatur 190 °C

Trennsäule: Fused Silica Kapillarsäule FFA-P, 22 m x 0.25 mm

Programm der

Säulentemperatur: 2 min bei 120 °C, 10 °C/min bis auf 180 °C,

20 min bei 180 °C

Trägergas: Stickstoff 2.7 ml/min


3.4.6 Aktivität der Lipoxygenase

Die Aktivität der Lipoxygenase (LOX) wurde spektralphotometrisch bei 234 nm nach einer

leicht modifizierten Methoden von Ben Aziz et al. (1970), Chen und Whitaker (1986) und

Lopez et al. (1994) bestimmt. Die Extraktion von LOX erfolgte nach Larrigaudiere et al.

(2001b). Dazu wurden etwa 10 g frisches, tiefgefrorenes Fruchtmaterial mit 40 ml 0.1 M

Kaliumphosphat-Puffer (pH 6.5) mit Triton x-100 (0.1%) homogenisiert. Das Homogenat

wurde danach bei 14000 U/min bei 4°C für 20 min zentrifugiert. Der Überstand diente als

Enzymextrakt. Als Substratlösung wurden 10 µl Linolsäure, 32 µl Tween 20, und 125 µl 1 N

NaOH gemischt und mit 12.5 ml bidestilliertem Wasser verdünnt. Die Reaktion wurde in 0.3

ml Substratlösung und 2.5 ml Kaliumphosphate-Puffer (pH 6.5) durch Zugabe von 0.2 ml

Enzymextrakt gestartet. Die Substratlösung musste stets frisch aus einem Gemisch von

Linolsäure, Tween 20 und NaOH angesetzt werden. Diese wurden unter ständigem Rühren

durch langsames Zugeben von 12.5 ml bidestilliertem Wasser im Ultraschallbad hergestellt.

Die fertige Substratlösung sollte innerhalb 2 Stunden zur Messung benutzt werden, da sie

ansonsten ihre Aktivität verlor. Die Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min dargestellt. Die

Bestimmung des Gehalts an Protein im Extrakt wurde nach Bradford (1976) entsprechend

Kapitel 3.5.2 durchgeführt.

3.4.7 Messung von Malondialdehyd

Die Grundlage der Messung von Malondialdehyd (MDA) oder von Thiobarbitursäure-

reaktiven Substanzen (TBARS) erfolgte nach einer modifizierten Methode von Du und

Bramlage (1992), Heath und Packer (1968) und Hodges et al. (1999). 20 g frisches

Fruchtmaterial vom mittleren Cortexbereich wurde mit Quarzsand in 50 ml Ethanol : Wasser

(80:20), das 0.1% TCA (Trichloressigsäure) enthielt, homogenisiert, durch Baumwollgaze

filtriert und anschließend bei 3000 U/min für 10 min zentrifugiert.

1 ml Überstand wurde mit 1.5 ml Reaktionslösung gemischt. Diese bestand aus 20% TCA,

0.67% TBA (Thiobarbitursäure) und 1% BHT (Butylhydroxytoluen). Die Reaktionslösung

ohne TBA diente als Referenzlösung. Das Gemisch aus Filtrat und Reaktionslösung wurde

bei 95°C im Wasserbad für 25 min inkubiert, mit Leitungswasser abgekühlt und bei 3000

U/min für 10 min zentrifugiert. Der klare Überstand wurde mit destilliertem Wasser 10-fach

verdünnt. Die Absorptionsmessung erfolgte bei 532 nm. Störungseinflüsse wurden bei 600

nm und 440 nm gemessen und bei der Berechnung in folgender Berechnungsformel

berücksichtigt (Einheit: µmol/kg FS):

A= [ Abs532 +TBA)-(Abs600 +TBA) - (Abs532-TBA - Abs600-TBA)]

B= [(Abs 440+TBA- Abs 600 +TBA ) 0.0571]

MDA-Äquivalente (nmol .ml-1) = [(A-B)/157000] 106


3.4.8 Aktivität der Polyphenoloxidase

Die Aktivitätsbestimmung der Polyphenoloxidase (PPO) wurde nach einer modifizierten

Methode von Kurzmann (1999) durchgeführt. Dazu wurde 0.5g gefriergetrocknetes und

gemahlenes Fruchtmaterial in 20 ml kaltem Aceton 30 Minuten extrahiert, danach filtriert und

wieder zweimal mit 20 ml kaltem Aceton gewaschen, um das Chlorophyll zu beseitigen. Der

Rückstand wurde im Exsikkator in Vakuum getrocknet. Danach wurde der Rückstand im

Extraktionspuffer gelöst, 15 Minuten bei 4°C gerührt, dann 20 Minuten bei 14000 U/min

zentrifugiert und anschließend der Überstand als Enzymextrakt verwendet.

Der Extraktionspuffer bestand aus 0.5% Triton x-100 und 1% ß-Cyclodextrin in stickstoff-

gesättigtem 50 mM Natriumphosphatpuffer (pH=6.5).

Als Reaktionspuffer diente 0.5 mM Natriumdodecylsulfat, das in 50 mM Natrium-

phosphatpuffer (pH=6.5) unter Sättigung mit Luftsauerstoff gelöst wurde. Zur Aktivitäts-

messung wurden 1ml Reaktionspuffer, 0.2 ml 0.5 M L-Prolin im Reaktionspuffer und 0.6 ml

Enzymextrakt kurz vor der Messung in einer Küvette gemischt und durch Zugabe von 0.2 ml

25 mM 4-Methylcatechol im Reaktionspuffer wurde die Reaktion gestartet. Die Zunahme des

violetten Reaktionsproduktes wurde bei 525 nm kinetisch für 5 min verfolgt. Die Aktivität

wurde als U.A./mg Protein min dargestellt.

Die Bestimmung des Gehalts an Protein im Extrakt wurde nach Bradford (1976) durchgeführt

(siehe: Kapital 3.5.2).

3.5 Antioxidatives Abwehrsystem

3.5.1 Ascorbinsäure und Dehydro-Ascorbinsäure

Die Bestimmung von Ascorbinsäure (AS) und Dehydroascorbinsäure (DHAS) erfolgte an

tiefgefrorenem Fruchtmaterial, das bei der Probenahme sofort in Flüssigstickstoff schock-

gefroren wurde. Die Extraktion und die Bestimmung von Vitamin C wurden nach Lykkesfeldt

et. al. (1995) durchgeführt.

Die tiefgefrorene Probe wurde unter Zusatz von etwas flüssigem Stickstoff in einer Kaffee-

mühle gemahlen und das Fruchtpulver mit 3%-iger Metaphosphorsäure zur Extraktion und

Stabilisierung der Ascorbinsäure im Verhältnis 1:2 (g/ml) gemischt. Danach wurde mit dem

Ultraturrax die Probe nochmals 30 sec intensiv homogenisiert und bei 14 000 U/min während

15 min bei 4 °C zentrifugiert. Der Überstand wurde über ein Nylonfilter filtriert (0.45 µm,

Nylon, Fa. Alltech) und davon 20 µl zur HPLC-Analyse verwendet. Alle Arbeitsschritte

erfolgten lichtgeschützt bei 4 °C.

Zur Dehydroascorbinsäure-Bestimmung wurde diese mit 10 mM Dithiotreitol in 0.5 M Tris-

Puffer zu Ascorbinsäure reduziert und diese wie zuvor beschrieben mittels HPLC-Analyse

bestimmt. DHAS wurde aus der Differenz von Gesamt-AS (nach Reduktion) und AS (vor

Reduktion) berechnet.


Die HPLC-Analyse erfolgte mit einem Gerät (LC-CaDI 22-14) der Fa. Bischoff, Deutschland,

bei folgenden Arbeitsbedingungen:

Säule: Prontosil 60-5-C18 (5 µm, 125 x 4.0 mm)

Eluent: 2.5 g Tetrabutylammoniumhydrosulfate und 55 ml Methanol

in 1 l dest. Wasser (Veltman et al., 1999)

Flussrate: isokratisch, 1 ml/min

Detektor: UV 254 nm

3.5.2 Antioxidatives Potential

Die Bestimmung des antioxidativen Potentials (AP) wurde nach der Methode von Chevolleau

et al. (1992) und Schmitz (1997) durchgeführt.

Dazu wurden 0.3 g gefriergetrocknetes und pulverisiertes Fruchtmaterial mit 3 ml Hexan

unter Lichtausschluss während 60 min extrahiert, anschließend bei 4000 U/min für 5 min

zentrifugiert, und der Überstand des Hexanextraktes zur Messung des lipophilen antioxida-

tiven Potentials dekandiert. Der verbliebene Rückstand wurde bei 50°C im Wasserbad

getrocknet und danach mit 3 ml Methanol zur Extraktion der wasserlöslichen Substanzen

versetzt. Nach weiteren 60 min wurde wieder zentrifugiert und der Überstand zur

Bestimmung des hydrophilen antioxidativen Potentials verwendet.

Jeweils 200 µl Hexanextrakt und Methanolextrakt wurden in Reagenzgläser gefüllt und bei

50 °C im Wasserbad eingedampft. Der Rückstand wurde mit 5 ml Standardlösung versetzt,

homogenisiert, bei 50 °C während 120 min im Wasserbad gehalten und anschließend die

Absorption bei 470 nm gemessen.

Für die Standardlösung wurde zunächst 1 mg ß-Carotin in 10 ml Chloroform gelöst. Davon

wurde 1 ml mit 20 mg Linolsäure und 200 mg Tween 40 versetzt. Nach Abdampfen des

Chloroforms wurden die Substanzen mit destilliertem Wasser auf 100 ml aufgefüllt.

Anhand der Absorptionswerte konnten die antioxidativen Potentiale der beiden Extrakte nach

folgender Formel errechnet werden (Chevolleau et al., 1992):

AP = [AEmPE(120)-AE(120)]/[AE(0)-AE(120)] x 1000

AP = antioxidatives Potential

AEmPE(120) = Absorption der Emulsion mit Pflanzenextrakt nach 120 min.

AE(0) = Absorption der Emulsion ohne Antioxidants sofort nach der Herstellung

AE(120) = Absorption der Emulsion ohne Antioxidants nach 120 min.


3.5.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsystem

Bei der Bestimmung des enzymatischen, antioxidativen Abwehrsystems wurden die

Aktivitäten der Enzyme Katalase (CAT EC 1.11.1.6), Superoxid-Dismutase (SOD EC

1.15.11) und Ascorbat-Peroxidase (APX EC1.11.1.11) sowie weitere Enzyme des

Ascorbinsäure-Glutathion-Zykluses gemessen: Monodehydroascorbat-Reduktase (MDHAR

EC 1.6.5.4), Dehydroascorbat-Reduktase (DHAR EC 1.8.5.1) und Glutathion-Reduktase (GR

EC 1.6.4.2)

Messung der Aktivität von SOD, CAT und GR

Für alle drei Enzyme erfolgte die Enzymextraktion nach der gleichen Methode. 20 g

tiefgefrorenes Fruchtmaterial wurden unter Zugabe von etwas flüssigem N2 in einer

Kaffeemühle gemahlen und das gefrorene Fruchtpulver mit 60 ml Kaliumphosphat-

Extraktionspuffer (50 mM, pH 7.8) in einem vorgekühlten Mörser vermischt und extrahiert.

Das Extraktionsgemisch enthielt 0.1 mM EDTA, 5% (w/v) PVPP, 2 mM Dithiothreitol (DTT)

und 1.25 mM Polyethylenglykol 4000 (PEG-4000). Das Homogenat wurde bei 12 000 U/min

für 15 min zentrifugiert, 2.5 ml Überstand auf PD-10 Sephadex Säulen (Fa. Pharmacia)

gegeben, mit 3.5 ml 50 mM Phosphatpuffer (pH 7.8) gewaschen und entsalzt. Das Eluat

wurde gesammelt und für die Bestimmungen der Superoxid-Dismutase, Katalase und

Glutathion-Reductase verwendet. Alle Aufbereitungsschritte wurden bei 4°C durchgeführt.

Der Gehalt an Protein im Extrakt wurde nach Bradford (1976) bestimmt (siehe Kapitel 3.5.2).

Die Aktivitätsmessung der Katalase erfolgte nach Clairbone (1985). 2.8 ml 50 mM

Phosphatepuffer (pH 7.0) enthielten 10 mM H2O2 und dienten als Reaktionslösung. 0.2 ml

Enzymextrakt startete den Abbau von H2O2; 3.0 ml Puffer ohne Enzymextrakt dienten als

Referenz. Der Reaktionsverlauf wurde bei 240 nm während 3 min verfolgt. Die CAT-

Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min dargestellt. Das Messprinzip ist:

CAT

H2O2 + H2O2 2 H2O + O2

Die Aktivität der Superoxid-Dismutase wurde nach Giannopolitis und Ries (1977) gemessen.

Das Reaktionsgemisch enthielt 1.3 µM Riboflavin, 13 mM Methionin, 63 µM Tetrazolium-

Nitroblau (NBT) in 50 mM Phosphatpuffer (pH 7.8) und 0.2 ml Enzymextrakt in einem

Gesamtvolumen von 3 ml. SOD kann die photochemische Reduktion von NBT unter

Fluoreszenzlicht verhindern. Diese Wirkung von SOD wurde gemessen. Die Reagenzgläser

mit dem Reaktionsgemisch mit und ohne Enzymextrakt (als Referenz) wurden, in einem

Wasserbad auf 25 °C gebracht, halbkreisförmig um eine fluoreszierende Lampe (Philips MLL

500 W, Eindoven, Holland) angeordnet und für 15 min belichtet. Die gleichen Reagenzgläser

wurden im Dunkeln als Nullwert verwendet.


Nach der Illumination wurde die Absorption bei 560 nm gemessen. Eine Einheit von SOD

wurde als die Menge Enzym definiert, die eine 50%-igeVerhinderung der Photoreduktion von

NBT zu blauem Formazan bewirkte. Die Aktivität von SOD wurde als U.A./mg Protein* min

berechnet.

Glutathion-Reduktase wurde nach der Methode von Foyer und Halliwell (1976) sowie

Esterbauer und Grill (1978) gemessen. Die Abnahme der Absorption bei 340 nm erfolgte

durch die Oxidation von NADPH. 0.4 ml Phosphatpuffer (pH 7.8), bestehend aus 0.5 mM

NADPH und 5 mM EDTA sowie 0.5 ml Enzymextrakt wurden kurz vor der Messung in einer

Küvette gemischt. Die Zugabe von 0.1 ml 10 mM oxidiertem Glutathion (GSSG) startete die

Reaktion. Als Referenz diente die Oxidation von NADPH unter Abwesenheit von GSSG. Die

GR-Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min angegeben.

Das Messprinzip ist:

GR

NADPH + H+ + GSSG 2GSH + NADP

+

Messung der Aktivität von APX, MDHAR und DHAR

Für alle drei Enzyme erfolgte die Enzymextraktion nach der gleichen Methode. 20g

tiefgefrorenes Fruchtmaterial wurden unter Zugabe von etwas flüssigem N2 in einer

Kaffeemühle gemahlen und das gefrorene Fruchtpulver mit 30 ml Kaliumphosphat-

Extraktionspuffer (50mM, pH 7.0) in einem vorgekühlten Mörser vermischt und im

Kühlschrank mit einem Magnetrührer während 15 min extrahiert. Der Kaliumphosphatpuffer

enthielt 1% (w/v) Triton X-100, 1 mM Ethylendiamin-tetraessigsäure (EDTA), 5% (w/v)

Polyvinylpolypyrolidon (PVPP), 2 mM Ascorbinsäure und 4 mM 2-Mercaptoethanol. Nach

der Extraktion wurde bei 12 000 U/min für 15 min zentrifugiert. 2.5 ml Überstand wurden auf

eine PD-10 Sephadex Säule (Pharmacia) gegeben, mit 3.5 ml 50 mM Phosphatpuffer (pH 7.0)

gewaschen und entsalzt.

Das Eluat wurde gesammelt und für die Bestimmungen der Ascorbat-Peroxidase,

Monodehydroascorbat-Reductase und Dehydroascorbate-Reductase verwendet. Alle

Arbeitsschritte wurden bei 4 °C durchgeführt. Die Bestimmung des Gehalts an Protein im

Extrakt erfolgte nach Bradford (1976) (siehe Kapitel 3.5.2).

Die Aktivität von Ascorbat-Peroxidase wurde modifiziert nach der Methode von Nakano und

Asada (1981) bestimmt. Als Substratlösung diente 0.1 mM EDTA, 0.1mM H2O2, 0.6 mM

Ascorbinsäure gelöst in 50 mM Phosphat Puffer (pH 7.0). 0.2 ml Enzymextrakt wurden zu 2.8

ml Substratlösung in eine Küvette zugegeben und hiermit die Reaktion gestartet. Die

Messung erfolgte spektrophotometerisch bei 290 nm, wobei die Enzymaktivität während 5

min verfolgt wurde. Die Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min dargestellt.

Dem Messprinzip liegt folgende Reaktion zugrunde:


APX

H2O2 + Ascorbinsäure (RH2) Dehydroascorbinsäure (R) + 2H2O

Die Bestimmung der Aktivität der Monodehydro-Ascorbinsäure-Reduktase erfolgte nach

einer modifizierten Methode von Hossain und Asada (1984) und Dalton et al. (1992). Die

Substratlösung enthielt 2.6 ml 50 mM Tris-HCl mit 2.5 mM Ascorbate, pH 7.8, 0.1 ml 2 mM

NADH (Nicotinamid-Adenine-Dinucleotid, reduzierte Form), 0.2 ml Enzymextrakt und 0.1

ml 1,1 Einheiten Ascorbat-Oxidase (EC 1.10.3.3, eine Einheit kann 1.0 µmol Ascorbinsäure

zu Dehydroascorbinsäure pro Minute bei pH 5.6 und 25 °C oxidieren). Die Reaktion wurde

durch Zugabe der Ascorbat-Oxidase gestartet. Die photometrische Messung erfolgte während

3 min bei 340 nm. Das Gemisch ohne Enzymextrakt diente als Referenz. Die Aktivität wurde

als U.A./mg Protein * min dargestellt. Dem Messprinzip liegt folgende Reaktion zugrunde:

Asc-Oxidase

Ascorbinsäure (AS) Monodehydroascorbinsäure (MDA)

MDHAR

NADH + 2 MDA NAD+ + 2 AS

Dehydroascorbinsäure-Reduktase (DHAR) wurde nach einer modifizierten Methode von

Nakano und Asada (1981) sowie Hossain und Asada (1984) bestimmt. 2.8 ml 50 mM

Phosphat Puffer mit 2 mM 2-Mercaptoethanol und 0.1 mM EDTA sowie 0.1 ml 5 mM

reduzierte Glutathion (GSH) und 0.1 ml 2 mM Dehydroascorbinsäure (DHA) wurden kurz

vor der Messung in der Küvette gemischt. Mit 0.2 ml Enzymextrakt wurde die Reaktion

gestartet und die Enzymaktivität photometrisch bei 265 nm während 3 min beobachtet. Die

Aktivität wurde als U.A./mg Protein * min dargestellt.

Dem Messprinzip liegt folgende Reaktion zugrunde:

DHAR

2 GSH + DHA GSSG + AS

Ergebnisse 49

4 Ergebnisse

In diesem Teil der Arbeit werden die Ergebnisse aus insgesamt vier Untersuchungsjahren

dargestellt, die vor allem bei der Birnensorte ‚Conference’, ergänzend aber auch bei der

Apfelsorte ‚Braeburn’ gefunden wurden. In den einzelnen Versuchsjahren erfolgten zum Teil

Wiederholungsversuche, um die gefundenen Ergebnisse abzusichern. Sofern sich die

Wiederholungen nicht wesentlich unterschieden, werden im Folgenden nur die Daten aus

einem Jahr dargestellt. Auch war in den einzelnen Jahren der Schwerpunkt der Unter-

suchungen teilweise deutlich unterschiedlich. So wurden in den ersten beiden Jahren

besonders der Einfluss des Erntetermins und der CA-Bedingungen auf die Entstehung der

Fleischverbräunungen untersucht, die dargestellten Daten stammen aus dem Jahr 1998. In den

beiden letzten Jahren lag der Untersuchungsschwerpunkt bei der Wirkung von Bor und

Calcium, sowie bei dem Einfluss dieser Mineralstoffe auf das fruchteigene Stressabwehr-

system und membranrelevante Parameter. Die gezeigten Daten stammen aus dem Jahr 1999.

Um physiologische Lagerkrankheiten bewusst zu provozieren, wurden ein später Erntetermin

gewählt und die CA-Lagerungsversuche mit Bor und Ca absichtlich mit höheren CO2-

Konzentrationen durchgeführt, wie sie in der obstbaulichen Lagerpraxis nicht angewendet

werden sollten.

Die Ergebnisse der Arbeit sind in drei Teilbereiche gegliedert, wobei zuerst auf die mehr

praxisrelevanten Aspekte der Fruchtqualität, des Mineralstoffgehalts und der Fleisch-

verbräunungen eingegangen wird. Nachfolgend wird der Einfluss auf einige Merkmale der

Fruchtphysiologie dargestellt und im letzten Teil die Wirkung der verschiedenen Vor- und

Nacherntemaßnahmen auf das fruchteigene Stress-Abwehrsystem untersucht.



physiologischer Erkrankungen

4.1.1 Fruchtqualität und Fruchtreife bei ‚Conference’ Birnen und

‚Braeburn’ Äpfeln

4.1.1.1 Erntetermin

Um den Einfluss des Erntetermins auf die Qualität und Reife der ‚Conference’ Birnen und

‚Braeburn’ Äpfel zu untersuchen, wurden die Früchte an drei Terminen im Abstand von einer

Woche geerntet. Der mittlere Erntetermin entsprach dem für die Praxis empfohlenen

Pflücktermin. Die Ergebnisse in Abbildung 11 zeigen am Beispiel der Birnen aus dem

Versuchsjahr 1998, dass mit zunehmend späterem Erntetermin sich die Qualitäts- und

Reifemerkmale der Früchte weiter verändern: die Fruchtfleischfestigkeit und der Säuregehalt

nehmen ab, während der Zuckergehalt (lösliche Trockensubstanz) und vor allem die

Ergebnisse 50

Änderung der Grundfarbe nach Gelb zunehmen. Allerdings bleiben diese Änderungen bei den

einzelnen Ernteterminen meist innerhalb der Standardabweichung.

In Abb. 11 sind neben den Werten bei der Ernte bzw. bei Lagerbeginn auch die

Veränderungen nach einer 5-monatigen CA-Lagerung angegeben. Während sich bei der

Fruchtfestigkeit und der Grundfarbe die bei der Ernte entsprechend dem Pflücktermin

vorgegeben Stufungen auch nach der Lagerung wiederfinden lassen, ist bei der löslichen

Trockensubstanz nahezu keine bzw. keine gleichgerichtete Veränderung erkennbar.

Beim Säuregehalt wurden schon bei der Ernte die für Birnen typisch niedrigen Säurewerte

gemessen, die bei Lagerende bei allen Ernteterminen einheitlich auf ein niedriges Niveau

abgebaut waren.

Für ‚Braeburn’ Äpfel wurde grundsätzlich das gleiche Verhalten festgestellt, mit der

Ausnahme, dass sich im Säuregehalt deutlich höhere Werte auch noch bei Lagerende fest-

stellen ließen. Auf die grafische Darstellung wurde daher verzichtet.

Abbildung 11: Qualitäts- und Reifeparameter bei Lagerbeginn und nach 5-monatiger CA-

Lagerung (0,7% CO2 +2% O2) von ,Conference’ Birnen, geerntet an drei

Terminen in wöchentlichen Abständen

4.1.1.2 Bor- und Calcium-Spritzung

Die Bor-Spritzungen erfolgten in den drei Versuchsjahren jeweils etwa zum gleichen

Spritztermin und mit den gleichen Mittelkonzentrationen. Allerdings wurde Bor im ersten

0

5

10

15

20

25

Erntetermine

Werte

der Q

ua

litä

tsp

ara

mete

r

LagerbeginnLagerende

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Fruchtfleisch-

Festigkeit kg/0.5cm2

Lösl. Trocken-

substanz %

Titrierbare Säure mval/100ml Saft

Grundfarbe-CIE a*+b*

Ergebnisse 51

Jahr nur in 6-maliger Anwendung ausgebracht, während in den zwei Folgejahren sowohl die

Anzahl der Anwendungstermine gestaffelt, als auch zusätzlich zu Bor die Wirkung von

Calcium getestet wurde.

Im Jahr 1999 ergaben 6-malige Bor-Spritzungen vor der Ernte eine völlige Verhinderung von

Fruchtfleischverbräunungen, jedoch keine deutlichen Veränderungen hinsichtlich der

Fruchtqualität und Reife bei der Ernte und im Verlauf der 4-monatigen CA-Lagerung. In

Abbildung 12 sind die Ergebnisse bei Lagerende dargestellt.

Die Fruchtfleischfestigkeit, die lösliche Trockensubstanz, die titrierbare Säure und die

Grundfarbe der Fruchtschale zeigten nahezu keine Unterschiede zwischen Kontrolle und Bor-

behandelten Früchten.

Abbildung 12: Der Einfluss von Bor-Spritzungen auf Qualität bei ‚Conference’ Birnen im

Jahre 1999/2000 nach 4 monatiger CA-Lagerung bei 5% CO2 +2% O2

Im Jahr 2000 erfolgten zusätzlich zu Bor auch Calcium-Spritzungen, sowohl als

Einzelpräparat wie auch in Kombination von Bor+Ca. Außerdem wurden die Spritzungen

2 mal, 4 mal und 6 mal gestaffelt ausgebracht. Diese Untersuchungen erfolgten sowohl an

‚Conference’ wie ‚Braeburn’ Früchten.

Die Ergebnisse bei der Ernte sind für die Fruchtgröße, den Stärkeabbau und den Reife-Index

(Streif-Index) in der Tabelle 1 für beide Fruchtarten dargestellt. Bei der Ernte war die

0

3

6

9

12

15

18

21

Festigkeit kg/0.5

cm2

Lösl. Trocken-

substanz %

Titrierbare Säure

mval/100ml Saft

Grundfarbe CIE

a*+b*

Werte

der Q

ua

litä

tsp

ara

mete

r

Kontrolle

+ Bor

Ergebnisse 52

Fruchtgröße der Bor-behandelten ‚Conference’ Birnen besonders mit zunehmender Anzahl

der Spritzungen gegenüber der Kontrolle leicht erhöht, während die Ca-Behandlungen eher

eine abnehmende Fruchtgröße aufwiesen. Bei ‚Braeburn’ Äpfeln waren verbesserte

Fruchtgrößen nur bei Bor nicht aber bei B+Ca zu finden. Der Stärkeabbau und der Reifeindex

waren bei den Kontrollfrüchte gegenüber den meisten andern Variante weit weniger

fortgeschritten, wobei sich die Unterschiede allerdings im Schwankungsbereich bewegten.

Tabelle 1: Einfluss von Bor-, Ca-, Bor+ Ca-Spritzungen auf Fruchtgröße, Stärkeabbau und

Reifeindex bei ‚Conference’ Birne und ‚Braeburn’ Äpfeln bei der Ernte im Jahre

2000/2001

In den Tabellen 2 und 3 wird die Auswirkung der B und Ca-Behandlungen auf weitere

Qualitätsmerkmale bei der Ernte und im Verlauf einer 5-monatigen CA-Lagerung für

‚Conference’ Birnen (Tabelle 2) und für ‚Braeburn’ Äpfel (Tabelle 3) dargestellt.

Bei den untersuchten Fruchtqualitätsmerkmalen zeigte sich die Fruchtfleischfestigkeit der B-

bzw. B+Ca-Varianten der Birnen und aller B- und Ca-Spritzvarianten der Äpfel mit

steigender Anzahl Spritzungen meist bemerkenswert fester gegenüber den Kontrollfrüchten

bei Lagerbeginn und bei Lagerende.

Die lösliche Trockensubstanz verhielt sich sowohl bei den Birnen wie bei den Äpfeln eher

uneinheitlich und es war keine klare Beeinflussung des Refraktometerwertes bei der Ernte

oder im Verlauf der Lagerung erkennbar.

Im Gehalt an titrierbarer Säure zeigten die Kontrollfrüchte tendenziell einen etwas höheren

Säuregehalt bei der Ernte, was sich im Verlauf der 5-monatigen Lagerung auch weiterhin

bestätigte. Dagegen waren zwischen den verschiedenen B- und Ca-Anwendungen keine

sicheren Unterschiede erkennbar.

CONFERENCE BRAEBURN

Durchmesser Stärke Streif- Durchmesser Stärke Streif-

(mm) (0-10) Index (mm) (0-10) Index

Kontrolle 68,3 ±2,55 3,7 ±0,82 0,13 ±0,012 78,7 ±3,23 5,3 ±0,82 0,15 ±0,018

Bor 2x 68,7 ±2,98 4,9 ±0,94 0,09 ±0,009 78,1 ±3,20 4,7 ±0,94 0,17 ±0,036

Bor 4x 72,4 ±3,55 4,0 ±0,60 0,12 ±0,060 82,3 ±4,13 4,6 ±0,96 0,16 ±0,032

Bor 6x 70,1 ±3,21 4,2 ±0,71 0,12 ±0,004 81,8 ±4,41 4,5 ±0,97 0,18 ±0,033

B + Ca 2x 68,8 ±3,29 4,3 ±0,67 0,12 ±0,011 74,6 ±2,06 4,7 ±1,12 0,16 ±0,031

B + Ca 4x 65,3 ±3,49 4,2 ±1,13 0,10 ±0,008 76,1 ±3,92 5,1 ±1,52 0,16 ±0,049

B + Ca 6x 63,7 ±3,02 4,1 ±0,56 0,13 ±0,006 76,7 ±2,31 4,3 ±0,94 0,18 ±0,035

Calcium 2x 66,7 ±3,97 3,9 ±0,73 0,11 ±0,007 77,6 ±2,22 4,4 ±0,51 0,18 ±0,024

Calcium 4x 67,0 ±2,74 4,5 ±0,70 0,11 ±0,007 73,8 ±4,61 4,7 ±1,05 0,16 ±0,046

Calcium 6x 64,7 ±2,90 4,5 ±1,17 0,10 ±0,008 77,5 ±4,99 4,7 ±0,82 0,17 ±0,031

Ergebnisse 53

Tabelle. 2: Einfluss von B, Ca und B + Ca auf die Fruchtgröße, die Fruchtfleischfestigkeit, die

lösliche Trockensubstanz, die titrierbare Säure und die Grundfarbe der

Fruchtschale von ‚Conference’ Birnen bei der Ernte und im Verlauf einer 5-

monatigern CA-Lagerung bei 5% CO2 +2% O2 im Jahre 2000/2001

Für die Grundfarbe der Fruchtschale bedeuten niedrigere a*+b* Werte eine grünere Farbe.

Bei Birnen waren nach allen B- bzw. Ca-Spritzungen die Früchte bei der Ernte noch etwas

grüner als die Kontrollfrüchte. Diese Beziehung war bei den ‚Braeburn’ Äpfeln jedoch nicht

erkennbar.

bei der Ernte 1 Monat 2 Monate 3 Monate 5 Monate

Festigkeit (kg/0,5cm2)

Kontrolle 5,8 ±0,62 5,2 ±0,26 5,5 ±0,75 5,0 ±0,28 4,7 ±0,38

Bor 2x 5,7 ±0,61 5,1 ±0,24 5,3 ±0,65 4,7 ±0,67 5,1 ±0,35

Bor 4x 5,7 ±0,47 5,6 ±0,48 5,6 ±0,94 4,9 ±0,34 5,1 ±0,59

Bor 6x 6,1 ±0,26 5,1 ±0,23 5,9 ±0,82 5,0 ±0,54 5,3 ±0,75

B + Ca 6x 6,3 ±0,46 5,7 ±0,68 5,6 ±0,44 5,0 ±0,47 5,3 ±0,50

Calcium 6x 5,8 ±0,42 5,1 ±0,15 5,4 ±0,61 4,9 ±0,55 4,8 ±0,62

Lösliche Trockensubstanz (%)

Kontrolle 12,5 ±0,15 14,0 ±0,29 13,6 ±0,32 13,3 ±0,32 13,8 ±0,32

Bor 2x 12,5 ±0,26 14,1 ±0,41 13,6 ±0,11 13,7 ±0,41 13,5 ±0,25

Bor 4x 12,2 ±0,11 13,6 ±0,65 13,5 ±0,26 13,3 ±0,45 13,5 ±0,34

Bor 6x 12,7 ±0,28 14,1 ±0,77 13,4 ±0,36 13,7 ±0,45 13,4 ±0,29

B + Ca 6x 12,2 ±0,32 13,2 ±0,15 12,7 ±0,49 13,1 ±0,52 12,9 ±0,49

Calcium 6x 12,5 ±0,32 13,0 ±0,41 12,5 ±0,17 12,5 ±0,21 12,7 ±0,41

Titrierbare Säure (mval/100ml)

Kontrolle 2,9 ±0,37 2,1 ±0,23 2,3 ±0,19 1,9 ±0,05 2,4 ±0,15

Bor 2x 2,6 ±0,27 2,2 ±0,5 2,2 ±0,13 2,0 ±0,05 2,1 ±0,18

Bor 4x 2,7 ±0,13 2,3 ±0,14 2,4 ±0,34 1,8 ±0,26 1,8 ±0,07

Bor 6x 2,3 ±0,12 2,0 ±0,14 2,1 ±0,16 2,0 ±0,3 1,8 ±0,23

B + Ca 6x 2,5 ±0,21 2,4 ±0,24 2,2 ±0,18 1,9 ±0,12 2,2 ±0,23

Calcium 6x 2,6 ±0,34 2,2 ±0,32 2,3 ±0,05 1,9 ±0,22 2,4 ±0,25

Grundfarbe CIE a*+b*

Kontrolle 20,9 ±0,38 21,9 ±0,82 22,1 ±0,88 18,8 ±0,82 24,0 ±0,82

Bor 2x 17,8 ±0,85 21,7 ±1,11 20,6 ±0,81 20,2 ±0,71 20,7 ±0,65

Bor 4x 18,5 ±0,91 21,0 ±0,66 21,2 ±0,95 19,7 ±1,05 22,8 ±0,49

Bor 6x 18,6 ±0,69 22,7 ±0,56 20,9 ±0,77 20,6 ±0,95 20,1 ±0,97

B + Ca 6x 20,0 ±1,01 21,4 ±0,99 20,5 ±0,65 19,7 ±0,52 21,5 ±0,35

Calcium 6x 19,1 ±1,11 20,9 ±0,77 20,0 ±0,41 20,3 ±0,71 21,3 ±0,75

Ergebnisse 54

Tabelle. 3: Einfluss von B, Ca und B + Ca auf die Fruchtgröße, die Fruchtfleischfestigkeit, die

lösliche Trockensubstanz, die titrierbare Säure und die Grundfarbe der

Fruchtschale von ‚Braeburn’ Äpfeln bei der Ernte und im Verlauf einer 5-

monatigen CA-Lagerung bei 3% CO2 +1% O2 im Jahre 2000/2001

4.1.1.3 CA-Lagerbedingungen

Der Einfluss der Lagerbedingungen auf die Qualitätserhaltung und den Reifeverlauf bei

‚Conference’ Birnen wurde unter zwei deutlich verschiedenen CA-Bedingungen getestet, die

sich besonders in der Höhe der eingesetzten CO2-Konzentration unterschieden. Es wurden die

in der Lagerpraxis für ‚Conference’ Birnen empfohlenen Lagerbedingungen mit niedriger

CO2-Konzentration von 0.7% CO2 + 2% O2 und von 5% CO2 + 2% O2 getestet. Die

Ergebnisse werden in Abbildung 13 gezeigt.

Während der Lagerung wurde die Fruchtfestigkeit leicht abgebaut, wobei bei 5% CO2 die

Festigkeitsabnahme gegenüber 0.7% CO2 leicht verzögert war, besonders bei Lagerende.

bei der Ernte 1 Monat 2 Monate 5 Monate

Festigkeit (kg/0,5cm2)

Kontrolle 8,5 ±0,56 8,2 ±0,41 8,4 ±0,49 7,5 ±0,53

Bor 2x 8,6 ±0,58 8,6 ±0,60 8,9 ±0,71 8,0 ±0,4

Bor 4x 8,4 ±0,79 8,9 ±0,74 9,2 ±0,70 8,3 ±0,67

B + Ca 4x 8,5 ±0,65 8,7 ±0,58 9,0 ±0,71 8,0 ±0,41

Calcium 4x 8,4 ±0,62 8,6 ±0,91 8,3 ±0,65 7,9 ±0,82

Lösliche Trockensubstanz (%)

Kontrolle 11,2 ±0,08 11,5 ±0,28 12,1 ±0,12 12,4 ±0,11

Bor 2x 11,4 ±0,21 12,2 ±0,34 12,5 ±0,04 13,0 ±0,27

Bor 4x 11,9 ±0,16 11,8 ±0,14 12,7 ±0,17 13,1 ±0,24

B + Ca 4x 11,3 ±0,14 12,6 ±0,21 13,0 ±0,16 13,0 ±0,28

Calcium 4x 11,5 ±0,14 12,0 ±0,21 12,0 ±0,04 12,4 ±0,17

Titrierbare Säure (mval/100ml)

Kontrolle 11,6 ±0,59 9,9 ±0,04 9,1 ±0,48 8,8 ±0,51

Bor 2x 11,0 ±0,52 10,7 ±0,39 9,9 ±0,40 8,2 ±0,23

Bor 4x 10,9 ±0,14 9,6 ±0,63 9,8 ±0,25 8,3 ±0,22

B + Ca 4x 10,3 ±0,32 10,4 ±0,43 9,8 ±0,72 7,5 ±0,51

Calcium 4x 10,9 ±0,21 9,8 ±0,35 9,4 ±0,08 7,8 ±0,52

Grundfarbe CIE a*+b*

Kontrolle 28,8 ±1,02 25,3 ±1,79 26,5 ±2,51 27,0 ±2,55

Bor 2x 29,7 ±1,05 27,1 ±1,87 26,9 ±2,77 30,0 ±0,97

Bor 4x 28,8 ±2,23 25,5 ±2,79 27,4 ±1,66 26,8 ±3,55

B + Ca 4x 28,3 ±3,00 28,4 ±3,22 26,8 ±1,83 30,4 ±3,15

Calcium 4x 26,8 ±1,62 28,0 ±2,29 25,6 ±2,06 27,9 ±2,41

Ergebnisse 55

Der Gehalt an löslicher Trockensubstanz nahm erwartungsgemäß nach Lagerbeginn durch

den Umbau von Stärke in Zucker zunächst noch zu und fiel hinterher kontinuierlich wieder

leicht ab, wobei die Lagervariante mit erhöhter CO2-Konzentration den Rückgang der

löslichen Trockensubstanz verlangsamte.

Abbildung 13: Veränderung der Qualitäts- und Reifeparameter von ,Conference’ Birnen bei

Lagerbeginn und nach 5-monatiger CA-Lagerung bei zwei verschiedenen CA-

Bedingungen

Deutlich klarer war die Abnahme der titrierbaren Säure, deren Gehalt im Verlauf der 5-

monatigen CA-Lagerung kontinuierlich gegenüber den Anfangswerten halbiert wurde. Auch

hier war die Lagerbedingung mit viel CO2 (5%) gegenüber der mit niedrigem CO2-Gehalt

(0,7%) im Vorteil.

Die Veränderungen der Grundfarbe der Fruchtschale von Grün nach Gelb ist ein Maßstab für

die Fruchtreife. Mit fortschreitender Lagerdauer wurden die Früchte zunehmend gelber,

wobei 5% CO2 die grüne Farbe deutlich besser erhalten konnte als 0.7% CO2.

4.1.1.4 Verzögerte CA–Lagerung

Verzögerte CA-Lagerung bedeutet, dass die Früchte bei Lagerbeginn zwar möglichst rasch

auf die gewünschte niedrige Temperatur abgekühlt werden, die Einstellung der CA-

Bedingungen, d.h. die Erhöhung der CO2- und Absenkung der O2-Konzentration, aber erst mit

0

5

10

15

20

25

Lagerdauer (Monate)

We

rte

de

r Q

ua

litä

tsp

ara

me

ter

Fruchtfleisch-


Lösl. Trocken-

substanz %

Titrierbare Säure mval/1000ml Saft

1 3 50 1 3 50 1 3 50 1 3 50


Lagerbeginn

0,7% CO2 + 2% O2

5% CO2 + 2% O2

Ergebnisse 56

einer Verzögerung von mehreren Tagen erfolgt. In unsern Versuchen betrug die Verzögerung

21 Tage. Die Wirkung einer Verzögerung machte sich vor allem in einem geringeren Befall

mit physiologische Fleischverbräunungen bemerkbar (siehe Kapitel 4.1.3). Allerdings musste

durch das verspätete Einstellen der CA-Bedingungen mit Einbußen bei anderen

Fruchtqualitätsmerkmalen gerechnet werden.

Abbildung 14: Wirkung von verzögerter CA-Lagerung auf Qualitäts- und Reifeparameter bei

,Conference’ Birnen nach 5-monatiger CA-Lagerung bei 5% CO2+2% O2

Wie aus Abbildung 14 zu erkennen ist, kann bei den untersuchten Qualitätsmerkmalen der

Birnen im Verlauf der Lagerung tendenziell eine leichte Reifebeschleunigung bei den

verzögert CA-gelagerten Früchten festgestellt werden. Die Veränderungen lagen aber alle

innerhalb des Schwankungsbereichs, so dass keine signifikanten Unterschiede durch die

verzögerte Einlagerung auftraten. Dieser Reifeeffekt war beim Gelbwerden der Früchte am

ehesten zu erkennen. Aber auch die Festigkeitswerte und der Gehalt an titrierbarer Säure

waren durch die Lagerverzögerung beeinflusst.

4.1.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Applikationen auf den

Mineralstoffgehalt bei ‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfeln

4.1.2.1 Mineralstoffgehalte in Blättern im Verlauf des Fruchtwachstums

Um das Aufnahmeverhalten von Äpfeln und Birnen für Bor und Calcium nach Blatt-

spritzungen zu untersuchen, wurden am 7. Tag nach jeder Spritzung Blatt- und Fruchtproben

0

5

10

15

20

25

30

Lagerdauer (Monate)

We

rte

de

r Q

ua

litä

tsp

ara

me

ter

Fruchtfleisch-


Lösl. Trocken-

substanz %

Titrierbare Säure mval/1000 ml Saft

1 3 50 1 3 50 1 3 50 1 3 50


Lagerbeginn

sofort CA-Lager

verzögertes CA-Lager

Ergebnisse 57

entnommen und darin die Mineralstoffe gemessen. Die Spritzungen erfolgten im Abstand von

8-10 Tagen, beginnend etwa zwei Monate vor der Ernte. Alle Mineralstoff-messungen

wurden an Mischproben durchgeführt, bestehend aus 40 Blättern bzw. 25 Früchten je

Variante. Wiederholungen konnten wegen des großen Arbeitsaufwands nicht durchgeführt

werden. Die Ergebnisse werden daher ohne Standardabweichung angegeben.

Wie aus der Tabelle 4 für ‚Conference’ Birne und ‚Braeburn’ Apfel zu ersehen ist, hat im

Verlauf der Vegetationsperiode der Gehalt an Calcium in den Blättern bei allen Spritz-

varianten wie auch bei der Kontrolle zugenommen, was mit der üblichen Ca-Einlagerung in

die Blätter zu tun hat. Eine spezifische Wirkung von B, allein oder in Kombination mit Ca,

auf die Höhe der Ca-Aufnahme ist mit Ausnahme der Bor-Varianten bei ‚Conference’ jedoch

nicht erkennbar. Auch bei der Ca-Behandlung selbst war die Steigerung des Ca-Gehalts in

den Blättern nach 6-maliger Blattspritzung mit einer Zunahme von 0,2 g/100 g TS recht

gering.

Der Kaliumgehalt in den Blättern zeigte im Verlauf der Vegetation zumindest bei den Birnen

ein zu Ca gegenläufiges Verhalten durch einen zwar geringen aber doch kontinuierlichen

Rückgang der Konzentrationen. Bei den Äpfeln blieben die K-Konzentrationen im Verlauf

der verschiedenen Spritzbehandlungen von Schwankungen abgesehen konstant. Bei Apfel wie

bei Birne waren keine direkten Auswirkungen der B- bzw. Ca-Applikationen auf die K-

Konzentration in den Blättern erkennbar.

Im Magnesium- und Phosphorgehalt der Blätter gab es im Verlauf der Spritzbehandlungen

keine klaren Veränderungen. Der Gehalt dieser beiden Mineralstoffe war jedoch bei den mit

B behandelten Birnen auf einem durchgehend leicht höheren Niveau als bei den Kontrollen.

Allerdings konnten diese bei Birnen gefundenen Verhältnisse bei den untersuchten Äpfeln in

der Weise nicht bestätigt werden.

Am deutlichsten war die Auswirkung der Blattspritzungen auf die Konzentration von Bor in

den Blättern von Apfel und Birne. Während bei den Kontrollen und Ca-behandelten Blättern

im Verlauf der Spritzungen nahezu keine Veränderungen zu verzeichnen waren, kam es

bereits nach der ersten B- bzw. B+Ca-Applikation zu einer deutlichen Konzentrations-

erhöhung von Bor, die sich nach jeder weiteren Spritzung fortsetzte. Am Ende der

Behandlungen, nach insgesamt sechs B- bzw. B+Ca-Spritzungen, war die B-Konzentration in

den Birnenblättern gegenüber der Kontrolle um 75% und gegenüber der Ca-Behandlung um

40 % höher.

Ergebnisse 58

Tabelle 4: Einfluss von B-, Ca- und Ca+B-Spritzungen auf die Mineralstoffkonzentrationen

in den Blättern der Birnensorte ‚Conference’ und der Apfelsorte ‚Braeburn’ 7

Tage nach erfolgter Behandlung. T1-T6: Applikationszeitpunkt

K Ca Mg P B

CONFERENCE g /100g TS g /100g TS g /100g TS g /100g TS mg /100g TS

Kontrolle T1 1,16 1,82 0,28 0,18 0,19

T2 1,04 1,93 0,29 0,16 0,20

T3 1,10 1,90 0,28 0,18 0,20

T4 0,98 2,01 0,28 0,20 0,21

T5 0,98 2,20 0,27 0,17 0,20

T6 0,93 2,35 0,28 0,19 0,20

Bor T1 1,19 2,19 0,34 0,21 0,31

T2 1,04 2,41 0,35 0,20 0,33

T3 1,09 2,35 0,32 0,21 0,36

T4 1,00 2,25 0,30 0,20 0,42

T5 0,86 2,45 0,30 0,20 0,44

T6 0,83 2,61 0,32 0,19 0,35

Bor+Calcium T1 1,26 1,57 0,26 0,20 0,32

T2 1,08 1,53 0,25 0,18 0,37

T3 1,19 1,83 0,26 0,22 0,42

T4 1,12 2,08 0,26 0,23 0,44

T5 1,05 1,96 0,23 0,19 0,50

T6 1,04 2,13 0,25 0,25 0,34

Calcium T1 1,09 2,13 0,33 0,19 0,19

T2 1,04 2,15 0,32 0,18 0,23

T3 1,05 2,23 0,31 0,18 0,20

T4 0,88 2,37 0,34 0,19 0,23

T5 0,98 2,33 0,28 0,19 0,22

T6 0,92 2,52 0,31 0,19 0,25

BRAEBURN

Kontrolle T1 1,46 1,78 0,19 0,27 0,28

T2 1,97 1,66 0,10 0,39 0,33

T3 1,62 1,90 0,17 0,30 0,34

T4 1,64 1,91 0,16 0,28 0,31

T5 1,57 2,00 0,15 0,27 0,34

T6 1,73 2,16 0,15 0,21 0,30

Bor T1 1,75 1,92 0,17 0,32 0,58

T2 1,82 1,81 0,11 0,38 0,95

T3 1,69 1,99 0,14 0,32 0,76

T4 1,69 1,97 0,13 0,36 0,70

T5 1,57 1,87 0,13 0,29 0,85

T6 1,49 2,11 0,15 0,27 0,75

Bor+Calcium T1 1,59 1,81 0,17 0,31 0,48

T2 1,57 1,81 0,16 0,28 0,59

T3 1,84 2,04 0,16 0,33 0,61

T4 1,73 2,20 0,16 0,30 0,60

T5 1,68 2,28 0,17 0,28 0,61

T6 1,59 2,42 0,18 0,27 0,71

Calcium T1 1,51 1,77 0,17 0,32 0,31

T2 1,62 1,67 0,15 0,29 0,34

T3 1,73 2,02 0,15 0,31 0,36

T4 1,51 2,18 0,16 0,28 0,34

T5 1,70 2,19 0,15 0,32 0,42

T6 1,57 2,40 0,15 0,28 0,39

Ergebnisse 59

Bei Apfel, mit einem insgesamt höheren B-Gehalt auch in den Kontrollbehandlungen,

betrugen diese Unterschiede 150% bzw. 92%. Ca-Behandlungen scheinen den Bor Gehalt

leicht positiv zu beeinflussen. Die Steigerung durch Ca-Spritzungen gegenüber der

unbehandelten Kontrolle betrug bei Versuchsende beim Apfel 30% und bei der Birne 25%.

4.1.2.2 Mineralstoffgehalt in den Früchten im Verlauf des

Fruchtwachstums

Wie bei den Blättern wurden nach jeder Spritzung die Gehalte an K, Ca, Mg, P und B in den

Früchten untersucht. Die Konzentrationen dieser Mineralstoffe haben mit Ausnahme des

Mikronährstoffs Bor im Laufe der Fruchtentwicklung durch die Verdünnungswirkung beim

Streckungswachstum der Zellen kontinuierlich abgenommen (Tabelle 5). Dieser Rückgang

der Mineralstoffkonzentrationen war bei den Kontrollfrüchten von Birne und Apfel am

höchsten.

Der Kaliumgehalt der ‚Conference’ Birnen war nach allen B- und Ca-Spritzungen im Verlauf

des Fruchtwachstums um ca. 10-20% erhöht. Besonders wirksam war die Kombinations-

behandlung B+Ca. Bei ‚Braeburn’ Äpfel dagegen war zumindest kurz vor der Ernte die

Kaliumkonzentration der Kontrollfrüchte höher als die der verschiedenen Mineralstoff-

varianten. Eine antagonistische Wirkung der Ca-Spritzungen auf die K-Aufnahme in die

Früchte konnte jedoch weder bei Apfel noch Birne aus diesen Untersuchungen abgeleitet

werden.

Die Calcium-Aufnahme in die Früchte wurde durch die Ca-Spritzungen bei Birne um bis zu

30% und beim Apfel um bis zu 70% gesteigert, wobei die Spritzungen von Ca allein deutlich

wirksamer waren als das Kombinationsprodukt B+Ca. Aber auch Bor-Sprizungen konnten die

Aufnahme von Ca gegenüber der Kontrolle erhöhen.

Das K-Ca-Verhältnis, als Kennzahl zur Einschätzung der Fruchtstabilität gegenüber typischen

Ca-Mangelerkrankungen, war besonders bei Birnen durch die B- bzw. B+Ca-Spritzungen

gegenüber der Kontrolle mit Ausnahme einzelner Schwankungen kaum beeinflusst. Das

rührte vor allem daher, dass die Spritzbehandlungen sowohl den Kalium wie auch den

Calciumgehalt der Früchte steigerte. Eine insgesamt günstigere Relation zwischen K und Ca

wurde nach Ca-Applikation festgestellt.

Nur geringe oder keine Auswirkungen der Blattspritzungen wurden beim Magnesium und

Phosphorgehalt der Früchte im Verlauf der Fruchtentwicklung festgestellt.

Ergebnisse 60

Tabelle 5:Einfluss von B-, Ca- und Ca+B-Spritzungen auf die Mineralstoffkonzentrationen in

den jungen Früchten der Birnensorte ‚Conference’ und der Apfelsorte ‚Braeburn’

7 Tage nach erfolgter Behandlung. T1-T6: Applikationszeitpunkte

K Ca Mg P B K:Ca

CONFERENCE mg /10g TS mg /100g TS mg /100g TS mg /100g TS mg /1000g TS Verhältnis

Kontrolle T1 101,99 79,17 56,83 113,02 7,50 12,88

T2 100,84 66,68 51,44 111,08 8,40 15,12

T3 93,40 64,43 43,35 107,49 6,50 14,50

T4 82,04 48,06 37,14 92,01 7,60 17,07

T5 81,32 42,51 34,98 88,81 7,00 19,13

T6 87,65 40,68 32,86 101,19 7,70 21,55

Bor T1 115,39 82,76 69,88 146,12 20,70 13,94

T2 110,99 74,16 63,36 141,16 33,80 14,97

T3 104,70 60,76 50,46 124,72 43,20 17,23

T4 85,10 50,93 41,87 102,82 48,20 16,71

T5 79,04 45,30 35,01 89,08 56,50 17,45

T6 96,55 45,91 38,03 116,68 73,70 21,03

Bor+Calcium T1 116,95 75,90 60,94 127,61 18,40 15,41

T2 110,82 76,57 53,12 108,52 30,70 14,47

T3 100,44 69,98 42,89 117,33 47,40 14,35

T4 90,52 51,50 39,32 98,47 47,80 17,58

T5 84,99 47,36 32,94 94,23 57,90 17,95

T6 106,30 50,44 36,34 123,62 60,90 21,08

Calcium T1 110,07 78,40 65,03 132,25 8,40 14,04

T2 105,34 75,60 55,85 111,69 7,70 13,93

T3 103,47 71,63 45,34 112,96 8,30 14,45

T4 88,73 54,71 40,34 103,16 7,30 16,22

T5 68,42 43,15 32,46 74,00 7,20 15,86

T6 95,52 53,17 37,93 119,37 7,00 17,97

BRAEBURN

Kontrolle T1 81,28 38,96 33,16 88,48 11,85 20,86

T2 77,65 30,47 31,43 83,02 12,32 25,49

T3 72,02 29,04 29,20 77,67 11,14 24,81

T4 72,74 24,87 27,20 76,06 10,58 29,25

T5 69,08 24,57 26,60 69,02 10,21 28,11

T6 70,72 17,03 24,73 73,92 10,00 41,53

Bor T1 89,75 40,13 34,93 93,22 18,65 22,37

T2 85,88 28,38 30,48 96,43 32,22 30,26

T3 83,71 27,36 30,46 86,11 39,45 30,60

T4 78,02 23,06 27,00 87,83 50,90 33,83

T5 67,41 20,76 25,06 75,00 56,68 32,47

T6 62,37 25,00 25,80 70,70 64,79 24,95

Bor+Calcium T1 84,79 40,88 34,02 91,20 17,87 20,74

T2 79,52 32,12 32,55 85,69 21,94 24,76

T3 68,70 25,43 27,30 74,69 31,06 27,01

T4 73,19 23,90 27,63 77,08 33,61 30,63

T5 70,57 21,42 27,75 81,07 39,39 32,94

T6 57,10 19,54 22,64 65,90 40,24 29,22

Calcium T1 81,73 39,02 33,06 89,41 12,42 20,95

T2 76,94 34,23 30,26 81,36 11,86 22,48

T3 76,27 31,66 31,39 82,80 11,74 24,09

T4 76,66 28,76 29,33 81,84 11,07 26,66

T5 67,25 29,21 27,21 75,57 12,00 23,02

T6 68,28 29,88 26,25 81,25 13,21 22,85

Ergebnisse 61

Dagegen war der Gehalt an Bor in den Früchten infolge der B-Spritzungen sehr stark erhöht,

noch vielfach stärker, als das schon für die Blätter festgestellt wurde. Diese Erhöhung war

bereits nach der ersten Spritzung mit einer Verdoppellung bis Verdreifachung der Bor-

Konzentration in den Früchten zu erkennen und steigerte sich bis zum sechsten

Behandlungstermin bis zur zehnfachen Konzentration gegenüber der Kontrolle. In der

Wirksamkeit der Konzentrationszunahme waren Spritzungen mit Bor allein etwas besser als

das Kombinationsprodukt B+Ca. Außerdem reagierten ‚Conference’ Birnen mit einer deutlich

höheren Zunahme (9- 10-fach) als ‚Braeburn’ Äpfel (4- 6-fach).

4.1.2.3 Translokation von 10

Bor

Um die Mobilität von Bor zwischen und innerhalb eines Triebsystems eines Baumes zu

untersuchen, wurden bei Birnen (Sorte ‚Williams Christ’) das erste oder zweite Blatt des

Fruchtstandtriebes, das Primärblatt des Fruchtstands und die Frucht selbst mit dem Bor-Isotop 10

B behandelt (siehe Kapitel 3.3.4).

Abbildung 15: Gehalt an wasserunlöslichem (im Rückstand) und wasserlöslichem (im Saft) 10

B in den Früchten nach Applikation von 10

B auf das erste bis zweite Blatt des

Fruchtstandtriebs, auf das Primärblatt des Fruchtstands und auf die Frucht

selbst

Am ersten, siebten und vierzehnten Tag nach der Applikation wurde die Frucht des

behandelten Triebes geerntet und der Gehalt an 10

B-Isotop im inneren und äußeren Teil der

Frucht gemessen. Abbildung 15 zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchungen, wobei zusätzlich

in die im Pressrückstand verbliebene wasserunlösliche und die im Presssaft enthaltene

wasserlösliche Bor-Fraktion unterschieden wurde.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Rückstand Saft Rückstand Saft Rückstand Saft

10B

-Iso

top

Ko

nze

ntr

atio

n (

µmo

l/kg

FS

)

1 Tage

7 Tage

14 Tage

Blatt des

FruchtstandtriebsFruchtPrimärblatt

Ergebnisse 62

Generell kann festgestellt werden, dass aus allen drei behandelten Organen 10

B in die Frucht

verlagert wurde. Dabei wurde beobachtet, dass ein Blatt zur B-Versorgung der Frucht um so

mehr beiträgt, je näher es sich bei der Frucht befindet. So wurde, abgesehen von der 10

B-

Applikation auf die Frucht selbst, bei einer Behandlung des Primärblatts ein höherer 10

B-

Eintrag in die Frucht gemessen als nach Behandlung des Fruchtstandtriebs. Außerdem

erfolgte bereits ein Tag nach Applikation die höchste 10

B-Zunahme in der Frucht und zwar

bevorzugt als wasserlösliches Bor im Fruchtsaft. Spätere Probenahmen zeigten eine

abnehmende Verlagerung von 10

B in die Frucht, mit Ausnahme des 10

B aus dem Blatt des

Fruchtstandtriebes. Bei 10

B-Applikation auf die Frucht selbst erfolgte bei der Probenahme

nach 14 Tagen bereits eine deutliche Abnahme im 10

B-Gehalt, vermutlich verursacht durch

den Verdünnungseffekt des Fruchtwachstums.

Abbildung 16: Verteilung des Gehalts an wasserunlöslichem (im Rückstand) und wasser-

löslichem (im Saft) 10

B in den Früchten 14 Tage nach Applikation von 10

B auf

das erste bis zweite Blatt des Fruchtstandtriebs, auf das Primärblatt des

Fruchtstands und auf die Frucht selbst

In Abbildung 16 werden ausschließlich die 10

B-Daten in ihrer Verteilung innerhalb der Frucht

14 Tage nach Applikation dargestellt.

Nach dieser Zeit waren, wie bereits schon nach 7 Tagen (Daten nicht gezeigt), im äußeren

Teil der Frucht kaum noch Unterschiede in der Bor-Konzentrationen in den unterschiedlichen

Fraktionen der Frucht zu sehen. Dagegen bestand im Fruchtinnern in der Verteilung von

wasserunlöslichem 10

B (Rückstand) und wasserlöslichem 10

B (Saft) ein deutlicher Unter-

schied. Im inneren Fruchtbereich lag ein sehr viel größerer Anteil des von den verschiedenen

Applikationsorten in die Frucht verlagerten Isotops als freies 10

B im Fruchtsaft vor.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Rückstand Saft Rückstand Saft Rückstand Saft

10B

-Is

oto

p K

on

ze

ntr

ati

on

(µ

mo

l/k

g F

S)

Innen

Außen

FruchtPrimärblattBlatt des

Fruchtstandtriebs

Ergebnisse 63

4.1.2.4 Abhängigkeit der Mineralstoffgehalte vom Erntezeitpunkt

In Tabelle 6 sind die wichtigsten Ergebnisse der Mineralstoffuntersuchungen der letzten vier

Jahre für ‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfel dargestellt. Die Daten beziehen sich

jeweils auf den inneren Teil der Frucht, also ohne Schale und Kernhaus, da vor allem in

diesem Bereich die physiologischen Fruchtfleischverbräunungen auftraten.

Im Jehr 1998 gab es keine Unterschiede in der Konzentration der verschiedenen Mineralstoffe

in den Früchten der drei verschiedenen Erntetermine.

Tabelle 6:Mineralstoffkonzentrationen im Fruchtfleisch (ohne Schale und Kernhaus) bezogen

auf die Trockensubstanz von ‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfel bei der

Ernte im Jahre 1998, 1999, 2000 und 2001 (‚optimaler’ Erntezeitpunkt:

Erntetermin 2)

Die B-gespritzten Früchte unterschieden sich gegenüber den Kontrollen im Gehalt an Ca, Mg,

K und P nicht, nur der Gehalt von Bor war in diesen Früchten etwa 7-fach höher als bei den

Kontrollfrüchten. Bei den in den Folgejahren durchgeführten Spritzversuchen mit B und Ca

wurden im Gegensatz zum ersten Jahr jedoch auch höhere Konzentrationen von K und P bei

den Bor- behandelten Früchten gegenüber der Kontrolle gemessen. Dabei war die Anzahl der

Spritzbehandlungen für den K- und P-Gehalt bei der Ernte nur wenig relevant, denn bereits

K Ca Mg P B K:Ca

CONFERENCE mg /10g mg /100g mg /100g mg /100g mg /1000g Verhältnis

1998 Erntetermin 1 99,9 35,0 39,0 130,0 9,6 28,5

Erntetermin 2 96,7 32,0 37,0 129,0 8,7 30,2

Erntetermin 3 92,0 33,5 37,0 126,5 9,5 27,4

1999 Kontrolle 112,6 44,4 47,7 140,0 16,7 25,3

Bor 6x gespritzt 110,9 45,9 46,6 140,6 120,8 24,2

2000 Kontrolle 69,9 28,5 29,4 73,1 7,0 24,5

Bor 6x gespritzt 84,1 29,4 33,4 103,8 52,2 28,6

Bor+Ca 6x 99,8 38,0 36,5 114,4 53,9 26,2

Ca 6x gespritzt 87,1 33,4 35,5 108,7 8,4 26,1

2001 Kontrolle 80,6 24,2 34,7 95,1 11,5 33,3

Jung Bor 6x gespritzt 78,1 26,0 36,5 103,2 64,0 30,1

Bor+Ca 6x 75,4 27,5 35,8 97,8 58,4 27,4

Ca 6x gespritzt 79,9 28,2 37,8 100,4 11,3 28,3

2001 Kontrolle 82,6 19,0 32,0 92,5 9,1 43,4

Alt Bor 6x gespritzt 67,2 22,1 23,5 62,1 63,3 30,4

Bor+Ca 6x 74,6 27,2 35,4 96,8 57,8 27,4

Ca 6x 67,8 23,6 27,5 69,9 9,7 28,7

Braeburn

2000 Kontrolle 67,4 20,1 25,0 67,5 10,0 33,6

Bor 6x gespritzt 72,8 21,2 25,7 74,7 59,7 34,3

Bor+Ca 6x 63,8 22,7 24,6 63,6 41,2 28,1

Ca 6x 66,3 27,6 25,7 67,5 10,8 24,0

Ergebnisse 64

zweimalige oder viermalige B-Behandlungen (Daten nicht dargestellt) brachten etwa die

gleiche Zunahmen im K- und P-Gehalt wie sechsmalige Behandlungen.

Beim Vergleich der Versuchsjahre 1999 und 2000 mit sonst gleichen Spritzbedingungen, was

den Termin, die Anzahl und die Mittelkonzentration betrifft, betrug die B-Aufnahme nach

sechsmaliger Spritzung in beiden Jahren das siebenfache vom jeweiligen Kontrollwert.

Allerdings waren die Kontrollwerte in beiden Jahren mit 16,7 mg B/kg TS bzw. 7,0 mg B/kg

TS sehr unterschiedlich. Der absolute B-Gehalt der B-gespritzten Früchte war 1999 um ca.

130% höher als im Jahr 2000. Im Jahr 1999 betrug er 120,8 mg B/kg TS gegenüber 52,2 mg

B/kg TS im Jahr 2000.

Ähnliche Werte wie in 2000 wurden auch in den beiden Folgejahren festgestellt, wobei

allerdings die absolute Verhinderung von Fruchtfleischverbräunungen, wie dies im ersten Jahr

der Fall war, in den Folgejahren nicht mehr beobachtet werden konnte.

Wie schon bei der Darstellung der Wirkung von B- und Ca-Behandlungen auf die Mineral-

stoffkonzentrationen während der Fruchtentwicklung beschrieben, waren auch bei der Ernte

nach diesen Behandlungen der Gehalt von Ca, K, P und Bor im Vergleich zur Kontrolle

erhöht. Die Wirkung der B-Behandlungen, ob allein oder in Kombination mit Ca angewendet,

auf die Höhe der B-Konzentration in den Früchten war bei beiden Präparaten etwa gleich gut.

Jedoch hatte das Kombinationspräparat B+Ca zusätzlich einen deutlich erkennbaren höheren

Ca-Gehalt in den Früchten zur Folge, was auch in einem etwas günstigeren (niedrigeren)

K:Ca-Verhältnis der B+Ca-behandelten Früchte gegenüber den nur mit B gespritzten zum

Ausdruck kam.

4.1.2.5 Bor-Fraktionen im Fruchtfleisch

Um die Verfügbarkeit von Bor im Fruchtgewebe zu untersuchen, wurde vom Gesamt-Bor das

wasserunlösliche, in den Zellwänden und an andere Makromoleküle gebundene Bor, sowie

das im Zellsaft von Zytosol und Vakuole vorhandene, wasserlösliche Bor getrennt bestimmt.

Die Untersuchungen zur Kompartimentierung von Bor sind für ‚Conference’ Birnen in

Abbildung 17 dargestellt. Beim wasserunlöslichen Bor (Rückstand) wurden im Jahr 1999

keine Unterschied zwischen B-behandelten und Kontrollfrüchten gefunden. Dagegen war die

Fraktion des wasserlöslichen B im Zellsaft nach B-Behandlung sehr stark erhöht. Im

Folgejahr, mit einem in der Spritzanzahl gestaffelten Versuch, wurde die stärkere

Anreicherung von B im Zellsaft prinzipiell bestätigt, in geringem Umfang fand aber auch mit

zunehmender Anzahl der B-Spritzungen eine gewisse Erhöhung des wasserunlöslichen, in

den Zellwänden und an anderen Makromolekülen lokalisierten B statt.

Ergebnisse 65

4.1.3 Fruchtfleischverbräunungen im Verlauf der CA-Lagerung

Für die Untersuchungen in dieser Arbeit waren nur physiologische Fruchtfleischver-

bräunungen relevant, die während oder nach CA-Lagerung auftraten. Diese entwickeln sich

im inneren Cortex-Bereich zwischen den Leitbündeln und einem ca. 1 cm breiten, nicht

befallenen Schalenbereich. Später konnten daraus durch Wasserabgabe und Eintrocknen des

Zellgewebes Kavernen entstehen. Obwohl diese Erkrankungen zwar erst im Lager sichtbar

wurden, kann die Empfindlichkeit der Früchte dafür bereits durch Vorerntefaktoren

beeinflusst werden. Im Folgenden werden die Einflüsse der Fruchtreife (Erntetermin), der

Bor-Calcium-Spritzungen und der CA-Lagerbedingungen auf das Auftreten dieser

Erkrankungen beschrieben.

Der Krankheitsbefall wird meist als Befallsindex mit einem Wert zwischen 0-100 dargestellt,

wobei die Anzahl der befallenen Früchte mit der Schädigungsstufe gewichtet wurde. Der

Befallsindex kann sich von den Prozent befallener Früchte oftmals stärker unterscheiden und

ist aus rein obstbaulichen Gesichtspunkten weniger relevant, da eine befallene Frucht, egal

ob wenig oder stark geschädigt, für eine Frischvermarktung nicht mehr in Frage kommt. Für

grundlegende Untersuchungen zur Krankheitsentwicklung bietet der Befallsindex aber mehr

Informationen.

Abbildung 17:

Wasserunlösliches Bor (im Rück-

stand) und wasserlösliches Bor (im

Saft) des inneren Fruchtfleisch-

gewebes von ‘Conference’ Birnen

nach sechsmaliger Bor-Behandlung

bei der Ernte im Jahre 1999

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Rückstand Saft

B i

m R

üc

ks

tan

d (

mg

/kg

); i

m S

aft

(m

g/1

00

g F

S)

Bor 6x

Kontrolle

Ergebnisse 66

4.1.3.1 Einfluss des Erntetermins

In Abbildung 18 ist die Wirkung der unterschiedlichen Fruchtreife auf den Krankheitsbefall

bei zwei verschiedenen Lagerbedingungen dargestellt.

Die Erntetermine wurden so gewählt, dass Erntetermin I ca. eine Woche vor der für die Praxis

empfohlenen optimalen Erntezeit lag, der Erntetermin II zur optimalen Zeit und der

Erntetermin III eine Woche danach.

Die Ergebnisse zeigen, dass mit späterer Ernte, d.h. zunehmender Reife der Birnen, diese

gegenüber den hier interessierenden Erkrankungen anfälliger wurden. Dies kommt bei der

extremeren Lagerbedingung mit 5% CO2+2% O2 besonders deutlich zum Ausdruck. Früchte

vom ersten Erntetermin sind auch bei Lagerende kaum befallen, während die Früchte vom

Abbildung 18: Befall mit inneren Fleischverbräunungen und Kavernen von ‚Conference’

Birnen von drei Ernteterminen, gelagert bei zwei verschiedenen CA-

Bedingungen bei –1°C

Termin 3 gegenüber 1 und 2 überproportional stark geschädigt wurden. Verfolgt man den

Verlauf der Krankheitsentwicklung während sechs Monaten Lagerdauer, dann kann man

besonders unter der extremeren Lagerbedingung (5% CO2 + 2% O2 ) erkennen, dass sich die

Verbräunungen schon sehr bald nach Lagerbeginn entwickelten und schon nach drei Monaten

Lagerzeit ihren höchsten Wert erreicht hatten (Abbildung 20). Demgegenüber begann die

Kavernenbildung verzögert, steigerte sich aber bis Lagerende.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1 2 3 6 1 2 3 6 1 2 3 6 1 2 3 6 1 2 3 6 1 2 3 6Be

fall

mit

Ve

rbrä

un

un

gen

/ K

av

ern

en

(In

de

x 0

-10

0)

Verbräunungen Kavernen Lagerdauer (Monate)

Ernte I Ernte IIIErnte IIErnte IErnte IIIErnte II

CA: 0,7% CO2+2% O2 CA: 5% CO2+2% O2

Ergebnisse 67

Abbildung 19: Befall mit inneren Fleischverbräunungen und Kavernen von ‚Braeburn’ Äpfeln

von drei Ernteterminen, gelagert unter zwei verschiedenen Lagerbedingungen

während 6 Monaten CA bei 1°C

In Abbildung 19 sind die Ergebnisse von einem Ernteterminversuch mit ‚Braeburn’ Äpfeln zu

sehen, die während 6 Monaten unter zwei verschiedenen CA-Bedingungen gelagert wurden,

wobei erstere der praxisempfohlenen Bedingung entsprach. Als zweite wurde bewusst eine

für ‚Braeburn’ ungünstige Variante gewählt, um Fruchtfleischverbräunungen zu fördern.

Tendenziell zeigen sich bei ‚Braeburn’ die gleichen Ergebnisse: je später die Früchte geerntet

wurden, desto schwererer war der Befall mit physiologischen Erkrankungen. Allerdings ist

‚Braeburn’ gegenüber Fleischbräunebefall noch wesentlich empfindlicher als ‚Conference’,

entwickelte jedoch kaum Kavernen.

4.1.3.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen

Die Ergebnisse der Versuche mit B-Spritzungen zur Verhinderung von Fruchtfleisch-

verbräunungen waren in den drei Versuchsjahren nicht einheitlich. Die 1999 behandelten

Birnen blieben während 4 Monaten Lagerung auch unter den extremen CA-Bedingungen von

5% CO2 + 2% O2 frei von jeder physiologischen Erkrankung (Abbildung 20). Die

unbehandelten Kontrollfrüchte zeigten dagegen bis Lagerende einen Befall mit innerer

Fleischbräune und Kavernen von nahezu 60%. Aus der Abbildung 20 ist ferner zu entnehmen,

dass sich die Schädigung durch Bräune vor allem zwischen dem ersten bis dritten Monat stark

entwickelt hatte, während die Kavernenbildung verzögert begann und sich bis zum Lagerende

steigerte.

0

10

20

30

40

50

60

Ernte 1 Ernte 2 Ernte 3 Ernte 1 Ernte 2 Ernte 3

Be

fall

mit

Ve

rbrä

un

un

ge

n /

Ka

ve

rne

n (

Ind

ex

0-1

0)

Verbräunungen

Kavernen

CA: 0,7% CO2+1% O2 CA: 3% CO2+1% O2

Ergebnisse 68

Um eine eventuelle Auswirkung der B-Spritzungen auf die Fruchthaltbarkeit der Birnen im

Folgejahr zu testen, wurden die Birnen der im Vorjahr gespritzten Bäume auf ihren B-Gehalt

untersucht und auch Lagerungsversuche durchgeführt. Die Ergebnisse dazu sind in Tabelle 7

angegeben. Demnach blieb auch im Folgejahr eine gewisse Nachwirkung erhalten, wie der

deutlich geringere Verbräunungsbefall zeigte. Außerdem waren die gemessenen B-Werte der

Birnen von im Vorjahr mit Bor gespritzten Bäumen noch um etwa 60% höher als die der

ungespritzten Kontrollbäume.

Tabelle 7: Nachwirkung von B-Spritzungen auf die Fruchthaltbarkeit und den B-Gehalt von

‚Conference’ Birnen im Folgejahr

In den nachfolgenden Versuchsjahren 2000/2001 und 2001/02 wurde neben Bor auch die

Wirkung von Bor in Kombination mit Calcium bzw. von Calcium allein untersucht. Die

absolute Verhinderung von CA-lagerbedingten Fruchtfleischschäden durch B-Applikationen,

wie dies im ersten Jahr der Fall war, konnte in den beiden Folgejahren nicht mehr erreicht

werden.

Abbildung 20:

Befall der Kontrollfrüchte mit

Fleischbräune und Kavernen im

Jahr 1999/2000. Die B-gespritzten

Früchte waren 100% gesund

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4Lagerdauer (Monate)

Befa

llsp

rozen

t (%

) b

zw

. B

efa

llsin

dex (

0-1

00

)

Krank % Verbräunungs-Index Karvernen-Index

Kontroll-Früchte

Vorjahr Krank Verbräunung Kavernen Bor (mg/kg TS)

+ Bor 73,7 46,9 19,9 13,7

Kontrolle 86,5 62,8 2,7 8,5

Ergebnisse 69

Wie aus Abbildung 21 ersichtlich, war durch B-Spritzungen zwar eine positive Wirkung,

jedoch in deutlich abgeschwächter Form, vorhanden. So waren nach 5 Monaten Lagerung bei

den 6 mal mit B-behandelten Früchten der Befallindex mit Fleischverbräunungen und

Kavernen zusammen 9.6, während dieser bei den Kontrollfrüchten 27.8 betrug. Diese

Unterschiede traten beim Vergleich der Prozentzahl befallener Früchte mit 18.8% bei den B-

behandelten bzw. 55.9% bei den Kontrollen noch deutlicher in Erscheinung. Bei 4 mal und 2

mal B- behandelten Früchten betrug der Krankheitsbefall jeweils 20.4% und 30.9% (Daten

nicht dargestellt).

Bei der Verwendung von Calcium zusätzlich zu Bor konnte entsprechend Abbildung 21

besonders im Jahr 2001/2002 eine sehr deutliche additive Wirkung beider Mineralstoffe auf

die Verhinderung der Fruchtfleischschäden erreicht werden. Die Bonitierungen während der

Lagerung ergaben einen Befallsindex von 1.5. Im Jahr zuvor zeigte sich bei dem

Kombinationsprodukt B+Ca ebenfalls bereits ein leichter Vorteil gegenüber ‚nur-Bor’-

Spritzungen, wobei besonders auch weniger Spritzbehandlungen 2 mal und 4 mal recht gut

abschnitten. Blattspritzungen aus einer Mischung von B und Ca (B+Ca) waren somit in

Abbildung 21: Einfluss von B-, B+Ca- und Ca- Spritzungen (6 mal gespritzt) auf den Befall

mit Fleischverbräunungen und Kavernen von ‚Conference’ Birnen während 5

Monate CA-Lagerung bei 5% CO2+2% O2 im Jahre 2001/2002

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

22,5

1 2 3 5 1 2 3 5 1 2 3 5 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Be

fall

sin

de

x (

0-1

00

)

Verbräungen

Karvernen

Kontrolle Bor CaB +Ca

Ergebnisse 70

Abbildung 22: Einfluss der Häufigkeit von B-, B+Ca- und Ca- Spritzungen auf den Befall mit

Fleischverbräunungen und Kavernen bei ‚Conference’ Birnen nach 5 Monaten

CA-Lagerung bei 5% CO2+2% O2 im Jahre 2000/2001

Abbildung 23: Einfluss von Bor-, Bor+ Ca- und Ca-Spritzungen auf das Auftreten physiolo-

gischer Erkrankungen bei ‚Braeburn’ -Äpfeln nach 6 Monaten CA- Lagerung

beiden Versuchsjahren einer B-Spritzung alleine deutlich überlegen. Siehe dazu die

Ergebnisse in Abbildung 22.

0

5

10

15

20

25

30

Ko 6 4 2 6 4 2 6 4 2

Anzahl Spritzungen

Be

falls

ind

ex

(0

-10

0)

Verbräunungen Kavernen

Bor Bor+Ca CaKo

0

5

10

15

20

25

30

35

Ko 6 4 2 6 4 2 6 4 2

Anzahl Spritzungen

Be

fall

ind

ex

(0-1

00)

Verbräunungen Kavernen Kernhausbräune

Bor Bor+Ca CaKo

Ergebnisse 71

Dagegen blieben Ca-Spritzungen zur Verhinderung der Fleischverbräunungen in beiden

Jahren gegenüber der unbehandelten Kontrolle ohne Wirkung. Im Jahr 2000/2001 schnitten

die Ca behandelten sogar schlechter als die Kontrollen ab (Abbildung 21 und 22).

Im Gegensatz zur insgesamt positiven Wirkung der B- und B+Ca-Spritzungen bei

‚Conference’ Birnen war die Wirkung dieser Mittel bei ‚Braeburn’ Äpfeln eher uneinheitlich,

denn es konnten positive, aber auch negative Einflüsse auf bestimmte Erkrankungen

festgestellt werden. Wie bei Birnen werden ‚Braeburn’ Äpfel von inneren Fleischver-

bräunungen und Kavernen befallen. Zusätzlich tritt auch Kernhausbräune auf. Wie aus

Abbildung 23 ersichtlich, werden mit zunehmender Anzahl der B-Spritzungen die Verbräu-

nungen deutlich vermindert, auf der anderen Seite jedoch der Befall mit Kernhausbräune klar

erhöht. Diese Wirkung ist sowohl bei Bor allein aber auch in Kombination mit Calcium in

etwa der gleichen Relation zu erkennen. Nur mit Ca gespritzt verhielten sich auch Äpfel

ähnlich wie Birnen ohne große Veränderungen gegenüber der Kontrolle.

4.1.3.3 Einfluss der CA-Lagerbedingungen sowie einer verzögerten CA-

Lagerung in Verbindung mit Bor-Behandlungen

Abbildung 24: Einfluss von verzögerter CA-Lagerung auf den Befall mit Fruchtfleisch-

erkrankungen bei ‚Conference’ Birnen mit Bor- und ohne Bor-Behandlung

(Kontrolle). Die verzögert gelagerten Früchte wurden im Jahre 2001/2002 nach

der Ernte für 3 Wochen zuerst kühl (-1°C) gehalten und danach in 5% CO2

+2% O2 gelagert

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 5 1 2 3 5 1 2 3 5 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Be

fall

sin

de

x (

0-1

00

)

Verbräunungen Kavernen

BorBor

+ verzögertKontrolle

Kontrolle

+ verzögert

Ergebnisse 72

Der Befall mit Fruchtfleischerkrankungen wurde durch die CA-Lagerbedingungen sehr

deutlich beeinflusst. Wie bereits in der Abbildung 18 bei ‚Conference’ Birne und in der

Abbildung 19 bei ‚Braeburn’ Äpfeln gezeigt, war der Krankheitsbefall bei 0.7% CO2+ 2% O2

gelagerten Früchten immer signifikant geringer als bei 5% CO2+ 2% O2 gelagerten Früchten

während der ganzen Lagerzeit.

Die verzögerte Einstellung der CA-Lagerbedingungen kann eine wirkungsvolle Maßnahme

sein, um die CA-Lagerempfindlichkeit von Früchten zu mindern. In dem Versuch mit

‚Conference’ Birnen wurden sowohl mit Bor gespritzte wie ungespritzte Früchte nach der

Ernte zuerst für drei Wochen bei 0 bis –1 °C kühlgelagert. Erst danach wurden die CA-

Bedingungen von 5% CO2 + 2% O2 eingestellt. Abbildung 24 zeigt die Ergebnisse der

Krankheitsbonitur im Verlauf der 5-monatigen Lagerdauer. Die Kombination von Bor mit

verzögerter CA-Lagerung hatte dabei die größte Wirkung auf die Verminderung der

physiologischen Krankheiten. Auch die Variante Kontrolle + verzögerte CA-Lagerung hatte

nach ein und zwei Monaten CA-Lagerung mehr gesunde Früchte als die sofort CA-gelagerten

Kontrollfrüchte. Allerdings wurden während der weiteren Lagerung keine Unterschiede mehr

gefunden.


Fruchtphysiologie bei ‚Conference’ Birnen

4.2.1 Atmung, Ethylenbildung und ATP/ADP-Gehalt bei der Ernte und

während der CA- Lagerung

4.2.1.1 Einfluss des Erntetermins und der CA-Lagerbedingungen auf die

Atmung und Ethylenbildung

Unmittelbar nach der Ernte und nach jedem Auslagerungstermin wurde die Atmung von

‚Conference’ Birnen unter CA-Bedingungen bestimmt. Dazu wurden in den Gläsern der

Respirationsmessanlage die CO2- und O2-Konzentrationen eingestellt, unter denen die Früchte

zuvor im CA-Lager gelagert waren (siehe Kapitel 3.4.1). Dadurch war es möglich, das

Atmungsverhalten der Birnen auch unter CA-Bedingungen zu bestimmen.

Neben dem Einfluss des Erntetermins auf das spätere Atmungsverhalten wurden die Früchte

auch bei zwei verschiedenen CA-Bedingungen getestet. Der Unterschied zwischen beiden

bestand in der Höhe der CO2-Konzentration, nämlich wenig (0,7%) und viel CO2 (5%), in

Kombination mit jeweils 2% O2.

Die Ergebnisse der Atmungsmessungen sind in den Abbildungen 25 und 26 dargestellt. Die

O2-Aufnahme der Birnen bei der Ernte nahm mit späterem Erntetermin kontinuierlich zu. Die

Früchte von Ernte III zeigten auch während der nachfolgenden CA-Lagerung sowohl bei

wenig CO2 (0,7% CO2 + 2% O2) als auch bei viel CO2 (5% CO2 + 2% O2) eine meist leicht

höhere O2-Aufnahme, während sich diese zwischen Termin I und II nicht unterschieden.

Ergebnisse 73

Generell war die Atmung bei höherem CO2-Gehalt etwas geringer als bei wenig CO2. Dieser

Unterschied vergrößerte sich, je länger die Früchte gelagert wurden.

Die CO2-Abgabe der ‚Conference’ Birnen unter dem Einfluss des Erntetermins und der

Lagerbedingungen verlief etwa parallel zur O2-Aufnahme, d.h. die CO2-Abgabe der Früchte

von Ernte III war bei Beginn und im Verlauf der Lagerung im Vergleich zu Ernte I und II

leicht höher. Gegenüber der O2-Aufnahme erhöhte sich die CO2-Abgabe mit zunehmender

Lagerdauer bei den meisten Lagervarianten, besonders deutlich bei den Früchten vom zweiten

und dritten Erntetermin mit viel CO2-gelagert.

Neben den O2- und CO2-Werten der ‚Conference’ Birnen ist in den Abbildungen 25 und 26

auch der Respirationsquotient (RQ), errechnet aus dem Verhältnis von abgegebenem CO2 zu

aufgenommenem O2, dargestellt. Unter normalen Lagerbedingungen bewegt sich der RQ bei

etwa 1. Die ungünstigen Lagerbedingungen mit erhöhten CO2-Konzentrationen von 5%

bewirkten mit fortschreitender Lagerdauer einen steigenden RQ-Wert, besonders bei den

später geernteten Früchten vom Erntetermin zwei und drei. Bei diesen war bereits bei der

Ernte ein gegenüber dem ersten Erntetermin leicht erhöhter RQ-Wert zu verzeichnen.

Wie bei den Atmungsmessungen wurde auch die Ethylenbildung bei ‚Conference’ Birnen von

drei Ernteterminen unter zwei Lagerbedingungen bei der Ernte und während der Lagerung

Abbildung 25: Einfluss des Erntetermins auf das Atmungsverhalten von ‚Conference’ Birnen

während der CA-Lagerung bei 0,7% CO2 + 2% O2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3

Lagerdauer (Monate)

Atm

un

g:

O2-A

ufn

ah

me b

zw

. C

O2-A

bg

ab

e

(ml/

kg

*h)

O2-Aufnahme CO2-Abgabe Respirationsquotient

CA:Bedingungen: 0,7% CO2 + 2%

O2Ernte I Ernte IIIErnte II

Ergebnisse 74

Abbildung 26: Einfluss des Erntetermins auf das Atmungsverhalten von ‚Conference’ Birnen

während der CA-Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2

Abbildung 27: Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen auf die Ethylen-

produktion von ‚Conference’ Birnen während der CA-Lagerung

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 0 1 2 3

Lagerdauer (Monate)

Eth

yle

nb

ild

un

g (

µl/

kg

*h)

Ernte I

Ernte II

Ernte III

0,7% CO2 + 2% O2 5% CO2 + 2% O2

_

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3

Lagerdauer (Monate)

Atm

un

g:

O2-A

ufn

ah

me b

zw

. C

O2-A

bg

ab

e

(ml/

kg

*h)

O2-Aufnahme CO2-Abgabe Respirationsquotient

CA:Bedingungen: 5% CO2 + 2% O2

Ernte I Ernte IIIErnte II

Ergebnisse 75

festgestellt (Abbildung 27). Zur Ernte konnte bei den Birnen noch kein Ethylen in der

Ausgangsluft der Lagergefäße, auch nicht beim späten Erntetermin, nachgewiesen werden.

Bei den gemäßigten CA-Bedingungen mit 0,7% CO2 + 2% O2 setzte die Ethylenbildung nach

einem Monat Lagerung mit relativ niedrigen Werten ein und steigerte sich im Lagerverlauf

auf etwa 35 µl/kg*h.

Zwischen den drei Ernteterminen bestand in der Höhe der Ethylenbildung kein klarer

Unterschied. Überraschenderweise wurde bei den Birnen vom ersten Erntetermin mehr

Ethylen gemessen als bei den später geernteten. Bei den unter CO2-Stress (5% CO2 + 2% O2)

gelagerten Früchten setzte die Ethylenbildung erst nach zwei Monaten Lagerung ein und blieb

auch im Niveau insgesamt tiefer als bei Lagerung bei wenig CO2. Die Birnen vom dritten

Erntetermin lagen bei der Stress-Variante in der Ethylenabgabe bei allen Probenahmen über

denen vom ersten und zweiten Termin.

4.2.1.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf die Atmung und

Ethylenbildung

Mit und ohne Bor behandelte Früchte wurden unmittelbar nach der Ernte und nach den

einzelnen Probenahmeterminen im Verlauf der Lagerung als Einzelfrüchte in drei

Wiederholungen in der Respirationsmessanlage einmal unter CA-Bedingungen mit erhöhtem

CO2 (5% CO2 + 2% O2) und zum andern in Luft bei jeweils –1°C gelagert.

Abbildung 28:

O2-Aufnahme von mit und ohne

Bor behandelten ‚Conference’

Birnen in den ersten 10 Tagen

nach der Ernte, gelagert bei –1 °C

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Tage nach der Ernte

Sa

ue

rsto

ffv

erb

rau

ch

(m

l /k

g*h

)

+ Bor

Kontrolle

Ergebnisse 76

Der Messzeitraum betrug 10 Tage. Die Lagerung in Luft diente zur Simulierung von

Kühllagerbedingungen, die in der Gasmischung von CA-Lagerbedingungen.

In Abbildung 28 ist der Atmungsverlauf am Beispiel der O2-Aufnahme während der ersten 10

Tage nach der Ernte für mit und ohne Bor behandelte Birnen dargestellt. Hierbei wird

deutlich, dass nach anfänglich etwa gleicher O2-Aufnahme die B-behandelten Früchte im

weiteren Verlauf deutlich weniger Sauerstoff verbrauchten.

Dieses geringere Atmungsverhalten setzte sich auch im Verlauf der 5-monatigen CA-

Lagerung fort, wie der Abbildung 29 zu entnehmen ist. Sowohl unter CA- wie auch

Kühllagerbedingungen zeigten die B-behandelten Birnen durchgehend eine niedrigere O2-

Aufnahme und eine geringere CO2-Abgabe. Dabei fällt auf, dass die Sauerstoffaufnahme

unter CA-Bedingungen bei den mit als auch ohne Bor behandelten Birnen in deutlich

stärkerem Maße vermindert wurde, als die entsprechende CO2-Abgabe. Dies äußerte sich bei

den CA-gelagerten Birnen durch einen im Verlauf der Lagerung deutlich ansteigenden

Respirationsquotienten (Abbildung 30), der bei den B-behandelten Birnen stets etwas höher

verlief und zeitweilig sogar bis auf RQ=3 anstieg.

Abbildung 29: Einfluss von Bor auf die Atmung von ‚Conference’ Birnen bei der Ernte und

während der Kühllagerung bei -1°C und CA-Lagerung bei gleicher Temperatur

und 5% CO2 + 2% O2

Betrachtet man neben Bor auch die Wirkung von Calcium auf das Atmungsverhalten der

Birnenfrüchte, wie es in Abbildung 31 für die O2-Aufnahme und die CO2-Abgabe dargestellt

ist, dann lässt sich bei den Calcium-Früchten ein ähnliches Verhalten wie nach Bor-

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0 1 2 3 5Lagerdauer (Monate)

CO

2-A

bg

ab

e (

ml/

kg

*h)

+ Bor (CA-Lager)

Ko (CA-Lager)

+ Bor (Kühllager)

Ko (Kühllager)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0


O2-A

ufn

ah

me

(m

l/k

g *h

)

Ergebnisse 77

Behandlung erkennen: Die Früchte zeigten schon bei der Ernte, aber auch im weiteren

Verlauf der Lagerung eine gegenüber der Kontrolle um ca. 20% verminderte O2-Aufnahme.

Abbildung 31: Einfluss von B-, B+Ca- und Ca-Behandlungen auf die Atmung von

‚Conference’ Birnen während der Lagerung bei -1°C und CA-Bedingungen

von 5% CO2 + 2% O2

Abbildung: 30

Einfluss von Bor auf den Respira-

tionsquotienten von ‚Conference’

Birnen bei der Ernte und während der

Kühllagerung bei -1°C und CA-

Lagerung bei gleicher Temperatur und

5% CO2 + 2% O2 (Legende entspre-

chend Abbildung 29)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0


CO

2-A

bg

ab

e (

ml/

kg

*h)

Bor

Bor + Ca

Ca

Kontrolle

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0


O2-A

ufn

ah

me

(m

l/kg

*h)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Resp

irati

on

sq

uo

tien

t (R

Q)

Ergebnisse 78

Für die CO2-Abgabe betrug die durchschnittliche Verminderung 18%. Damit war die

atmungsvermindernde Wirkung von Ca in ihrer Höhe etwa der B-Wirkung, zumindest bei der

O2-Reduktion, vergleichbar. Dieses Atmungsverhalten wurde im Versuchsjahr 2001/02

größtenteils bestätigt.

Interessant war die Wirkung des Kombinationspräparates B+Ca. Hier konnte gegenüber den

Einzelnährstoffspritzungen eine Wirkungssteigerung beobachtet werden, was sich sowohl auf

die O2-Aufnahme wie auf die CO2-Abgabe, im Durchschnitt über die gesamt 5-monatige

Lagerdauer gesehen, mit einem Rückgang um 30% bzw. 36% gegenüber der unbehandelten

Kontrolle bemerkbar machte.

Die etwas unterschiedliche Beeinflussung der Mineralstoffbehandlungen auf die O2-

Aufnahme bzw. die CO2-Abgabe kommt im Verlauf des Respirationsquotienten zum

Ausdruck (Ergebnisse nicht dargestellt). Hier zeigte sich beim Mischprodukt B+Ca, wie

schon bei B allein (Abbildung 21) eine zeitweilig deutliche Zunahme des Atmungs-

quotienten, während sich die Ca-gespritzten Früchte sehr ähnlich wie die Kontrollfrüchte

verhielten.

Der Einfluss von B- und Ca-Behandlungen auf die Ethylenbildung bei ‚Conference’ Birnen

bei der Ernte und während der CA-Lagerung wird in Abbildung 32 gezeigt. Bei der Ernte

wurde bei keiner Variante Ethylen gefunden. Nach einem Monat CA-Lagerung setzte die

Ethylenbildung ein und steigerte sich bis Ende der 5-monatigen Lagerdauer. Dabei bildeten

die B- und besonders die B + Ca-behandelten Birnen deutlich weniger Ethylen als die Ca- und

Kontroll-Früchte, wobei sich letztere nicht unterschieden. Die Behandlung von Bor+Ca

zeigten meist die geringste Ethylenbildungsrate.

Abbildung 32: Einfluss von B und Ca auf die Ethylenbildung bei ‚Conference’ Birnen bei der

Ernte und während der CA- Lagerung unter 5% CO2 +2% O2 bei -1°C

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Eth

yle

nb

ild

un

g (

µl/k

g*h

)

Bor

Ca + Bor

Calcium

Kontrolle

Ergebnisse 79

4.2.1.3 Einfluss von Bor auf die Konzentration von ATP und ADP

Im Zusammenhang mit der Fruchtatmung war es interessant, den Energiestoffwechsel der

Früchte von mit Bor behandelten Birnen zu untersuchen. Die Veränderung der ATP- und

ADP-Konzentrationen sowie des ATP/ADP-Verhältnisses der Früchte bei der Ernte und

während der Lagerung wird in der Abbildung 33 gezeigt. In diesem Versuch wurde Bor in

unterschiedlicher Häufigkeit, nämlich zwei-, vier- und sechsmal appliziert.

Die ATP-Konzentration im inneren Fruchtfleisch von ‚Conference’ Birnen (Abbildung 33 A)

nahm während der CA-Lagerung kontinuierlich ab. Allgemein war zu erkennen, dass die

ATP-Konzentration in den Bor-behandelten Früchten, vor allem in den sechs mal gespritzten,

während der Lagerung höher war als in denen der Kontrolle. Die bei der Ernte deutlichen

Unterschiede zwischen den verschieden häufig gespritzten Varianten wurden im Verlauf der

Lagerung kontinuierlich kleiner und die Werte der zweimal und viermal gespritzten näherten

sich bereits nach zwei Monaten Lagerung immer mehr der Kontrolle an.

Die ADP-Konzentration (Abbildung 33 B) zeigte im allgemeinen ein gegenläufiges Verhalten

zu ATP, d. h. je weniger B-Spritzungen desto höhere ADP-Konzentrationen wurden im

inneren Fruchtfleisch gefunden. Dabei waren die Unterschiede bei der Ernte und im ersten

Teil der Lagerperiode noch deutlicher. Im späteren Verlauf glichen sich die Werte immer

mehr einander an.

Das ATP:ADP-Verhältnis (Abbildung 33 C) der verschiedenen Behandlungen unterschied

sich nur bei den Birnen mit sechsmaliger Spritzung von den Kontrollfrüchten. Dagegen hatten

die zwei- oder viermal behandelten Früchte nahezu das gleiche ATP:ADP-Verhältnis wie die

Kontrollen. Die Änderung des Verhältnisses während der Lagerung verlief bei allen Varianten

nach ungefähr dem gleichen Muster: Nach einem leichten bis mittleren Anstieg wurde nach

zwei Monaten Lagerung der höchste Wert erreicht. Bis zum dritten Lagermonat erfolgte ein

sehr deutlicher Rückgang mit anschließender Stabilisierung bis zum Lagerende auf niedrigem

Niveau. Dieser Verlauf war bei den sechs mal B-behandelten Früchten am ausgeprägtesten.

Ergebnisse 80

Abbildung 33: Einfluss verschiedener Anzahl von Bor-Spritzungen auf die Konzentration an

ATP (A), ADP (B) und auf das ATP:ADP-Verhältnis (C) in ‚Conference’

Birnen im Verlauf der CA-Lagerung bei 5% CO2 +2% O2 und -1°C

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110


AT

P-K

on

ze

ntr

ati

on

(n

mo

l/g

TS

) Kontrolle

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

A

20

25

30

35

40

45

50

55


AD

P-K

on

ze

ntr

ati

on

(n

mo

l/g

TS

) B

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0


AT

P:A

DP

-Ve

rhä

ltn

is

C

Ergebnisse 81

4.2.2 Membranpermeabilität des Fruchtgewebes von ‚Conference’ Birnen

und ‚Braeburn’ Äpfeln während der Lagerung

4.2.2.1 Einfluss von Bor und Calcium auf die Leitfähigkeit des

Fruchtgewebes

Leitfähigkeitsmessungen in Lösungen, in denen Fruchtscheiben inkubiert wurden, erlauben

eine Aussage zur Ionen-Durchlässigkeit des Fruchtgewebes und damit zur Permeabilität der

Zellmembranen. Die Abbildungen 34 A und B zeigen die Leitfähigkeit von ‚Conference’

Birnen bei der Ernte und im Verlauf der Lagerung, die zum einen mit unterschiedlicher

Häufigkeit mit Bor gespritzt wurden, zum andern neben Bor auch sechsmal mit Calcium und

dem Mischpräparat B+Ca behandelt waren.

Abbildung 34: Leitfähigkeit des Fruchtgewebes von ‚Conference’ Birnen während der CA-

Lagerung bei 5% CO2 +2% O2 und -1°C. A: nach unterschiedlich vielen

B-Spritzbehandlungen im Jahr 2000; B: nach Spritzbehandlungen mit B,

B+Ca und Ca im Jahr 2001

25

30

35

40

45

50

55

60


Le

itfä

hig

ke

its

-In

de

x (

%)

Kontrolle

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

A

25

30

35

40

45

50

55

60

65


Le

itfä

hig

ke

its

-In

de

x (

%)

Kontrolle

Bor

Bor+Ca

Ca

B

Ergebnisse 82

Ausgehend von den Werten bei der Ernte, nahm die Durchlässigkeit der Fruchtmembranen

und damit die Leitfähigkeit der Inkubationslösung bei allen Varianten während der Lagerzeit

zu. Durchgehend die höchste Leitfähigkeit bereits bei der Ernte und während der Lagerzeit

zeigten die Kontroll-Früchte, gefolgt jeweils von den zwei-, vier- und sechsmal mit B

behandelten Birnen. Mit zunehmender Spritzhäufigkeit verringerte sich die Leitfähigkeit und

damit möglicherweise die Durchlässigkeit der Zellmembranen.

Leitfähigkeitsmessungen nach Behandlungen mit B+Ca oder Ca allein (Abbildung 34 B)

ergaben bei den Birnen keine Unterschiede zwischen den beiden Behandlungen und nur einen

geringen Unterschied zu Bor-Varianten. Insgesamt lagen aber alle Spritzbehandlungen

niedriger als die Leitfähigkeit von den Kontrollfrüchten.

Neben Birnen wurden B- und Ca-Behandlungen auch an ‚Braeburn’ Äpfeln durchgeführt. Die

Ergebnisse dazu sind in Abbildung 35 dargestellt. Generell lagen die Leitfähigkeitswerte bei

‚Braeburn’ schon bei der Ernte höher als bei ‚Conference’. Außerdem war die Veränderung

im Verlauf der Lagerung bei den Äpfeln geringer. Ein weiterer Unterschied zu Birnen bestand

darin, dass sich die verschiedenen Spritzvarianten im Verlauf der gesamten

Untersuchungsperiode deutlich verschieden voneinander verhielten. Die Bor-Variante war der

Kontrolle noch am ähnlichsten. Hingegen bewirkte die Ca-Spritzung bei ‚Braeburn’ Äpfeln

die geringste Leitfähigkeit.

Abbildung 35: Leitfähigkeit des Fruchtgewebes von ‚Braeburn’ Äpfeln während der CA-

Lagerung bei 3% CO2 +1% O2 und 1°C nach viermaligen Spritzbehandlungen

mit B, B+Ca und Ca im Jahr 2001

46

48

50

52

54

56

58

60

62

0 1 2 3 4

Lagerdauer (Monate)

Le

itfä

hig

ke

its

- In

de

x (

%)

Kontrolle Bor 4x Bor+Ca4x Ca4x

Ergebnisse 83

Bei dem Bor-Spritzversuch mit ‚Conference’ Birnen in Verbindung mit einer

3-wöchigen Verzögerung der CA-Lagerung konnte eine Wirkung auf den Verlauf der Leit-

fähigkeit festgestellt werden (Abbildung 36). Die verzögert eingelagerten Früchte zeigten

sowohl bei der Kontrolle wie auch bei den Bor-Varianten deutlich niedrigere

Leitfähigkeitswerte, die sich allerdings bei ’Kontrolle verzögert’ mit längerer Lagerdauer der

sofort CA-gelagerten Kontrolle anglichen. Die Werte der Varianten ’Bor verzögert’ blieben

dagegen zu jedem Probenahmetermin unter der sofort CA-gelagerten Bor-Variante.

Abbildung 36: Der Einfluss von mit Bor und ohne Bor (Kontrolle) bei verzögerter CA-

Lagerung auf die Leitfähigkeit des Fruchtgewebes von ‚Conference’ Birnen

während der Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2 und -1°C

4.2.2.2 Untersuchungen zur Durchlässigkeit der Membranen für freie

Phenole und Bor

Im Anschluss an die Leitfähigkeitsmessungen mit den Gewebescheiben wurden die

Inkubationslösungen untersucht, wie viel an freien Phenolen und Bor von den

Gewebescheiben in die Inkubationslösung diffundierten. Diese Ergebnisse für 3 und 5 Monate

Lagerdauer zeigen die Abbildungen 37 A und B.

Man sieht, dass unter CA-Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2 die Durchlässigkeiten für freie

Phenole (Abbildung 37 A) bei den Kontrollfrüchten am höchsten war. Zwischen den B- und

Ca-Varianten gab es keine Unterschiede. Tendenziell nahm die Durchlässigkeit der mit B

und/oder Ca behandelten Varianten ab, bei den unbehandelten Kontrollfrüchten dagegen zu.

30

40

50

60

70

80

90


Le

itfä

hig

ke

its

-In

de

x (

%)

Kontrolle

Kontrolle+verzögert

Bor

Bor+verzögert

Ergebnisse 84

Abbildung 37: Durchlässigkeit von Fruchtgewebescheiben von ‚Conference’ Birnen von

unterschiedlichen B- und Ca-Behandlungen für A: freie Phenole und B:

freies Bor, gemessen in der Inkubationslösung. Die Angabe erfolgt in

Prozent der Gesamt-Durchlässigkeit nach dem Kochen der Gewebescheiben

Abbildung 37 B zeigt die Verhältnisse für die Durchlässigkeit der Fruchtgewebescheiben für

Bor in die Inkubationslösung. Hier konnten keine Zusammenhänge zu den einzelnen

Varianten gefunden werden.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Bo

r+C

a

Ca

Bo

r

Ko

ntr

olle

Bo

r+C

a

Bo

r

Ca

Ko

ntr

olle

Du

rch

läs

sig

ke

it (

%) 3 Monate 5 Monate

A B

Ergebnisse 85

4.2.3 Veränderungen im Gehalt an Lipiden und Fettsäuren während der

CA- Lagerung von ‚Conference’ Birnen

Fettsäuren, insbesondere ungesättigte Fettsäuren, sind wichtige Komponenten der Membran-

strukturen der Zellen. Im Folgenden sollten die wichtigsten Fettsäuren der Lipidfraktionen

und die freien Fettsäuren unter dem Einfluss von Borspritzungen und Lagerbedingungen

untersucht werden.

4.2.3.1 Freie Fettsäuren

Der Einfluss von Bor auf den Gesamtgehalt an gesättigten und ungesättigten freien Fettsäuren

und auf die einzelnen Fettsäuren im Fruchtfleischgewebe von ‚Conference’ Birnen bei der

Ernte und während der CA- Lagerung unter 5% CO2 +2% O2 bei -1°C wird in den

Abbildungen 38 bis 40 dargestellt.

Im Verlauf der gesamten Lagerperiode unterschied sich die Gesamtkonzentration gesättigter

freier Fettsäuren bei den B-behandelten Birnen nur unwesentlich von den Kontrollfrüchten.

Dagegen war der Anteil der ungesättigten Fettsäuren nach B-Behandlung mit Ausnahme bei

Abbildung 38: Einfluss von Bor auf den Gehalt an gesamt freien Fettsäuren von ‚Conference’

Birnen bei der Ernte und während der CA- Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2

und -1°C

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Fre

ie F

ett

sä

ure

n (

µg

/10

0g

TS

)

Bor 6x

Kontrolle

gesättigte freie

Fettsäuren

ungesättigte freie

Fettsäuren

Ergebnisse 86

Abbildung 39: Einfluss von Bor auf den Gehalt einzelner gesättigter freier Fettsäuren

(Myristinsäure C14:0; Palmitinsäure C16:0, Stearinsäure C18:0) von

‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der CA- Lagerung unter 5%

CO2 + 2% O2 und -1°C

Abbildung 40: Einfluss von Bor auf den Gehalt einzelner ungesättigter freier Fettsäuren

(Ölsäure C18:1; Linolsäure C18:2, Linolensäure C18:3) von ‚Conference’

Birnen bei der Ernte und während der CA-Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2

und -1°C

0

100

200

300

400

500

600

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800

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Ge

sätt

igte

fre

ie F

ett

säu

ren

(µg

/100

g T

S)

Bor 6x

Kontrolle

Myristinsäure StearinsäurePalmitinsäure

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Un

ges

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igte

fre

ie F

ett

sä

ure

n (

µg

/10

0g

TS

)

Bor 6x

Kontrolle

Ölsäure LinolensäureLinolsäure

Ergebnisse 87

Lagerbeginn gegenüber der Kontrolle deutlich geringer. Zuerst war im Gehalt an gesättigten

Fettsäuren ein gewisser Anstieg zu verzeichnen, der sich im weiteren Verlauf jedoch wieder

auf das Ausgangsniveau reduzierte. Auch die ungesättigten Fettsäuren zeigten, abgesehen von

dem Rückgang in den B-behandelten Früchten bei Lagerbeginn, kaum Veränderungen im

weiteren Verlauf.

Insgesamt war die Konzentration der ungesättigten Fettsäuren etwa doppelt so hoch wie die

der gesättigten Fettsäuren (Abbildung 38).

Was den Anteil der einzelnen gesättigten Fettsäuren betrifft, war die Palmitinsäure mit nahezu

60% die wichtigste Komponente, gefolgt von der Stearinsäure mit 22% und schließlich der

Myristinsäure mit 18%. Wie schon für den Gesamtgehalt der gesättigten Fettsäuren

beschrieben, war auch bei den Einzelfettsäuren kein klarer Einfluss der Bor-Spritzungen zu

erkennen.

Bei der Myristinsäure stiegen die Gehalte im Lagerverlauf deutlich an, gingen aber vom

dritten zum fünften Lagermonat wieder etwas zurück. Sehr ähnlich dazu war auch der Verlauf

der Stearinsäure. Bei der Palmitinsäure erfolgte nach Lagerbeginn ebenfalls ein Anstieg, der

allerdings zur Mitte der Lagerung durch einen Rückgang unterbrochen wurde.

Die wichtigste ungesättigte, freie Fettsäure war die Linolsäure mit einem Anteil von 57%,

gefolgt von der Ölsäure mit 24% und der Linolensäure mit 19 %. Mit Ausnahme der Ölsäure

und der Linolsäure bei Lagerbeginn zeigten die B-behandelten Birnen immer einen

niedrigeren Gehalt an diesen ungesättigten Fettsäuren, besonders an Linolsäure, im Vergleich

zu den Kontrollen.

Der Verlauf im Gehalt der einzelnen ungesättigten Säuren während der Lagerung war bei der

Ölsäure ziemlich konstant, bei der Linolensäure deutlich abnehmend und bei der Linolsäure,

vom Lagerbeginn abgesehen, ansteigend bzw. gleich bleibend. Die beschriebenen Ände-

rungen im Gesamtgehalt an freien Fettsäuren wurden im wesentlichen bei der Fraktion der

gesättigten Fettsäuren durch das Verhalten der Palmitinsäure und bei der Fraktion der

ungesättigten durch das Verhalten der Linolsäure vorgegeben.

4.2.3.2 Fettsäurenzusammensetzung der polaren Lipide

Der Einfluss von Bor auf den Gesamtgehalt an gesättigten bzw. ungesättigten Fettsäuren der

polaren Lipidfraktion bei ‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der 5-monatigen

CA-Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2 bei -1°C wird in den Abbildungen 41 bis 43 gezeigt.

Von der zuvor beschriebenen freien Fettsäurefraktion unterschied sich die polare Fraktion

ganz erheblich, was sowohl die Gesamtmenge als auch den Einfluss von Bor betraf

Ergebnisse 88

(Abbildung 41). So betrug die Gesamtmenge der polaren Fraktion nur knapp die Hälfte der

freien Fettsäurefraktion.

Der Hauptanteil an der gesamten polaren Fraktion wurde mit 72% von den ungesättigten

Fettsäuren repräsentiert, dagegen betrug der Anteil der gesättigten nur gut ein Viertel.

Sowohl die Menge der gesättigten wie die der ungesättigten Fettsäuren erfuhren durch die

Bor-Behandlungen eine signifikante Zunahme. Bei den Bor-Früchten erfolgte im Verlauf der

Lagerung nahezu eine kontinuierliche Steigerung auf den doppelten Ausgangswert. Die

Kontrollfrüchte blieben dagegen unverändert. Nach B-Behandlung ebenfalls gesteigert

wurden die ungesättigten Fettsäuren bis zum dritten Lagermonat. Durch den gleichzeitigen

starken Rückgang bei den Kontrollfrüchten betrug deren Gehalt nach drei Monaten Lagerung

nur noch die Hälfte im Vergleich zu den B-behandelten Birnen. Bei Lagerende nach fünf

Monaten hatten sich die Werte jedoch wieder etwas angeglichen.

Auch bei den gesättigten Fettsäuren der polaren Fraktion dominierte die Palmitinsäure mit

einem Anteil von über 2/3 an der Gesamtfraktion. Stearinsäure machte 28% und die

Myristinsäure gerade nur 5% aus (Abbildung 42).

Abbildung 41: Einfluss von Bor auf den Gehalt an gesamt polaren Fettsäuren von

‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der CA-Lagerung unter 5%

CO2 + 2% O2 und -1°C

0

200

400

600

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1000

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0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Po

lare

Fe

tts

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g/1

00g

TS

)

Bor 6x

Kontrolle

gesättigte polare

Fettsäuren

ungesättigte polare

Fettsäuren

Ergebnisse 89

Abbildung 42: Einfluss von Bor auf den Gehalt einzelner gesättigter Fettsäuren

(Myristinsäure C14:0; Palmitinsäure C16:0, Stearinsäure C18:0) von

‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der CA- Lagerung unter

5% CO2 + 2% O2 und -1°C

Abbildung 43: Einfluss von Bor auf den Gehalt einzelner ungesättigter Fettsäuren (Ölsäure

C18:1; Linolsäure C18:2, Linolensäure C18:3) von ‚Conference’ Birnen bei

der Ernte und während der CA- Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2 und -1°C

0

50

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150

200

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0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Ge

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igte

po

lare

Fe

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µg

/10

0g

TS

)

Bor 6x

Kontrolle

Myristinsäure StearinsäurePalmitinsäure

0

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0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Un

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sä

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ola

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ett

säu

ren

(µg

/100

g T

S)

Bor 6x

Kontrolle

Ölsäure LinolensäureLinolsäure

Ergebnisse 90

Der Einfluss von Bor auf die drei gesättigten Fettsäuren der polaren Fraktion war bei allen

bedeutend, wirkte sich jedoch mengenmäßig nur wenig bei der nur in geringer Konzentration

vorhandenen Myristinsäure kaum aus. Dagegen nahm der Gehalt der Stearinsäure von

Lagerbeginn bis zum Lagerende bei den B-behandelten Birnen um etwa das 5-fache, bei den

Kontrollfrüchten nur um das 2,5-fache zu. Auch bei der mengenmäßig am stärksten

vertretenen Palmitinsäure verzeichneten die Bor-Früchte im Lagerverlauf eine deutliche

Zunahme bis zur Mitte der Lagerperiode. Im weiteren Verlauf nahm der Gehalt wieder etwas

ab. Vergleichsweise konstant blieben demgegenüber die Palmitinsäurewerte bei den Kontroll-

früchten.

In der Faktion der ungesättigten Fettsäuren (Abbildung 43) war die Linolsäure mit 70 % an

der Gesamtfraktion weitaus am stärksten beteiligt, während den Rest die beiden andern

ungesättigten Fettsäuren, die Ölsäure und die Linolensäure, mit jeweils 15% ausmachten. Alle

drei Fettsäuren wurden in den Bor-Früchten im Lagerverlauf gesteigert. Bei Lagerende

erfolgte jedoch meist wieder ein Rückgang auf die Anfangswerte. Die Kontrollfrüchte zeigten

dagegen bei allen drei ungesättigten Fettsäuren im Lagerverlauf einen mehr oder weniger

deutlichen Rückgang im Gehalt, so dass im Endeffekt immer noch eine deutlich positive B-

Wirkung auf diese Fettsäurefraktion verblieb.

4.2.4 Aktivität von Lipasen

Lipasen sind bei der Spaltung von Lipiden in Fettsäuren beteiligt und daher für

Untersuchungen zur Stabilität von Zellmembranen von Bedeutung. Im Folgenden (Abbildung

44) wird der Einfluss von Bor-Behandlungen und verzögerter CA-Lagerung, auf die Aktivität

der Lipase bei ‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der Lagerung dargestellt.

Der Verlauf der Lipase-Aktivität der Kontrollfrüchte ist über die ganze Lagerperiode gesehen

leicht ansteigend. Nach Bor-Behandlungen war die Aktivität dagegen bereits bei der Ernte

schwächer und nahm zusätzlich bis zum zweiten Lagermonat weiter ab. In der letzten Hälfte

der Lagerperiode erfolgte dagegen eine Aktivitätssteigerung etwa parallel zur Kontrolle,

jedoch auf niedrigerem Niveau.

Durch die verzögerte CA-Lagerung wurde die Aktivitätszunahme bei den nicht mit Bor

behandelten Kontrollfrüchten gebremst und bis zum dritten Lagermonat etwa auf dem

Ausgangswert gehalten. Erst bei Lagerende erfolgte ein rascher Anstieg auf den Wert der

unbehandelten Kontrollfrüchte. Bei Bor-Behandlung in Kombination mit verzögerter CA-

Lagerung war mit Ausnahme vom dritten Lagermonat keine Beeinflussung der Lipase-

Aktivität gegenüber den Bor-Früchten ohne CA-Verzögerung zu erkennen.

Ergebnisse 91

Abbildung 44: Der Einfluss von Bor und verzögerter CA-Lagerung auf die Aktivität der

Lipase bei ‚Conference’ Birnen bei der Ernte und während der Lagerung unter

5% CO2 +2% O2 und -1°C

4.2.5 Aktivität der Lipoxigenase

Die Lipoxigenase (LOX) spielt eine zentrale Rolle beim seneszenz-induzierten Abbau der

Membranen durch Peroxidation von mehrfach ungesättigten Fettsäuren wie Linol- und

Linolensäure. Daraus entstehendes Linoleyl-Hydroperoxid wird in weiteren Schritten u.a. zu

sogenannten Thiobarbitursäure reaktiven Substanzen (TBARS) abgebaut, die als empfind-

licher Nachweis für die Lipid-Peroxidation gelten.

Aus diesem Grunde erfolgten Messungen der LOX-Aktivität sowie von Malondialdehyd

(MDA), das als wesentliche Thiobarbitursäure reaktive Substanz gilt.

4.2.5.1 Einfluss von Bor-Behandlungen

Der Einfluss von Bor, in verschiedener Häufigkeit appliziert, auf die Aktivität von LOX bei

‚Conference’ Birnen während der CA-Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2 wird in Abbildung 45

gezeigt. Dabei ist eine sehr regelmäßige Beziehung zwischen der LOX-Aktivität und der

Spritzhäufigkeit zu erkennen: je mehr Spritzungen, um so geringer die LOX-Aktivität. Bei der

Ernte, Anfang September, wurde bei den mit Bor-behandelten Früchten in allen 3

Versuchsjahren eine niedrigere LOX-Aktivität im Vergleich zu den Kontrollfrüchten

beobachtet.

25

30

35

40

45

50

55

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Lip

as

e (

U.A

/mg

Pro

tein

)

Kontrolle

Ko+verzögert

Bor

Bor +verzögert

Ergebnisse 92

Im Verlauf der Lagerung stieg bei allen Varianten die Aktivität von LOX infolge

fortschreitender Fruchtreife an. Die Zunahme war nach einem Monat Lagerung bei der

Kontrolle und den zweimal gespritzten am stärksten, fiel aber anschließend bis zum

Lagerende wieder auf geringere Werte zurück. Die übrigen Bor-Varianten zeigten eine meist

gleichmäßige Zunahme während der fünf Monate Lagerung.

Abbildung 45: Der Einfluss von Bor auf die Aktivität der Lipoxigenase bei ‚Conference’

Birnen während der Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2 bei –1 °C

4.2.5.2 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen

In dem Ernteterminversuch (Abbildung 46) hatte die Fruchtreife bei der Ernte noch keinen

Einfluss auf die Höhe der LOX-Aktivität. Erst im weiteren Verlauf zeigten die Birnen vom

Erntetermin I unter beiden CA-Lagerbedingungen zu Anfange eine sehr schnelle Aktivitäts-

steigerung, gefolgt von einem Rückgang. Bei den späteren Ernteterminen war dieser

Erstanstieg deutlich schwächer, und die Aktivitätskurve blieb im weiteren Verlauf auch

weiterhin eher ansteigend.

Die zwei verschiedenen CA-Lagerbedingungen wirkten sich bis kurz vor Lagerende sehr stark

auf das Verhalten der LOX bei den ‚Conference’ Birnen von allen drei Ernteterminen aus.

Dabei erwiesen sich die gemäßigten CA-Bedingungen mehr stimulierend auf die LOX-

Aktivität als die CA-Bedingungen mit einer extremeren CO2-Konzentration von 5%. Diese

Verhältnisse blieben bei allen Probenahmeterminen bestehen.

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

LO

X-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

Kontrolle

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

Ergebnisse 93

Abbildung 46: Der Einfluss des Erntetermins und der CA-Lagerbedingungen auf die Aktivität

der Lipoxigenase bei ‚Conference’ Birnen

Abbildung 47: Der Einfluss von verzögerter CA-Lagerung bei mit und ohne Bor behandelten

‚Conference’ Birnen auf die Aktivität der Lipoxigenase während der Lagerung

bei 5% CO2 + 2% O2 bei –1 °C

0

2

4

6

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0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

LO

X A

kti

vit

ät

(U. A

./m

g P

rote

in)

0.7% CO2 + 2% O2

5% CO2 + 2% O2


4

6

8

10

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14

16

18

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

LO

X-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

KontrolleKo+ verzögertBorBor+ verzögert

Ergebnisse 94

Um den Einfluss der Schnelligkeit, mit der die Birnen nach der Ernte unter CA-

Lagerbedingungen gebracht werden, auf den Aktivitätsverlauf der LOX zu untersuchen,

wurden in dem Versuch mit verzögerter CA-Einstellung bei mit und ohne Bor-behandelten

Früchten die LOX-Aktivität bestimmt. Die Ergebnisse dazu sind in Abbildung 47 dargestellt.

Die Messungen ergaben bei den Bor-behandelten Früchten wie auch bei den Kontrollfrüchten

nahezu die gleiche Wirkung der Verzögerung, nur auf unterschiedlicher Höhe.

Dabei blieb durch die CA-Verzögerung der erste schnelle Aktivitätsanstieg der Lipoxigenase

nach dem Einbringen der Früchte ins CA-Lager, wie er sich bei den sofort eingelagerten

Varianten zeigte, aus. Jedoch setzte sich der langsamere Anstieg noch bis zur Mitte der

Lagerperiode fort, bis sich die Aktivitätskurven zu Lagerende immer mehr angeglichen

hatten.

4.2.5.3 Auswirkungen von Ascorbinsäure-Infiltrationen

‚Conference’ Birnen vom Erntetermin II (optimaler Erntetermin) 1998 wurden mit Ethanol

und Natriumhypochlorid-Lösung desinfiziert, halbiert und bei Unterdruck mit 0.1%iger

Ascorbinsäurelösung infiltriert. Danach wurden die Fruchthälften unter sterilen Bedingungen

mit drei, in der CO2-Konzentration unterschiedlichen Gasmischungen im Durchfluss-

Verfahren begast (0.7% CO2 + 2% O2 ; 5% CO2 + 2% O2 ; 12% CO2 + 2%). Aktivitäts-

messungen von LOX erfolgten im Abstand von 7 Tagen während insgesamt 28 Tagen

Versuchsdauer.

Im Verlauf der Untersuchungen wurden bei der LOX-Aktivität unter den drei Lager-

bedingungen stärkere Schwankungen beobachtet (Abbildung 48). In jedem Fall erfolgte nach

Versuchsbeginn ein ausgeprägter Aktivitätsanstieg, der um so höher ausfiel, je höher die CO2-

Konzentration gewählt worden war.

Im weiteren Verlauf blieb die Aktivität der LOX der Varianten 5% und 12% CO2 auf höheren

Werten als die Variante 0.7% CO2. Diese Verhältnisse waren umgekehrt wie sie bei der

langfristigen Lagerung (Abbildung 46.) beschrieben wurden, nämlich, dass weniger CO2 eine

größere Aktivitätssteigerung bewirkte. Außerdem verlief nach 7 Tagen die Aktivität der LOX

bei 12% CO2 nicht höher als bei 5% CO2. Zur Wirkung der Ascorbinsäure- Behandlung ist

festzustellen, dass die LOX-Aktivität durchgehend und zwar besonders bei den Varianten mit

viel CO2 vermindert wurde .

Ergebnisse 95

Abbildung 48: Der Einfluss von CO2 auf die Lipoxigenase-Aktivität bei halbierten und mit

Ascorbinsäure infiltrierten ‚Conference’ Birnen im Verlauf von 28 Tagen nach

der Ernte im Jahre 1998/1999

4.2.6 Einfluss von Bor-Behandlungen, Erntetermin und Lager-bedingungen

auf den Gehalt an Malondialdehyd

Der Einfluss von Bor-Behandlungen sowie deren Spritzhäufigkeit auf den Gehalt an

Malondialdehyd (MDA) bei ‚Conference’ Birnen während der Lagerung unter 5% CO2 +2%

O2 und bei -1°C wird in Abbildung 49 gezeigt.

Der Verlauf der MDA-Gehalte bei verschiedenen Spritzhäufigkeiten ähnelte sehr stark den in

Abbildung 45 beschriebenen Aktivitätskurven von LOX. So bewirkte Bor in steigenden

Konzentrationen eine zunehmende Verringerung des MDA-Gehalts während des gesamten

Lagerverlaufs. Insgesamt zeigen alle Kurven einen deutlichen Anstieg, der allerdings bei der

Kontrolle und bei den zweimal B-behandelten Früchten anfangs schneller und im mittleren

Teil der Lagerung wieder langsamer verlief. Die Unterschiede im MDA-Gehalt zwischen den

einzelnen Varianten blieben bis Lagerende bestehen.

Als weitere Einflussfaktoren auf den MDA-Gehalt wurden der Pflücktermin und die CA-

Lagerbedingungen untersucht, wie in Abbildung 50 dargestellt. Im allgemeinen erhöhte sich

MDA während der Lagerzeit der unterschiedlich reif gepflückten Birnen und erreichte bis

zum Lagerende die höchste Konzentration.

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0 7 14 21 28 0 7 14 21 28 0 7 14 21 28

Lagerdauer (Tage)

LO

X A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

Kontrolle

Ascorbins.

0.7% CO2 12% CO25% CO2

Ergebnisse 96

Abbildung 49: Einfluss der Häufigkeit von Bor-Spritzungen auf den Gehalt an MDA bei

‚Conference’ Birnen während der Lagerung bei 5% CO2 +2% O2 und -1°C im

Jahre 2000/2001

Abbildung 50: Der Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen auf den Gehalt an

MDA bei ‚Conference’ Birnen im Jahre 1998/1999

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

MD

A G

eh

alt

(µm

ol/

kg

FS

)

0.7%CO2+ 5%O2

5%CO2+2%O2


8

9

10

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12

13

14

15

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

MD

A G

eh

alt

(µm

ol/

kg

FS

)

Kontrolle

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

Ergebnisse 97

Eine stärkere Änderung des MDA-Gehaltes wurde beim dritten Erntetermin gefunden. Nach

einem schnellen Anstieg innerhalb des ersten Monats erfolgte wieder ein stärkerer Rückgang.

Die CA-Bedingungen wirkten auf den Verlauf des MDA-Gehalts in den Birnenfrüchten nicht

besonders spezifisch, am ehesten noch beim Erntermin III. Weniger CO2 hatte bei den

späteren Ernteterminen zuerst eine gewisse Verzögerung, später jedoch eher eine

Beschleunigung im MDA-Anstieg zur Folge.


Die Änderungen der Polyphenoloxidase (PPO) in den Bor-behandelten und Kontroll-Früchten

werden in Abb. 51 gezeigt. Im allgemeinen wurde die Aktivität von PPO nach der Lagerung

zuerst vermindert, danach stieg sie bis zu drei Monaten Lagerung an, um anschließend wieder

abzunehmen. Die PPO-Aktivität in den Bor-behandelten Früchten war immer niedriger als in

den Kontroll-Früchten bei der Ernte und während der Lagerung. Die Änderung der PPO von

zweimal mit Bor-behandelten Früchte ähnelte der von Kontroll-Früchten. Die viermal

gespritzten Früchten lagen in ihrer PPO-Aktivität zwischen den zwei- und sechsmal

behandelten.

Abbildung 51: Einfluss von Bor auf PPO Aktivität bei ‚Conference’ Birnen während der

Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2, -1°C im Jahre 2000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

PP

O-A

kti

vit

ät

(U.

A./m

g p

rote

in)

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

Kontrolle

Ergebnisse 98

Dies deutet darauf hin, dass Bor die Aktivität der PPO in den Früchten verminderte und Bor

eine wichtige Rolle beim Phenolmetabolismus spielen könnte.


Abwehrsystem von ‚Conference’ Birnen

Früchte besitzen als Teil einer Pflanze in ihren Zellen ein antioxidatives Abwehrystem.

Dieses wird gebildet zum einen aus wasserlöslichen und fettlöslichen Stoffwechselprodukten

mit antioxidativen Eigenschaften wie Ascorbinsäure, Glutathion, α-Tocopherol, Carotinoide,

Phenole, u. a.. Zum andern sind schützenden Enzyme beteiligt, die direkt mit der Entschär-

fung toxischer Oxidantien zu tun haben, wie Superoxid-Dismutase, Peroxidase, Katalase, oder

die helfen, den ’Antioxidantien-Pool’ in seinem reduzierten Zustand zu erhalten. Dazu zählen

Monodehydroascorbat-Reductase, Dehydroascorbat-Reductase und Glutathion-Reduktase.

4.3.1 Antioxidatives Verhalten bei der Ernte und während der Lagerung

Im ersten Teil der Ergebnisse zum fruchteigenen Abwehrsystem wird das antioxidative

Gesamtpotential, untergliedert in einen polaren, hydrophilen und einen unpolaren, lipophilen

Anteil, dargestellt. Dabei wird näher auf die Wirkung von Bor-Behandlungen sowie die

Bedeutung des Erntetermins und der Lagerbedingungen auf das antioxidative Potential

eingegangen.


Zum Einfluss von Bor auf das gesamte antioxidative Potential (AP) (Abbildung 52 A) wurde

festgestellt, dass sich die verschiedenen Varianten zum Zeitpunkt der Ernte nicht voneinander

unterschieden. Im weiteren Verlauf der Lagerung erhöhte sich das AP der viermal und

sechsmal mit Bor behandelten Früchte kontinuierlich und lag bei Lagerende deutlich über

dem der Kontrollfrüchte. Diese selbst zeigten einen Monat nach Lagerbeginn ihren höchsten

Gehalt, fielen dann aber unter die Werte der B-behandelten Proben zurück. Die zweimal

gespritzten zeigten anfänglich die größte Steigerung, fielen jedoch bis zum Lagerende in

ihrem Gehalt wieder auf das Niveau der Kontrollfrüchte zurück.

Der Anteil des wasserlöslichen antioxidativen Potentials (Abbildung 52 B) am Gesamt-

potential betrug mehr als 90%. Das bedeutet, dass das Verhalten des wasserlöslichen Anteils

im wesentlichen den Gesamtverlauf bestimmt hatte. Daher besteht zwischen den

Abbildungen. 52 A und B eine weitgehende Übereinstimmung

Ergebnisse 99

Abbildung 52: Einfluss von Bor auf das antioxidative Potential (mE: Milliextinktion) von

‚Conference’ Birnen während der Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2 bei -1°C

im Jahre 2000/2001. A: Gesamt antioxidatives Potential; B: Wasserlösliches

antioxidatives Potential; C: Wasserunlösliches antioxidatives Potential

300

350

400

450

500

550

600

650

700


Gesam

t an

tio

xid

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E)

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0

10

20

30

40

50

60

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E)

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300

350

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450

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650

700


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at.

Po

ten

tia

l (m

E)

Bor 2x

Bor 4x

Bor 6x

Kontrolle

B

Ergebnisse 100

Das wasserunlösliche antioxidative Potential (Abbildung 52 C) zeigte vor allem bei den

mehrfach (viermal und sechsmal) mit Bor gespritzten Früchten eine deutliche Erhöhung.

Während in der Anfangsphase von Lagerbeginn bis ein Monat Lagerdauer noch alle

Varianten, inklusive der Kontrolle, etwa die gleiche Zunahme im AP zeigten, verliefen bei

den vier- und sechsmal gespritzten Varianten die Gehaltskurven weiter ansteigend, bei den

zweimal und ungespritzten Kontrollen dagegen abfallend. Daher lagen bei Lagerende die

mehrfach B-behandelten Früchte in ihren AP-Werten ca. 10-mal höher als die Kontrollen.

4.3.1.2 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen

Wie schon zuvor beschrieben, wird das Gesamtpotential antioxidativ wirkender Stoffe in

Birnen zum überwiegenden Anteil (>90%) von wasserlöslichen Inhaltsstoffen bestimmt. Aus

diesem Grund wird auf die Darstellung des wasser- bzw. fettlöslichen Anteils des

antioxidativen Potentials verzichtet und in Abbildung 53 nur das Gesamtpotential angegeben.

Abbildung 53: Gesamt antioxidative Kapazität (mE: Milliextinktion) bei ‚Conference’ Birnen

von verschiedenen Ernte-Terminen während der Lagerung bei verschiedenen

CA-Bedingungen im Jahre 1998/1999

Der Erntetermin wirkte sich auf den Gehalt des AP so aus, dass reifere Früchte einen

deutlicheren Anstieg zu Lagerbeginn zeigten, gefolgt von einem stärkeren Abbau, besonders

beim dritten Erntetermin.

350

400

450

500

550

600

650

700

750

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

Ge

sa

mt

an

tio

xid

ati

ve

s P

ote

nti

al

(mE

)

0.7%CO2+2%O2

5%CO2+2%O2


Ergebnisse 101

Verschieden hohe CO2-Konzentrationen im CA-Lager bewirkten deutlich unterschiedliche

Kurvenverläufe im AP-Gehalt. Eine hohe CO2-Konzentration (5%) verursachte unmittelbar

nach Lagerbeginn eine stärkere AP-Zunahme, gefolgt von einem Rückgang der Werte in

Höhe des Ausgangsniveaus, bzw. noch darunter. Bei niedriger CO2-Konzentration (0,7%)

blieb das AP von Anfang, bis zum dritten Lagermonat zuerst ziemlich stabil. Danach aber

erfolgte bei den Früchten aller Erntetermine ein größerer Anstieg mit einem geringeren

Rückgang zum Lagerende.

4.3.2 Vitamin C-Gehalt von ‚Conference’ Birnen

Vitamin C ist in vielen Früchten die wichtigste antioxidativ wirkende Substanz. Die

Hauptkomponente von Vitamin C ist die Ascorbinsäure (AS). Aber auch die Dehydro-

ascorbinsäure (DHAS) hat Vitamin C-Wirkung und kann im Fruchtstoffwechsel wieder zu

Ascorbinsäure reduziert werden.

4.3.2.1 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf den Vitamin C-

Gehalt im Verlauf der Fruchtentwicklung

Es interessierte, wie sich der Gehalt an Ascorbinsäure unter dem Einfluss der Bor- und Ca-

Spritzungen in den letzten zwei Monaten der Fruchtentwicklung vor der Ernte veränderte. Bei

der Probenahme zur Ascorbinsäureuntersuchung wurde das Fruchtgewebe unterteilt in den

äußeren Cortexbereich ohne Schale, mit einem Fruchtfleischanteil von ca. 1cm Dicke und

dem inneren Cortexbereich, wo die zu untersuchenden Fruchtfleischschäden besonders

lokalisiert waren.

Es wurde beobachtet, dass der Ascorbinsäuregehalt im inneren Fruchtfleisch (Abbildung 54

A) mit dem Verlauf der Fruchtentwicklung zunahm. Die Behandlungen mit Bor, B+Ca und

Ca zeigten gegenüber den unbehandelten Kontrollfrüchten ab dem dritten Spritztermin höhere

Ascorbinsäurewerte, was sich bis zum Erntetermin fortsetzte. Unterschiede zwischen den drei

Spritzpräparaten waren kaum zu erkennen, tendenziell lag das Mischprodukt B+Ca etwas

höher.

Im äußeren Cortexbereich (Abbildung 54 B) lagen die Ascorbinsäuregehalte während aller

Untersuchungstermine leicht höher als im inneren Cortexbereich, aber immer noch auf sehr

niedrigem Niveau. Allerdings war hier ein durchgehend höherer Vitamin C-Gehalt der B- und

Ca-Behandlungen gegenüber der Kontrolle nicht zu erkennen. Daher gab es zur Ernte

zwischen den verschiedenen Spritzvarianten keine Unterschiede im Ascorbinsäure-Gehalt.

Nur die Ca-behandelten Früchte lagen überraschend etwas niedriger als die anderen

Varianten.

Ergebnisse 102

Abbildung 54: Ascorbinsäure in ‚Conference’ Birnen im Verlauf von sechs Blattspritzungen

mit B, Ca und B+Ca während der Fruchtentwicklung ab 60 Tagen vor der

Ernte im Jahre 2000/01. A: im inneren Fruchtfleischbereich; B: im äußeren

Fruchtbereich.

4.3.2.2 Einfluss von Bor- und Calcium-Behandlungen auf den Vitamin C-

Gehalt bei der Ernte und im Verlauf der Lagerung

Im ersten Versuchsjahr der Borspritzungen wurden bei der Ernte und im Verlauf einer 3-

monatigen CA-Lagerung deutlich größere Unterschiede im Gehalt von Ascorbinsäure und

Dehydroascorbinsäure in den Birnen gefunden (Abbildung 55) als im nachfolgenden Jahr.

Zwar lagen die Vitamin C-Gehalte insgesamt sehr niedrig, da nur das innere Fruchtfleisch-

gewebe untersucht wurde, aber dennoch waren bei allen Untersuchungsterminen der AS- und

größtenteils auch der DHAS-Gehalt nach Bor-Behandlung deutlich höher.

0

1

2

3

4

5

6

7

Termin1 Termin 2 Termin 3 Termin 4 Termin 5 Termin 6

Blattspritzungen vor der Ernte

As

co

rbin

säu

re (

mg

/10

0g

FS

)A

Fruchtfleisch

'innen'

0

1

2

3

4

5

6

7

Termin1 Termin 2 Termin 3 Termin 4 Termin 5 Termin 6

Blattspritzungen vor der Ernte

As

co

rbin

säu

re (

mg

/10

0g

FS

)

Bor

B + Ca

Calcium

Kontrolle

BFruchtfleisch

'außen'

Ergebnisse 103

Abbildung 55: Der Einfluss von Bor auf den Gehalt an Ascorbinsäure von ‚Conference’

Birnen während der CA- Lagerung im Jahre 1999/2000

Die in den nachfolgenden Jahren durchgeführten Vitamin C-Untersuchungen ergaben zwar

weiterhin höhere AS-Gehalte bei den Bor-behandelten Früchten, die Unterschiede waren aber

geringer als 1999.

Während in der Abbildung 54 die Veränderungen der AS-Gehalte unter dem Einfluss der

verschiedenen Spritzbehandlungen vor der Ernte beschrieben wurden, wird in Abbildung 56

die Situation bei der Ernte und im Verlauf der nachfolgenden CA-Lagerung bei erhöhtem

CO2-Gehalt von 5% CO2+2% O2 dargestellt.

Die AS-Gehalte im äußeren Fruchtfleischbereich waren stets höher als im Innern der Frucht.

In beiden Bereichen erfolgte jedoch innerhalb eines Monats nach Lagerbeginn ein sehr

deutlicher Rückgang.

Die zu Beginn der Lagerperiode noch deutlichen Unterschiede zwischen den Behandlungen

und der Kontrolle wurden mit zunehmender Lagerdauer immer kleiner. Die mit B+Ca

gespritzten Früchte zeigten dabei meist etwas höhere AS-Gehalte, die sich aber von den

anderen Behandlungen kaum unterschieden.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1 2 3 0 1 2 3

Lagerdauer (Monate)

As

co

rba

t u

nd

De

hyd

ro-A

sco

rba

t

(mg

/10

0g

FS

)

DH-Ascorbat

Ascorbat

+ Bor Kontrolle

Ergebnisse 104

Abbildung 56: Ascorbinsäure in ‚Conference’ Birnen nach sechs Blattspritzungen mit B, Ca

und B+Ca im Verlauf der CA-Lagerung unter 5% CO2 +2% O2 bei -1°C im

Jahr 2000/01. A: im inneren Cortexbereich; B: im äußeren Cortexbereich

4.3.2.3 Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen auf den

Vitamin C-Gehalt bei der Ernte und im Verlauf der Lagerung

Der Einfluss des Erntetermins und der CA-Lagerbedingungen mit niedrigen (0,7% CO2 +2%

O2) bzw. hohen CO2 Konzentrationen (5% CO2 + 2% O2) auf den AS und DHAS im inneren

Fruchtfleisch von ‚Conference’ Früchten wird in den Abbildungen 57 und 58 gezeigt.

Bereits bei der Ernte waren Unterschiede im Vitamin C-Gehalt vorhanden, die beim ersten

und zweiten Erntetermin besonders auf unterschiedliche Höhe im AS-Gehalt zurückzuführen

waren. Bei Ernte 3 war der Anteil von DHAS am Gesamt-Vitamin C-Gehalt deutlich höher.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

Ernte 1 Monat 2 Monate 3 Monate 5 Monate

Lagerdauer

As

co

rbin

sä

ure

(m

g/1

00

g F

S) Fruchtfleisch

'innen'A

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


Lagerdauer

As

co

rbin

sä

ure

(m

g/1

00

g F

S) Fruchtfleisch

'innen'A

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0


Lagerdauer

As

co

rbin

sä

ure

(m

g/1

00

g F

S)

Bor

B + Ca

Calcium

Kontrolle

Fruchtfleisch

'außen'B

Ergebnisse 105

Abbildung 57: Ascorbat- und Dehydro-Ascorbat-Gehalt im Fruchtfleisch von ‚Conference’

Birnen von verschiedenen Ernteterminen während der Lagerung bei 0.7% CO2

+2% O2 und –1 °C

Abbildung 58: Ascorbat- und Dehydro-Ascorbat-Gehalt im Fruchtfleisch von ‚Conference’

Birnen von verschiedenen Ernteterminen während der Lagerung unter

5% CO2 +2% O2 bei –1 °C

Während der CA-Lagerung verringerte sich bei beiden CA-Bedingungen der Vitamin C-

Gehalt im ersten Lagermonat sehr deutlich, besonders drastisch bei höherer CO2-

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Vit

amin

C (m

g/1

00g

FS

)

Ascorbat Dehydro-Ascorbat

CA-Bedingungen: 5% CO2 + 2% O2


0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

Vit

amin

C (

mg

/10

0g

FS

)

Ascorbat Dehydro-Ascorbat

CA-Bedingungen: 0,7% CO2 + 2% O2


Ergebnisse 106

Konzentration. Bei weiterer Lagerung nahm der Vitamin C-Gehalt unter beiden CA-

Bedingungen immer mehr ab, was vor allem durch fallende AS-Werte verursacht wurde.

Insgesamt war dieser Rückgang bei mehr CO2 in der Lageratmosphäre deutlicher ausgeprägt.

4.3.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsystem von ‚Conference’ Birnen

bei der Ernte und im Verlauf der Lagerung


Der Einfluss von Bor auf die Aktivität von Enzymen, die an der Entschärfung reaktiver

Sauerstoffmoleküle direkt beteiligt sind (SOD, CAT, APX) wird in Abbildung 59 dargestellt.

Ein direkter Bor-Einfluss ist aus diesen Ergebnissen nur schwer zu erkennen. Zwar zeigten

die Bor-Früchte bei Lagerbeginn eine höhere SOD-Aktivität, die aber mit dem dritten

Lagermonat unter den Wert der Kontrollfrüchte fiel.

Die CAT-Aktivität verhielt sich nahezu umgekehrt. Zu Beginn wurde bei den

Kontrollfrüchten eine höhere Aktivität festgestellt, gefolgt von einem kontinuierlichen

Rückgang. In den mit oder ohne Bor behandelten Birnen war bei beiden Enzymen ein

Aktivitätsrückgang im Verlauf der Lagerung zu beobachten.

Demgegenüber blieb die Aktivität der Ascorbat-Peroxidase (APX) unbeeinflusst durch die

Bor-Behandlung über die meiste Zeit der Lagerung konstant auf niedrigem Niveau. Erst zum

Lagerende erfolgte bei den Kontrollfrüchten ein etwas stärkerer Rückgang als bei den mit B

behandelten.

Die Aktivitätsänderungen der an der Regeneration der Ascorbinsäure sowie der reduzierten

Form von Glutathion beteiligten Enzyme von DHAR, MDHAR und GR sind in Abbildung

60 dargestellt.

Von MDHAR liegen Untersuchungsergebnisse nur für das Ende der Lagerperiode zum dritten

und fünften Lagermonat vor. Zu diesem späten Zeitpunkt wurden praktisch keine

Unterschiede in der Aktivität bei den Bor-behandelten Früchten gemessen.

Bei den Kontrollfrüchten ließ sich bis zur ersten Hälfte der Lagerperiode eine höhere DHAR-

Aktivität auf ziemlich konstant bleibendem Niveau messen. Ab dem dritten Lagermonat

stiegen die Werte der Bor-Früchte dann über die Kontrollfrüchte an.

Die deutlichsten Unterschiede wurden bei der Glutathion-Reduktase (GR) gefunden. Bei

leicht steigender Aktivität im Verlauf der Lagerperiode lagen die Werte der Bor-

Behandlungen über denen der Kontrollen. Erst bei Lagerende fielen beide auf etwa den

gleichen Wert zurück.

Ergebnisse 107

Abbildung 59: Einfluss von Bor auf die Aktivität von SOD, CAT und APX im Fruchtfleisch

von ‚Conference’ Birnen während der Lagerung unter 5% CO2 + 2% O2

bei -1°C

Abbildung 60: Einfluss von Bor auf die Aktivität von MDHAR, DHAR und GR im

Fruchtfleisch von ‚Conference’ Birnen während der Lagerung unter 5%

CO2+2% O2 bei -1°C während der Lagerung im Jahre 1999/2000

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

En

zy

m-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

Bor+

Kontrolle

SOD APXCAT

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 1 2 3 5 0 1 2 3 5 0 1 2 3 5

Lagerdauer (Monate)

En

zy

m-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

Bor+

Kontrolle

MDHAR DHAR GR

Ergebnisse 108


Im Folgenden (Abbildung 61) wird der Einfluss von drei verschiedene Ernteterminen

(Ernte I: eine Woche vor dem optimalen Erntetermin; Ernte II: optimaler Erntetermin; Ernte

III: eine Woche nach dem optimalen Erntetermin) und zwei Lagerbedingungen (5% CO2 +

2% O2; 0.7% CO2 + 2% O2) auf die Aktivität der antioxidativ wirkenden Enzyme bei

‚Conference’ Birnen beschrieben.

Generell war die SOD-Aktivität der Früchte von späteren Ernteterminen (Ernte II und III) und

bei höherem CO2-Gehalt (5% CO2+ 2% O2) zuerst höher. Nach einem Maximum bei einem

Monat Lagerdauer nahm sie jedoch wieder deutlich ab. Die Aktivität der Früchte vom ersten

Erntetermin und den extremeren Lagerbedingungen war dagegen insgesamt ansteigend.

Die Lagerung bei niedrigem CO2-Gehalt wirkte sich bei Lagerbeginn beim ersten und zweiten

Erntetermin zuerst beschleunigend auf die SOD-Aktivitätszunahme aus. Danach fielen alle

Werte unter die bei viel CO2 gelagerten Früchte, besonders deutlich war dies beim dritten

Erntetermin.

Bei der Katalase-Aktivität waren die Veränderungen im Lagerverlauf weniger ausgeprägt.

Hier wirkte ein später Erntetermin vermindernd und zusätzlich verursachte eine niedrige CO2-

Konzentration in der Lageratmosphäre einen weiteren Aktivitätsrückgang.

Der geringste Einfluss des Erntetermins und der Lagerbedingungen wurde bei der APX-

Aktivität festgestellt. Zwar war bei der Ernte die anfängliche Aktivität in den weniger reifen

Früchten etwas höher, der weitere Kurvenverlauf zeigte sich aber dann bei allen Varianten

etwa gleich: Zuerst erfolgte ein Anstieg bis zum dritten Lagermonat und anschließend ein

deutlicher Aktivitätsrückgang unter die Ausgangswerte bei Lagerbeginn. Dabei zeigten die

Früchte, die unter 5% CO2 gelagert wurden, tendenziell eine schnellere Abnahme der APX-

Aktivität als die bei 0.7% CO2 gelagerten.

Ergänzend zu den Aktivitätsmessungen von APX wurde der Einfluss einer Ascorbin-

säureinfiltration mit anschließender Kurzzeitlagerung bei viel CO2 (5%) und wenig CO2

(0.7%) bei 2% O2 untersucht. Die Versuchsanstellung wurde bereits in Kapitel 4.2.5.3

beschrieben. Die Ergebnisse werden in Abbildung 62 gezeigt.

Bei den mit 0,1% Ascorbinsäure infiltrierten Früchten wurde kein oder nur ein sehr

abgeschwächter Aktivitätsanstieg von APX bei den extrem gelagerten Früchten gemessen.

Bereits nach 7 Tagen Lagerung unter den extremeren Bedingungen mit 5% CO2 wurde ein

starker Aktivitätsanstieg von APX beobachtet. Bei den Früchten unter niedriger CO2-

Konzentration zeigte sich erst nach 14 Tagen ein entsprechender Anstieg, jedoch in deutlich

abgeschwächter Form.

Ergebnisse 109

Abbildung 61: Wirkung verschiedener Erntetermine und Lagerbedingungen auf die Aktivität

von SOD, CAT und APX bei ‚Conference’ Birnen im Verlauf der CA-

Lagerung bei 5% CO2 + 2% O2 und –1°C im Jahr 1999/2000

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6Lagerdauer (Monate)

SO

D-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

0.7% CO2 + 2% O2

5% CO2 + 2% O2

Ernte I Ernte II Ernte III

4

6

8

10

12

14

16

18

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

CA

T-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in) Ernte I Ernte II Ernte III

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

AP

X-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in) Ernte I Ernte II Ernte III

Ergebnisse 110

Abbildung 62: APX-Aktivität in einem Kurzeitversuch mit halbierten Früchten nach

Ascorbin-säureinfiltration von ‚Conference’ Birnen, gehalten bei niedriger und

hoher CO2-Konzentration

Abbildung 63: Wirkung verschiedener Erntetermine auf die Glutathion-Reductase-

Aktivität bei ‚Conference’ Birnen während der Lagerung unter 5% bzw.

0.7% CO2 und 2%O2 bei –1°C

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 6 0 1 2 3 6 0 1 2 3 6

Lagerdauer (Monate)

GR

-Akti

vit

ät

(U.A

./m

g P

rote

in)

0.7% CO2 + 2% O2

5% CO2 + 2% O2


2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

0 7 14 21 28 0 7 14 21 28

Lagerdauer (Tage)

AP

X-A

kti

vit

ät

(U.A

./m

g p

rote

in)

Kontrolle

Asc

0.7% CO2 +2% O2 5% CO2 +2% O2

Ergebnisse 111

Die Glutathion-Reductase (GR) ist bei der Reduzierung von oxidiertem Glutathion aktiv und

somit an der Regeneration des apolaren Pools von reduzierend wirkenden Stoffen in den

Früchten beteiligt. Abbildung 63 zeigt die Aktivität von GR bei der Ernte und während der

Lagerung unter 5% bzw. 0.7% CO2 + 2% O2. Unter Lagerstress (5% CO2) wurde die Aktivität

von GR während der Lagerung erniedrigt, was bei jedem Erntetermin, besonders bei Ernte 3

deutlich sichtbar wurde. Welche Auswirkung eine geringere GR-Aktivität und damit ein

verminderter Vorrat an reduziertem Glutathion (GSH) für die Regeneration von

Ascorbinsäure bedeutet, bleibt neben anderem zu diskutieren.

Diskussion 112

5 Diskussion



physiologischer Erkrankungen

5.1.1 Einfluss der Fruchtreife bei ‚Conference’ Birnen

Das Wort ’Fruchtreife’ beinhaltet sowohl Veränderungen in der physiologischen

Reifeentwicklung (engl.: ‚ripening’) als auch in der biochemischen Vollentwicklung, auch

Qualitätsbildung genannt (engl.: ‚maturation’). Beide Prozesse stehen zwar in enger

Wechselbeziehung, können sich aber auch unabhängig voneinander entwickeln (Stoll et al.,

1981). Um sie besser auseinander halten zu können, wird im Folgenden in Reifemerkmale

und Qualitätsmerkmale unterschieden. Die eigentlichen physiologischen Reifeveränderungen,

wie sie z. B. Ethylenbildung, Atmung darstellen, werden in Kap. 5.2 besprochen.

5.1.1.1 Erntetermin und Fruchtqualität

Die vorliegende Ergebnisse zeigen sowohl bei ’Conference’ Birnen als auch ‚Braeburn’

Äpfeln, dass mit zunehmend späterem Erntetermin sich die Qualität der Früchte stetig weiter

verändert: die Fruchtfleischfestigkeit und der Säuregehalt nehmen ab, während der

Zuckergehalt und vor allem die Änderung der Grundfarbe von grün nach Gelb zunehmen.

Eine Qualitätsverbesserung ist bei den dargestellten Ergebnissen besonders an der steigenden

löslichen Trockensubstanz (~Zuckergehalt) erkennbar. Das Gelbwerden der Früchte und die

abnehmenden Säurewerte hängen dagegen mit der bereits beginnenden Reifeentwicklung

zusammen, in deren Verlauf mit einsetzender Ethylenbildung und steigernder Atmung

verstärkt Säuren als Atmungssubstrat genutzt werden (Kays, 1991). Wird der Reifefortgang

z.B. durch den Ethylen-Inhibitor 1-MCP gestoppt, dann ist auch der Abbau dieser

Inhaltsstoffe verzögert (Streif, 2002a). Die Veränderungen der Qualitätsmerkmale führen

dazu, dass sich die Frucht von einem ’unreifen’, ungenießbaren in einen wohlschmeckenden,

bekömmlichen Zustand entwickelt. Mit späterem Erntetermin verbessert sich normalerweise

die geschmackliche Qualität, denn je später die Frucht geerntet wird, um so länger bleibt sie

mit der Mutterpflanze verbunden. Dadurch können mehr Assimilate in die Früchte eingelagert

werden, die als Ausgangssubstanzen für die Bildung weiterer wertgebender Inhaltsstoffe oder

auch als Atmungssubstrat im Verlauf der Fruchtreife und Lagerung dienen. Die Abhängigkeit

der Fruchtqualität vom Erntetermin wurde bereits vielfach beschrieben z. B. von Römer

(1967), Stoll (1976), Sharples (1985), Streif (1996).

Diskussion 113

5.1.1.2 Erntetermin und Fruchtfleischverbräunungen

Die Variabilität in der Qualität aber auch in der Eignung der Früchte für Langzeitlagerung

werden von deren Zellstruktur, stofflichen Zusammensetzung und Reife bei der Ernte

bestimmt. All das kommt durch die Interaktion genetischer, standorts- und bewirt-

schaftungsbedingter Faktoren vor der Ernte zustande, von denen nur einige vom Obstbauern

kontrollierbar sind (Stoll, 1976).

Einer der wichtigsten Einflussfaktoren ist die Ernte der Früchte im richtigen Reifezustand. Zu

früh geerntete Früchte sind empfindlich gegenüber Schrumpfen, mechanischer Schädigung

und haben minderwertige Qualität. Überreife Früchte sind möglicherweise schon zu weich

und mehlig trocken (Streif, 1989). Jede Frucht, die entweder zu früh oder zu spät geerntet

wird, ist empfindlicher gegenüber physiologischen Störungen und hat eine schlechtere

Lagerfähigkeit als solche, die zum richtigen Erntetermin gepflückt wurden (Kader, 1999).

Diese Abhängigkeit der Fruchtgesundheit wird in den dargestellten Ergebnissen sehr deutlich

erkennbar. Allerdings besteht hier zwischen dem Auftreten der inneren Fleischverbräunungen

und dem Erntetermin eine Beziehung in der Art, dass bei zunehmend späterem Termin der

Befall deutlich ansteigt, während bei früher Ernte mit dieser physiologischen Erkrankung

noch keine Probleme auftreten. Andere physiologische Fruchterkrankungen wie Stippigkeit

oder Schalenbräune können jedoch genau umgekehrt beeinflusst werden, d.h. bei früher Ernte

sind die Probleme größer als bei später Ernte. Ähnliche Beobachtungen wurden u.a. auch von

Nielson (1993), Lau und Mitcham (1997), Roelofs und de Jager (1997) und Streif (1998)

gemacht.

5.1.2 Einfluss von Lagermaßnahmen bei ‚Conference’ Birnen

Der Einfluss von Lagerbedingungen und insbesondere von CA- bzw. ULO-Bedingungen auf

die Qualitätserhaltung und den Reifeverlauf bei Äpfeln und Birnen ist erheblich, wie dies in

zahlreichen Veröffentlichungen z.B. bei Fidler et al. (1973a) gezeigt wurde. In den in dieser

Arbeit dargestellten Untersuchungen wurden sowohl bei den ’Conference’ Birnen wie auch

den ’Braeburn’ Äpfeln CA-Lagerbedingungen gewählt, die sich besonders in der Höhe der

eingesetzten CO2-Konzentration unterschieden. Dadurch wurden mehr oder weniger stark die

Fruchtqualität und Verbräunungsreaktionen in den Früchten beeinflusst.

5.1.2.1 CA-Lagerung und Fruchtqualität

Die Ergebnisse zeigen, dass die Fruchtfestigkeit bei ‚Conference’ Birnen während der

Lagerung kontinuierlich abgebaut wurde, wobei bei 5% CO2 die Festigkeitsabnahme

gegenüber 0.7% CO2 besonders bei Lagerende leicht verzögert war. Auch Recasens et al.

(1997) berichten über eine verbesserte Erhaltung der Festigkeit von ‘Conference’ während der

Diskussion 114

Lagerung mit höheren CO2-Konzentrationen. Dagegen wurde von Garcia und Streif (1993)

und Saquet (2001) nur ein geringer oder kein Effekt steigender CO2-Konzentrationen auf die

Fruchtfleischfestigkeit beobachtet. Die potentiell verlangsamte Abnahme der Fruchtfleisch-

festigkeit durch erhöhte CO2–Konzentrationen in der Lagerluft könnte möglicherweise auf die

Hemmung der Ethylenbildung und –wirkung und auf die gehemmte Atmungsintensität

zurückgeführt werden (Kader, 1986; Mathooko, 1996b). Hohe CO2-Konzentrationen

vermindern ebenfalls die Aktivität von Polygalacturonasen und verzögern damit den Abbau

zu löslichen Polyuroniden (Del Cura et al., 1996; Kader, 1997).

Der Gehalt an löslicher Trockensubstanz nahm erwartungsgemäß nach Lagerbeginn durch

den Umbau von Stärke in Zucker zunächst noch etwas zu. Im Verlauf der Lagerung fiel der

Zuckerwert jedoch nur unwesentlich ab, wobei die Lagervariante mit erhöhter CO2-

Konzentration den Rückgang weiter verlangsamte. Die relativ geringe Veränderung des

Zuckergehalts von Kernobst im Verlauf der Lagerung wird übereinstimmend von vielen

Autoren berichtet (Bohling und Paulus, 1979; Knee, 1989; Garcia und Streif, 1993;

Brackmann et al., 1994).

Deutlich klarer war dagegen die Abnahme der titrierbaren Säure, deren Gehalt bei Ende der

5-monatigen CA- Lagerdauer gegenüber den Anfangswerten halbiert war. Diese starke

Abnahme beruht vor allem auf der bevorzugten Nutzung von Säuren als Atmungssubstrat und

als Kohlenstoffskelett für weitere Synthesen (Wills et al., 1998). Bei den in dieser Arbeit

dargestellten Ergebnissen wirkten Lagerbedingungen mit viel CO2 (5%) gegenüber solchen

mit niedrigem CO2-Gehalt (0.7%) hemmend auf den Säureabbau, möglicherweise dadurch

bedingt, dass bei höherer CO2-Konzentration die Oxidation von Malat vermindert ist

(Shipway und Bramlage, 1973). Auch ein niedriger O2-Gehalt in der Lageratmosphäre kann

den Säureabbau durch eine Hemmung des Malat-Enzyms vermindern (Hulme und Rhodes,

1971). Insgesamt waren die Unterschiede im Säuregehalt der Birnen bei den verschiedenen

Lagervarianten jedoch gering, was vor allem auf den schon von Natur aus niedrigen

Säuregehalt von ‚Conference’ Birnen zurückzuführen ist (Garcia und Streif, 1993; Saquet,

2001).

Das Gelbwerden der Fruchtschale ist ein guter Indikator für die fortschreitende Fruchtreife

und wird vom CO2-Gehalt in der Lageratmosphäre wesentlich beeinflusst. 5% CO2 kann die

grüne Farbe deutlich besser erhalten als 0.7% CO2. Bekanntlich können CA-Bedingungen,

also niedrige O2- und hohe CO2-Konzentration den Chlorophyllabbau hemmen (Dilley, 1970;

Bufler und Streif, 1986). Gute Erhaltung der grünen Farbe durch CA- Lagerung mit höherer

CO2-Konzentration wurde auch von Kader (1986) und Ben und Blaszczyk (2000) bestätigt.

Diese Hemmung des Chlorophyllabbaus ist möglicherweise eine Auswirkung der

verminderten Ethylenbiosynthese und –wirkung unter CA-Bedingungen (Bufler und Streif,

1986).

Diskussion 115

5.1.2.2 CA-Lagerung und Fruchtfleischverbräunungen

Der Befall mit Fruchtfleischerkrankungen wurde durch die CA- Lagerbedingungen,

insbesondere durch die Höhe des CO2-Gehalts sehr deutlich beeinflusst. Die Toleranz von

Früchten gegenüber hohen CO2- und/oder niedrigen O2- Konzentrationen hängt u.a. von

Faktoren wie dem Genotyp, den Vor- und Nachernte-Bedingungen, dem physiologischen

Reifezustand der Früchte, der Abkühlungsrate, der Geschwindigkeit der CA- Einstellung und

der Lagerdauer ab (Lidster et al., 1990). Schnelle Kühlung (Smock und Blanpied, 1963) und

rasche Einstellung der CA-Lagerbedingungen sind normalerweise wichtig für die wirksame

Erhaltung der Fruchtqualität bei vielen Apfel- und Birnensorten. (Sharples und Munoz, 1974;

Anderson und Abbott, 1975; Little und Peggie, 1987). Auf dieser Erfahrung beruht auch das

in der Lagerpraxis verbreitete Verfahren der schnellen Sauerstoffreduktion in der

Lageratmosphäre durch Spülen mit Stickstoff (Streif, 1992).

Bei empfindlichen Sorten, wie bei den in der vorliegenden Arbeit benutzten ’Conference’

Birnen und ’Braeburn’ Äpfeln, können erhöhte CO2-Konzentrationen jedoch zu einer

deutlichen Verstärkung innerer Verbräunungen und der Kavernenbildung führen. Dies wird

aus den Abbildungen 18 und 19 sehr deutlich, wobei unabhängig vom Erntetermin die

Erhöhung der CO2-Konzentration das Befallsniveau mit inneren Fruchtfleischerkrankungen

deutlich erhöhte. Die toxische Wirkung erhöhter CO2-Konzentrationen auf das Fruchtgewebe

könnte nach Knee (1973), Monning (1983) und Volz et al. (1997) mit der Hemmung

spezifischer Enzyme im Atmungsstoffwechsel wie z.B. der Succinat-Dehydrogenase und der

dadurch stattfindenden Anreicherung von schädlichen Zwischenprodukten wie z.B. Succinat,

Acetaldehyd und Ethanol zusammenhängen. Hohe CO2-Konzentrationen können auch eine

Entkoppelungswirkung auf die oxidative Phosphorylierung zeigen (Bendall et al., 1960; Ke et

al., 1994). Das Ausmaß der Schädigung hängt nicht allein von der CO2-Konzentration ab,

auch der O2-Gehalt, die Lagertemperatur und die Dauer der CO2-Einwirkung sind

entscheidend (Fidler et al., 1973b; Kader, 1987).

5.1.2.3 Wirkung der verzögerten Einstellung der CA-Lagerbedingungen

Die verzögerte Einstellung der CA- Lagerbedingungen kann eine wirkungsvolle Maßnahme

sein, um die CA- Lagerempfindlichkeit bei Äpfeln und Birnen zu vermindern (Handwerker,

1979; Höhn et al., 1996; Roelofs und de Jager, 1997; Watkins et al., 1997; Elgar et al., 1998;

Colgan et al., 1999; Saquet, 2001).

Verzögerte CA-Lagerung bedeutet, dass die Früchte bei Lagerbeginn zwar möglichst rasch

auf die gewünschte niedrige Temperatur abgekühlt werden, die Einstellung der CA-

Bedingungen, d.h. die Erhöhung der CO2- und Absenkung der O2-Konzentration aber erst mit

einer Verzögerung von mehreren Tagen vorgenommen wird. Die notwendige Dauer der

Diskussion 116

Verzögerung kann von Sorte zu Sorte unterschiedlich sein, beträgt aber meist etwa 20 Tage

(Roelofs und de Jager, 1997). Die Wirkung einer Verzögerung macht sich in einer sehr

deutlichen Verminderung der inneren Fleischverbräunungen und weniger Kavernenbildung

bemerkbar, wie dies in unseren Versuch deutlich erkennbar wurde. Bei ‚Conference’ Birnen

war der Befall nach verzögerter CA-Einstellung unter 5% CO2 + 2% O2 Lagerstress

gegenüber sofortiger CA-Einstellung um etwa 20% niedriger, besonders wenn zusätzlich

Borspritzungen durchgeführt worden waren.

Wie aus den Ergebnissen ersichtlich, ist bereits nach einem Monat CA-Lagerung ein

erheblicher Anteil der Früchte mit inneren Fleischverbräunungen befallen, und nach 3

Monaten CA-Lagerung war bereits das Befallsmaximum erreicht. Im Kühllager bei Luft

gelagerte Früchte blieben dagegen gesund. Das bedeutet, dass die Früchte in einem sehr

frühen Stadium der CA-Lagerung empfindlich auf die niedrigen O2- bzw. hohen CO2-

Konzentrationen reagierten. Ähnliche Verhältnisse wurden von North et al. (1974), Höhn et

al. (1996) und Roelofs und de Jager (1997) auch bei ‚Conference’ Birnen beobachtet.

Offensichtlich benötigen einige Apfel- und Birnensorten, die CA-Lager-bedingte Frucht-

fleischverbräunungen zeigen, bei Lagerbeginn eine Adaptionsperiode mit höheren O2- und

niedrigeren CO2-Konzentrationen. Dabei kann sich der Fruchtstoffwechsel auf erhöhten

Lagerstress, wie er unter CA-Bedingungen auftritt, einstellen. (Saquet, 2001; Streif et al.,

2001a). Unter Stress ist dabei entsprechend Larcher (1987) ein Beanspruchungszustand der

Früchte zu verstehen, der zunächst destabilisierend, dann normalisierend und schließlich

resistenzsteigernd wirkt. Bei Überschreiten der Anpassungsfähigkeit und Überforderung der

fruchteigenen Reparaturmechanismen kann es jedoch zum Absterben von Zellen und

Gewebeteilen kommen. Die Früchte werden nach der Ernte 2-3 Wochen zuerst unter

Kühllagerbedingungen gelagert, um sich an niedrige Temperaturen zu akklimatisieren und

eine gewisse Resistenzfähigkeit fürs nachfolgende CA- Lager gegenüber Fleischverbräunung

und Kavernen zu verstärken. Auf die Wirkung der verzögerten CA-Lagerung auf

stoffwechsel-physiologische Merkmale wird später noch eingegangen.

Bei der Diskussion des Nutzens einer verzögerten CA-Lagerung dürfen jedoch mögliche

Nachteile durch ein schnelleres Reifwerden der Früchte und damit kürzere Lagerfähigkeit,

z.B. durch vorzeitigen Festigkeitsverlust, stärkeren Säureabbau oder schnelleres Gelbwerden

der Früchte nicht außer Acht gelassen werden. In unseren Untersuchungen zur Fruchtqualität

wie auch in Arbeiten von Höhn et al. (1996), Roelofs und de Jager (1997) und Saquet (2001)

konnte jedoch keine wesentliche negative Beeinflussung der genannten Fruchtqualitäts-

merkmale erkannt werden.

Diskussion 117

5.1.3 Einfluss von Mineralstoffapplikationen auf die Fruchtqualität bei

‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfeln

Die Bor- und Calcium-behandelten Früchte wurden unter höheren CO2-Stressbedingungen

(5% CO2 bei ‚Conference’ Birnen und 3% CO2 bei ‚Braeburn’ Äpfeln) gelagert, um eine

mögliche Beziehung zwischen Bor und der CO2-Empfindlichkeit, bzw. dem Auftreten von

physiologischen Krankheiten zu testen.

5.1.3.1 Bor und Fruchtqualität

In den verschiedenen Versuchsjahren wurde im ersten Jahr nahezu kein Einfluss von

Borbehandlungen auf die wichtigsten Fruchtqualitätsmerkmale bei ‚Conference’ Birnen,

nämlich die Fruchtfleischfestigkeit, die lösliche Trockensubstanz, die titrierbare Säure und die

Grundfarbe der Fruchtschale festgestellt. Auch Peryea und Drake (1991) berichten, dass

erhöhte Bor-Konzentration in ‚Starking’ Äpfeln keine Wirkung auf die Festigkeit, die löslich

Trockensubstanz, die titrierbare Säure und den Stärkegehalt hatte.

In den folgenden beiden Jahren traten dagegen zum Teil deutliche Unterschiede auf. Eine

Erklärung für diese Variabilität könnte in den unterschiedlichen Klimabedingungen der

verschiedenen Jahren gesehen werden, die die Empfindlichkeit der Früchte gegenüber

physiologischen Störungen durch Modifizierung der Struktur und Zusammensetzung der

Zellen sowie der Fruchtreife verursachen könnten (Sharples, 1985). Außerdem könnte es zu

witterungsbedingter unterschiedlicher Aufnahme von Bor gekommen sein, wie dies auch

durch Mineralstoffanalysen nachgewiesen wurde (siehe Kapitel 4.1.2.4). Auf solche

Zusammenhänge weisen auch Arbeiten von Bramlage et al. (1980), Sharples (1973, 1980)

und Raese und Drake (2000) hin.

Die Fruchtgröße der Bor-behandelten ‚Conference’ Birnen war bei der Ernte im Jahr 2000

mit zunehmender Anzahl der Spritzungen gegenüber der Kontrolle leicht erhöht, während die

Ca-Behandlungen eher eine abnehmende Fruchtgröße verursachten. Bei ‚Braeburn’ Äpfeln

waren verbesserte Fruchtgrößen nur bei Bor, nicht aber bei B+Ca zu finden. Dazu finden sich

in der Literatur teils bestätigende (Granelli und Ughini, 1989) teils gegenteilige (Wójcik et al.,

2000) und auch indifferente Aussagen (Yogaratnam und Johnson, 1982). Demnach gibt es

keine gesicherte Wirkung von Bor auf die Fruchtgröße. Auch scheint die Grünfärbung der

Früchte bei der Ernte eher von anderen Faktoren als von Bor beeinflusst zu werden, da dazu

in unsern Untersuchungen keine gesicherten Ergebnisse gefunden werden konnten.

Dagegen war die Fruchtfleischfestigkeit der B- bzw. B+Ca-Varianten der Birnen und Äpfel

mit steigender Anzahl Spritzungen bemerkenswert fester im Vergleich zu den

Kontrollfrüchten sowohl bei Lagerbeginn wie auch bei Lagerende. Diese Ergebnisse stimmen

Diskussion 118

mit Raese und Sugar (1994) und Wójcik et al. (1999a) überein. Die verbesserte

Fruchtfestigkeit durch Borbehandlungen beruht möglicherweise auf deren Wirkung auf die

Struktur der Zellwände durch Komplexbildung mit Arabinogalaktan in den Seitenketten der

Rhammnogalakturone etc.(Marschner, 1997).

Die Bedeutung von Ca für die Stabilität von Zellwänden und für die Verhinderung von

physiologischen Erkrankungen ist vielfach beschrieben worden (Bangerth 1973; Marschner,

1997). Nach Clarkson und Hanson (1980) kann Bor durch Bildung von Kreuzverbindung in

Pektinen Calcium in der Zellwand stabilisieren. So enthalten die Zellwände von Bormangel-

Tomaten weniger Calcium (Yamauchi et al., 1986). Außerdem können Bor wie auch Ca die

Aktivität von Polygalacturonase und somit den Abbau von Zellwänden hemmen (Mühling et

al., 1998).

Bei der titrierbaren Säure zeigten die Kontrollfrüchte tendenziell einen etwas höheren Gehalt

gegenüber den B- und Ca-behandelten Früchten, wobei zwischen den verschiedenen B- und

Ca-Anwendungen keine klaren Unterschiede erkennbar waren. Weniger Säure bedeutet

weniger H+-Ionen, was möglicherweise durch die Zunahme von B

3+und Ca

2+ in den Zellen

und wegen der Ionen-Homöostase zu einer Erniedrigung von H+-Ionen geführt haben könnte.

Über eine solche Ionen-Homöostase in Früchten spekulierte bereits Romani (1987).

Eine weitere Erklärung für den niedrigeren Säuregehalt nach B- und Ca-Behandlungen könnte

die weiter fortgeschrittene Fruchtreife sein, was zumindest für Birnen auch durch den

Reifeindex bestätigt wurde. Reifere Früchte haben bekanntermaßen weniger Säure als

weniger reifer. Allerdings wird eine verbesserte Ca-Versorgung in den Früchten meist eher in

Verbindung mit einer gewissen Reifeverzögerung der Früchte gesehen (Bangerth et al., 1972).

5.1.3.2 Bor und Fruchtfleischverbräunungen

In der vorliegenden Arbeit über mehre Versuchsjahre waren die Ergebnisse mit B-

Blattspritzungen zur Verhinderung von Fruchtfleisch-Verbräunungen nicht einheitlich. Die im

ersten Versuchsjahr beobachtete absolute Verhinderung von CA-lagerbedingten Frucht-

fleischschäden durch B-Blattspritzungen konnte in den beiden Folgejahren nicht mehr erreicht

werden. Jedoch war bei ‚Conference’ Birnen auch weiterhin ein deutlich positiver Effekt nach

Spritzungen mit Bor und teilweise verstärkt nach B+Ca feststellbar.

Eine Erklärung für die wechselnden Ergebnisse ist möglicherweise in den im ersten Jahr

gemessenen viel höheren Bor-Konzentrationen in den Früchten zu finden. Während 1999 die

Bor-Konzentration in den behandelten Früchte 120 mg/kg TS erreichte, betrug sie in den

beiden Folgejahren nur gerade die Hälfte. Außerdem konnte im ersten Jahr nach B-

Spritzungen keine Auswirkung auf die Konzentration der anderen Mineralstoffe (K, Ca, Mg,

P, N) festgestellt werden, während 2000 und 2001 diese z.T. sehr deutlich beeinflusst wurden.

Sehr unterschiedliche Ergebnisse über die Wirkung von Bor zur Verhinderung von CA-

Diskussion 119

bedingten Fruchtfleischschäden bei ‚Conference’ Birnen wurden erst jüngst im Rahmen eines

EU-Forschungsprojektes veröffentlicht. Dabei ist, ob zufällig bedingt oder nicht, eine

Beziehung zwischen der Wirksamkeit von Bor und der geografischen Lage der durch-

geführten Bor-Versuche erkennbar. Während in Belgien und Holland keine Unterschiede

zwischen ungespritzt und 6 mal mit Bor gespritzt gefunden wurden (de Jager, 2001; Nicolai,

2001; Schotsmans et al., 2001), berichten Versuchsansteller aus Norditalien und Nordspanien

(Eccher-Zerbini, 2001; Larrigaudiere, 2001) von ähnlich positiven Ergebnissen, wie sie in

unsern Versuchen in Süddeutschland gefunden wurden. Inwieweit ein klimatisch bzw.

Standort bedingter Einfluss auf die Wirksamkeit von Bor zur Verhinderung von CA-

bedingten Fruchtfleischverbräunungen vorhanden ist, kann nur schwer erklärt werden und

sollte in Folgejahren noch weiter geprüft werden.

Im Gegensatz zur insgesamt positiven Wirkung von B-Spritzungen bei ‚Conference’ Birnen

war die Wirkung bei ‚Braeburn’ Äpfeln eher zwiespältig. Denn neben positiven Einflüssen

auf die Verminderung innerer Fleischverbräunungen und Kavernen konnte auch eine

Zunahme von Kernhausbräune festgestellt werden. Diese Ergebnisse stimmen mit denen von

Wójcik et al. (1999a) und Streif et al. (2001a) überein. Nach Perring und Samuelson (1988)

zeigen Äpfel mit niedriger Bor-Konzentration eine verkürzte Haltbarkeit wegen höherer

Empfindlichkeit gegenüber Fleischbräune. Dagegen können hohe Bor-Konzentration in

Äpfeln den Befall mit Glasigkeit und nachfolgender Fleischbräune verstärken (Yogaratnam

und Johnson, 1982; Marlow und Loescher, 1984;).

Bei Birnen konnte eine gewisse Nachwirkung von Bor im Folgejahr auf deren Haltbarkeit

festgestellt werden. Außerdem waren die gemessenen B-Konzentrationen in den Birnen von

im Vorjahr mit Bor gespritzten Bäumen noch um etwa 60%, höher als die der ungespritzten

Kontrollbäume. Das deutet darauf hin, dass ein Teil von Bor über den Winter im

Rindenmeristem der Bäume gespeichert wird und im nächsten Jahr den Früchten wieder zu

Verfügung steht (Hanson, 1991).

Bor ist ein essentieller Mikronährstoff mit vielfältiger Wirkung auf das Wachstum und die

Entwicklung höherer Pflanzen. In der obstbaulichen Praxis haben Borspritzungen bisher nur

zur Blüte oder in den ersten vier Wochen nach der Blüte zur Verbesserung des Fruchtansatzes

und zur Verminderung von Schalenberostungen eine Bedeutung erlangt (Winter et al., 1992).

Weitergehende Bor-Anwendungen zur Zeit des Fruchtwachstums bis vor der Ernte könnten

aber zumindest bei ‚Conference’ Birnen die Haltbarkeit der Früchte im CA-Lager erhöhen.

Ob neben den bisher diskutierten Wirkungsmechanismen Bor auch weitere fruchtphysiolo-

gische Auswirkungen hat, wie z.B. bei der Stressabwehr wird später noch diskutiert werden.

Bei der Verwendung von Calcium zusätzlich zu Bor konnte eine sehr deutliche additive

Wirkung beider Mineralstoffe auf die Verhinderung der Fruchtfleischschäden bei

Diskussion 120

‚Conference’ Birnen erreicht werden. Dabei scheint es möglich, dass bereits auch mit weniger

Spritzbehandlungen (zwei, bzw. vier mal) die physiologischen Erkrankungen verhindert

werden können. Dazu sind aber noch weitere Untersuchungen notwendig.

Dagegen blieben Ca-Spritzungen zur Verhinderung der Fleischverbräunungen in beiden

Jahren gegenüber der unbehandelten Kontrolle ohne Wirkung oder schnitten, wie im Jahr

2000/2001, sogar schlechter ab als die Kontrollen. Die Ergebnisse stimmen mit denen von

Eccher-Zerbini et al. (2000) überein, die keine Wirkung von Calcium auf das Auftreten von

Verbräunungen bei ‚Conference’ Birnen fanden. Auch Streif et al. (2001 b) berichten über

keine günstige Wirkung von Calcium auf eine Minderung von Fruchtfleischschäden bei

‚Conference’ Birnen während der CA-Lagerung unter CO2-Stress. Diese Ergebnisse

widersprechen z.T. denen von Meheriuk und Sholberg (1990) und Francés et al. (1999), die

eine mögliche Verhinderung des Auftretens von physiologischen Fruchtfleischschäden durch

Calciumbehandlungen bei Birnen während der Lagerung beschrieben. Es könnte aber sein,

dass letztere Autoren mit physiologischen Fruchtfleischschäden die übliche Fleischbräune

meinen und nicht wie in unserm Fall die CA-bedingte innere Fleischverbräunung der Früchte.

5.1.3.3 Mineralstoffgehalte in Blättern und Früchten im Verlauf des

Fruchtwachstums und bei der Ernte

Eine Fragestellung in dieser Arbeit war, wie sich die einzelnen Mineralstoffgehalte in den

Blättern und Früchten im Verlauf der Wachstumsperiode unter dem Einfluss der Bor- bzw.

Calcium-Spritzungen verändern. Grundsätzlich bieten Blattspritzungen die Möglichkeit,

Pflanzen in akuter Mangelsituation unabhängig vom Bodenzustand und der Wurzeltätigkeit

gezielt und wirksam mit Nährstoffen zu versorgen (Gupta und Cutcliffe, 1978).

Entsprechend unseren Ergebnissen haben in den Früchten die Konzentrationen von K, Ca,

Mg, P im Laufe der Fruchtentwicklung bei allen Varianten, am stärksten aber bei den

Kontrollfrüchten, durch die Verdünnungswirkung des Streckungswachstums der Zellen

kontinuierlich abgenommen. Dies bestätigt auch Johnson (2000) in gleicher Weise für die

Apfelsorten ‚Red Pippin’, ‚Gala’ und ‚Jonagold’.

Die einzelnen Mineralstoffe wurden in unserem Versuch folgendermaßen durch die

Blattspritzungen beeinflusst.

Der Gehalt an Calcium in den Blättern verhielt sich gegensätzlich zum Gehalt in den

Früchten bei allen Spritzvarianten sowohl bei ‚Conference’ Birnen wie auch bei ‚Braeburn’

Äpfeln. Bekanntlich nimmt im Verlauf der Vegetationsperiode der Ca-Gehalt in den Blättern

kontinuierlich zu, was mit der üblichen Ca-Einlagerung in die Blätter über den

Transpirationsstrom und der Schwierigkeit der Verlagerung in die Früchte zu tun hat (Link,

1992b). Die Ca-Spritzungen allein oder in Kombination mit Bor bewirkten bei Braeburn

Diskussion 121

einen höheren Ca-Gehalt in den Blättern gegenüber der Bor-Varianten bzw. der Kontrolle.

Dagegen gab es bei Birnen bei der Ernte keine klaren Unterschiede. Nach diesen Ergebnissen

bleibt der Ca-Gehalt der Blätter durch Borspritzungen unbeeinflusst.

Beim Ca-Gehalt in den Früchten scheint dagegen Bor die Verlagerung des Ca von den

Blättern in die Früchte zu begünstigen. Es wurden einige Arbeiten veröffentlicht, in denen

nach Bor-Behandlung eine positive Wirkung auf die Ca-Aufnahme und die Verhinderung von

Ca-Mangelerscheinungen nachgewiesen werden konnte (Faust und Shear, 1968; Dixon et. al.,

1973). Allerdings gibt es genauso Veröffentlichungen, in denen kein Zusammenhang

zwischen Ca und B gefunden wurde (Zude et al., 1997; Perring et al., 1985). Die Erhöhung

des Ca-Gehalts in den Früchten durch Ca-Applikationen ist mit 30-50% vergleichsweise zur

Borerhöhung nach Bor-Spritzungen nicht sehr effektiv, aber in der Regel doch deutlich

erkennbar. Für die Haltbarkeit von Kernobst und die Widerstandsfähigkeit gegenüber

physiologischen Erkrankungen hat Calcium von allen Mineralstoffen wohl die größte

Bedeutung (Bangerth, 1979; Meheriuk und Sholberg, 1990).

Bei Apfel wie bei Birne waren keine direkten Auswirkungen der B- bzw. Ca-Applikationen

auf die Kalium-Konzentration in den Blättern erkennbar. Der K-Gehalt in den Früchten war

bei der ‚Conference’ Birne nach allen B- und Ca-Spritzungen im Verlauf des

Fruchtwachstums um ca. 10-20% erhöht, bei ‚Braeburn’ Äpfel dagegen zeigten die

Kontrollfrüchte bei der Ernte die höheren K-Gehalte. Eine antagonistische Wirkung von Ca-

Spritzungen auf die K-Aufnahme in die Früchte, wie sie in der Literatur bekannt ist (Mengel,

1991) konnte jedoch nur teilweise bei Apfel festgestellt werden. Hohe K-Konzentrationen

können Ca-Mangelsymptome verursachen (Bramlage, 1993).

Eine oft wichtigere Größe als die absoluten Mineralstoffgehalte ist das Verhältnis von K zu

Ca (Schuhmacher und Fankhauser, 1970). Das K-Ca-Verhältnis, als Kennzahl zur

Einschätzung der Fruchtstabilität gegenüber typischen Ca-Mangelerkrankungen, war

besonders bei Birne durch die B- bzw. B+Ca-Spritzungen gegenüber der Kontrolle mit

Ausnahme einzelner Schwankungen kaum beeinflusst. Das rührt vor allem daher, dass die

Spritzbehandlungen sowohl den Kalium wie auch den Calciumgehalt der Früchte steigerte.

Zur Beurteilung der Anfälligkeit gegenüber CA-Lager-bedingten inneren Fleisch-

verbräunungen lieferte das K/Ca-Verhältnis daher wenig Information.

Im Magnesium- und Phosphorgehalt der Blätter und Früchte gab es im Verlauf der

Spritzbehandlungen keine klaren Veränderungen. Der Gehalt dieser beiden Mineralstoffe war

jedoch bei den mit B behandelten Birnen auf einem durchgehend leicht höheren Niveau als

bei den Kontrollen, nicht aber bei den mit B behandelten Äpfeln. Nach Wilkinson (1958)

besteht zwischen dem Mg- und K-Gehalt in Äpfeln eine positive Korrelation und zu viel Mg

kann genauso wie zuviel K die Nacherntequalität negativ beeinflussen. Auch beim

Phosphorgehalt scheinen mittlere Gehalte am ehesten positiv für die Fruchtgesundheit zu sein,

Diskussion 122

denn niedriger P-Gehalt soll nach Bramlage (1993) die Empfindlichkeit von Früchten

gegenüber Altersfleischbräune und Kältefleischbräune verstärken, während Sharples (1980)

bei zuviel Phosphor eine erhöhte Anfälligkeit für Kernhausbräune feststellte.

5.1.4 Einfluss von Bor- und Calcium-Applikationen auf die Aufnahme,

Translokation und Lokalisierung von Bor

In der vorliegenden Arbeit interessierten die Veränderungen im Gehalt an Bor in den Blättern

und Früchten von Apfel und Birne unter dem Einfluss der Bor- und Calcium-Spritzungen. Die

Beweglichkeit von Bor wird in vielen Kulturpflanzen als nicht groß beurteilt (Ziegler, 1975;

Dugger, 1983), da Symptome von Bor-Mangel fast bei allen aktiv wachsenden Geweben zu

finden sind (Mengel und Kirkby, 1987; Marschner, 1995).

In unsern Versuchen konnte dagegen festgestellt werden, dass B-Blattspritzung sehr wirksam

die B-Konzentration in den Früchten und Blättern erhöhte. Außerdem war die Bor-

Konzentration in den Früchten um ein Vielfaches höher als in den Blättern, was auf eine

aktive Verlagerung von Bor von den Blättern in die Früchte hindeutet. Nach Hu und Brown

(1996) ist Bor in solchen Pflanzen im Phloem leicht mobil, bei denen Sorbit oder Mannit die

Transportform der Zucker darstellen. Mit den Diol-Gruppen dieser Zuckeralkohole kann Bor

sehr effektiv eine Bor-Polysaccharid-Komplexbindung eingehen. Rosaceen, zu denen auch

Apfel und Birne gehören, nutzen Sorbit als Transportform zur Verlagerung der Assimilate

von den Blättern in die Früchte. Bei Obstgehölzen können bekanntermaßen B-

Blattspritzungen effektiv die B-Konzentration von Knospen und Blüten erhöhen und so zu

besserem Fruchtansatz und Behang verhelfen (Johnson et al., 1955; Callan et al., 1978;

Brown und Shelp, 1997).

In dem Versuch zur Mobilität des Isotops 10

B hat sich gezeigt, dass 10

B vom ersten oder

zweiten Blatt des Fruchtstandtriebes und vom Primärblatt des Fruchtstands in die Frucht

verlagert wurde. Dabei wurde beobachtet, dass ein Blatt zur B-Versorgung der Frucht um so

mehr beiträgt, je näher es sich bei der Frucht befindet. Außerdem erfolgte bereits ein Tag nach

Applikation die höchste 10

B- Zunahme in der Frucht und zwar bevorzugt als wasserlösliches

Bor im Fruchtsaft. Spätere Probenahmen zeigten eine abnehmende Verlagerung von 10

B in

die Frucht, mit Ausnahme des 10

B aus dem Blatt des Fruchtstandtriebes. Die Frucht selbst

hatte am schnellsten und am stärksten das Isotop 10

B aufgenommen. Jedoch dürfte bei

Blattspritzungen in der Praxis die direkte Bor-Aufnahme über die Frucht keine Bedeutung

haben, da zum überwiegenden Teil die Blätter bei der Spritzung getroffen werden.

Die Bor-Konzentration in den Blättern erhöhte sich kontinuierlich im Verlauf der

Wachstumsperiode mit der Anzahl der Spritzungen (Tabelle 4). Überraschenderweise nahm

der Borgehalt nach der letzten Spritzung kurz vor der Ernte jedoch wieder deutlich ab. Dies

Diskussion 123

könnte damit erklärt werden, dass durch die Blattalterung die Aufnahmefähigkeit für Bor

bereits nachgelassen hatte (MacNicol et al., 1962). Auch ist eine bereits stärker einsetzende

Verlagerung von Bor aus den Blättern in andere Teile des Baumes denkbar. Nach Hanson und

Breen (1985a) sowie Hanson (1991) wird im Herbst und Winter Bor in das Rindenparenchym

verlagert. Im Frühling bewegt sich das Bor wieder von der Rinde zu den Blüten und kann zu

einer Verbesserung des Fruchtansatzes und auch zu einer Erhöhung des Borgehalts in den

Früchten beitragen, was sich auch in unseren Ergebnissen zeigte und bereits diskutiert wurde.

Bor ist in der Pflanzenzelle als wasserlösliches Bor im Zellsaft von Zytosol und Vakuole und

als wasserunlösliches Bor in den Zellwänden lokalisiert (Pfeffer et al., 1997). Aus unseren

Ergebnissen wird deutlich, dass bei zunehmender Anzahl von Borspritzungen vor allem das

im Zellsaft vorhandene Bor angereichert wird, während in dem in den Zellwänden

gebundenen wasserunlöslichen Bor kaum Unterschiede vorhanden sind (Xuan et al., 2001b).

Mit steigender Anzahl von Spritzungen erfolgte eine leichte Erhöhung des wasserunlöslichen

Bors, was mit einer gewissen höheren Beteiligung an strukturellen Funktionen von Bor über

Bindung mit Pektinen und Polysacchariden erklärt werden könnte. Untersuchungen von

Pfeffer et al. (1997) haben ebenfalls ergeben, dass in Sonnenblumenwurzeln bei höherem

Bor-Angebot mehr wasserunlösliches Bor in den Zellwänden, vor allem aber wasserlösliches

Bor im Zellsaft sich anreichert.

Der Gesamt-Borgehalt ist nach unseren Ergebnissen im Innern der Frucht immer höher, was

mit der Veröffentlichung von Peryea und Drake (1991) übereinstimmt. Allerdings sind die

Befunde aus dem 10

B-Isotopen-Versuch, davon verschieden. Die Erklärung dafür dürfte sein,

dass bei diesen Früchten ein großer Teil des Bors durch die Tauchung der Früchte in die

Isotopenlösung über die Fruchtschale von außen zugeführt wurde, während bei Blatt-

applikation die Bor-Zufuhr über die Leitbündel direkt in den inneren Fruchtbereich erfolgt.

Bei den unbehandelten und bei den Ca-behandelten Blättern und Früchten waren im Verlauf

der Spritzungen nahezu keine Veränderungen der Bor-Konzentration bei Birnen und nur eine

leichte Erhöhung bei Äpfeln zu verzeichnen. Das bedeutet, dass zumindest bei Birnen keine

Förderung der Bor-Aufnahme durch Ca vorlag, wie dies auch von Perring et al. (1985) und

Zude et al. (1997) beschrieben wurde. Generell unterliegt das Aufnahmeverhalten vielen

Faktoren, z.B. der B-Konzentration, dem Ionengradienten an den Wurzeln, der Dicke der

Kutikula, der ‚sink’-Stärke oder der Membranpermeabilität (Marschner, 1995).

Was die Erhöhung der Bor-Konzentrationen in den Früchten und Blättern betrifft waren die

Spritzungen mit Bor allein etwas effektiver als die mit B+Ca, obwohl das Mischpräparat (B+

Ca) aus den gleichen Mengen an B und Ca bestand wie die Einzelpräparate. Bei der

Aufnahme von Bor über den Boden ist bekannt, dass ein steigender pH-Wert die

Boraufnahme deutlich verschlechtert (Tanaka, 1967; Gupta, 1993a). Möglicherweise wird der

pH-Wert durch den Ca-Zusatz im Mischpräparat verändert und so die Bor-Aufnahme

Diskussion 124

erschwert. Außerdem kann nach Mengel (1991) die Nährstoffaufnahme über das Blatt von

einer ganzen Reihe von Faktoren der Spritzlösung, der Pflanze selbst und der Umgebung

beeinflusst werden. Das zeigte sich auch an dem unterschiedlichen Aufnahmeverhalten von

‚Conference’ Birnen und ‚Braeburn’ Äpfeln. Während der Bor-Gehalt bei den Birnen in den

Früchten um das 9- bis 10-fache gesteigert wurde betrug diese Zunahme bei den Äpfeln nur

etwa das 4- bis 6-fache. Der Bor-Gehalt in den Blättern der beiden Fruchtarten verhielt sich

dagegen genau umgekehrt. Neben morphologischen Verschiedenheiten könnte vor allem auch

für die fast doppelt so hohe Bor-Einlagerung in die Birnenfrüchte der hohe Gehalt an Sorbit

bei Birnen verantwortlich sein, der nach Buchloh und Neubeller (1969) 3- bis 9-mal höher

liegt als in Äpfeln.

Obwohl Bor für einen optimalen Ertrag und eine gute Qualität notwendig ist, kann zuviel Bor

auch Schäden verursachen, die bei Gupta (1993b) und Marschner (1995) mehrfach

beschrieben wurden. Allerdings konnten in den Untersuchungen mit Birnen bisher keine

toxischen Einflüsse von zu hohen Bor-Gehalten beobachtet werden. Bei ‘Braeburn’ Äpfeln

könnte das verstärkte Auftreten von Glasigkeit und Kernhausbräune allerdings mit zu hohen

Bor-Konzentrationen in Verbindung gebracht werden. Ein Überangebot an Bor kann nach

Wilcox und Woodbridge (1942) sowie Marlow und Loescher (1984) zu einem verstärkten

Befall mit Glasigkeit und Fleischbräune führen.


Fruchtphysiologie von ‚Conference’ Birnen

5.2.1 Atmung

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass mit späterem Erntetermin die

Atmungsaktivität von ‚Conference’ Birnen, ausgedrückt als O2-Aufnahme und CO2-Abgabe,

steigt. Später geerntete Früchte lagen bereits bei der Ernte im Atmungsniveau etwas höher

und vor allem die zuletzt geernteten Birnen zeigten im Verlauf der Lagerung höhere

Atmungswerte. Die zunehmende Atmung kann mit dem einsetzenden Atmungsklimakterium

der Früchte erklärt werden, wie dies für den Reifeverlauf von Apfel und Birne als typisch

beschrieben wird (Fidler und North, 1971). Äpfel oder Birnen für Langzeitlagerung sollten

möglichst im gerade einsetzenden Atmungsanstieg, d.h. nicht zu früh und nicht zu spät

geerntet werden (Stoll et al., 1981; Kader, 1999). Die Beobachtung, dass früher geerntete

Früchte eine geringere Respirationsrate zeigen, wird auch in der Arbeit von Song und

Bangerth (1996) bestätigt.

In dieser Arbeit wurde bei konstanter O2- Konzentration die Wirkung von verschiedenen

CO2-Konzentrationen auf die Atmung untersucht. Generell war die Atmung bei höherem

CO2-Gehalt (5%) etwas geringer als bei niedrigerem CO2 (0.7%). Dieser Unterschied

Diskussion 125

vergrößerte sich je länger die Früchte gelagert wurden. Es gibt viele Arbeiten, die die

Wirkung von CA-Bedingungen auf das Atmungsverhalten beschreiben (Claypool and Allen,

1948; Biale, 1960; Fidler und North, 1967). Höhere CO2-Konzentrationen verändern die

Aktivitäten von spezifischen Enzymen im Atmungsstoffwechsel der Früchte (Kerbel et al.,

1988; Dostal-Lange und Kader, 1994) und können eine Entkopplung bei der oxidativen

Phosphorylierung bewirken (Bendall et al., 1960; Kader, 1986; Ke et al., 1994). Zu viel CO2

kann das Enzym Succinat-Dehydrogenase hemmen und so die Anreicherung von toxischem

Succinat bewirken, was zu Gewebeschädigung führen kann (Monning, 1983).

Sowohl unter den CA- Bedingungen wie auch unter Kühllagerbedingungen zeigten die B-

behandelten Birnen durchgehend eine niedrigere O2- Aufnahme und eine geringere CO2-

Abgabe. Dabei fällt auf, dass die O2- Aufnahme unter CA- Bedingungen bei den mit als auch

ohne Bor behandelten Birnen in deutlich stärkerem Maße vermindert wurde, als die

entsprechende CO2-Abgabe. Dies äußerte sich bei den CA- gelagerten Birnen durch einen im

Verlauf der Lagerung deutlich ansteigenden Respirationsquotienten (RQ), der bei den B-

behandelten Birnen stets etwas höher verlief und zeitweilig sogar bis auf RQ=3 anstieg. Bei

Kühllagerung gab es jedoch fast keine Unterschiede im RQ zwischen B-behandelten- und

Kontrollfrüchte während der ersten zwei Monate Lagerung.

Der Respirations-Quotient (RQ) gibt das Verhältnis von CO2-Abgabe und O2-Aufnahme an.

Aus der Höhe des Atmungsquotient kann man erkennen, welches Substrat besonders

veratmet wird. Bei der kompletten Oxidation von Glukose ist RQ=1, für Malat jedoch beträgt

RQ=1,3 (Wills et al., 1998). Der steigende RQ-Wert von spät geernteten Früchten und

gelagert in viel CO2 (5%) zeigt daher an, dass möglicherweise mehr niedrigmolekulare

organische Säuren veratmet werden. Zwar haben organische Säure mehr O2 je Kohlen-

stoffatom als Zucker und Zucker mehr als Fettsäuren, weshalb sie weniger O2 für die

Produktion von CO2 verbrauchen. Ein Anstieg des RQ auf Werte von 3 ist allein aus dem

Atmungssubstrat aber kaum erklärbar. Mit der Seneszenz nimmt die oxidative

Dekarboxylierung zu (Neal and Hulme, 1958).

Stark erhöhte CO2-Abgabe wird üblicherweise bei Gärungsvorgängen beobachtet (Kader,

1986). Allerdings konnte bei Verkostungen kein Gärgeschmack in den Birnen festgestellt

werden. Smith and Johnson (1976) berichten, dass B(OH)-4, ein kompetitiver Inhibitor für

Alkohol-Dehydrogenase (ADH), sich möglicherweise direkt mit NAD+

verbindet. So konnten

von Walz et al. (2001) und Seebacher et al. (2001) unter in vitro-Bedingungen

Pyrazolylbiborat-Zink-Ethanol-Komplexe und Pyrazolylborato-Zink-Aldehyd-Komplexe im

Reaktionszentrum von ADH synthetisiert werden. Daraus könnte die Hypothese abgeleitet

werden, dass Bor die Aktivität von ADH durch die Bildung von Bor-Komplexen hemmt,

wodurch die Entstehung von Alkohol verhindert wird oder auf dem für die Fruchtreife

Diskussion 126

üblichen normalen Level verläuft (Lange, 1997). Pyruvat könnte also verstärkt in den

Tricarbonsäure-Zyklus (TCC) einfließen (Abbildung 65) und dadurch eine relativ größere

Freisetzung von CO2 gegenüber verbrauchtem O2 bewirken, was den erhöhten RQ-Wert von

Bor-behandelten Früchten erklären könnte.

Garcia-Gonzales et al. (1988, 1991) und Bonilla et al. (1990) konnten bei Cyano-Bakterien

zeigen, dass Bor durch Komplexbildung mit den Hülnstrukturen des Bakteriums die Diffusion

von Sauerstoff erschweren und dadurch möglicherweise die Atmungsrate modifizieren kann.

Allerdings ist in unseren Versuchen mit CA-gelagerten Früchten eine ähnliche Bor-Wirkung

kaum denkbar, da unter CA-Bedingungen bereits eine sehr niedrige O2- Konzentration

vorhanden ist.

Über den Einfluss von Bor auf die Respiration von Früchten gibt es nur wenig Literatur.

Denkbar wäre, dass Bor durch die Bildung von Bor-Diol-Komplexen wichtige Enzyme des

Atmungsstoffwechsels beeinflusst, was die geringere Atmung von Bor-behandelten Früchten

erklären könnte. Besong und Lawanson (1991) konnten an Maispflanzen zeigen, dass die

Aktivität von respiratorischen Enzymen unter Bor-Mangel verstärkt und durch Bor-

Behandlung erniedrigt wurde. Auch scheint nach Dugger (1983), Shelp (1993), Shkolnik

(1974) und Cakmak und Römheld (1997) bei Bormangel eine gewisse Verschiebung des

Substratflusses von der Glykolyse in den Pentose-Phosphate-Weg stattzufinden (siehe

Abbildung 65).

Die in dieser Arbeit gefundene atmungsvermindernde Wirkung von Ca ist in ihrer Höhe etwa

der beschriebenen B-Wirkung vergleichbar, zumindest bei der O2-Reduktion. Dass Ca die

Atmung von Früchten vermindern kann, wurde schon von Bangerth et al. (1972), Faust und

Shear (1972) und Bramlage et al. (1974) gefunden. Die beobachtete Verminderung könnte

möglicherweise eine Folge der besseren Zellkompartimentierung sein, wobei die Diffusion

der Atmungssubstrate aus den Vakuolen in Richtung Cytoplasma vermindert werden würde.

Die Wirkungssteigerung des Kombinationspräparates B+Ca gegenüber den Einzelnährstoffen,

was sich sowohl auf die O2-Aufnahme wie auf die CO2-Abgabe mit einem Rückgang um 30%

bzw. 36% gegenüber der unbehandelten Kontrolle bemerkbar machte, lässt sich mit einem

additiven Effekt erklären.

Diskussion 127

Abbildung 65: Kohlenhydrat-Metabolismus und seine Beziehung zu anderen Synthesewegen.

Die Nummern sind folgenden Enzymen zugeordnet: (1) Amylase; (2) Stärke-

Phosphorylase; (3) Phosphoglucomutase; (4) UDPG Pyrophorylase/UDPG

Transglycosylase; (5) Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase; (6) 6-Phospho-

gluconat Dehydrogenase; (7) Alkoholdehydrogenase; (8) Phenylalanin-

Ammoniumlyase; (9) Tyrosinase, Peroxidase, Polyphenol-Oxidase, ß-Glucosi-

dase. Die Aktivitäten von (1) und (4) werden durch Bor gefördert, die von (2),

(3), (5)-(9) werden durch Bor vermindert (modifiziert nach Shelp, 1993).

(2)

Stärke

6-P-Gluconolacton

G-6-P

Glykoside

(o-Glykoside,

N-Glykoside)

Pyruvat

Acetyl-CoA

Fructose

Sucrose Glucose

Methionin

Ethylen

G-1-P

UDPG

Pektin

Hemicellulose

Callose Cellulose

F-6-P

Lactat

Ethanol

Acetaldehyd

Glykose

PPP

Shikimisäure-Weg

+

Pi

ADP

ATP

ADP

ATP

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

CO2

TCA

CO2CO2

C4 C6

(1)

(3)

(4)

(5)

(6)

(8)

(7) Phenole

Lignin

Flavonoid (9)

(2)

Stärke

6-P-Gluconolacton

G-6-P

Glykoside

(o-Glykoside,

N-Glykoside)

Pyruvat

Acetyl-CoA

Fructose

Sucrose Glucose

Methionin

Ethylen

G-1-P

UDPG

Pektin

Hemicellulose

Callose Cellulose

F-6-P

Lactat

Ethanol

Acetaldehyd

GlykoseGlykose

PPP

Shikimisäure-Weg

+

PPP

Shikimisäure-Weg

+

PPP

Shikimisäure-Weg

+

PiPi

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

NADP+

CO2CO2

TCA

CO2CO2

C4 C6

TCATCA

CO2CO2

C4 C6C4 C6

(1)

(3)

(4)

(5)

(6)

(8)

(7) Phenole

Lignin

Flavonoid (9)

Phenole

Lignin

Flavonoid (9)

Diskussion 128

5.2.2 Ethylenbildung

Bei ‚Conference’ Birnen konnte bei allen drei gewählten Ernteterminen und allen

Mineralstoffbehandlungen, sowie der Kontrolle, kein Ethylen gefunden werden. Die Ethylen-

produktion setzte erst im Verlauf der nachfolgenden Lagerung ein. Offensichtlich bilden

‚Conference’ Birnen genetisch bedingt erst später und weniger Ethylen als dies bei Äpfeln

bekannt ist (Saquet und Streif, 2001).

Die Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Ethylenbildung unter gemäßigten

CA-Bedingungen (0.7% CO2 +2% O2) nach einem Monat Lagerung einsetzte, während unter

extremeren CA-Bedingungen (5% CO2 +2% O2) dies erst nach zwei Monaten Lagerung

erfolgte. Auch blieb die Höhe von Ethylen im Verlauf der Lagerung bei 5% CO2 auf

niedrigerem Niveau als bei 0,7% CO2. Das zeigt, dass der Hemmeffekt niedriger O2-

Konzentrationen auf die Ethylenbiosynthese zusätzlich durch die Erhöhung der CO2

Konzentration verstärkt wird. Bufler und Streif (1986) berichten über die gleichen

Beobachtungen, was darauf zurückzuführen ist, dass CO2 sowohl die Bildung von ACC aus

SAM wie auch die Umwandlung von ACC zu Ethylen hemmt (Li et al., 1983; Hartmann,

1985). Unter in vivo-Bedingungen kann jedoch auch eine Aktivitätssteigerung in etwas erhöh-

ten CO2–Konzentrationen festgestellt werden (Bufler, 1984; Plich, 1987a, b). Burg und Burg

(1969) postulierten, dass CO2 mit Ethylen um eine Bindungsstelle an einem metallhaltigen

Rezeptor, der Ethylen binden kann, konkurriert. Andererseits vermuten Bangerth (1984) und

Brackmann (1990), dass bei Langzeitlagerung unter CA-Bedingungen die Konzentration

und/oder die Aktivität der Ethylenrezeptoren verändert oder abgebaut werden, so dass der

Effekt von Ethylen z.B. auf die Aromabildung immer geringer wird.

Es ist bekannt, dass O2 an der Ethylensynthese beteiligt ist. Eine Verminderung der O2-

Konzentration in der Lageratmosphäre führt ab etwa 8% zu einer verminderten Ethylenabgabe

(Kader, 1985b), bei 1% O2 ist die Ethylenbildung nahezu völlig gehemmt (Burg und Burg,

1967; Bufler, 1986).

Zwischen den drei Ernteterminen bestand in der Ethylen-Abgabe der Birnen, die bei 0.7%

CO2 +2% O2 gelagert waren, kein klarer Unterschied, während bei 5% CO2 +2% O2 die

Birnen vom dritten Erntetermin in der Ethylenabgabe stets deutlich über den Früchten vom

ersten und zweiten Termin lagen. Das deutet darauf hin, dass später geerntete Früchte

gegenüber CO2–Stress mit höherer Ethylenbildung reagieren. Möglicherweise werden die

seneszenz-induzierenden Enzyme bei reiferen Früchten leichter durch Lagerstress aktiviert.

Wie schon bei der Respiration der Birnen gezeigt, haben B- und besonders B+Ca-

Behandlungen auch auf die Ethylenabgabe eine deutlich reduzierende Wirkung. Dagegen

konnte nach Ca-Applikation in dieser Arbeit keine klare Wirkung auf die Ethylenbildung

Diskussion 129

gefunden werden. Dies steht im Gegensatz zu den üblichen Befunden, dass bei steigender

Ethylenbildung sich auch die Atmungsrate erhöht. So fanden Richardson und Al-Ani (1982)

bei erhöhter Ca-Versorgung eine signifikante Verminderung der Ethylenbildung und der

Respiration von ‚Anjou’ Birnen. Meheriuk und Scholberg (1990) berichten ebenfalls, dass Ca

die Respirationsintensität und Ethylenbildung von Birnen vermindern kann. Die stabilere

Membranstruktur bei gut mit Ca versorgten Zellen bedingt eine bessere Kompartimentierung

und ist auch eine mögliche Erklärung für die verminderte Atmungsintensität (Bangerth et al.,

1972).

Bei gleichzeitiger Anwendung von Bor und Ca konnte jedoch eine verstärkte Verminderung

der Ethylenbildung beobachtet werden. Der Ethylen-mindernde Effekt von B und Ca könnte

mit einer verbesserten Membranfunktion und –stabilität erklärt werden. Die Bedeutung von

Bor für die Struktur der Zellwände und Plasmamembranen wurde bereits mehrfach erwähnt.

Die Bildung von Bor-Pektin-Komplexen wirkt möglicherweise als ein stabilisierender und

struktureller Faktor, der für die Unversehrtheit und das Funktionieren der Membranen von

Bedeutung ist (Loomis und Durst, 1992; Cakmak et al., 1995; Hu et al., 1996; Marschner,

1997). Dadurch kann die Zellkompartimentierung besser und länger aufrecht erhalten werden,

so dass sich Ethylen während der Reife verzögert bildet.

Bedeutender für die Ethylenbildung sind jedoch genetische und enzymatische Faktoren, die

möglicherweise durch Bor beeinflusst werden. Allerdings konnte dazu bisher keine Literatur

gefunden werden.

Denkbar wäre auch, dass Bor Methionin, die Ausgangssubstanz für die Ethylenbildung,

beeinflusst. So berichtet Shelp et al. (1992), dass in Broccoli bei B-Mangel ein spezielles

Glykosid, welches Methionin als Komponente enthält, abnimmt. Im Umkehrschluss könnte

viel Bor die Bildung dieses Glykosids fördern, so dass weniger Methionin zur

Ethylensynthese verfügbar wäre. Siehe dazu auch Abbildung 65.

5.2.3 Einfluss von Bor auf die Konzentration von ATP und ADP

ATP ist die Energiequelle vieler synthetischer Reaktionen. Aufgrund seiner zentralen Position

im Stoffwechsel stellt ATP einen Indikator für den physiologisch / energetischen Status eines

Gewebes dar (Heß, 1999). So kann das ATP- und ADP-Niveau bei der Lagerung von

Früchten z. B. mit der Erhaltung der Zellfunktionen, mit den Zellreparaturmechanismen der

Membranen und mit der Fruchtreife in Verbindung gebracht werden.

Die ATP- und ADP-Konzentrationen im inneren Fruchtfleisch von ‚Conference’ Birnen

nahmen während der CA- Lagerung kontinuierlich ab. Diese Veränderungen von ATP und

Diskussion 130

ADP verliefen ungefähr parallel zum Atmungsverhaltung der Früchte und stimmten auch mit

den Ergebnissen von Saquet et al. (2000) bei ‚Conference’ Birnen während der CA- Lagerung

überein. Auch Tan (1999) konnte feststellen, dass die Respirationsrate und die ATP-

Konzentration von präklimakterisch geernteten Früchten gemeinsam langsam abnehmen. Bei

Früchten, die sich bereits im respiratorischen Klimakterium befanden, nahmen die ATP- und

ADP-Konzentration sowie das Verhältnis von ATP zu ADP dagegen zu. Auch Bunnett et al.

(1987) berichten über steigende ATP-Konzentration bei gleichzeitigem Atmungsanstieg

während der Reife von Avocadofrüchten, die allerdings im Kühllager und nicht wie in

unserem Fall im CA-Lager gehalten wurden.

Allgemein war zu erkennen, dass die ATP-Konzentration in den Bor-behandelten Früchten,

vor allem bei den sechsmal gespritzten, bei der Ernte und während der Lagerung höher war

als bei der Kontrolle. Andererseits zeigten die Bor-behandelten Birnen ein deutlich

niedrigeres Atmungsverhalten und damit Energiebildungsvermögen. Dieser offensichtliche

Widerspruch lässt sich möglicherweise dadurch erklären, dass bei den Bor-Früchten ein

deutlich geringerer Energieverbrauch stattfand und dadurch eine günstigere Bilanz zwischen

Energiebildung und Energieverbrauch resultierte als dies bei den Kontrollfrüchten der Fall

war. Ein geringerer Energiebedarf der Bor-behandelten Früchte wäre durch die verbesserte

Membranstruktur und –funktion und damit dem geringeren Bedarf an Reparaturmechanismen

denkbar.

Abgesehen von obengenannten Gründen könnte bei B-behandelten Früchten auch eine andere

Energieform in größerem Ausmaß genutzt und dadurch der ATP-Verbrauch stärker geschont

werden. Wie schon in Kapitel 5.2.1 beschrieben, konnte Loughman (1961) zeigen, dass Bor

die Aktivität von Phosphoglucomutase reduziert, was zur Anreicherung von Glukose-1-

Phosphat führt. Daraus kann das für Pflanzen wichtige Zuckernukleotid Uridin-Diphosphat-

Glucose (UDPG), oft als ‚aktive Glucose’ bezeichnet, gebildet werden (Heß, 1999). Zwar

dient UDPG im Stoffwechsel meist für Synthesevorgänge und weniger als Energielieferant,

eine gewisseVerschiebung in der Nutzung der Energieformen durch Bor wäre aber denkbar.

5.2.4 Membranpermeabilität des Fruchtgewebes während der Lagerung

Ausgehend von den Werten bei der Ernte, erhöhte sich in unseren Untersuchungen die

Durchlässigkeit der Fruchtmembranen und damit die Leitfähigkeit der Inkubationslösung bei

allen Varianten während der Lagerzeit von ‚Conference’ Birnen. Diese zunehmende

Membranpermeabilität während der Reife und Alterung von pflanzlichem Gewebe äußert sich

in einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit der Inkubationslösung und wurde in vielen

Arbeiten beschrieben (Lurie und Ben-Arie, 1983; Brady, 1987; Thompson, 1988; Stanley,

1991; Harker und Maindonald, 1994). Mit zunehmender Seneszenz gehen Membran-

Diskussion 131

funktionen, vor allem infolge von fortschreitender Lipidperoxidation, verloren (Bir und

Bramlage, 1973; Winston, 1990; Shewfelt und Erickson, 1991; Schaich, 1992). Die

Lipidperoxidation ist eine von vielen Reaktionen, die durch reaktive Sauerstoffspezies

ausgelöst werden kann. In der Regel werden die Fettsäuren durch Lipasen aus den

Membranen abgespalten und erst dann erfolgt die Oxidation.

Nach Bor-, Ca- oder Bor+Ca-Applikation zeigten die Früchte bereits bei der Ernte und

während der Lagerzeit eine geringere Leitfähigkeit und damit vermutlich eine stabilere

Membranstruktur. Es ist schon mehrfach beschrieben worden, dass sowohl Ca wie auch B die

Struktur und die Funktion von Zellwänden und vor allem die Stabilität der Mittellamellen

verbessert (Battey, 1990; Poovaiah, 1993; Goldbach, 1997; Marschner, 1997). Bei geringer

Ca- oder B- Versorgung ist die Membranstabilität vermindert und es kommt zum Ionenaustritt

(Miao et al., 1991; Pfeffer et al., 1998; Xuan et al., 2001a). Die Bedeutung von Bor wird in

unseren Ergebnissen auch dadurch deutlich, dass sich mit zunehmender Spritzhäufigkeit von

Bor die Zunahme der Leitfähigkeit und damit die Durchlässigkeit der Zellmembranen

langsamer vollzog. Zwischen den B-, Ca- und B+Ca- Behandlungen gab es keine klaren

Unterschiede. Das bedeutet, das Ca oder B auf das Ergebnis der Leitfähigkeitsmessungen und

somit möglicherweise auf die Membranverhältnisse bei der untersuchten Birnensorte sich

etwa gleich auswirkten.

Dagegen waren bei ‚Braeburn’-Äpfeln zwischen B- und Ca-Applikationen klare Unterschiede

vorhanden und zwar in der Art, dass Bor-behandelte Äpfel gegenüber den unbehandelten

Kontrollfrüchten nur unwesentlich besser waren, während sich die Ca-Früchte sehr deutlich

unterschieden. Diese geringere positive Wirkung von B-Behandlungen bei Äpfeln zeigte sich

auch in andern Merkmalen wie z.B. dem Verbräunungsbefall im Fruchtfleisch. Generell lagen

die Leitfähigkeitswerte bei ‚Braeburn’ schon bei der Ernte höher als bei ‚Conference’.

Außerdem waren die Veränderungen im Verlauf der Lagerung bei den Äpfeln deutlich

geringer als bei Birnen. Ähnlich Ergebnisse werden von Saquet (2001) berichtet. Sicherlich

beeinflusst die unterschiedliche Fruchtfleischstruktur von Apfel und Birne dieses Verhalten.

Calcium hat möglicherweise beim Apfel eine größere strukturelle und funktionelle Wirkung

auf die Membranen und Zellwände und somit auf das Auftreten von

Fruchtfleischerkrankungen als Bor, während bei der Birne Bor eine größere Bedeutung

zukommt.

Die um drei Wochen verzögert ins CA-Lager eingebrachten Früchte zeigten sowohl bei der

Kontrolle wie auch bei der Bor-Variante deutlich niedrigere Leitfähigkeitswerte, die sich

allerdings bei ‚Kontrolle verzögert’ mit längerer Lagerdauer der ‚sofort CA-gelagerten’

Kontrolle anglichen. Die Leitfähigkeitswerte der Variante ‚Bor verzögert’ blieben dagegen zu

jedem Probenahmetermin niedriger. Die Toleranz von Früchten gegenüber hohen CO2-

und/oder niedrigen O2-Konzentrationen hängt von vielen Faktoren ab, wie den Vor- und

Nacherntebedingungen, Sorte, Reifezustand der Früchte, Abkühlungsrate, Geschwindigkeit

Diskussion 132

der CA- Einstellung oder Lagerdauer (Lidster et al., 1999). Vermutlich werden die

untersuchten inneren Fruchtfleischverbräunungen bei ‚Conference’ Birnen durch die schnelle

Einstellung der CA-Bedingungen verursacht. Bei verzögerter Einstellung der CA-

Konditionen können sich die Früchte möglicherweise an die Lagerbedingungen langsam

adaptieren und so die Toleranz und Resistenz gegenüber dem CA-Stress verbessern. Nach

Bartley (1985a, b) soll es bei stark vermindertem Stoffwechselumsatz unter CA-Bedingungen

im Fruchtgewebe zu einem zu geringen ’turnover’ von Phospholipiden und anderen

Komponenten in den Zellmembranen kommen, was die Temperaturempfindlichkeit des

Gewebes beeinflussen kann. Das heißt, bei CA-Bedingungen könnten Temperaturen, die

unter Luftbedingungen als sicher gelten, physiologische Störung in den Früchten verursachen.

Bei Bormangel verschiebt sich der Substratfluss mehr in Richtung Pentose-Phosphat-Zyklus

(siehe Abbildung 65) und damit in Richtung Phenolbiosynthese (Dugger,1983; Pilbeam und

Kirkby, 1983). Bei der Anreicherung von Phenolen kommt es zur substratinduzierten

Aktivierung von Polyphenoloxidase (Marschner, 1995) und zur Bildung von Quinonen, die

bekanntermaßen stark zellschädigend sind und die Bildung toxischer O2-Spezies verursachen

(Pillinger et al., 1994). Bei mehr Phenolen in Bormangel-Pflanzen könnte auch eine größere

Diffusion von Phenolen aus Gewebescheiben in die Inkubationslösung erwartet werden.

Tatsächlich wurden in dieser Arbeit bei den Kontrollfrüchten mehr freie Phenole in der

Inkubationslösung gegenüber den Bor-behandelten Früchten gefunden. Es wurde allerdings

nicht untersucht, ob sich in den Kontrollfrüchten bereits mehr ’Gesamt-freie-Phenole’

befunden haben oder ob nur der Übertritt in die Inkubationslösung erhöht war.

Die Bestimmung von freien Phenolen könnte auch eine Prognose-Möglichkeit bieten, um

schon frühzeitig Informationen über die Verbräunungsanfälligkeit von Birnen zu erhalten.

Allerdings sind dazu noch weitere Untersuchungen notwendig.

Neben den Phenolen wurde in der Inkubationslösung auch freies Bor gemessen. Hier konnten

überraschenderweise jedoch keine klaren Unterschiede zwischen den B- bzw. Ca-behandelten

Birnen und den unbehandelten Kontrollfrüchten gefunden werden. Eine Erklärung dafür ist

nicht einfach. Pfeffer et al. (1998) berichten in diesem Zusammenhang, dass die erhöhte

Membranpermeabilität von Bormangelblättern durch Ca-Zugabe in die Inkubationslösung

nicht beeinflusst wurde, während Bor sofort wirkte. Das bedeutet, dass Ca nicht ohne weiteres

die Rolle von Bor bei der Erhaltung der Membranintegrität übernehmen kann, also beide nicht

ohne weiteres austauschbar sind. Das würde auch die in vorliegender Arbeit bei

verschiedenen Parametern beobachtete synergistische Wirkung von B+Ca-Behandlungen

erklären. Auch Tang und de la Fuente (1986) konnten zeigen, dass Bor und Ca unabhängig

von einander für die Integrität der Plasma-Membranen erforderlich sind.

Diskussion 133

5.2.5 Fettsäuren und Fettsäuren von Lipiden

Fettsäuren und Lipide sind wichtige strukturelle und metabolische Bestandteile von Pflanzen-

und Fruchtzellen. Sie sind wesentliche Bestandteile für Biomembranen, die die Barrieren

zwischen intrazellulären und extrazellulären Bereichen sowie die Abgrenzungen

verschiedener Kompartimente in der Pflanzenzelle darstellen (Heß, 1999). Störungen der

Lipidzusammensetzung der Membranen als Folge von schlechter Anpassung der Zellen an

Stressbedingungen können bei Früchten zu verschiedenen Lagerstörungen führen (Song und

Bangerth, 1996; Saquet, 2001).

5.2.5.1 Freie Fettsäuren

Die Konzentration an freien Fettsäuren war im Verlauf der gesamten Lagerperiode in den B-

behandelten Früchten niedriger als die in den Kontrollfrüchten, wobei die Unterschiede vor

allem durch die ungesättigten Fettsäuren verursacht wurden. Diese Unterschiede zwischen

den Kontrollfrüchten und B-behandelten Früchten stimmen auch mit den gemessenen

Aktivitäten der Lipase überein.

Vorliegende Ergebnisse ergaben für die gesamten freien Fettsäuren folgende Reihenfolge

entsprechend der gefundenen Mengen: Linolsäure > Palmitinsäure > Ölsäure > Linolensäure

> Stearinsäure > Myristinsäure. Die bedeutendste Fettsäure in der Fraktion der freien

Fettsäuren ist damit die zweifach ungesättigte Linolsäure (C18:2). Das steht im Widerspruch

zu den Ergebnissen von Saquet (2001) bei ‚Conference’ Birnen, wo die Stearinsäure als

wichtigste Komponente der gesamten freien Fettsäuren angeben wurde. Andererseits

entspricht dies den Ergebnissen von Song und Bangerth (2002), dass die Linolsäure die

wichtigste und gleichzeitig empfindlichste der ungesättigten freien Fettsäuren ist. Die hohe

Empfindlichkeit bezieht sich dabei teils auf den Vorgang der Fettsäuresynthese, teils auf die

Aktivität der Desaturasen und teils auf die Aktivität der Lipasen.

Von den gesamten freien Fettsäuren war der Anteil der ungesättigten Fettsäuren etwa doppelt

so hoch wie die der gesättigten Fettsäuren. Bei den ungesättigten Fettsäuren dominierte die

Linolsäure, die nach Vick (1993) neben der Linolensäure durch die besondere Anordnung der

Doppelbindungen (1-cis, 4-cis-Pentadien Struktur) als Substrat für die Lipoxigenase (LOX)

geeignet ist.

Im Gehalt an gesättigten Fettsäuren, vor allem der Palmitinsäure (C16:0), war unmittelbar

nach Lagerbeginn ein gewisser Anstieg zu verzeichnen, der sich im weiteren Verlauf jedoch

wieder auf das Ausgangsniveau reduzierte. Der Grund dafür war möglicherweise die Synthese

andere Fettsäuren, wofür C16:0 die Ausgangssubstanz darstellt. Es gibt zwei unterschiedliche

Diskussion 134

Synthesewege, der eine bildet ungesättigte und der andere gesättigte Fettsäuren. Gesättigte

Fettsäuren werden aus Acetyl-Bausteinen über eine ganze Reihe von enzymatisch

kontrollierten Schritten zusammengefügt bis zu einer Länge von 16 C-Atomen. Längere

Fettsäuren benötigen eine besondere Ketten-Verlängerungs-Sequenz (Ohlrogge und Browse,

1995). Enzymatische Systeme, die für die Fettsäuredesaturierung verantwortlich sind,

erfordern molekularen Sauerstoff sowie reduzierte Pyridinnukleotide wie NADH oder

NADPH (Mazliak 1994).

Insgesamt hat die Fraktion der freien Fettsäuren in den Kontrollfrüchten nach der Ernte bis

ein Monat Lagerung zuerst zu- und hinterher wieder langsam abgenommen. Bei den Bor-

behandelten Früchten erfolgte ein kontinuierlicher Rückgang während der Lagerung. Nach

Senaratna et al. (1984) und Spychalla und Desborough (1990) kann es durch Deesterifikation

zu einer Akkumulation von freien Fettsäuren in der Doppelschicht der Membranen und damit

zu einer erhöhten Membranpermeabilität kommen. Allerdings kann aus den Ergebnissen

dieser Arbeit nicht auf einen Zusammenhang zwischen Membranpermeabilität und der

Konzentration an freien Fettsäuren geschlossen werden. Der beobachtete anfängliche Anstieg

in den Kontrollfrüchten könnte vielleicht auf Lagerstress zurückgeführt werden. Ansonsten

dürften die gemessenen Konzentrationen an freien Fettsäuren im Lagerverlauf metabolische

Zwischenprodukte von Synthese- oder Abbauprozessen darstellen, die möglicherweise keine

Beziehung zur Membranpermeabilität haben.

5.2.5.2 Polare Lipide

Polare Lipide enthalten vor allem Phospholipide und Glykolipide. Die Phospholipide haben

eine zentrale Rolle für die Struktur und Funktion von Biomembranen (Kays 1991).

Hydrophile und lipophile Gruppierungen im Molekül machen sie zu idealen Bestandteilen für

die Lipid-Doppelmembranen (Richter, 1998).

In den vorliegenden Ergebnissen betrug die Gesamtmenge der polaren Lipide nur knapp die

Hälfte der freien Fettsäurefraktion. Dies entspricht auch den Ergebnissen von Song (1994)

und Saquet (2001). Der Hauptanteil an der gesamten polaren Fraktion bildeten die

ungesättigten Fettsäuren, besonders die Linolsäure. Demgegenüber waren die gesättigten

Fettsäuren, mit der Palmitinsäure als wichtigste, mengenmäßig viel geringer. Ähnliche

Verhältnisse werden auch von Wang und Faust (1992) beschrieben. Die unterschiedlichen

Komponenten der Lipide können eine spezifische Rolle bei der Aufrechterhaltung der

Struktur und Funktion der Membranen übernehmen (Dickens und Thompson, 1982).

Die gesamten polaren Fettsäuren (gesättigte und ungesättigte) zeigten nach Bor-Behandlung

eine signifikante Zunahme bis zum dritten Lagermonat gefolgt von einem deutlichen

Diskussion 135

Rückgang bei Lagerende. Die Kontrollfrüchte blieben dagegen weitgehend unverändert.

Bartley (1985a) berichtete, dass die Konzentration der Phospholipide während der Fruchtreife

bei Apfel deutlich zunahm, wie dies bei unseren Ergebnissen bei den ungesättigten Fettsäuren

der Fall war. Dagegen zeigten die Arbeiten von Galliard (1968) und Mazliak (1969) nur

geringe Veränderungen bei den Phospholipiden während der Fruchtreife.

Alle untersuchten sechs Fettsäuren wurden in Bor-behandelten Früchten in höherer

Konzentration gefunden und erfuhren im Verlauf der Lagerung eine mehr oder weniger

deutliche Zunahme, gefolgt von einem Rückgang bei Lagerende. Die Kontrollfrüchte zeigten

dagegen bei fast allen Fettsäuren im Lagerverlauf einen mehr oder weniger deutlichen

Rückgang. Die Fettsäuren der Phospholipide bilden einen hydrophoben ’Schwanz’, der die

Orientierung der Moleküle stark beeinflusst (Kays, 1991). Ein erhöhter Anteil von Fettsäuren

polarer Lipide in den Bor-behandelten Früchten könnte auf eine bessere Membranstabilität

der Bor-behandelten Früchte hinweisen und somit auch erklären, weshalb die Bor-

behandelten Früchte weniger empfindlich gegenüber Lagerstress reagierten.

5.2.6 Aktivität der Lipasen

Lipasen bewirken die Spaltung von Lipiden in freie Fettsäuren. Sie sind beim normalen

Umsatz von Lipiden in den Zellen beteiligt und werden während der Seneszenz der geernteten

Produkte oder unter Stressbedingungen mehr oder weniger schnell aktiviert (Tevini, 1977;

Kays, 1991; Marangoni et al., 1995, 1996; Marechal et al., 1997).

Die Lipase-Aktivität der Kontrollfrüchte war in den vorliegenden Untersuchungen mit

zunehmender Fruchtreife und somit über die ganze Lagerperiode gesehen leicht ansteigend.

Eine Aktivitätszunahme der Lipase wurde von Jiang und Chen (1995) bzw. Jiang et al. (2002)

während der Seneszenz bei Äpfeln und bei Litchi beobachtet. Rhodes and Wooltorton (1967)

fanden, dass die Lipase-Aktivität mit dem Anstieg der Respiration zunahm, aber noch vor

erreichen des klimakterischen Maximums wieder zurück ging.

Nach Bor-Behandlungen war die Lipase-Aktivität bereits bei der Ernte schwächer als bei den

Kontrollfrüchten. Das impliziert, dass Bor die Aktivität der Lipase vermindern oder verzögern

könnte. Der gefundene Gehalt an freien Fettsäuren in dieser Arbeit stimmt mit den Ergebnisse

der Aktivität der Lipase im wesentlichen überein. Die geringere Konzentration von freien

Fettsäuren und die niedrige Aktivität der Lipase in den Bor-behandelten Früchten könnte auch

hier in Zusammenhang mit einer geringeren Atmungsaktivität gebracht werden (Rhodes und

Wooltorton, 1967). Über die Beziehung zwischen Bor und der Aktivität von Lipasen konnten

keine Literaturhinweise gefunden werden. Nur bei Parr und Loughman (1983) wird berichtet,

dass Liposomen aus Maiswurzeln von Bormangel-Pflanzen sehr schnell auf Bor-Zugabe

Diskussion 136

reagierten entweder durch Interaktion von Bor mit den Membranen oder mit den Enzymen

(Shelp 1993).

Durch die verzögerte CA-Lagerung wurde die Aktivitätszunahme bei den Kontrollfrüchten

gebremst und bis zum dritten Lagermonat etwa auf dem Ausgangswert gehalten. Dies könnte

bestätigen, dass Lagerstress die Aktivität der Lipase erhöhen kann, wie dies von Marangoni et

al. (1996) und Marechal et al. (1997) beschrieben wurde.

5.2.7 Lipidperoxidation

Der weitere Lipid-Abbau erfolgte im wesentlichen durch die Lipoxigenase (LOX), ein

Enzym, das für die Peroxidation von polyungesättigten Fettsäuren verantwortlich ist.

Während der Peroxidation bilden sich Hydroperoxide und freie Radikale, wodurch die

Membranstabilität sehr negativ beeinflusst wird (Galliard et al, 1976; Kays, 1991; Vick,

1993).

In dieser Arbeit hatte der Reifezustand zu unterschiedlichen Terminen geernteter

‚Conference’ Birnen keinen Einfluss auf die Höhe der LOX-Aktivität, was möglicherweise

auf den geringen zeitlichen Abstand der einzelnen Erntetermine zurückzuführen ist. Erst

während der Lagerung zeigten sich Unterschiede. Auffallend war bei den Früchten, die unter

CA-Bedingungen mit niedriger CO2-Konzentration (0.7%) gelagert wurden, dass es zuerst bei

den Birnen aller Erntetermine zu einem schnellen Anstieg der Aktivität gekommen ist.

Danach verlief die LOX-Aktivität der späteren Erntetermine auf einem höheren Niveau (Ernte

II) oder steigert sich noch weiter (Ernte III) im Vergleich zu eher abfallenden Werten bei den

Früchten vom ersten Erntetermin. Die ansteigenden LOX-Werte der späteren Erntetermine

können in Übereinstimmung mit dem Fortgang der Reife gesehen werden. Aber wie ist der

schnelle LOX-Anstieg, insbesondere bei dem frühen Erntetermin zu erklären und weshalb

reagierten die Früchte unter gemäßigten CA-Bedingungen (0.7% CO2) mit einem stärkeren

LOX-Aktivitätsanstieg als bei extremen Konzentration von 5 % CO2. In einer Untersuchung

über Veränderungen im antioxidativen Verhalten bei kurzfristiger Lagerung von ‚Conference’

Birnen konnten Larrigaudiere et al. (2001a) eine Anreicherung von H2O2 in Früchten

innerhalb weniger Tage nach der Lagerung feststellen, was auch auf eine schnell einsetzende

Aktivitätssteigerung von LOX nach der Ernte hindeutet.

Die eigenen Untersuchungen zum Kurzzeitverhalten von LOX in Birnenfrüchten, die bei

unterschiedlich hohen CO2-Konzentrationen gelagert wurden, ergaben bereits innerhalb von

sieben Tagen einen schnellen Aktivitätsanstieg, wobei sich höhere CO2-Konzentrationen

kurzfristig (7 Tage) stärker erhöhend auf die LOX-Aktivität auswirkten als niedrige CO2-

Konzentrationen. Allerdings verminderte sich die Aktivität der unter CO2-Stress gelagerten

Birnen im weiteren Verlauf. Dadurch lag nach einem Monat die LOX-Aktivität der unter

Diskussion 137

wenig CO2-gelagerten Früchte über denen in viel CO2-gelagerten Birnen, wie dies auch im

Langzeitversuch gefunden wurde. Das heißt, dass möglicherweise die Lipid-Peroxidation von

Birnenfrüchten bereits innerhalb von 14 Tagen stattgefunden hatte, wie dies auch

Larrigaudiere et al. (2001a) berichteten.

5.2.8 Malondialdehyde

Als Abbauprodukte von Lipid-Hydroperoxiden sind Aldehyde, z. B. Malondialdyhyde,

Ketone und Kohlenwasserstoffe, z. B. Ethan und Ethylen zu finden (Kunert und Dodge,

1989; Winston, 1990).

Der Verlauf des MDA-Gehalts von Birnen mit verschiedenen Spritzhäufigkeiten von Bor

ähnelte sehr stark den Aktivitätsänderungen von LOX. So bewirkte Bor in steigenden

Konzentrationen eine zunehmende Verringerung der MDA-Konzentration während des

gesamten Lagerverlaufs, was auch den gemessenen Leitfähigkeitsänderungen entsprach. Ju et

al. (1994) und Guan und Shu (1996) berichten ebenfalls von höheren MDA-Werten mit

steigender Leitfähigkeit des Fruchtgewebes. Auch bei verschiedenen Ernteterminen zeigte

sich, dass mit zunehmender Fruchtreife höhere MDA-Werte gefunden wurden, was wiederum

auf eine stärkere LOX-Aktivität und Lipidoxidation in reiferen Früchten zurückgeführt

werden kann.


Die Polyphenol-Oxidase (PPO) ist zuständig für die Oxidation von Phenolen zu Quinonen.

Nach allgemeiner Auffassung ist PPO ein in den Chloroplasten oder in nicht grünen Plastiden

lokalisiertes Enzym (Mayer, 1987). Yamaki (1984) berichtet, dass sich nahezu der gesamte

Phenolgehalt (97%) bei Äpfeln in den Vakuolen befindet. Das bedeutet, dass PPO und die

phenolischen Substanzen innerhalb der Zelle getrennt sind und daher bei intakten Membranen

keine enzymatischen Verbräunungen stattfinden können. Birnen gelagert unter erhöhten CO2-

Konzentrationen zeigten nach Untersuchungen von Frenkel und Patterson (1973)

ultrastrukturelle Veränderungen an verschiedenen Organellen und Membransystemen.

Basierend auf diesen Ergebnissen kann man annehmen, dass die beobachteten Verbräunungen

die Folge von Membranveränderungen sind, die zu einer Dekompartimentierung und damit zu

einer Vermischung von Phenolen und PPO führen können (Veltman et al., 1999).

Die Ergebnisse unserer Untersuchungen ergaben eine langsame Aktivitätssteigerung der PPO

während der CA-Lagerung, die etwa parallel zur Veränderung der Leitfähigkeit des

Fruchtgewebes und zum Auftreten von Fruchtfleischverbräunungen verlief. Die Aktivitäten

Diskussion 138

der PPO in den Bor-behandelten Früchten waren signifikant niedriger als die in den

Kontrollfrüchten sowohl bei der Ernte wie auch während der Lagerung, wobei mit

zunehmender Spritzhäufigkeit sich die PPO-Aktivität weiter verminderte. Das könnte

bedeuten, dass steigende B-Gehalte die Aktivität der PPO durch eine Reduzierung des

Phenolgehaltes, also des Substrates beeinflusst haben könnte, obwohl nach Veltman et al.

(1999) der Polyphenolgehalt in Birnen kein limitierender Faktor für die PPO-Aktivität sein

sollte.

Das Komplexbindungsvermögen von Bor mit o-Diphenolen (z.B. Kaffeesäure) vermindert die

Bildung von Quinonen und fördert dadurch die Synthese von Phenol-Alkoholen, den

Ausgangssubstanzen für die Lignin-Biosynthese (Lewis, 1980). Bei Bormangel dagegen

verschiebt sich der Substratfluss mehr in Richtung Pentose-Phosphat-Zyklus und damit in

Richtung Phenolbiosynthese (Dugger, 1983; Pilbeam und Kirkby, 1983; Marschner, 1995)

und zur Bildung von Quinonen, die bekanntermaßen stark zellschädigend sind und die

Bildung toxischer O2-Spezies verursachen (Pillinger et al., 1994). Die Quinone

polymerisieren nachfolgend zu braunen Pigmenten (Melanin). Auch in Fruchtgeweben

erfolgen sichtbare Braunverfärbungen durch die Polymerisation von Quinonen und die

Bindung an Proteine zu Melanin.


Abwehrsystem von ‚Conference’ Birnen

Die Toxizität reaktiver Sauerstoff-Spezies (ROS) beruht auf deren Fähigkeit,

Kettenreaktionen auszulösen, die zur Bildung von weiteren freien Radikalen führen, die

Membranschäden durch Lipidperoxidationen und schließlich das Absterben von Zellen

verursachen können (Elstner 1987). Auch Früchte haben antioxidative Abwehrmechanismen

entwickelt, mit denen sie die freien Radikale entschärfen können, sei es durch enzymatisch

wie nicht-enzymatisch wirkende Substanzen.

5.3.1 Antioxidatives Verhalten bei der Ernte und während der Lagerung

Das antioxidative Potential (AP) umfasst alle antioxidativ wirkenden Substanzen, die in eine

polare, wasserlösliche Fraktion (vor allem Vitamin C, Phenole) und eine apolare, fettlösliche

Fraktion (Vitamin E, Carotinoide) unterschieden werden können (Schmitz, 1997).

Bei den Messungen des gesamten AP der verschiedenen Bor-Varianten gegenüber den

ungespritzten Kontrollfrüchten unterschieden sich diese bei der Ernte nicht, während in der

nachfolgenden Lagerung und vor allem bei Lagerende eine deutlichere Differenzierung

zwischen den mehrfach mit Bor gespritzten und den nur zweimal bzw. ungespritzten

Kontrollfrüchten auftraten. Diese Unterschiede ließen sich auf eine über die gesamte

Diskussion 139

Lagerdauer anhaltende Zunahme im Gehalt des wasserlöslichen und wasserunlöslichen AP

bei den mehrfach Bor-gespritzten Birnen zurückführen. Das könnte bedeuten, dass erst bei

einem ausreichend hohen Bor-Gehalt eine deutliche Wirkung auf das antioxidative Potential

erzielt werden kann.

Der Anteil des wasserlöslichen antioxidativen Potentials am Gesamtpotential betrug bei allen

Versuchen mehr als 90%. Das heißt, dass vor allem das Verhalten des wasserlöslichen Anteils

den Gesamtverlauf bestimmt hatte. Eine wesentliche Komponente des wasserlöslichen

antioxidativen Potentials ist die Ascorbinsäure. Die Bedeutung von Bor könnte neben der

direkten Wirkung auf die Struktur und Funktion der Membranen auch in seiner Wirkung auf

das antioxidative Abwehrsystem der Zellen bestehen. So nimmt nach Lukaszewski und

Blevins (1996) und Cakmak und Römheld (1997) bei Sonnenblumen mit der Schwere der

Bor-Mangelsymptome die Konzentration der Ascorbinsäure merklich ab.

Auch in unseren Ergebnissen wurde bei besserer Bor-Versorgung der Früchte ein höherer

Ascorbinsäuregehalt bei der Ernte und eine langsamere Abnahme des Gehalts während der

Lagerung festgestellt. Allerdings kann das Verhalten der Ascorbinsäure die beobachtete

Zunahme des antioxidativen Potentials nicht erklären. Dies dürfte auch bei den von uns

untersuchten Birnen, mit einem stets sehr niedrigen relativen Gehalt an Ascorbinsäure im

inneren Cortexbereich der Frucht, der Fall sein. Prior und Cao (2000) stellten fest, dass der

Beitrag von Vitamin C zur gesamten antioxidativen Kapazität der Früchte normalerweise

kleiner als 15% war. Allerdings sagt bei der großen Regenerationsfähigkeit von Vitamin C die

vorhandene Menge an Vitamin C noch nicht viel aus über ihre physiologische Bedeutung.

Mengenmäßig gesehen bedeutet dies aber, dass bei den meisten Früchten auch andere

antioxidativ wirkende Pflanzeninhaltsstoffe eine größere Bedeutung haben, die vor allem den

Phenolen und dabei der großen Gruppe der Flavonoide zuzurechnen sind. Es sei darauf

hingewiesen, dass es bisher jedoch noch sehr wenige Untersuchungen zur Quantifizierung der

antioxidativen Kapazität in Früchten gibt (Prior und Cao, 2000). Eine zumindest indirekte

Wirkung von Bor auf den Phenolstoffwechsel kann aber aus den deutlichen Unterschieden bei

den PPO-Aktivitätsmessungen abgeleitet werden.

5.3.2 Vitamin C-Gehalt

Im Verlauf der Fruchtentwicklung nahm der Ascorbinsäuregehalt im inneren und im äußeren

Cortex zu. Außerdem lagen über den gesamten Untersuchungsbereich die AS-Werte im

äußeren Fruchtfleisch- stets etwas höher als im inneren Fruchtfleischbereich. Nach Foyer

(1993) ist eine gute Belichtung am Baum für eine erhöhte Bildung von Vitamin C notwendig.

Auch Stoll (1997) und Chennan und Streif (2002) fanden in gut belichteten Äpfeln einen

höheren Gehalt an Ascorbinsäure als in Schattenfrüchten. In einer Literaturübersicht stellten

Diskussion 140

Lee und Kader (2000) die Bedeutung der verschiedenen Vor- und Nacherntefaktoren für den

Vitamin C-Gehalt in Obst und Gemüse dar. Von den klimatischen Faktoren haben dabei das

Licht und die Temperatur den stärksten Einfluss (Klein und Perry, 1982). Zwar ist Licht für

die Ascorbinsäuresynthese selbst nicht notwendig, die Menge und die Intensität von Licht

während des Wachstums beeinflusst aber die Photosynthese und damit die Bildung von

Zuckern, die als Vorstufen für Ascorbinsäure dienen. Generell kann man feststellen: Je

geringer die Lichtintensität ist, um so weniger Ascorbinsäure wird im Pflanzengewebe

gefunden (Harris, 1975).

Die mögliche Bedeutung von Bor auf den Ascorbinsäuregehalt, wie von Lukaszewski und

Blevins (1996) und Cakmak und Römheld (1997) bei Sonnenblumen beschrieben, wurde

bereits dargestellt. Die Beobachtung, dass die Hemmung des Wurzelwachstums in B-

Mangelpflanzen von Cucurbita pepo durch Ascorbinsäure-Zugabe teilweise wieder

aufgehoben werden konnte (Lukaszewski und Blevins, 1996), lässt auf eine Beteiligung von

B an der AS-Synthese oder am AS–Umsatz schließen (Smirnoff et al., 2001). Auch unsere

Ergebnisse mit höheren AS-Gehalten nach Bor-Behandlung, bzw. einem veränderten

Verhältnis zwischen AS und DHAS lassen eine Aktivitätssteigerung des Ascorbinsäure-

Glutathion Zykluses vermuten.

Unterschiedliche Erntetermine beeinflussten den Vitamin C-Gehalt in der Weise, dass mit

späterer Ernte geringere Werte festgestellt wurden. Auch Lee und Kader (2000) verweisen auf

den Einfluss der Fruchtreife auf den Vitamin C-Gehalt, wobei je nach Fruchtart der Vitamin

C-Gehalt in reiferen Früchten teils höher, teils auch niedriger sein kann. So nimmt der Gehalt

an Ascorbinsäure bei Aprikose und Pfirsich mit der Reife zu, während er bei Apfel und

Mango abnimmt (Lee und Kader, 2000).

Die nachfolgende CA-Lagerung bei erhöhten CO2-Konzentrationen führte zu einem raschen

Rückgang im Ascorbinsäure-Gehalt. Unter Kühllager-Bedingungen zeigen Früchte und

Gemüse eine langsame aber stetige Abnahme (Lee und Kader, 2000). Bei CA-Lagerung

jedoch kann oftmals ein sehr schneller Ascorbinsäureabbau beobachtet werden, verursacht

durch die Höhe der CO2-Konzentrationen. Bangerth (1977) fand einen beschleunigten Verlust

von Ascorbinsäure in Äpfeln, die unter erhöhter CO2-Atmosphäre gelagert wurden. Die

Ascorbinsäure kann in erhöhtem CO2 stärker verringert werden als die Dehydro-Ascorbin-

säure (Agar et al., 1997). Lagerung in 2% O2 und 10% CO2 führte zu einem Verlust von 60%

an Ascorbinsäure in ‚Conference’ Birnen (Velman et al., 1999b).

Viel CO2 könnte vielleicht die Oxidation von Ascorbinsäure durch die Ascorbat-Peroxidase

(APX) stimulieren. Literaturhinweise dazu konnten allerdings nicht gefunden werden. Nur

Mehlhorn (1990) fand eine Zunahme der APX-Aktivität in Verbindung mit einer gesteigerten

Ethylenbildung. Allerdings wurde in unseren Versuchen bei Lagerung in erhöhten CO2-

Konzentrationen eine verringerte Ethylenbildung beobachtet.

Diskussion 141

Die bei der Ernte deutlich vorhandenen Unterschiede im AS-Gehalt zwischen den Bor- bzw.

Calcium-behandelten Varianten und den Kontrollfrüchten glichen sich im Verlauf der

nachfolgenden CA-Lagerung immer mehr an. Der gravierendste AS-Abfall erfolgte dabei

während des ersten Lagermonats. Larrigaudiere et al. (2001a) beobachteten ebenfalls bei

‚Conference’ Birnen einen sehr schnellen Rückgang im AS-Gehalt während der ersten 20

Tage. Danach erfolgte eine gewisse Erholungsphase, aber nur bei den im Kühllager bzw. in

gemäßigten CA-Bedingungen gelagerten Früchten. Bei Lagerung in hohen CO2–Konzen-

trationen blieb der AS-Gehalt auf niedrigem Niveau, vergleichbar unseren Ergebnissen. Aus

diesen wird gefolgert, dass nach einer Anpassungsphase an die Stress-bedingungen der

Lagerung sich das Regenerationsvermögen im Ascorbinsäure-Glutathion-Zyklus unter

gemäßigten Lagerbedingungen wieder weitgehend erholen kann, während bei CO2 die

Schädigung erhalten bleibt. Lentheric et al. (1999) stellten fest, dass der Rückgang von

Ascorbinsäure teilweise mit einer Zunahme der Dehydro-Ascorbinsäure einher ging, was auf

einen gesteigerten Regenerationsprozess von Ascorbin-Dehydro-Ascorbinsäure hindeuten

könnte.

Unter erhöhtem CO2-Stress werden in hohem Maß Antioxidantien zum Schutz der

Zellmembranen gebraucht und die Regeneration der Antioxidantien wird gestört,

möglicherweise noch verstärkt durch einen Mangel an verfügbarer Energie als Folge des

Atmungsrückgangs unter CA-Bedingungen. Eine Folgerung aus diesen Untersuchen war, dass

die Wirkung von CO2 auf den Gehalt an Ascorbinsäure vor allem auf eine Beeinflussung des

Ascorbat-Glutathion-Zykluses beruhen könnte. Die Komponenten und möglichen Zusammen-

hänge im nicht-enzymatisch und enzymatisch wirkenden antioxidativen Abwehrsystem sind

in Abbildung 66 dargestellt.

5.3.3 Enzymatisches antioxidatives Abwehrsysteme

Superoxid-Dismutase (SOD) und Katalase (CAT) sind zusammen in der Lage, zwei reaktive

Sauerstoffspezies, nämlich Superoxid und Wasserstoffperoxid, in den Zellen zu deaktivieren

(Butt, 1980; Scandalios, 1993). Dabei katalysiert SOD zuerst die Disproportionierung von

zwei Superoxid-Radikalen zu Wasserstoff-Peroxid und Sauerstoff, danach kann CAT das

entstandene Wasserstoffperoxid aus den Zellen durch Bildung von Wasser und molekularem

Sauerstoff entfernen. Damit sind sie in der Lage, die Entstehung des aus Superoxid und

Wasserstoffperoxid gebildeten, äußerst reaktiven Hydroxyl-Radikals (OH·) zu verhindern und

die Zellen vor oxidativen Schädigungen zu bewahren.

Diskussion 142

Abb. 66: Membranschädigung durch Lipidperoxidation durch freie Radikale und mögliche zelluläre Abwehrmechanismen.

Die Substanzen in Doppelrahmen wurden im Rahmen dieser Arbeit bestimmt

NADP+

NADPH+H+

GSH

GSSG

GR

CAT

SOD

DHAS

2,3 Keto-Gulonsäure

AS MDHA.

NAD NADH

H2O2 H2O

H2O + O2

O2-

ROS

OH.

CYTOPLASMA

DHAR

AS Ascorbinsäure APX Ascorbat-Peroxidase CAT Catalase

DHAR Dehydroascorbins.-Reductase GPX Glutathion-Peroxidase GSH Glutathion in reduzierter Form

GSSG Glutathion in oxidierter Form LOX Lipoxigenase MDA Malondialdehyd

MDHAR Monodehydroascorbs.-Reductase SOD Superoxid-dismutase TBARS Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen

Substanzen in Dopperahmen

wurden bestimmt

MDHAR

MEMBRANE

-Tocopherol -Tocopherol-

-RH

Membran

-lipide

-ROO-

Alkylperoxyl-

radical

-ROOH

Lipid-

peroxide

z.B.

TBARS

Ethan

MDA

LOX

TBARS

Ethan

MDA

GPX

APX

Freie Radikale

NADP+

NADPH+H+

GSH

GSSG

GR

CAT

SOD

DHAS

2,3 Keto-Gulonsäure

AS MDHA.

NAD NADH

H2O2 H2O

H2O + O2

O2-

ROS

OH.

CYTOPLASMA

DHAR

AS Ascorbinsäure APX Ascorbat-Peroxidase CAT Catalase

DHAR Dehydroascorbins.-Reductase GPX Glutathion-Peroxidase GSH Glutathion in reduzierter Form

GSSG Glutathion in oxidierter Form LOX Lipoxigenase MDA Malondialdehyd

MDHAR Monodehydroascorbs.-Reductase SOD Superoxid-dismutase TBARS Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen

Substanzen in Dopperahmen

wurden bestimmt

MDHAR

MEMBRANE

-Tocopherol -Tocopherol-

-RH

Membran

-lipide

-ROO-

Alkylperoxyl-

radical

-ROOH

Lipid-

peroxide

z.B.

TBARS

Ethan

MDA

LOX

TBARS

Ethan

MDA

GPX

APX

Freie Radikale

Diskussion 143


SOD-Bestimmungen an Bor-behandelten Früchten ergaben bei Lagerbeginn eine nur

unwesentlich erhöhte Aktivität gegenüber den Kontrollbehandlungen. Ab dem dritten

Lagermonat lagen die SOD-Werte leicht unter denen der Kontrollfrüchte. Ein deutlicher

Einfluss von Bor auf die Aktivität von SOD ist daher nicht zu erkennen. Auch Cakmak und

Römheld (1997) fanden keinen Unterschied bei SOD zwischen Bor-armen und Bor-reichen

Sonnenblumenblättern. Dagegen beobachtete Xiao (1998) eine Aktivitätsminderung von SOD

bei Bormangel in Raps-Pflanzen.

Nahezu gegensätzlich dazu verhielten sich die Bor-behandelten bzw. Kontrollfrüchte bei den

CAT-Messungen. Hier lagen die Aktivitätswerte der Kontrolle zuerst über und später unter

den B-behandelten Früchten. Das könnte bedeuten, dass bei den Bor-behandelten Früchten

bei Lagerbeginn mehr Wasserstoffperoxid in den Zellen angereichert war. Diese erhöhte

Konzentration schädlicher Wasserstoffperoxide könnte allerdings durch eine erhöhte Aktivität

von Peroxidasen eliminiert worden sein. Aktivitäts-Messungen an Peroxidasen wurden in den

vorliegenden Untersuchungen allerdings nur mit der substratspezifisch wirkenden Ascorbat-

Peroxidase (APX), die im Cytosol lokalisiert ist, durchgeführt. Diese zeigte eine konstant

niedrige Aktivität ohne Unterschiede zwischen den Bor– und Kontrollfrüchten während der

gesamten Lagerperiode. Eine Entgiftung des Wasserstoffperoxids durch andere Peroxidasen

wäre durch sein hohes Diffusionsvermögen denkbar, obwohl nach Stafford (1974) die

Peroxidasen in den Zellwänden und im Apoplasten lokalisiert sind und das

Wasserstoffperoxid bevorzugt im Cytosol entsteht.

Neben Peroxidasen kann auch Glutathion eine Entschärfung von Wasserstoffperoxid

bewirken, das entsprechend unseren Ergebnissen bei den Bor-behandelten Früchten in

deutlich höherer Aktivität gemessen werden konnte.

Die in unseren Versuchen beobachtete abnehmende Aktivität von SOD und CAT während der

Lagerung werden durch ähnliche Ergebnisse von Larrigaudiere et al. (2001b) bestätigt. Die

Bedeutung von Bor auf die Verminderung von Fleischverbräunungen während der CA-

Lagerung bei Birnen dürfte daher weniger in einer Aktivierung des enzymatisch wirkenden

antioxidativen Abwehrsystems liegen, als hauptsächlich in einer Beeinflussung der

Membranfunktion und –struktur (siehe oben).

Bei den am Ascorbinsäure-Glutathion-Zyklus beteiligten Enzymen Monodehydro-Ascorbat-

reduktase (MDHAR) und Dehydro-Ascorbatreduktase (DHAR) konnten keine klaren

Unterschiede zwischen den mit oder ohne Bor behandelten Birnen festgestellt werden.

Tendenziell wurden bei den B-behandelten Birnen in der zweiten Hälfte der Lagerperiode

eine höhere Aktivität dieser Enzyme gemessen.

Diskussion 144

Dagegen zeigte die Glutathion-Reduktase (GR) nach Borbehandlung deutlich höhere

Aktivität. GR ist essenziell notwendig für die Aufrechterhaltung höherer Konzentration von

Glutathion, was wiederum für die Reduktion der DHAS zu AS und zur Entgiftung von H2O2

notwendig ist (Foyer et al., 1994). Auch Cakmak und Römheld (1997) konnten bei Bor-

Mangel eine verminderte GR-Aktivität feststellen, und sie sahen es als sehr wahrscheinlich

an, dass verminderte Konzentrationen an Ascorbinsäure, SH-Verbindungen und GR die

Entstehung von B-Mangel bedingten Zellschäden verschlimmern können. Die von uns in gut

mit Bor versorgten Früchten festgestellten höheren GR-Aktivitäten stehen demnach in guter

Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen.


Bei den Erntetermin-Versuchen ergaben die Aktivitätsmessungen der verschiedenen Enzyme

bestimmte Abhängigkeiten vom Reifezustand der Früchte. Die zuletzt geernteten Birnen

zeigten die höchste SOD-, jedoch die niedrigste CAT-Aktivität. Das könnte bedeuten, dass

die Früchte vom dritten Erntetermin, die im Vergleich zum optimalen Termin etwa eine

Woche zu spät geerntet wurden, höheren Konzentrationen an H2O2 ausgesetzt waren. Dies um

so mehr, als auch keine erhöhten GR-Aktivitäten festgestellt werden konnten und auch die

APX-Aktivität sich mit späterem Erntetermin verringerte. Das bei spät geernteten Birnen

beobachtete höhere Verbräunungsrisiko könnte zumindest damit teilweise erklärt werden.

Auch Lentheric et al. (1999) beobachteten, dass die Aktivität der SOD und CAT mit der Reife

von ‚Conference’ Birnen abgenommen hatte, wobei nach Du und Bramlage (1994) bei Apfel

große Sortenunterschiede in der Aktivität der SOD feststellbar waren.

Im Verlauf der CA-Lagerung unter gemäßigten und extremen CO2-Konzentrationen zeigte

sich bei der SOD-Aktivität im Verlauf des ersten Lagermonats eine deutliche Erhöhung,

gefolgt von einem Rückgang im weiteren Lagerverlauf. Das deutet darauf hin, dass die

Früchte in Anpassung auf den plötzlich auftretenden Lagerstress mit einer Aktivitäts-

steigerung reagierten, die bei den unter viel CO2-gelagerten Birnen auch länger andauerte. Bei

der CAT-Aktivität waren diese Änderungen weniger ausgeprägt und gemäßigte CA-

Bedingungen erniedrigten die CAT-Aktivität. Auch Larrigaudiere et al. (2001b) fanden eine

höhere SOD-Aktivität in ‚Blanquilla’ Birnen unter CO2-Stressbedingungen bei Lagerbeginn,

während Wang et al. (2000) bei Kiwi mit abnehmender Fruchtfestigkeit d.h. längerer

Lagerdauer eine Aktivitätssteigerung sowohl bei SOD wie bei CAT feststellte.

Die Wirkung von Ascorbinsäure-Infiltration auf die kurzfristigen Aktivitätsänderungen von

APX und GR ergaben bei den Kontrollfrüchten unter CO2-Stress (5%) nach 7 Tagen einen

deutlichen Aktivitäts-‚Peak’, während bei wenig CO2 (0,7%) dieser erst nach 14 Tagen auftrat

und sich auch nur schwächer zeigte. Diese Ergebnisse bestätigen, dass innerhalb weniger

Diskussion 145

Tage nach Lagerbeginn eine erhöhte Stressabwehrreaktion abläuft, bei der je nach

Ausstattung des antioxidativen Abwehrsystems sich entscheidet, ob eine Frucht diese Phase

schadlos übersteht oder nicht. Das könnte auch die positive Wirkung einer verzögerten CA-

Lagerung erklären, bei der Lagerstress während der kritischen Adaptionsphase zu

Lagerbeginn durch eine Kühllagerung vermindert wird.

5.4 Zusammenhang zwischen den Bor-Behandlungen und der Entstehung

physiologischer Erkrankungen bei ‚Conference’ Birnen

Aus den Ergebnissen dieser Arbeit und der diskutierten Literatur ist nachfolgend in

Abbildung 67 eine Hypothese über die mögliche Wirkungsweise von Bor bei der

Verhinderung physiologischer Fleischverbräunungen bei ‚Conference’ Birnen, gelagert unter

hohen CO2- und niedrigen O2 –Konzentrationen, dargestellt.

Die CA-Lagerung bei hohen CO2- und/oder niedrigen O2-Konzentrationen bewirkt einen

Lagerstress auf die Früchte, wobei ein Überschuss von freien Radikalen die Membranen

angreifen. Die Membranlipide werden verändert und einzelne Fettsäuren neben der

enzymatischen Abtrennung (siehe Lipasen) durch Peroxidation herausgelöst und abgebaut.

Dadurch verlieren die Membranen nach und nach ihre Struktur und Funktion, was schließlich

zu einem Verlust der Zellkompartimentierung führt. Die Folgen dieser Membranschäden sind

ein Absterben der Zelle und nachfolgend Verbräunungsreaktionen von phenolischen

Inhaltsstoffen durch PPO mit sichtbaren Fruchtfleischschäden. Dieser Schädigungsablauf

kann durch das fruchteigene antioxidative Abwehrsystem aufgehalten werden, welches je

nach Wachstums- und Erntebedingungen der Birnen unterschiedlich gut ausgestattet und in

der Lage ist, die freien Radikale zu entschärfen und stabilisierend auf die Fruchtmembranen

zu wirken.

Eine erhöhte Versorgung des Fruchtgewebes mit Bor kann einerseits das fruchteigene

Abwehrsystem verbessern und außerdem auch direkt die Struktur und die Funktion der

Zellmembranen stärken. Bor kann außerdem durch Komplexbildung mit Phenolen den Anteil

freier Phenole vermindern und dadurch die Vebräunungsreaktionen reduzieren.

Um die essentiellen Zellfunktionen zu sichern, ist eine ausreichend hohe Energieversorgung

durch die Atmung notwendig. Die Fruchtatmung wird jedoch generell durch CA-

Lagerbedingungen vermindert, wobei es bei zu hohen CO2- und/oder zu niedrige O2-

Konzentrationen zu einem Energiemangel und im Extremfall zu Gärungsvorgängen mit der

Folge einer Anreicherung von Ethanol und Acetaldehyd kommen kann.

Diskussion 146

Abbildung 67: Möglicher Ablauf bei der Entstehung von CA-lagerbedingten Fruchtfleisch-

verbräunungen bei ‚Conference’ Birnen und mögliche Schadensminderung

durch Bor

Acetaldehyd und Ethanol erhöhen die Permeabilität der Mitochondrienmembranen und

verändern das elektrochemische Potential, was eine Absenkung der ATP-Synthese bewirkt.

Der Energiezustand der Zelle ist entscheidend für die Reparatur der Membranen, die Synthese

der polaren Lipide und die Regeneration des antioxidativen Abwehrsystems. Zwar wird die

Atmung bei guter Bor-Versorgung der Früchte vermindert und damit die Bildung von ATP

Lipide

polar + neutral

Freie Fettsäuren

TBARS

(MDA)

+

Ethylen

Energiestatus

ATP/ADP

Atmung

Acetaldehyd

Ethanol-Bor-

Komplex

Bor-

Spritzung

Freis

Phenole

Verbräunung

Anti-

oxidantien,

Enzymat.

Abwehrsystem

Innere

Fruchtfleisch-

Verbräunungen

CA-Lager

mit viel CO2 und/oder

wenig O2

Membranen

Funktion + Stabilität

Membranen

Funktion + Stabilität

Verlust der Zell-

Kompartimentierung

Verlust der Zell-

Kompartimentierung

Freie

Radikale

Streß

Freie

Radikale

Freie

Radikale

StreßStreß

+B

-B

+B

-B

PPO

+B

-B

+B

-B

(+)

(-)(-)

+B

-B

+B

-B

+B -B+B -B

-B

+B

-B

+B

-B +B-B +B

-B +B-B +B

+B -B+B -B

-B

+B

-B

+B

(+)(+)

(-)(-)

(+)

Späte Ernte

reifere Früchte

(-)(-)

Diskussion 147

verringert, trotzdem kann sich die Energiebilanz durch einen geringeren Verbrauch für

Reparaturmechanismen verbessern. Mehr ATP in den Bor-behandelten Früchten steht für

weitere Synthese von polaren Lipiden zu Verfügung. Außerdem kommt es zu

Komplexbildung von Bor mit Acetaldehyd und/oder Ethanol, wodurch Membranschäden und

Fleischverbräunungen verringert werden.

Zusammenfassung 148

6 Zusammenfassung

Die Lagerung von Äpfeln und Birnen in kontrollierter Atmosphäre (CA-Lagerung) verlängert

die Haltbarkeit, erhöht jedoch die Empfindlichkeit der Früchte gegenüber physiologischen

Störungen, wie Fleischverbräunungen und Kavernenbildung im inneren Bereich des Cortex-

gewebes.

Im Zusammenhang mit der Entstehung von physiologischen Erkrankungen bei Früchten ist

die Bedeutung von Calcium schon lange bekannt. Auch von Bor (B) kennt man aus neueren

Untersuchungen eine ganze Reihe von möglichen Wirkungen, die für die Struktur und

Funktion von Zellwänden und Plasmamembranen und/oder für das antioxidative Abwehr-

system der Pflanzenzellen von Bedeutung sein könnten.

Um die Ursachen der Fruchtfleischverbräunungen besser verstehen zu können, wurden in den

Jahren 1998 bis 2001 mit der für diese Erkrankung besonders anfälligen Birnensorte

‚Conference’ und ergänzend mit der Apfelsorte ‚Braeburn’ Versuche zu folgenden Frage-

stellungen durchgeführt:

1. Welche Bedeutung haben Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere Bor-

Applikationen auf Merkmale:

der Fruchtqualität und –reife

den Mineralstoffgehalt

das Auftreten physiologischer Fruchtfleisch-Erkrankungen

2. Wie wirken sich die verschiedenen Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere

Bor-Applikationen auf Merkmale der Fruchtphysiologie wie :

Atmung, Ethylenbildung und ATP/ADP-Gehalte bei der Ernte und während der

CA-Lagerung

Membranpermeabilität des Fruchtgewebes während der Lagerung

Membran-Lipide und Fettsäuren während der CA-Lagerung aus

3. Können Vor- und Nacherntemaßnahmen und insbesondere Bor-Applikationen das

fruchteigene Stress-Abwehrsystem beeinflussen und wie verändern sich dabei:

der Vitamin C-Gehalt im Laufe der Fruchtentwicklung und der Lagerung

das enzymatische antioxidative Abwehrsystem

Die Versuche wurden an der ehemaligen Versuchsstation für Obstbau der Universität

Hohenheim, seit 2001 Kompetenzzentrum für Obstbau, in Ravensburg-Bavendorf durch-

geführt.

Die wichtigsten Ergebnisse sind:

Durch die Wahl des Erntetermins und der nachfolgenden CA-Bedingungen wurde die

Bildung und Erhaltung der Fruchtqualität wie des Zucker- und Säuregehalts, der Frucht-

Zusammenfassung 149

fleischfestigkeit, der Grünfärbung sowohl bei ‚Conference’ Birnen wie auch bei ‚Braeburn’

Äpfeln mehr oder weniger stark beeinflusst. Entscheidend für die Verminderung von inneren

Fleischverbräunungen und Kavernen ist jedoch, dass die Früchte nicht zu spät geerntet

werden und keine zu hohen CO2-Konzentrationen (>1,5 % CO2) im CA-Lager zum Einsatz

kommen. Die Anfälligkeit der Früchte gegenüber Fruchtfleischverbräunungen und Kavernen-

bildung konnte in diesen Untersuchungen durch eine drei Wochen dauernde verzögerte

Einstellung der CA-Lagerbedingungen vermindert werden.

Bor-Applikationen in Form von mehreren Blattspritzungen im Verlauf der Fruchtwachs-

tumsperiode können bei ‚Conference’ Birnen das Auftreten der CA-bedingten Fruchtfleisch-

erkrankungen sehr deutlich verringern bzw. ganz verhindern. Die Ergebnisse in den einzelnen

Versuchsjahren waren jedoch nicht einheitlich, was zumindest teilweise mit einer unter-

schiedlich hohen Bor-Aufnahme in den verschiedenen Jahren erklärt werden kann.

Bei der kombinierten Applikation von Bor und Calcium kann eine synergistische Wirkung

beobachtet werden. B-Blattspritzungen können sehr wirksam die B-Konzentration in den

Früchten und Blättern erhöhen. Außerdem war die Bor-Konzentration in den Früchten um ein

Vielfaches größer als in den Blättern, was auf eine aktive Verlagerung von Bor von den

Blättern in die Früchte hindeutet.

Mit zunehmender Anzahl von Borspritzungen wird vor allem das im Zellsaft gelöste Bor

angereichert während der Gehalt des in den Zellwänden gebundenen wasserunlöslichen Bors

sich kaum verändert.

Im Gegensatz zur insgesamt positiven Wirkung von B-Spritzungen bei ‚Conference’ Birnen

ist die Wirkung bei ‚Braeburn’ Äpfeln insgesamt eher negativ zu beurteilen. Denn neben der

günstigen Wirkung auf die Verminderung innerer Fleischverbräunungen und Kavernen, ist

bei Äpfeln oftmals eine Zunahme von Kernhausbräune und Glasigkeit zu beobachten. Daher

sind Borbehandlungen bei Äpfeln für die Praxis weniger zu empfehlen.

Sowohl unter den CA- wie auch unter Kühllagerbedingungen zeigten die B-behandelten

Birnen eine niedrigere Atmungsrate und eine geringere Ethylenbildung im Vergleich zur

unbehandelten Kontrolle. Trotz verminderter Atmung war der Energiestatus (Adeninnukleo-

tid-Konzentration) der Bor-behandelten Früchten bei der Ernte und während der Lagerung

jedoch höher als bei der Kontrolle, was mit einem geringeren Energieverbrauch der Bor-

behandelten Früchte durch eine verbesserte Membranstruktur und –funktion und damit einem

geringeren Energiebedarf für Reparaturmechanismen erklärt werden könnte. Dafür sprechen

auch niedrigere Leitfähigkeitswerte, die an Gewebescheiben von Bor-behandelten Birnen

festgestellt wurden.

Für eine stabilere Struktur der Zellmembran spricht außerdem, dass die Konzentration an

freien ungesättigten Fettsäuren im Verlauf der gesamten Lagerperiode in den B-behandelten

Zusammenfassung 150

Früchten niedriger war als in den Kontrollfrüchten. Dagegen zeigten die Fettsäuren der

polaren Lipide, als wesentliche Komponenten von Membranen, nach Bor-Behandlung eine

signifikante Zunahme bis zur Mitte der Lagerperiode, gefolgt von einem deutlichen Rückgang

bei Lagerende. Der Gehalt in den Kontrollfrüchte blieb dagegen weitgehend unverändert.

Bor-Spritzungen wie auch eine verzögerte CA-Lagerung verringerte die Lipoxygenase (LOX)

-Aktivität bei ‚Conference’ Birnen im CA-Lager. Dagegen blieben die unterschiedlichen

Erntetermine ohne Auswirkung auf die LOX-Aktivität.

Der Gehalt von Malondialdehyd (MDA), einem Abbauprodukt von Membranlipiden, verlief

in Bor-behandelten Birnen sehr ähnlich zu den Aktivitätsänderungen von LOX, d.h.. Bor in

steigenden Konzentrationen hatte eine zunehmende Verringerung der MDA-Konzentration

während des gesamten Lagerverlaufs zur Folge.

Die Aktivität der Polyphenoloxidase (PPO) in den Bor-behandelten Früchten war signifikant

niedriger als die in den Kontrollfrüchten, sowohl bei der Ernte wie auch während der

Lagerung, wobei mit zunehmender Spritzhäufigkeit sich die PPO-Aktivität weiter verminder-

te. Die Ergebnisse verliefen etwa parallel zur Veränderung der Leitfähigkeit des Fruchtgewe-

bes und zum Auftreten von Fruchtfleischverbräunungen. Bei den Kontrollfrüchten wurden

mehr freie Phenole in der Inkubationslösung gegenüber den Bor-behandelten Früchten

gefunden. Die Bestimmung von freien Phenolen könnte eine Prognose-Möglichkeit bieten,

um schon frühzeitig Informationen über die Verbräunungsanfälligkeit von Birnen zu erhalten.

Untersuchungen zum antioxidativen Abwehrsystem der Birnen ergaben mit späterem

Erntetermin einen Rückgang im gesamten antioxidativen Potential (AP) und damit einher-

gehend eine größere Anfälligkeit gegenüber Fruchtfleischerkrankungen. Nach Bor-Applika-

tion unterschieden sich die Früchte bei der Ernte im AP nur unwesentlich. Mit fortschrei-

tender Lagerdauer erhöhte sich das AP der mehrmals mit Bor behandelten Früchte kontinuier-

lich und lag bei Lagerschluss deutlich über dem der Kontrollfrüchte.

Hohe CO2-Konzentrationen in der Lageratmosphäre (5%) verursachten unmittelbar nach

Lagerbeginn eine stärkere AP-Zunahme, gefolgt von einem Rückgang der Werte auf das

Ausgangsniveau. Der Anteil des wasserlöslichen antioxidativen Potentials am Gesamt-

potential betrug mehr als 90% bei allen Versuchen.

Der Ascorbinsäuregehalt (AS) im inneren und äußeren Cortexbereich zeigte im Verlauf der

Fruchtentwicklung eine deutlich höhere Zunahme, besonders bei den Bor-, Bor plus Ca- und

Ca-behandelten Birnen gegenüber den unbehandelten Kontrollfrüchten. Innerhalb eines

Monats nach der Ernte erfolgte im CA-Lager jedoch ein rascher AS-Abbau, wobei sich die

Bor-Varianten in ihrem Vitamin C-Gehalt (AS plus DHAS) gegenüber den Kontrollfrüchten

stets durch einen erhöhten DHAS-Gehalt auszeichneten, was auf einen gesteigerten

Regenerationsprozess von AS im Ascorbinsäure-Glutathion-Zyklus hinweisen könnte.

Zusammenfassung 151

Je später die ‚Conference’ Birnen geerntet wurden, um so weniger Vitamin C wurde

festgestellt. Während der CA-Lagerung verringerte sich der Vitamin C-Gehalt im ersten

Lagermonat sehr deutlich, besonders drastisch bei höherer CO2-Konzentration.

Bor-Applikationen hatten auf das enzymatische antioxidative Abwehrsystem bei Birnen nur

einen geringen Einfluss. Untersucht wurden die Aktivitätsverläufe von Superoxid-Dismutase

(SOD), Katalase (CAT) und Ascorbat-Peroxidase (APX) von der Ernte bis zum Ende der CA-

Lagerung. Dabei ergaben sich nur geringe Aktivitätsveränderungen, die mit dem Auftreten

der Fruchtfleischerkrankungen nur schwer in Zusammenhang gebracht werden konnten.

Die an der Regeneration der Ascorbinsäure sowie der reduzierten Form von Glutathion

beteiligten Enzyme Dehydro-Ascorbinsäure-Reduktase (DHAR), Mono-Dehydro-Ascorbin-

säure-Reduktase (MDHAR) und Glutathion-Reduktase (GR) zeigten bei den Bor-behandelten

Birnen eine leichte Aktivitätssteigerung.

Die Hauptrolle von Bor bei der Verminderung von Fruchtfleischverbräunungen liegt nach

diesen Ergebnissen nicht so sehr in einer Steigerung des antioxidative Abwehrsystem sondern

eher in einer Stärkung der Funktion und Struktur der Zellmembranen.

In der Zusammenfassung der Ergebnisse wird folgendes Modell zur Entstehung von

Fruchtfleischschäden diskutiert:

Die CA-Lagerung bei hohen CO2- und/oder niedrigen O2-Konzentrationen bewirkt einen

Lagerstress auf die Früchte. Als Folge davon werden Membranlipide aus den Membranen

herausgelöst und abgebaut, wodurch diese ihre Struktur und Funktion verlieren, was

schließlich zu einem Verlust der Zellkompartimentierung führen kann. Eine alternative

Erklärungsmöglichkeit wäre, daß die verminderte ATP Konzentration unter diesen

Lagerbedingungen nicht mehr ausreicht die erforderlichen Membran-Reparaturmechanismen

aufrecht zu erhalten. Es kommt zum Absterben der Zelle mit nachfolgenden Verbräunungs-

reaktionen phenolischer Inhaltsstoffe durch PPO und Sichtbarwerden der Fruchtfleisch-

schäden. Dieser Schädigungsablauf kann u.a. durch eine erhöhte Versorgung des Frucht-

gewebes mit Bor gemildert oder verhindert werden. Dabei kann Bor die Struktur und die

Funktion der Zellmembranen stärken und in gewissem Umfang das fruchteigene Abwehr-

system aktivieren. Außerdem kann ein besserer Energiezustand der Bor-behandelten Früchte

den für essentielle Zellfunktionen notwendigen Energiebedarf sichern helfen.

Summary 152

7 Summary

Internal Flesh Browning Disorders on 'Conference' Pear and 'Braeburn' Apple

- Influence of Pre- and Post-harvest Measures on the Characteristics of

Postharvest Fruit Physiology and Stress Defensive System Specially Considering

on the Effect of Boron

The storage of apples and pears in controlled atmosphere (CA) improves the keepability of

fruits, but increases the sensitivity for physiological disorders, such as internal browning and

formation of cavities in the inner cortex of fruits.

The importance of calcium (Ca) in relation to physiological fruit disorders is well known. In

more recent investigations possible effects of boron (B) on the structure and function of cell

walls and plasma membranes and/or on the antioxidative defence system of plant cells are

reported, too.

To better understand the reasons of internal browning disorders, experiments with a suscep-

tible pear (cv.‘Conference’) and apple (cv. ‘Braeburn’) cultivar were performed from 1998 till

2001.

During the course of these experiments the following questions should be addressed:

Which effects have pre- and postharvest treatments, especially the applications of B for:

- the quality and ripening of fruits

- the mineral content

- the occurrence of physiological disorders.

What is the effect of different pre- and postharvest treatments, especially the

applications of B, on postharvest characteristics of the fruit, viz.:

- respiration rate, ethylene production, and ATP/ADP content

- membrane permeability of fruit tissues during the storage

- lipids and fatty acids of membranes during CA storage

Can pre- and postharvest treatments, especially the applications of B, affect the

antioxidative defence system of fruits, like:

- the content of vitamin C during the development and storage of fruits

- the enzymatic antioxidative defence system

The experiments were done at the former ‘Versuchsstation für Obstbau’ of the University of

Hohenheim, which now is called ‘Kompetenzzentrum für Obstbau’ at Ravensburg-Bavendorf.

The most important results are:

Summary 153

The formation and maintenance of quality, such as sugar and acid content, fruit firmness, and

colour of fruit skin, could be strongly affected by the choice of picking date and by the

following CA-storage conditions in ‘Conference’ pears as well as ‘Braeburn’ apples.

However, it was decisive for the prevention of internal browning disorders that the fruits were

not harvested too late and that the CO2-concentrations in CA-storage were not too high (>

1,5% CO2).

The occurrence of internal browning and cavities could be markedly reduced by a three week

period of cool storage before the CA storage started (delayed CA).

Boron treatments, applied as several foliar sprays during the later period of fruit development,

could clearly decrease or totally prevent the occurrence of CA-related fruit flesh disorders in

pears. These results varied in a greater extent between the different years, however. The

variation could be partly explained by a various B-uptake rates in the different years.

A synergetic effect was observed when B and Ca were applied in combination. Foliar sprays

of B can effectively increase the B-concentration in the fruits as well as in the leaves.

Additionally, the B-concentration in the fruits was much higher than in the leaves, which

suggests an active B transport from leaves to fruits.

With an increased number of B-sprays, B accumulated mainly in the cell sap, while the

concentration of water insoluble B in the cell wall was hardly changed.

In contrast to these positive effects of B-sprays in ‘Conference’ pears, negative effects of B-

treatments could be observed in ‘Braeburn’ apples. The occurrence of internal flesh browning

and cavity formation was, as in pears reduced, however, other physiological disorders such as

core flush and water core were promoted. Therefore, B-application in order to reduce

browning disorders in apples can not be recommended in fruit production.

Under CA- as well as under cold storage conditions, the B-treated pears showed lower

respiration rates and ethylene formation compared with untreated control fruits. In spite of

this decreased respiration, the energy status of tissue from B-treated fruits was higher than

that of control fruits, at harvest and during the entire storage period. An explanation could be

that B-treatments improved membrane structure and –function requiring less energy for repair

mechanisms. A better status of membranes in B-treated pears was also confirmed by lower

permeability values measured on discs of the fruit tissue.

Another indication for more stable membranes of B-treated pear fruits was, that the content of

free unsaturated fatty acids during the entire storage period was lower than in the control

fruits. On the contrary, the fatty acids of the polar lipids, as essential components of

membranes, showed a significant higher concentration during the storage period of B-treated

fruits, whereas the content in the control fruits remained unchanged.

Summary 154

B-application as well as delayed CA-storage reduced lipoxygenase (LOX) activity in

‘Conference’ pears in CA-storage. In contrast, the different harvest times didn’t affect LOX

activity.

Malondialdehyde (MDA), a catabolite of membrane lipids, showed very similar behaviour to

LOX activity: increased number of B-applications reduced the MDA concentration during the

whole storage period.

The activity of polyphenoloxidase (PPO) in B-treated fruits was significantly lower than in

control fruits at the harvest as well as during the storage period. Additionally, increasing the

number of B-sprays reduced PPO activity further. These results were in accordance with

changes in permeability of fruit tissue and with the occurrence of browning disorders. More

free phenols in the incubation solution of control fruits were found compared to B-treated

fruits. The determination of free phenols, therefore, might be a diagnostic marker for the

occurrence of internal flesh browning in pears under CA-storage.

The examination of the antioxidative defence system of the pear fruits resulted in a drop of

the total antioxidative potential (AP) with later harvest dates, accompanied by a higher

incidence of fruit flesh disorders. At harvest, AP-values of B-treated and untreated fruits were

very similar, but AP increased continuously in the B-treated fruits with ongoing storage time

up to the end of the storage period.

High CO2-concentration (5% CO2) in the storage atmosphere caused a rapid increase in AP,

immediately after the beginning of CA-storage, followed by a rapid decrease to initial values.

The share of water soluble AP on the total AP was more than 90% in all experiments.

The ascorbic acid (AS) content in the inner and outer cortex tissue increased during the period

of fruit development and more so in the B-, B+Ca- and Ca-treated pears than in untreated

fruit. After harvest, the AS-content decreased very rapidly within the first month of CA-

storage, but vitamin C content (AS + DHAS) of the B-treated pears remained higher, mainly

as a result of an increased DHAS concentration. This might be an indication for an increased

regeneration of AS by the ascorbat-glutathione-cycle.

The later the ‘Conference’ pears were harvested, the lower was the vitamin C concentration.

High CO2-concentration (5%) in CA-storage resulted in a more rapid breakdown of vitamin C

content compared to a low CO2-concentration (0.7%).

B-treatments affected the enzymatic antioxidative defence system of pears only marginally.

The activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX)

were tested from harvest time up to the end of the CA storage period. Only small differences

between control and B-treated fruits were found and no relationship with the occurrence of

fruit flesh disorders could be observed.

Summary 155

The enzymes involved in the regeneration of AS as well as in the reduction of glutathione

(dehydroascorbate reductase (DHAR), monodehydroascorbate reductase (MDHAR)

glutathione reductase (GR)) showed a slight increase in activity in the B-treated pears.

According to these results, the main effect of B with regard to the reduction in flesh browning

disorders does not seem to be strongly related to an increase in the antioxidative defence

system, it rather seems to strengthen structure and function of cell membranes.

In summary a model for the formation of fruit flesh disorders is discussed:

Late harvest and CA-storage under high CO2- and/or low O2-concentrations causes storage

stress to the fruits. As a result, the membrane lipids may deteriorate and the membranes lose

their structure and function. Alternatively, membrane repair mechanisms may diminish

because of the low concentration of adenine nucleotides with the same outcome as above. At

the end, cell compartmentation is reduced and the cells decompose. Oxidation of phenols by

PPO occurs and finally browning disorders become visible. This process can be reduced or

prevented by an increased B-supply. B can strengthen the structure and the function of cell

membranes and improve the fruit defence system to a certain extend. Additionally, B-treated

fruit tissues, because of their improved membrane structure, may attain a higher energy

charge and thus a better cell functioning.

Literaturverzeichnis 156

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Erklärung / Versicherung

Ich erkläre hiermit, dass die vorliegende Arbeit von mir selbst, lediglich unter Verwendung

der angegebenen Literaturquellen und Hilfsmitteln, angefertigt wurde.

Außerdem versichere ich, dass ich nicht bereits früher oder gleichzeitig einen Antrag auf

Eröffnung eines Promotionsverfahrens unter Vorlage der hier eingereichten Dissertation

gestellt habe.

Ravensburg, den 12. November 2002

Haibo Xuan