Charakterisierung hydrophiler Permeationswege in der pflanzlichen Kutikula anhand der Permeationseigenschaften ionischer Aminosäuren

Um sich vor dem Austrocknen zu schutzen, haben Pflanzen eine Transpirationsbarriere entwickelt, die als Membran alle primaren, oberirdischen Pflanzenteile uberzieht. Diese so genannte Kutikula besteht hauptsachlich aus den lipophilen Komponenten Kutin und Wachs und reduziert so effektiv den Verlust von Wasser und wasserloslichen Nahrstoffen aus dem Blattinneren. Trotzdem ist sie nicht vollstandig undurchlassig, und so konnen Wasser und geloste Substanzen wie organische und anorganische Nahrstoffe, Pestizide oder Umweltchemikalien die Kutikula in beiden Richtungen permeieren. Dabei ist offensichtlich, dass die zu Grunde liegenden Transportmechanismen den Ernahrungszustand der Pflanzen, die Effizienz von Pestiziden und die Wirkung von Umweltchemikalien beeinflussen. Ein genaues Verstandnis der Transportprozesse auf denen die kutikulare Permeation basiert, kann helfen die Wirkweise von blattapplizierten Dunge- und Pflanzenschutzmitteln zu optimieren, indem gezielt Wirk- oder Zusatzstoffe modelliert werden konnen, welche die Aufnahme steigern. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb der Einfluss physiko-chemischer Eigenschaften von hydrophilen Verbindungen auf die kutikulare Permeation untersucht werden. Nicht zuletzt wegen ihrer strukturellen Ahnlichkeit mit den blattapplizierten Herbiziden Glufosinat und Glyphosat wurden Aminosauren als Modellsubstenzen ausgewahlt. Die verwendeten Aminosauren sind gut wasserloslich, wobei alle Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten kleiner als 1 sind. Zusatzlich liegen alle Aminosauren in geloster Form als Ionen vor, was zu einer Hydratisierung der Molekule fuhrt. Es wird spekuliert, dass hydratisierte Molekule keinen Zugang zur lipophilen Phase der Kutikula haben. Welche Rolle die Hydrathulle bei der Permeation tatsachlich spielt, ist allerdings noch unklar. Viele Aktivwirkstoffe liegen nur unter ganz bestimmten Bedingungen in geladener Form vor, wahrend die Richtung der kontinuierlichen Nettoladung der Aminosauren durch den pH Wert modifiziert wird. Damit kann der Einfluss verschiedener Ladungszustande auf die kutikulare Permeation unter Verwendung eines einheitlichen Sets von Modellsubstanzen untersucht werden. Unter naturlichen Bedingungen sind Aminosauren unter anderem auf Blattoberflachen zu finden, wo sie blattassoziierten Mikroorganismen eine profitable Nahrungsquelle bieten. Ob ausere Faktoren fur die Deposition dieser Recourcen verantwortlich sind, oder ob der Ursprung innerhalb des Blattgewebes liegt, wird kontrovers diskutiert. Die Sorption von Aminosauren in isolierte Kutikularmembranen ist sehr gering, und korreliert - anders als bei lipophilen Substanzen - nicht mit dem Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten. Das zeigt, dass der Verteilung von lipophilen und hydrophilen Substanzen innerhalb der Kutikula verschiedene Mechanismen zu Grunde liegen. Unter einer gegebenen Bedingung werden die kutikularen Leitwerte der Aminosauren negativ vom Molvolumen beeinflusst. Zudem ubersteigt die Lange des Permeationswegs die eigentliche Dicke der Membran um ein Vielfaches. Diese…