ROS-Physiologie (Cannabis)
Kurzdefinition
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) in Cannabis entstehen an vier subzellulären Quellen: - doi: 10.3390/agronomy12071492 Chloroplast (¹O₂, O₂⁻), Mitochondrien (O₂⁻), Peroxisomen (H₂O₂) und Plasmamembran-RBOH (apoplastisches O₂⁻/H₂O₂). H₂O₂ ist der wichtigste ROS-Botenstoff (relativ stabil, membranpermeabel). Glanduläre Trichome produzieren intrinsisch H₂O₂ als THCAS/CBDAS-Nebenprodukt.
Wissenschaftliche Beschreibung
ROS-Spezies-Vergleich
| ROS-Spezies | Symbol | HWZ | Reaktivität | Aktionsradius |
|---|---|---|---|---|
| Hydroxyl-Radikal | OH• | ~1 ns | Extrem hoch, indiskriminativ | <2 nm |
| Singulett-Sauerstoff | ¹O₂ | ~1–4 µs | Hoch, selektiv (Doppelbindungen) | ~100 nm (Chloroplast) |
| Superoxid-Anion | O₂⁻ | ~1–4 µs | Mittel | ~200 nm (lokal) |
| Wasserstoffperoxid | H₂O₂ | ~1 ms | Mittel, selektiv | Zell-zu-Zell (systemisch) |
Entstehungsorte
Chloroplast: PSII → ¹O₂ (³Chl*-Mechanismus); PSI → O₂⁻ (Mehler-Reaktion, Ferredoxin + O₂)
Mitochondrien: Komplex I + III → O₂⁻ → Mn-SOD (mitochondrial) → H₂O₂
Peroxisomen: Glykolat-Oxidase (Photorespiration) + β-Oxidation → H₂O₂ → Catalase
Plasmamembran-RBOH: N-terminale EF-Hand-Motive (Ca²⁺-gebunden) → NADPH → apoplastisches O₂⁻ → H₂O₂; RBOHD (systemische ROS-Welle), RBOHF (Entwicklung, Stomata)
Cannabis-Spezifika
Cannabis-Trichome sind intrinsisch oxidativ: THCAS/CBDAS (Flavoenzyme) produzieren H₂O₂ als Nebenprodukt der CBGA-Oxidation → erhöhte basale ROS in Sekretdrüsen → natürliches Milieu für ROS-Cannabinoid-Verbindung (Islam 2022).
Basale vs. Stress-ROS-Spiegel
- Basal (kein Stress): cytosol. H₂O₂ ~0,1–5 µM → Redox-Signaling ohne Schaden
- Stress (Hochlicht, Salz, Hitze): H₂O₂ 10–100× erhöht → oxidative Schäden wenn Antioxidantien überfordert
Anbau-Relevanz
- Stressmanagement: Moderater oxidativer Stress (z.B. durch LED-Spektrum, Islam 2022) → Cannabinoid-Hochregulation; exzessiver Stress → Schäden. Balance entscheidend.
- Nährstoffversorgung für Antioxidantien: Schwefel (GSH-Biosynthese), Eisen (Fe-SOD), Kupfer (Cu/Zn-SOD) → ausreichende Versorgung für ROS-Homöostase
- Substrat-pH: Beeinflusst Fe/Mn-Verfügbarkeit → indirekt SOD-Isoform-Aktivität
Verwandte Begriffe
- antioxidative-enzyme — SOD/CAT/APX als enzymatische ROS-Kontrolle
- ros-signaling — H₂O₂ als systemisches Signal
- ros-cannabinoid-link — RBOH-ROS → Cannabinoid-Akkumulation
Quellen
- PMC6857786 — RBOH-abhängige ROS und Scavenging
- PMC10258463 — Extrazelluläre ROS-Signaling
- PMC9634648 — Cannabinoid-Akkumulation durch RBOH-ROS (Islam 2022)
Quellen
- https://doi.org/10.3390/agronomy12071492
- Danziger N & Bernstein N (2022): Abiotic factors and phytocannabinoid production in cannabis. Agronomy 12(7):1492. doi:10.3390/agronomy12071492