Detailansicht

Comparative anatomical studies of medicinally used drugs of the Asteraceae and their possible adulterations

Elisabeth Fritz

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Johannes Saukel

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

DOI

10.25365/thesis.15831

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30102.66137.924759-8

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Für die Identifikation und Reinheitsprüfungen von Arzneidrogen ist neben chemischen Methoden die mikroskopische Analyse von großer Bedeutung und steht auch in den Pharmacopoen an erster Stelle. Voraussetzung für eine zuverlässige Qualitätskontrolle ist somit die detaillierte Kenntnis der anatomischen Strukturen der verwendeten Pflanzenorgane der einzelnen Heilpflanzen. Obwohl Beschreibungen der wichtigsten Arzneidrogen vorliegen, sind deren nahe Verwandte kaum untersucht und es stellt sich die Frage, ob eine Differenzierung zur medizinisch genutzten Stammpflanze möglich ist und inwieweit Unterschiede der einzelnen Arten / Gattungen in ihrer anatomischen Struktur existieren. Diese Arbeit konzentriert sich auf die unterirdischen Organe der Asteraceae – eine vielfältige Pflanzenfamilie, die nicht zuletzt aufgrund ihrer weiten Verbreitung auf allen Kontinenten (ausgenommen der Antarktis) eine große Anzahl an Heilpflanzen liefert, ‐ und erweitert das Wissen über die Wurzelstockanatomie der Asteraceae, um die Identifizierung bzw. Feststellung von Verfälschungen mithilfe einer der grundlegenden Methoden der Pharmakognosie – der Mikroskopie – zu ermöglichen. Die Wurzeln / Rhizome von 59 Arten aus 33 Gattungen / 12 Subtriben der Tribe Cardueae and Cichorieae, beinhaltend arzneilich genutzte Taxa (beispielsweise Taraxacum sp., Carlina acaulis, Cichorium intybus) und deren nahe Arten bzw. Gattungen, wurden mit mikroskopischen Methoden analysiert und im Sinne der vergleichenden systematischen Pflanzenanatomie einander gegenübergestellt. Um eine Variation der Merkmale innerhalb einer Art zu berücksichtigen, wurden jeweils mehrere Belege, sofern möglich von unterschiedlichen Standorten, untersucht (Quer‐ und Längsschnitte jedes Beleges, Datenbank beinhaltend etwa 5500 Fotos). Das Pflanzenmaterial stammt großteils aus Eigenaufsammlungen in Österreich, Italien, Deutschland, Slowakei und Polen, jedoch wurden auch Belege des Herbariums des Department of Pharmacognosy, Universität Wien (WUP) miteinbezogen. Zusätzlich wurden diverse Arten im Arzneigarten des Departments angebaut, um die Entwicklung der Pflanzen mitverfolgen zu können. Um zu sehen, ob die anatomische Wurzelstrukturen die aktuelle Taxonomie, die vorwiegend auf morphologischen, karyologischen und molekularen Daten beruht, unterstützt, wurden die einzelnen neu erhobenen Merkmale mit DNA‐Daten (DNA‐Sequenzen von der Internal Transcribed Spacer (ITS)‐Region [ITS1, 5.8S und ITS2]) aus der GenDatenbank abgeglichen. 12 verschiedenen Berechnungsmethoden (sich beziehend auf Cluster‐Analysen [Ward, Complete Linkage] und Maximum Parsimony) wurden mit den DNA‐ und mikroskopischen Daten durchgeführt, um sie miteinander zu vergleichen und Gemeinsamkeiten und Verbindungen zwischen den einzelnen Berechnungsmethoden bzw. den Arten aufzuzeigen. Die Klassifikationsmatrix einer Diskriminanzanalyse wies eine a priori Klassifikationswahrscheinlichkeit von 100% aller Subtribe bis auf die Hypochaeridinae (96.77 %; ein Sample von Prenanthes purpurea wurde fälschlich zu den Lactucinaen gezählt) auf. Die Unterscheidung der zwei Triben Cardueae and Cichorieae ist bei europäischen Arten durch das Auftreten von Harzgängen (Cardueae) einerseits und Milchröhren (Cichorieae) andererseits leicht möglich. Im Unterschied zur bisherigen Literatur konnte jedoch das Auftreten von endodermalen Harzgängen bei jungen Wurzeln von Cichorium intybus L. nachgewiesen werden. Genauere Untersuchungen zur Struktur und Position der Sekretgänge machen eine weiterführende Unterscheidung zwischen einzelnen Arten / Gattungen möglich. Aufgrund der Entstehung, der Ausdehnung und der Gestalt, der an die Sekretgänge angrenzenden Zellen, können die Sekretgänge / ‐behälter in verschiedene Typen unterteilt werden. Als weitere wichtige Differenzierungsmerkmale erwiesen sich neben der allgemeinen Aufteilung der Gewebe u.a. die Präsenz und Lokalisation von Sklereiden, Fasern und Tracheen und deren Wandverstärkungen / Tüpfel. Der größte gemessene Durchmesser von Tracheen hingegen – obwohl in der Literatur vielfach als Identifikationsmerkmal angegeben – muss mit Vorsicht betrachtet werden, da große Unterschiede selbst innerhalb einer einzelnen Wurzel (beispielsweise Silybum marianum, Hypochaeris radicata) auftreten können. Als Sonderfall unter den untersuchten Arten zeigten sich Saussurea discolor und S. pygmaea durch das Auftreten von interxylärem Kork. Die Anatomie der unterirdischen Organe ermöglicht eine eindeutige Abgrenzung der arzneilich genutzten Pflanzen von ihren nahen Verwandten, wenn auch nicht aller untersuchten Arten voneinander. Innerhalb einer Gattung ist eine weiterführende Differenzierung anhand anatomischer Kriterien manchmal nicht durchführbar (z. B. Taraxacum, Arctium, Tragopogon), manchmal hingegen durchaus (z. B. Scorzonera). Durch das nun erweiterte Wissen über die Anatomie bislang noch nicht untersuchter Arten, können etwaige Verfälschungen vermieden und dadurch die Sicherheit der Verwendung von Arzneidrogen erhöht werden.

Abstract

(Englisch)

Apart from chemical methods, light microscopic analyses are of great significance and rank first in the official pharmacopoeia for the identification and purity control of medicinally used drugs. Detailed knowledge of the anatomy of used plant organs, hence, is crucial for a reliable quality control. Although descriptions of the most important medicinally used drugs are available, respective data from related plant taxa are rarely investigated. As a consequence, the anatomical differentiation of pharmaceutically used and inconsiderable plants remained in many cases dubious and it’s questionable to which extend differences between the single species / genera exist. This work concentrates on the subterranean organs of the Asteraceae, a highly diverse plant family of wide geographic distribution (it occurs on all continents except Antarctica) which comprises a large number of medicinal plants. The study aims to widen the knowledge on the root anatomy of the Asteraceae as a basis for the identification and the detection of adulterations by means of light microscopy, one of the basic methods of the pharmacognosy. The roots and rhizomes of 59 species out of 33 genera / 12 subtribes of the tribes Cardueae and Cichorieae, comprising medicinally used taxa such as Taraxacum, Carlina acaulis, Cichorium intybus, and their pharmaceutically insignificant close relatives, were analysed by microscopic means and the anatomical data compared to each other (transverse and longitudinal sections of each sample, databank comprising about 5500 pictures). Intraspecific variation of anatomical features was addressed by examination of several vouchers coming in most cases from different locations. The plant material was mainly collected in Austria, Italy, Germany, Slovakia and Poland. Additionally, various species were cultivated in the experimental garden of the department to study the developmental aspect. In order to verify if root anatomy supports the current prevalently morphology, karyology and DNA‐molecular based taxonomy of the studied tribes, the anatomical features were compared to phylogenies reconstructed from sequences of the internal transcribed spacer (ITS) region of the nuclear ribosomal DNA (including ITS1, 5.8S and ITS2 obtained from the GenBank). 12 different computations dealing with the DNA and microscopical data (either referring to cluster analyses [Ward, Complete Linkage] or to maximum parsimony) have been performed, revealing similarities and connections between the different calculations and samples. A classification matrix of a discriminant function analysis showed an a priori classification probability of 100% of all subtribes except the Hypochaeridinae (with 96.77 %; with one sample from Prenanthes purpurea being misclassified as member of the Lactucinae). The discrimination of the tribes Cardueae and Cichorieae based on the studied European species is particularly possible due to the occurrence of secretory ducts (Cardueae) and lactifers (Cichorieae). In contrast to the published literature though, further, the development of endodermal resin ducts within young roots of Cichorium intybus L. could be proofed. Detailed investigations into the structure and spatial position of the secretory ducts provide additional characters for discrimination of single species and genera. The secretory structures can be classified into diverse types based on developmental features, their extension, and form parameters of the cells lining the ducts. Additional important characters of discriminative power – besides the arrangement and extension of principal tissues within the underground organs – are the presence and spatial position of sclereids, fibers and vessels including the fine structure of wall thickenings and pits. On the contrary, the diameter of the largest vessels has to be considered with care – though often stressed in literature – since this character can vary largely within a single root (e.g. as in Silybum marianum and Hypochaeris radicata). Saussurea discolor and S. pygmaea were special among the examined taxa due to the occurrence of interxylary cork. In summary, the anatomy of the subterranean organs allows a delimitation of the studied medicinally used taxa from their close relatives, even though discriminative characters did not become available for all possible species comparisons. Discrimination of species within a single genus based on anatomical features was thus not possible in some cases (e.g. Taraxacum, Arctium, Tragopogon), yet in others it is (e.g. Scorzonera). The enlarged anatomical dataset holds strong implications for the identification of possible adulterations of plant drugs, which, consequently, may be avoided for the sake of safety of herbal drugs.

Autor*innen

Elisabeth Fritz

Haupttitel (Englisch)

Comparative anatomical studies of medicinally used drugs of the Asteraceae and their possible adulterations

Paralleltitel (Deutsch)

Vergleichende systematische Pflanzenanatomie and Arzneidrogen der Familie der Asteraceae und ihre möglichen Verfälschungen

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

229 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Michael Wink ,

Franz Bucar

Klassifikation

42 Biologie > 42.59 Botanik: Sonstiges

AC Nummer

AC08805520

Utheses ID

14208

Studienkennzahl

UA | 091 | 449 | |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter