Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Chinesischen Yams Pflanze Dioscorea polystachya. Diese faszinierende Pflanze aus der Familie der Dioscoreaceae ist aufgrund mehrerer Faktoren von Interesse. Wegen ihrer stärkehaltigen Knollen wird sie als Nahrungsmittel eingesetzt. Neben dem daraus resultierenden hohen Nährwert hat die Chinesische Yams jedoch auch ethnobotanische und ethnopharmakologische Relevanz. Sie Bestandteil verschiedener Arzneipflanzenzubereitungen in der Traditionellen Chinesischen Medizin und der Afrikanischen Zulu-Medizin. Die therapeutischen Einsatzgebiete sind ebenso vielfältig wie ihre phytochemischen Verbindungen. Am interessantesten ist dabei die Anwendung bei Diabetes und zur Linderung postmenopausaler Symptome. Die gesundheitsfördernden und ernährungsphysiologischen Eigenschaften zeigen die gesellschaftliche Bedeutung der Pflanze und ihr besonderes Potential. Sie sind ein wesentlicher Treiber, die Kultivierung der Pflanze auch außerhalb ihrer natürlichen Anbaugebiete, den tropischen und subtropischen Regionen, zu fördern. Ihr Anbau in Deutschland trägt zur Biodiversität bei und ist daher richtigerweise auch in der nationalen Bioökonomiestrategie der Bundesregierung angesiedelt. Die Kultivierung der Chinesischen Yams ist hierzulande noch kosten- und zeitintensiv. Sie muss verbessert werden, um das Potential der Pflanze auch tatsächlich in relevantem Umfang nutzbar zu machen. Dieser Herausforderung stellt sich die vorliegende Arbeit und das damit zusammenhängende EKO-YAM Projekt. Sie verfolgen das Ziel, eine kosteneffiziente und nachhaltige Anbaumethode zu entwickeln, um die Yams auch hierzulande als Nahrungspflanze etablieren zu können. Mit Blick auf die pharmakologisch interessanten sekundären Metaboliten liegt ein weiteres Ziel darin, den Einsatz der Yams als phytopharmazeutischen Rohstoff zu ebnen. Im Rahmen dieser Dissertation und des EKO-YAM Projektes wurden vier verschiedene Anbaumethoden getestet und verglichen: mobile Hochbeete, der Anbau in Gräben und in aufgeschütteten Hügeln und der Rinnenanbau. Für den Vergleich wurde unter anderem der Gesamtgehalt an sekundären Metaboliten, der primären Metaboliten aber auch der Chromgehalt der Knollen herangezogen. Flankierend erfolgten eine wirtschaftliche Auswertung und eine ganzheitliche Betrachtung der Kultivierung der Pflanze. Während der Untersuchungen zeigte sich, dass einige Blätter eine auffallende gelbe Verfärbung hatten. Der Ursache wurde nachgegangen, um einen optimalen Anbau der Pflanze in Deutschland zu gewährleisten. Die Techniken, welche bei den Untersuchungen zum Einsatz gekommen sind, waren vor allem die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, die Atomabsorptionsspektrometrie, aber auch die Gaschromatographie, die Dünnschichtchromatographie und die Massenspektrometrie. Die Ergebnisse resultierten in insgesamt vier experimentellen Artikeln. Diese Arbeit legt den Grundstein für den Prozess der Etablierung als funktionelles Lebensmittel und phytopharmazeutischen Rohstoff von Dioscorea polystachya.
The present dissertation is focused on the Chinese yam plant Dioscorea polystachya. This fascinating plant from the Dioscoreaceae family is of interest due to several factors. Its starchy tubers are used as foodstuff. In addition to its high nutritional value, Chinese yam also has ethnobotanical and ethnopharmacological relevance. For instance, it is an integral component of various medicinal plant preparations in both Traditional Chinese Medicine and African Zulu folk medicine. The therapeutic applications of this plant are as diverse as the phytochemical compounds it contains. Its applications in the management of diabetes and the mitigation of postmenopausal symptoms are of particular interest. The health-promoting and nutritional properties of Dioscorea polystachya demonstrate the social importance of the plant and are one aspect of promoting the cultivation in growing areas out of natural tropical and subtropical regions. The cultivation of yam in Germany could contribute to biodiversity, a topic that has received attention in the national bioeconomy strategy of the German government. The process of cultivation is currently costly and time-consuming. Thus, it is imperative to optimize cultivation in order to fully explore its potential. This challenge is addressed by the present work and the related EKO-YAM project. The objective is to identify a cost-effective and sustainable cultivation method for establishing yam as a food crop. Moreover, with respect to the pharmacologically promising secondary metabolites, the use of Chinese yam as a phytopharmaceutical raw material constitutes an additional objective. As part of this dissertation and the EKO-YAM project, four different cultivation methods were tested and compared. These techniques included mobile raised beds, cultivation in trenches and mounds, and a gutter cultivation. For the purpose of comparison, the total content of secondary metabolites, primary metabolites, and the chromium content of the tubers, among other markers, were analyzed. An economic evaluation was also conducted. Furthermore, the cultivation of the plant was approached in a comprehensive manner, encompassing all aspects of its growth and maintenance. During the investigations, it was found that some leaves had a noticeable yellow discoloration. The underlying cause of this occurrence was investigated to facilitate the optimization of the cultivation of the plant in Germany. The results were published in a total of four experimental articles. The investigative techniques employed included high-performance liquid chromatography, atomic absorption spectrometry, gas chromatography, thin-layer chromatography, and mass spectrometry. This work establishes the foundation for the subsequent process of establishing Dioscorea polystachya as a functional food and phytopharmaceutical raw material.
