L’accumulation excessive de leucocytes conduisant à un dysfonctionnement de la réponse immunitaire est caractéristique de plusieurs maladies inflammatoires. La première étape du recrutement des leucocytes aux sites d’inflammation est tributaire de l’interaction entre le tétrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) et les protéines d’adhésion sélectines P et E, qui sont exprimés sur les cellules endothéliales des parois vasculaires. Par conséquent, les sélectines sont des cibles thérapeutiques importantes. Ainsi, la conception d’antagonistes des sélectines est une stratégie prometteuse pour traiter l'inflammation aiguë. Par exemple, l’administration d’analogues du sLeX chez les patients hospitalisés souffrant de crises vaso-occlusives ou de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) peut atténuer les enjeux d'accumulation de cellules immunitaires. Tout en se basant sur la première génération d'antagonistes des sélectines développées par notre laboratoire, l’objectif de ce travail était de synthétiser et d'évaluer l’activité biologique d’une nouvelle série d’analogues du sLeX ciblant l'inflammation aiguë. Ce travail établit deux nouvelles stratégies qui permettent d'accéder à des analogues du sLeX incorporant un motif galactopyranoside bicyclique avec une fonctionnalité carboxylate ayant une conformation restreinte. Dans la première approche, l’intermédiaire bicyclique clé est formé en 13 étapes à partir du D-galactose pentaacétate avec un rendement global de 19 %. Indépendamment de la stéréochimie des précurseurs, une réaction de cyclisation intramoléculaire a permis de générer l’intermédiaire clé avec le carboxylate en position axiale. Un contrôle cinétique Curtin-Hammett serait à l'origine de la stéréosélectivité, une hypothèse supportée par une étude expérimentale et par calculs théoriques DFT. La série des carboxylates équatoriales a également été préparée par une stratégie de désilylation basée sur la migration d'un ester β,γ-insaturé. La deuxième approche implique une stratégie de double glycosidation orthogonale qui est influencée par la conformation restreinte du bicycle. L'intermédiaire bicyclique, portant un groupement nitrile en C9 (alpha), a été préparé en 12 étapes avec un rendement global de 53 %. Cette approche a mené à une série d'antagonistes des sélectines incorporant des modifications d'amide, d'amine et de tétrazole, ainsi qu'un analogue incorporant un C6-benzamide. Cette approche modulaire peut être exploitée pour préparer d’autres isostères d'acide carboxylique. Un analogue hybride a été préparé en combinant le galactopyranoside bicyclique avec la fonctionnalisation de la chaîne latérale qui se retrouve sur l’espaceur à base de tartrate. Cette voie de synthèse a également été conçue afin d'accéder aux analogues du sLeX portant une sonde de photoaffinité. Cet analogue servira comme outil dans le marquage par photoaffinité des sélectines pour élucider les résidus clés du site actif. Les analogues de la deuxième génération ont été évalués pour leur capacité à se lier aux sélectines et d’empêcher les cellules immunitaires d’adhérer. Une méthode qualitative permettant de classer l’affinité de nos composés aux sélectines à l'aide de la spectroscopie SPR ainsi qu'une expérience préliminaire d'inhibition compétitive en solution ont été développées. Les principaux composés ont également été évalués à l'aide de tests in vitro d'adhésion de cellules HL-60 et de roulement par imagerie des cellules vivantes. Un essai de migration cellulaire par lavage péritonéal in vivo a été utilisé pour valider l’activité de nos composés principaux et leur capacité à inhiber le recrutement des neutrophiles dans un modèle d'inflammation aiguë. Nos résultats démontrent l’augmentation de la puissance et de l’activité de nos analogues de deuxième génération comparativement à la première. La série de galactopyranosides a démontré une spécificité pour l'inhibition de la P-sélectine, alors que la série des arabinopyranosides, incorporant un motif tétrazole, a démontré une activité remarquable vers la E-sélectine. La combinaison des deux modifications ont produit une activité pan-sélectines exceptionnelle qui justifie une enquête plus approfondie. / The first step for leukocyte adhesion and rolling along the vascular endothelium during the immune system inflammatory response involves the recognition of the tetrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) by selectin glycoproteins. Dysfunction of the immune response, a consequence of several pathologies of inflammatory disease, leads to an excessive influx of leukocytes that necessitates therapeutic intervention. The development of glycomimetics, small molecule therapeutics that imitate complex glycans, is a promising strategy for treating inflammation. Specifically, a targeted approach amenable to severe acute inflammation, such as in hospitalized patients suffering from vaso-occlusive crises (VOC) or acute respiratory distress syndrome (ARDS). Building off the first generation of selectin antagonists developed by our laboratory, the aim of this work was to synthesize and evaluate the potency of a new class of sLeX glycomimetics for use as selectin antagonists targeting acute inflammation. This work describes the development of two novel strategies for sLeX glycomimetics incorporating a challenging trans-bicyclo[4.4.0] 3-O,4-C-fused galactopyranoside scaffold with a conformationally restricted carboxylate moiety. In the first approach, the key bicyclic galactopyranoside intermediate was accessed through a 13-step sequence with 19% overall yield from D-galactose pentaacetate. An unprecedented intramolecular cyclization reaction provided the desired axially configured bicyclic intermediate independent of the precursor stereochemistry. The origin of stereoselectivity was proposed to be under Curtin-Hammett kinetic control; a hypothesis supported by an experimental study and theoretical DFT calculations. The equatorial carboxylate series was also prepared using a desilylation strategy capitalizing on the migration of an β,γ-unsaturated ester. The second approach is highlighted by an orthogonal dual-glycosidation strategy that takes advantage of the conformationally restricted scaffold. The key bicyclic intermediate, bearing an α-configured C9 nitrile moiety, was prepared in 12 steps with a 53% overall yield. This approach led to a series of selectin antagonists incorporating axially-locked amide, amine, and tetrazole modifications at the C9 position, as well as an analogue incorporating a C6-benzamide. The modular galactopyranoside framework achieved using this approach can be exploited to prepare additional carboxylic acid bioisosteres for future SAR studies. A hybrid analogue was prepared, that combines the bicyclic galactopyranoside scaffold and a synthetic approach to selectin antagonists incorporating sidechain modifications to the first-generation tartrate diester. This synthetic route was also elaborated to access sLeX glycomimetics bearing a benzophenone-based photoaffinity probe. This analogue will serve as a valuable tool in the photoaffinity labeling of selectin proteins to elucidate key active site residues. The second-generation analogues were evaluated for their ability to inhibit selectin adhesion. A qualitative method to rank the binding strength towards recombinant P- and E-selectin proteins using SPR biosensor technology was developed, as well as a preliminary competitive inhibition in solution experiment with immobilized PSGL-1. Several compounds were also evaluated using an in vitro HL-60 cell adhesion assay, and a live-cell imaging experiment. An in vivo peritoneal lavage cellular migration assay was used to validate the potency of our lead compounds at inhibiting neutrophil recruitment in an acute inflammation model. Key results from the biological evaluations include an improvement in activity by restricting the conformation of the carboxylate moiety to the axial configuration, as well as an enhancement in potency over the lead compound from the first-generation series. Remarkably, specificity for P-selectin inhibition was observed with the galactopyranoside series, while the arabinopyranoside series, incorporating a tetrazole bioisostere, displayed significant activity towards E-selectin. The combination of the two modifications yielded remarkable pan-selectin activity that warrants further investigation.

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Thesis (M.Sc. Agriculture (Animal Production)) -- University of Limpopo, 2022 / Refer to document / National Research Foundation (NRF)

Primär emittierte marine Aerosolpartikel haben einen wichtigen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde, indem sie unter anderem als Kondensations (CCN)- oder Eiskeime (INP) für die Bildung von Wolken wirken. In den ozeanisch geprägten Polarregionen dominieren diese marinen Aerosolpartikel in der Luft und können dort eine bedeutende bzw. sich noch verändernde Rolle im Rahmen des Klimawandels einnehmen. Sie entspringen vordergründig aus dem ozeanische Oberflächenwasser und dem hauchdünnen Oberflächenfilm, dem sogenannte sea surface microlayer (SML), und werden durch das Platzen von durch Wind eingetragene Luftblasen freigesetzt. Primär emittierte marine Aerosolpartikel bestehen aus anorganischem Meersalz und organischen Kohlenstoffverbindungen, deren relative Anteile sich stark in Abhängigkeit vom Aerosoldurchmessers unterscheiden. In diesem Zusammenhang stellen die marinen Kohlenhydrate eine wichtige organische Stoffgruppe dar, deren ozeanische Quellen, Übergang vom Ozean in die Atmosphäre, Veränderungen in der Atmosphäre als auch deren Beitrag bei der Kondensation und Eiskeimbildung noch nicht ausreichend verstanden sind. Dieser begrenzte Kenntnisstand ist unter anderem auf das mangelnde Vorhandensein analytischer Methoden zurückzuführen, die eine zuverlässige Bestimmung von Kohlenhydraten in den stark salzhaltigen Matrices bei sehr niedrigen Massekonzentrationen mit hohen Wiederfindungsraten gewährleisten. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde durch Kombination der Hochleistungs-Anionenaustauschchromatographie mit gepulster amperometrischer Detektion (HPAEC-PAD) und einer Entsalzung durch Elektrodialyse eine analytische Methode entwickelt, welche die Bestimmung eines breiten Spektrums an gelösten Kohlenhydraten in freier (als Monosaccharide) und gebundener (als Oligo- oder Polysaccharide) Form in Meerwasser und anderen salzhaltigen Matrices ermöglicht. Mithilfe dieser neuen Methode wurde ein biogeochemischer Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von freier Glucose und der eiskeimbildenden Aktivität im arktischen SML beobachtet. Außerdem wurde im meereisfreien Teil des Südlichen Ozeans der primäre Transfer von Kohlenhydraten vom Ozean über den SML in die Atmosphäre und deren sekundäre atmosphärische Veränderungen erforscht. Die umfangreichen Untersuchungen mariner Kohlenhydrate in polarem Meerwasser und Aerosolpartikeln zeigen Indizien einer bisher noch unterschätzten atmosphärischen Bedeutung mikrobiologischer Prozesse auf.:1. Introduction ............................................................................................................................................... 1 1.1 The Polar Oceans ................................................................................................................................. 3 1.1.1 Geographical Definitions and Characteristics.......................................................................... 3 1.1.2 Role in Earth’s Climate System ................................................................................................ 5 1.1.3 Changing Climate and Consequences ...................................................................................... 6 1.2 Sea Spray Aerosol over the Polar Oceans ........................................................................................... 9 1.2.1 Production Mechanisms of Sea Spray Aerosol ........................................................................ 9 1.2.2 Chemo-Selective Sea-Air Transfer and Atmospheric Aging ................................................... 10 1.2.3 Impact on Earth’s Radiation Budget ...................................................................................... 12 1.3 The Surface of the Polar Oceans ....................................................................................................... 15 1.3.1 The Sea Surface Microlayer ................................................................................................... 15 1.3.2 Selective Enrichment of Chemical Compounds ..................................................................... 15 1.3.3 Atmospheric Relevance for Atmospheric Chemistry and Cloud Microphysics ..................... 24 1.4 Marine Carbohydrates....................................................................................................................... 26 1.4.1 Chemical Structures ............................................................................................................... 26 1.4.2 Microbial Role ........................................................................................................................ 28 1.4.3 Marine Carbohydrates in the Atmosphere ............................................................................ 30 1.4.4 Chemical Analysis and Sea Salt Interference ......................................................................... 31 2. Results and Discussions ........................................................................................................................... 35 2.1 First Publication ................................................................................................................................. 35 2.1.1 Glucose as a Potential Chemical Marker for Ice Nucleating Activity in Arctic Seawater and Melt Pond Samples ......................................................................................................................... 35 2.1.2 Supporting Information ......................................................................................................... 47 2.2 Second Publication ............................................................................................................................ 55 A protocol for quantifying mono-and polysaccharides in seawater and related saline matrices by electro-dialysis (ED) – combined with HPAEC-PAD ........................................................................ 55 2.3 Third Publication ............................................................................................................................... 70 2.3.1 Aerosol Marine Primary Carbohydrates and Atmospheric Transformation in the Western Antarctic Peninsula ......................................................................................................................... 70 2.3.2 Supporting Information ......................................................................................................... 88 3. Atmospheric Implications ........................................................................................................................ 95 4. Summary ................................................................................................................................................ 98 5. References ............................................................................................................................................. 101 List of Abbreviations .................................................................................................................................. 121 List of Figures ............................................................................................................................................. 123 List of Tables .............................................................................................................................................. 124 Curriculum Vitae ........................................................................................................................................ 125 / Primary marine aerosol particles impact Earth’s radiation budget by acting, among other things, as cloud condensation nuclei (CCN) or ice nucleating particles (INP) for the formation of clouds. Over the polar oceans, primary marine aerosol emissions dominate the atmospheric particles and can play a significant and changing role there in the context of climate change. These particles are primarily emitted from the oceanic surface water and a thin surface film, the so-called sea surface microlayer (SML), by the bursting of air bubbles entrained by the wind. They consist of inorganic sea salt and organic matter (OM), whose relative proportions differ greatly depending on the aerosol diameter. In this context, the marine carbohydrates represent an important group of OM, whose oceanic sources, their transition from the sea to the atmosphere, atmospheric aging and contribution to the condensation of water droplets and ice nucleation are not well understood. This limited level of knowledge is due, among other things, to the lack of analytical methods that enable a reliable determination of carbohydrates at very low mass concentrations with high recovery rates in the salty matrices. Within the framework of this PhD thesis, an analytical method was developed by combining high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD) and a prior desalination by electro-dialysis (ED), which enables the determination of a wide range of dissolved carbohydrates in their free (as monosaccharides) and combined (as oligo- or polysaccharides) forms in seawater and other saline matrices. With this new method, a biogeochemical connection between the presence of free glucose and the ice nucleating activity in the Arctic SML could be observed. In addition, the primary transfer of carbohydrates from the ocean via the SML into the atmosphere and subsequent secondary atmospheric transformations were investigated in the sea ice-free part of the Southern Ocean. Consequently, the extensive investigations of marine carbohydrates in seawater and aerosol particles indicate an atmospheric importance of microbiological processes that has been underestimated until now.:1. Introduction ............................................................................................................................................... 1 1.1 The Polar Oceans ................................................................................................................................. 3 1.1.1 Geographical Definitions and Characteristics.......................................................................... 3 1.1.2 Role in Earth’s Climate System ................................................................................................ 5 1.1.3 Changing Climate and Consequences ...................................................................................... 6 1.2 Sea Spray Aerosol over the Polar Oceans ........................................................................................... 9 1.2.1 Production Mechanisms of Sea Spray Aerosol ........................................................................ 9 1.2.2 Chemo-Selective Sea-Air Transfer and Atmospheric Aging ................................................... 10 1.2.3 Impact on Earth’s Radiation Budget ...................................................................................... 12 1.3 The Surface of the Polar Oceans ....................................................................................................... 15 1.3.1 The Sea Surface Microlayer ................................................................................................... 15 1.3.2 Selective Enrichment of Chemical Compounds ..................................................................... 15 1.3.3 Atmospheric Relevance for Atmospheric Chemistry and Cloud Microphysics ..................... 24 1.4 Marine Carbohydrates....................................................................................................................... 26 1.4.1 Chemical Structures ............................................................................................................... 26 1.4.2 Microbial Role ........................................................................................................................ 28 1.4.3 Marine Carbohydrates in the Atmosphere ............................................................................ 30 1.4.4 Chemical Analysis and Sea Salt Interference ......................................................................... 31 2. Results and Discussions ........................................................................................................................... 35 2.1 First Publication ................................................................................................................................. 35 2.1.1 Glucose as a Potential Chemical Marker for Ice Nucleating Activity in Arctic Seawater and Melt Pond Samples ......................................................................................................................... 35 2.1.2 Supporting Information ......................................................................................................... 47 2.2 Second Publication ............................................................................................................................ 55 A protocol for quantifying mono-and polysaccharides in seawater and related saline matrices by electro-dialysis (ED) – combined with HPAEC-PAD ........................................................................ 55 2.3 Third Publication ............................................................................................................................... 70 2.3.1 Aerosol Marine Primary Carbohydrates and Atmospheric Transformation in the Western Antarctic Peninsula ......................................................................................................................... 70 2.3.2 Supporting Information ......................................................................................................... 88 3. Atmospheric Implications ........................................................................................................................ 95 4. Summary ................................................................................................................................................ 98 5. References ............................................................................................................................................. 101 List of Abbreviations .................................................................................................................................. 121 List of Figures ............................................................................................................................................. 123 List of Tables .............................................................................................................................................. 124 Curriculum Vitae ........................................................................................................................................ 125

Differences in taste perception between species are thought to reflect evolutionaryadaptations to dietary specializations such as seed predation. By employing a two-bottlepreference test, the purpose of the current study was to evaluate the taste responsiveness forfive food-associated carbohydrates and two steviol glycosides in four adult white-faced sakis(Pithecia pithecia). The taste preference thresholds were found to be 10 mM for sucrose, 10-40 mM for fructose, 20-30 mM for glucose and maltose, and 30-40 mM for lactose. The sakisalso showed a clear preference for rebaudioside A and stevioside over tap water atconcentrations as low as 0.04 and 0.2-0.5 mM, respectively. When given the choice betweenall binary combinations of the five carbohydrates at equimolar concentrations of 100, 200,and 300 mM, respectively, the sakis displayed the following preference pattern: sucrose >fructose > glucose ≥ maltose = lactose. The obtained taste preference thresholds for foodassociated carbohydrates fall into the lower range of values among primates, suggesting acomparatively high sweet-taste sensitivity in the sakis. The pattern of relative preferenceswas consistent with that reported in most tested primates. Altogether, the responsivenesstowards the sweet-tasting substances obtained in this seed predator resembles the resultsobtained in primates which act as seed dispersers. However, these results might reflect anevolutionary adaptation of white-faced sakis to exploit resources containing low sugarconcentrations such as unripe fruits and seeds.

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No / Mono- and disaccharide-functionalised conjugates of the fluoroquinolone antibiotic ciprofloxacin have been synthesised and used as chemical probes of the bacterial uptake of glycosylated ciprofloxacin. Their antimicrobial activities against a panel of clinically relevant bacteria were determined: the ability of these conjugates to inhibit their target DNA gyrase and to be transported into the bacteria was assessed by using in vivo and in vitro assays. The data suggest a lack of active uptake through sugar transporters and that although the addition of monosaccharides is compatible with the inhibition of DNA gyrase, the addition of a disaccharide results in a significant decrease in antimicrobial activity.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les carbohydrates sont des composés importants au niveau biologique. De nombreux analogues contenant un hétéroatome autre que l'oxygène sur le cycle hémiacétallique existent dans la nature et ont fait l'objet de nombreuses synthèses dans de nombreux groupes de recherche depuis près de 40 ans. Cependant les hétéroatomes présents sur le cycle hémiacétallique sont essentiellement les atomes d'azote et de soufre et il existe peu de carbohydrates contenant la liaison carbone-phosphore. Quant aux analogues concernant le remplacement du carbone anomérique par un hétéroatome, ils sont très peu nombreux. Nous avons synthétisé un nouveau type d'analogue les phostones. Les phostones sont des analogues de carbohydrates où le carbone anomérique est remplacé par un atome de phosphore pentacovalent. Nous avons synthétisé différents analogues dans quatre projets. Notre premier projet concerne la synthèse des L-fucophostones, des analogues du L-fucose. Plusieurs oligosaccharides présents à la surface des cellules contiennent une unité L-fucose. Ces oligosaccharides sont aussi communs à de nombreux cancers dont ceux du foie, de l'ovaire et du sein. La modification de son carbone anomérique pourrait mener à une activité inhibitrice sur les enzymes concernées par le L-fucose tel que les fucosidases et les fucosyltransférases. Nous avons utilisé le L-fucose comme produit de départ afin de conserver au maximum sa stéréochimie. Quant aux N-acétyl-D-glucosaminophostone et N-acétyl-D-mannosaminophostone, elles sont des analogues des N-acétyl-D-glucosamine et N-acétyl-D-mannosamine. Ces saccharides sont des composants essentiels de nombreuses glycoprotéines. Ces glycoprotéines sont une classe de produits naturels jouant un rôle crucial dans les phénomènes de reconnaissance moléculaire. Nous avons pu effectuer pour la première fois la réaction d'Abramov sur une oxime, ce qui a généré les phosphonates cycliques avec une fonction alkoxy amine en a du phosphore. Le troisième projet concerne le phosphoramidon qui est un puissant inhibiteur d'une métalloprotéase à zinc jouant un rôle particulièrement important au niveau des cellules endothéliales, l'enzyme de conversion de l'endothéline (ECE). Cette enzyme est impliquée dans la régulation du flux sanguin et son dérèglement est reconnu comme un important facteur déclenchant dans de nombreuses maladies. L'analogue en phostone du phosphoramidon modifie la structure du phosphoramidon en incorporant la fonction phosphonamide à l'intérieur du L-rhamnose et en supprimant la fonction acide phosphonique. En dépit des progrès considérables faits dans la compréhension du mécanisme d'action et de la biologie du virus de la grippe, celui-ci continue d'être la plus importante cause de mortalité au niveau des maladies respiratoires. Le mécanisme unique de propagation du virus de la grippe a permis aux chercheurs d'identifier un certain nombre de cibles potentielles dont l'hémagglutinine et la neuraminidase, les deux glycoprotéines de surface les plus importantes impliquées dans la propagation du virus. L'activité enzymatique des neuraminidases repose sur la coupure du lien a.2,3 entre l'acide sialique et le carbohydrate auquel il est lié. Dans ce dernier projet, nous avons synthétisé les sialophostones, des analogues de l'acide sialique où l'action de l'acide carboxylique et de l'hydroxyle anomérique est remplacé par un acide phosphonique.

Die Pflanzenqualität lässt sich durch Akklimatisationsmethoden gezielt beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurden, speziell von Ficus benjamina und Chamaedorea elegans, die innere (Kohlenhydrate, Chlorophyll und Flavonole) und äußere Qualität (Morphologie, Habitus und Vitalität) im Kontext erfasst und interpretiert. Dazu wurde zunächst für beide Pflanzenarten eine neue Methode zur Bestimmung der Zuckergehalte (Glucose, Fructose, Saccharose) erarbeitet. Die Kultivierung der Pflanzen erfolgte in fünf aufeinanderfolgenden praxisüblichen Phasen der Wertschöpfungskette: Produktion, Lichtakklimatisation, Dunkeltransport, Regeneration und Innenraum. Diese simulierten Phasen zogen verschiedene Wachstumsbedingungen nach sich, die insbesondere den Wachstumsfaktor Licht betrafen und sich variantenbezogen unterschieden. Die Kohlenhydratgehalte sanken im Laufe der Wertschöpfungskette bei F. benjamina um 15 bis 30 % und bei Ch. elegans um 50 %. Es zeigte sich, dass Lichtintensitäten unter 350 µmol m-2 s-1 den Kohlenhydratgehalt negativ beeinflussten, dabei waren Unterschiede bei den Pflanzenarten zu beobachten. Darauf aufbauend wurden weitere Versuche durchgeführt, die eine exogene Zuckerapplikation (Konzentration 7,5 g l-1, 10 g l-1, 20 g l-1 Saccharose) über die Flüssigdüngung hinsichtlich der Wirkung auf den Kohlenhydratgehalt und die Vitalität der Pflanzen testeten. Auch hier unterschieden sich die geprüften Pflanzenarten in ihrer Reaktion. Vor allem für Chamaedorea elegans erwies sich eine Zuckerdüngung als vorteilhaft. Die vorliegende Arbeit liefert für Wissenschaft und Praxis eine umfassende und aktuelle Übersicht über die Möglichkeiten und Grenzen zur Beeinflussung der Pflanzenqualität und -vitalität mittels Lichtakklimatisation und Zuckerdüngung. Erstmalig wurde die Entwicklung der Kohlenhydratgehalte über einen längeren Untersuchungszeitraum, mit Blick auf die zentralen Kultivierungsphasen, für beide Innenraumbegrünungspflanzen aufgezeigt. / Plant quality can be influenced by acclimatisation. Most of the previous studies on plants for interior landscaping focused mainly on external quality. Therefore, this thesis presents the results of a study on Ficus benjamina and Chamaedorea elegans, investigating and analysing primarily inner quality characteristics (carbohydrates, chlorophyll, and flavonols). However, external quality characteristics (morphology, habitus, and vitality) were considered as well. In a first step, a new method was developed to determine the sugar content (fructose, glucose, sucrose) for both species. Cultivation of F. benjamina and Ch. elegans plants was carried out in five consecutive steps following standard practice of the value chain: production, light acclimatisation, transport in darkness, regeneration and interior spaces. These phases simulated different cultivation conditions, particularly varying light treatments. During the value chain the carbohydrate content (sugar and starch) in F. benjamina decreased 15 to 30 % and in Ch. elegans about 50 %. Light intensities below 350 µmol m 2 s-1 diminished carbohydrate concentrations depending on the plant species investigated. Based on these findings additional experiments were undertaken testing sugar supplied via the nutrient solution (7.5 g l-1, 10 g l-1 and 20 g l-1 sucrose). Both species investigated responded with different carbohydrate concentration and vitality. Sugar nutrition was particularly beneficial for Ch. elegans. This work provides a comprehensive and current overview of the capabilities and limitations to influence plant quality and vitality by light acclimatisation and sugar nutrition. For the first time, carbohydrate dynamics in interior plants has been studied in long term experiments in relation to their key cultivation stages for two important model species.

Durch den in den letzten Jahren in Deutschland stark ausgeweiteten Spargelanbau wird der Kostendruck auf die Erzeuger immer größer. Um eine Spargelfläche ökonomisch erfolgreich zu bewirtschaften sind Anbauempfehlungen die auf einer objektiven Grundlage beruhen unersetzlich. Eine Möglichkeit hierzu ist das Messen der Reservekohlenhydratkonzentration (RKH-Konzentration) in den Speicherwurzeln. Ein sehr großer Nachteil dieser Methode ist, dass die Speicherwurzelmasse, die einen erheblichen Einfluss auf die verfügbare Gesamtmenge an Reservekohlenhydraten hat unberücksichtigt bleibt. Hinsichtlich der Wurzelmasse und der Wurzelverteilung im Boden bestanden bislang große Wissenslücken. Um den Einfluss der Bewässerung auf die Wurzelmasse und die Wurzelverteilung zu ermitteln, wurde ein Praxisversuch angelegt. Zu bestimmten Zeitpunkten in der Vegetationsperiode wurden Proben auf einer bewässerten und einer unbewässerten Variante entnommen. In der bewässerten Variante waren zu jedem Zeitpunkt signifikant mehr Speicherwurzeln vorhanden. Auch die Speicherwurzelfrischmasse war signifikant größer. In der Tiefenverteilung unterschieden sich jedoch die Varianten nicht. Auch in Gefäßversuchen konnten diese Ergebnisse bestätigt werden. Die Faserwurzelverteilung unter Praxisbedingungen unterschied sich jedoch erheblich von der Speicherwurzelverteilung. In der bewässerten Variante war der Boden im untersuchten Profil komplett mit Faserwurzeln durchwachsen, während in der unbewässerten Variante die Faserwurzeln lediglich in den oberen Bodenschichten zu finden waren. In Gefäßversuchen durchwurzelten die Faserwurzeln unabhängig von der Bewässerungssteuerung das gesamte Bodenvolumen. Unter mehrjährigen Praxisbedingungen lag die RKH-Konzentration in der unbewässerten Variante immer über der Konzentration in der bewässerten Variante. Die Gesamtmenge an RKH lag jedoch aufgrund der größeren Speicherwurzelmasse in der bewässerten Variante höher. Daher muss bei der Verwendung der RKH-Methode als Steuerinstrument im Spargelanbau unbedingt auch die Speicherwurzelmasse berücksichtigt werden. / The cultivation of asparagus in Germany has strongly expanded over the last years. Hence the cost pressure is increasing vastly on the producers. For the cultivation of asparagus, impartial cultivation recommendations are necessary. One possibility is measuring the carbohydrate concentration (CHO-concentration) in the storage roots. A great disadvantage of this method is that the root mass, which has a substantial influence on the total quantity of available carbohydrates, remains unconsidered. Regarding to the root mass and the distribution of roots in the soil so far large gaps in the grower’s knowledge are existent. In order to determine the influence of the irrigation on the root mass and the distribution of roots, a trial was prepared. Samples of a watered and an unwatered variant were taken at certain points in the vegetation period. In the watered variant were significantly more storage roots were present at each time. Further the storage root fresh mass was significantly bigger. However, in the vertical distribution the variants did not differ, which could also be confirmed in container trials. The distribution of fibre roots under practical conditions did indeed differ substantially from the storage root distribution. In the watered variant the soil profile was completely filled with fibre roots, whereas in the unwatered variant the fibre roots were only found in the upper soil layer. In container trials the fibre roots were distributed throughout the entire soil volume independently of the irrigation control. Under practical conditions the CHO concentration was always higher for the unwatered variant compared to the watered variant. However, the total quantity of CHO was higher in the watered variant due to the larger storage root mass. Therefore the storage root mass has to be considered when using the CHO method as an instrument in the cultivation of asparagus.