Physiology and essential oils of <em>Mentha</em> spp. influenced by genotype, environment, and management

Abstract

Species of the genus <em><em>Mentha</em></em> are of high economic importance due to their versatile uses in food, cosmetics, and pharmaceutical industries. In particular, the essential oils (EOs) of <em><em>Mentha</em></em> are valued due to their aromatic and health-promoting properties. The increasing demand for high-quality EOs from mint requires a better understanding of the factors influencing plant growth and EO production. This dissertation therefore examines influences of genotype, environment, and management on physiological traits and the EO content and composition of different <em><em>Mentha</em></em> genotypes. <br/> In a genotype screening, 20 <em><em>Mentha</em></em> genotypes were analysed with regard to plant growth, physiological parameters, and EO content. The results showed significant genotypic differences, which can serve as a basis for the selection and breeding of more efficient cultivars. Building on this, further experiments were carried out in which environmental and management factors such as increased UV-B radiation, shading by nets of different colours, and postharvest treatments were specifically investigated in three <em><em>Mentha</em></em> genotypes. Increased UV-B radiation elevated the EO content in all three <em>Mentha</em> genotypes that were investigated. Shading, on the other hand, promoted vegetative growth. As <em>Mentha</em> is traditionally grown outdoors and higher temperature and increased UV radiation could be expected due to climate change, shading was used as a factor in an outdoor trial. The results showed a slight increase in the EO content under shading. Coloured shading nets (blue and red) were used for further experiments. These also had an influence on the EO composition. Red nets favoured a higher <em>p</em>-menthone content, blue nets a higher carvone content. However, an investigation of two postharvest treatments (separation of leaves and stems before or after drying) showed no influence on EO content and composition. <br/> In summary, the results of this dissertation make an important contribution to further research projects by describing the complex interactions between genotype, environment, and management in <em>Mentha</em> genotypes. They show that a targeted selection of suitable <em>Mentha</em> genotypes and an adapted cultivation strategy can have a decisive influence on the quality of EOs. They offer practical approaches for farmers for optimising EO production and open up new perspectives for resource-efficient use.

Arten der Gattung <em>Mentha</em> sind aufgrund ihrer vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Insbesondere die ätherischen Öle (EOs) von <em>Mentha</em> werden wegen ihrer aromatischen und gesundheitsfördernden Eigenschaften geschätzt. Die steigende Nachfrage nach hochwertigen EOs aus Minze erfordert ein besseres Verständnis der Faktoren, die das Pflanzenwachstum und die EO-Produktion beeinflussen. Die vorliegende Dissertation beleuchtet daher die Einflüsse von Genotyp, Umwelt und Management auf physiologische Merkmale sowie den EO-Gehalt und die Zusammensetzung verschiedener <em>Mentha</em>-Genotypen. <br/> In einem Genotypen-Screening wurden 20 <em>Mentha</em>-Genotypen im Hinblick auf Pflanzenwachstum, physiologische Parameter und EO-Gehalt analysiert. Die Ergebnisse zeigten signifikante genotypische Unterschiede, die als Grundlage für die Auswahl und Züchtung effizienterer Sorten dienen können. Darauf aufbauend wurden weitere Versuche durchgeführt, in denen Umwelt- und Managementfaktoren wie erhöhte UV-B-Strahlung, Beschattung durch verschiedenfarbige Netze und Nacherntebehandlungen gezielt an drei <em>Mentha</em>-Genotypen untersucht wurden. Erhöhte UV-B-Strahlung steigerte den EO-Gehalt in allen drei untersuchten <em>Mentha</em>-Genotypen. Schattierung hingegen förderte das vegetative Wachstum. Da <em>Mentha</em> traditionell im Freiland angebaut wird und aufgrund des Klimawandels mit höheren Temperaturen und erhöhter UV-Strahlung zu rechnen ist, wurde in einem Freilandversuch Schattierung als Faktor eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten einen leichten Anstieg des EO-Gehalts unter Schattierung. Für weitere Versuche wurden farbige Schattierungsnetze (blau und rot) verwendet. Diese hatten ebenfalls einen Einfluss auf die EO-Zusammensetzung. Rote Netze begünstigten einen höheren <em>p</em>-Menthone-Gehalt, blaue Netze einen höheren Carvon-Gehalt. Eine Untersuchung von zwei Nacherntebehandlungen (Trennung von Blättern und Stängeln vor oder nach dem Trocknen) zeigte jedoch keinen Einfluss auf den EO-Gehalt und die Zusammensetzung. <br/> Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Dissertation einen wichtigen Beitrag zu weiteren Forschungsprojekten leisten, indem sie die komplexen Wechselwirkungen zwischen Genotyp, Umwelt und Management bei <em>Mentha</em>-Genotypen beschreiben. Sie zeigen, dass eine gezielte Auswahl geeigneter <em>Mentha</em>-Genotypen und eine angepasste Anbaustrategie einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der EOs haben können. Sie bieten praktische Ansätze für Landwirte zur Optimierung der EO-Produktion und eröffnen neue Perspektiven für eine ressourceneffiziente Nutzung.