Naturschutz durch Nutzung, 24. Januar 2018 Anja zur Loye - [email protected]
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana in Grünlandtypen
des Apuseni-Gebirges, RO
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Vortragsübersicht
1.) Hintergrund
2.) Untersuchungsgebiet und Datenaufnahme
3.) Grünlandtypen
4.) Arnikaökologie Arnikavitalität Arnika-Inhaltsstoffe
5.) Erwartungen
6.) Ergebnisse
7.) Fazit
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Hintergrund
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Hintergrund
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Rumänien-Reise (Juni/Juli 2017) Forschungsprojekt PharmaHerbs (Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg) Datenaufnahme Doktorarbeit (Universität Freiburg) Ann-Christine Hartmann - Masterarbeit (Prof. Dr. Albert Reif) Alexander Kiel - Bachelorarbeit (Prof. Dr. Irmgard Merfort)
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Untersuchungsgebiet & Datenaufnahme
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Untersuchungsgebiet
Quelle: A. Hartmann
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Untersuchungsgebiet
Quelle: A. Hartmann
Lage der Aufnahmeflächen auf dem Plateau Gheţari-Ocoale im Bezik Alba, Region Siebenbürgen
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3 Aufnahmeflächen
75 Vegetationsaufnahmen (1m² alle Pflanzen + Moose, Deckung nach BB)
+ Geländedaten (GPS, Höhe m ü. NN, Hangneigung, Exposition, Form)
75 Bodenproben 300 Arnika Blüten + Vermessungen der Arnika (Höhe, Blattanzahl , Blütenanzahl, Blattbreite, Blattfläche)
30 Inhaltsstoffanalysen (GCMS)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Datenaufnahme
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Gliederung der Aufnahmeflächen in ein nach N ausgerichtetes 50 x 50 m Raster
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Datenaufnahme
gl 5 225 rp, 45 pP
gl 26 125 rp 25 pP
gl 2 95 rp 20 pP
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Gliederung der Aufnahmeflächen in ein nach N ausgerichtetes 50 x 50 m Raster
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Datenaufnahme
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VP1 VP2
VP3
VP4
VP5 VP6
VP7
VP8
APa APb APc
APd APe APf
APg APh APi
RP
Überprüfung jedes Rasterpunktes: Genug A. (4 Blüten + 4 Knospen) in den VP, zusätzlich in den umgebenden AP
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Grünlandtypen
Vegetationsprägende Faktoren im Untersuchungsgebiet: Klima, Boden, montane Lage (1100-1800 m ü NN) und Landnutzung
Drei grundlegende Grünlandklassen: 1.) Molinio-Arrhenatheretea (Grünlandgesellschaften)
Feucht- & Frischwiesen, Fettweiden, geprägt durch gute Wasser- und
Nährstoffversorgung, verhältnismäßig hohe Futterqualität
2.) Festuco-Brometea (Volltrocken- und Halbtrockenrasen) geprägt durch Exposition, Gründigkeit und Wasserhaushalt, geringer
Heuertrag daher eher Beweidung
3.) Nardo-Callunetea (Borstgrasrasen und Zwergstrauchheiden) bodensaure Magerrasen, geprägt durch niedrigen Boden pH-Wert und
Mangel an pflanzenverfügbaren Nährstoffen im Boden (Brinkmann, 2006)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Grünlandtypen
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Arnikaökologie, -vitalität, -Inhaltsstoffe
- Düngerfeindlicher Magerkeitszeiger
- Silikat-Magerrasen und -weiden - Charakterart der Nardetalia
- frische bis wechselfrische, nährstoffarme, mehr oder
weniger basenreiche, kalkarme und saure Standorte
- Torfig-humose Ton- und Lehmböden
- Schlechte Futterpflanze (Oberdorfer, 2001)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Arnikaökologie
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Habitus: - Staude mit grundständiger flaumiger Blattrosette - Einfacher bis wenigästiger Stängel, Höhe: 20 – 60 cm mit 1-2 gegenständigen Blattpaaren
- Aromatisch duftende Blüten (meist 1-3, selten mehr) mit einem ᴓ von 4-8 cm (Fitter et al., 1986, Spohn, 2008)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Arnikavitalität
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Arnika Inhaltsstoffe
Arnikablüte – Arnica flos Typische Sekundärmetabolite: - Sesquiterpenlactone
Hauptwirkstoffe: Helenalin- und Dihydrohelenalinderivate
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Erwartungen
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Erwartungen
- Arnika kommt in unterschiedlichen Grünlandtypen vor
- Das Arnikavorkommen variiert zwischen den unterschiedlichen Grünlandtypen diese unterscheiden sich im pH-Wert und Nährstoffgehalt und führen zu einer unterschiedlichen Arnikavitalität
- Der Inhaltsstoffgehalt der Arnika wird durch Umweltfaktoren beeinflusst
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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3 Gr 4 Gr 5 Gr
T -30.86 -28.91 -27.05
A 0.14 0.16 0.18
p 0.001 0.001 0.001
Clusteranalyse plots grouped by their floristic composition
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Ergebnisse - Vorkommen
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Ordination
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Gr. Art
a
Arnica montana L. Nardus stricta L. Carex echinata Murray Potentilla erecta L. Carex pilulifera L. Soldanella hungarica Simonk. Deschampsia flexuosa (L.) Trin. Vaccinium myrtillus L. Hieracium murorum L. Vaccinium vitis-idaea L. Melampyrum sylvaticum L.
b
Anthoxanthum odoratum L. Rhinantus minor L. Briza media L. Rumex acetosella L. Campanula patula L. Scorzonera rosea Cynosorus cristatus L. Silene nutans L. Euphrasia rostkoviana Hayne Stellaria graminea L. Leucanthemum vulgare L. Trisetum flavescens (L.) P.B. Lotus corniculatus L. Trifolium pratense L. Luzula multiflora (Retz.) Lej. Trifolium repens L. Plantago lanceolata L. Viola declinata Waldst. & Kit.
c
Ajuga reptans L. Leontodon hispidus L. Alchemilla vulgaris Opiz. Linum catharticum L. Anthyllis vulneraria L. Pimpinella major (L.) Huds. Carlina acaulis L. Plantago media L. Centaurea montana L. Polygala comosa Schkuhr Centaurea pseudophrygia C. A. Mey Polygala vulgaris L. Colchicum autumnale L. Primula veris L. Euphorbia carniolica Jacq. Ranunculus polyanthemos L. Galium mollugo L. Scabiosa columbaria L. Gentianella austriaca (A.Kern & J. Kern) Holub Thymus glabrescens Willd. Hieracium pilosella L. Trollius europaeus L.
Festuco-Brometea: Brometalia erecti - trocken
Nardo-Callunetea: Nardetalia - sauer, nährstoffarm
Molinio-Arrhenatheretea: Arrhenatheretalia - nährstoffreich
Ind
ikatorarte
nan
alyse
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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a.) Kl.: Nardo-Callunetea Prsg 49
Ord.: Nardetalia Oberd. 1949
Verb.: Potentillo-Nardion Simon 1958
Ges.: Viola declinatae-Nardetum Simon 1966
Scorzonera roseae- Festucetum nigrescentis (Puscaru et al. 1956) Coldea 1987
trocken bis mäßig frisch
mehr oder weniger nährstoffarm sauer bis mäßig sauer
Viola declinata
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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b.) Kl.: Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937
Ord.: Arrhenatheretalia Pawl 1928
Verb.: Polygono-Trisetion Br.-Bl. et R. Tx. ex Marschall 1947
Ges.: Astrantio-Trisetum flavescentis Knapp et Knapp 1952
Verb.: Cynosurion R. Tx. 1947
Ges.: Festuco-Agrostetum capillaris Horv. 1951
nährstoffreichere Standorte, im UG mesotrophe Wiesen und Weiden,
durch Düngen beeinflusst Centaurea pseudophrygia
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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c.) Kl.: Festuco-Brometea Br.-Bl. et Tx. 43
Ord.: Brometalia erecti Br.-Bl. 36
Verb.: Mesobromion erecti Br.-Bl. Et Moor 38 em. Oberd. 57
Ges.: Mesobrometum Br.-Bl. in Scherr. 25
nährstoffarme Standorte, Übergang zu den Halbtrockenrasen,
sehr artenreich
Cirsium erisithales
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Arnikavorkommen – floristische Gruppen:
Floristische Gruppen:
a b c
Arnikavorkommen: Arnikadeckung relativ zur Gesamtdeckung
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Arnikavorkommen – floristische Gruppen:
Gruppe a und b unterscheiden sich signifikant in ihrer relativen Arnikadeckung. (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
Relative Arnikadeckung
*
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Arnikavorkommen – Umweltfaktoren:
Umweltfaktoren:
h Höhe ü NN [m] sl Hangneigung exp-o Exposition-Ost exp-n Exposition-Nord Sd Bodentiefe (Ah-Horizont) [cm] spH Boden pH-Wert - Zeigerwerte F - L - T - N - R - C - P - S rumänisch!
Arnikavorkommen: Arnikadeckung [log]
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Signifikanter Zusammenhang mit dem Arnikavorkommen: (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
y=0.86-0.106*x R²=0.20 ***
y=0.032+1.432*(1/x) R²=0.11 **
Boden pH Reaktionszahl
Arn
ikad
ecku
ng
[lo
g]
Arnikavorkommen – Umweltfaktoren:
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Signifikanter Zusammenhang mit dem Arnikavorkommen: (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
y=0.895-0.159*x R²=0.19 ***
y=-0.583+3.867*(1/x) R²=0.22 ***
Stickstoffzahl Temperaturzahl
Arn
ikad
ecku
ng
[lo
g]
Arnikavorkommen – Umweltfaktoren:
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Arnikavorkommen – Umweltfaktoren:
Kein signifikanter Zusammenhang zwischen Umweltfaktoren und Arnikavorkommen:
(p-Wert > 0.05)
h Höhe ü NN [m] sl Hangneigung exp-o Exposition Ost exp-n Exposition Nord sd Bodentiefe (Ah [cm]) - Zeigerwerte
F - L - C - P - S
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Umweltfaktoren – floristische Gruppen:
Umweltfaktoren:
h Höhe ü NN [m] sl Hangneigung exp-o Exposition-Ost exp-n Exposition-Nord Sd Bodentiefe (Ah-Horizont) [cm] spH Boden pH-Wert - Zeigerwerte F - L - T - N - R - C - P - S rumänisch!
Floristische Gruppen:
a b c
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Umweltfaktoren – floristische Gruppen:
Signifikante Unterschiede zwischen allen drei Gruppen: (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
Reaktionszahl *** C – Mahdverträglk.* Boden pH **
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vorkommen
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Umweltfaktoren – floristische Gruppen:
Untersch. zwischen
p-Wert
F - Feuchtigkeit a – bc *
N - Stickstoff a – bc *
T - Temperatur a – bc *
S – Störung/Tritt a – bc *
P - Beweidung b – ac *
Keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei floristischen Gruppen: (p-Wert > 0.05)
L Licht sl Hangneigung h Höhe ü NN [m] sd Bodentiefe (Ah [cm]) exp-o Exposition Ost exp-n Exposition Nord
Signifikante Unterschiede zwischen nur zwei der drei floristischen Gruppen: (p-Wert: * < 0.05)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vitalität
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Vitalität – floristische Gruppen:
Vitalität:
ah Arnikahöhe [cm] ar Arnikaradius Blattrosette [cm] fln Blütenanzahl ln Blattanzahl lw Blattbreite [cm] la Blattfläche [cm²]
Floristische Gruppen:
a b c
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Vitalität
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Vitalität – floristische Gruppen: Die drei floristischen Gruppen unterscheiden sich nicht in
ihrer Arnikavitalität. (p-Wert > 0.05)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – floristische Gruppen:
Floristische Gruppen:
a b c
Inhaltsstoffe – Gehalt von:
H Helenalinderivaten DH Dihydrohelenalinderivaten Ubk Unbekannten Ges Gesamtgehalt
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Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – floristische Gruppen:
Gruppe a und b unterscheiden sich signifikant in ihrem Gesamtinhaltsstoffgehalt: (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
Keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei floristischen Gruppen:
(p-Wert > 0.05)
H Helenalinderivate DH Dihydrohelenalinderivate Ubk Unbekannte
Gesamtinhaltsstoffgehalt **
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – Umweltfaktoren:
Inhaltsstoffe – Gehalt von:
H Helenalin- derivaten DH Dihydrohelenalin- derivaten Ubk Unbekannten Ges Gesamtgehalt
Umweltfaktoren:
h Höhe ü NN [m] sl Hangneigung exp-o Exposition-Ost exp-n Exposition-Nord Sd Bodentiefe (Ah-Horizont) [cm] spH Boden-pH-Wert - Zeigerwerte F - L - T - N - R - C - P - S
Kein signifikanter Zusammenhang der Umweltfaktoren mit den Arnika-Inhaltsstoffe und dem Gesamtinhaltsstoffgehalt: p-Wert > 0.05
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – Umweltfaktoren: pH
Signifikant negativer Zusammenhang des Boden pH-Wertes mit dem Helenalinderivatgehalt: (p-Wert: * < 0.05; ** < 0.01; *** < 0.001)
Boden pH-Wert
H -
Geh
alt
y=441.23-61.24*x R²=0.16 *
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Zusammenfassung
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Die drei floristischen Gruppen unterscheiden sich: • ökologisch in ihrem Boden pH-Wert **, der gemittelten
Reaktionszahl *** und der gemittelten Mahdverträglichkeit* • nicht in ihrer Arnika-Vitalität
Gruppe a und b unterscheiden sich: • in ihrem Gesamt Inhaltsstoffgehalt **
Der Boden pH zeigt einen negativen Zusammenhang mit dem Helenalinderivatgehalt*
Drei floristische Gruppen können im UG unterschieden werden.
Gruppe a weist das höchste Arnikavorkommen auf.
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Fazit
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Fazit
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Arnika ist im UG nicht nur an ein spezifisches Habitat gebunden, sondern tritt in verschiedenen Habitaten auf.
Diese Habitate unterscheiden sich in ihrem Boden pH-Wert und der Mahdverträglichkeit und weisen ein
unterschiedliches Arnikavorkommen auf.
Zwei der Habitate unterschiedlichen sich in ihrem Gesamtinhaltsstoffgehalt der Arnika.
Der Helenalinderivatgehalt steht in einem Zusammenhang mit dem Boden pH-Wert.
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Das Vorkommen und die Inhaltsstoffe von Arnica montana in Grünlandtypen des Apuseni-Gebirges (RO) stehen in einem Zusammenhang mit dem
Boden pH-Wert.
BRINKMANN, K. (2006): Auswirkungen von Bewirtschaftungsänderungen auf Traditionell Genutztes Grünland im Apuseni-Gebirge Rumäniens. OBERDORFER, E. (2001): Pflanzensoziologische Exkursionsflora für Deutschland und angrenzende Gebiete. (Ulmer) Stuttgart. FITTER R., A. & BLAMEY, M (1986): Pareys Blumenbuch – Wildblühende Pflanzen Deutschlands und Nordwesteuropas. Verlag Paul Parey Hamburg und Berlin. SPOHN, M. & R. (2008): Was blüht denn da? Franckh-Kosmos Verlag-GmbH&Co.KG, Stuttgart.
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Literatur
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Arnika Inhaltsstoffe
- Biosynthese, Qualität und Anreicherung von Sekundärmetaboliten werden durch die abiotischen Umwelt beeinflusst (Licht, Temperatur, Bodenfeuchte, Nährstoffe)
HOLOPAINEN and GERSHENZON, 2010; SZATHMÁRY et al., 2001; COLEY, 1987
- Die Umwelt kann abrupte Aktivierungen von qualitativen Änderungen in der Produktion der Sekundärmetaboliten hervorrufen.
LAUGHLIN, 1993; LOMMEN et al., 2008; PÉREZ-ESTRADA et al., 2000
- Die Temperatur ist ein wichtiger ökologischer Faktor für die Produktion von Phenolen in A. montana.
ALBERT et al., 2009
- Die Temperatur, die Höhenlage und der gemittelte Niederschlag haben einen signifikanten Einfluss auf 6-O-isovalerylhelenalin in A. montana.
SEEMANN ET AL., 2009
- Das Verhältnis von Helenalin- zu Dihydrohelenalinderivaten in A. montana zeigt sich unabhängig von verschiedenen Umweltparametern.
SEEMANN et al., 2009
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Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – Vitalität:
Inhaltsstoffe – Gehalt von:
H Helenalin- derivaten DH Dihydrohelenalin- derivaten Ubk Unbekannten Ges Gesamtgehalt
Vitalität:
ah Arnikahöhe [cm] ar Arnikaradius Blattrosette [cm] fln Blütenanzhal ln Blattanzahl lw Blattbreite [cm] la Blattfläche [cm²]
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Ergebnisse - Inhaltsstoffe
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Inhaltsstoffe – Vitalität: Die Vitalität der Arnika zeigt keinen Effekt auf den Gehalt der
Inhaltsstoffe. (p-Wert > 0.05)
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Untersuchungsraum: Drei Aufnahmeflächen bei Ghetari (Nummer 2, 5, 26)
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
Methodik- Vorkommen:
5
2
26
Vorkommen, Vitalität & Inhaltsstoffe von Arnica montana
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Rumänien-Reise (7. Juni – 15. Juli 2017) Apuseni Gebirge Ghetari (1134 m ü. NN) Bezirk Alba Region Siebenbürgen