Maria Fitzner

• With the many challenges facing the agricultural system, such as water scarcity, loss of arable land due to climate change, population growth, urbanization or trade disruptions, new agri-food systems are needed to ensure food security in the future. In addition, healthy diets are needed to combat non-communicable diseases. Therefore, plant-based diets rich in health-promoting plant secondary metabolites are desirable. A saline indoor farming system is representing a sustainable and resilient new agrifood system and can preserve valuable fresh water. Since indoor farming relies on artificial lighting, assessment of lighting conditions is essential. In this thesis, the cultivation of halophytes in a saline indoor farming system was evaluated and the influence of cultivation conditions were assessed in favor of improving the nutritional quality of halophytes for human consumption. Therefore, five selected edible halophyte species (Brassica oleracea var. palmifolia, Cochlearia officinalis, Atriplex hortensis, Chenopodium quinoa, andWith the many challenges facing the agricultural system, such as water scarcity, loss of arable land due to climate change, population growth, urbanization or trade disruptions, new agri-food systems are needed to ensure food security in the future. In addition, healthy diets are needed to combat non-communicable diseases. Therefore, plant-based diets rich in health-promoting plant secondary metabolites are desirable. A saline indoor farming system is representing a sustainable and resilient new agrifood system and can preserve valuable fresh water. Since indoor farming relies on artificial lighting, assessment of lighting conditions is essential. In this thesis, the cultivation of halophytes in a saline indoor farming system was evaluated and the influence of cultivation conditions were assessed in favor of improving the nutritional quality of halophytes for human consumption. Therefore, five selected edible halophyte species (Brassica oleracea var. palmifolia, Cochlearia officinalis, Atriplex hortensis, Chenopodium quinoa, and Salicornia europaea) were cultivated in saline indoor farming. The halophyte species were selected for to their salt tolerance levels and mechanisms. First, the suitability of halophytes for saline indoor farming and the influence of salinity on their nutritional properties, e.g. plant secondary metabolites and minerals, were investigated. Changes in plant performance and nutritional properties were observed as a function of salinity. The response to salinity was found to be species-specific and related to the salt tolerance mechanism of the halophytes. At their optimal salinity levels, the halophytes showed improved carotenoid content. In addition, a negative correlation was found between the nitrate and chloride content of halophytes as a function of salinity. Since chloride and nitrate can be antinutrient compounds, depending on their content, monitoring is essential, especially in halophytes. Second, regional brine water was introduced as an alternative saline water resource in the saline indoor farming system. Brine water was shown to be feasible for saline indoor farming of halophytes, as there was no adverse effect on growth or nutritional properties, e.g. carotenoids. Carotenoids were shown to be less affected by salt composition than by salt concentration. In addition, the interaction between the salinity and the light regime in indoor farming and greenhouse cultivation has been studied. There it was shown that interacting light regime and salinity alters the content of carotenoids and chlorophylls. Further, glucosinolate and nitrate content were also shown to be influenced by light regime. Finally, the influence of UVB light on halophytes was investigated using supplemental narrow-band UVB LEDs. It was shown that UVB light affects the growth, phenotype and metabolite profile of halophytes and that the UVB response is species specific. Furthermore, a modulation of carotenoid content in S. europaea could be achieved to enhance health-promoting properties and thus improve nutritional quality. This was shown to be dose-dependent and the underlying mechanisms of carotenoid accumulation were also investigated. Here it was revealed that carotenoid accumulation is related to oxidative stress. In conclusion, this work demonstrated the potential of halophytes as alternative vegetables produced in a saline indoor farming system for future diets that could contribute to ensuring food security in the future. To improve the sustainability of the saline indoor farming system, LED lamps and regional brine water could be integrated into the system. Since the nutritional properties have been shown to be influenced by salt, light regime and UVB light, these abiotic stressors must be taken into account when considering halophytes as alternative vegetables for human nutrition.…
• Angesichts zahlreicher Herausforderungen wie Wasserknappheit oder Verlust landwirtschaftlicher Nutzflächen aufgrund des Klimawandels, Bevölkerungswachstum und Verstädterung sind neue Systeme der Agrar- und Lebensmittelproduktion (Agrifood-Systeme) erforderlich, um die Ernährungssicherheit in der Zukunft zu gewährleisten. Eines dieser neuen Agrifood-Systeme ist das Indoor Farming. Es bietet den Vorteil einer nachhaltigen und resilienten Nahrungsmittelproduktion. In Kombination mit dem Anbau von Salzpflanzen kann wertvolles Süßwasser eingespart werden, da diese mit Salzwasser bewässert werden können. Durch eine pflanzliche Ernährung, die reich an sekundären Pflanzenstoffen mit gesundheitsfördernden Eigenschaften ist, kann eine gesunde Ernährung erreicht werden. Dadurch kann das Risiko für nicht übertragbare Krankheiten wie Diabetes oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen gesenkt werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob salztolerante Pflanzen (Halophyten) als alternatives Gemüse für die menschliche Ernährung geeignet sind und ob sie inAngesichts zahlreicher Herausforderungen wie Wasserknappheit oder Verlust landwirtschaftlicher Nutzflächen aufgrund des Klimawandels, Bevölkerungswachstum und Verstädterung sind neue Systeme der Agrar- und Lebensmittelproduktion (Agrifood-Systeme) erforderlich, um die Ernährungssicherheit in der Zukunft zu gewährleisten. Eines dieser neuen Agrifood-Systeme ist das Indoor Farming. Es bietet den Vorteil einer nachhaltigen und resilienten Nahrungsmittelproduktion. In Kombination mit dem Anbau von Salzpflanzen kann wertvolles Süßwasser eingespart werden, da diese mit Salzwasser bewässert werden können. Durch eine pflanzliche Ernährung, die reich an sekundären Pflanzenstoffen mit gesundheitsfördernden Eigenschaften ist, kann eine gesunde Ernährung erreicht werden. Dadurch kann das Risiko für nicht übertragbare Krankheiten wie Diabetes oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen gesenkt werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob salztolerante Pflanzen (Halophyten) als alternatives Gemüse für die menschliche Ernährung geeignet sind und ob sie in einem salzhaltigen Indoor Farming System angebaut werden können. Zu diesem Zweck wurden fünf essbare Halophyten (Palmkohl, Gartenmelde, Löffelkraut, Quinoa und Europäische Queller) untersucht. Mit diesen Halophyten wurden verschiedene Pflanzenstudien durchgeführt, um den Einfluss von Salz, Licht und UVB-Strahlung auf für die menschliche Ernährung relevante Inhaltsstoffe zu untersuchen. In der ersten Studie wurde untersucht, welchen Einfluss das salzhaltige Indoor Farming System auf die Salzpflanzen und ihre Inhaltsstoffe hat. Es konnte festgestellt werden, dass sich die Inhaltsstoffe mit steigender Salzkonzentration im Wasser verändern. Weiterhin wurde untersucht, ob sich regionales Solewasser aus einer Thermalquelle als Salzwasserressource eignet. Es zeigte sich, dass das Solewasser keine negativen Auswirkungen auf das Wachstum oder die Inhaltsstoffe hat. Darüber hinaus wurde das Indoor-Farming System mit dem klassischen Gewächshausanbau von Salzpflanzen verglichen. Dabei zeigte sich ein Einfluss der unterschiedlichen Beleuchtung auf die Inhaltsstoffe. Schließlich wurde der Einsatz von UVB-LEDs als zusätzliche Beleuchtung getestet. Dabei wurde eine Verbesserung des Inhaltsstoffprofils erreicht. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Salzpflanzen in Indoor-Farming kultiviert werden können und dass die ernährungsphysiologischen Eigenschaften durch Salz, Beleuchtung und UVB-Licht beeinflusst werden können.…