Originalarbeiten . Original Papers

Institut fUr Allgemeine Botanik der Universitat Athen, Griechenland

Das jahresperiodische Verhalten des Rohfetts und der Fettsauren in Rinden und Blattern von Ceratonia siliqua L.

The lipid content and fatty acid composition of bark and leaves of Ceratonia siliqua L. during the course of a year

ST. DIAMANTOGLOU and M. S. MELETIOU-CHRISTOU

Mit 2 Abbildungen

Eingegangen am 10. Februar 1977· Angenommen am 18. Juni 1977

Summary

The total lipid content of bark and leaves of a small tree of Ceratonia siliqua was in­vestigated throughout the period of one year and the fatty acid composition of the saponifiable lipids was determined by gas liquid chromatography. The total lipid content in the bark was high from July to January and low during the main growth period (February to May/June). The lipid content of leaves increased during the two growth phases encompas­sing early spring to June and August to November and was lowest during the hot and dry summer months. The most important fatty acids are palmitic, stearic, oleic, linoleic, lino­lenic and, in bark, also arachinic acid. During winter, the content of linoleic and linolenic acids in the bark increased in leaves the content of the predominating linolenic acid was highest in the winter and spring months. The influence of temperature on the fatty acid patterns was investigated by cooling and darkening Ceratonia leaves, whereby the relative percentage of linolenic acid increased considerably. The results are discussed in relation to the storage physiology of lipids and to the influence of temperature on lipid metabolism.

Key words: lipid storage, fatty acids, temperature effects, Ceratonia siliqua.

Einleitung

Es ist schon lange bekannt, daB in vegetativen Teilen hoherer Pflanzen neben Kohlenhydraten auch Lipide als Reservestoffe gespeichert werden. Ober das physio­logische Verhalten von Lipiden in den vegetativen Teilen von Macchien-Pflanzen ist uns keine Arbeit bekannt. Zur Speicherungsphysiologie der Fette liegen zwar

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eine Reihe alterer Arbeiten vor (vgl. ZELLER, 1957), jedoch ist die Jahresperiodik mit neueren gaschromatographischen Verfahren nur an wenigen Objekten gepriift worden (KULL und JEREMIAS, 1972; CATALANO und SCIANCALEPORE, 1975). Wir ha­ben das jahresperiodische Verhalten des Rohfetts und der Fettsauren aus den ver­seifbaren Lipiden bei Blattern und Rinden von Ceratonia siliqua untersucht. Diese Art ist eine Charakterpflanze der mediterranen Pflanzengemeinschaft des Oleo-Ce­ratonion. Obwohl sie also im Mittelmeergebiet sehr verbreitet ist, wissen wir nichts iiber das physiologische Verhalten ihrer Reservestoffe in den vegetativen Pflanzen­teilen.

Material und Methoden

Material

Untersucht wurden Blatter und Rinde von Ceratonia siliqua L. Das Material wurde ei­nem Baum entnommen, der in einem offenen Gelande nahe dem Botanischen Institut der Universitat Athen wuchs und nicht kunstlich bewassert wurde. Das Material wurde in der Mitte jeden Monats zur selben Tageszeit (ca. 10 Uhr) geerntet, urn tagesperiodische Schwankungen auszuschalten. Die Blatter (nur ausgewachsene Blatter) und die abgeschalte Rinde wurden in Plastikbeuteln 10 min lang in kochendem Wasser gehalten und anschlie­Bend bei 60 DC in einem Ventilatortrockenschrank getrocknet.

Methoden

Aus dem Trockenmaterial wurde ein Extrakt mit Chloroform-Methanol (2: 1 v) nach dem Verfahren von WINTER (1963) hergestellt. Daraus wurde der Gehalt an Rohfett be­stimmt und anschlieBend erfolgte die Verseifung der Lipide und Herstellung der Methyl­ester nach STOFFEL et al. (1959) und BAYER (1962). Dabei wurde unter stromendem Stick­stoff gearbeitet. Daten der Gaschromatographie: Gerat Perkin-Elmer F 11; Saule Stahl 1/. "Durchmesser, Lange 6 ft; 20 Ofo Diathylenglykolsuccinat auf HMDS Chromosorb W 80-100 mesh. Saulentemperatur 180 DC; Injektortemperatur 210 DC; Tragergas Stick­stoff etwa 30 mil min. Die Identifizierung der einzelnen Peaks erfolgte nach KULL und JEREMIAS (1972). Die quantitative Mengenbestimmung erfolgte durch Berechnung der Peak­flachen mit dem Naherungsvcrfahren Peakhohe X Halbwertsbreite (vgl. KAISER, 1965; KULL und JEREMIAS, 1972). Die Gehalte werden wie ublich in % der Gesamtfettsauremenge an­gegeben. Als innerer Standard diente der Methylester der Pentadecansaure.

Ergebnisse

a) Rinde

In der Rinde von Ceratonia siliqua sind folgende langerkettigen Fettsauren vor­handen:

Gesattigte Fettsauren: Palmitinsaure (16: 0), Stearinsaure (18 : 0) und Arachin­saure (20 : 0).

Ungestattigte Fettsauren: eine Hexadecensaure (16: 1), Olsaure (18: 1), Linolsau­re (18 : 2) und Linolensaure (18 : 3).

Ungeradzahlige Fettsauren konnten auch nicht in geringen Mengen nachgewiesen werden. Dagegen waren stets kleine Anteile verschiedener Fettsauren mit weniger

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Fig. 1: Content of total lipids in the bark of Cera­tonia siliqua during the course of a year (in mg/g dry weight).

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44

40

36

32

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Lipide in Rinden und BHittern von Ceratonia 97

mg/gr.TrG

6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5 6 Monale

als 16 C-Atomen vorhanden, sie werden zusammengefagt und sind im folgenden als niedere Fettsauren bezeichnet.

Wie Abb. 1 zeigt, liegt der Rohfettgehalt von Juli bis zum Januar stets viel ho­her als von Februar bis Juni. Die starke Abnahme vom Januar an fallt mit dem Beginn der Hauptwachstumsperiode zusammen, die etwa bis Ende Juni dauert. Un­ter den gesattigten Fettsauren herrscht die Palmitinsaure (16: 0) vor (Tabelle 1). 1hr Anteil erreicht im Sommer (Juni-Juli) ein Maximum, zum Herbst hin nimmt er cleutlich ab, clas Minimum liegt im Marz. Die Zunahme cler Palmitinsaure in cler Rincle ab Marz fallt mit cler Wachstumszeit, also mit der Bildung der neuen Blatter zusammen.

Die Stearinsaure zeigt in cler Rincle das ganze Jahr tiber nur geringftigige Schwankungen, dagegen weist die Arachinsaure cleutliche jahreszeitliche Verande­rungen auf. 1m Juni-Juli ist ihr Anteil am hochsten, nimmt clann zum Herbst hin

Tab. 1: Fettsaurezusammensetzung der verseifbaren Lipide aus der Rinde von Ceratonia siliqua (in 0/0

der Gesamtfettsauren). Monat

Fettsauren 6/75 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5 6/76

niedere 6,3 8,4 7,4 6,2 8,3 5,0 4,5 4,9 5,4 4,9 5,2 4,7 6,9 16: 0 34,4 33,7 27,8 30,7 28,1 25,5 25,5 24,1 25,5 23,3 25,2 26,6 33,3 16 : 1 Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur Spur 18 : 0 9,5 9,1 4,1 7,2 6,7 6,0 6,7 7,3 6,8 7,9 9,1 7,2 8,7 18 : 1 16,9 17,4 18,4 19,8 18,3 18,1 14,1 14,5 13,3 11,7 12,5 13,0 15,9 18 : 2 15,1 14,3 26,6 23,5 23,4 28,6 33,7 32,6 26,9 27,4 26,9 26,6 16,0 18 : 3 9,9 9,7 9,3 8,1 10,2 11,8 15,5 16,6 22,1 24,8 18,1 17,1 12,0 20: 0 7,9 7,4 6,4 4,5 5,0 5,0 Spur Spur Spur Spur 3,0 4,8 7,2

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ab, und von Dezember bis Marz war Arachinsaure nur als Spur nachzuweisen. Ab April steigt der Anteil wieder stark an.

Bei den ungesattigten Fettsauren sind Linolsaure und Linolensaure vorherrschend. Der Linolsauregehalt steigt ab August an, erreicht im Dezember sein Maximum und fallt wieder zu den Sommermonaten hin abo Der Linolsaure-Anteil nimmt ab Okto­ber zu, erreicht das Maximum im Marz und geht dann wieder zuruck. Die tllsaure weicht in ihrem Verhalten starker ab, ihr Anteil steigt ab April langsam an, er­reicht bereits im September den hochsten Wert und nimmt dann bis zum Marz abo

b) Blatter

In den Blattern von Ceratonia siliqua haben wir folgende langerkettigen Fettsau­ren identifiziert: Gesattigte Fettsauren: Palmitinsaure (16: 0) und Stearinsaure (18: 0) Ungesattigte Fettsauren: eine Hexadecensaure (16: 1), tllsaure (18 : 1), Li­nolsaure (18 : 2) und Linolensaure (18: 3).

Wie Abb. 2 zeigt, ist der Rohfettgehalt der Blatter wahrend der Wintermonate am hochsten. Ab Januar geht er bis April zuruck urn dann bis Juni zuzunehmen. Vom Juni an sinkt er stark ab, das Minimum liegt im August.

mg/gr.Tr.g 70

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6 7 8 9 10 11 12 Monale

2 3 4 5 6

Fig. 2: Content of total lipids in leaves of Cerato-­nia siliqua during the course of a year (in mg/g dry weight).

Tab. 2: Fettsaurezusammensetzung der verseifbaren Lipide aus den BHittern von Ceratonia siliqua (in 0,

der Gesamtfettsauren). Monat

Fettsauren 6/75 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5 6/7~

niedere 10,6 13,0 12,6 10,9 9,2 14,3 6,8 6,1 3,9 3,4 7,7 7,5 9,6 16: 0 19,7 25,2 28,7 25,6 25,1 17,7 21,5 19,5 19,4 17,9 18,3 17,9 18,1 16 : 1 1,2 1,6 Spur Spur Spur Spur Spur Spur 0,9 0,5 0,8 0,9 0,8 18 : 0 5,1 4,9 6,0 4,7 4,9 3,9 4,1 4,5 4,4 4,6 4,2 4,1 3,8 18 : 1 9,3 14,6 14,4 15,4 14,8 8,6 5,9 5,8 5,1 4,2 4,9 6,6 6,1 18 : 2 9,9 10,3 8,4 8,4 9,4 12,3 11,8 11,7 13,5 12,5 10,2 11,3 10,9 18 : 3 42.9 29,5 28,4 33,3 34,9 41,4 48,2 50,6 51,2 54,4 51,9 50,3 49,6

nicht iden- 1,3 0,9 1,5 1,7 1,7 1,8 1,7 1,8 1,6 2,5 2,0 1,4 1,1 tifizierte

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Lipide in Rinden und Blattern yon Ceratonia 99

Unter den gesattigten Fettsauren der Blatter (Tabelle 2) herrscht die Palmitinsau­re prozentual vor. Ihr Anteil nimmt von Mai bis August deutlich zu, danach ver­andert er sich unregelmaBig; das Minimum erreicht er in den Wintermonaten. Der Stearinsauregehalt zeigt das ganze Jahr iiber nur geringfiigige Schwankungen.

Bei den ungesattigten Fettsauren nimmt der tllsaure-Anteil in den Sommer- und Herbstmonaten stark zu und geht im Winter stark zuriick. Dagegen nehmen die Anteile von Linol- und Linolensaure im Sommer/Herbst ab und im Winter zu. Die Linolensaure erreicht dabei in den Wintermonaten mehr als 50 % der Gesamtfett­sauren. Der Anteil der niederen Fettsauren ist im Sommer und Herbst hoher als im Winter und Friihjahr. Drei weitere Fettsauren der Cera tonia-Blatter konnten nicht identifiziert werden. Aile drei sind nur in klein en Mengen (stets unter jeweils 2 %) vorhanden.

c) Kalte- und Verdunkelungsversuch

Zur Oberpriifung des Temperatureinflusses auf die Fettsaurezusammensetzung wurde ein Kalteversuch mit Blattern von Ceratonia durchgefiihrt. Dazu haben wir Zweige 10 Tage lang in einem Kiihlschrank bei 4°C gehalten. Zur Kontrolle wur­den entsprechende Zweige im Freiland unter natiirlichen Verhaltnissen verdun kelt (durchschnittliche Tagestemperatur 22 0C). Das Ergebnis des Versuchs ist in Tabelle 3 dargestellt. Der Rohfettgehalt nimmt bei Verdunkelung ab, bei tiefer Temperatur weniger als bei normaler Umgebungstemperatur. Der Anteil an Linolensaure nimmt bei den Versuchspflanzen zu, derjenige von Palmitinsaure entsprechend abo

Tab. 3: Rohfettgehalt und Fettsaurenanteile nach Verdunke1ung der Blatter im Klihlschrank und im Freiland

Fettsauren

Rohfettgehalt mg/g Tr.gew. niedere 16 : ° 18 : ° 18 : 1 18 : 2 18 : 3

Versuchsbeginn 63,4 6,0 29,7 6,2 8,7 8,5 40,9

Klihlschrank yom 16. 10. bis 25. 10. 76 50,0 6,9 21,7 4,2 7,3 8,9 50,8

Freiland yerdunkelt Yom 16. 10. bis 25. 10. 76 41,8 6,6 19,7 3,9 6,3 8,6 54,9

Discussion

Der Rohfettgehalt verandert sich im Jahresgang in Rinden und Blattern unter­

schiedlich. In den Rinden erfolgt die starkste Abnahme vor der Hauptwachstums­phase, die nach unseren Beobachtungen im Februar/Marz einsetzt und bis Juni an-

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dauert. Eine zweite Wachstumsphase von Ceratonia beginnt etwa Ende September (und dauert bis November), sie ist beim Rohfettgehalt der Rinden nur an einer ge­ring en Abnahme erkennbar. Inwieweit der hohe Rohfettgehalt der Rinden wahrend der Herbst- und Wintermonate mit Veranderungen im Kohlenhydrathaushalt kor­reliert, wird zur Zeit untersucht. In den Blattern erfolgt die Zunahme der Rohfett­gehalte im April und im September parallel mit den Wachstumsphasen.

Wie LARCHER et a!. (1973) zeigten, ist eine Speicherung von Reservestoffen in Form von Fett oft giinstig, weil Lipide in ihrer Ablagerungsform haufig weniger temperaturempfindlich sind als Kohlenhydrate. Bei Pflanzen, die einer starken win­terlichen Zuckeranhaufung auf Grund des Klimas nicht bediirfen, konnte also ein groBerer Anteil von Reservematcrial vorteilhaft als Lipid gespeichert werden. Un­sere Befunde zeigen weiterhin, daB wahrend der kalten Jahreszeit in Rinden und Blattern die mehrfach ungesattigten Fettsauren zunehmen. In Rinde ist dies vor al­lem die Linolsaure, in den Blattern hingegen wie iiblich die Linolensaure. Das Vor­herrschen von Linolsaure unter den ungesattigten Fettsauren nicht photosyntheti­scher Gewebe ist von NICHOLS (1963) und SUKHIJA et a!. (1976) nachgewiesen wor­den.

Die Fettsaurezusammensetzung der Blatter ist derjenigen, die CATALANO und SCIANCALEPORE (1975) bei Olea fanden, ziemlich ahnlich. Aus vielen Untersuchun­gen an Friichten und Samen ist bekannt, daB bei Verringerung der Temperatur eine Mengenzunahme mehrfach ungesattigter Fettsauren erfolgt (vgl. CANVIN, 1965; RINNE, 1969; BERINGER, 1971; SCHUSTER, 1971). Bei Untersuchungen iiber die Tem­peraturabhangigkeit der Biosynthese von Fettsauren konnten HARRIS und JAMES (1969) an Samen mehrerer Arten sowie RINNE (1969) an keimenden Sojabohnen eine verstarkte Bildung ungesattigter Fettsauren zu ungunsten gesattigter bei tiefer Temperatur nachweisen. Der Kalteversuch zcigt, daB die Zunahme der ungesattig­ten Fettsauren in den Blattern zumindest zum Teil temperaturbedingt sein konnte. Allerdings nimmt bei Verdunkelung im Freiland der Linolensauregehalt noch star­ker zu, so daB offenbleibt, inwieweit unter natiirlichen Verhaltnissen die Tageslange auf die Linolensaure-Anhaufung EinfluB nimmt. Die Zunahme des Linolsaureanteils in den Lipiden setzt in Rinden ab Oktober, in den Blattern sehr stark im Novem­ber ein, so daB ein Kurztag-Effekt beteiligt sein konnte. Die Vermehrung ungesat­

tigter Fettsauren in der kalten Jahreszeit spielt viellcicht fiir die Erhohung der Kalteresistenz der Pflanzen eine Rolle (vgl. GERLOFF et a!., 1966; KUIPER, 1970; KULL und JEREMIAS, 1972). Die hohen Temperaturen wahrend der trockenen Som­

mermonate wirken sich auf das Fettsauremuster nicht erkennbar aus. Dies steht im Einklang mit Befunden von PEARCY und STROUSE (1974) sowie KULL und BRECKLE (1975). Hingegen nimmt der Rohfettgehalt der Blatter wahrend der sommerlichen

Diirreperiode deutlich abo Die Alterung der Blatter von Ceratonia wirkt sich auf die Fettsaurezusammensetzung eben falls nicht aus, vor allem ist keine Abnahme der Linolensaure festzustellen, wie sie von KULL und BRECKLE (1975) gefunden wurde.

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Dank

Herrn Prof. Dr. K. MITRAKOS und Herrn Doz. Dr. U. KULL danken wir fiir wertvolle Ratschlage und Hinweise. Ferner gilt unser Dank Fraulein ELENI BAKOPOULOU fiir die sorg­faltige Aufarbeitung und Vorbereitung der Proben fiir die Gaschrornatographie.

Literatur

BAYER, E.: Gas-Chrornatographie, 2. Auf!. Springer-Verlag 1962 BERINGER, H.: Z. Pflanzenernahrg. Diing. Bodenkde. 128, 115 (1971). CANVIN, D. T.: Canad. J. Bot. 43, 63 (1965). CATALANO, M. et V. SCIANCALEPORE: Riv. Ita!. sostanze grasse 52, 276 (1975). GERLOFF, E. D., T. RICHARDSON, and M. A. STAHMANN: Plant Physio!. 41,1280 (1966). HARRIS, P. and A. T. JAMES: Biochirn. biophys. Acta 187,13 (1966). KAISER, R.: Chrornatographie in der Gasphase, Teil IV, Bib!. Inst. Mannheirn 1965. KUIPER, P. J. c.: Plant Physio!. 45, 684 (1970). KULL, U. und K. JEREMIAS: Z. Pflanzenphysio!. 68, 55 (1972). KULL, U. und S. W. BRECKLE: Z. Pflanzenphysio!. 75, 332 (1975). LARCHER, W., L. SCHMIDT, and A. TSCHAGER: Oeco!. Plant. 8, 377 (1973). NICHOLS, B. W.: Biochirn. biophys. Acta 70, 417 (1963). PEARCY, R. W. and B. STROUSE: Plant Physio!. 53, Supp!. 34 (1974). RINNE, R. W.: Plant Physio!. 44, 89 (1969). SCHUSTER, W.: Fette, Seifen, Anstrichrnittel 73, 305 (1971). SUKHIJA, P. S., J. S. SITAL, R. K. RAHEJA, and 1. S. BHATIA: Physio!. Plant 38, 221 (1976). STOFFEL, W. F. and E. H. AHRENS, jr.: Analyt. Chern. 31, 307 (1959). WINTER, E. Z.: Lebensrnittel-Unters. u. Forsch. 123,205 (1963). ZELLER, A.: Handbuch der Pflanzenphysiologie, ed. W. RUHLAND et a!. 7, 280 (1957).

Dr. ST. DIAMANTOGLOU, Dip!.-Bio!. M. S. MELETIOU-CHRISTOU, University of Athens, Insti­tute of General Botany, Athens/Panepistirniopolis 621, Greece.

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