Lipidy glebowe w systemie substancji próchnicznych
Badania ostatnich lat ponownie podkreśliły ogromną rolę niespecyficznych składników próchnicy glebowej w kształtowaniu żyzności gleby i genezy gleb. Do takich związków zalicza się różnorodne substancje fizjologicznie aktywne, węglowodany, aminokwasy, a także różne pigmenty.
Szczególną pozycję w tej grupie zajmują substancje ekstrahowane z gleb za pomocą mieszaniny alkoholowo-benzenowej. Dla tej grupy do tej pory nie utrwalił się powszechnie uznany termin, a jej pozycja w systemie substancji próchnicznych pozostaje niejasna. Substancje ekstrahowane z gleb mieszaniną alkoholowo-benzenową są w literaturze nazywane „bitumami”, wosko-żywicami, a w wielu przypadkach mówi się o nich po prostu jako o grupie związków ekstrahowanych mieszaniną alkoholowo-benzenową, bez użycia specjalnego terminu.
Głównie autorzy używają terminu **lipidy**. Podobna nieokreśloność terminologiczna istnieje również w literaturze geologicznej, gdzie w szczególności termin „bitumy” oznacza mieszaninę węglowodorów i ich pochodnych, powstałych w wyniku przekształcenia wosków, żywic i kwasów tłuszczowych w ciągu okresów geologicznych.
Próchnica glebowa stanowi formację stosunkowo młodą, a substancje ekstraktów alkoholowo-benzenowych z gleb powinny być reprezentowane przez mało zmienione związki, wchodzące w skład resztek roślinnych i komórek mikroorganizmów, tj. woski, żywice, glicerydy kwasów tłuszczowych i kwasy tłuszczowe. To daje podstawę do nazywania całej omawianej grupy substancji **lipidami**.
Obecnie w biochemii roślin terminem lipidy łączy się dużą grupę substancji, „...tłuszcze i substancje tłuszczopodobne (lipoidy) są połączone wspólnym terminem lipidy. Substancje tej grupy rozpuszczają się w różnych rozpuszczalnikach organicznych. Do tej grupy można również zaliczyć pigmenty rozpuszczalne w tłuszczach. W składzie lipidów zwykle wyróżnia się:
- tłuszcze obojętne, woski i steroidy,
- fosfolipidy,
- glikolipidy i inne lipidy złożone,
- a także szereg innych związków, w tym kwasy, alkohole, witaminy, węglowodory wyższe, w tym karoteny i karotenoidy itp.
Prawdopodobnie w wielu przypadkach glebowe ekstrakty alkoholowo-benzenowe mogą zawierać pewne inne związki; w szczególności nie można wykluczyć włączenia do tej grupy kwasu hymatomelanowego i białek rozpuszczalnych w alkoholu. Jednakże, w oparciu o powyższe definicje i na podstawie dostępnych danych dotyczących składu ekstraktów alkoholowo-benzenowych, uważamy za możliwe i bardziej poprawne nazywanie tej grupy substancji **lipidami glebowymi**.
Lipidy dostają się do gleby z resztkami roślinnymi, ponadto nie można wykluczyć możliwości syntezy lipidów bezpośrednio w glebie przez różne mikroorganizmy, na przykład drożdże utleniające parafinę. Lipidy glebowe i roślinne wykazują pewne podobieństwo.
Oceniając znaczenie lipidów w systemach biochemicznych, należy wziąć pod uwagę następujące założenia: zawartość tej grupy substancji w próchnicy glebowej wynosi od 2 do 14%, a według niektórych danych w warunkach gleb sporfionych, tundry, gleb górskich wyraźnie zaznacza się tendencja do zwiększonego gromadzenia tej grupy do 20—24%, a czasem i więcej.
Pod względem budowy chemicznej lipidy ostro różnią się od innych grup substancji próchnicznych, zawierając w swoim składzie znaczną część struktur alifatycznych i grup hydrofobowych. To ostatnie prowadzi do szeregu specyficznych właściwości chemicznych. Szczególne zainteresowanie budzi ta grupa w związku z jej swoistym „oznakowaniem” obecnością szkieletowych form, takich jak parafina (tłuszcze, woski), steroidy, terpeny, karotenoidy, chlorofil i inne pigmenty porfirynowe. Związki te są stosunkowo łatwo wykrywalne za pomocą specyficznych widm elektronowych lub molekularnych, co umożliwia śledzenie dróg i mechanizmów transformacji tych substancji w trakcie humifikacji i diagenezy.
Ekstrakty alkoholowo-benzenowe z gleb stanowią ciecze o różnym zabarwieniu, którego kolor waha się od jasnożółtego (mlecznego) do brunatno-pomarańczowego i zależy od typu gleby oraz zespołów roślinnych. Po usunięciu rozpuszczalnika pozostaje żółto-brązowa masa o słabym zapachu balsamicznym, która topi się w temperaturze od 63° do 87°.
Według danych literaturowych w składzie lipidów, oprócz C i H, znajduje się O, N, P, S oraz w ułamkach procenta wiele makro- i mikroelementów. Przybliżony stosunek tych ostatnich waha się w znacznym zakresie w różnych glebach (58—68% C, 8—10% H; 22—32% O; 0,4— 2,0% N).
Lipidy gleb i torfów składają się głównie z wosków i żywic, które z kolei zawierają wolne kwasy i substancje zmydlające się, reprezentowane przez typowe dla wosków estry i charakterystyczne dla żywic bezwodniki. W skład wosków bitumu wchodzi do 56% kwasów, wśród których zidentyfikowano kwas cerotynowy C25H50O2, kwas karbocerynowy C27H54O2 i hydroksykwas o składzie C30H60O3. Ponadto w składzie wosków znajduje się do 44% substancji niesmydlających się; wśród nich oznaczono węglowodory graniczne—tritriakontan C33H68 i pentatriakontan C35H72, stanowiące do 15%, wydzielono także alkohol graniczny — heptakozanol C27H55O o temperaturze topnienia 74—75°. Zidentyfikowano dużą ilość węglowodorów: n-dekan, n-undekan, n-heksadekan, naftalen, metylonaftalen, difenyl, acenaften, fluoren. Wykryto steroidy i substancje garbnikowe.
Składnikiem torfowych „bitumów” są złożone estry alkoholi cyklicznych i kwasów cyklicznych, z których wydzielono kwasy nienasycone o składzie C12H22O2 i C14H26O2. Ponadto udało się zidentyfikować triterpenoidy, które są bardzo szeroko reprezentowane w świecie roślin.
Skład glebowych ekstraktów alkoholowo-benzenowych jest dotychczas słabo zbadany, chociaż według danych szeregu autorów mogą tu występować kwasy tłuszczowe, tłuszcze, woski, kwasy żywiczne i ich estry, sterole, triterpenoidy, węglowodory itp.
Badaliśmy frakcje lipidowe najważniejszych genetycznych typów gleb. Lipidy ekstrahowano z powietrznie suchej naważki gleb, z których wstępnie odseparowano korzenie, a także z ściółek świeżego opadu i liści roślin. Rozpuszczalnikiem była mieszanina alkoholowo-benzenowa (1 : 1), ekstrakcję prowadzono w aparatach Soxhleta i Graefego.
Ekstrakcja w aparacie Soxhleta przebiega długo i nie zapewnia pełnego wydobycia wosko-żywic. Intensyfikacja procesu ekstrakcji za pomocą aparatu Graefego—Zajczenki znacznie zwiększa ilość wosko-żywic ekstrahowanych z gleby (tabela 1).
| Gleba, użytek | Poziom | Głębokość, cm | Soxhlet | Graefe | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| zawartość lipidów, % gleby | zawartość węgla lipidów, % całkowitej zawartości węgla | zawartość lipidów, % gleby | zawartość węgla lipidów, % całkowitej zawartości węgla | |||
| Czarnoziem południowy, pole orne, Chersoń | Apakh | 0—23 | 0.09 | 4.35 | 0.28 | 14.04 |
| Czarnoziem czekoladowy, pole orne, Rumunia | Apakh | 0—20 | 0.10 | 0.71 | 0.12 | 12.32 |
| Gleba górsko-łąkowa, łąka tawułowo-rajgrasowa, Chersoń | A₁ | 6—20 | 0.45 | 6.61 | 0.76 | 11.06 |
| Brunatna gleba leśna górska, ugór, Chersoń | A₁ | 1—18 | 0.07 | 6.24 | 0.21 | 19.56 |
| Sołonczak skorupowy, wygon, Chersoń | В₁ | 2—15 | 0.26 | 7.32 | 0.40 | 11.22 |
Istotne zwiększenie wydobycia substancji podczas ich ekstrakcji w aparacie Graefego może znacząco zmienić nasze wyobrażenia o roli tej frakcji w biochemii gleb. Trzeba jeszcze ustalić, kosztem której z frakcji powstaje obserwowana różnica. Na razie można przypuszczać, że część wosko-żywic nieokreślana wcześniej wchodziła w skład osadu niehydrolizującego i stanowiła część tak zwanego huminu, choć nie jest wykluczona ich obecność również w kwasach huminowych.
W badanych glebach (tabela 2) zawartość lipidów waha się od 0,02 do 0,50% gleby, od 2,0 do 80,0% C organicznego. W górnych poziomach próchnicznych wielu gleb automorficznych udział lipidów wynosi 2–10% całkowitego węgla (wg ekstrakcji w aparacie Soxhleta). Zwiększona zawartość lipidów jest charakterystyczna dla gleb o podwyższonej wilgotności (hydromorficznych), torfiastych, tundrowych, górskich. Często obserwuje się ich względne gromadzenie w głębszych poziomach. W niektórych glebach bezwzględna zawartość tej frakcji pozostaje stała na całej głębokości profilu glebowego. Z tym ostatnim wiąże się, widocznie, względne gromadzenie lipidów w poziomach B i C.
Fizyczne i chemiczne charakterystyki lipidów oraz związek tych wskaźników z warunkami ekologicznymi są bardziej szczegółowo rozpatrywane na przykładzie poszczególnych gleb: p. 106 — krasnoziem lekko gliniasty, pylasty; p. 127 — ten sam krasnoziem pod polem ornym; p. 123 — podzol subtropikalny, średnio gliniasty; p. 120 — żółtoziem lekko gliniasty, piaszczysto-pylasty. Ponieważ dominującym składem opadu nad przekrojami 127 i 120 były liście herbaty i paproci, uznaliśmy za konieczne prześledzenie zawartości i składu lipidów w systemie roślina—ściółka—gleba.
Frakcja lipidowa łatwo rozdziela się na woski i żywice poprzez ekstrakcję tych ostatnich acetonem. Zawartość wosków i żywic w lipidach waha się w szerokim zakresie. W poziomach A₁ lub Apakh podzolu subtropikalnego w krasnozemie na płaskowyżu i stoku znajduje się do 33—38% żywic, w składzie lipidów żółtoziemu pod ugorem i polem ornym żywice stanowią przeważającą grupę związków organicznych (tabela 2). W lipidach z różnych ściółek dominuje część żywiczna, stanowiąca w nich 58—68%.
| Obiekt | Poziom | Głębokość, cm | Węgiel lipidów | Woski, % | Żywice, % | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| % naważki | % całkowitego C | |||||
| Liście herbaty, p. 127 | — | — | 22.78 | — | 29.12 | 70.78 |
| Liście paproci, p. 120 | — | — | 7.65 | — | 80.21 | 19.79 |
| Ściółka leśna, p. 106 | A₀ | — | 4.36 | — | 33.06 | 66.94 |
| Herbata i ściółka, p. 127 | A₀ | — | 2.92 | — | 42.44 | 57.56 |
| Herbata i ściółka, p. 120 | A₀ | — | 4.90 | — | 31.99 | 68.01 |
| Ściółka leśna p. 123 | A₀ | — | 5.18 | — | 37.50 | 62.50 |
| Krasnoziem lekko gliniasty, pylasty, p. 106 | A₁ | 0—14 | 0.39 | 8.5 | 61.11 | 38.89 |
| AB | 14—26 | 0.09 | 11.3 | 66.92 | 33.08 | |
| B₁ | 26—52 | 0.14 | 36.8 | 67.50 | 32.50 | |
| B₂ | 52—76 | 0.11 | 38.0 | 60.24 | 39.76 | |
| C₁ | 76—140 | 0.09 | 53.0 | 58.46 | 41.54 | |
| C₂ | 140—190 | 0.14 | 77.7 | 55.26 | 44.74 | |
| Krasnoziem lekko gliniasty, pylasty, p. 127 | Apakh | 0—10 | 0.14 | 4.1 | 65.00 | 36.00 |
| Żółtoziem lekko gliniasty, piaszczysto-pylasty, oglejony, p. 120 | A₁ | 0—15 | 0.18 | 9.5 | 36.73 | 63.27 |
| AB | 15—36 | 0.19 | 36.1 | 32.59 | 67.41 | |
| B₁ | 36—57 | 0.02 | 5.7 | 29.69 | 70.31 | |
| B₂ | 57—115 | 0.23 | 76.7 | 28.26 | 71.74 | |
| B₃ | 115—150 | 0.12 | 80.0 | 29.51 | 70.49 | |
| BC | 150—200 | 0.04 | 66.6 | 30.34 | 69.66 | |
| C | 200—220 | 0.10 | 77.0 | 31.71 | 69.29 | |
| Żółtoziem lekko gliniasty, pylasty, p. 120 | Apakh | 0—10 | 0.23 | 11.3 | 29.69 | 70.31 |
| Podzol subtropikalny, średnio gliniasty, grubo pylasty, p. 123 | A₁ | 0—10 | 0.28 | 10.3 | 66.23 | 33.77 |
| A₁A₂ | 10—20 | 0.12 | 14.5 | 50.00 | 50.00 | |
| A₂ | 20—34 | 0.02 | 20.0 | 49.00 | 51.00 | |
| BC | 34—57 | 0.06 | 24.0 | 37.75 | 62.25 | |
| BC₁ | 57—100 | 0.14 | 93.4 | 38.00 | 62.00 | |
| BC₂ | 100—120 | 0.06 | 75.0 | 36.00 | 64.00 | |
| BC₃ | 120—140 | 0.21 | 87.6 | 35.58 | 64.42 | |
| Czarnoziem łąkowy | A₁ | 3—21 | 0.22 | 2.69 | 24.6 | 75.4 |
| Górsko-łąkowa (Teberda) | A₁ | 2—10 | 0.59 | 7.40 | 44.8 | 55.2 |
| Torfiasto-oglejona | At | 0—33 | 3.05 | 13.10 | 65.1 | 34.9 |
| Czarnoziem czekoladowy | Apakh | 0—20 | 0.079 | 6.71 | — | — |
| Czarnoziem południowy | Apakh | 0—23 | 0.0618 | 4.35 | — | — |
| Bielicoziem darniowo-bielicowy | B₂ | 48—69 | 0.0397 | 10.36 | — | — |
| Sołonetz | Apakh | 0—17 | 0.0987 | 12.88 | — | — |
| Sołonczak skorupowy | B₁ | 45—62 | 0.0397 | 7.32 | — | — |
| Górsko-łąkowa (Krym) | A | 0—5 | 0.5033 | 6.61 | — | — |
| Brunatna gleba leśna | В₁ | 2—15 | 0.1866 | 4.68 | — | — |
| A₁ | 6—20 | 0.3252 | 11.26 | — | — | |
| Apakh | 0—28 | 0.0497 | — | — | — | |
| B₁ | 54—84 | 0.0439 | — | — | — | |
Badanie składu lipidów z liści paproci i herbaty wskazuje na różny charakter tworzących je związków. W składzie lipidów z liści paproci przeważają woski (80%), w lipidach z liści herbaty w większości znajdują się żywice (71%). Ale już w ściółce zachodzą procesy związane z komplikowaniem się struktury lipidów, w wyniku czego we wszystkich ściółkach dominują części żywiczne, o większej masie cząsteczkowej.
Charakter rozmieszczenia wosków i żywic wzdłuż poziomów genetycznych jest różny. W żółtoziemiu woski i żywice są rozmieszczone równomiernie w profilu, nie obserwuje się w nim tendencji do akumulacji lub zubożenia którejkolwiek z grup. W podzolu subtropikalnym, wręcz przeciwnie, zawartość żywic wzrasta z głębokością: 34% w poziomie A₁, 50% w poziomie A₁A₂, 64% w poziomie BC₃. W krasnoziemiu żywice nieco akumulują się w dół profilu (od 39% w poziomie A₁ do 45% w poziomie C₂), ale woski są grupą dominującą w tej glebie. Ta cecha jest prawdopodobnie związana z intensywnymi procesami mikrobiologicznymi rozkładu składników próchnicy, w wyniku czego woski, jako grupa bardziej obojętna, gromadzą się w profilu krasnoziemu.
To stwierdzenie potwierdza się podczas analizy czarnoziemu potężnego, gleby górsko-łąkowej i torfiasto-oglejonej. W czarnoziemie, charakteryzującym się jednym z najwyższych poziomów aktywności biologicznej, udział żywic sięga 75%, podczas gdy w glebie torfiasto-oglejonej nie przekracza 35%. W ten sposób poziom aktywności biologicznej gleb odzwierciedla się nie tylko w ogólnej zawartości lipidów, ale także w ich składzie jakościowym.
Dane analizy elementarnej niektórych lipidów wskazują na bardzo wysoką zawartość węgla: od 63% we frakcji lipidowej z liści herbaty do 67% w lipidach z ściółki herbacianej gleby, co jest zgodne z danymi literaturowymi (tabela 3). Zawartość wodoru waha się od 4 do 10%, tlenu — od 22 do 25%. Badane frakcje zawierają dość dużo azotu. Widocznie wzrost zawartości azotu w niektórych lipidach jest uwarunkowany charakterem resztek roślinnych, w składzie których mogą znajdować się związki heterocykliczne typu pirolu i jego pochodnych, takie jak chlorofil, ekstrahowane alkoholowo-benzenem.
| Z jakiego obiektu wydzielono | Skład elementarny, % suchej masy bez popiołu | Autor | |||
|---|---|---|---|---|---|
| C | H | O | N | ||
| Liście herbaty pod krasnoziemiem, p. 127 | 62.97 | 6.54 | 23.90 | 6.59 | Nasze dane |
| Ściółka herbaciana krasnoziemu, p. 127 | 67.18 | 3.90 | 25.37 | — | Nasze dane |
| Krasnoziem, p. 127, poz. Apakh | 67.25 | 5.63 | 23.92 | — | Nasze dane |
| Gleba gliniasta bielicowa, poz. A₁ | 68.17 | 9.74 | 21.72 | 0.37 | Nasze dane |
| Czarnoziem A₁ | 66.27 | 8.71 | 24.32 | 0.70 | Nasze dane |
| Bielicoziem darniowo-bielicowy: a) las | — | — | — | 2.02 | Nasze dane |
| Bielicoziem darniowo-bielicowy: b) ugór | — | — | — | 0.41 | Nasze dane |
| Czarnoziem potężny, step | — | — | — | 1.57 | Nasze dane |
| Sieroziem typowy: a) mieszanka traw | — | — | — | 1.33 | Nasze dane |
| Sieroziem typowy: b) dziewicza ziemia | — | — | — | 0.22 | Nasze dane |
Liczby kwasowe lipidów (tabela 4) wahają się od 1 do 12 mg-ekwiw./g. Zwiększoną w porównaniu z górnymi poziomami pozostałych gleb zawartość „wolnych kwasów organicznych” odnotowuje się w lipidach z żółtoziemów pod ugorem poz. A₁. Lipidy z tego poziomu wyróżniają się ponadto wysokimi liczbami estrowymi (92) i liczbą jodową (21). Wysokie liczby estrowe i liczba jodowa są charakterystyczne również dla lipidów czarnoziemu. Minimalna wartość liczby estrowej w lipidach z poz. A₁ krasnoziemu, a także niewielka wartość innych charakterystyk (liczba kwasowa— 1, liczba jodowa— 6 mg-ekwiw./g) tłumaczy się przewagą piasków, niosących mniejszą ilość grup funkcyjnych. Zakres zmian liczby jodowej wynosi 0,5— 66 mg-ekwiw./g. W lipidach krasnoziemów stwierdza się pewną ujemną korelację liczb estrowych i jodowych; im mniej związków nienasyconych, tym więcej staje się grup estrowych. Ponadto istnieje zależność między liczbami kwasowymi, estrowymi, jodowymi a zawartością wosków i żywic.
| Gleba | Poziom (Głębokość, cm) | Liczba kwasowa, mg-ekwiw./g | Liczba estrowa, mg-ekwiw./g | Liczba jodowa, mg-ekwiw./g |
|---|---|---|---|---|
| Podzol subtropikalny, średnio gliniasty, grubo pylasty, p. 123 | A₁ (0-10) | 4.55 | 52.60 | 10.39 |
| B (34-57) | 12.50 | 88.75 | 3.12 | |
| BC₁ (120-140) | 2.88 | 43.27 | 0.48 | |
| Żółtoziem lekko gliniasty, piaszczysto-pylasty, oglejony, p. 120 | A₁ (0-15) | 10.20 | 92.45 | 21.35 |
| B₁ (36-57) | 4.00 | 75.00 | 20.60 | |
| C (200-220) | 3.66 | 95.12 | 2.44 | |
| Krasnoziem lekko gliniasty, pylasty, na glinie zebrowatej, p. 106 | A₁ (0-14) | 0.93 | 6.48 | 6.02 |
| B₁ (26-52) | 3.75 | 71.25 | 2.12 | |
| C₂ (140-190) | 1.32 | 67.11 | 0.52 | |
| Liść (herbata) | — | — | — | 2.23 |
| Ściółka (herbata), p. 127 | A₀ | 1.45 | 19.48 | 2.61 |
| Krasnoziem lekko gliniasty, pylasty, na stoku, p. 127 | A₁ (0-10) | 2.70 | 71.25 | 17.00 |
| Czarnoziem łąkowy | A₁ (3-21) | 7.32 | 86.86 | 66 |
| Gleba torfiasto-oglejona | A₁ (0-33) | 1.36 | 0.96 | 2 |
| Górsko-łąkowa | A₁ (2-10) | 2.42 | 1.88 | 8 |
| Tundra | A₁ (3-10) | 2.45 | 7.07 | 2 |
| Bielicoziem darniowo-bielicowy | A₁ (5-9) | 3.26 | 9.92 | 10 |
Najwyższymi wartościami liczb charakteryzują się lipidy z poz. A₁ żółtoziemu pod ugorem i z czarnoziemu. W tych samych glebach przeważa część żywiczna (tabela 2), a zatem można mówić o najbardziej złożonej strukturze lipidów w danej glebie, tzn. wszystkie aktywne grupy, charakteryzowane liczbami kwasowymi, estrowymi, jodowymi, są uwarunkowane głównie „żywicami”.
Na chromatogramach pirolityczno-gazowych wykryto od 7 do 22 i więcej pików, które przypuszczalnie należą do następujących związków:
- CO
- CH₄
- N₂
- CO₂
- benzen
- toluen
- p-ksylen
- fenol
- pirokattehol
- etylo-benzen i in.
Lipidy z liści herbaty mają w swoim składzie proste pierścienie benzenowe, podstawione licznymi alkanami i niosące wiele grup funkcyjnych o charakterze kwasowym, dających nieokreślone produkty pirolizy.
Najbardziej złożonym spośród otrzymanych chromatogramów jest chromatogram z ściółki herbacianej, w którym obecne są zarówno poszczególne składniki liścia herbaty, jak i produkty ich wzajemnego oddziaływania. Pierścieni aromatycznych o prostej naturze jest w tej frakcji niewiele, charakteryzuje się ona dużym stopniem aromatyczności. W składzie lipidów z ściółki herbacianej jest wiele podstawień funkcyjnych, dających podczas pirolizy niepodzielone produkty: kwasy tłuszczowe, aminokwasy.
Struktura lipidów glebowych z krasnoziemu jest labilna, „luźna”, składająca się z dużej liczby pierścieni benzenowych, połączonych mostkami —CH₂—C—O—; występuje duża liczba podstawień w postaci normalnych i rozgałęzionych alkanów.
W ten sposób, według danych chromatografii pirolityczno-gazowej, najprostszą strukturę mają lipidy z liścia herbaty; w ściółce następuje jej znaczne skomplikowanie. W glebie zachodzą równoczesne procesy rozpadu i syntezy nowych związków organicznych, w wyniku czego lipidy glebowe nabywają specyficznych cech.
Ogólny wygląd widm widzialnych lipidów z poz. A₁ gleb subtropikalnych, ściółek i roślinności jest bardzo specyficzny. Widma mają wyraźne maksima absorpcji substancji z grupy porfiryn (w szczególności feofityny, chlorofilu a i b) w zakresie 418—420 nm i 668—670 nm, a także niewielkie maksima przy 510 nm, 540 nm i 610 nm. Zatem lipidy zawierają chlorofil i inne substancje z grupy porfirynowej. Współczynniki ekstynkcji lipidów z górnych poziomów gleb wahają się od 0,001 do 0,003.
Badania ekstraktów alkoholowo-benzenowych z liści herbaty, ściółki herbacianej i krasnoziemu pozwalają mówić o pewnym podobieństwie ich budowy. W składzie liścia herbaty znajdują się różne substancje (tabela 5), których znaczna część przejdzie do ekstraktu alkoholowo-benzenowego. We frakcji alkoholowej z lipidów liścia herbaty znajdują się prawdopodobnie alkaloidy (kofeina), dla których charakterystyczne są maksima absorpcji przy 212 i 286 nm. W ściółce i glebie maksima te są nieobecne.
| Substancje w składzie herbaty | Przybliżona zawartość, % suchej masy | |
|---|---|---|
| A. Substancje fenolowe | ||
| 1. Substancje garbnikowe: taniny, pochodne wieloatomowych fenoli. | 2 | |
| 2. Flawonole-glikozydy jądra difenylo-propanowego. | 1—2 | |
| B. Substancje niefenolowe | ||
| 1. Węglowodany | 0.2 | |
| 2. Substancje pektynowe | 3 | |
| 3. Alkaloidy (kofeina, teofilina, teobromina) | 3—5 | |
| 4. Substancje białkowe i aminokwasy (obecne są białka rozpuszczalne w alkoholu) | 30 | |
| Chlorofil i towarzyszące mu pigmenty (karoten i ksantofil) | do 1 | |
| Kwasy organiczne | ||
| Substancje żywiczne (kwasy żywiczne) | 7—8 | |
| Witaminy | ||
| 9. Substancje mineralne | 4—5 | |
| C. Substancje warunkujące aromat herbaty | ||
| Olejki eteryczne | 1 | |
| D. Enzymy | ||
Maksima absorpcji przy 205—210 nm odpowiadają nienasyconym kwasom organicznym. Substancjom garbnikowym odpowiadają słabe maksima w zakresie 267, 337 i 420 nm.
W ekstrakcie chloroformowym z lipidów liścia herbaty i ściółki bardzo wyraźnie identyfikowane są również substancje garbnikowe (tanina i katechiny). Ponadto w zakresie ultrafioletowym wykrywa się absorpcję karotenoidów i witamin grupy A. Karotenoidy absorbują w zakresie 338 i 454 nm, witamina A₁ — 326 nm, witamina A₂ — 287 i 351 nm. W ten sposób widma UV badanych lipidów mają różnorodny charakter.
Analiza widm IR potwierdziła dane analizy chemicznej, spektroskopii widzialnej i ultrafioletowej. Pasm widm IR lipidów są wąskie, wyraźnie zarysowane, z określonymi maksimami absorpcji. Szerokie pasmo w zakresie 3100—3400 cm⁻¹ odpowiada drganiom grupy OH—.
Seria pasm w zakresie 2918—2850 cm⁻¹, 1480, 1400—1380 cm⁻¹ odpowiada drganiom grupy CH—. Seria pasm w zakresie 2918—2850 cm⁻¹, 1480, 1400—1380 cm⁻¹ jest spowodowana symetrycznymi drganiami CH₂ i CH₃, wchodzących w skład nasyconych i nienasyconych węglowodorów. Ponadto charakterystyczne pasmo w zakresie 720 cm⁻¹ odpowiada drganiom końcowych (CH₂)n, gdzie n>4.
Dla wszystkich widm charakterystyczne są intensywne pasma 1710—1730 cm⁻¹, leżące w zakresie absorpcji grup karboksylowych. Ponieważ liczby kwasowe w badanych lipidach są z reguły niewielkie, drgania przy 1710—1730 cm⁻¹ mogą być spowodowane grupami C=O aldehydów i ketonów, wchodzącymi w skład różnych związków (alkaloidów, olejków eterycznych i in.).
W przedziale 1010— 1030 cm⁻¹ obserwuje się intensywne pasma hydroksylów alkoholowych i eterów prostych; te ostatnie objawiają się również w zakresie 1100— 1250 cm⁻¹. Widmo lipidów z herbaty różni się obecnością intensywnych, wyraźnych pasm 1698—1650 cm⁻¹, właściwych wiązaniom C=C— w sprzężonych złożonych strukturach typu triterpenoidów. Maksima w zakresie 1650—1557 cm⁻¹ są częściowo uwarunkowane zawartością związków aromatycznych.
Osobliwością widma IR frakcji lipidowej z liści herbaty są wyraźne pasma 745—765 cm⁻¹, odnoszone, prawdopodobnie, na koszt γ—CH przy pierścieniu pirolowym w porfirynach, i 819—832 cm⁻¹ na koszt δ—CH di— i tri — podstawionych w związkach aromatycznych; 1490—1550 cm⁻¹ drgania pierścienia pirolowego.
Porównanie widm IR lipidów z górnych poziomów (A₀) krasnoziemu, żółtoziemu i podzolu subtropikalnego wykazuje przewagę grup CH₂— i CH₃— w krasnoziemiu i podzolu subtropikalnym, co potwierdza większa zawartość wosków (ponad 60%). Interesujące jest zauważenie zwiększenia intensywności pasma 1000—1100 cm⁻¹ w lipidach z niższych poziomów w porównaniu z wyższymi, co można wyjaśnić reakcjami demetylacji z utworzeniem grupy hydroksylowej. Ponadto nie jest wykluczone włączenie drobno rozproszonego kwasu krzemowego do składu frakcji lipidowej.
Osobliwością widm IR lipidów z niższych poziomów jest zwiększenie szerokości pasma 3000—3400 cm⁻¹ (wiązania wodorowe), co świadczy o zmianie pierwotnej struktury molekularnej z głębokością.
Sądząc po widmach IR, preparaty lipidów są mieszaniną nasyconych i nienasyconych węglowodorów i alkoholi z udziałem związków aromatycznych, kwasów i aldehydów oraz produktów ich wzajemnego oddziaływania, co jest zgodne z ich charakterystykami chemicznymi i widmowymi. Jednocześnie szereg pasm w widmach ekstraktów alkoholowo-benzenowych z liści herbaty, ściółki i gleby może być częściowo przypisany pierścieniom porfirynowym lub pochodnym pirolu.
WNIOSKI
- Zastosowanie aparatu Graefego do ekstrakcji zamiast aparatu Soxhleta pozwala zwiększyć uzysk frakcji lipidowej 2—3-krotnie.
- Zawartość lipidów, minimalna w glebach łąkowo-stepowych i stepowych, wzrasta w glebach o podwyższonej wilgotności (hydromorficznych) — bielicowych, tundrowych, górskich i osiąga maksimum w torfowiskach.
- Gromadzenie lipidów następuje głównie kosztem wosków, co jest uwarunkowane ich względną stabilnością biochemiczną i obojętnością.
- Aktywne grupy funkcyjne chemiczne (charakteryzowane liczbami estrowymi, kwasowymi, jodowymi) są uwarunkowane głównie „żywicami”, ich zawartość jest maksymalna w czarnoziemie, charakteryzującym się jednym z najwyższych poziomów aktywności biologicznej.
- W ten sposób poziom aktywności biologicznej gleb odzwierciedla się zarówno w ogólnej zawartości lipidów, jak i w ich składzie jakościowym.
- Lipidy glebowe, według danych chromatografii pirolityczno-gazowej, widm absorpcji elektronowej i podczerwonej, mają pewne cechy podobieństwa i określone różnice w stosunku do lipidów wydzielanych z roślin i ściółki.