Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie

, Volume 30, Issue 1, pp 217–231 | Cite as

Investigations on vegetable pigments in post-glacial bed sediments of lakes

  • B. Czeczuga
  • R. Czerpak
Article

Summary

The authors investigated the pigments of the sediments of two lakes belonging to different trophic types. In Lake Wądołek, the presence of large amounts of the bacteriumChlorobium limicola was observed from May to the end of November. In Lake Wiżajny, these bacteria do not occur and the sediments contain pigments produced by the phytoplankton and submersed aquatic plants.

For the separation of the pigments into the various fractions, the methods of paper chromatography (strip and circular), columnar and thin-layer chromatography were applied.

The absorption maxima of the fractions and spots were determined spectrophotometrically in acetone (Beckman 2400 DU, and Specol C. Zeiss, Jena). The fluorescent properties of the pigments were examined in ultra-violet rays under a FAMED-1 lamp.

As a result of these investigations, both types of lake showed the following differences:
  1. a)

    differences in the colour of the pigment extracts;

     
  2. b)

    differences in their fluorescent properties;

     
  3. c)

    by means of the chromatographic methods, differences were found in the pigment content and the following pigments were identified: carotenoids, porphyrine, pheophytine, phycobiline, pheoforbides, chlorophylls and their products of degradation.

     

It was also found that the sediments in Lake Wądołek contain a great deal of incompletely decomposed pigments, the absorption maxima of which are similar to those of chlorophylls and of the pigments ofChlorobium limicola.

Keywords

Chlorophyll Carotenoid Porphyrin Green Sulphur Chlorobium Limicola 

Zusammenfassung

Die Verfasser untersuchten die Farbstoffe der Bodensedimente zweier Seen verschiedenen Trophietyps. Im «Wądołek»-See wurde vom Mai bis Ende November das Auftreten grosser Mengen vonChlorobium limicola nachgewiesen. Im zweiten See, dem «Wiżajny»-See, fehlen diese Bakterien, und das sich absetzende Sediment enthält Farbstoffe aus Phytoplankton und submersen Pflanzen.

Die Aufteilung der Farbstoffe in die einzelnen Fraktionen erfolgte durch Papierchromatographie (Streifen und Scheiben), durch Säulen- und durch Dünnschichtchromatographie.

Die Absorptionsmaxima der erhaltenen Fraktionen und Streifen wurden in Azeton spektrophotometrisch (Beckman 2400 DU und Specol C. Zeiss, Jena) bestimmt. Ausserdem wurde auch die Fluoreszenz der Farbstoffe mit UV-Licht (Lampentyp FAMED-1) untersucht:

Anhand dieser Untersuchungen wurden in beiden Seentypen festgestellt:
  1. a)

    Unterschiede in der Färbung der Farbstoffextrakte;

     
  2. b)

    Unterschiede in der Fluoreszenz;

     
  3. c)

    mit Hilfe chromatographischer Methoden wurden Unterschiede im Farbstoffgehalt festgestellt, wobei folgende Farbstoffe identifiziert wurden: Karotinoide, Porphyrin, Phäophytin, Phycobilin, Phäoforbide, Chlorophyll wie auch deren Abbauprodukte.

     

Ausserdem enthielt das Sediment des «Wądołek»-Sees eine Vielzahl nicht völlig zersetzter Farbstoffe, deren Absorptionsmaxima dem Chlorophyll und den ausChlorobium limicola stammenden Farbstoffen ähneln.

Résumé

Les auteurs ont examiné les matières colorantes des sédiments de deux lacs appartenant à des types trophiques différents. Dans le Lac Wądołek, on constata la présence, de mai à fin novembre, de grandes quantités de la bactérieChlorobium limicola. Dans le Lac Wiżajny, cette bactérie ne fut pas observée et les sédiments contiennent des pigments provenant du phytoplancton et des plantes submergées.

Pour la répartition des matières colorantes en fractions, on applique les méthodes de chromatographie sur papier (filtres ronds et en bandes), sur colonne et en couche mince.

Les maxima d'absorption des fractions obtenues et des bandes furent déterminés dans de l'acétone à l'aide de spectrophotomètres (Beckman 2400 DU et Specol C. Zeiss, Jéna). On examina en outre la fluorescence des matières colorantes dans la lumière ultra-violette au moyen d'une lampe FAMED-1.

Les résultats de ces différents examens permirent de constater les différences suivantes entre les deux lacs:
  1. a)

    différences dans la teinte des extraits des matières colorantes;

     
  2. b)

    différences dans leurs propriétés de fluorescence;

     
  3. c)

    grâce aux méthodes chromatographiques, on constata en outre des différences dans les teneurs en matières colorantes et l'on put identifier les matières colorantes suivantes: carotinoïdes, porphyrine, phéophytine, phycobiline, phéoforbides, chlorophylle, ainsi que leurs produits de dégradation.

     

L'extrait de sédiment du Lac Wądołek contenait en outre plusieurs matières colorantes non entièrement décomposées dont les maxima d'absorption ressemblent à ceux des chlorophylles et des pigments duChlorobium limicola.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. [1]
    Andersen S. T., Gundersen K.,Ether Soluble Pigments in Interglacial Gyttja, Experientia11 (1955).Google Scholar
  2. [2]
    Bauer L.,Trennung der Karotinoide und Chlorophylle mit Hilfe der Papierchromatographie, Naturwissenschaften39 (1952).Google Scholar
  3. [3]
    Bruinsma J.,The Quantitative Analysis of Chlorophylls a and b in Plant Extracts, Photochem. Photobiol.2 (1963).Google Scholar
  4. [4]
    Czeczuga B., Zawartość chlorofilu w osadach dennych jezior Rajgrodzkich w okresie polodowcowym [The Content of Chlorophyll in the Bottom Deposits of the Rajgrodzkie Lakes in the Post-glacial Period] Polskie Archwm Hydrobiol.6 (1959).Google Scholar
  5. [5]
    Czeczuga B.,Quantitative Changes in Sedimentary Chlorophyll in the Bed Sediment of Lake Mikolajki during the Post-glacial Period, Schweiz. Z. Hydrol.27 (1965).Google Scholar
  6. [6]
    Czeczuga B.,The Application of the Blytt and Sernander Classification in the Post-glacial Sediment Stratification in the Lakes of the North-eastern Region of Poland, Hydrobiologia26 (1965a).Google Scholar
  7. [7]
    Czeczuga B.,Chlorobium limicola Nads. (Chlorobacteriaceae)and the Distribution of Chlorophyll in Some Lakes of the Mazur Lake District, Hydrobiologia25 (1965b).Google Scholar
  8. [8]
    Czeczuga B.,Wadolek—jezioro holomiktyczne [Wądołek—A Holomictic Lake] Acta Hydrobiol.8 (1966).Google Scholar
  9. [9]
    Czeczuga B.,An Attempt to Determine the Primary Production of the Green Sulphur Bacteria, Chlorobium limicola Nads. (Chlorobacteriaceae), Hydrobiologia28 (1967).Google Scholar
  10. [10]
    Czeczuga B., Czerpak R.,Carotenoids in Certain Diaptomidae (Crustacea), Comp. Biochem. Physiol.17 (1966).Google Scholar
  11. [11]
    Czeczuga B., Czerpak R.,Studied on Dyes Found in Chlorobium limicola Nads. (Chlorobacteriaceae)from the Wadolek Lake, Hydrobiologia (in press).Google Scholar
  12. [12]
    Czeczuga B., Gołebiewski Z.,History of Kolno Lake as Revealed by the Bed Sediments, Schweiz. Z. Hydrol.28 (1966).Google Scholar
  13. [13]
    Czeczuga B., Gołebiewski Z.,Badania chemiczne osadu dennego jeziora Kruklin [Chemical Research of Bed Sediment of the Lake Kruklin] Acta Hydrobiol. (in press).Google Scholar
  14. [14]
    Ellfolk N., Sievers G.,Thin-layer Chromatography of Free Porphyrins, J. Chromat.25 (1966).Google Scholar
  15. [15]
    Falk J. E.,Porphyrins and Metalloporphyrins (Amsterdam, London, New York 1964).Google Scholar
  16. [16]
    Florkin M., Stotz E. H.,Comprehensive Biochemistry (London, New York 1962).Google Scholar
  17. [17]
    Fox D. L., Updegraff D. M., Novelli D. G.,Carotenoid Pigments in the Ocean Floor, Arch. Biochem.5 (1944).Google Scholar
  18. [18]
    Goodwin T. W.,Chemistry and Biochemistry of Plant Pigments (New York 1965).Google Scholar
  19. [19]
    Goodwin T. W., Lindberg O.,Biological Structure and Function (London 1961).Google Scholar
  20. [20]
    Gray C. H., Lichtarowicz-Zulczycka A., Nicholson D.C., Petryka Z.,The Chemistry of the Bile Pigments, Part II, The Preparation and Spectral Properties of Biliverdin, J. Chem. Soc.440 (1961).Google Scholar
  21. [21]
    Lee W. L.,Pigmentation of the Marine Isopod Idothea montereyensis, Comp. Biochem. Physiol.18 (1966).Google Scholar
  22. [22]
    Mundschenk H.,Über eine dünnschichtchromatographische Trennung der freien Porphyrine und deren Isomere, J. Chromat.25 (1966).Google Scholar
  23. [23]
    Orr W. L., Grady J. R.,Determination of Chlorophyll Derivatives in Marine Sediments, Deep-sea Res.4 (1957).Google Scholar
  24. [24]
    Orr W. L., Emery, K. O., Grady J. R.,Preservation of Chlorophyll Derivatives in Sediments of Southern California, Bull. Am. Ass. Petrol. Geol.42 (1958).Google Scholar
  25. [25]
    Richards W. R., Rapoport H.,The Biosynthesis of chlorobium chlorophylls-660. The Isolation and Purification of Porphyrins from Chlorobium thiosulfatophilum-660, Biochemistry5 (1966).Google Scholar
  26. [26]
    Thommen H., Wackernagel H.,Zum Vorkommen von Keto-Karotinoiden in Krustazeen, Naturwissenschaften51 (1964).Google Scholar
  27. [27]
    White R. C., Jones J. D., Gibbs E.,Determination of Chlorophylls, Chlorophyllides, Pheophytins and Pheophorbides in Plant Material, J. Food Sci.28 (1963).Google Scholar
  28. [28]
    Vallentyne J. R.,Sedimentary Chlorophyll Determination as a Paleobotanical Method, Can. J. Bot.33 (1955).Google Scholar
  29. [29]
    Vallentyne J. R.,Fossil Pigments, in:Comparative Biochemistry of Photoreactive Systems (New York 1960).Google Scholar
  30. [30]
    Vernon L. P.,Bacterial Photosynthesis, A. Rev. Pl. Physiol.15 (1964).Google Scholar
  31. [31]
    Züllig H.,Sedimente als Ausdruck des Zustandes eines Gewässers, Schweiz. Z. Hydrol.18 (1956).Google Scholar
  32. [32]
    Yentsch C. S.,Distribution of Chlorophyll and Phaeophytin in the Open Ocean, Deep-sea Res.12 (1965).Google Scholar

Copyright information

© Birkhäuser Verlag Basel 1968

Authors and Affiliations

  • B. Czeczuga
    • 1
  • R. Czerpak
    • 1
  1. 1.Chair of BiologyBiałystok Medical AcademyBiałystokPoland

Personalised recommendations