Hvorfor dufter planter?

Planters mange forskelligartede dufte og aromaer anvendes i naturen til at tiltrække bestøvere og frøspredere, men ligeledes benyttes de udskilte kemiske duftstoffer til at holde evt. fjender væk fra planterne (læs evt. om forsvarsstoffer). De udskilte duftstoffer kan således have stor indflydelse på dyr (såvel som menneskers) adfærdsmønstre. Velduftende duftstoffer markerer, at planten ønsker at tiltrække fx insekter, og omvendt vil frastødende dufte være med til at afholde dyr fra at spise en given plante. På samme vis bliver vi som mennesker jo også tiltrukket eller er afstandstagende alt efter en plantes duftudskillelse. Duftstofferne binder sig til vores receptorer i næsen kortvarigt, hvilket er afgørende for, at vi kan opfange de forskellige duftaromaer hos planter. Hos særligt krydderier har de meget stærke kemiske forbindelser, som krydderierne udskiller, været anvendt i mange mellemøstlige lande til at forlænge holdbarheden hos andre fødevarer.

De kemiske duftstoffer, som planterne udskiller, opdeles i primære og sekundære metabolitter. Førstnævnte metabolitter er bl.a. kulhydrater, lipider og aminosyrer, som indgår i planternes stofskifteprocesser, og herigennem planternes vækst. De sekundære metabolitter, hvorunder duftstofferne indgår, bruges bl.a. til at tiltrække bestøvere og frøspredere eller bestykke planterne mod angreb fra evt. insekter, dyr, svampe, bakterier, parasitter, mv., og varierer fra planteart til planteart. Overordnet betegner man også de primære og sekundære metabolitter for naturstoffer, men mere præcist, i forhold til fx duftstofferne hos planterne, kan man tale om specialiserede metabolitter (læs evt. om naturstoffer). Tidligere anså forskere de sekundære metabolitter som mindre nødvendige for en given plantes overlevelsesmuligheder, hvis den blev beskyttet eller bestøvet på anden vis, men nyere forskning peger på, at de sekundære metabolitter er fuldkommen lige så essentielle som de primære metabolitter og derfor også indgår i livsnødvendige og uundværlige funktioner i planterne.

De specialiserede metabolitter i planterne kan kategoriseres i tre hovedgrupper af kemiske forbindelser:  terpener, fenylpropanoider og kvælstofholdige forbindelser. Herforuden findes også andre stofgrupper så som fedtsyrerne, som delvist har betydning ved dannelse af duftstoffer hos en plante (mange duftstoffer indeholder en ester-gruppe fra fedtsyrer).
Den største af de tre kemiske hovedgrupper er terpener, hvor stofferne er afledt af grundstrukturen isopentenylpyrofosfat, der indeholder 5 kulstofatomer og er uopløselige i vand. Isopentylpyrofosfat kan omdannes til isopren der har to dbbeltbindinger, eller dimethylallyl, der har en dobbeltbinding. Terpener klassificeres efter, hvor mange C5-enheder, der indgår i molekylet. Et hemiterpen har kun en C5-enhed. Et monoterpen består af to C5-enheder (10 kulstofatomer), et sesquiterpen (sesqui = 1 1/2) har tre C5 enheder (15 kulstofatomer) og et diterpen har fire C5-enheder (20 kulstofatomer). Indgår der mere end 10 C5-enheder er der tale om et polyterpen. Limone er et eks. på en monoterpen, som er det karakteristiske duftstof hos citrusplanter. Duftstoffet findes særligt opløst i citrusolie i en særegen kirtel som befinder sig i skallen hos citrusfrugter. Hvor mennesket ofte anser citrusduften som forfriskende og dejlig, frastøder den mange insekter, og anvendes derfor bl.a. i industrielt fremstillet myggemiddel. Nogle terpener virker hos planterne som hormoner (fx gibbereliner, som er diterpener), nogle stabiliserer membraner (steroler, som er triterpener), nogle indgår i fotosynteseprocessen (fx carotenoider, som er tetraterpener), nogle indgår i vigtige vitaminer som D og E.
Fenylpropanioder er specialiserede metabolitter indeholdende aromatiske ringe. Det er en heterogen gruppe af stoffer, idet nogle er vandopløselige carboxysyrer eller glykosider og andre kun opløses i organiske opløsningsmidler. Alt fra uopløselige polymerere, såsom ligning, til garvesyrer (tanniner) og mange farvestoffer, så som flavonoider og anthocyaniner, er fenylpropanoider. Hos planter anvendes mange fenylpropanoider som forsvarsstoffer imod planteædere og svampe, fx furanocoumariner, der findes i skærmplantefamilien (bl.a. psoralen i bjørneklo). Salicylsyre er et signalstof hos mange planter og en vigtig del af deres forsvarsmekanismer. Særligt forekommer stoffet i høj koncentration hos pil og poppel. Stoffet er smertestillende, men et ikke særligt stabilt molekyle, og for at forlænge holdbarheden ændres stoffet derfor til acetylsalincylsyre, hvor acetylgruppen i kroppen fraspaltes, således at kun salicylsyren frigives.
Kvælstofholdige forbindelser er en omfattende gruppe af stoffer, idet mange specialiserede metabolitter indeholder kvælstofatomer i deres grundstruktur, bl.a. alkaloider, cyanogene glukosider og glukosinolater. Alkaloiderne omfatter stoffer, som er giftige for mennesker og andre pattedyr samt har en række medicinske egenskaber. De indeholder en heteocyklisk ring med både kulstofatomer og et eller flere kvælstofatomer. De cyanogene flukosider findes i mange kulturplanter, og er afledt af aminosyrerne valin, isoleucin, leucin, tyrosin, phenyalanin og 2-cyclopentenylglycine og kan være både alifatiske og aromatiske. Glykosinolater (sennepsoliestoffer) findes særligt i korsblomstrende plantearter, bl.a. afgrøder som kål, broccoli, rucola, raps, strandkål, mv. Forskning tyder på, at nogle af disse stoffer er kræfthæmmende hos mennesker og dyr.

Duftstofferne hos en given planteart kan være meget forskelligartede. De kan dannes af forskellige organer hos planten og kan have meget varierende kemiske sammensætninger alt efter, hvor de er dannet i planten. Fx kan duftstoffer dannet og udskilt af en moden frugt være tiltrækkende på frøspredere, mens selve frugtens frø kan være giftige. Nogle duftstoffer diffunderer af sig selv ud gennem plantecellernes cellemembran og frigives til luften, mens andre duftstoffer først frigives, når plantecellernes cellevæg og cellemembran hos de epidermale cellers kutikula lag (beskyttende) brydes. Hos visse planter er duftmolekyler konjugerende, dvs. bundet til andre molekyler, og frigives derfor først, når disse andre molekyler reagerer med et enzym, således at molekylerne adskilles, og duftmolekylet kan frigives.

Kigger man i et mikroskop på planternes epidermale celler, forekommer der ofte trikomer, dvs. kirtelhår, herpå. Det er netop i disse kirtelhår at mange plantearter har deres særegne duftstoffer i form af æteriske olier som kan frigives til omgivelserne. Antallet af kirtelhår hos en given plante er bestemt af plantens alder, idet antallet af trikomer øges samtidig med at bladoverfladens overhud vokser og udvides.

Dannelsen af specialiserede metabolitter er kompliceret og energikrævende for planterne, og sker som følge af en lang evolutionær tilpasningsproces. Denne proces er stadig igangværende, idet planterne evolutionært kan ændre sig, med ligeledes kan deres konkurrenter og fjender for til stadighed at tilpasse sig og omgå plantens ændrede forsvarssystem (coevolution). Derfor er der et klart formål for planten ved produktionen af duftstoffer, hvorfor den investerer energi i produktion af omtalte kemiske forbindelser.
Menneskets forældling af forskellige udvalgte planter igennem de seneste 10.000 år samt selektion af planter efter højt udbytte og god spisekvalitet kan dog have betydet, at nyttige planteegenskaber er gået tabt, bl.a. i forhold til samspillet med andre plante- og dyrearter. Derfor vil de naturlige forsvarssystemer hos planterne være nyttesløse og evolutionært være blevet reduceret (mange afgrøder dyrkes desuden i dag langt fra deres oprindelessted og derfor også langt fra deres naturlige omgivelser og fjender, hvorfor deres oprindelige forsvarssystemer mod disse fjender virker omsonst at opretholde). Dette kan betyde, at der bliver behov for større brug af gødning og sprøjtemidler, fordi planternes naturlige forsvarssystemer er sat ud af drift. En mulighed for at opretholde og fremme planternes naturlige forsvarssystemer er, at lade de naturlige fjender angribe planterne og dernæst anvende nyttedyr, som kan begrænse skadedyrene. Processen med at genetablere den naturlige biosyntese af naturlige forsvarsstoffer hos planterne vil dog evolutionært være en langsommelig proces, og derfor forskes der i dag i opregulering via genteknologiske metoder - dog kan dette tillige have mange ulemper. Et eks. på en igangværende forskning, hvor man via GMO-teknologi forsøger at springe forædlingsprocessen over og samtidig gavne fosforkredsløbet i landbruget, kan læses i artiklen 'Cisgene bygplanter'.

Kilde: 'Hvorfor dufter planter? - om planternes kemiske sprog' af Inga C. Bach, Mika Zagrobelny, Cb. Gowda Rayapuram og Henrik Toft Simonsen, Institut for Plantebiologi og Bioteknologi, Det Biovidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet, www.planteforskning.dk
I artiklen finder du en mere uddybet beskrivelse og mere detaljeret gennemgang af ovenstående blogindlæg.