Changes in physiological and biochemical parameters in the kidneys of Siberian larch during the change of phenological phases in the middle taiga of the Komi Republic

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper includes the results of physiological and biochemical studies of L. sibirica vegetative buds in the taiga zone of the Komi Republic (Russia). The change in the phenological state of L. sibirica during the dormancy period and the transition to vegetative period is accompanied by a significant alteration of metabolism. In the autumn-winter period, the buds of L. sibirica synthesise a large amount of cryoprotective compounds such as soluble sugars, soluble protein and free amino acids. During this period, the buds also contain a considerable quantity of unsaturated fatty acids (about 60% of the sum of all fatty acids), mainly linoleic and oleic fatty acids. The beginning of the sap flow period is marked by a gradual increase in content of sugars and soluble proteins which reach tmaximum values towards the end of April. The fatty acid composition of the buds changed significantly. The content of the unsaturated FAs decreased significantly and the one of the saturated FAs increased, indicating the activation of a fatty acid synthase, the final product of which is palmitic acid. The water content and the share of freezing water in buds decreases to 45% and 16%, respectively, in December. The low water content and the presence of a significant fraction of non-freezing water allows us to be certain about the development of quite sufficient cryo-resistance in larch bud tissues against low negative temperatures in the autumn-winter period. The biochemical changes in the buds adapting to low temperatures are primarily aimed at changing the state of water whereby its phase transitions become relatively safe.

About the authors

G. N. Tabalenkova

Institute of Biology Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tabalenkova@ib.komisc.ru
Syktyvkar, Russian Federation

R. V. Malyshev

Institute of Biology Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tabalenkova@ib.komisc.ru
Syktyvkar, Russian Federation

M. S. Atojan

Institute of Biology Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tabalenkova@ib.komisc.ru
Syktyvkar, Russian Federation

References

  1. Alaudinova E.V., Mironov P.V., Lipidy meristem lesoobrazuyushchikh khvoinykh porod tsentral'noi Sibiri v usloviyakh nizkotemperaturnoi adaptatsii. 2. Osobennosti metabolizma zhirnykh kislot fosfolipidov meristem Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. i Pinus sylvestris L. (Lipids of meristems of forest-forming coniferous species of central Siberia under conditions of low-temperature adaptation. 2. Features of metabolism of fatty acids of phospholipids of meristems of Larix sibirica Ledeb., Picea obovata L. and Pinus sylvestris L.), Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2009, No. 2, pp. 71–76.
  2. Alaudinova E.V., Mironov P.V., Tarnopol'skaya V.V., Sirovetskaya D.V., Nizkomolekulyarnye uglevody vegetativnykh organov listvennitsy sibirskoi (Low-molecular carbohydrates of vegetative organs of Siberian larch), Novye dostizheniya v khimii i khimicheskoi tekhnologii rastitel'nogo syr'ya (New achievements in chemistry and chemical technology of plant raw materials), Proc. of the VII All-Russian Conf. with international participation, Barnaul, April 24–28, 2017, Barnaul, pp. 43–45.
  3. Alaudinova E.V., Simkina S.Yu., Mironov P.V., Sezonnye izmeneniya soderzhaniya vody v meristematicheskikh tkanyakh pochek Picea obovata L. i Pinus sylvestris L. i ee raspredelenie v kletkakh (Seasonal changes in water content in meristematic tissues of Picea obovata L. and Pinus sylvestris L. buds and its distribution in cells), Khvoinye boreal'noi zony, XXIV, No. 4–5, 2007, pp. 487–491.
  4. Alaudinova E.V., Simkina S.Yu., Mironov P.V., Vodorastvorimye veshchestva meristem pochek Picea obovata L. i Pinus sylvestris L.: soderzhanie, sostav i svoistva pri formirovanii sostoyaniya nizkotemperaturnoi ustoichivosti (Water-soluble Substances of Bud Meristem of Picea obovata L. and Pinus sólvestris L.: Concentrations, Composition and Properties During the Formation of the State of Low-Temperature Stability), Sibirskii ekologicheskii zhurnal, 2010, No. 2, pp. 227–333.
  5. Alberto F.J., Aitken S.N., Alia R., Potential for evolutionary responses to climate change – evidence from tree populations, Global Change Biology, 2013, Vol. 19, No. 6, pp. 1645–1661.
  6. Arkhiv pogody v g. Syktyvkare (Past weather in Syktyvkar), available at: https://rp5.ru/ (March 10, 2023).
  7. Berestovoi M.A., Pavlenko O.S., Goldenkova-Pavlova I.V., Desaturazy zhirnykh kislot rastenii: rol' v zhiznedeyatel'nosti rastenii i biotekhnologicheskii potentsial (Plant fatty acid desaturases: role in the life of plants and biotechnological potential), Uspekhi sovremennoi biologii, 2019, Vol. 139, No. 4, pp. 338–351.
  8. Bradford M.M., A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Analytical Biochemistry, 1976, Vol. 72, No. 1–2, p. 248.
  9. Duan B., Yang Y., Lu Y. et al., Interactions between water deficit, ABA, and provenances in Picea asperata, J. of Experimental Botany, 2007, Vol. 58, No. 11, pp. 302–305.
  10. Durzan D.J., Arginine, scurvy, and Jacques Cartier's “tree of life”, J. of Ethnobiology and Ethnomedicine, 2009, No. 5, p. 5. https://doi.org/10.1186/1746-4269-5-5
  11. Eprintsev A.T., Fedorina O.S., Bessmeltseva Y.S., Response of the malate dehydrogenase system of maize mesophyll and bundle sheath to salt stress, Russian J. of Plant Physiology, 2011, Vol. 58, No. 3, pp. 448–453.
  12. Feurtado J.A., Ambrose S.J., Cutler A.J. et al., Dormancy termination of western white pine (Pinus monticola DOUGL. Ex D. Don) seeds is associated with changes in abscisic acid metabolism, Planta, 2004, Vol. 218, No. 4, pp. 630–639.
  13. Kuznetsov V.V., Shevyakova N.I., Prolin pri stresse: Biologicheskaya rol', metabolizm regulyatsiya (Proline under stress: biological role, metabolism, and regulation), Fiziologiya rastenii, 1999, Vol. 46, No. 2, pp. 274–289.
  14. Lesa Respublika Komi (Forests of Komi Republic), Moscow: Dizain. Informatsiya. Kartografiya, 1999, pp. 87–90.
  15. Li-Beisson Y., Nakamura Y., Harwood J., Lipids: from chemical structures, biosynthesis, and analyses to industrial applications, Lipids in Plant and Algae Development, 2016, Vol. 1, pp. 1–18.
  16. Los' D.A., Desaturazy zhirnykh kislot (Fatty acid desaturases), Moscow: Nauchnyi mir, 2014, pp. 18–30.
  17. Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I., Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions, Photosynthesis Research, 2013, No. 2–3, pp. 489–509.
  18. Los D.A., Murata N., Membrane fluidity and its roles in the perception of environmental signals, Biochim Biophys Acta, 2004, No. 1–2, pp. 142–157.
  19. Los' D.A., Struktura, regulyatsiya ekspressii i funktsionirovanie desaturaz zhirnykh kislot (Structure, regulation of expression and function of fatty acid desaturases), Uspekhi biologicheskoi khimii, 2001, Vol. 41, pp. 163–198.
  20. Makarenko S.P., Konenkina T.A., Suvorova G.G., Oskorbina M.V., Seasonal changes in the fatty acid composition of Pinus sylvestris needle lipids, Russian Journal of Plant Physiology, 2014, Vol. 61, No. 1, pp. 119–123.
  21. Malyshev R.V., Opredelenie svobodnoi i svyazannoi vody v rastitel'nykh tkanyakh s razlichnym osmoticheskim davleniem, sravnitel'nyi analiz metoda vysushivaniya nad vodootnimayushchei sredoi i differentsial'noi skaniruyushchei kalorimetrii (Definitions of Free and Bound Water in Plants, a Comparative Analysis of the Drying Method over a Dewatering Agent and Differential Scanning Calorimetry), Uspekhi sovremennoi biologii, 2021, Vol. 141, No. 2, pp. 164–171.
  22. Maslova T.G., Mamushina N.S., Sherstneva O.A., Bubo-lo L.S., Zubkova E.K., Seasonal structural and functional changes in the photosynthetic apparatus of evergreen conifers, Russian Journal of Plant Physiology, 2009, Vol. 56, No. 5, pp. 607–615.
  23. Mikhovich Zh.E., Punegov V.V., Gruzdev I.V., Ru- ban G.A., Zainullina K.S., Biokhimicheskaya kha-rakteristika sverbigi vostochnoi (Bunias orientalis L.) pri kul'tivirovanii na severe (Biochemical characteristic of Bunias orientalis L. plants at cultivation in the north), Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 2017, Vol. 19, No. 2, pp. 478–481.
  24. Myking T., Interrelation between respiration and dormancy in buds of three hardwood species with different chilling requirements for dormancy release, Tress, 1998, Vol. 12, No. 4, pp. 224–229. https://doi.org/10.S004680050144
  25. Nokhsorov V.V., Dudareva L.V., Chepalov V.A. et al., Svobodnye zhirnye kisloty i adaptatsiya organizmov k kholodnomu klimatu Yakutii (Free fatty acids and adaptation of organisms to the cold climate of Yakutia), Vestnik BGSKhA im. V.R. Filippova, 2015, Vol. 38, No. 1, pp. 127–134.
  26. Oguist G., Huner N.P.A., Photosynthesis of Overwintering Evergreen Plants, Annual Review of Plant Biology, 2003, Vol. 54, No. 1, pp. 329–355.
  27. Pakharkova N.V., Gette I.G., Andreeva E.B., Soroki-na G.A., Osobennosti perekhoda v sostoyanie zimnego pokoya golosemennykh i pokrytosemennykh drevesnykh rastenii (The peculiarities of winter dormancy state transition of gymnosperm and angiosperm arboreal plants), Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2013, No. 6 (81), pp. 186–191.
  28. Pakhar'kova N.V., Mikhal'chuk Ya.P., Andreeva E.B., Vliyanie temperaturnogo faktora na zimnii pokoi khvoinykh na territorii zapovednika “Stolby” (The influence of temperature factor on winter coniferous’ dormancy in the reserve “Stolby”), Vestnik KrasGAU, 2016, No. 6, pp. 9–14.
  29. Pautova N.V., Osobennosti fenologicheskogo razvitiya i adaptatsii listvennitsy sibirskoi v usloviyakh evropeiskogo Severo-Vostoka (Features of phenological development and adaptation of Siberian larch in the conditions of European Northeast), Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 2011, Vol. 13, No. 1, pp. 1020–1023.
  30. Romanova I.M., Zhivet'ev M.A., Dudaeva L.V., Grasko-va I.A., Dinamika zhirnokislotnogo sostava i aktivnosti atsil-lipidnykh desaturaz v khvoe Pinus sylvestris L., proizrastayushchei v Irkutskoi oblasti (Variation of fatty acid composition and activity of acyl-lipid desaturases of Pinus sylvestris L. needles, growing in the Irkutsk region), Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2016, No. 2, p. 61.
  31. Roosens N.H., Willen R., Li Y. et al., Proline metabolism in the wild-type and in a salt-tolerant mutant of Nicotiana plumbaginifolia studied by 13 C-nuclear magnetic resonance imaging, Plant Physiology, 1999, Vol. 121, p. 1290.
  32. Sakai A., Freezing avoidance mechanism of primordial shoots of conifer buds, Plant and Cell Physiology, 1979, Vol. 20, No. 7, p. 1381.
  33. Trunova T.I., Rastenie i nizkotemperaturnyi stress (Plant and low temperature stress), Moscow: Nauka, 2007, 54 p.
  34. Tumanov I.I., Fiziologiya zakalivaniya i morozostoikosti rastenii (Physiology of hardening and frost resistance of plants), Moscow: Nauka, 1979, 350 p.
  35. Vereshchagin A.G., Lipidy v zhizni rastenii (Lipids in the life of plants), Moscow: Nauka, 2007, 78 p.
  36. Zhivet'ev M.A., Graskova I.A., Dudareva L.V. et al. Dinamika sezonnykh izmenenii zhirnokislotngo sostava, stepeni nenasyshchennosti zhirnykh kislot i aktivnosti atsil-lipidnykh desaturaz v tkanyakh nekotorykh lekarstvennykh rastenii, proizrastayushchikh v usloviyakh Predbaikal'ya (Dynamics of seasonal changes in fatty acid composition, degree of unsaturation of fatty acids and activity of acyl-lipid desaturases in tissues of some medicinal plants growing in the conditions of the Cis-Baikal region), Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2011, No. 4, pp. 223–230.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».