BIOCHEMICAL COMPOSITION OF THE BARK OF ACTINIDIA KOLOMIKTA MALE AND FEMALE PLANTS

The problem of sex recognition in Actinidia Lindl. is associated with the lack of morphological and anatomical markers of sex in juvenile plants and it is impossible to determine the sex of each plant before the first flowering of seedlings. This study is devoted to the search for differences in the physiological and biochemical parameters of male and female plants of the perennial dioecious culture Actinidia kolomikta. The purpose of this study is to find differences in the physiological and biochemical parameters of male and female plants of the perennial dioecious culture A. kolomikta for early diagnosis of the sex of plants. The quantitative content of photosynthetic pigments and the sum of phenolic compounds (using Folin&Ciocalteu’s phenol reagent) were  determined by spectrophotometry. It was found that the amount of chlorophyll a and b in the bark of the male plants is 1,1–2 times more than in the female plants during the studied period. The content of chlorophyll a is 1,1–2,9 times greater than chlorophyll b. There are no significant differences in the content of the sum of carotenoids and the sum of phenolic compounds in the bark of male and female actinidia plants. The qualitative and quantitative  composition of female and male A. kolomikta bark metabolites was studied using gas chromatography with mass spectrometric detection. There are 52 chemical compounds of various nature were identified in the bark extracts: 18 organic acids, 16 carbohydrates, 5 lactones, 4 phenolic compounds, 3 compounds from the group of organic alcohols, 3 compounds related to fatty acids, as well as individual substances — glycerol, myo-Inositol and aucubin. The bark of the male plant contains 8 more organic acids than the bark of female plant. As a result of the comparative analysis, the presence of common and specific secondary metabolites in the studied samples was established. The differences in the qualitative composition of the metabolomic profiles and the amount of photosynthetic pigments in the bark of annual shoots of male and female plants can be used in the future as biological markers for early diagnosis of sex in A. kolomikta.

Actinidia kolomikta, bark, gas chromatography-mass spectrometry, chlorophyll, phenolic compounds, biochemical composition

1. Duarte A. M., Caixeirinho D., Miguel M. G. et al. Organic acids concentration in citrus juice from conventional versus organic farming, Acta Horticultural. 2012;933:601-606.

2. Колбасина Э. И., Соловьёва Л. В., Тульнова Н. Н. и др. Культурная флора России: Актинидия. Лимонник. М.: Россельхозакадемия, 2007, 327 с.

3. Солдатов С. А. Влияние селената натрия на рост, развитие и проявление пола у двудомных растений конопли (Cannabis sativa L.): автореферат. М.: Институт физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН, 2005, 32 с.

4. Заплатин Б. П., Хрянин В. Н. Модель линейного программирования экспрессии пола растений, Известия ПГПУ «Естественные науки». 2006;1(5):65-71.

5. Anita G. et al. Marker assisted sex differentiation in dioecious plants, Journal of Pharmacy Research. 2015;9(8):531-549.

6. Колбасина Э. И. Актинидии и лимонник в России (биология, интродукция, селекция). М.: Россельхозакадемия, 2000, 264 с.

7. Gill G. P., Harvey C. F., Gardner R. C., Fraser L. G. Development of sex-linked PCR markers for gender identification in Actinidia, Theoretical and Applied Genetics J. 1998;97:439-445.

8. Малаева Е. В. Биологические и молекулярно-генетические особенности дальневосточных видов рода Actinidia Lindl.: автореферат. М.: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, ГУ «Волгоградский региональный ботанический сад», 2008, 23 с.

9. Hale I., Melo A. T. O., Gustafson H. Sex-linked molecular markers for two cold-hardy kiwifruit species, Actinidia arguta and A. kolomikta, European Journal of Horticultural Science. 2018;83(4):236-246. DOI: 10.17660/eJHS.2018/83.4.4

10. Seal A. G., Ferguson R. A., Nihal de Silva H., Zhang J.-L. The effect of 2n gametes on sex ratios in Actinidia, Sex Plant Reprod J. 2012;25:197-203. DOI 10.1007/s00497-012-0191-6.

11. Казарян В. В., Оганесян Л. Н. Сезонное изменение содержания хлорофилла в побегах древесных интродуцентов как адаптивный процесс, Биолог. ж. Армении. 1989;12(42): 1091-1093.

12. Bossard C. C., Rejmanek M. Why have green stems?, Functional Ecology. 1992;6:197-205.

13. Тихонов К. Г., Христин М. С., Климов В. В., Сундырева М. А., Креславский В. Д., Сидоров Р. А., Цыдендамбаев В. Д., Савченко Т. В. Структурные и функциональные особенности фотосинтетического аппарата хлорофилл-содержащих тканей виноградной лозы, Физиология растений. 2017;64(1):69-80.

14. Аксенова Ю. Б., Лапко И. В., Кузнецова О. В и др. Сравнительный анализ качественного и количественного состава коры коричника (Cinnamomum) разных видов, Химия растительного сырья. 2018;3:159-167. DOI: 10.14258/jcprm.2018033805

15. Курченко В. П., Ризевский С. В., Эсауленко М. А., Цыганков В. Г., Бондарук А. М., Филонюк В. А., Спиридович Е. В. Биологически активные вещества в коре различных видов сирени, Молекулярно-генетические и биотехнологические основы получения и применения синтетических и природных биологически активных веществ (Нарочанские чтения — 11): материалы Международной научно-практической конференции (20–23 сентября 2017 г.) / БГУ, СКФУ, САФУ. — Минск — Ставрополь: Белорусский государственный университет, Северо-Кавказский федеральный университет, 2017: 46–53. URL: http://elib.bsu.by/handle/123456789/188827 Ссылка активна на 8.06.2020.

16. Мотылева С. М., Козак Н. В., Куликов И. М. Низкомолекулярные метаболиты в водном экстракте плодов Actinidia Lindl., Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2018;21(10):91-97. DOI: 10.29296/25877313-2018-10-18.

17. Макарова Н. В., Соболев Г. И., Дмитриева А. Н. Изучение химического состава и антиоксидантной активности Актинидии, Известия ВУЗов, Прикладная химия и Биотехнология. 2012;2(3):39-42.

18. Lichtenthaler H. K., Buschmann C. Chlorophylls and carotenoids: measurement and characterization by UV-VIS spectroscopy, current protocols in Food Analytical Chemistry. 2001; F4.3.1–F4.3.8.

19. Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище. — М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России. 2004, 240 с.

20. Лебедев А. Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ Лаборатория знаний. 2003:120-243.

21. Годнев Т. Н., Ротфарб Р. М., Ходасевич Э. В., Акулович Н. К. Вопросы биосинтеза хлорофилла и каротиноидов: материалы сборника Биохимия и биофизика фотосинтеза. М.: Академия наук СССР, научный совет по проблеме «Фотосинтез». 1965:126-146.

22. Saveyn A., Steppe K., Ubierna N., Dawson T. E. Woody tissue photosynthesis and its contribution to trunk growth and bud development in young plants, Plant, cell & environment. 2010;33(11):1949-1958. DOI:10.1111/j.1365-3040.2010.02197.x

23. Гавриленко В. Ф., Жигалова Т. В. Большой практикум по фотосинтезу: Учеб. пособие для студ. вузов; под редакцией И. П. Ермакова. М.: Издательский центр «Академия», 2003, 256 с.

24. Химическая энциклопедия/Редкол.: Кнунянц И. Л. и др. — М.: Советская энциклопедия, 1988, Т.1 (Абл-Дар), 623 с.