Физиология растений в научной деятельности Н.И. Вавилова

К.В. Манойленко, Санкт-Петербургский филиал Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН

Николай Иванович Вавилов (1887-1943) в мировую науку вошел как автор работ в области генетики, селекции, географии и систематики растений, растениеводства. Эти направления его деятельности широко обсуждаются учеными. Его же заслуги в физиологии растений, ее соединения с экологией, менее всего освещены в литературе.Между тем именно с физиологии растений, с разработки проблемы устойчивости, начался его исследовательский путь.

Н.И. Вавилов изучал устойчивость растений к неблагоприятным биотическим воздействиям, разносторонне занимался иммунитетом.Объектами его исследований были паразитные грибы (головнёвые, ржавчинные, мучнистая роса) и поражённые ими растения, главным образом, хлебные злаки (озимая и яровая пшеница, овёс, рожь, ячмень). Им были исследованы растения многих земледельческих районов страны и мира. Весь собранный материал по видам и сортам был последовательно изучен под углом зрения его восприимчивости к различным инфекциям. Эту работу Вавилов проводил по строго разработанной им схеме.

Первый этап включал выявление картины нанесённого патогеном повреждения. Далее следовало определение ответных реакций растения-хозяина. При этом наблюдения последовательно проводились как за действием природных патогенов, так и за действием искусственного заражения.

Осмыслив собранный фактический материал, Вавилов переходил к общебиологическим обобщениям и практическим рекомендациям. Он считал, что наиболее радикальным средством борьбы с грибными и бактериальными заболеваниями является введение в культуру иммунных сортов, создание их селекционным путем на основе природного иммунитета. Он ставил перед селекционерами актуальную, но «труднейшую» задачу – создание сортов, одновременно иммунных к различным заболеваниям.

Учёный определил различия растений в отношении их восприимчивости к грибам. Он показал, что характер воздействия гриба на растение является ценным «физиологическим реактивом», критерием для систематиков. Он утверждал: «Эти различия являются прочными, унаследованными свойствами растений» (Вавилов, 1913, с. 82). Таким образом, исследования по иммунитету растений Вавилов соединил с генетикой.

Огромная заслуга Вавилова состоит в доказательстве универсальности свойства устойчивости растений на воздействие патогена. Способность к иммунитету присуща как культурным растениям, так и представителям дикой флоры.Он считал правомерным выделение иммунологии растений в самостоятельный, особый раздел ботаники под названием фитоиммунология.Показателем широты охвата Вавиловым проблемы иммунитета служит его обращение к экологии. Составляя экологическую классификацию культурных растений, он фиксировал связь между реакцией видов и сортов на воздействие патогенных организмов и их экологической дифференциацией.Вавилов углубленно изучал физиологическую и биохимическую природу как патогенов, так и видов и сортов растений, поражённых ими. Он сделал вывод о сопряжённости типа реакции растительного организма на патоген с эволюционным процессом.

Вавилов различал типы иммунитета. Он выделял естественный, врождённый иммунитет и иммунитет приобретённый, искусственно вызванный (Вавилов, 1935). Он описал приспособления, свойственные естественному иммунитету анатомо-морфологического характера. По его наблюдениям, этот тип устойчивости связан с функциональной деятельностью растительного организма. Его основу составляют защитные специфические реакции, возникающие в клетках растения-хозяина в ответ на раздражение, исходящее от патогена.Вавилов отмечал особое значение комплексного, или группового иммунитета. В эту категорию он включал одновременную устойчивость растения к нескольким патогенным организмам.

Вавилов обосновал необходимость введения в фитоиммунологию ботанико-географического метода исследования; указывал на обязательность учёта биологических свойств как паразита, так и растения-хозяина. Идя этим путём, он установил ряд закономерностей, «правильностей» в распределении естественного иммунитета среди видов и сортов культурных растений. Он заострил внимание на том обстоятельстве, что закономерности в распределении иммунитета, наблюдаемые им у возделываемых растений, характерны и для диких видов.

Свой основополагающий труд «Законы естественного иммунитета растений к инфекционным заболеваниям (Ключи к нахождению иммунных форм)» (1961) Вавилов создал на основе большого фактического материала, полученного при изучении разнообразных культурных растений, как уже упоминалось, главным образом хлебных злаков.Приоритет труду принесла эколого-географическая система, разработанная автором и впервые применённая им в этом исследовании.Вавилов предложил ряд законов, «ключей», призванных определить вероятность нахождения иммунных видов и сортов в многообразии культурных растений.Учёный заключал, что распределение иммунитета среди видов и сортов не является случайностью. Оно связано с филогенетическим положением растения, его экологическим типом и генетической природой.

В 1929 г. Вавилов был избран в число действительных членов Академии наук СССР. Представление к избранию составил С.П. Костычев. Характеризуя научные труды претендента в академики, Костычев высоко оценил его достижения в иммунологии. Он констатировал, что занятия в этой области подвели Вавилова к открытию закономерностей и в явлении изменчивости растений. «Исследуя один за другим виды и роды, – отмечал Костычев, – он подметил, что несмотря на поразительное разнообразие форм, изменчивость укладывается в определённые закономерности» (Костычев, 1929, с. 34–35). Это открытие составило основу «Закона гомологических рядов в наследственной изменчивости».«Закон» был обнародован в 1920 г. на III Всероссийском селекционном съезде в г. Саратове.

Работы Н.И. Вавилова по иммунитету растений составили эпоху в развитии физиологии растений. В 1926 г. за эти работы в совокупности с итогами исследований по происхождению культурных растений он был удостоен премии им. В.И. Ленина.

В параллель с работами по иммунитету растений и инфекционным заболеваниям, Вавилов обращался к вопросам засухоустойчивости, выступал за привлечение физиологии растений к разработке технологии возделывания растений, к изучению особенностей их вегетационного развития, условий прорастания семян.Он приветствовал работы по фотопериодизму растений. В этом отношении показательна его статья «Проблема северного земледелия» (1931).

Н.И. Вавилов последовательно и аргументировано продвигал в жизнь тезис о необходимости привлечения знаний о функциональной активности растений в агрономию. Он поддерживал контакты с ведущими ботаниками-физиологами его времени – И.П. Бородиным, В.Р. Заленским, С.П. Костычевым, Н.А. Максимовым, А.А. Рихтером.

К.В. Манойленко, Санкт-Петербургский филиал Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН, Санкт-Петербург

Труды:

Вавилов Н.И. Материалы к вопросу об устойчивости хлебных злаков против паразитических грибов // Тр. Селекц. станции при Моск. с.-х. ин-те. 1913. Вып. 1. С. 1–110.

Вавилов Н.И. Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям. М.; Л.: Сельхозгиз, 1935. 100 с.

Вавилов Н.И. Законы естественного иммунитета растений к инфекционным заболеваниям (ключи к нахождению иммунных форм) // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1961. № 1. С. 117–157.

Костычев С.П. Вавилов Н.И.// Записка об ученых трудах действительных членов Академии Наук СССР по отделению физико-математических наук, избранных 12 января 1929 года.Л. Изд. АН СССР 1929. с. 34-38.