Кафедре физиологии и биохимии растений СПБГУ - 150 лет!

18 июня 1883 г. императором Александром II был издан указ «Об изменении уставов 5 университетов – Санкт-Петербургского, Московского, Харьковского, Казанского и Свято-Владимирского в Киеве». В своем указе он дал указание Сенату: «Создать на физико–математических факультетах 12 кафедр», в числе которых значились также кафедры «Анатомии и физиологии растений». В Санкт-Петербурге указ императора был выполнен только в 1867 г., когда Андрей Сергеевич Фаминцын был избран экстраординарным профессором и назначен заведующим организованной им кафедры «Анатомии и физиологии растений». Фаминцын впервые (1860-1861 г.) стал преподавать физиологию растений как самостоятельную дисциплину и написал первый отечественный «Учебник физиологии растений» (1887 г). У себя в квартире (Тучков пер., 1-14) он основал первую лабораторию по физиологии растений в России. На ее основе в 1880 г. по Высочайшему указу был создан Кабинет с лабораторией по анатомии и физиологии растений в составе Императорской академии наук.

На кафедре анатомии и физиологии растений СПбГУ в разное время работали ученые с мировым именем, заложившие основы физиологии растений (И.П. Бородин, В.И. Палладин, К.А. Тимирязев, С.П. Костычев), почвенной микробиологии (С.Н. Виноградский), вирусологии (Д.И. Ивановский), хроматографии (М.С. Цвет).

В 1889 г. стал заведовать акад. И.П. Бородин, положивший начало русской школе физиологии и биохимии дыхания. Бородин впервые выделил хлорофилл в кристаллическом виде («кристаллы Бородина»). С 1896 по 1901 гг. кафедрой заведует Д.И. Ивановский, который обнаружил проникающий через бактериальные фильтры вирусный возбудитель мозаичной болезни табака.

С 1906 г. кафедрой руководил проф. В.И. Палладин. Он создает принципиально новую теорию дыхания, согласно которой дыхание представляет собой окислительно-восстановительный процесс, состоящий из двух этапов ˗ анаэробного и анаэробного. Согласно Палладину, универсальным путем окисления на анаэробном этапе является отнятие от веществ (субстратов) водорода с участием специальных ферментов (R): С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12R → 6CО₂ + 12 RH₂. На втором, аэробном этапе водород передается или на молекулу кислорода с образованием воды, или на другие молекулы, восстанавливая их: 12RН₂ + 6О₂ → 12R + 12Н₂О. Все положения теории Палладина в дальнейшем были полностью подтверждены на растительных и животных объектах и легли в основу современных представлений о процессе дыхания. В 1914 г. Палладин передает руководство кафедрой своему ученику С.П. Костычеву, который впервые доказал, что дыхание и различные типы брожения идут сходным путем до пировиноградной кислоты. Акад. Костычев является одним организатором лаборатории биохимии и физиологии растений (ЛАБИФР) в Академии наук (1922 г.), послужившей в дальнейшем (1934 г.) основой Института физиологии растений РАН (Москва). Одному из последующих руководителей кафедры проф. С.В. Солдатенкову удалось экспериментально подтвердить гипотезу Костычева о генетической связи процессов дыхания и брожения. Им был получен препарат ПВК и химически идентифицирован, как промежуточный продукт спиртового и молочнокислого брожения.

С 1972 по 1999 гг. кафедрой руководил проф. В.В. Полевой. Основное направление исследовательской работы на кафедре и ее лабораторий в этот период - изучение систем регуляции у растений на всех уровнях их организации. Полевой одним из первых стал изучать механизм действия фитогормонов. Вместе с к.б.н. Т.С. Саламатовой он показал, что именно функционирование протонной помпы лежит в основе многих процессов жизнедеятельности растительных организмов.

С 1999 г. кафедрой заведует проф. С.С. Медведев, основное направление работы которого связано с изучением физиологических основ полярности клеток и тканей, гравитационной биологии и кальциевой сигнальной системы растений.

В настоящее время на кафедре работают 4 доктора и 7 кандидатов биологических наук: д.б.н., проф. С.С. Медведев; д.б.н, проф. Т.В. Чиркова; д.б.н., проф. М.Ф. Шишова; д.б.н., проф. Т.А. Гавриленко; к.б.н., доц. Н.Г. Осмоловская; к.б.н., доц. Г.Н. Смоликова, к.б.н., доц. Е.И. Шарова; к.б.н., доц. В.В. Емельянов; к.б.н., доц. Е.Р. Тараховская; к.б.н., асс. Т.Е. Билова; к.б.н., асс. Г.А. Пожванов; с.н.с., к.б.н. Д.В. Суслов; н.с. Р.К. Пузанский; м.н.с. Л.Н. Кучаева; м.н.с А.А. Кирпичникова, инж-иссл. А.А. Липчинский; инж. Ю.И. Шевцов; инж. Л.С. Соболь.

Кафедра готовит бакалавров и магистров, владеющих современными физико-химическими, молекулярно-биологическими, биохимическими и физиологическими методами исследования биологии высших растений, водорослей и лишайников, а также предоставляет возможности для выполнения кандидатских и докторских диссертаций по специальности ВАК 03.01.05 – физиология и биохимия растений (http://www.bio.spbu.ru/faculty/departments/fbr/).

В рамках обучения в магистратуре предлагаются как фундаментальные, так и прикладные профили. Профиль «Физиология и биохимия растений» включает углубленное изучение фундаментальных основ функционирования растений и водорослей на всех уровнях их организации – молекулярном, мембранном, клеточном и организменном. Полученные знания позволяют выпускникам работать в современных биологических научных центрах в России и за рубежом. Сотрудники кафедры приняли активное участие в создании и реализации магистерской программы «Молекулярная биология и биотехнология растений». Эта программа включает подготовку квалифицированных специалистов для работы в НИИ и организациях сельскохозяйственного профиля, а также в различных отраслях растениеводства, владеющих современными фундаментальными знаниями по молекулярной биологии, физиологии и биохимии растений и практическими навыками в области применения инновационных агро- и фитотехнологий.

Методическая база кафедры включает аналитический комплекс для газовой хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией, жидкостной хроматографии, спектрофотометрии и спектрофлуориметрии, атомно-адсорбционной фотометрии, РАМ-флуорометрии, ионометрии и др. На кафедре применяются методы выделения и идентификации мембран растительных клеток, анализа ионных потоков на мембранных везикулах на основе потенциометрии и флуоресцентных зондов, световая и флуоресцентная микроскопия. Сотрудники кафедры владеют необходимым опытом омиксных технологий ˗ транскриптомики, протеомики и метаболомики, а также биоинформатики. При выполнении научных работ студенты и аспиранты кафедры имеют возможность осваивать молекулярно-генетические, биотехнологические и микроскопические методы на базе ресурсных центров СПбГУ (http://researchpark.spbu.ru/).

Сотрудники кафедры не только ведут обучение по программам бакалавриата, магистратуры, аспирантуры и докторантуры, но и активно вовлекают студентов в научно-исследовательский процесс.

За последние 5 лет сотрудниками кафедры получены: 1 грант РНФ, 13 грантов РФФИ, 14 грантов СПбГУ, опубликовано 48 статей, анонсированные в базах SCOPUS и WoS. Широкий спектр исследований позволяет кафедре являться одним из ведущих научно-образовательных центров России по подготовке высококвалифицированных специалистов, владеющих навыками базовых физико-химических, молекулярно-биологических, биохимических и физиологических методов исследования биологии высших растений и водорослей.

С.С. Медведев, СПбГУ, Санкт-Петербург

Учебники и учебные пособия, изданные сотрудниками кафедры за последние годы:

1. Медведев С.С. Физиология растений. СПб.: «БХВ-Петербург», 2013. 512 с.
2. Медведев С.С., Шарова Е.И. Биология развития растений. Том 1. Начала биологии развития растений. Фитогормоны. СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 2011. 253 с.
3. Медведев С.С., Шарова Е.И. Биология развития растений. Том 2. Рост и морфогенез. Нижневартовск: Изд-во Нижневартовск. гос. ун-та, 2014. 235 с.
4. Ермилова Е.В., Залуцкая Ж.М., Лапина Т.В., Шишова М.Ф. Количественный анализ экспрессии генов. СПб., Тесса, 2011. 121 с.
5. Медведев С.С. Электрофизиология растений. Интернет-издание. 2012. 122 с. http://www.bio.spbu.ru/faculty/departments/fbr/materials.php.
6. Маслов Ю.И., Тараховская Е.Р., Шишова М.Ф. «Практикум по физиологии и биохимии растений на Белом море». СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2013. 20 с.
7. Медведев С.С., Шишова М.Ф., Емельянов В.В., Билова Т.Е., Тараховская Е.Р. «Практикум по физиологии и биохимии растений». СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2013. 92 с.
8. Шарова Е.И. Антиоксиданты растений. Учебное пособие. СПб: Издательство СПбГУ. 2015. 150 с.

Научная деятельность на кафедре осуществляется в рамках следующих групп:

1. Биология развития. Гравитационная биология растений. Руководитель – д.б.н., проф. С.С. Медведев.
2. Рецепция и трансдукция гормональных и метаболических сигналов. Руководитель – д.б.н., проф. М.Ф. Шишова.
3. Экофизиология растений. Руководители – д.б.н., проф. Т.В. Чиркова; к.б.н., доц. В.В. Емельянов.
4. Ионный гомеостаз и механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам. Руководитель – к.б.н., доц. Н.Г. Осмоловская.
5. Физиология и биохимия растяжения клеточной стенки. Руководитель – к.б.н., доц. Е.И. Шарова.
6. Биомеханика и метаболомика роста клеток растяжением. Руководитель – к.б.н., с.н.с. Д.В. Суслов.
7. Физиология семян. Руководитель – к.б.н., доц. Г.Н. Смоликова.
8. Экофизиология водорослей и лишайников. Руководитель – к.б.н., доц. Е.Р. Тараховская.
9. Межкафедральная научная группа «Гликированный протеом растений». Руководители – к.х.н., доц. кафедры биохимии А.А. Фролов и к.б.н., асс. кафедры физиологии и биохимии растений Т.Е. Билова.