Красноярское отделение ОФР

История развития физиологии растений в Красноярском крае уходит в 30-е годы ХХ века. В это время в Красноярском государственном педагогическом институте (КГПИ), который был открыт в 1932 году (в настоящее время Красноярский педагогический университет им. В.П. Астафьева), начали активно проводиться исследования по изучению флоры Красноярского края на кафедре биологии. В результате этих исследований сложилась научная школа, основателем которой является доктор биологических наук профессор Л.М. Черепнин. Л.М. Черепнин создал один из крупнейших в Сибири гербарий, зарегистрированный как научная ценность международного уровня. В гербарии представлена обширная коллекция приенисейской флоры высших растений. Успехи в ботанических исследованиях создали предпосылки для начала физиологических работ. Активизация работ по физиологии растений была связана с приглашением на кафедру ботаники КГПИ в 1955 году доктора биологических наук А.А. Гуревича, где он более 15 лет читал лекции и вел лабораторно-практические занятия по курсу «Физиология растений». Его научная работа продолжается в направлении глубокого изучения обнаруженного им индуцированного переноса водорода помимо известного в науке дегидразного пути. Открытая А.А. Гуревичем индуцированная реакция переноса водорода может рассматриваться как общебиологическое явление. Это открытие послужило базой для дальнейших научных исследований. Под его руководством работали, а затем защитили кандидатские диссертации по физиологии растений его аспиранты: в Институте биофизики СО АН СССР  – И.Н. Трубачев; в КГПИ – Т.В. Горбунова и  Т.К. Захарова. Впоследствии эти ученые много лет успешно работали в Институте биофизики СО РАН (И.Н Трубачев) и на кафедре ботаники КГПИ (Т.В. Горбунова., Т.К. Захарова), ведя исследования по физиологии растений и продолжая дело А.А. Гуревича.

Инициатор активных исследований по физиологии растений в Красноярском крае доктор биологических наук профессор Александр Абрамович Гуревич. 

Первым в Красноярске научным подразделением, официально специализировавшемся на исследованиях в области физиологии растений, стала кафедра ботаники и физиологии растений Красноярского сельскохозяйственного института (в настоящее время – Красноярский государственный аграрный университет), созданная в 1955 году. У истоков кафедры стояли талантливые педагоги В.Ф. Егоров, В.И. Белева, А.Н. Бугакова, А.К. Тулунина - выпускники Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, МГУ им. М.В. Ломоносова и Омского СХИ им. С.М. Кирова. Первым заведующим кафедрой был к.б.н., доцент Василий Федорович Егоров. Под его руководством формировалась кафедра, закладывались ее традиции. В сотрудничестве с коллективом кафедры общего земледелия проводились исследования видового состава и основных биологических особенностей овсюга и других сорных растений, что важно при разработке агротехнических мер борьбы с ними. В это время были организованы экспедиции по окрестностям г. Красноярска и ряду районов края, собраны первые гербарные образцы. Так было положено начало учебному гербарию, переросшему затем в научный гербарий, входящий ныне в Российский реестр и насчитывающий свыше 7000 экземпляров растений, а также большую коллекцию семян. С 1963 года кафедру возглавила к.б.н., доцент А.Н. Бугакова, дополнившая тематику научных исследований разделом минерального питания растений, в частности вопросами влияния серы на рост сельскохозяйственных культур. С 1968 по 1972 годы заведующим кафедрой был избран А.В. Епанчинов, выпускник Ульяновского СХИ. С 1972 года кафедру возглавил к.с/х.н., доцент А.В. Егоров, очень требовательный, принципиальный, ответственный человек, много сделавший для развития кафедры. С его приходом связано развитие на кафедре генетических исследований растений, в частности пшеницы и ячменя. С 1978 по 1993 годы заведующей кафедрой стала выпускница КСХИ, к.б.н., доцент Н.П. Моисеева, которая изучала фотосинтез и водный обмен твердой пшеницы. В этот период состав кафедры постепенно обновился, пришли новые и молодые сотрудники – выпускники Красноярского государственного университета. С 1993 по 2007 годы кафедрой руководил д.б.н., профессор В.Н. Моргун. При его активном участии на кафедре была существенно обновлена материальная база, открыта аспирантура, стали проводиться научные исследования механизмов флуоресценции хлорофилла и геоинформационных систем агроценозов Красноярского края.

Сотрудники кафедры ботаники, физиологии и защиты растений Красноярского государственного аграрного университета (2014 г.).

С 2007 года по настоящее время кафедру возглавляет д.б.н., профессор В.И. Полонский. В эти годы при кафедре открылись две учебно-научные лаборатории: биотехнологии сельскохозяйственных и лесных культур, сельскохозяйственной и экологической биотехнологии. После укрупнения кафедры в 2013 году она стала носить название «Ботаники, физиологии и защиты растений». Сегодня научная тематика кафедры в основном направлена на решение трех проблем, связанных с экологической физиологией, биотехнологией, селекцией растений. В рамках первой проблемы изучается состояние автотрофного звена наземных и водных экосистем, изменяющееся под влиянием загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, фторидами, нефтепродуктами. В этом плане исследуются механизмы адаптации растений к многочисленным стрессовым факторам, вызванным хозяйственной деятельностью человека; разрабатываются экспресс-методы определения физиологического состояния растений, необходимые для проведения биомониторинга экосистем с целью оценки их антропогенной трансформации (д.б.н., профессор В.И. Полонский, д.б.н., профессор Е.А. Иванова, к.б.н., доцент И.Ю. Борцова, к.б.н. Т.С. Бородулина, ассистент В.Г. Немчинов).

В рамках второй научной проблемы изучаются процессы морфогенеза изолированных органов и тканей совершенствуются технологии микроклонального размножения лесных и сельскохозяйственных культур с использованием метода культуры тканей и органов растений in vitro (к.б.н. Н.Е. Носкова); разрабатываются микробиологические средства защиты растений от болезней в почвенно-климатических условиях Сибири и в биорегенеративных системах жизнеобеспечения на основе психрофильных и психротолерантных микроорганизмов (д.б.н., доцент С.В. Хижняк, к.б.н. Е.П. Ланкина, к.б.н. Е.В. Нестеренко, к.б.н. И.Р. Сафина, к.б.н. С.В. Овсянкина); оптимизируются условия азотного питания сельскохозяйственных растений на основе интродукции в ризосферу свободноживущих азотфиксирующих бактерий (д.б.н., доцент С.В. Хижняк, к.б.н. Е.П. Ланкина, к.б.н. И.Р. Сафина); исследуется влияние биогенных наночастиц ферригидрита на эффективность химических средств защиты растений от болезней, а также на ростовые характеристики растений на нефтезагрязнённых почвах (д.б.н., доцент С.В. Хижняк).

В рамках третьей научной проблемы разрабатываются неповреждающие способы оценки качества зерна ячменя и овса (д.б.н., профессор В.И. Полонский, к.с/х.н. С.А. Герасимов, к.с/х.н. А.В. Сумина), выполняются физиолого-генетические исследования фотопериодической чувствительности пшеницы и ячменя, ведется работа по созданию новых сортов пшеницы, гречихи, тритикале (д.б.н., доцент В.И. Никитина, к.с/х.н., доцент В.Ф. Терехова, к.с/х.н. М.А. Худенко).

Сегодня кафедра располагает квалифицированным кадровым составом преподавателей, среди штатных сотрудников кафедры: 4 профессора, доктора биологических наук – В.И. Полонский, В.И. Никитина, С.В. Хижняк, кандидат сельскохозяйственных наук В.Ф. Терехова, 5 доцентов, кандидатов биологических наук – И.Ю. Борцова, И.С. Вышегородцева, Е.П. Ланкина, Е.В. Нестеренко, Т.В. Карпюк, ассистент В.Г. Немчинов, старший лаборант, кандидат сельскохозяйственных наук М.А. Худенко, обучается 9 аспирантов по трем профилям: ботаника, экология, селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений. За последние 10 лет на кафедре подготовлено 4 доктора и 10 кандидатов наук; издано 9 учебных пособий, выпущено 6 монографий, опубликовано около 100 научных статей, 8 патентов РФ на изобретения, осуществлено патентное депонирование 2 штаммов бактерий и 2 штаммов грибов во Всероссийской коллекции микроорганизмов. Результаты научных исследований сотрудников кафедры докладывались на международных конференциях в КНР (2007), Москве (2009; 2013; 2014), Дании (2009), Германии (2010), Индии (2012), Великобритании (2012), Казахстане (2014), Словении (2014), США (2014). Начиная с 2007 года, сотрудники кафедры регулярно выезжают за рубеж для чтения лекций для докторантов по биотехнологии и экологии растений и микроорганизмов.

Обширные исследования по физиологии растений в рамках красноярской вузовской науки развернулись на кафедре физиологии и микробиологии в Красноярском государственном университете (КрасГУ) с момента его создания в 1969 году (с 2006 года Сибирский федеральный университет). Кафедру возглавил выпускник Томского государственного университета, молодой кандидат биологических наук Виктор Моисеевич Гольд. С первых лет становления КрасГУ опирался на Институт физики и Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. В рамках этого сотрудничества в КрасГУ была организована научно-исследовательская лаборатория светофизиологии и светокультуры растений. Исследования лаборатории были направлены в первую очередь на решение продовольственной проблемы региона путем ускорения сроков селекции новых сортов сельскохозяйственных растений в условиях интенсивной светокультуры. Вторым направлением стала разработка биофизических (люминесцентных) методов исследования фотосинтеза на различных уровнях организации (от изолированных хлоропластов до фитопланктона). В последующие годы это направление сконцентрировало фундаментальные и прикладные исследования кафедры, такие как оперативная диагностика водных экосистем, фоторегуляция биохимических процессов у высших растений. За короткий промежуток времени кадровый состав кафедры был сформирован из первых выпускников КрасГУ: Головановой Тамары Ивановны, Григорьева Юрия Сергеевича, Гаевского Николая Александровича, Белоног Натальи Петровны.

Сотрудники кафедры физиологии и микробиологии Красноярского государственного университета (1981 г).Передний ряд слева направо – Гукасян В.М., Тюльпанова В.А., Гольд В.М., Бугакова А.Н., Попельницкий В.А. Задний ряд слева направо – Гехмах А.В., Пузырь А.П., Григорьев Ю.С., Белоног Н.П., Тюльпанов В.Г., Голованова Т.И., Гаевский Н.А. Знак Н.Ю., Костина Л.Ф., Тарасова В.А.

Успешно защитив кандидатские диссертации, эти молодые преподаватели, опираясь на опыт более опытных коллег (доктора биологических наук, профессора Лисовского Генриха Михайловича и кандидата биологических наук, доцента Бугаковой Алевтины Николаевны) на долгие годы определили высокий научный и педагогический потенциал кафедры. В составе кафедры также работали микробиологи – к.б.н. Иванов Георгий Матвеевич, к.б.н. Тюльпанова Валерия Александровна, к.б.н. Тюльпанов Владимир Георгиевич, к.б.н. Громовых Татьяна Ильинична. Микробиологические исследования кафедры физиологии и микробиологии были направлены на разработку методов защиты растений от патогенных организмов (насекомых и грибов). Практическое внедрение осуществляли выпускники кафедры, сотрудники проблемной лаборатории светофизиологии и светокультуры к.б.н. Валерия Евгеньевна Гусейнова, к.б.н. Кожевников Игорь Валерьевич, Татьяна Аркадьевна Карянова и Юлия Федоровна Портнова.

С первых лет работы кафедра стала выпускающей. Программа подготовки студентов по специальности биология (физиология и биохимия растений, микробиология) была составлена на основе учебно-методических разработок классического Новосибирского государственного университета и Томского государственного университета. Это позволяло студентам получать глубокие знания в области математики, физики, химии и биологии. Большинство выпускников восьмидесятых, девяностых годов ХХ века успешно защищали диссертации и строили свою карьеру в институтах Красноярского научного центра СО РАН и высших учебных заведениях сибирского региона. В 2000 году заведующим кафедрой физиологии и микробиологии был избран Н.А. Гаевский, позже, в 2003 году кафедра была преобразована в кафедру физиологии и биотехнологии растений.

Кафедра первой в Красноярском государственном университете начала подготовку бакалавров по направлению биология (с 1999 года) и магистров по программе «Физиология растений» (с 2003 года). К настоящему времени подготовлено 59 магистров физиологов растений. Темы магистерских диссертаций и квалификационных работ бакалавров, согласованы с направлениями научных исследований кафедры водных и наземных экосистем и институтов СО РАН в г. Красноярске: «Влияние спектрального состава света и регуляторов роста на морфогенетические способности каллусной ткани Larix sibiricа» (СФУ, совместно с Институтом леса им. В.Н. Сукачева СО РАН); «Участие микоромицет в регуляции фотосинтеза и дыхания у высших растений» (СФУ); «Влияние абиотических факторов на биофизические и биохимические параметры растений» (СФУ); «Разработка источников света на основе светоизлучающих диодов, позволяющих регулировать спектральный состав, интенсивность света и фотопериод в светокультуре растений (СФУ); «Особенности формирования древесины (ксилогенеза) у деревьев и кустарников в условиях криолитозоны Средней Сибири» (СФУ), «Сравнительная оценка фотосинтетических и продукционных показателей у растений Южной Сибири» (СФУ); «Мониторинг экологического состояния водных экосистем Сибири, включая «цветение» воды, на основе флуоресценции хлорофилла» (СФУ); «Скрининг каллусов зерновых культур на устойчивость к NaCl на установке биофизических методов (СФУ совместно с Красноярским НИИ сельского хозяйства); «Роль таежных и тундровых экосистем Сибири в глобальном стоке и эмиссии углерода (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН); Гормональная регуляция микроклонального размножения кедра сибирского (СФУ совместно с Институтом леса им. В.Н. Сукачева СО РАН).

В 1986 году исследования по физиологии растений получили продолжение на кафедре экологии КрасГУ, которую возглавил к.б.н. Ю.С. Григорьев. С тех пор на кафедре экологии развивается направление биоиндикации и биотестирования окружающей среды на основе физиологического состояния растений: лихеноиндикация, альгоиндикация. В основе экспериментальных методов используются замедленная флуоресценция хлорофилла.

Организация Сибирского федерального университета в 2006 году сопровождалось значительной структурной реорганизацией. В результате появился Институт фундаментальной биологии и биотехнологии и кафедра водных и наземных экосистем, в состав которой вошли работавшие в КрасГУ физиологи растений (В.М. Гольд, Н.А. Гаевский, Т.И. Голованова, А.Н. Иванова) и д.б.н. Павел Павлович Силкин. Заведующим новой кафедры стал д.б.н. Владимир Иннокентьевич Колмаков. Кафедра экологии с организацией СФУ была преобразована в кафедру экологии и природопользования в составе Института экономики, управления и природопользования (заведующий кафедрой к. с.-х. наук Сергей Васильевич Верховец).

Фундаментальные и прикладные научные исследования по физиологии растений активно проводятся в двух академических Институтах: Институте биофизики СО РАН и в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.

В рамках академических исследований первая научно исследовательская лаборатория по физиологии растений появилась в Красноярске в 1959 году после переезда части сотрудников Института леса АН СССР из Москвы в связи с организацией Института леса и древесины. Обязанности зав. лабораторией исполняла к.б.н  Н.А. Хлебникова - ученица член- корр. АН Л.А .Иванова - основателя научной школы экофизиологии древесных растений. Из московских сотрудников кроме Н.А. Хлебниковой в составе лаборатории была включена н.с. К.А. Гар .Основной контингент лаборатории состоял из молодых специалистов недавно закончивших вузы Ленинграда, Москвы, Красноярска и Томска (Г.И. Гирс, Г.  Могилева, А.Н. Николаева, Н.Е. Судачкова, Р.А. Коловский, Е.Я Расторгуева). Статус структурных подразделений, занимающихся физиологией и биохимией растений в институте менялся несколько раз: с 1959 по 1965  это была лаборатория экологии и физиологии и экологии древесных растений. В 1965 г. решением директора Института академика А.Б. Жукова была организована лаборатория биохимии древесных растений, на должность  зав. лабораторией назначается к.б.н.  Н.Е. Судачкова. С 1967г зав лабораторией физиологии стала к.б.н. Г.И. Гирс. Обе лаборатории, заведующие которых защитили докторские диссертации, успешно  работали в таком статусе до 1991 г. С  1991 по 2002 подразделения то сливались, то разъединялись при этом менялись названия (лаборатория, сектор, отдел) и заведующие: некоторое время подразделением руководили д.б.н. В. И. Осипов и д.б.н. С.Г. Прокушкин, с 1995 г. по 2002 г. - Н.Е. Судачкова. В 2002 г сектор физиологии и биохимии древесных растений решением директора института академика Е.А. Ваганова был расформирован: биохимики были включены в отдел физико-химической биологии и биотехнологии древесных растений  (зав. отделом д.х.н. С.Р.Лоскутов), физиологи распределены по разным лабораториям.

Группа физиологов и биохимиков растений Института леса СО РАН: слева направо к.б.н., с.н.с. В.В. Стасова, к.б.н., н.с., Н.В. Астраханцева, к.б.н., с.н.с. Л.И. Романова, д.б.н., проф. Н.Е. Судачкова, к.б.н. с.н.с. И.Л. Милютина.

В лаборатории физиологии и экологии сформировались следующие   основные направления научных исследований:

1. Устойчивость хвойных пород Сибири к энтомовредителям, пожарам и промышленным эмиссиям. Выявление физиологических основ толерантности древесных растений на основании изменения их метаболизма, диапазона выносливости и способности к репарации при различном характере и интенсивности повреждения. Оценка этих параметров способствует выявлению причин потери устойчивости деревьев и путей ее повышения.

2. Интенсивность фотосинтеза хвойных пород Сибири (сосна обыкновенная, лиственница сибирская, кедр сибирский и ель обыкновенная) в лесостепной зоне Красноярского края. Исследовалась роль хвои разного возраста в процессах ассимиляции углекислоты и влияния экологических условий – освещенности, температуры и влажности воздуха в отдельные фазы вегетации на интенсивность фотосинтеза и продуктивность фитоценозов в целом.

3. Водный режим и устойчивость древесных пород в искусственных насаждениях степной части Хакасии. Изучались особенности водного режима древесных пород в степной зоне Хакасии, механизмы их адаптации к воздействию лесохозяйственных мероприятий (рубки ухода, обрезка крон и внесение удобрений), повышение устойчивости искусственных насаждений к дефициту влаги.

4. Фитогормоны и их роль в формировании и росте лиственницы сибирской в географических культурах Сибири. В задачи исследований входило выяснение морфолого-физиологических закономерностей роста лиственницы сибирской географически удаленных популяций в естественных условиях и при их интродукции в пределах одной популяции в зависимости от активности основных групп фитогормонов в отдельных органах дерева.

5. Оценка условий минерального питания древесных пород на холодных почвах средней и южной тайги Средней Сибири. Проводились исследования по выявлению специфических особенностей формирования и функционирования корней сосны обыкновенной (их анатомо-морфологическое строение, характер роста, формирование корневых систем, поглотительная, метаболическая и экскреторная функции) и возможности регуляции условий минерального питания, как один из способов повышения продуктивности лесных биогеоценозов.

6. Биоэлектрические потенциалы древесных растений и их биологическая роль Изучались механизмы возникновения биоэлектрических потенциалов древесных пород, их роль в метаболизме и регуляции взаимоотношений между отдельными особями в лесных фитоценозах.

Основные направления научной работы лаборатории биохимии:

1. фундаментальные исследования регуляции процесса ксилогенеза, как основной составляющей продуктивности древесных растений;
2. изучение физиолого-биохимического аспекта адаптации древесных растений к стрессовым воздействиям.

Выбор первого направления обусловлен тем, что    криогенез - глобальный процесс консервации углерода в составе структурных полимеров углеводной и фенольной природы в составе клеточных стенок древеснеющих тканей   растений по масштабам вовлекаемых веществ - второй после фотосинтеза. Направленное изменение продуктивности древесных растений возможно лишь на основе фундаментального изучения физиологических и биохимических  механизмов, контролирующих этот процесс. При изучении процесса ксилогенеза в качестве объекта использовались только  хвойные в связи с менее сложным строением древесины, поскольку исследования сочетали в себе структурный и функциональный аспекты.

 Основная тематика исследований по первому разделу:

• Изучение обмена веществ хвойных в связи с образованием древесины.

Исследован обмен углеводов, азотсодержащих и фенольных соединений, органических кислот в ассимилирующих и запасающих и меристематических тканях (камбий). Оценивалось распределение пластических веществ по органам и тканям и аккумулятивные возможности запасающих тканей. В камбиальной зоне изучался гормональный статус и динамика активности ферментов, участвующих в формировании структурных элементов клеточной стенки в связи с периодичностью роста.

• Исследование закономерностей роста клеток ксилемы  хвойных при формировании годичного кольца древесины хвойных.

Изучены закономерности образования и морфогенеза элементов годичного кольца древесины, влияние внешних факторов на отдельные стадии морфогенеза трахеид хвойных, субстратное обеспечение процесса роста и развития трахеид и роль углеводных компонентов в образовании клеточных стенок трахеид.

Исследования по  второму разделу мотивируются тем, что в естественных условиях произрастания процессы роста в высоту и по диаметру древесных растений, определяющие уровень их продуктивности, лимитируются экологическими факторами, пороговые значения которых создают стрессовые ситуации, негативно влияющие на эти процессы. Для сохранения и умножения лесных ресурсов необходимо знать реакцию лесных экосистем на действие абиотических и биогенных стрессовых факторов.

Основная тематика исследований по второму разделу:

• Физиологические и биохимические основы устойчивости хвойных к действию абиогенных стрессовых факторов.  

Исследования влияния низкой температуры, гипоксии и дефицита воды в ризосфере на рост, морфогенез, содержание углеводов, общего и белкового азота, свободных аминокислот, фотосинтетических пигментов и активности ряда гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов проводились в естественной среде обитания хвойных и в контролируемых условиях.

•  Влияние биогенных стрессов (внутривидовая конкуренция, дефолиация) на рост и интенсивность ксилогенеза сибирских видов хвойных.

Исследовали влияние жесткой внутривидовой конкуренции в насаждениях разной густоты и искусственной дефолиации, имитирующей повреждение насекомыми, на рост, метаболизм и активность работы системы антиоксидантной защиты в тканях хвойных.

•  Влияние кислотных дождей на рост и метаболизм сосны обыкновенной.

В модельных опытах по имитации кислотных дождей и искусственной дефолиации исследовалась активность антиоксидантной системы и концентрации серосодержащих соединений (аминокислот и глутатиона) в тканях в качестве показателей устойчивости растений.

• Проявления окислительного стресса в условиях внутривидовой конкуренции, дефицита воды, теплового шока (низовые пожары), дефолиации.

В хвое определяли содержание хлорофиллов и каротиноидов, в прикамбиальной зоне -  концентрации пероксида водорода и малонового диальдегида, активности ферментов, обеспечивающих антиоксидантную защиту и регулирующих углеводный обмен. Результаты позволили выявить некоторые биохимические индикаторы стрессового состояния хвойных.

Полевые работы проводились в естественных местообитаниях хвойных разных лесорастительных зон Красноярского края по Енисейскому меридиану от лесотундры до лесостепи, в Якутии, Томской области, Туве, Хакассии.

За годы существования экофизиологического направления в Институте леса им. В.Н. Сукачева в Красноярске биохимиками и физиологами были успешно защищены 23 кандидатских и 8 докторских диссертаций, по материалам которых с 1965г. по 2012г.  опубликованы 13 монографий. Кроме того сотрудники являются соавторами 6 монографий и 12 сборников. Они неоднократно были участниками ВДНХ и совместно с лабораторией лесоводства ИЛиД ими опубликованы и переданы в управление лесного хозяйства Красноярского края «Методические рекомендации по применению минеральных удобрений в лесах Сибири». Многие исследования проводились при финансовой поддержке грантов РФФИ и  КФН, Европейского союза в рамках международных проектов “EURISIBERIAN CARBON FLUX, “TCOS Siberia”

Совместными усилиями биохимиков и физиологов растений были проведены две Всесоюзные конференции по физиологии древесных растений (Красноярск, 1974г. и 1984 г.), а также Международный симпозиум  «Экологическая физиология хвойных» (Абакан, 1991 г.) и Международная конференция «Эколого-физиологические аспекты ксилогенеза хвойных» (Красноярск, 1996 г.) под эгидой ИЮФРО.

Сотрудники лаборатории неоднократно участвовали в Международных и Всесоюзных конференциях с докладами, активно занимались педагогической деятельностью - читали лекции по физиологии, биохимии и экологии растений в ВУЗах г. Красноярска.

     В 2013 г. в рамках выполнения гранта Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых, в институте была организованна международная лаборатория «Экофизиология биогеоценозов криолитозоны».  Лабораторию возглавил ведущий ученый Георг Гуггенбергер – профессор, директор Института почвоведения Универститета им. Готтфрида Лейбница, г. Ганновер, Германия. В состав лаборатории вошли научные сотрудники разных специальностей: физиология растений, экология, почвоведение, картографирование и ГИС технологии. Научные исследования лаборатории сфокусированы на изучении влияния климатических сдвигов на мерзлотные экосистемы Сибири, приводящие к повышению эмиссии парниковых газов (диоксид углерода и метан) с поверхности почвы, деградации системы вечной мерзлоты (термокарстовая эрозия) и механизмам стабилизации органического вещества, противостоящим этим процессам. Для анализа процессов, лежащих в основе деградации вечной мерзлоты, в лаборатории проводится изучение потоков углерода в мерзлотных экосистемах в зависимости от параметров фотосинтеза и дыхательной активности мерзлотных экосистем.      Результаты, полученные научным коллективом международной лаборатории опубликованы в ведущих мировых и российских высокорейтинговых изданиях: «Nature», «Science», «Tellus», «Climate Change Biology», «Доклады академии наук».

Основные публикации

• Судачкова Н.Е., Расторгуева Е.Я., Коловский Р.А. Физиология подроста кедра. М.: Наука, 1967. 122 с.
• Исаев А.С., Гирс Г.И.. Взаимодействие дерева и насекомых-ксилофагов. Новосибирск: Наука, 1975. 343 с.
• Судачкова Н.Е. Метаболизм хвойных и формирование древесины. Новосибирск: Наука, 1977. 228 с.
• Осипов В.И.. Гидроароматические кислоты в жизнедеятельности хвойных. Новосибирск: Наука, 1979. 111с.
• Коловский Р.А., Гирс Г.И. Биоэлектрические потенциалы древесных растений. Новосибирск: Наука, 1980. 173 с.
• Прокушкин С.Г.. Минеральное питание сосны. Новосибирск: Наука, 1982. 188 с.
• Гирс Г. И. Физиология ослабленного дерева. Новосибирск: Наука, 1982. 254 с.
• Меняйло Л.Н.  Гормональная регуляция ксилогенеза хвойных. Новосибирск: Наука, 1987. 184 с.
• Прокушкин С.Г., Каверзина Л.Н. Корневые экзометаболиты и сапролины сосны обыкновенной. Красноярск: ИЛиД, 1988. 128 с.
• Судачкова Н.Е., Гирс Г.И., Прокушкин С.Г.и др. Физиология сосны обыкновенной. Новосибирск: Наука, 1990. 248 с.
• Судачкова Н.Е., Шеин И.В., Романова Л.И.и др. Биохимические индикаторы стрессового состояния древесных растений. Новосибирск: Наука, 1997. 176 с. 
• Антонова Г.Ф. Рост клеток хвойных. Новосибирск: Наука, 1999. 226 с.
• Судачкова Н.Е., Милютина И.Л., Романова Л.И. Биохимическая адаптация хвойных к стрессовым условиям Сибири. Новосибирск: Акад. Изд. ГЕО, 2012. 178 с.

Исследования по физиологии растений в Институте биофизики СО РАН (в то время отдел биофизики Института физики АН СССР) начали активно развиваться, начиная с 1964 года, когда была создана лаборатория управления биосинтезом фототрофов. Основателем и первым заведующим этой лаборатории в период с 1964 по 1987 годы был доктор биологических наук профессор Генрих Михайлович Лисовский. Это был период бурного развития космического растениеводства в связи с выдающимися успехами СССР в освоении космоса. Перед учеными Института академиком С.П.Королевым была поставлена задача создания высокозамкнутой системы жизнеобеспечения, в которой человек мог бы долго находиться вне Биосферы. Необходимо было разработать принципы устойчивого круговорота вещества в такой системе, где человек мог бы получать кислород, воду и пищу в режиме их непрерывного воспроизводства, а отходы жизнедеятельности человека должны были вновь вовлекаться в круговоротный процесс с получением исходных продуктов (кислорода, воды и пищи). Профессором Г.М. Лисовским с сотрудниками было экспериментально доказано, что такой круговоротный процесс может быть организован с помощью высших растений. Менее чем за 10 лет в лаборатории были разработаны научные и технологические принципы культивирования высших растений применительно к замкнутым экосистемам: были разработаны способы выращивания растений в условиях высокоинтенсивной светокультуры, выведен специальный сорт высокопродуктивной карликовой пшеницы с Кхоз более 50%, разработан разновозрастной конвейер для культур фототрофного звена, позволяющий равномерно во времени продуцировать кислород, траспирационную воду и свежую растительную пищу. Был подобран видовой состав фототрофного звена в виде набора высших растений, полностью обеспечивающий человека в системе жизнеобеспечения растительной диетой европейского образца. Все это позволило в 70-80-е годы ХХ века провести серию успешных экспериментов по пребыванию экипажа из 2-3 человек в замкнутой системе жизнеобеспечения БИОС-3 длительностью до 6 месяцев. При этом замыкание по газообмену и воде было близко 100%, а по воспроизводимой пище около 77%. Эти достижение получили признание мирового научного сообщества и по целому ряду показателей до сих пор не превзойдены. Были получены оригинальные научные результаты в области физиологии растений, особенно в области светокультуры и светофизиологии растений. Были физиологически обоснован ряд подходов в резком повышении продуктивности фитоценозов в условиях искусственного облучения. 

Основоположник практического создания фототрофного звена высших растений для искусственных экосистем доктор биологических наук профессор Генрих Михайлович Лисовский (на переднем плане) во время проведения работ в замкнутой системе жизнеобеспечения БИОС-3.

В их основе лежал принцип использования светового насыщения фотосинтеза не на листовом, а на ценотическом уровне организации фотосинтетического аппарата, на котором уровни светового насыщения по фотосинтезу в разы превосходят таковые на листовом уровне. Это позволило обосновать подбор мощности лучистых потоков в области ФАР и соответствующих источников света для интенсификации продукционного процесса фитоценозов. Были предложены новые световые режимы для условий частной светокультуры растений и разработаны основы культивирования целого комплекса овощных, зерновых и древесных растений. На основании этих исследований были выведены в условиях ускоренной селекции при использовании искусственного освещения новые сорта отдельных видов культурных растений (рапс, рыжик), которые были районированы в средней полосе России (к.с.-х. н. Долгушев В.А., н.с. Шиленко М.П., инженер Гасников А.М.). Были впервые установлены пределы потенциальной продуктивности ряда культур в условиях высокоинтенсивного облучения применительно к замкнутым экосистемам (Тихомиров А.А., Полонский В.И.). 

С декабря 1987 года по настоящее время заведующим лабораторией управления биосинтезом фототрофов является доктор биологических наук профессор Тихомиров Александр Аполлинарьевич. За этот период времени главной задачей лаборатории являлась разработка научных основ резкого повышения степени замкнутости круговоротных процессов в системе жизнеобеспечения. Для реализации этой задачи  потребовалось разработать принципы культивирования растений фототрофного звена с использованием окисленных органических отходов – продуктов жизнедеятельности человека. Был разработан экологически чистый способ возврата человеку NaCl из его жидких выделений за счет использования соленакапливающих съедобных для человека растений Salicornia europaea (в. н.с. .к.б.н. Ушакова С.А., с.н.с., к.б.н. Тихомирова Н.А.). На базе этих разработок совместно с ИФР РАН выполнен цикл исследований (INTAS 05-1000008-8010) по оценке возможностей включения в круговоротный процесс БТСЖО NaCl, который содержится в жидких выделениях человека. Обобщены многолетние исследования по изучению спектрального состава и интенсивности искусственного излучения на продукционные характеристики ценозов растений. Предложены лимитирующие факторы этого процесса на молекулярном, клеточном, листовом, организменном и ценотическом уровнях организации фотосинтетического аппарата. Разработана концепция использования «белого света» применительно к биологическим системам жизнеобеспечения (д.б.н. Тихомиров А.А.).

Сотрудники лаборатории управления биосинтезом фототрофов разных лет в день 50-летнего юбилея лаборатории (2014 г.). 

Впервые была показана принципиальная возможность выращивания высших растений на питательных растворах, приготовленных с использованием минерализованных жидких и твердых экзометаболитов человека (Ушакова С.А., Тихомирова Н.А., Трифонов С.В., Величко В.В.). Показано, что устойчивость растений фототрофного звена к тепловому стрессу уменьшается при выращивании на растворах, приготовленных с использованием минерализованных экзометаболитов человека. Выдвинута гипотеза о возможной причине этого явления, связанного с наличием в таких питательных растворах содержания азота преимущественно в виде амидной и аммонийной форм, сдвигающих pH в клетке в неблагоприятную сторону, в то время как в контроле (питательный раствор Кнопа) азот присутствовал в нитратной форме (Ушакова С.А., Шклавцова Е.С.)

С приходом в лабораторию к.б.н. Нестеренко начали активно развиваться исследования по флуоресцентным методам диагностики состояния растений. Наиболее известными стали исследования по оценке физиологического состояния растений методами замедленной флуоресценции с учетом этапов онтогенеза растений (Нестеренко Т.В., Шихов В.Н).

Лаборатория активно сотрудничает с российскими и зарубежными исследовательскими организациями по выполнению различных грантов и проектов. В частности, совместные исследования по физиологии растений выполнялись в 2000-2003 гг. с Томским государственным университетом (INTAS – ESA 99-00444), в 2007-2009 гг. с ИФР РАН (INTAS 05-1000008-8010), в 2005-2011 годах с Институтом общей биологии Коми НЦ УрО РАН (Интеграционные проекты №5.16 и №132 СО РАН), в 2003-2008 гг. с Европейским космическим агентством (ESTEC/CONTRACT No17304/03/NL/PA). В настоящее время коллектив лаборатории управления биосинтезом фототрофов выполняет грант №14-1400599 РНФ по созданию экспериментальной модели замкнутой экосистемы, в рамках которого выполняются совместные с Всероссийском институтом растениеводства РАН  работы по исследованию проблем аллелопатического взаимодействия растений фототрофного звена искусственной экосистемы.

Представители ряда ведущих космических агентств мира и российские специалисты во время международной конференции по замкнутым экосистемам, организованным в ИБФ СО РАН на базе лаборатории управления биосинтезом фототрофов (2006 год). Слева направо: Доктор M. Dixon (Канада), доктор D. Barta (США), д.б.н. В.Н. Сычев (Россия), к.б.н. Н.П. Ковалева (Россия), Е.Л Красова. (Россия), S. Ballard (США), доктор R. Wheeler (США), C. Martin-Brennan (США), доктор M. Kliss (США), д.б.н. А.А Тихомиров., доктор C. Lasseur (Нидерланды), чл.-корр. РАН А.Г, Дегерменджи (Россия), доктор M. Sakurai (Япония), Е.Г. Тихомирова (Россия), S. Hovland (Нидерланды), J. Joshi (США).

Основные монографии и научные пособия

1. Лисовский Г.М., Долгушев В.А. Очерки частной светокультуры растений. – Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1986. – 128 с.
2. Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. – Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1991. – 168 с.
3. Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы. Учеб. пособие для вузов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 213 с.).
4. Тихомиров А.А. Фотобиофизика. Учебное пособие. Изд-во КГУ. Красноярск. 2002.111 с.
5. Gitelson, J.I, Lisovsky, H.M., MacElroy. Manmade Closed Ecological Systems. Taylot and Frangis. London. 2003. 402 p.
6. Полонский В.И., Сурин Н.А. Оценка зерновых злаков на устойчивость к неблагоприятным экологическим факторам/ РАСХН. Сиб. Отд-ние. Краснояр. НИИСХ. Ин-т биофизики СО РАН. – Новосибирск, Изд-во СО РАСХН, 2003. – 128 с.

Некоторые наиболее значимые публикации лаборатории управления биосинтезом фототрофов Института биофизики СО РАН за последние 5 лет (2009-2014 гг.)

1. Н. А. Тихомирова, С.А. Ушакова, Т.К. Калачева Г.С. Продукционный Процесс Растений Salicornia Europaea как потенциального компонента фототрофного звена БСЖО // 2009. Физиология растений. т. 56.№ 1. С. 27-35.
2. Ушакова С.А., Тихомиров А.А., Величко В.В., Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Захожий И.Г., Матусевич В.В. Сравнительная оценка продуктивности зеленных культур, возможных представителей звена высших растений биорегенеративных систем жизнеобеспечения // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2010. Т. 44, № 3, С. 42-46.
3. Tikhomirov A.A., Kudenko Yu.A., Ushakova S.A, Tirranen L.S. Gribovskaya I.A., Gros J.-B., Lasseur., Ch. Use Of Human Wastes Oxidized To Different Degrees In Cultivation Of Higher Plants On The Soil-Like Substrate Intended For Closed Ecosystems. // Advances In Space Research. 2010. V.46. P. 744–750.
4. Balnokin Y., Myasoedov N., Popova L., Tikhomirov A., Ushakova S., Lasseur Ch., Gros J.-B. Use of halophytic plants for recycling NaCl in human liquid waste in a bioregenerative life support system // // Advances In Space Research. 2010. V.46. P. 768–774.
5. A.A. Tikhomirov, S.A. Ushakova, V.V. Velichko, N.A. Tikhomirova, Yu.A. Kudenko, I.V. Gribovskaya, J.-B. Gros, Ch. Lasseur. Assessment of the Possibility of Establishing Material Cycling in an Experimental Model of the Bio-technical Life Support System with Plant and Human Wastes Included in Mass Exchange // Acta Astronautica  2011, V. 68, Pp.1548–1554.
6. N.A. Tikhomirova, S.A. Ushakova , Yu.A. Kudenko , I.V. Gribovskaya , E.S. Shklavtsova, Yu.V. Balnokin, L.G. Popova , N.A. Myasoedov , J.-B. Gros , Ch. Lasseur Potential of salt-accumulating and salt-secreting halophytic plants for recycling sodium chloride in human urine in bioregenerative life support systems//  Advances In Space Research. 2011. V.48. P. 378–382.
7. В. Н. Шихов, В. В. Величко, Т. В. Нестеренко, А. А. Тихомиров Онтогенетический подход при оценке методом индукции флуоресценции хлорофилла реакции растений чуфы на условия культивирования // Физиология растений, 2011, том 58, № 2, с. 290–295.
8. Т. В. Нестеренко, В. Н. Шихов, А. А. Тихомиров Влияние старения на световую зависимость флуоресценции хлорофилла листьев растений редиса // Доклады академии наук, 2012. Том 442, № 2, С. 275–278.
9. V.V. Velichko, A.A. Tikhomirov, S.A. Ushakova, N.A. Tikhomirova, V.N. Shihov, L.S. Tirranen, I.A. Gribovskaya. Production characteristics of the "higher plants-soil-like substrate" system as an element of the bioregenerative life support system //Advances in Space Research 2013. V. 51. P.115-123.
10.  S.A. Ushakova, A. A. Tikhomirov, V.N. Shikhov, J-B. Gros, T. K. Golovko, I. V. Dal’ke, I. G. Zakhozhii. Tolerance of wheat and lettuce plants grown on human mineralized waste to high temperature stress //Advances in Space Research 51 (2013) 2075–2083.
11. E.S. Shklavtsova ⇑, S.A. Ushakova, V.N. Shikhov, O.V. Anishchenko. Tolerance of chufa (Cyperus esculentus L.) plants, representing the higher plant compartment in bioregenerative life support systems to super-optimal air temperatures // Advances in Space Research 51 (2013) 124–132.

В 1988 году на базе кафедры физиологии растений КрасГУ и лаборатории управления биосинтезом фототрофов Института биофизики АН СССР было создано Красноярское отделение ОФР. Первым Председателем Красноярского отделения ОФР стал заведующий кафедрой физиологии растений КрасГУ профессор доктор биологических наук Виктор Моисеевич Гольд. В состав Отделения вошли также физиологи растений Института леса им. В.Н. Сукачева АН СССР. Всего в состав регионального отделения вошло более 20 специалистов. С 1999 года руководство работой Красноярского отделения ОФР осуществляется д.б.н. проф. Тихомировым А.А. В рамках работы отделения ОФР проводятся научные семинары по проблематике физиологии растений, в первую очередь связанные с предстоящей защитой кандидатских и докторских диссертаций. Красноярские физиологи растений активно участвуют в работе диссертационного совета по одноименной специальности в Сибирском федеральном университете, а также по смежным специальностям в ИБФ СО РАН. Члены Красноярского отделения ОФР были организаторами двух всероссийских конференций по светокультуре растений (Красноярск, 1990 г.; Санкт-Петербург, 1994 г.), Международного рабочего совещания по замкнутым экосистемам (Красноярск, 2006 г.), были участниками всех съездов ОФР.

При подготовке данной публикации использованы материалы, любезно предоставленные д.б.н, проф. Тупициной Н.Н. (Красноярский педагогический университет им. В.П. Астафьева), д.б.н., проф. Полонским В.И. (Красноярский государственный агроуниверситет), д.б.н., проф. Гаевским Н.А. (Сибирский федеральный университет), д.б.н.. проф. Судачковой Н.Е. и д.б.н. Прокушкиным С.Г. (Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН).

 

            Председатель Красноярского отделения ОФР

                                                                                              д.б.н., проф. Тихомиров А.А.