«Наука в Сибири»
№ 42 (2827)
20 октября 2011 г.
СИФИБР:
К ТЕХНОЛОГИЯМ XXI ВЕКА
В 2011 году Сибирский институт физиологии и биохимии растений отметил своё
Р.К. Саляев, чл.-корр. РАН
Организация нашего института совпала с интенсивным освоением Сибири, созданием новых промышленных комплексов, строительством Братской ГЭС, развитием Сибирского отделения АН СССР, призванного обеспечить опережающее развитие науки при освоении природных богатств и развитии индустрии громадного региона. Возглавил Восточно-Сибирский биологический институт (вначале он имел такое название) известный физиолог растений, профессор, в дальнейшем член-корреспондент АН СССР Ф. Э. Реймерс.
 |
| Первый директор института чл.-корр. АН СССР Ф. Э. Реймерс. |
Среди работ раннего периода можно отметить фундаментальные исследования флоры и растительных ресурсов, проведенные под руководством известного ботаника проф. М. Г. Попова и продолженные его учениками, докторами наук Л. И. Малышевым, Л. В. Бардуновым и др. В 1972 г. Президиум Академии наук СССР за серию научных работ по высокогорной флоре Южной Сибири присудил доктору биологическеих наук Л. И. Малышеву премию им. В. Л. Комарова. Были завершены почвенно-географические исследования, для сельского хозяйства региона разработаны рекомендации по применению нового в то время азотного удобрения — аммиачной воды. Почвенно-агрохимические исследования проводились под руководством проф. Б. В. Надеждина и кандидатов наук И. Н. Рынкса, В. Т. Колесниченко. С. Г. Гребельским был разработан ряд ценных рекомендаций по борьбе с кровососущими насекомыми в зоне строительства Братской ГЭС. Нужно помнить, что строительство ГЭС и города осуществлялось среди тайги, и борьба с гнусом была тогда очень актуальна.
Профессором А. С. Рожковым были проведены глубокие исследования биологии, экологии и лесохозяйственного значения сибирского шелкопряда. Двухтомная монография учёного стала фундаментальным вкладом в разрешение проблемы. В те же годы в институте успешно трудился и известный учёный-одонатолог проф. Б. Ф. Белышев, председатель Всемирного одонатологического общества.
Таким образом, уже первый период работы института был отмечен решением важных научных и народнохозяйственных проблем. Благодаря тому, что во главе института стоял физиолог растений Ф. Э. Реймерс, постепенно происходило профилирование института в направлении физиологии и биохимии растений. Возникли новые направления в области физиологии устойчивости экосистем к промышленным выбросам, агрохимии и агроэкологии, резистентности растений и их адаптации, физиологии клетки, технической биохимии, экологии фотосинтеза, физиологии продуктивности растений.
Был спроектирован и создан первый отечественный фитотрон — станция искусственного климата. Главную роль здесь сыграли д.б.н. А. И. Коровин и основной разработчик конструкции фитотрона В. К. Курец — ныне тоже доктор наук. Сибирский фитотрон значительно расширил экспериментальные возможности не только лабораторий института — с самого начала он был задуман как инструмент общего пользования.
 |
| Директор СИФИБРа в |
С 1976 по 2002 год институт возглавлял профессор Р. К. Саляев (с 1984 г. — член-корреспондент АН СССР), который сосредоточил усилия коллектива на развитии современных направлений биологии растений. Молодёжь составила ядро молекулярно-биологических исследователей, развила такие новые направления, как комплексные исследования физиологии клетки и функционирования биологических мембран, биохимии фитогормонов, биохимии морфогенеза, физиологической генетики. Появилось новое направление в физиологии устойчивости — изучение стрессовых белков. Развились исследования по генной инженерии, фитоиммунологии. Значительно расширились комплексные работы по агроэкологии и экологии наземных природных комплексов.
 |
| Директор института с 2002 г. по настоящее время д.б.н., проф. В. К. Войников (фото В. Короткоручко). |
Вставший во главе института в 2002 году доктор биологических наук, профессор В. К. Войников активно развивает как молекулярно-биологические направления, так и комплексные эколого-физиологические исследования. По его инициативе реконструируется фитотрон, который войдет составной частью в Байкальский биотехнологический центр, организуемый в настоящее время при институте для исследований в области биоинженерии и биотехнологии.
В лаборатории физиологии клетки, используя наноразмерные частицы благородных металлов и методы электронной микроскопии, удалось визуализировать так называемое «свободное пространство клетки» и установить его локализацию. В итоге впервые экспериментально обоснована концепция единой системы свободного пространства в растении и его роли в поглощении веществ и клеточном гомеостазе. Последнее оказалось весьма важным в исследовании неспецифического иммунитета растений, роли клеточного и тканевого гомеостаза в защите растений от кислых промышленных выбросов.
Многолетний цикл работ был связан с изучением строения и функции биологических мембран растений. Большой группой молодых учёных под руководством Р. К. Саляева выполнены комплексные исследования вакуолярных мембран и изучены механизмы транспорта метаболитов и ионов через мембрану. Получена уникальная информация, которая послужила основой для серии приоритетных статей в отечественных и международных научных журналах. Главный итог — экспериментальное подтверждение концепции механизма транспорта молекул сахарозы через вакуолярную мембрану в антипорте с протоном. Эти исследования, помимо фундаментального значения, имели и существенный практический интерес, т.к. открывали возможность регуляции накопления сахарозы в клетках.
Ещё об одном результате, к которому пришлось продвигаться более десятка лет. Речь идёт о необычном способе поглощения веществ клеткой — эндоцитозе, когда поверхностная мембрана клетки образует углубления, которые, смыкая края, как бы заглатывают сверхмикроскопические капельки жидкости. Этот способ поглощения широко распространен в тканях животных и человека и тесно связан с иммунитетом. У растений он не был известен, и «поймать» процесс оказалось очень сложно. Только через несколько лет упорного труда удалось не только установить эндоцитоз у растений, но и изучить многие важные стороны удивительного явления. Две монографии, которые написаны Р. К. Саляевым и А. С. Романенко по этой проблеме, до сих пор являются единственными сводками об эндоцитозе у нас в стране.
Изучение роста и развития растений связано с именем
Лабораторией биохимии развития растений под руководством д.б.н. Э. Е. Хавкина исследованы особенности формирования метаболических систем в растущих клетках растений.
В лаборатории физиологии онтогенеза растений чл.-корр. АН СССР Ф. Э. Реймерсом, д.б.н. И. Э. Илли и другими сотрудниками изучены важные особенности формирования зародыша семян пшеницы в суровых условиях Сибири. На основании этих работ были разработаны рекомендации для семеноводческих хозяйств.
Традиционно в институте велись исследования устойчивости растений к низким температурам и заморозкам, начатые ещё проф. А. И. Коровиным. Впоследствии они были продолжены д.б.н. О. П. Родченко, д.б.н. А. К. Глянько и др. Предложены пути смягчения отрицательного действия низких температур путём регулирования условий минерального питания. Сотрудниками лаборатории под руководством д.б.н. О. П. Родченко была изучена роль ростовых процессов клетки в холодоустойчивости культурных растений, на основе чего разработана обобщенная схема отбора селекционного материала на холодо- и морозоустойчивость. В последнее время коллектив лаборатории под руководством д.б.н. А. К. Глянько и к.б.н. Г. П. Акимовой успешно работает над особенностями азотфиксации у бобовых растений в условиях Сибири.
Проблема устойчивости растений и температурной резистентности нашла интересное развитие в работах лаборатории физиологической генетики под руководством д.б.н., проф. В. К. Войникова. Речь идет о стрессовых белках растений. Сотрудниками обнаружены десятки стрессовых белков. Один из них —
В настоящее время активно изучается сложная система молекулярных механизмов защиты растений от повреждающего действия пониженных температур, связанная с активностью как стрессовых белков, так и белков-дегидринов, шаперонов, антифризных белков, белков-разобщителей.
В лаборатории генетической инженерии под руководством д.б.н., проф. Ю. М. Константинова проводятся исследования митохондриального генома злаков. Основная задача — разработать новые генетические векторы и попытаться обогатить геном пшеницы, с тем, чтобы получить новые формы пшеницы с повышенной устойчивостью к низким температурам.
Глубокое изучение механизмов импорта ДНК в митохондрии и в целом внутриклеточного переноса митохондриальных и хлоропластных генов у растений привели к пониманию функционирования горизонтального переноса генов в митохондрии растений, что открывает новые возможности генетической трансформации энергетических органелл клетки.
Институт расширил связи с Восточно-Сибирским центром РАМН. Изучаются возможности использования стрессовых белков, в частности, при патологии миокарда и печени и в ряде других проектов. Работы ведутся под руководством д.б.н. Г. Б. Боровского.
В лаборатории физиологии клетки под руководством Р. К. Саляева отработаны методы получения каллусных культур дикорастущих злаков и пшеницы. Установлено, что все клетки подразделяются на две большие категории: «сахарные» (с преобладанием сахаров в клеточном соке) и «солевые» — с преобладанием солей, в основном солей калия. От наличия тех или иных клеток в ткани, оказывается, зависит регенеративная способность растительных тканей. Полученные результаты, помимо их общебиологического значения, открывают возможность регулировать морфогенез в культурах тканей путем варьирования состава питательных сред.
Р.К. Саляевым была создана также оригинальная конструкция генной пушки, работающей на сжатом воздухе. Широкие исследования в области генной инженерии велись в лаборатории биохимии фитогормонов под руководством д.б.н. Н. И. Рекославской. В результате получен целый ряд трансгенных растений, перспективных для дальнейших исследований. В лаборатории выполнена ещё одна интересная работа, но уже с древесными растениями, связанная с перспективами использования генной инженерии для создания быстрорастущих форм древесных растений.
Сегодня под общим руководством Р. К. Саляева активно развивается новое научное направление — разработка инновационных типов вакцин против опасных инфекций на основе трансгенных растений. В совместной работе с ГНЦ ВБ «Вектор» и ИХБФМ СО РАН
Широко известны работы СИФИБРа по синтезу микросферических сульфополистирольных катионитов аналитического назначения, выполненные под руководством к.б.н. Т. Д. Козаренко. Эти катиониты по своим качествам не уступали лучшим мировым образцам.
Биохимики и биоорганики института сосредоточили свои усилия на выяснении механизма синтеза запасных белков пшеницы, формировании клейковинного комплекса — основного компонента зерна, определяющего его хлебопекарные качества. Монография, выпущенная в 1994 г. руководителем работ д.б.н. В. А. Труфановым, вызвала большой интерес у специалистов.
Всем известно, что растения тоже болеют — у них есть свои патогенные грибы, бактерии и вирусы. Изучение их системы иммунитета чрезвычайно важно для разработки нехимических, экологически чистых мер борьбы с патологией. В этой области работает лаборатория фитоиммунологии, организованная в 1993 г. д.б.н. А. С. Романенко. Полученные результаты открывают возможность существенно продвинуться вперед в изучении механизма патогенеза и иммунитета.
Ещё один интересный результат: оказалось, что в тканях и плодах растений может находиться более десяти видов бактерий, патогенных для человека, из семейства энтеробактерий, относящихся к
Исследования минерального питания растений в нашем институте были начаты д.б.н., проф. Н. Н. Овчинниковым и продолжены акад. ВАСХНИЛ Э. Л. Климашевским. Работы последнего были связаны с выяснением механизма токсичного действия ионов алюминия на растения.
Экологическая тематика института вообще достаточно обширна. Под руководством к.б.н. А. С. Щербатюка выполнен весьма разносторонний блок исследований экологии фотосинтеза, разработаны оригинальные подходы, обеспечивающие непрерывный мониторинг ряда основных параметров непосредственно в природных лесных сообществах. В настоящее время работы по экологии фотосинтеза успешно ведёт д.б.н. Г. Г. Суворова. Помимо проблем фотосинтеза коллектив лаборатории развивает более широкое направление — биоиндикация экосистем. Исследования велись совместно с Институтом леса, снега и ландшафта (Швейцария) и Институтом леса СО РАН. Подобно тому, как берестяные грамоты доносят до нас через века сведения о наших предках, древесные растения несут большой объём информации о климате прошлого, что очень важно для прогнозирования изменений в будущем.
Природоохранной тематикой успешно занимается ряд лабораторий СИФИБРа. Наиболее крупная из них — лаборатория энтомопатологии, которая ведет важные междисциплинарные исследования совместно с другими научными подразделениями. Работы, начатые проф. А. С. Рожковым, активно развиваются его учениками — д.б.н., проф. А. С. Плешановым и д.б.н. Т. А. Михайловой. Опираясь на исследования лаборатории, институт выступил с новой инициативой по защите и охране оз. Байкал.
Долгое время проблема Байкала рассматривалась как проблема загрязнения воды промышленными стоками БЦБК, р. Селенги и другими более мелкими источниками. Институт обратил внимание на другой аспект — загрязнение наземных экосистем воздушными выбросами промышленных предприятий. Выяснилось, что комбинат оказывает губительное действие не только на водную биоту Байкала, но и на окружающие лесные экосистемы. Эти работы привлекли внимание специалистов. Институт принял активное участие в разработке норм допустимых воздействий на экосистему оз. Байкал и в составлении территориальной комплексной системы охраны природы Байкальского региона, а также в совместной работе с комиссией ЦК КПСС и Совмина СССР и в обсуждении и выработке дополнений к проекту постановления по Байкалу.
Коллектив продолжает комплексные работы по мониторингу наземных экосистем Прибайкалья. Особо следует отметить большую работу над проблемой определения условий массового размножения насекомых — вредителей леса. В настоящее время она воплощена в карте, отражающей очаговость процессов на огромной территории Сибири и Дальнего Востока.
Институт принял активное участие в разработке экологической программы Иркутской области, которой было предусмотрено составление экологического атласа Иркутской области. Атлас уже создан под руководством Института географии СО РАН и высоко оценен специалистами.
Хочется сказать ещё об одном коллективе, занимающемся экологическими проблемами, — лабораторию агроэкологии. Под руководством д.б.н., проф. Л. В. Помазкиной выполнены важные исследования азотного и углеродного баланса в агроэкосистемах и разработан метод интегральной оценки режимов функционирования агроэкосистем. Метод не имеет аналогов в науке и может быть использован в практике при ремедиации техногенно загрязняемых почв.
Одной из важных экологических проблем является использование промышленных отходов. В институте под руководством к.б.н. И. Н. Рынкса и к.б.н. В. Т. Колесниченко выполнена большая работа по обоснованию возможности использования активного ила гидролизных и целлюлозно-бумажных предприятий как эффективного органического удобрения. Использованию местных удобрений посвящена и работа по применению активированных фосфатов, которую вели к.б.н. В. Т. Колесниченко и к.б.н. Р. В. Холопова совместно с Институтом редких металлов и ПГО «Иркутскгеология». В итоге разработаны способы перевода фосфора местных апатитов и фосфоритов в доступную для растений форму.
Прикладное значение имеет и развиваемая в СИФИБРе тематика по физиологии продуктивности растений. Это направление, начатое проф. Н. Ф. Коняевым, было продолжено вначале к.б.н. В. Ф. Лубниным, а впоследствии
Особо следует сказать о получении новых форм и сортов озимых пшениц с повышенной зимостойкостью и продуктивностью (до
При институте создана оранжерея, которая под руководством её основателя А. Г. Тельпуховской, а затем к.б.н. М. В. Фроловой всегда вела большую научно-просветительскую работу. В ней собраны коллекции наземных и некоторых водных растений различных климатических поясов и материков мира. В настоящее время оранжереей успешно руководит к.б.н. Т. А. Пензина.
СИФИБР всегда принимал самое активное участие в подготовке кадров. С 1963 г. в Иркутском университете организована специализация по физиологии растений, а в 1987 г. создана базовая кафедра физиологии растений и клеточной биологии, которая сыграла и играет большую роль в подготовке кадров для региона и института. Это позволяет поддерживать достаточно высокий процент молодёжи в институте (до
Таким образом, можно констатировать, что в институте реализуется система подготовки кадров по принципу «школа — вуз — аспирантура — докторантура». Успешно работает специализированный совет по защите докторских и кандидатских диссертаций по специальности «физиология и биохимия растений».
С первых дней институт выполнял важную координирующую роль, периодически созывая всесоюзные и региональные научные конференции, совещания и симпозиумы. В настоящее время координация осуществляется в основном через Всероссийское общество физиологов растений, вице-президентом которого долгое время был
Несмотря на все трудности и сложности нашего теперешнего научного бытия, институт сохранил ведущие научные кадры, свой научный потенциал, развил ряд новых современных направлений, имеет приоритетные результаты в фундаментальных и прикладных направлениях науки, осуществляет обширные международные связи. У СИФИБРа большой научный задел, обеспечивающий успешную работу по широкому спектру исследований. Его результаты, несомненно, будут востребованы, т.к. многие имеют отношение к созданию новых технологий XXI века.
стр. 4-5