ФИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ КОМИ

Физиолого-биохимические исследования в Республике Коми начаты во время войны, когда в г.Сыктывкар была переведена Кольская база Академии наук СССР. Необходимость проведения этих работ диктовались задачами народного хозяйства и нуждами фронта и были связаны с поисками новых видов растительного сырья для развития пищевой промышленности на Севере. Было начато изучение физиолого-биохимических основ возделывания ряда сельскохозяйственных культур на Севере, а также условий их хранения. Возглавил работу лаборатории биохимии и физиологии растений, входящей в состав сектора растительные ресурсы, старший научный сотрудник И.В. Глазунов. Под его руководством была организована стационарная лаборатория в Кедровом Шоре, где испытывались различные сорта пшеницы и картофеля. Были проведены исследования побиохимии клубня картофеля, изучены и рекомендованы для выращивания в условиях Крайнего Севера наиболее продуктивные сорта картофеля, разработаны вопросы хранения овощей. В 1941-1942 гг. группой растительного сырья руководил доктор биологических наук, профессор, ныне академик А.Л.Курсанов. В эти годы им была разработана и передана для практического использования технология получения витаминных чаев из земляничных листьев, экстракта из шиповника, патоки из свеклы и картофеля. В 1944-1945 гг. он оставался научным консультантом лаборатории биохимии и физиологии растений С переходом И.В.Глазунова на другую работу в 1947 году лаборатория перестала функционировать.

По инициативе П.П.Вавилова в 1962 г. была создана лаборатория физиологии растений, которая вошла во вновь организуемый Институт биологии как самостостоятельная единица.

В 1962-1979 гг. лабораторию возглавляла к.б.н. В.М.Швецова, в 1980-1984 к.б.н. С.К.Назаров, с 1985 г. - д.б.н. Т. К. Головко. В разные годы научными консультантами были чл.-кор. АН СССР, академик ВАСХНИЛ П.П.Вавилов, академик РАН А.Т. Мокроносов, чл.-корр. РАН А. А. Ничипорович, доктора наук О.В.Заленский и О.А.Семихатова. Перед лабораторией были поставлены задачи изучения физиолого-биохимических основ продуктивности культурных растений на Севере. Актуальность решения проблем развития растениеводства в условиях холодного климата на многие годы предопределила научные интересы коллектива сотрудников лаборатории. В 60 - 70 годы были проведены комплексные исследования закономерностей фотосинтетической продуктивности, проанализированы количественные взаимосвязи между поступлением солнечной радиации на поверхность фитоценозов, формированием, структурно-функциональной организацией и продуктивностью работы фотосинтетического аппарата.

Были получены оригинальные данные о характере распределения листовой поверхности, чистой продуктивности фотосинтеза и коэффициентах хозяйственной продуктивности основных культур (Е.С.Болотова). Исследованы закономерности функционирования фотосинтетического аппарата растений, рассмотрены зависимости фотосинтеза от факторов внутренней и внешней природы (Швецова В.М.). Выявлены адаптивные возможности пигментного комплекса растений и дана оценка продуктивности работы хлорофилла при различных условиях выращивания (С.В. Куренкова). Исследованы закономерности роста корневых систем в связи с условиями минерального питания растений. Получены первые данные о дыхании почв (Н.В.Чебыкина). Выявлены особенности поглощения элементов минерального питания, их распределения в органах и выносе с урожаем (Р.А. Рощевская). Швецовой А.М. определены величины эффективности водопотребления агроценозов. Показано, что на образование единицы биомассы в северных условиях культуры затрачивают в 1.5-2 раза больше воды, чем в умеренной зоне.. Р.А. Рощевской, Л.К.Груниной, А.Г. Корбут и Г.Н.Табаленковой изучены особенности и направленность метаболизма культурных растений в условиях пониженных температур и короткого вегетационного периода. Т.К.Головко выполнены и обобщены фундаментальные исследования по физиологии дыхания, разработана система показателей для оценки адаптивного и продукционного потенциала растений.

В результате обобщения данных многолетних исследований представлена концепция об основных физиологических реакциях растений на Севере (Т.К. Головко). Установлен широкий диапазон варьирования и сравнительно низкий температурный оптимум фотосинтеза (В.М. Швецова); повышенное содержание фотосинтетических пигментов, входящих в светособирающий комплекс (С.В. Куренкова); продолжительный рост листовой поверхности (Е.С. Болотова) и увеличение дыхательной цены ее формирования и поддержания (Т.К. Головко), распределение значительной части ассимилятов в вегетативные органы (Т.К. Головко, Г.Н. Табаленкова), повышенная активность гиббереллинов, способствующих гипертрофированному росту вегетативной сферы и замедляющих переход к репродукции (Т.К. Головко, А.М. Маркаров), снижение интенсивности биосинтезов, сдвиг метаболизма в сторону уменьшения накопления высокомолекулярных азотистых и фосфорорганических соединений - компонентов энергетического обмена ( Р.А. Рощевская, Л.К. Грунина., Г.Н. Табаленкова ).

Впервые сформулированы представления о диагравитропизме и его модифицирующих - гипо и эпигеодиагравитропизмах, как самостоятельных типах ростовых ориентаций. Предложены гипотезы о физиологических механизмах подземного горизонтального (гипогеодиагравитропного) роста корневищ, столонов и сарментов, их отрицательного фототропизма. Показано, что реакции корневищ, столонов и сарментов на гравитацию и свет регулируются фитохромной системой. Определено физиологическое содержание экологических понятий геофилии, фотофобности и фотофильности корневищ, столонов, сарментов (А.М. Маркаров). Исследования по морфофизиологии корневищ и столонов продолжены асп. С. П. Масловой.
Исследования физиолого-биохимических основ продуктивности видов и сортов культурных растений позволили предложить производству методические разработки для оптимизации агротехнологии возделывания клевера красного, картофеля, кормовых трав, овощей и т.д. Впервые в Республики Коми были развернуты работы по использованию и внедрению регуляторов роста в сельскохозяйственном производстве (А.М. Швецова).

В 60-ых годах в стране были широко развернуты исследования по международной биологической программе (МБА). Участие в этих работах принимала В.М. Швецова. Под руководством О.В. Заленского ею впервые в России были получены экспериментальные данные о фотосинтезе арктических растений. Исследования по физиологической экологии растений высоких широт были продолжены С.К. Назаровым. Им детально охарактеризована стратегия адаптации и устойчивости фотосинтетического аппарата арктических растений. Разработана аппаратура и методика измерения газообмена растений в полевых условиях, которая хорошо себя зарекомендовала в экофизиологических исследованиях в арктической тундре и пустынях Средней Азии (С.К. Назаров, М.Д. Сивков).

В рамках этих направлений исследованы физиолого-биохимические свойства и доказано формирование функциональных экотипов редких и реликтовых видов неморальных трав на северной границе ареала. На основе изучения связи растение - среда дан прогноз влияния ожидаемых глобальных изменений климата на неморальный флористический комплекс (О.В. Дымова). Установлено, что свойства теневыносливости неморальных видов трав закреплены генетически и имеется слабая связь между способностью выживать в тени и достигать высокой фотосинтетической активности на свету (Т.К Головко, О.В. Дымова).

На основе эколого-физиологического изучения СО2-газообмена и роста оценен адаптивный и продукционный потенциал рапонтика сафлоровидного, редкого лекарственного растения, интродуцированного из Алтая (Е.В. Гармаш).

Изучена биология и состояние природных популяций родиолы розовой на Приполярном Урале. Доказана возможность размножения и культивирования родиолы розовой в условиях подзоны средней тайги европейского Северо-Востока (Ю.М. Фролов, И.И. Полетаева). Разработаны рекомендации по восстановлению и охране природных популяций. Теоретическая и экспериментальная работа по монографическому описанию биологии редких растений будет продолжена и дополнена эколого-физиологическими данными (И. В. Дальке).

Основными научными направлениями лаборатории в настоящее время и на ближайшую перспективу являются:

- фотосинтез, дыхание и донорно-акцепторные отношения как основа продуктивности растений на Севере;

- структурно-функциональная организация корневищ и столонов травянистых многолетников в связи с формированием меристематического фонда и вегетативной репродукцией;

- разработка концепции функциональных экотипов растений в связи с адаптацией и репродукцией в условиях холодного климата;

- биология редких и исчезающих видов растений природной флоры Республики Коми.

Д.б.н. Головко Т. К., н.с. Куренкова С. В.