ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Заведующий лабораторией:
Головко Тамара Константиновна
Телефон:
(8212) 24-51-15

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

• экофизиология культурных растений и видов природной флоры Севера;
• фотосинтез, дыхание, рост, продуктивность и устойчивость;
• донорно-акцепторные системы растений

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАКОНЧЕННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В 2001 году

Физиология растений

Подготовлена и опубликована фундаментальная монография «Морфофизиология клубнеобразующих растений», в которой с новых позиций трактуются вопросы структурно-функциональной организации клубнеобразующих травянистых многолетников. Выделены две различные по регуляции роста и развития системы – надземная и подземная. На большом фактическом материале рассмотрены анатомо-морфологические и функциональные особенности специализированных подземных побегов. Установлено, что тип и морфофизиология подземного побега детерминируются в начале онтогенеза растения. В пределах подземного побега существуют зоны с качественно различными морфофизиологическими функциями: апикальная, осуществляющая и поддерживающая подземный диагравитропный рост, и субапикальная, осуществляющая депонирование ассимилятов. Депонированию ассимилятов предшествует индукция радиального разрастания тканей субапикальной зоны; эти процессы регулируются надземной частью растения. Разобраны вопросы фото- и термопериодического контроля процессов клубнеобразования и цветения видов родов Solanum и Helianthus. Показано значение подземного метамерного комплекса в эволюции и распространении клубнеобразующих растений. (совместно с кафедрой ботаники Коми государственного педагогического института).

Выявлен и исследован альтернативный (цианидустойчивый), энергетически малоэффективный путь дыхания в листьях растений природной флоры: Rhodiola rosea, Ajuga reptans, Calla palustris, Achillea millefolium. Доля альтернативного пути (АП) в общем дыхании варьировала в зависимости от возраста и условий произрастания в пределах 0-50%. Получены доказательства того, что высокая обеспеченность дыхательным субстратом является важным, но не единственным условием активации альтернативного пути. Высокая активность АП соответствовала интенсивному росту. Это опровергает существующие представления о функционировании АП в качестве «клапана» для сброса (окисления) избытка сахаров и восстановителя. Обосновано предположение, что активация альтернативного пути в листьях теневыносливых растений при действии избыточной радиации связана с участием альтернативной оксидазы в защите клеток от свободных радикалов.

ВАЖНЕЙШИЕ ЗАКОНЧЕННЫЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ, ГОТОВЫЕ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

Методика определения низкомолекулярных углеводов в растениях

Разработана новая методика определения низкомолекулярных углеводов в растениях методом нормально-фазовой ВЭЖХ на колонке ДИАСОРБ-130-АМИН. Доказана возможность одновременного определения свободных сахаров в растениях без дополнительного фракционирования на моно- и олигосахариды. Предложена оптимальная для разделения моно-, ди- и олигосахаридов подвижная фаза, содержащая 70%-ный водный ацетонитрил. Исключение стадии дополнительного фракционирования позволяет в два раза уменьшить время, затрачиваемое на анализ одного образца, экономить дорогостоящие расходные материалы, увеличить срок службы колонки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ ПО ПРОГРАММАМ

Федеральная целевая программа "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2001 гг."

Грант А0010 Научно-образовательный центр БИОГИС.
(Науч. координатор: д.б.н., проф. Т.К. Головко)

В рамках Программы с целью интеграции в области биологии и экологии с 1997 г. организован и действует Научно-образовательный центр БИОГИС. Результативно работают 4 кафедры-лаборатории (беспозвоночных животных, экспериментальной ботаники и биотехнологии, экологической химии) и центр ГИС-технологий. В 2001 г. организовано новое структурное подразделение – кафедра-лаборатория экологической генетики. Головной исполнитель Институт биологии и вузы (СГУ, КГПИ, СЛИ) проводят совместные исследования по следующим направлениям: фауна и экология наземных и почвенных беспозвоночных лесных и тундровых экосистем; адаптация и репродукция растений в холодном климате; физико-химические основы природовосстановления (почвы и почвенный покров); структура и динамика ненарушенных таежных древостоев; кадастры природных ресурсов. Тематика объединена общей целью получения новых фундаментальных знаний для разработки эколого-биологических основ рационального природпользования и охраны природной среды на европейском Северо-Востоке. В текущем году результаты совместных исследований были обобщены в монографии по морфофизиологии клубнеобразующих растений и сборнике трудов по фауне и экологии беспозвоночных животных, опубликовано около 50 статей и тезисов докладов. На базе Центра проходят специализацию более 100 студентов вузов. В образовательном процессе, руководстве дипломными и курсовыми проектами участвуют 18 научных сотрудников. Разработаны новые курсы и спецкурсы (6), подготовлено 12 учебно-методических пособий. Совместными усилиями проведены VIII молодежная научная конференция "Актуальные вопросы биологии и экологии", 3 студенческих конференции. В работе экспедиционных отрядов Института биологии участвовало 14 студентов и аспирантов вузов. Подготовлены 8 проектов по 6 направлениям ФЦП "Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 гг.".

Гранты РФФИ и регионального конкурса РФФИ-Коми

Тема: 01-04-96434. Структурно-функциональная организация подземного побегового комплекса корневищных травянистых многолетних растений и их продуктивный потенциал.
(Науч. руководитель: д.б.н., проф. А.М.Маркаров)

Заложен временный питомник для выращивания рассады костреца безостого (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub.) и канареечника тростниковидного (Phalaroides arundinaceae (L.) Rauschert.). В фазе кущения высота растений костреца безостого составила в среднем 47 см, длина подземных побегов – 16 см, число надземных побегов – 4, а подземных – в среднем 6-7 штук. Длина надземных и подземных побегов растений канареечника тростниковидного была меньше по сравнению с кострецом, и составляла 41 и 14 см, соответственно. У канареечника формировалось меньше подземных побегов (в среднем 4), чем у костреца. У исследуемых видов наблюдали 2 типа подземных побегов: корневища с горизонтальной ориентацией роста и сарменты с диатропно-ортотропной ориентацией роста, которые формировали надземный побег, минуя период покоя. Разработаны методики работы с подземными побегами растений, облегчающие наблюдение и различные манипуляции с корневищами и столонами.

Гранты молодых ученых РАН по фундаментальным и прикладным исследованиям (6-й конкурс-экспертиза 1999 г.)

№ 283. Адаптация и репродукция растений природной флоры средней тайги европейского северо- востока России.
(Науч. руководитель: к.б.н. Е.В. Гармаш)

Исследование структурно-функциональной организации ассимилирующих органов представляет большой интерес для выявления путей адаптации растений. Изучена мезоструктура листьев аркто-бореального горного вида Rhodiola rosea L. (Crassulaceae D.С.) двух географических групп. Растения арктического (о-ва Вайгач и Южный) и уральского (бассейны рек Торговая и Кожим) происхождения выращивали вблизи г. Сыктывкара. Особи R.rosea разного происхождения при произрастании в одинаковых экологических условиях отличались между собой по анатомическим показателям листьев. Арктические растения имели в 1.5-2 раза меньшую, но более толстую листовую пластинку. Мезофилл четко дифференцирован на палисадную и губчатую паренхиму. Губчатая ткань по толщине превышает палисадную почти в два раза. Число слоев клеток палисадной и губчатой ткани на срезе листа у обеих групп растений одинаково. Клетки палисадного мезофилла содержат 55-70 хлоропластов, губчатого – несколько меньше (45-60). В губчатой и палисадной ткани листьев арктических растений объем клетки, приходящийся на хлоропласт, выше, чем у уральских растений. У уральских растений число устьиц на верхнем эпидермисе листа значительно больше, чем на нижнем, тогда как у арктических, более адаптированных к неустойчивому водоснабжению, их примерно равное количество. Предположили, что генетически закрепленные различия в структуре ассимилирующих тканей арктических и уральских особей носят адаптивный характер и способствуют приспособлению растений к короткому вегетационному периоду, низким положительным температурам, недостатку влаги.

Межрегиональная НТП "Биологические ресурсы северо- востока европейской части России и их рациональное использование в продовольственном комплексе" (Министерство промышленности, науки и технологий РФ, № 1553 от 23.09.99)

Тема: Физиолого-биохимические аспекты продуктивности разных видов и сортов растений в условиях холодного климата.
(Науч. руководитель: д.б.н., проф. Т.К. Головко)

Дана сравнительная физиолого-биохимическая характеристика интенсивных сортов ячменя при выращивании в разных климатических зонах (Кировская обл., Республика Коми). Выявлены диапазон варьирования СО₂-газообмена, температурный оптимум фотосинтеза, интенсивность и направленность метаболизма. Рассмотрены пути оптимизации продукционного процесса с учетом климатических и эдафических условий.

Почвы Республики Коми характеризуются высокой кислотностью, которая во многом определяется наличием подвижного алюминия. Исследования влияния разных концентраций алюминия на физиологические показатели устойчивого сорта ячменя "Новичок" выявили, что ионы алюминия, стимулируя рост корневой системы, подавляют рост надземной части. В то же время в листовых пластинках усиливается синтез хлорофиллов, активизируются метаболические процессы.

РЕЗУЛЬТАТЫ НИР ПО ТЕМАМ, ФИНАНСИРУЕМЫМ ИЗ БЮДЖЕТА РЕСПУБЛИКИ КОМИ

Проект: Концепция адаптивного растениеводства как ключевого звена сельскохозяйственного производства в условиях холодного климата

Тема: Физиолого-биохимическая оценка продукционного процесса, отбор сортов и культур, перспективных для возделывания в условиях холодного климата
(Отв. исполнитель: д.б.н., проф. Т.К. Головко)

Продолжены исследования по изучению физиолого-биохимических характеристик интенсивных сортов ячменя (Добрый, Эколог, Андрей, Дина, Новичок) при возделывании их в разных климатических зонах (Кировская область, Республика Коми). Показано, что сорта ячменя, выращенные в Республике Коми и Кировской обл. отличались по ростовым показателям и продуктивности. В условиях Кировской области растения имели большую высоту, площадь листьев, количество генеративных побегов. Листовые пластинки характеризовались более высоким содержанием зеленых пигментов и общего азота.

Показана целесообразность использования биопрепаратов ризосферного типа (Agrobacterium radiobacter) при выращивании ячменя на зерно и зеленую массу.

ОСНОВНЫЕ ИТОГИ НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Профессиональный рост научных кадров

С представлением диссертации к защите аспирантуру закончил И.В.Далькэ

В связи с невыполнением индивидуального плана аспиранта отчислен из аспирантуры — А.Д.Ремизов.

Ежемесячная именная персональная стипендия Главы Республики Коми для молодых ученых и аспирантов в 2001 г. назначена н.с., к.б.н. Е.В. Гармаш

Государственную научную стипендию для выдающихся ученых России, учрежденные Указом Президиума РФ от 15.04.93г. № 1372, получают два доктора наук (Т.К.Головко, Ю.М.Фролов и один кандидат наук (О.В. Дымова).

Организация конференций и симпозиумов

Вопросам экологической физиологии растений была посвящена международная конференция "Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке" (1-6 октября), участие в организации которой приняло Общество физиологов растений. Финансовая поддержка была оказана РФФИ (грант № 01-04-58084). Были рассмотрены вопросы взаимодействия растений со средой на функциональном уровне, их устойчивости к экологическим факторам, прогнозирования динамики растительности в условиях глобального изменения климата и оценки состояния экосистем. Обсуждены проблемы структурно-функционального разнообразия и классификации растений, различные аспекты фиторемедиации.

Сведения о публикациях

Книга О.В.Дымовой О.В. и Л.В. Тетерюк "Физиологическая и популяционная экология неморальных травянистых растений на Севере" (Екатеринбург, 2000) посвящена комплексным исследованиям Ajuga reptans L. и Asarum europaeum L. – видов неморального флористического комплекса на северной границе ареала. Выявлены их адаптивные свойства на организменном, популяционном и ценотическом уровнях. Рассмотрены реакции СО₂-газообмена и сопряженных процессов на изменение температуры и световых условий, определены оптимальные для роста диапазоны этих факторов. Приводятся данные об особенностях онтогенеза и современном состоянии ценопопуляций модельных видов.

В работе А.М. Маркарова, Т.К. Головко и Г.Н. Табаленковой "Морфофизиология клубнеобразующих растений" (Санкт-Петербург, 2001) на большом фактическом материале рассмотрены анатомо-морфологические и функциональные особенности клубнеобразующих растений и их специализированных побегов. Разобраны вопросы фото- и термопериодического контроля процессов клубнеобразования и цветения видов родов Solanum и Helianthus. Дан анализ гормональной зависимости цветения и клубнеобразования. Обсуждены механизмы ростовых ориентаций и роль фитохрома в поддержании гипогеодиатропной ориентации роста столона. Исследована морфофизиология клубня как специализированного органа запасания углерода. Проанализирована связь урожая клубней с фотосинтетической деятельностью растений. Показана роль подземных побегов в эволюции и расселении клубнеобразующих растений, их практическом использовании.

Сведения об экспедиционных работах

Эколого-физиологический отряд (нач. отр.Т.В. Бабак) проводил полевые исследования в Кировской области, Сысольском и Прилузском районах. Были проведены исследования ряда физиолого-биохимических параметров семи сортов ячменя, произрастающего в разных климатических зонах (Кировская обл., Республика Коми). Проведено изучение возрастного состояния популяций Hylotelephium purpureum: описаны морфологические особенности растений и отмечены возрастные состояния особей. В Прилузском районе проведено описание популяций Sedum acre.

ПЕРСОНАЛИИ

1. Тарбаева Вера Михайловна
   
2. Табаленкова Галина Николаевна
   
3. Гармаш Елена Владимировна
   
4. Куренкова Светлана Владимировна
   
5. Дымова Ольга Васильевна
   
6. Маслова Светлана Петровна
   
7. Гляд Валентина Макаровна
   
8. Мухина Татьяна Александровна
   
9. Ремизов Александр Дмитриевич
   
10. Далькэ Игорь Владимирович
    
11. Соловьева Ирина Александровна
    

АРХИВ-1999
АРХИВ-2000