Сотрудники двух институтов Карельского научного центра РАН представили на конференции результаты исследований по физиологии растений. С докладами выступили ведущий научный сотрудник Института биологии КарНЦ РАН Татьяна Шибаева, главный научный сотрудник Института леса КарНЦ РАН Наталия Галибина и младший научный сотрудник Института леса КарНЦ РАН Ирина Теслюк.
Нестандартные световые циклы и продуктивность
Доктор биологических наук Татьяна Шибаева представила комплексное исследование, посвящённое регуляции онтогенеза и накопления биомассы растений в контролируемой среде с использованием нестандартных свето-темновых циклов. Метод предполагает искусственное моделирование таких режимов чередования света и темноты, которые не встречаются в природных экосистемах Земли.
В ходе экспериментов автору удалось доказать стимулирующее воздействие отклоняющихся фотопериодических циклов на вегетативную продуктивность и темпы прохождения фаз развития растений.
Любой цикл свет/темнота описывается двумя базовыми параметрами: общей продолжительностью периода (Т) и соотношением времени экспозиции фотосинтетически активной радиации к времени темноты. Если суммарная длительность элементарного цикла совпадает с суточным геофизическим ритмом и равна 24 часам, фотопериод считается нормальным. Отклонение от этого хронологического лимита — например, паттерны 8/4 часа или 24/12 часа — переводит цикл в разряд аномальных.
По эмпирическим данным автора, нестандартные режимы освещения, в том числе постоянный свет, способны вызывать у культивируемых фитоценозов выраженный терапевтический и продукционный эффект. Наблюдается ускорение ростовых процессов, оптимизация скорости прохождения фенологических стадий, синергетическое накопление вторичных метаболитов целевой направленности и одновременная детоксикация тканей за счёт снижения концентрации антинутриентов, в частности свободных нитрат-ионов. Параллельно зафиксировано существенное снижение удельных энергозатрат искусственного досвечивания на единицу получаемой товарной биомассы.
Фундаментальные биологические механизмы этого феномена пока малоизучены. Однако серия экспериментов с отклоняющимися режимами освещения показала: при переходе на аномальные ритмы растения подвергаются воздействию особого фактора среды — фотопериодического стресса, природа которого принципиально отличается от ранее известных типов абиотического стресса.
– В естественных условиях его нет, так как в обычном суточном 24-часовом цикле смена дня и ночи происходит всегда однократно. Этот вид стресса пока мало изучен, однако заслуживает самого пристального внимания. Принципиально, что последствия стресса не обязательно являются негативными, что, в частности, породило в рамках классической теории стресса понятие эустресса – положительного, полезного стресса – в противоположность дистрессу – отрицательному, вредному стрессу, – говорит Татьяна Шибаева.
Молекулярные механизмы формирования древесины
Работа доктора биологических наук Наталии Галибиной посвящена молекулярным и биохимическим механизмам, определяющим дифференциацию и морфогенез тканей ствола у древесных пород. Понимание этих регуляторных путей рассматривается как фундаментальная основа для разработки методов направленного контроля ксилогенеза — процесса формирования и развития вторичной ксилемы (древесины).
В докладе Наталия Галибина охарактеризовала роль специализированных мембранных белков — транспортеров углеводов суперсемейства SWEET — в регуляции физиолого-биохимических процессов, определяющих продуктивность древесных фитоценозов. Эти белки осуществляют трансмембранный перенос сахарозы и моносахаридов, выступая ключевыми медиаторами распределения углеродных потоков между донорными фотосинтезирующими органами и акцепторными тканями формирующегося ствола. Оценка механизмов транслокации проводилась на модельных объектах берёзы повислой, включая её эндемичную морфологическую форму — карельскую берёзу.
Коллективу Института леса КарНЦ РАН впервые удалось экспериментально подтвердить и описать непосредственное участие транспортеров семейства SWEET в компартментализации и распределении ассимилятов, синтезируемых в мезофилле листа, между дифференцирующимися тканями вторичной ксилемы на примере зрелых древесных растений в естественных лесорастительных условиях.
– Таким образом, на разных этапах ксилогенеза – в активный период и поздние стадии – транспортеры SWEET можно рассматривать как индикаторы потока сахаров в развивающихся тканях ствола, – подчеркнула Наталия Галибина.
Полученные результаты открывают перспективы для разработки биотехнологических методов интенсификации продуктивности лесных культур и направленного синтеза вторичной ксилемы с заданными физико-механическими и текстурными свойствами, включая специфическую узорчатость, фенотипически присущую исключительно карельской берёзе.
Ранее исследователи провели сравнительный транскриптомный анализ тканей стебля двух контрастных форм берёзы с альтернативными сценариями ксилогенеза. Это молекулярно-генетическое профилирование позволило выявить новые фундаментальные закономерности транскрипционной регуляции дифференциации клеток камбиальной зоны.
Клональное размножение ели
Аспирант Ирина Теслюк выступила на конференции с докладом «Изменение редокс-статуса на ключевых этапах соматического эмбриогенза у Picea Abies». Проведённое исследование вносит существенный вклад в оптимизацию протоколов клонального микроразмножения и разработку эффективного метода крупномасштабного депонирования уникальных высокопродуктивных генотипов этого таксона — одной из главных лесообразующих и экономически значимых древесных пород в таёжных экосистемах Карелии.
🔗 Источник: agroxxi.ru