ЛАБОРАТОРИЯ ВОДНОГО ОБМЕНА И ФОТОСИНТЕЗА РАСТЕНИЙ

Руководитель – Ольга Викторовна Молчан,
кандидат биологических наук

тел. (017) 357-90-12, (017) 353-66-11
e-mail: olga_molchan@mail.ru

Laboratory of Water Exchange
and Photosynthesis in Plants

Head of the Laboratory — O. V. Molchan, PhD (Biol.)

История лаборатории

В 1970 г. доктором биологических наук, профессором Л. П. Смоляком была создана тематическая группа для выполнения задания Комитета по науке при СМ СССР «Эколого-биологические закономерности мелиорации почв Полесья», на базе которой в 1989 г. доктором биологических наук, профессором В. Г. Реуцким была организована лаборатория водного обмена растений.

В связи с расширением тематики лаборатории, а также пополнением штата специалистами в области изучения фотосинтеза, в 2011 г. у она была переименована в лабораторию водного обмена и фотосинтеза растений. С 2015 г. лабораторией руководит кандидат биологических наук О. В. Молчан.

Штат лаборатории

В настоящее время в лаборатории работают: кандидаты биологических наук Л.В.Обуховская, Т.А.Скуратович,  научные сотрудники Е.В.Запрудская, Т.Н.Куделина, Н.Б.Павлютина.

Основные направления научных исследований

• Исследование влияния наночастиц и комплексов на основе фуллеренов на физиологию растительной клетки.
• Фундаментальные аспекты влияния света различного спектрального состава на физиологию культур защищённого грунта. Направленная регуляция синтеза вторичных метаболитов растений путем оптимизации спектрального состава освещения.
• Взаимосвязь фотосинтеза и водообмена в формировании стрессоустойчивых фенотипов растений.
• Водный стресс. Участие аквапоринов плазматической мембраны в процессах, определяющих устойчивость растений к засухе и другим стрессорам.
• Адаптация микроклонально размноженных растений.
• Оптимизация спектрального состава и разработка режимов работы светодиодных (LED) облучателей для направленной регуляции роста и развития растений.

Результаты фундаментальных исследований

• На основе разработанного в лаборатории системы электронного мониторинга водного режима растений, установлен ряд закономерностей относительно энергозависимости гидравлической проводимости устьиц и аквапоринов плазмалеммы, регуляции осмотических процессов на уровне клетки, взаимосвязи морфоструктуры и водного режима ассимиляционной ткани в ряду «гигрофиты – мезофиты – ксерофиты».
• Показано, что по мере ксерофитизации растений возрастает стимулирующий эффект углекислоты на фотохимические реакции фотосинтеза. Данная закономерность является доказательством увеличения расхода энергии на повышение устойчивости растительной ткани к обезвоживанию.
• Установлено наличие прямой корреляции между временем сохранения тургора ткани, отражающем активность функционирования аквапоринов плазматической мембраны мезофилла, регулирующих потоки воды внутрь клеток, и скоростью поглощения СО2 листьями.
• Установлена зависимость параметров водообмена листьев растений от уровня экспрессии PIP-аквапоринов на растениях Arabidopsis thaliana, генетически модифицированных по PIP-аквапоринам (сверхэкспрессоры и knockout — мутанты).
• Показано стимулирующее действие фуллеренола на прорастание семян ячменя, клевера, эхинацеи, томата. Выявлены эффекты воздействия фуллеренола и синтезированных комплексов фуллерен-хитозан и фуллерен-аргинин на содержание фенольных соединений с антирадикальной активностью в проростках растений.

Результаты прикладных исследований

• Разработана аэропонная технология выращивания миниклубней картофеля.
• Созданы регламенты и программы регуляции мощности и режима освещения, величины соотношения плотности потока квантов красной и синей областей спектра светодиодных излучателей при освещении микроклонов голубики и розы в условиях in и ex vitro.
• Создан специализированный биотехнологический LED-комплекс для разработки регламентов освещения культур закрытого грунта с использованием инновационных светодиодных технологий.
• Создан опытно-производственный участок теплицы на Минской овощной фабрике, оснащённый системой светодиодной досветки. Снижение потребления электроэнергии на 1м2 составило 15 при сохранении высокого качества плодов. Разработан опытно-промышленный регламент работы системы светодиодной досветки растений высокостебельных сортов томатов в условиях теплицы.
• Установлены параметры светодиодного освещения, позволяющие повысить качество рассады томата.
• Разработаны биотехнологии адаптации, стимулирования роста и выращивания микроклонально размноженного посадочного материала древесных пород в условиях закрытого грунта.
• Установлены параметры светодиодной досветки, обуславливающие оптимальное протекание ростовых процессов и накопление противоопухолевых терпеновых индольных алкалоидов растений Сatharanthus roseus.

Основные публикации

1. Молчан О.В., Привалов В.И., Петринчик В.О., Астасенко Н.И. Получение лекарственного растительного сырья катарантуса розового с использованием светодиодного освещения в условиях закрытого грунта // Химия растительного сырья. – 2017. – №3. – С.147-156.
2. Oprica L., Molchan O., Grigore M. N. Salinity and selenium nanoparticles effect on antioxidant system and malondialdehyde content in Ocimum basilicum L. seedlings // J. Exp. Molec. Biol. – 2018. – Vol. 4. – P. 99 – 106.
3. Молчан О.В., Обуховская Л.В., Трофимов Ю.В., Пугачевский А.В. LED-освещение в производстве продукции растениеводства закрытого грунта // Наука и инновации. – 2018. – № 5 (183). – С. 38-43.
4. Куделина Т.Н., Запрудская Е.В., Молчан О.В. Влияние LED-освещения на морфометрические и биохимические параметры растений Mimulus sp. L. // Ботаника (исследования). – 2018.– Вып. 47. – С. 178-185.
5. Запрудская Е.В., Куделина Т.Н., Молчан О.В. Влияние фуллеренола на прорастание семян и биосинтез фенольных соединений проростков Arabidopsis thaliana и Thellungiella halophila // Ботаника (исследования). – 2018.– Вып. 47. – С. 169-177.
6. Куделина Т. Н., Константинов А. В., Обуховская Л. В., Молчан О. В. Особенности формирования фотосинтетического аппарата микроклонов Populus tremula L. и Betula pendula Roth. при LED-освещении различного спектрального состава в процессе адаптации ex vitro // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2019. – Т. 64, № 4. – С. 456–466.
7. Кривобок А. С., Коновалова И. О., Куделина Т. Н., Смолянина С. О., Лилиенберг А.И., Бибикова Т.Н. Применение гидратцеллюлозной пленки для исследования роста и развития корневой системы модельного растения Arabidopsis thaliana L // Биотехнология. — 2020. – c. 36-43.
8. Зубей Е. С., Обуховская Л. В., Родионов П. А., Мороз Д. С., Куделина Т. Н. Способ выращивания регенерантов розы миниатюрной in vitro : пат. 22772 Респ. Беларусь : МПК А 01Н 4/00 (2006.01) / дата публ.: 28.02.2017.
9. Зубей Е. С., Обуховская Л. В., Родионов П. А., Мороз Д. С., Куделина Т. Н. Способ выращивания растений розы миниатюрной из регенерантов, полученных in vitro, в условиях ex vitro : пат. 22773 Респ. Беларусь : МПК А 01Н 4/00 (2006.01) / дата публ.: 28.02.2017.
10. Зубей Е. С., Обуховская Л. В., Родионов П. А., Мороз Д. С., Куделина Т. Н. Способ выращивания растений голубики высокой Vaccinium corymbosum L. в условиях ex vitro из регенерантов, полученных in vitro : пат. 22902 Респ. Беларусь : МПК А 01Н 4/00 (2006.01) / дата публ.: 28.02.2017.
11. Зубей Е. С., Обуховская Л. В., Родионов П. А., Мороз Д. С., Куделина Т. Н. Способ получения посадочного материала голубики высокой Vaccinium corymbosum L. in vitro : пат. 22903 Респ. Беларусь : МПК А 01Н 4/00 (2006.01) / дата публ.: 28.02.2017.

Направления инновационной деятельности и предоставляемые услуги

• Разработка режимов светодиодного освещения, позволяющих повысить интенсивность роста и продуктивность растений в условиях закрытого грунта.
• Нанобиотехнология для направленной регуляции стрессоустойчивости растений. Исследования ответных реакций растительного организма на действие углеродных наночастиц и разработка препаратов на их основе.
• Определение состава и содержания биологически активных соединений растений и их использование в качестве потенциального растительного сырья.
• Анализ спектрального состава и интенсивности освещения в сооружениях защищённого грунта и полевых условиях.
• Ботанико-экологическая экспертиза (заключение о возможности выращивания плодово-ягодных, овощных и зеленных культур и газона в имеющихся условиях освещения/затенения).
• Мониторинг физиолого-биохимического состояния растений с использованием портативного оборудования:

– анализ интенсивности фотосинтеза и дыхания по выделению/поглощению O2;

• Экспресс-анализ:

– содержания фотосинтетических пигментов в листьях;
– содержания нитратов в листьях и плодах;
– содержания растительных антиоксидантов — антоцианов и флавоноидов в цветках и плодах.