Лаборатория биофотоники и стрессоустойчивости растений

История лаборатории

Лаборатория водного обмена и фотосинтеза растений образована в 2011 г. в результате слияния лаборатории водного режима фитоценозов с лабораторией фотосинтеза. Лаборатория фотосинтеза была организована в 1962 г. доктором биологических наук профессором М. Н. Гончариком. С 1976 г. по 1998 г. лабораторией руководил доктор биологических наук В. М. Иванченко. Лаборатория водного режима фитоценозов была создана в 1989 г. доктором биологических наук профессором В. Г. Реуцким на базе тематической группы доктора биологических наук профессора Л. П. Смоляка, созданной для выполнения задания Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике «Эколого-биологические закономерности мелиорации почв Полесья». С 2015 г. лабораторией руководит кандидат биологических наук, доцент Ольга Викторовна Молчан.

Штат лаборатории

В настоящее время в лаборатории работают: кандидаты биологических наук Л. В. Обуховская и Т. А. Скуратович, научные сотрудники Т. Н. Куделина, А. С. Курнушко, Н. Б. Павлютина, М. И. Стаселович, С. О. Зайцева.

Основные направления научных исследований и научно-технической деятельности:

• исследование регуляторных механизмов процессов водообмена, фотосинтеза и фотоморфогенеза при формировании адаптивного потенциала растений в условиях меняющегося климата;
• изучение процессов фотосинтеза и фотоморфогенеза с использованием LED-освещения, установление уровня плотности потока фотонов и спектрального состава света, позволяющего эффективно контролировать рост растений, их развитие, накопление биомассы, процессы первичного и вторичного метаболизма;
• разработка методов повышения стрессоустойчивости растений с использованием нанобиотехнологии и эффективного LED освещения;
• определение молекулярных, клеточных и организменных критериев засухоустойчивости растений, разработка комплексной системы оценки и отбора засухоустойчивых генотипов;
• разработка режимов LED-освещения растений, регламентов освещения для тепличных хозяйств и производителей светотехники, а также систем культивирования растений в замкнутой контролируемой среде высокопродуктивных искусственных экосистем и биорегенеративных систем жизнеобеспечения;
• разработка и апробация способов ограничения распространения отдельных видов инвазивных растений в Беларуси, включая оценку возможности их использования в качестве растительного сырья.

Результаты фундаментальных исследований

• показаны особенности влияния углеродных наночастиц (фуллерена, фуллеренола, фуллерен-аргинина и фуллерен-хитозана и др.) на активность антиоксидантных систем, вторичных медиаторов сигнальной трансдукции и транспорт ионов кальция в растительной клетке (Oprica L., Molchan O., Grigore M. N., 2018);
• установлены условия обработки растений наночастицами углерода, селена и кремния, обусловливающие модификацию биохимических параметров и устойчивость к пестицидам, засухе и засолению ряда лекарственных и сельскохозяйственных растений (Молчан О. В., Зубей Е. С., 2021);
• изучено влияние LED-освещения на ростовые процессы и содержание вторичных метаболитов у растений катарантуса розового (Catharanthus roseus), установлены режимы освещения, приводящие к стимуляции накопления фармакологически ценных индольных алкалоидов Catharanthus roseus в условиях закрытого грунта (получены 2 патента) (Молчан О. В. с соавт, 2017);
• выявлено регуляторное влияние ауксина и цитокинина на рост и пространственную ориентацию боковых корней в условиях моделированной невесомости и при воздействии световых стимулов различного спектрального состава (Куделина Т. Н. с соавт, 2021).

Результаты прикладных исследований

• разработаны, созданы и внедрены в производство на КУП «Минская овощная фабрика» экспериментальные системы досветки высокостебельных сортов томатов и зеленных культур с использованием LED-излучателей в условиях закрытого грунта, разработаны технические регламенты выращивания томата и зеленых культур при использовании светодиодных источников освещения (совместно с ЦСОТ НАН Беларуси). В результате в 2016–2018 гг. произведено и реализовано 34 500 кг томатов на сумму 62 900 руб., получены 2 патента (Молчан О. В. с соавт, 2018);
• по заказу отечественных тепличных хозяйств и производителей светотехники разработаны режимы LED-освещения, позволяющие повысить интенсивность роста, продуктивность и стрессоустойчивость растений, выполняется анализ спектрального состава и интенсивности освещения в сооружениях защищенного грунта и полевых условиях, осуществляется мониторинг физиолого-биохимического состояния растений с использованием портативного оборудования;
• проведена оценка инвазионного потенциала и разработаны способы предотвращения распространения Bidens frondosus, Bidens conatus и Аmbrosia artemisiifolia L. в различных регионах Беларуси, разработаны способы использования инвазивных представителей рода Череда в качестве биологического ресурса с целью снижения их численности и ограничения дальнейшего распространения в природных фитоценозах. Разработаны технические условия (Трава череды олиственной. Технические условия: ТУ BY 100029064.009-2020) (Скуратович Т. А. с соавт, 2020);
• на основании научного обоснования о включении амброзии полыннолистной в перечень видов растений, распространение и численность которых подлежат регулированию, принято постановление Совета Министров Республики Беларусь «Об изменении постановле­ний Совета Министров Республики Беларусь от 21 апреля 2009 г. № 509 и от 7 декабря 2016 г. № 1002» (совместно с сектором кадастра растительного мира ИЭБ НАН Беларуси) (Скуратович Т. А. с соавт, 2020).

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 О₂.
• Экспресс-анализ:
  • содержания фотосинтетических пигментов в листьях.
  • содержания нитратов в листьях и плодах.
  • содержания растительных антиоксидантов — антоцианов и флавоноидов в цветках и плодах.

Основные публикации

1. Молчан, О.В. Влияние фуллерена на физиолого-биохимические параметры растений ячменя в гидропонной культуре / О. В. Молчан, Е.С. Зубей // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2021. – Т. 66, № 1. – С. 74-87.
2. Куделина, Т. Н. Особенности фотоморфогенеза Arabidopsis thaliana при использовании LED-освещения различного спектрального состава / Т. Н. Куделина, А. С. Кривобок, Т. Н. Бибикова, О. В. Молчан // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2021. – Т. 66, № 1. – С. 42–52.
3. 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.
4. Скуратович Т. А. Содержание фенольных соединений в аборигенном и инвазивных видах рода Bidens, произрастающих в различных регионах Беларуси / Т. А. Скуратович, О. В. Молчан // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2020. – Т. 65, № 2. – С. 144-152.
5. Скуратович Т. А. Оценка эффективности действия 2,4-Д, клопиралида и глифосата против амброзии полыннолистной, произрастающей на территории Беларуси / Т.А. Скуратович, Н.Б. Павлютина, О.В. Молчан // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2020. – Т. 65, № 4. – С. 462-472.
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. 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.
8. 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.
9. Молчан О.В. LED-освещение в производстве продукции растениеводства закрытого грунта / Молчан О.В., Обуховская Л.В., Трофимов Ю.В., Пугачевский А.В. // Наука и инновации. – 2018. – № 5 (183). – С. 38-43)
10.  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.
11. Обуховская Л.В., Куделина Т.Н., Зубей Е.С. Активность темнового дыхания и фотосинтеза у растений при резких перепадах температур / Ботаника (исследования). – 2020.– Вып. 49. – С. 355-368.