CC BY
15
Познавая
зеленую вселенную
Работы ботаников всегда имели огромную ценность для производства продуктов питания, устойчивого развития сельского и лесного хозяйства, получения сырья для различных отраслей экономики, а также для обеспечения продовольственной, экологической и биоресурсной безопасности каждой страны. О современном развитии ботаники и о том, какими ее направлениями занимается Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича, рассказывает его директор кандидат биологических наук Александр ПУГАЧЕВСКИЙ.
Пространство ботаники как науки и емкое, и объемное, поскольку она изучает растения и их сообщества на предмет их строения, физиологии, биохимии, классификации, экологии, географического распространения таксонов, эволюции и др. Хотя вопрос о том, что такое ботаника, в настоящее время не имеет общепринятого и общепризнанного ответа. Как во многих других комплексных, а сегодня еще и междисциплинарных науках, ее границы размыты. Так, одни в ботанику включают микологию, изучающую грибы, которая еще с середины прошлого века выделена в особое царство, другие - элементы микробиологии. Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли,-тоже объект исследований ботаников, хотя относятся они к надцарству прокариот. На стыках наук в конце XIX - начале XX в. возник ряд пограничных областей знаний - биохимия, цитология и генетика, география и экология растений, и они также рассматриваются или как часть ботаники, или как самостоятельные научные направления.
- Какова структура института, по какому принципу она устроена?
- Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Ку-превича занимается изучением аборигенной флоры и растительности нашей страны на уровне растительного покрова
в целом, экосистемы, фитоценоза, популяции, вида, ткани, клетки и отдельной органеллы. В системе НАН Беларуси ряд учреждений также имеет ботаническую составляющую в своих исследованиях: Центральный ботанический сад, НПЦ по земледелию, институты защиты растений, мелиорации, леса, микробиологии, генетики и цитологии. У каждого из них своя специфика и направленность. По каким-то позициям мы работаем вместе - в кооперации, по другим -раздельно. Сфера нашей ответственности - две довольно большие ветви: экспериментальная физиология и биохимия растений и собственно ботаника. К примеру, возглавляемый академиком В.И. Парфеновым отдел флоры и гербария включает две лаборатории - флоры и систематики растений, микологии. Они исследуют составы аборигенной флоры, а также ее адвентивную фракцию, сформировавшуюся в результате целенаправленной и непреднамеренной интродукции в ее развитии и динамике. Другое крупное подразделение - отдел природной растительности и растительных ресурсов, объединяющий две лаборатории и два сектора,- занимается проблемами формирования растительного покрова страны,
состояния растительности, инвентаризации и использования растительных ресурсов. И наконец, в отделе экологической физиологии растений, объединяющем пять научных подразделений, сконцентрированы на проблемах роста и развития растительного организма: его водного режима, химической регуляции роста, фотосинтеза, физиологических особенностей патогенеза, особенностей функционирования растений в искусственной среде. Каждое научное направление как бы дихотомически многократно раздваивается, создавая емкую, объемную, многопрофильную исследовательскую нишу.
Растительный мир состоит из огромного разнообразия организмов, поэтому сложно охватить все направления ботаники, все ее ответвления в рамках одной организации. Чтобы вести научные изыскания по всему их спектру, необходимы специалисты разного профиля, соответствующее оборудование, часто дорогостоящее, солидное финансирование. По сути, заниматься всеми группами растительных организмов одновременно не под силу даже очень крупным научным организациям. Поэтому основные практические задачи, которые решаем мы, касаются охраны и эффективного использования ресурсов растительного мира, мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, разработки адаптивных методов ведения земледелия, в том числе в условиях закрытого грунта, исследования механизмов формирования продуктивности и устойчивости растений, микологии и фитоиммунитета, прикладных вопросов экологии, физиологии и биохимии растений.
- Что, к примеру, нам дает знание мира лишайников?
- Лишайники представляют собой одну из старейших форм жизни на Земле. Эти малозаметные в обычных условиях организмы являются устоявшимся симбиозом водоросли и гриба, хотя в природе все же встречаются живущие раздельно друг от друга симбионты - и водоросли, и грибы. Получая практически все питание из атмосферы, многие лишайники весьма чувствительны к качеству среды и активно реагируют на ее изменения, поэтому считаются биоиндикаторами чистоты воздуха (особенно восприимчивы к окислам серы
и азота). Опираясь на видовой состав лихенобиоты, ученые вычисляют специальные индексы степени загрязнения атмосферы. Еще недавно в Минске существовали «лишайниковые пустыни» - территории настолько загрязненные техногенными эмиссиями металлургических производств, что ни один вид лишайников не выдерживал. К счастью, в последние годы экологическая ситуация в городе улучшилась, и «лишайниковые пустыни» исчезли. Вообще лишайники, как и сине-зеленые водоросли, первыми занимают новые минеральные субстраты, шифер, бетон, камни, скалы. Они выполняют пионерную функцию и подготавливают среду для заселения нового пространства другими, более высокими формами жизни: мхами, сосудистыми растениями. В этом, если можно так сказать, их природное предназначение. На территории Беларуси лишайников немногим более 600 видов, хотя их общее количество, по мнению экспертов, насчитывает от 13,5 до 26 тысяч. К сожалению, специали-стов-лихенологов у нас в стране мало - всего 5-6 человек.
То же можно сказать о бриологах, микологах, альгологах. В микологии много нерешенных вопросов как теоретического, так и прикладного характера, в том числе связанных с селекцией грибов, используемых в биотехнологиях. Сегодня поднимаются проблемы систематики грибов, филогении, изучения вида в онтогенезе и на популяционном уровне, экологических особенностей. Бурно развивается молекулярная систематика, или геносистематика, в основе которой лежит сравнение ДНК исследуемых организмов, что позволяет сопоставлять генотипы, а не фенотипы. На основе генного анализа пересмотру подвергаются филогения и систематика всех групп живых организмов, в том числе грибов. Коллектив лаборатории микологии, возглавляемый Ольгой Гапиенко, подготовил и издал первый в отечественной научной литературе атлас-справочник болезней лесных пород и приступил к изданию многотомной фундаментальной сводки флоры по грибам Беларуси, два тома которой уже напечатаны.
- Природа постоянно порождает новое и при этом является великолепным регулятором - благодаря естественному отбору многое, не оставляя наследства, исчезает. А как быть с инвазией чужеродных видов?
- В последние годы наблюдается их огромный наплыв. Флора иноземных видов превысила флору аборигенных. К примеру, ветер разносит поры грибов, лишайников, мхов. Так у нас появился американский вид мха. Но гораздо чаще мы сами являемся разносчиками нетипичных для нашей территории растений, переправляя их через границы на колесах автомобилей, подошвах обуви, в морских и наземных контейнерах для грузоперевозок. Можно говорить об осознанной интродукции, случайной и попутной. В Ганцевичи, где работает филиал Центрального ботанического сада по выращиванию нетрадиционных ягодных культур, с посадочным материалом североамериканской крупноплодной клюквы было занесено полтора десятка видов растений, в том числе потенциальных сорняков. Сейчас приняты меры, чтобы исключить их распространение. Это факты попутной интродукции. Наша задача в том, чтобы определить опасность, исходящую от чужеродных растений, и при необходимости разработать меры по предотвращению и минимизации ущерба. По поручению Председателя Президиума НАН Беларуси В.Г. Гусакова нашими сотрудниками с участием специалистов ЦБС НАН и БГУ готовится «Черная книга вредоносных чужеродных растений». Не так давно издан «Атлас болезней лекарственных растений» под авторством кандидата биологических наук Сергея Кориняка.
- В дикой природе много растений, которые ведут себя совершенно пристойно. Но ведь есть и те, что становятся откровенной проблемой, справиться с которой, как, к примеру, с борщевиком Сосновского, очень сложно... °
- Борщевик Сосновского по своей биологической сущ- * ности - безобидное растение, которое произрастает в поймах 3 рек Кавказа и мирно уживается с другими видами, занимая 5 свое место под солнцем. А тот, что мы видим у нас,- это
плод селекции и гибридизации советских ученых, когда эта
<
культура рассматривалась в качестве корма для скота и выращивалась на силос в ряде хозяйств, в том числе и на Витеб-щине. Потом оказалось, что хотя урожайность у борщевика высокая, соблюсти все тонкости технологии выращивания и удержать его на полях сложно. От него отказались, а уберечься от распространения не смогли. Много видов растений пришли к нам случайно. Из осознанно интродуцированных можно назвать люпин многолетний, применявшийся для озеленения и для биологической мелиорации лесов; дуб северный. Последнее, кстати,- быстро растущее, красивое, с хорошей древесиной и шикарной кроной дерево, широко использовавшееся в лесном хозяйстве и озеленении. Однако именно густая крона, а еще плохо разлагающийся опад листвы дуба северного способствует образованию мертвопокров-ного леса. Данная культура вполне могла бы использоваться для озеленения, если бы не ее безудержная способность размножаться: семена разносятся птицами куда угодно.
- Александр Викторович, сотрудники института - великолепные картографы. Это часть их профессии?
- Составление карт растительных сообществ - большая часть работы геоботаников и экологов. Флористы также занимаются картографией, рисуют ареалы распространения растений на Земле. Сейчас мы работаем на новом уровне, используя возможности новейших ИТ и космических технологий. Если раньше для составления карт применялись только наземные методы и материалы лесо- и землеустройства, то теперь большим подспорьем стали космические картинки. Хотя по-прежнему необходимо проводить полевые исследования, чтобы описать, чему соответствует фрагмент того или иного изображения на снимке, и уже таким образом идентифицировать однотипные фрагменты. Данные такого «сканирования» растительного покрова очень важны. Плоды этой работы уже заметны в отношении болотных и лесных экосистем. Новые технологии позволяют нам вплотную подойти к выпуску новой карты растительности Беларуси. Последняя была издана в 70-х гг. прошлого века, а теперь мы имеем возможность, используя предварительные результаты картографирования больших участков болот, полученные нашими геоботаниками, приступать к созданию новой карты. Кстати, даже предварительные результаты нашей работы высоко оценены ведущими ботаническими организациями,
в первую очередь России.
- Что дает нам точное картографирование?
- Многое. И не просто точное, но и адекватное. Карта растительности ранее была просто одномерной картинкой, отображающей текущую ситуацию - диагноз таксона растительного покрова. Сейчас же мы можем дать не только такую картину, но и представить интерпретацию экологической ситуации, стадию динамики того или иного участка растительности, то есть определить, чему они были подвержены, например пожарам, интенсивному рекреационному воздействию, затоплениям и нуждаются в осушении. Нашими учеными впервые составлен кадастр растительного мира республики. В нем обобщены количественные и качествен-
ные данные по редким и исчезающим, хозяйственно ценным и вредным видам растений, а также растительным сообществам и ценным ботаническим насаждениям. Занимается этой работой сектор кадастра растительного мира нашего института под руководством кандидата биологических наук Олега Масловского. Были исследованы все 118 районов страны. В кадастр включено 6 856 популяций 288 видов, занесенных в Красную книгу Республики Беларусь. Анализ показал, что 72% находятся в плохом или неудовлетворительном состоянии, а под юридическую охрану взято пока не более 5% популяций. Есть над чем работать, и не только ботаникам. И вся кадастровая информация также привязана картографически.
- Значит, карты позволяют управлять растительными ресурсами?
- Безусловно, особенно в нынешнем их представлении -не плоского одномерного листа, как раньше, а в форме объемного, интерактивного компьютерного атласа, позволяющего не только точно указать объект, но и подсказать, какие действия можно производить. По ним можно будет определить допустимые объемы заготовки дикорастущих грибов, ягод, лекарственных растений, других ресурсов растительного мира. Сейчас мы пытаемся создать альянс с Объединенным институтом проблем информатики и предприятием «Геоинформационные системы», чтобы совместно поработать над многомерной многофункциональной картой всего растительного покрова Беларуси.
Примером детального картографирования растительности наземных экосистем стала наша работа по району строительства АЭС на Островецкой площадке, для которой выполнено экологическое зонирование и составлена карта фитоценозов. Разработаны прогнозные сценарии состояния и динамики растительности региона при строительстве, эксплуатации, аварийных ситуациях и снятии атомной станции с эксплуатации. Созданы карты экологического районирования, пожарной опасности для расположенных в окрестностях АЭС особоохраняемых природных территорий. Предложены схемы организации системы локального мониторинга лесной, луговой, болотной, высшей водной и прибрежно-водной растительности. Составлена карта-схема размещения пунктов наблюдения с указанием методик и регламентов проведения измерений.
- Насколько результаты вашей работы интересны внешнему миру?
- Экосистема Земли - одна на всех. И хотя она сильно дифференцирована, но нет чисто и только белорусской или французской природы. Конечно, большинство ботаников исследуют природу своих стран, но ботаника, как и другие естественные науки, тесно интегрирована. Мы - часть мирового сообщества ботаников. И нас хорошо знают на пространстве бывшего СССР и в странах Балтии, и наши соседи - поляки, чехи, словаки. Меньше с нашими работами знакомы в США, Швеции, Финляндии... Мы не так много публикуемся, как следовало бы, мешает языковой барьер, но наши работы име-
ют высокий уровень. Хотя по некоторым направлениям, где необходимо современное дорогостоящее оборудование, нам конкурировать сложно. А вот в части описания природной растительности мы не менее квалифицированные специалисты, чем французские во Франции или индийские в Индии. Мы знаем свою флору, у нас единая методическая платформа, а по методикам мы мало кому и в чем уступаем. В последние годы значительно расширился спектр международных проектов, где участвуют наши исследователи. Так, «Мониторинг состояния лесов» - совместная работа с учеными США, Украины, Литвы, Латвии, Эстонии. Проекты «Влияние воздушного загрязнения и климата на структуру и функционирование растительных экосистем» и «Биоразнообразие природных экосистем «Беловежской пущи» выполнялись с польскими коллегами. Изучение биохимических особенностей растений семейства Сложноцветные проведено совместно со специалистами из Монголии; начаты исследования растительных белков-лектинов с сербским Институтом защиты растений. Но наиболее широко совместная научная деятельность ведется с близкими по профилю научными учреждениями Российской Федерации, и в первую очередь с Ботаническим институтом им. В.Л. Комарова Российской академии наук. Школу именно этого института прошли многие наши специалисты, среди которых академики В.Ф. Купревич, Н.Д. Нестерович. Аспирантуру БИНа закончил и я сам.
- А водный мир - это тоже ваша стихия?
- К сожалению, в истории развития нашего института есть планы, которые по разным причинам не были реализованы. В свое время была попытка сформировать группу исследователей-альгологов, занимающихся водорослями, весьма многочисленной, малоизученной и перспективной группой живых организмов. Но начались трудности перестройки, и тема осталась без внимания и, соответственно, специалистов. У нас с академиком В.И. Парфеновым есть замысел возродить это направление в институте. Немногочисленные белорусские альгологи - человек 5 на всю республику - работают в основном в Белгосуниверситете. Во главе школы - доктор биологических наук Татьяна Михеева. Мы
с ними сотрудничаем, они соавторы Красной книги, четвертое издание которой только что вышло из печати. Ну а все остальные группы водных растений - мхи, лишайники, сосудистые - конечно же, находятся в сфере нашего постоянного внимания.
- Вы ничего не сказали о биоморфологии. Есть ли такое направление у вас?
- Этой ветвью ботаники, предполагающей внешнее описание растений от корня до почки, мы занимаемся не широко -преимущественно для целей таксономии. У нас в институте всего 100 научных сотрудников, и охватить, глубоко и детально, все направления ботаники этими силами невозможно. Приоритеты отдаются остро актуальным или, как сейчас говорят, «прорывным» направлениям. А вот популяционной морфологией, объектом которой является фенотипическая изменчивость морфологических признаков внутри популяции
и разных популяций внутри вида, занимается лаборатория продуктивности и устойчивости лесных экосистем, которую я возглавляю. Понимание поведения популяции в конкретных физико-географических и фитоценотических условиях очень важно, поскольку помогает описать и смоделировать развитие растительного покрова в целом, проливает свет на процесс микроэволюции. К тому же решает проблемы внутривидовой систематики и прикладной биологии.
Говоря о прикладной биологии и экологии, нельзя не вспомнить, что сотрудниками лаборатории или при их участии подготовлены научные и технико-экономические обоснования и проекты создания заказников республиканского значения «Медухово», «Липичанская пуща», «Вол-мянский», «Замковый лес», «Ольманские болота», «Котра», «Средняя Припять», «Козьянский», «Бабиновичский», «Днепро-Сожский», «Черневичский», «Званец», «Подвеликий мох», «Сурмино» и др.
Нами разработана одна из первых в Европе программа адаптации лесного хозяйства Беларуси к изменению климата до 2050 г. Проходит ее масштабное внедрение в лесхозах страны. Реализация программы позволит снизить потери лесного хозяйства от неблагоприятных погодно-климатических условий не менее чем на 40%. По заказу Министерства лесного хозяйства сотрудниками института подготовлен справочник «Атлас болезней лесных пород Беларуси». Специалисты по лесозащите получили современное руководство по определению возбудителей болезней, позволяющее более эффективно проводить профилактические и защитные мероприятия в лесных угодьях.
- А каковы результаты экспериментальной ботаники?
- Все лаборатории нашего института занимаются экспериментами и исследованиями воздействия на растения различных стресс-факторов: засух, заморозков, морозов, избыточного засоления, вредных веществ, патогенных организмов. Совместно с Центром светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси разработана технология выращивания растениеводческой продукции в закрытом грунте
с применением отечественных светодиодных источников. Проект этот был запущен лет 7 назад по инициативе недавно ушедшего из жизни доктора биологических наук В.Г. Реуцко-го, когда при личной поддержке М.В. Мясниковича на базе Центра светодиодных и оптоэлектронных технологий был создан экспериментальный биотехнологический комплекс. Предварительные опыты и расчеты показали, что благодаря применению светодиодных осветителей в 1,5-2 раза снижается расход электроэнергии на единицу продукции, при этом урожайность томатов увеличивается на 15-20% по сравнению с показателями лучших хозяйств. Наша часть работы в проекте состоит в том, чтобы определить оптимальный состав, спектр светодиодного света, разработать режимы досветки, то есть сколько, когда и чем освещать растения. Теперь, когда мы получили финансовую поддержку со стороны Минского горисполкома, удалось перейти от модельных экспериментов к промышленной апробации. На Минской овощной фабрике создан опытно-производственный участок, оснащенный све-
тодиодными осветителями, и мы надеемся вскоре получить доказанный экономический эффект от использования наших технологий. Недавно сняли первые 50 кг томатов и верим, что наши расчеты подтвердятся.
Следует сказать, что выращивание растений в закрытом грунте - давний «конек» института. Так, нами организовано производство опытных партий ионообменных субстратов на основе природных цеолитов для оптимизации минерального питания растений в закрытом грунте, зарегистрированных под торговыми марками «Триона» и «Трионит». Эти субстраты - результат нашей совместной работы с Институтом физико-органической химии НАН Беларуси. Сейчас выпускаем опытные партии, ведем переговоры с бизнесом об организации масштабного производства. Активно прорабатываем возможности экспорта продукции в Китай, Российскую Федерацию, Шри-Ланку. Заключен лицензионный договор с аграрным исследовательским институтом г. Хулумбер для создания опытного производства субстрата «Триона» в Китае.
Кроме того, в коллективе лаборатории роста и развития растений под руководством академика Н.А. Ламана ведется работа по созданию стандартизированных, структурированных субстратов из местного органо-минерального сырья -верхового торфа и глины, в том числе с фитопротекторной активностью. Это оригинальная совместная с Институтом микробиологии НАН Беларуси разработка, аналогов которой среди реализуемой на белорусском рынке продукции нет. Она соответствует европейским стандартам, предъявляемым к корнеобитаемым средам, характеризуется низкой себестоимостью, производится из экологически безопасного сырья и не требует утилизации.
Создан электронный каталог хозяйственно полезных растений природной флоры Беларуси и поисковая автоматизированная база данных по ним. При участии сотрудников института издан каталог национального генетического фонда хозяйственно полезных растений.
- Растительный мир - бесконечная природная кладовая. На протяжении тысячелетий растения служат человеку пищей, помогают избавиться от недугов. И сегодня лечебные травы служат сырьем для изготовления многих медицинских препаратов. Ваш институт вносит свою лепту в фармацию?
- В фармацевтике имеется два основных подхода -использование сырья из дикорастущих лекарственных растений или из сырья, выращенного в специализированных хозяйствах. Сейчас доминирует второй подход - оно и дешевле, и технологичнее. Поэтому те растения, которые нужны в больших количествах, производятся в промышленных масштабах. На этом, к примеру, специализируется СПК «Большое Можейково», есть и другие хозяйства.
И вот научное обеспечение использования сырья из дикорастущих растений входит в сферу нашей ответственности. Среди прочих функций института - ведение кадастровой книги лекарственных растений Государственного кадастра растительного мира. Мы знаем, в каком районе и сколько
можно заготовить той или иной лечебной травы: подорожника, почек сосны, тысячелистника и др. Сотрудники института ведут эту работу, в том числе по учету и установлению лимитов и ограничений. Следует, однако, сказать, что на самом деле мы используем менее 2% возможностей нашей флоры. К сожалению, доля природных сборов в общем объеме выпуска фитопрепаратов незначительна, в том числе и по причине исхода сельского населения, ими попросту некому заниматься.
К тому же очень многие вещества синтезируются, поэтому потребность в сырье растительного происхождения сократилась, в особенности для технических нужд. К примеру, раньше краски производились из растительного сырья, а сейчас они синтезируются. Или мочалки: их делали из растений или морских губок, а теперь - из искусственных волокон.
- Может ли ботаника себя исчерпать как наука?
- По некоторым фундаментальным направлениям она уже почти себя исчерпала. Что нового можно сказать о морфологии листа? Но есть сферы, которые будут развиваться до бесконечности. Большие просторы открывают молекуляр-но-генетические методы, но к их освоению мы пока только подступаем. Однако, владея традиционными классическими методами ботанической науки, и с этим багажом решаем многие актуальные задачи. Есть что сказать систематикам низших организмов - сейчас здесь наблюдается настоящий взрыв. Если ранее ученые видели несколько видов, то теперь часто оказывается, что это форма существования одного
и того же организма. Теперь для нашей науки пришло самое интересное время. У нас есть партнеры, к примеру, в лице Института физико-органической химии, с которыми мы ведем исследования на наноуровне по некоторым растениям, пытаясь понять их поведение при введении в их структуру различных наночастиц. Наша совместная работа - новые нанопрепараты для растениеводства и ветеринарии, не уступающие по эффективности лучшим мировым аналогам. Внедрение нанотехнологий в АПК - серьезное и очень перспективное направление исследований во всем мире.
Считаем, что потребность в наших знаниях будет только возрастать. Есть немало задач, которые ботаники могут успешно решать. К примеру, вопросы оптимизации сети особо охраняемых территорий и сохранения генетического потенциала в них, создание национального банка генов дикорастущих и культурных растений. Свое слово мы сможем сказать при разработке концепции эффективного использования природно-ресурсного потенциала республики, организации мониторинга состояния природных экосистем, поиске новых источников лекарственных препаратов, пищевого и технического сырья, в вопросах экологизации сельхозпро-изводства и лесного хозяйства. Так что дальнейший прогресс в развитии многих направлений ботаники, даже вернее сказать в их комплексе, базирующийся на единой природной основе - растениях и растительном мире, неизбежен. СИ
Жанна КОМАРОВА, ИринаЕМЕЛЬЯНОВИЧ
