Научная деятельность ЦСБС СО РАН

Основные направления научной деятельности
  • изучение биоразнообразия растительного мира Сибири, его структурно-динамической организации; разработка концепции сохранения биоразнообразия на различных уровнях организации;
  • сохранение и обогащение генофонда природной флоры методами акклиматизации, интродукции и селекции растений; рациональное использование растительных ресурсов.

Направления деятельности соответствуют разделу VI (Биологические науки) Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (ПФНИ ГАН) на 2021 — 2025 годы. Институт выполняет работы по направлению VI.52. Биологическое разнообразие.
Проекты
    Согласно государственному заданию на 2021 год, в Институте выполняется 4 «базовых» темы:

    Теоретические и прикладные аспекты изучения генофондов природных популяций растений и сохранения растительного разнообразия вне типичной среды обитания (ex situ)
    АААА-А21-121011290027-6
    Руководитель: И.Ю. Коропачинский, д.б.н., акад. РАН., советник РАН, научный руководитель Института
    Исполнители: лаборатория дендрологии, лаборатория интродукции пищевых растений, отдел научно-образовательных программ
    Описание: В основу работ по сохранению биологического многообразия должны быть положены исследования биологии видов в природе и в культуре, без которых невозможно решение вопросов систематики и таксономии видов, выработки научно-обоснованного подхода к отбору форм для интродукции и селекции и использовании их в народном хозяйстве. Целью проекта является – получение новых фундаментальных знаний о популяционной структуре и динамике видов пищевых, лекарственных и декоративных растений in situ, анализ адаптационных особенностей видов в условиях ex situ, сохранение уникального природного генофонда.

    Анализ биоразнообразия, сохранение и восстановление редких и ресурсных видов растений с использованием экспериментальных методов
    АААА-А21-121011290025-2
    Руководитель: О.В. Дорогина, д.б.н., проф., г.н.с., заведующий лабораторией интродукции редких и исчезающих растений
    Исполнители: лаборатория интродукции редких и исчезающих видов растений, лаборатория фитохимии, лаборатория биотехнологии, лаборатория интродукции декоративных растений, Алтайский филиал ЦСБС СО РАН «Горно-Алтайский ботанический сад»
    Описание: Цель работы – провести комплексную оценку состояния природных и интродукционных популяций редких, исчезающих, эндемичных и ресурсных видов по морфологическим, биохимическим и молекулярно-генетическим признакам; выявить основные причины редкости и пути их сохранения и восстановления; оценить устойчивость и продуктивность ресурсных видов растений с использованием морфолого-анатомических и цитоэмбриологических методов; разработать и оптимизировать системы клонального микроразмножения редких, эндемичных и полезных растений и биотехнологии получения биологически активных веществ, обладающих лекарственными свойствами; оценить перспективы рационального использования природных и интродукционных популяций ресурсных видов сибирского региона в качестве источников сырья для создания лекарственных препаратов противовирусного и антибактериального действия и биологически ценных пищевых добавок.

    Биологическое разнообразие криптогамных организмов и сосудистых растений Северной Азии и сопредельных территорий, их эколого-географическая характеристика и мониторинг
    АААА-А21-121011290024-5
    Руководитель: Ю.В. Науменко, д.б.н., в.н.с., зам. директора по научной работе
    Исполнители: лаборатория микологии, альгологии и лихенологии, лаборатория систематики сосудистых растений, лаборатория Гербарий
    Описание: Проект направлен на выявление таксономического разнообразия, хорологических особенностей и экологических закономерностей криптогамных организмов и сосудистых растений Северной Азии и сопредельных территорий, решение проблем систематики, филогении и эволюции полиморфных таксонов, сохранение флористического разнообразия и изучение динамических процессов, изучение филогеографии и мониторинг влияния биотических, абиотических, в том числе климатических, факторов на диверсификацию таксонов различного уровня и состояние их ареалов.

    Растительность Северной Азии: разнообразие, экологические и географические закономерности формирования, функционирование популяций
    АААА-А21-121011290026-9
    Руководитель: Е.Г. Зибзеев, к.б.н., доц., с.н.с., заведующий лабораторией экологии и геоботаники
    Исполнители: лаборатория экологии и геоботаники, лаборатория популяционной биологии и биоморфологии, лаборатория географии и экологии биоразнообразия
    Описание: Проект направлен на решение фундаментальной проблемы – выявление ценотического разнообразия, эколого-географических закономерностей формирования и пространственной организации растительного покрова, а также изучение функционирования природных популяций растений Северной Азии. Исследования тесно связаны с поддержанной Президиумом академии наук РФ программой «Классификация Растительности России». Особую роль в понимании современного состояния и динамики развития популяций играет познание механизмов существования видов в растительных сообществах в экологическом градиенте под влиянием антропогенного фактора. Растения различных жизненных форм могут выступать модельными объектами в изучении функционирования популяций видов в широких природно-климатических и эколого-ценотических условиях.

    Основные результаты научной деятельности за последние 3 года
    2020 год
    Выявлены структурные особенности одного из типов термокарстовых котловин, развивающихся на ледовом комплексе в дельте р. Лены в подзоне типичных тундр.
    В работе использовано сочетание методов ГИС-анализа аэрофотоснимков и цифровой модели рельефа, полученных посредством съемки местности беспилотным летательным аппаратом с данными наземного обследования. Дно котловины представлено полем байджарахов, сформировавшихся при деградации ледовых жил.
    Сведения об опубликовании: Lashchinskiy N. N., Kartoziia A. A., Faguet A. N. Permafrost Degradation as a Supporting Factor for the Biodiversity of Tundra Ecosystems // Contemporary Problems of Ecology. 2020. Vol. 13, No. 4. P. 401–411. DOI: 10.1134/S1995425520040071
    Выявлены закономерности филогеографии рода Mahonia (Berberidaceae) в мировом масштабе на основании комплексных исследований генетического и морфологического разнообразия популяций, взаимосвязи с различными экологическими факторами среды и взаимодействия с компонентами природных сообществ.
    Сведения об опубликовании: Chen X.-H., Xiang K.-L., Lian L., Peng H.-W., Erst A.S., Xiang X.-G., Chen Z.-D., Wang W. Biogeographic diversification of Mahonia (Berberidaceae): Implications for the origin and evolution of East Asian subtropical evergreen broadleaved forests // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2020. Vol. 151. Article number 106910. DOI: 10.1016/j.ympev.2020.106910. IF–4.383, Q1
    2019 год
    Впервые установлена роль спящих почек в жизни травянистых растений.
    - Побеги, образующиеся из спящих почек, имеют длинные подземные части. Часть таких побегов становятся укореняющимися корневищами.
    - Формирование корневища сопровождается периферийным разрастанием особи и образованием центров закрепления. В результате этого происходит трансформация биоморфы и усложнение онтогенеза.
    - Пробуждение спящих почек является неотъемлемой частью биологии большинства травянистых биоморф, отражающее механизм морфологической адаптации видов.
    - Функционирование спящих почек и развитие их в конструкционные элементы можно рассматривать как ароморфоз в соматической эволюции жизненных форм травянистых растений, приводящий к усилению побегообразования и возникновению переходных и новых биоморф.

    Сведения об опубликовании: A.Yu. Astashenkov, V.A. Cheryomushkina. The Role of Dormant Buds in Transformation of Herbaceous Biomorphs (by the Example of Nepeta L. sect. Spicatae (Benth.) Pojark.) // Biology Bulletin. 2019. Vol. 46. № 6. P. 562–569.
    Впервые для флоры Сибири выполнен эколого-географический анализ наиболее редких эндемичных видов сосудистых растений.
    Эти виды представляют собой наименее изученную часть генофонда сибирской флоры, которая требует особого режима охраны, как в природе, так и в условиях ботанических садов. Получены оригинальные научные результаты, подтверждающие узкую экологическую нишу редких эндемичных видов сосудистых растений Сибири и их высокую чувствительность к колебаниям климата, которые наиболее контрастно проявляются в лесостепном экотоне горных территорий Южной Сибири.
    Установлено, что уровень государственной охраны изученных видов недопустимо низкий, поскольку ни один из них не внесен в Красную книгу Российской Федерации. Разработанные рекомендации должны стать основанием для рассмотрения вопросов по внесению исследованных эндемичных видов сосудистых растений Сибири в списки редких и исчезающих растений Российской Федерации.

    Сведения об опубликовании: Baikov K.S., Baikova E.V., Banaev, E.V. Ecological and geographical analysis of endemic vascular plants in Siberia and problems of their conservation ex situ // Contemporary Problems of Ecology. 2019. Vol.12, Iss. 5. P. 418–433. DOI: 10.1134/S1995425519050032
    2018 год
    Впервые определены числа хромосом в казахстанских и таджикистанских популяциях трех видов галофитного рода Nitraria: N. komarovii Iljin & Lava, N. schoberi L., N.sibirica Pall.
    Установлено, что N. sibirica является диплоидом, N. komarovii – тетраплоидом, для этих видов характерны числа хромосом 2n=24 и 2n=48, соответственно.
    У N. schoberi не установлено определенного числа хромосом, наиболее часто встречающееся – 2n=48. Также обнаружены клетки с 2n= 56, 60, 72 и 76, что подтверждает наличие в этом роде явления миксоплоидии, выявленного нами ранее в сибирских популяциях N. schoberi и N. sibirica (Муратова, Горячкина, Банаев, 2013).
    Вероятно, виды рода Nitraria являются палеополиплоидами, а соотношение клеток с разным уровнем плоидности – один из факторов адаптации растений к экстремальным засоленным местообитаниям.

    Сведения об опубликовании: Banaev E. V., Tomoshevich M. A., Ak-Lama T. A. Nitrariaceae / Marhold K. & Breitwieser I. IAPT / IOPB chromosome date 27 // Taxon, 67 (5), 2018 - P. 1042, E2. (Q 1).
    На основе датированной филогении рода Coptis, проведенной с использованием оптимальной хронометражной модели, сделаны выводы об изменении ареалов и исторических закономерностях распределения этого рода и сегрегатных таксонов в Восточной Азии и Северной Америке.
    Установлено, что разделение родов Coptis и Xanthorhiza произошло в среднем Миоцене (около 15,47 млн. лет), а изменение ареала Coptis началось в начале позднего Миоцена (около 9,55 млн. лет). События фрагментации позднего Миоцена привели к восточно-азиатской и западно-северо-американской дизъюнкции. В Восточной Азии расселение от материковой Азии до Японии и от Японии до Тайваня произошли около 4,85 и 1,34 млн. лет, соответственно. Исследования показали что современное распределение и эндемизм рода Coptis являются результатами эвстатического изменения уровня океана, процессов горообразования, уменьшения влажности и охлаждения климата со среднего Миоцена.

    Сведения об опубликовании: Xiang K.-L., Erst A.S., Xiang Х.-G., Jabbour F., Wang W. Biogeography of Coptis Salisb. (Ranunculales, Ranunculaceae, Coptidoideae), an Eastern Asian and North American genus // BMC Evolutionary Biology. 2018. V. 18: 74.
    Важнейшие результаты
    Завершены комплексные крупномасштабные исследования по выявлению таксономического разнообразия флоры Азиатской России. Фундаментальная 14-томная коллективная сводка по систематике и хорологии сосудистых растений Сибири «Флора Сибири» издана на русском и английском языках. Опубликован Конспект флоры Азиатской России: Сосудистые растения» (2012). Установлено, что на территории, составляющей 75 % территории России, представлено 6692 вида сосудистых растений из 1187 родов и 191 семейства. Уточнены сведения по их номенклатуре, распространению и экологической приуроченности. Полученные результаты необходимы для разработки научно обоснованной стратегии охраны и рационального использования растительных ресурсов восточных регионов России.
    На основе полевых исследований, дешифрирования космических снимков и использования современных ГИС-технологий проведены работы по оценке современного состояния растительного покрова на территории юго-западной и средней Сибири. Созданы карты, являющиеся основой для текущего и долгосрочного мониторинга, оценки ресурсного потенциала растительного мира основных нефтегазодобывающих и промышленно освоенных северных регионов России, разработки научно обоснованных схем рационального природопользования, систем особо охраняемых территорий и объектов.
    Разработана концепция сохранения растительных сообществ и редких видов растений Сибири. Изданы «Красные книги растений» отдельных регионов Сибири: Республики Алтай, Республики Тыва, Республики Хакасия, Новосибирской и Кемеровской областей. Усовершенствованы методы сохранения генофонда растений природной флоры в ботанических садах. Разработаны рекомендации по реставрации популяций редкого вида Hedysarum theinum, внесенного в Красную книгу Республики Алтай, в пределах естественного ареала.
    Разработаны протоколы клонального микроразмножения редких и хозяйственно ценных видов и форм растений. Впервые получены стабильно растущие в культуре in vitro генетически трансформированные «бородатые» корни («hairy roots») лекарственных растений обладающих иммуностимулирующими, антиоксидантными, кардиотоническими, гепатопротекторными, противодиабетическими и противовирусными свойствами. Способы клонального микроразмножения растений и противовирусные средства, полученные на их основе, защищены патентами РФ.
    Разработаны технологические приемы и ассортимент растений для ландшафтного строительства и озеленения городов и населенных пунктов Сибири, рекультивации нарушенных земель, внутреннего озеленения помещений различного назначения. Разработаны способы озеленения помещений детских дошкольных учреждений фитонцидными растениями, позволяющие снизить частоту и длительность и острых респираторных заболеваний детей в зимне-весенний период.
    На основе комплексных монографических исследований крупных полиморфных таксонов сосудистых растений – родов Euphorbia, Polygonum, Salvia, Ranunculus, Suaeda, Primula, Myosotis и др. установлены закономерности их структурной адаптации, морфологической эволюции и филогении.
    Исследовано разнообразие лихенобиоты Горного Алтая, составившее 1711 видов из 310 и 94 семейств. Выявлен высокий уровень богатства лихенофлоры этой территории, превышающий разнообразие лишайников Хакасии, Тувы, Монголии и позволяющий считать ее эталонной, репрезентативной для Алтае-Саянской горной области.
    Созданы уникальные научные коллекции, являющиеся национальным достоянием России: Гербарий высших сосудистых растений, лишайников и грибов (более 800000 образцов) и коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте (генофонды более 11000 видов, сортов, садовых форм и гибридов). Наряду с представителями местной флоры, значительное место в коллекциях занимают виды и сорта, перспективные для введения в культуру в условиях Сибири. Оцифрованные изображения типовых гербарных образцов размещены в международной базе «Virtual Herbaria» в сети Интернет.
    Проведен скрининг 68 видов растений сибирской флоры на активность против вируса гриппа человека А/Aichi/2/68 (H3N2) и вируса гриппа птиц A/chicken/Kurgan/05/2005(H5N1). Установлена высокая противовирусная активность 15 видов из семейств Rosaceae, Leguminosae и Lamiaceae. Их экстракты рекомендованы для более углубленного изучения в качестве базовых для создания фитопрепаратов противовирусного действия. Разработки защищены патентами РФ.
    На основе многолетних исследований древесных растений на территории Сибири обобщены результаты введения их в культуру и создания искусственных насаждений различного функционального назначения. Проведен мониторинг и дана комплексная оценка повреждений древесных растений патогенными организмами. Выявлен состав патогенных микромицетов, паразитирующих на листьях древесных растений в Сибири.
    Созданы новые, устойчивые в Сибири и урожайные сорта томатов, перца, баклажана, черемухи, лекарственных и пряно-ароматических растений, а также новых для Сибири овощных культур, обладающих ценными свойствами – вигны, кивано, момордики, бенинказы. Селекционные достижения защищены патентами РФ.