Группа группа биохимии и биотехнологии растений: история, результаты, перспективы
06 03 2026
Коллектив Группы биохимии и биотехнологии растений (слвва направо): Каботов Е.Э., Шелихан Л.А., Некрасов Э.В., Шумилова Л.П.
Самое молодое научное подразделение в Амурском филиале Ботанического сада-института ДВО РАН – Группы группа биохимии и биотехнологии растений. В конце 2025 г. руководитель группы к.б.н. Э.В. Некрасов подвел итоги десятилетней работы коллектива в статье «Десять лет группе биохимии и биотехнологии растений Амурского филиала Ботанического сада-института ДВО РАН», опубликованной в журнале «Бюллетень Ботанического сада ДВО РАН».
Новое научное направление в Амурском филиале Ботанического сада-института ДВО РАН начало развиваться с 2012 года старшим научным сотрудником к.б.н. Эдуардом Витальевичем Некрасовым. В это время Амурский филиал БСИ ДВО РАН еще не располагал необходимыми помещениями и оборудованием для проведения таких работ. В 2012 г. приобретали реактивы и регуляторы роста растений, базовое оборудование, выделили помещения. Дорогостоящее оборудование получили в рамках Программы развития материально-технической базы Дальневосточного отделения РАН. Окончательно для работы с культурами растений in vitro лаборатория была укомплектована к 2020 г., в те же сроки были подготовлены лабораторные помещения для биохимических исследований. Первые эксперименты были начаты в Лаборатории биогеохимии Института геологии и природопользования ДВО РАН (ИГиП ДВО РАН) по Соглашению между научными организациями.
Группа биохимии и биотехнологии растений была образована 31 июля 2015 г. приказом директора Амурского филиала БСИ ДВО РАН, в которую вошли к.б.н. Людмила Павловна Шумилова, выпускница БГПУ Людмила Александровна Шелихан и руководитель к.б.н. Э.В. Некрасов. В конце 2025 г. группа пополнилась выпускником аспирантуры БСИ ДВО РАН Евгением Эдуардовичем Каботовым.
В приказе об основании Группы биохимии и биотехнологии растений были сформированы основные направления научных исследований – сохранение генофонда редких и исчезающих видов растений in vitro; размножение хозяйственно ценных и лекарственных растений методами культуры клеток и тканей; физиологические и биохимические исследования особенностей дальневосточных видов растений; и перечислены прикладные аспекты – создание коллекции клеточных культур редких, исчезающих, декоративных, хозяйственно ценных и лекарственных растений; исследование ресурсного потенциала растений дальневосточной флоры; получение культур клеток и тканей растений-продуцентов биологически активных веществ.
За десять лет работы сотрудниками Группы создана коллекция растений в культуре in vitro, которая представлена 10 видами природной флоры, 11 сортами и культурными формами. Растения включают плодово-ягодные и декоративные деревья и кустарники (абрикос, слива, роза, голубика), растения местной флоры (водное растение бразения Шребера, рододендрон даурский), существенная часть представлена папоротниками (восемь видов). Семь видов растений занесены в Красные книги Российской Федерации, Амурской и Сахалинской областей.
Клональное микроразмножение растений направлено в первую очередь на массовое получение посадочного материала. Поскольку такой способ размножения является вегетативным, а полученные саженцы генетически идентичны маточным растениям, то он подходит для размножения и сохранения в культуре in vitro сортов и ценных форм. Именно этому посвящена большая часть работы группы. Первые попытки введения в культуру абрикоса маньчжурского были предприняты Э.В. Некрасовым в 2013 г., однако были безуспешны. Только с началом вегетационного периода 2014 г. была отработана методика введения в культуру in vitro и размножения микропобегов. Укоренение микропобегов и получение адаптированных саженцев оказались более сложной задачей, решение которой удалось найти в работе с другими представителями рода Prunus.
В 2016 г. Э.В. Некрасов использовал процедуру для введения в культуру in vitro сливы китайской Prunus salicina неустановленного сорта, и в 2017 г. в коллекцию in vitro были включены сливы трех сортов – ‘Благовещенский чернослив’, ‘Людмила’ и ‘Оранжевая ранняя’. Дальнейшее исследование было направлено на клональное микроразмножение сортов абрикосов селекции Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства в г. Хабаровске (ДальНИИСХ). В 2018 г. были собраны побеги сортов ‘Хабаровский’, ‘Титан’ и ‘Подарок БАМу’. Из всех эксплантов сорта ‘Титан’ (60 шт.), использованных в работе, только один стал родоначальником имеющейся в коллекции культуры этого сорта, которая по числу полученных побегов превзошла даже изначально более жизнеспособные экспланты сорта ‘Хабаровский’. Это была первая попытка клонального микроразмножения сортовых абрикосов дальневосточной селекции и получения из них корнесобственных растений. Пополнение коллекции растений in vitro новыми формами абрикоса продолжается, в 2025 г. старший научный сотрудник БСИ ДВО РАН к.б.н. М. Н. Колдаева передала черенки имеющихся у неё форм абрикоса, из них две формы были успешно введены в культуру in vitro. Из семейства Rosaceae, кроме абрикоса и сливы, в коллекции in vitro АФ БСИ есть микрорастения розы, полученные из коммерческих срезанных цветов еще в первые годы существования группы.
Использование метода клонального микроразмножения для сохранения редких и исчезающих растений ограничено возможностью сохранения их биоразнообразия. Поскольку этот метод предполагает генетическую идентичность маточного растения и полученных от него потомков, он уступает семенному размножению, при котором генетическое разнообразие выше за счет перекрестного опыления. Однако не для всех видов возможно долгосрочное хранение семян, а также получение самих семян. К таким видам относится редкое для Амурской области водное растение бразения Шребера (Brasenia schreberi). Для прорастания семена требуют скарификации, а в условиях Амурской области семена могут не вызревать. В конце июля 2014 г. был собран растительный материал из озера в Ивановском районе, включая вегетативные части и зачаточные семена, и предпринята попытка введения в культуру in vitro. Зачаточные семена не проявили какой-либо способности к росту, рост листообразных выростов наблюдали только у одного экспланта из вегетативных органов, тогда как большинство эксплантов были инфицированы. Этот образец оставался живым еще несколько лет, однако получить из него жизнеспособную культуру не удалось. В сентябре 2015 г. растения были собраны повторно, в достаточном количестве для эксперимента. На этот раз были испытаны разные способы поверхностной стерилизации, варианты питательной среды и регуляторов роста. Потребовалось еще почти три года подбора питательных сред, прежде чем удалось достичь размножения бразении в культуре in vitro. Приобретенный опыт позволил позже аспирантке БСИ ДВО РАН А. С. Пьяновой без существенных трудностей размножить в условиях in vitro бразению из Приморской популяции.
Растения in vitro: слива, размножение побегов (A); слива, укоренение побегов (B); абрикос (C); роза ‘Pink Floyd’ (D), Brasenia schreberi (E).
Больших успехов в сохранении редких и исчезающих видов растений достигла Л. А. Шелихан в работе с папоротниками в культуре in vitro. В первых экспериментах по введению в культуру in vitro использовали выводковые почки редкого папоротника Polystichum craspedosorum. Однако такие экспланты оказались либо инфицированы, либо нежизнеспособны. Поэтому, получив в качестве самостоятельного научного исследования размножение папоротников в условиях in vitro, Л. А. Шелихан использовала споры. Первый папоротник, на котором Людмила Александровна отрабатывала технические вопросы, был страусник обыкновенный (Matteuccia struthiopteris ). Её первая публикация как раз показывает сложность выбора стерилизующего агента в работе со спорами, чтобы найти баланс между эффективностью поверхностной стерилизации и жизнеспособностью спор. Следующим видом был вновь P. craspedosorum, работа с которым подтвердила преимущества стерилизующего агента, ранее показавшего хорошую эффективность для спор страусника.
Большим достижением в размножении папоротников стало получение Л. А. Шелихан зеленых глобулярных тел из спорофитов. Зеленые глобулярные тела представляют собой особые структуры с высокой пролиферативной активностью, которые образуются из вегетативных частей спорофита папоротника в культуре in vitro и которые способны образовывать новые глобулярные тела или дают начало новому растению. Единожды получив спорофит из гаметофитов, теперь стало возможным массово размножать редкие папоротники посредством зеленых глобулярных тел. В настоящее время Л. А. Шелихан обучается в аспирантуре БСИ ДВО РАН по специальности «Ботаника» и работает над диссертацией, посвященной размножению и сохранению папоротников в культуре in vitro (научный руководитель Э. В. Некрасов).
Культуры растений in vitro очень удобны для обмена растительным материалом. В 2024 г. коллекция пополнилась микрорастением голубики Vaccinium corymbosum сорта `Денис Блю`, подаренный представителем Питомника Черновых (Республика Беларусь). В свою очередь, в 2025 г. культуры абрикосов переданы М. Н. Колдаевой в коллекцию in vitro БСИ ДВО РАН и получены оттуда культуры хищных растений семейства Droseraceae.
Наконец, культура рододендрона даурского Rhododendron dauricum L. f. rosea стала результатом производственной практики студентки ДальГАУ Д. Н. Макеровой под руководством Э.В. Некрасова. Работа с двумя представителями семейства Ericaceae (V. corymbosum и Rh. dauricum) была начата в один год и дала возможность тестировать различные питательные среды и регуляторы роста одновременно.
Получение культур in vitro для некоторых видов или форм растений становится редким событием, тем ценнее полученные из них культуры тканей.
Растения in vitro: Vaccinium corymbosum `Денис Блю` (A); Rhododendron dauricum (B); Matteuccia struthiopteris (C); коллекция папоротников (D).
Наиболее критичным этапом при работе с микрорастениями, полученными в культуре ткани, является их адаптация к естественным условиям . В завершение работы необходимо также проверить жизнеспособность клонированных растений в полевых условиях. В настоящее время, в открытом грунте Амурского филиала произрастают все клонированные растения семейства Rosaceae (P. mandshurica, четыре сорта слив, два сорта абрикоса, роза ‘Pink Floyd’) и четыре вида папоротников (M. struthiopteris, P. craspedosorum, A. kuhnii, A. inсisum). Первое плодоношение клонированных слив наблюдали на третий год после посадки, но оно было неравномерным среди саженцев.
Массовую высадку клонированных растений розы в открытый грунт выполнили через полтора года после введения в культуру in vitro и, несмотря на свои небольшие размеры, они уже цвели в первый сезон.
Были предприняты две попытки высадки акклиматизированных растений бразении в природные водоемы – в 2019 и 2022 гг. Однако последующие проверки не выявили растений в местах посадок.
В 2022 г. были высажены растения P. craspedosorum на территории памятника природы «Михайловские столбы» Благовещенского района. В том же году памятник получил статус особо охраняемой природной территории регионального значения, что дает надежду на появление новой популяции этого редкого растения в Амурской области.
Растения, полученные in vitro, в открытом грунте или перед высадкой: роза ‘Pink Floyd’, сентябрь 2024 г. (A); B. schreberi перед высадкой в водоем, июнь 2022 г. (B); Matteuccia struthiopteris, июнь 2022 г. (C); Asplenium incisum на скале в Амурском филиале БСИ ДВО РАН, 2025 г. (D); цветение слив посадки 2021 г., май 2025 г. (E); плодоношение сливы ‘Благовещенский чернослив’ посадки 2021 г., август 2025 г. (F); цветение Prunus mandshurica посадки 2016 г., май 2024 г. (G). Урожай слив 2025 г. (H); дегустация слив в августе 2025 г. (I).
Биохимические исследования растений
В 2018 г. в рамках Комплексной программы фундаментальных исследований Дальневосточного отделения РАН «Дальний Восток» был поддержан проект Э.В. Некрасова «Глицеролипиды споровых сосудистых растений как носители ценных длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот: поиск, характеристика, биологическая активность» (совместно с ННЦМБ ДВО РАН и ДНЦ ФПД). Споровые растения, в частности папоротники и хвощи, давно известны как продуценты длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот, которые играют важную роль в метаболизме человека: омега-6 арахидоновая кислота является предшественником многих эйкозаноидов, синтезируемых в организме и регулирующих различные физиологические функции, в первую очередь, воспалительные процессы, а жирные кислоты семейства омега-3, в частности, эйкозапентаеновая и докозагексаеновая важны для функционирования нервной системы. И если папоротники содержат арахидоновую и эйкозапентаеновую кислоты, то в хвощах эти кислоты отсутствуют, зато присутствуют их аналоги – сциадоновая и юнипероновая кислоты. В ходе анализа листьев папоротников из разных семейств показали, что наблюдаемые изменения состава жирных кислот сильно зависят от фазы развития листа папоротника, а именно наличия сорусов со спорами. Однако главным достижением стало обнаружение в листьях папоротников тех самых сциадоновой и юнипероновой кислот, присущих хвощам. Кроме того, в рамках проекта были исследованы особенности распределения жирных кислот по фракциям липидов в гаметофитах и спорофитах страусника обыкновенного и в побегах хвоща полевого, биологическая активность фракций липидов из хвоща и папоротника испытана в отношении мононуклеарных клеток человека, дана оценка дальневосточным съедобным папоротникам как источников длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот.
И немного микробиологии…
Работа Л.П. Шумиловой не ограничилась технической помощью в составе группы, наличие специалиста по микроскопическим грибам в команде дало возможность развивать микробиологическое направление. Исследование растительного микробиома началось еще в 2013 г., и первым объектом стал маньчжурский абрикос. С началом введения в культуру in vitro абрикоса столкнулись с высокой степенью инфицированности эксплантов микроскопическими грибами. Микробиологические исследования в течение 2013–2015 гг. позволили выделить штаммы микроскопических грибов, характерных для побегов маньчжурского абрикоса . Таксономическую принадлежность большинства штаммов Людмила Павловна определила самостоятельно, однако потребовалось еще несколько лет, прежде чем удалось идентифицировать большую группу штаммов фомоидных грибов. В этом помогли коллеги д.б.н. А. В. Александрова из Московского государственного университета (г. Москва) и к.б.н. М. М. Гомжина из Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений (ВИЗР, г. Санкт-Петербург). Особенно ценным был вклад М. М. Гомжиной, которая провела детальный молекулярно-генетический анализ 15 штаммов фомоидных грибов. Некоторые из этих штаммов были использованы для тестирования их патогенности в отношении абрикоса. Фомоидные грибы рода Diaporthe стали темой диссертационной работы аспиранта БСИ ДВО РАН Е. Э. Каботова. Микробиологическое исследование с его участием позволило установить возбудителя увядания клонированных саженцев слив в ходе их акклиматизации в лабораторных условиях. Коллекция микромицетов, выделенных из растительного материала, хранится на базе лаборатории биогеохимии ИГиП ДВО РАН, некоторые штаммы пополнили коллекцию ВИЗР.
Несмотря на малый численный состав (2,5 штатные единицы), группой биохимии и биотехнологии растений Амурского филиала ДВО РАН проделана значительная научная работа за десять лет своего существования. Главным достижением стало создание коллекции растений in vitro и необходимой для её поддержания и развития собственной материально-технической базы. Коллекция in vitro включает 10 видов природной флоры, 11 сортов и культурных форм. Из них 12 таксонов высажены в открытый грунт. На базе лаборатории биогеохимии ИГиП ДВО РАН сохраняются штаммы 8 видов микромицетов, выделенные с побегов абрикоса. «Широкий фронт» научных исследований замедляет темп их реализации, однако позволяет выявить новые интересные направления, способные стать перспективными в будущем. Как и достигнутые уже результаты, дальнейший прогресс группы возможен только в кооперации с коллегами из других научных учреждений и направлений. В настоящее время наиболее тесные научные контакты сложились с Институтом геологии и природопользования ДВО РАН, Национальным научным центром морской биологии им. А. В. Жирмунского ДВО РАН и Всероссийским научно-исследовательским институтом защиты растений. Научный потенциал группы развивается в том числе за счет обучения в аспирантуре.