БИОХИМИЯ

Исследования по биохимии растений в ФГБНУ ВСТИСП начаты в 70-х годах XX века и направлены на расшифровку заблокированных элементов в механизме регулирования инициирования процессов опадения плодов, ягод и листьев садовых растений; изучение механизмов инициации корнеобразования у растений; изучение липидного комплекса (Омега-3 и Омега-6) и флавоноидов плодов и ягод как источников физиологически активных веществ; выявление молекулярно-биохимических маркеров отбора перспективных генотипов полевых и овощных культур; выявление морфологических и физиолого-биохимических механизмов устойчивости плодовых культур к сресс-фаторам внешней среды.

Признанные достижения в области биохимии: технологии применения физиологически активных веществ (ФАВ) для повышения урожая плодовых и ягодных культур и улучшения качества продукции; для контроля за морфогенезом почек; для регулирования опадения плодов и листьев; для улучшения структуры кроны и корневой системы; для ускорения в пору плодоношения. Хемотаксономические исследования и фенольные карты 48 видов Ribes, Fragaria, Cerasus, Prunus и Padus. Впервые в стране препаративно выделена из растений абсцизовая кислота; расшифрованы заблокированные элементы в механизме регулирования инициирования опадения плодов и листьев на примере некоторых плодовых и ягодных культур. Показана роль Омега-7 и Омега-6 (полиненасыщенные жирные кислоты) комплексов в жизнедеятельности растительных организмов для выделения в качестве ФАВ в функциональных продуктах питания, фитопрепаратах и косметической продукции. Всего получено свыше 30 разработок.

В настоящее время проводится активная работа по анализу качественного и колличественного состава биологически активных веществ в растениях (витамины, спектр органических кислот, флавоноиды, антоцианы и др.) в связи с различными условиями выращивания растений, хранения и переработки плодов.

Научные исследования в области фитопатологии и энтомологии в ФГБНУ ВСТИСП ведутся с 1930 г. У истоков этого направления стоял Савздарг Эдуард Эдуардович, основные научные работы которого были посвящены изучению биологии и экологии наиболее опасных вредителей плодовых и ягодных культур, разработке и внедрению интегрированной системы защиты этих культур.

Большой вклад в развитие защиты растений в садоводстве внес Эдгар Михайлович Дроздовский, исследования которого связаны с систематикой, биологией и физиологией вредителей и болезней плодовых и ягодных культур, с разработкой рекомендаций по борьбе с ними.

Известный учёный в области защиты растений - Олег Зусьевич Метлицкий, Заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук внёс значительный вклад в развитие различных научных исследований и создал свои школы по направлениям нематологии, микологии, энтомологии и вирусологии, а также фитосанитарии в питомниководстве. В настоящее время его ученики продолжают исследования по защите растений: Головиным С.Е. (доктор сельскохозяйственных наук — в области фитопатологии), Зейналовым А.С. (доктор биологических наук — в области энтомологии).

Основными направлениями исследований являются: выявление видового состава вредных организмов; изучение или уточнение их биологических особенностей; разработка эффективных методов их диагностики; работка экологически безопасных и экономически обоснованных технологий защиты насаждений плодовых и ягодных культур от опасных вредителей и болезней, с использованием элементов автоматизированного прогноза, применения биостимуляторов для повышения эффективности и снижения числа химических обработок.

Наиболее значимые для науки разработки: концепция прогнозирования изменения популяций важнейших вредителей, патогенов и их естественных врагов в садах плодовых культур; концепция биологического загрязнения в садовых агроценозах; концепция интегрированного управления вредными и полезными организмами в агробиоценозах ягодных культур; концепция изменения патогенеза почвенных микромицетов на плодовых и ягодных растениях в условиях агроценозов.

Разработанные «Ресурсосберегающие экологически обоснованные системы оздоровления и защиты ягодных культур от вредных организмов», признаны «Лучшей завершённой научной разработкой 2013 года» по Отделению Растениеводства в конкурсе Российской академии сельскохозяйственных наук.

По специальности «Защита растений» подготовлено 43 кандидата наук и 7 докторов наук, опубликовано около 1000 научных статей, 18 книг и монографий, 20 методических указаний, получено 15 патентов и авторских свидетельств на изобретения.

Всего разработано более 30 систем защиты садовых культур и методических указаний по учету и диагностике вредных организмов, несколько оригинальных методов диагностики трудно распознаваемых почвенных микромицетов, детально изучен видовой состав членистоногих на смородине и землянике, выявлены более 50 видов вредителей, ранее не отмеченных в условиях Нечернозёмной зоны РФ, а также главнейшие паразиты и хищники фитофагов. За последние 5 лет разработано 5 экологизированных систем защиты от вредных организмов для садов, ягодников и питомников.

Исследования по вирусологии в институте ведутся с 1962 г. Доктором с.-х. наук Ю.И. Помазковым в 60-70-е годы ХХ века изучены вирусные болезни плодовых и ягодных культур, включая вопросы распространенности, диагностики на растениях-индикаторах и оздоровления методом суховоздушной терапии. Позднее в 90-е и 2000-е годы к.с.-х. н. Ю.Н. Приходько с сотрудниками и аспирантами проведены обследования садовых культур в 15 областях европейской части России, внедрен в практику вирусологии метод ИФА, отработаны вопросы оздоровления с применением хемотерапии in vitro.

Направления современных исследований, которые проводят в настоящее время д.с.-х.н. М.Т. Упадышев, к.б.н. К.В. Метлицкая, к.с.-х.н. А.Д. Петрова, связаны с широкомасштабным мониторингом вирусов плодовых, ягодных и декоративных культур в Европейской части России с целью изучения распространенности и вредоносности вирусов, а также разработки теоретических основ механизмов развития вирусных эпифитотий и обоснования необходимости борьбы с ними в свете решения проблемы продовольственной безопасности Российской Федерации; разработкой инновационных методов диагностики вирусов, включая полимеразную цепную реакцию (ОТ-ПЦР и ОТ-ПЦР в реальном времени); совершенствованием на основе концепции оздоровления технологии получения свободных от вредоносных вирусов растений с применением биотехнологических и вирусологических методов.

Ежегодно осуществляется мониторинг насаждений на наличие 15 основных вирусов с тестированием от 3 до 5 тысяч образцов.

Наиболее значимыми для науки и практики за последние годы являются следующие разработки: технология оздоровления садовых культур от вирусов с применением метода хемотерапии и магнитотерапии in vitro (2009 г.); технология диагностики латентных вирусов, позволяющая повысить эффективность выделения безвирусных клонов яблони на 25-30 % (2010 г.); технология экспресс- диагностики карантинного вируса шарки сливы, позволяющая достичь 50-70 % экономии материальных ресурсов (2011 г.); научно обоснованная концепция оздоровления растений от вирусов (2011 г.); технология диагностики вирусов с использованием методов ИФА и ПЦР при сокращении себестоимости тестирования на 50-80 % (2012 г.); улучшенная технология оздоровления плодовых культур от вирусов с использованием новейших достижений биотехнологии и вирусологии, повышающая эффективность оздоровления на 20-25 % (2013 г.); улучшенная технология оздоровления растений рода Rubus от вредоносных вирусов с использованием современных достижений биотехнологии и вирусологии (2014 г.)

Сотрудниками лаборатории опубликовано 5 книг, 17 методических рекомендаций, более 500 научных статей, получено 25 патентов РФ. Подготовлено 14 кандидатов наук и 2 доктора наук.

Всего более 30 технологий диагностики вирусных болезней и оздоровления от них садовых растений, в том числе за последние 5 лет – 5 усовершенствованных технологий.

Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства – признанный лидер в области биотехнологии садовых растений. Работа по культуре изолированных тканей и органов была начата в институте в 60-е годы ХХ века. Направление возглавил Попов Юрий Георгиевич, проработавший в институте до 1976 г. Основные направления исследований были связаны с использованием культуры изолированных апексов для оздоровления и размножения ягодных и плодовых растений.

Сотрудники института внесли ряд значительных усовершенствований в существующие тогда методы культуры изолированных тканей и органов. В.И. Деменко работал над вопросами совершенствования составов питательных сред для культуры апексов и пыльников земляники и плодовых культур. О.Н. Самсонова занималась проблемой длительного содержания культур in vitro и усовершенствовала методы хранения коллекции земляники в стерильных условиях.

В качестве самостоятельного научного подразделения лаборатория биотехнологии была выделена в 1992 г., а в 2004 г. на ее базе был сформирован отдел биотехнологии, который возглавил доктор с.-х. наук, Лауреат Премии правительства РФ 2013 г. в области науки и техники, профессор В.А. Высоцкий, занимающийся с 1973 г. вопросами применения биотехнологических приемов в садоводстве с целью оздоровления, размножения и селекции. За сорокалетний период работы исследования проводили с большинством видов растений, используемых в садоводстве, включая цветочно-декоративные культуры, представляющие почти 20 ботанических семейств.

В результате были разработаны методы оздоровления и клонального микроразмножения практически для всех ягодных и плодовых, а также для многих видов декоративных растений. Усовершенствованы приемы укоренения, адаптации к нестерильным условиям, предложены способы аппликации препаратов из группы элиситоров на всех этапах культивирования и при пересадке в почву. Отработаны режимы длительного депонирования растительного материала in vitro. Высокий уровень и новизна разработок подтверждены более чем 30 патентами и авторскими свидетельствами на составы питательных сред, способы размножения, включая микропрививку, индукцию корнеобразования, адаптацию к нестерильным условиям и возможность контролировать сроки цветения растений земляники с помощью специальных обработок материала in vitro.

Сотрудниками отдела и аспирантами выпущены методические указания по клональному микроразмножению и технологии производства оздоровленного посадочного материала для ряда плодовых, ягодных и декоративных культур (земляника, малина, черная и красная смородина, подвои и сорта косточковых культур, подвои и сорта яблони и др.), использованию молекулярно- генетических маркеров для идентификации генотипов косточковых растений (вишня, слива, черешня, алыча и их гибриды).

Разработаны способы получения гибридных сеянцев из зародышей, изолированных на ранних фазах развития, и из изолированных семядолей, что повысило выход жизнеспособных гибридов при отдаленных скрещиваниях. В частности, среди большого количества различных скрещиваний между алычой гибридной и сливой в семье от скрещивания Кубанская комета х Нарач было отобрано два гибридных сеянца, характеризующихся повышенной устойчивостью к зимним повреждениям и хорошим качеством плодов. В настоящее время эти сеянцы зарегистрированы как сорта Величавая и Тулица, и на них получены патенты на селекционные достижения РФ. Их гибридная природа была подтверждена молекулярно-генетическим анализом.

Проведена оценка стабильности основных хозяйственно ценных признаков у перспективных и включенных в Госреестр сортов земляники различных групп после 15-летнего хранения в условиях in vitro. Созданы системы получения растений-регенерантов земляники в культуре изолированных пыльников малины, земляники и косточковых культур – из листовых эксплантов. Изучается возможность контроля экспрессии генов, отвечающих за продуктивность растений с помощью специальных обработок на этапе культивирования in vitro.

Начаты исследования по идентификации генотипов семечковых и других культур с помощью ПЦР-анализа. Продолжается работа по созданию коллекций микрорастений и отдельных их органов in vitro, проходят испытания экономичные экспериментальные источники освещения, в том числе и светодиоды с монохроматическим излучением.

По вопросам использования биотехнологических методов в садоводстве и цветоводстве аспирантами и соискателями защищено более 20 диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

В 2013 г. отдел биотехнологии был объединен с отделом защиты растений. На базе отдела по вопросам биотехнологии прошли стажировку более 30 сотрудников из различных институтов и опытных станций. Отдел эффективно сотрудничает в проведении научных исследований с другими институтами: ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии, ИФР имени К.А. Тимирязева, МГУ имени М.В. Ломоносова, Центром молекулярной биотехнологии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, Институтом общей генетики имени Н.И. Вавилова и многими учреждениями по садоводству. Разработки отдела проходят производственную проверку в НПЦ «Фитогенетика» (г. Тула).

Специалистами по биотехнологии опубликовано более 350 научных статей. Они постоянно участвуют в специализированных симпозиумах и конференциях по биотехнологии, физиологии растений, генетике, селекции и культуре тканей. Ряд сотрудников прошли научную стажировку в Англии, Италии, Германии, сотрудничали и продолжают сотрудничать с учеными профильных учреждений Польши, Болгарии, Венгрии, Китая, Индии, стран Балтии.

АГРОХИМИЯ И ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Начало почвенно-агрохимическим исследованиям в институте было положено в 20-х годах ХХ века. Основы научных школ и направлений исследований заложены авторитетными учёными в области агрохимии и почвоведения: М.Н. Язвицким – специалистом по применению удобрений в садах и ягодниках, Заслуженным деятелем науки РСФСР, капитальный труд которого – книга «Удобрение сада» переиздавалась 5 раз; Н.Д.  Спиваковским – учёным-агрохимиком, специалистом по удобрению садовых культур, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, Лауреатом Государственной премии СССР; В.П. Великановой, К.А. Левицкой, Ю.М. Капцынель, О.П. Янишевской, которые были продолжены и развиты исследователями: И.С. Соловьёвым, И.Г. Попеско, Д.Д. Дебеловой, В.И. Петровой, С.Н. Коноваловым и многими другими учёными-агрохимиками, микробиологами, экологами и почвоведами.

За период исследовательской работы были проведены обследования почв Нечернозёмной зоны РФ с целью изучения их пригодности для возделывания плодовых и ягодных культур, на основе данных мониторинга комплексных почвенных экспедиций в Московскую, Рязанскую, Тульскую, Смоленскую, Калужскую, Ивановскую и другие области. Было изучено влияние почвенных условий на рост и плодоношение садов, выявлены причины слабой продуктивности отдельных насаждений. Разработаны методы диагностики минерального питания плодовых и ягодных растений, определена обеспеченность растений элементами минерального питания, установлена их потребность в удобрениях в течение вегетационного периода. На основании проведённых исследований были установлены оптимальные сроки, дозы и способы внесения удобрений, разработаны системы удобрения для технологий промышленного возделывания плодовых и ягодных культур в Нечернозёмной зоне РФ, опубликованы рекомендации по удобрению садов и ягодников, которые обеспечивали бы получение высоких и стабильных урожаев плодов и ягод стандартного качества.

На основании изучения выноса элементов питания плодовыми и ягодными растениями был разработан метод расчёта доз удобрений с учётом ежегодного потребления основных элементов питания и установлены коэффициенты использования элементов питания из удобрений, а также методы диагностики питания ягодных растений по их индикаторным органам – по концентрации элементов питания в почках, завязях, терминальных побегах, взятых на анализ в весенний период (ранняя диагностика). Изучены особенности действия различных форм простых и комплексных удобрений на плодовых и ягодных растениях, испытаны медленнодействующие формы удобрений, установлена периодичность и эффективность их внесения, что позволило рекомендовать широкое использование для садовых культур новых форм удобрений. Определены нормативы затрат минеральных удобрений для получения планируемого урожая в многолетних насаждениях с учётом уровня плодородия почв, а также нормативы прибавок урожая от возрастающих доз минеральных удобрений при оптимальных соотношениях NPK с учётом агрохимических свойств почв. Проведён многолетний цикл исследований, связанный с применением природных цеолитов в садоводстве. Изучена эффективность различных природных цеолитов как мелиорантов для устранения фитотоксичности тяжёлых металлов, улучшения агрофизических показателей почвы, для улучшения вегетативного роста растений и для повышения эффективности удобрений. Разработана технологическая инструкция по использованию цеолитов при возделывании земляники, смородины, крыжовника.

С целью изучения закономерностей влияния минерального питания на составляющие элементы продукционного процесса ягодных растений было изучено влияние режимов питания на формирование компонентов урожая садовых растений в различные этапы органогенеза и установлены основные закономерности влияния минерального питания на вегетативное и генеративное развитие растений.

Изучено поведение тяжёлых металлов в садах и ягодниках Московской области, подверженных экологическому загрязнению: установлены существенные причины загрязнения почв в промышленных садовых насаждениях Московского региона; выявлена зависимость содержания в корнеобитаемом слое почвы ПДК ТМ и их накопление в плодах; изучена аккумуляция ТМ в плодах и ягодах в зависимости от сорта.

В настоящее время основные направления исследований: экологический мониторинг садовых агроценозов; разработка эффективных приёмов и методов биологического земледелия в садоводстве; испытание новых форм минеральных, органических, бактериальных удобрений и стимуляторов роста; изучение эффективности редкоземельных элементов на плодовых и ягодных растениях; разработка элементов систем удобрения при возделывании плодовых и ягодных растений в условиях воздействия стрессовых факторов (кислородный, тепловой, холодовой, пестицидный и т.п. стрессы, загрязнение почвы ТМ); разработка элементов систем удобрения плодовых и ягодных культур в интенсивных, биологизированных и прецизионных технологиях возделывания, обеспечивающих повышение адаптивности, продуктивности насаждений и получение экологически безопасной продукции.

Всего за годы исследований по направлению разработано свыше 85 регламентов и рекомендаций по применению макро-, микро- и био- удобрений на различных садовых культурах с целью повышения стрессо- устойчивости и продуктивности, получения экологически безопасной продукции, воспроизводства плодородия почвы, по эффективному и безопасному применению редкоземельных элементов (РЗЭ).

Сотрудники отдела:  Ведущие научные сотрудники:Поликарпова Ф.Я. – доктор сельскохозяйственных наук, лауреат Государственной премии РФ; Хроменко В.В., Упадышева Г.Ю. – кандидаты сельскохозяйственных наук.
Старшие научные сотрудники: Толстогузова В.Г.,  Павлова А.Ю. – кандидаты сельскохозяйственных наук,  Лисина А.В.
Младшие научные сотрудники:  Туть Е.А. – кандидаты сельскохозяйственных наук
Известные учёные отдела: Метлицкий З.А., Духанин К.С., Кудрявец Р.П., Трушечкин В.Г., Борисова А.А.

Структура отдела:

- Отдел питомниководства

- Отдел агротехнологий

- Сектор механизации трудоёмких процессов в садоводстве