Лаборатория экологической физиологии растений
Заведующий лабораторией
Ронжина Дина Александровна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук
Dina.ronzhina@botgard.uran.ru
ResearcherID J-9762-2018
ORCID 0000-0003-0854-0223
Сотрудники
Иванова Лариса Анатольевна, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник
Larissa.Ivanova@botgard.uran.ru
ResearcherID R-2794-2017
ORCID 0000-0003-2363-9619
Иванов Леонид Анатольевич, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук
leonid.ivanov@botgard.uran.ru
ResearcherID K-1913-2018
ORCID 0000-0001-6900-5086
Мигалина Светлана Валентиновна, научный сотрудник, кандидат биологических наук
Юдина Полина Константиновна, младший научный сотрудник, кандидат биологических наук
Polina.Yudina@botgard.uran.ru
ResearcherID K-3044-2018
Калашникова Ирина Викторовна, научный сотрудник, кандидат биологических наук
Лаборатория экологической физиологии растений создана 29 декабря 2018 года. В распоряжении сотрудников лаборатории находятся хорошо оборудованные лабораторные помещения с современным оборудованием для экспериментального изучения функциональных свойств растений: световые и флуоресцентные микроскопы, анализатор изображений, замораживающие микротомы, инфракрасный газоанализатор, спектрофотометры, термостаты, климатическая камера и др.
Коллектив осуществляет фундаментальные научные исследования в области физиологии, биохимии и функциональной экологии растений. Научные разработки лаборатории вносят весомый вклад в развитие идей о структурно-функциональных механизмах экологической и климатической дифференциации растений, заложенных в 1970-90-х гг. выдающимися учеными, основателями Уральской школы физиологии растений академиком А.Т. Мокроносовым и профессором В.И. Пьянковым.
Основным научным направлением лаборатории является исследование физиологических механизмов адаптации растений разных систематических и эколого-биологических групп к воздействию ведущих экологических факторов, выявление закономерностей зонально-климатического распределения функциональных свойств растений, анализ функционального состояния растительности и прогноз ее изменения под влиянием климатических и антропогенных воздействий. Исследования лаборатории проводятся как на внутривидовом уровне (Мигалина и др., 2018; Юдина и др. 2020; Ронжина и др., 2019), так и на уровне видов (Ivanova et al., 2018, 2019) и экосистем (Иванов и др., 2020).
Эколого-физиологическое направление исследований имеет глубокую историю в Ботаническом саду УрО РАН, поскольку изучение физиологических механизмов приспособления растений является основой для акклиматизации, интродукции и селекции растений. Ведущими специалистами Ботанического сада в разные годы проводились исследования особенностей прорастания семян, роста и развития подроста древесных пород (Мамаев и др., 1971; Санников и др., 1970; 2015; Махнев и др., 1979), газоустойчивости хвои сосны обыкновенной (Мамаев и др., 1976), термостойкости берез (Мамаев и др., 1972, 1977), морфологии и физиологии листьев берез в зависимости от климата и условий произрастания (Махнев и др. 1979, 1987, 2012; Мигалина и др., 2009, 2010, 2014), особенностей пигментной системы хвойных и лиственных древесных пород (Семкина и др., 1971, 2016; Овсянников и др., 2014; Шавнин и др., 2021), физиологического состояния хвойных в условиях промышленного загрязнения (Шавнин и др., 1988, 1993, 2009, 2010, 2020; Васфилов, 2002, 2005), особенностей накопления биологически активных веществ в лекарственных растениях (Васфилова и др., 2005, 2008, 2015).
В 2009 г. в составе лаборатории Интродукции травянистых растений была создана группа Экологической физиологии растений под руководством кандидата биологических наук Иванова Леонида Анатольевича. Сотрудники группы ЭФР приступили к реализации широкой программы исследований физиологических механизмов адаптации растений к затенению (Иванова и др., 2006, 2008), к аридному стрессу (Иванов и др. 2003, 2004, 2007, 2013, 2016; Иванова 2014; Юдина и др., 2017), потеплению климата (Иванова и др., 2016), к водной среде (Ронжина и др., 2009, 2010, 2014), загрязнению тяжелыми металлами (Ivanova et al., 2009, 2011).
Основные направления исследований
Исследование физиологических механизмов адаптации растений разных систематических и эколого-биологических групп к воздействию ведущих экологических факторов, выявление закономерностей зонально-климатического распределения функциональных свойств растений, анализ функционального состояния растительности и прогноз ее изменения под влиянием климатических и антропогенных воздействий.
Методы исследований
Уникальным методом исследований в лаборатории является метод мезоструктуры фотосинтетического аппарата, разработанный Уральской школой физиологов растений под руководством академика А.Т. Мокроносова (1978, 1981). Коллективом лаборатории этот метод был дополнен «проекционным» методом определения параметров клеток (Иванова, Пьянков, 2002), а также совместно с компанией «СИАМС» (Екатеринбург) разработаны технологии компьютерного анализа изображений клеток, тканей и листьев растений и трехмерной реконструкции мезофилла листа (Иванова и др., 2006, 2009, 2018, 2019). Разработанный проекционный метод (Иванова, Пьянков, 2002; Иванова и др., 2009, 2018) признан одним из лучших из известных в мировой литературе для определения трехмерных характеристик клеток мезофилла, особенно для наиболее сложных клеток губчатой ткани с выростами (Théroux-Rancourt, Gilbert /New Phytologst, 2020 - Shape matters: the pitfalls of analyzing mesophyll anatomy). В целом данный подход включает определение и расчет более 30 структурно-функциональных показателей листьев, имеющих важное значение для адаптации растений к условиям среды. В ходе сотрудничества с компанией «СИАМС» (Екатеринбург) создано специализированное программное обеспечение «SIAMS Mesoplant»ТМ для комплексного анализа морфологии и структуры клеток, тканей и листьев растений, позволившее многократно повысить скорость анализа, точность и эффективность измерений (Иванова и др., 2006). Результаты применения данного анализатора мезоструктуры листьев опубликованы в работах коллектива.
В ходе сотрудничества с компанией «СИАМС» (Екатеринбург) создано специализированное программное обеспечение «SIAMS Mesoplant»ТМ для комплексного анализа морфологии и структуры клеток, тканей и листьев растений, позволившее многократно повысить скорость анализа, точность и эффективность измерений (Иванова и др., 2006). Результаты применения данного анализатора мезоструктуры листьев опубликованы в работах коллектива. В лаборатории также используются другие широко распространенные методы экологической физиологии растений: измерение биомассы растений, функциональных параметров листьев, интенсивности газообмена листьев, содержания фотосинтетических пигментов.
Коллектив проводит обширные экспедиционные исследования в разных климатических районах России, Монголии, Казахстана. Основной целью исследований является изучение физиологических механизмов адаптации растений к климату. Результаты исследований опубликованы в ведущих отечественных и международных журналах: New Phytologist, Global Change Biology, Plant Biology, FLORA, Environmental Science and Pollution research, Photosynthetica, Физиология растений, Экология, Сибирский Экологический журнал, ДАН, Аридные Экосистемы, Ботанический журнал и др. Исследования лаборатории неоднократно поддержаны российскими и международными научными фондами: РФФИ (Россия), DAAD (Германия), Мечников (Франция).
Коллектив лаборатории Экологической физиологии растений
Изучение физиологии растений в антропогенно нарушенных сообществах, Бурятия, 2020
Изучение физиологии пустынно-степных растений, Монголия, 2018
Изучение функциональных параметров берез и прибрежно-водных растений притоков Байкала, Бурятия, 2020
Публикации лаборатории экологической физиологии растений
- Ронжина Д.А., Иванова Л.А., ИвановЛ.А. Листовые функциональные черты и биомасса растений ветландов в лесной и степной зонах// Физиология растений. 2019. Т. 66. № 3. С. 207-217.
- Воронин П.Ю., Шуйская Е.В., Тодерич К.Н., Ражабов Т.Ф., Ронжина Д.А., Иванова Л.А. Распространенность С4-растений семейства маревых по профилю засоления почвы пустыни Кызылкум// Физиология растений. 2019. Т. 66. № 3. С. 189-197.
- Ivanova L.A., Ivanov L.A., Ronzhina D.A., Yudina P.K., Migalina S.V., Shinehuu T., Tserenkhand G., VoroninP.Yu., Anenkhonov O., Bazha S.N., Gunin P.D. Leaf traits of C3- and C4-plants indicating climatic adaptation along a latitudinal gradient in Southern Siberia and Mongolia// Flora. 2018 https://doi.org/10.1016/j.flora.2018.10.008
- Ivanova L.A., Zolotareva N.V., Ronzhina D.A., Podgaevskaya E.N., Migalina S.V., Ivanov L.A. Leaf functional traits of abundant species predict productivity in three temperate herbaceous communities along an environmental gradient // Flora. 2018. V. 239. P. 11-19. DOI: 10.1016/j.flora.2017.11.005 https://www.researchgate.net/publication/ 321164645_Leaf_functional_traits_of_abundant_species_predict_productivity_in_three_tempe rate_herbaceous_communities_along_an_environmental_gradient
- Ivanova L.A., Yudina P.K., Ronzhina D.A., Ivanov L.A., Holzel N. Quantitative mesophyll parameters rather than whole-leaf traits predict response of C3 steppe plants to aridity // New Phytologist. 2018. V.217. Issue 2. P. 558-570. DOI: 10.1111/nph.14840 https:// researchgate.net/publication/ 320542719_Quantitative_mesophyll_parameters_rather_than_wholeleaf_traits_predict_response_of_C_3_steppe_plants_to_aridity
- Бетехтина А.А., Ронжина Д.А., Иванова Л.А., Малыгин М.В., Иванов Л.А. Относительная скорость роста и ее компоненты у инвазионного Heracleum sosnowskyi и аборигенного H. sibiricum // Российский журнал биологических инвазий. 2018. Т. 11. № 4. С. 7-19. https://link.springer.com/article/10.1134/ S207511171901003X
- Ронжина Д.А. Распространение, конкурентоспособность и семенная продуктивность Bidens frondosa L. на Среднем Урале // Российский журнал биологических инвазий. 2017. Т. 10. № 3. С. 68-79. https://link.springer.com/article/10.1134/S2075111717040099
- Юдина П.К., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Золотарева Н.В., Ивановa Л.А. Варьирование параметров листьев и содержания пигментов у трех видов степных растений в зависимости от аридности климата. Физиология растений. 2017, том 64, № 3, с. 190–203. https://link.springer.com/article/10.1134/S1021443717020145
- Веселкин Д.В., Иванова Л.А., Иванов Л.А., Микрюкова М.А., Большаков В.Н., Бетехтина А.А. Способность к быстрому использованию ресурсов как основа инвазивного синдрома Heracleum sosnowskyi. Доклады Академии наук. 2017. Т. 473. № 1. С. 114-117. https://link.springer.com/article/10.1134/S0012496617020041
- Rozentsvet O.A., Bogdanova E.S., Ivanova L.A., Ivanov L.A., Tabalenkova G.N., Zakhozhiy I.G., Nesterov V.N. Structural and functional organization of the photosynthetic apparatus in halophytes with different strategies of salt tolerance // Photosynthetica, 2016, 54 (3): P. 405-413. https://link.springer.com/article/10.1007/s11099-015-0182-6
- Иванов Л.А., Ивановa Л.А., Мигалина С.В., Юдина П.К., Дробышев Ю.И., Цэрэнханд Г., Цоож Ш., Гунин П.Д. Адаптация фотосинтетической функции пустынно-степного кустарника Caragana bungei Ledeb. К условиям лиственничного леса горных склонов Хангая в Монголии // Аридные экосистемы. 2016. Т. 22. № 3(68). С. 63-75. https://link.springer.com/article/10.1134/S2079096116030070
- Иванова Л.А., Чанчикова А. Г., Ронжина Д. А., Золотарева Н. В., Косульников В. В., Кадушников Р. М., Иванов Л. А. Акклимация листьев луговых растений разных функциональных типов к экспериментальному потеплению климата // Физиология растений, 2016, Т. 63, № 6. С. 860-872. https://link.springer.com/article/ 10.1134/ S102144371605006X
- Гунин П.Д., Бажа С.Н., Данжалова Е.В., Дробышев Ю.И., Иванов Л.А., Иванова Л.А., Казанцева Т.И., Мигалина С.В., Микляева И.М., Ронжина Д.А., Ариунболд Э., Хадбаатар С., Цоож Ш., Цэрэнханд Г. Региональные особенности процессов опустынивания экосистем на границе бассейна Байкала и Центральноазиатского бессточного бассейна. Аридные экосистемы. 2015. Т. 21, № 3 (64), с. 5-22. https://link.springer.com/ article/ 10.1134/S2079096115030063
- Мигалина С.В., Иванова Л.А., Махнев А.К. Генетическая детерминированность объема клетки мезофилла листа берез как адаптация фотосинтетического аппарата к климату // Доклады Академии Наук, 2014. Т.459. №6. С. 765-768. https://link.springer.com/article/ 10.1134/S0012496614060106
- Ронжина Д.А., Иванов Л.А. Конструкционная цена и мезоструктура листьев гидрофитов // Физиология растений. 2014. Т.61. №6. С. 824-832. https://link.springer.com/ article/10.1134/S102144371406017X
- Иванова Л.А. Адаптивные признаки структуры листа растений разных экологических групп //Экология, 2014. Т.45. №2. С. 109-118. https://link.springer.com/article/10.1134/ S1067413614020027
- Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Юдина П.К. Изменение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных растений вдоль широтного градиента на Южном Урале // Физиология растений, 2013, №6. С.856-864. http://link.springer.com/ article/10.1134%2FS1021443713050075
- Иванова Л.А. Структурная перестройка мезофилла листа в ряду жизненных форм растений // Докл. акад. наук. – 2012. – Т. 447, № 6. – С. 687–690.https://link.springer.com/ article/10.1134/S0012496612060129
- Иванова Л.А., Иванов Л.А., Ронжина Д.А, Церенханд Г., Цоож Ш., Бажа С.Н., Гунин П.Д. Листовые параметры и биомасса кустарников лесостепи Монголии в связи с их экологическими свойствами // Аридные экосистемы. 2012. №1. С.60-71. http:// link.springer.com/article/10.1134%2FS2079096112010064
- Бурундукова О.Л., Иванов Л.А., Иванова Л.А., Киселев К.В., Маханьков В.В., Лауве Л.С., Хроленко Ю.А., Бурковская Е.В., Веливецкая Т.А., Игнатьев А.В., Музарок Т.И., Журавлев Ю.Н. Морфо-функциональные основы смены стратегии адаптации женьшеня (Panaxginseng C.A. Meyer) при окультуривании // Доклады Академии Наук. 2012. Т. 446. № 5. С. 594-597. http://link.springer.com/article/10.1134%2FS0012496612050079
- Ivanova L.A., Ronzhina D.A., Ivanov L.A., Stroukova L.V., Peuke A.D., Rennenberg H. Over-expression of gsh1 in the cytosol affects the photosynthetic apparatus and improves the performance of transgenic poplars on heavy metal-contaminated soil cytosol // Plant Biology. V.13. C. 649-659. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1438-8677.2010.00422.x/ pdf
- Ронжина Д.А., Иванов Л.А., Пьянков В.И. Химический состав листа и структура фотосинтетического аппарата высших водных растений // Физиология растений. 2010. №3. С. 389-397. http://www.springerlink.com/content/av0h835k2kvg2783/fulltext.pdf
- Мигалина С.В., Иванова Л.А., Махнев А.К. Изменение морфологии листа Betula pendula Roth и B. pubescens Ehrh. вдоль зонально-климатической трансекты Урала и Западной Сибири // Экология. 2010. №4. С. 287-265. http://www.springerlink.com/content/ r1712h0662u50652/fulltext.pdf
- Мигалина С.В., Иванова Л.А., Махнев А.К. Размеры листа березы как индикатор ее продуктивности вдали от климатического оптимума // Физиология растений. 2009. №6. С. 948-953. http://www.springerlink.com/content/d12p2695p4545120/fulltext.pdf
- Иванова Л.А. Изучение трехмерной организации клеток и тканей при анализе мезоструктуры фотосинтетического аппарата / Фотосинтез: физиология, онтогенез, экология. Под ред. Е.С. Роньжиной. Калининград: Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ», 2009, С. 154-161.
- Ivanova L.A., Ronzhina D.A., Ivanov L.A., Stroukova L.V., Peuke A.D., Rennenberg H. Chloroplast parameters differ in wild type and transgenic poplars overexpressing gsh1 in the cytosol // Plant Biology. V.11. № 4. C. 625-630. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/ 10.1111/j.1438-8677.2008.00146.x/pdf
- Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А. Закономерности изменения удельной плотности листьев у растений Евразии вдоль градиента аридности // Доклады Академии наук. 2009. Т.428. №1. С. 135-138. http://www.springerlink.com/content/x4r5017271p14037/ fulltext.pdf
- Ронжина Д.А., Иванов Л.А., Ламберс Г., Пьянков В.И. Изменение химического состава листьев гидрофитов при адаптации к водной среде // Физиология растений. 2009. №3. С. 359-402. http://www.springerlink.com/content/9047484g8457phgx/fulltext.pdf
- Бурундукова О.Л., Иванова Л.А., Иванов Л.А., Хроленко Ю. А., Бурковская Е.В., Журавлев Ю.Н. Мезоструктура фотосинтетического аппарата женьшеня в связи с экологической «стратегией» вида // Физиология растений, 2008. T.55. № 2. С. 268-271. http://www.springerlink.com/content/q11204145p18l1j3/fulltext.pdf
- Иванова Л.А., Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Пьянков В.И. Изменение мезофилла листа растений разных функциональных типов при затенении // Физиология растений. 2008. T. 55. №2. С. 230-239. http://www.springerlink.com/content/r4733122nh2047p1/fulltext.pdf
- Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Иванова Л.А. Изменение листовых параметров как показатель смены функциональных типов степных растений вдоль градиента аридности // Физиология растений. 2008. T.55. №3. С. 332-339. http:// www.springerlink.com/content/813716664272rh31/fulltext.pdf
- Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Иванова Л.А. Функциональные типы растений степей Гоби и подход к их определению // Экосистемы внутренней Азии: вопросы исследования и охраны / Под ред. Гунина П.Д., Дробышева Ю.И. М.: Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, 2007. С.154-161
- Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Циглер Х., Дайгеле К., Гунин П.Д., Пьянков В.И. Влияние межвидовой конкуренции на функциональные свойства растений в горностепных сообществах Гоби // Экология, 2007, T. 38. №3. С. 155-160. http:// www.springerlink.com/content/1nk76545848qw686/fulltext.pdf
- Иванова Л.А., Петров М.С., Кадушников Р.М. Определение диффузионного сопротивления мезофилла Chamaerion angustifolium методом трехмерной реконструкции клеточной упаковки листа // Физиология растений. 2006. Т. 53. №2. С. 354-363. http:// www.springerlink.com/content/5g74mj6384830240/fulltext.pdf
- Петров М.С., Кадушников Р.М., Иванова Л.А. Методика определения геометрических и объемных характеристик клеток мезофилла листьев растений // Вестник УГТУ-УПИ. Цифровая микроскопия. 2005. №10 (62). С. 91-97.
- Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Чечулин М.Л., Церенханд Г., Гунин П.Д., Пьянков В.И. Структурно-функциональные основы экспансии Ephedrasinica в степных экосистемах Монголии // Физиология растений, 2004, Т. 51, № 4, С. 521-528. http:// www.springerlink.com/content/h2xr6l1675801843/fulltext.pdf
- Ронжина Д.А., Некрасова Г.Ф., Пьянков В.И. Сравнительная характеристика пигментного комплекса надводных, плавающих и погруженных листьев гидрофитов // Физиология растений. 2004. Т. 51. С. 27-34. http://www.springerlink.com/content/ g2up367766783214/fulltext.pdf
- Ivanov L.A., Ronzhina D.A., Ivanova L.A., Belousov I.V., Chechulin M.L., Gunin P.D., Pyankov V.I. Structural and functional basis of adaptation of Gobi plants to desertification // Arid ecosystems, 2004, V10, N 24-25, P. 90-102.
- Воронин П. Ю., Иванов Л. А., Иванова Л.А., Блэк К.К. Циглер Х. Владимир Иванович Пьянков: фитофизиолог, педагог и организатор науки (1954 –2002) // Физиология растений. Т.50. N 1. С. 151-159. http://www.springerlink.com/content/ v8u1180l78v7126u/fulltext.pdf
- Некрасова Г.Ф., Ронжина Д.А., Малева М.Г., Пьянков В.И. Фотосинтетический метаболизм и активность карбоксилирующих ферментов у надводных, плавающих и погруженных листьев гидрофитов // Физиология растений. 2003. Т. 50. С. 65-75. http:// www.springerlink.com/content/p2522723h2279431/fulltext.pdf
- Воронин П. Ю., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Иванов Л. А., Аненхонов О.А., Блэк К.К., Гунин П.Д., Пьянков В.И. Структурно-функциональные изменения листьев растений степных сообществ в ответ на аридизацию климата Евразии// Физиология растений. Т.50. N 5. C. 680-687. http://www.springerlink.com/content/ vu10254n5028n265/fulltext.pdf
- Иванова Л.А., Пьянков В.И. Структурная адаптация мезофилла листа к затенению // Физиология растений. 2002. №3. С. 467-480. http://www.springerlink.com/content/ rk8lm7ttgv4eynk9/fulltext.pdf
- Иванова Л.А., Пьянков В.И. Влияние экологических факторов на структурные показатели мезофилла листа растений // Бот. журнал. 2002. №12. С. 17-28.
- Пьянков В.И., Иванов Л.А., Ламберс Х. Конструкционная цена растительного материала у видов бореальной зоны с разными типами экологических “стратегий” // Физиология растений, 2001, Т. 48, № 1, С.81-88. http://www.springerlink.com/content/ up7715xpt243016u/fulltext.pdf
- Ронжина Д.А., Пьянков В.И. Структура фотосинтетического аппарата листьев пресноводных гидрофитов: 2. Количественная характеристика мезофилла листа и функциональная активность листьев с разной степенью погружения// Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 836-845. http://www.springerlink.com/content/h5784225377k177r/ fulltext.pdf
- Ронжина Д.А., Пьянков В.И. Структура фотосинтетического аппарата листьев пресноводных гидрофитов: 1.Общая характеристика мезофилла листа и сравнение с наземными растениями //Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 661-669. http:// www.springerlink.com/content/r23671532t1215w6/fulltext.pdf
- Пьянков В.И., Иванов Л.А., Ламберс Х. Характеристика химического состава листьев растений бореальной зоны с разными типами экологических стратегий // Экология, 2001, № 4, С. 243-251. http://www.springerlink.com/content/k238tml41005r610/fulltext.pdf
- Пьянков В.И., Иванов Л.А. Структура биомассы у растений бореальной зоны с разными типами экологических стратегий // Экология, 2000, № 1, С. 3-10. http:// www.springerlink.com/content/35676x83k1703152/fulltext.pdf
- Некрасова Г.Ф., Ронжина Д.А., Коробицина Е.Б. Формирование фотосинтетического аппарата в период роста погруженного, плавающего и надводного листа гидрофитов // Физиология растений. 1998. Т. 45. С. 539-548. http://www.springerlink.com/content/ r23671532t1215w6/fulltext.pdf
- Pyankov V.I., Ivanova L.A. and Lambers H. Quantitative anatomy of photosynthetic tissues of plants species of different functional types in a boreal vegetation. In book: Inherent variation in plant grouwth. Physiological mechanisms and ecological conseqences. Edited by H. Lambers, H. Porter & M.M/I. Van Vuuren, pp. 71-87. 1998 Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands.