Исследования по проблеме "Микробиология" получили свое развитие в лаборатории прикладной микробиологии, основанной в начале 1988 г. Со дня основания ее руководителем является кандидат технических наук, ныне доктор биологических наук, доцент Александр Иванович Мелентьев. Помимо этого исследования в области микробиологии осуществляются в лаборатории молекулярной и математической генетики, а с 1999 года и в лаборатории биологически активных веществ (зав. лаб., к.б.н. Логинов О.Н.)
Основные научные направления лаборатории:
– разработка высокоэффективных, экологически безопасных бактериальных средств защиты растений;
– разработка теоретических основ направленного ферментативного синтеза циклических олигосахаридов (циклодекстринов) и создание промышленной технологии;
– проблемы рекультивации нефтезагрязненных земель.
В русле этих направлений тематика исследований строилась следующим образом:
|
1988-1990 гг. |
Поиск и идентификация бактерий антагонистов – возбудителей корневых гнилей сельскохозяйственных растений. Руководитель – А.И.Мелентьев. |
|
1991-1995 гг. |
Изучение и технологическое использование бактериальных культур для синтеза биологически активных веществ и ферментов. Руководитель – А.И.Мелентьев. |
|
1996-1998 гг. |
Исследование и селекция бактериальных продуцентов. Разработка препаратов и технологий. Руководитель – А.И.Мелентьев. |
|
1999-2001 гг. |
Прикладные и теоретические аспекты и использования почвенных и экстремофильных микроорганизмов в решении эколого-биотехнологических задач. Руководитель – А.И.Мелентьев. |
|
1999-2001 гг. |
Изучение биологически активных веществ микробного происхождения, обладающих фунгицидной активностью. Руководитель – к.б.н. О.Н.Логинов. |
Основные научные результаты:
1988-1990 гг. Выделены из природных источников штаммы бактерий рода Bacillus Cohn, обладающие высокой антагонистической активностью к возбудителям грибных болезней растений - ржавчины, мучнистой росы, корневых гнилей. На основе штамма Bacillus sp.739 разработан биопрепарат Бациспецин БМ как средство биологической защиты растений.
Разработан комплекс методов выделения из природных мест обитания бактерий-продуцентов циклодекстринглюканотрансферазы (К.Ф.2.4.1.19, ЦГТ-азы), принадлежащих к аэробным спорообразующим бактериям Bacillus Cohn. Создана лабораторная коллекция штаммов продуцентов.
1991-1995 гг. Методами электронной и световой микроскопии подробно исследован процесс взаимодействия бактерий-антагонистов р. Bacillus с клетками прорастающих зерновок и формирующихся корешков проростков. Обнаружено, что, развиваясь на поверхности зерновок и корней, бактерии образуют микроколонии. Проникая в колеоризу, бактерии могут выступать как слабые патогены.
Выделен перспективный продуцент фермента ЦГТ-азы с повышенной гамма-специфичностью (Bacillus sp. ИБ1172). Разработана технология его культивирования. Впервые обнаружены микроорганизмы группы актиномицетов, обладающие ЦГТ-азной активностью. Показано, что этот фермент локализован в цитоплазматической мембране.
1996-1998 гг. В результате исследований, проведенных совместно с лабораторией физиологии растений, установлено, что при интродукции бактерий-антагонистов в ризосферу растений пшеницы происходят изменения в содержании эндогенных фитогормонов. У отдельных штаммов аэробных спорообразующих бактерий обнаружена способность к синтезу экстрацеллюлярных фитогормонов цитокининового ряда. Выделен штамм – суперпродуцент цитокиинов.
Исследован антигрибной комплекс веществ, продуцируемых культурой Bacillus sp.739 - биологического начала препарата Бациспецин БМ. Установлено, что основу антигрибного действия представляет детерминированная способность культуры к одновременной секреции комплекса литических ферментов и низкомолекулярных белков и пептидов.
В сотрудничестве с институтом БашНИПИнефть и лабораторией почвоведения разработаны способы рекультивации нефтезагрязненных почв и нефтяного шлама с применением биопрепарата Бациспецин БМ.
Путем широкого скрининга, из региональных почв выделены перспективные продуценты гидролитических ферментов – декстраназы, фитазы, целлюлазы, ксиланазы, пуллуланзы, относящиеся к аэробным спорообразующим бактериям.
1999-2001 гг. Обнаружен новый тип экстремофильности микроорганизмов, определенный как анионорезистентность – устойчивость отдельных представителей микробного мира к высоким концентрациям таких токсичных солей натрия, как бензоат, азид, фторид, нитрат и др. Из почвенных образцов, отобранных в различных регионах мира, выделены бактериальные культуры с различным, (в том числе и перекрестным), типом толерантности. Показано, что основная их часть принадлежит к родам Halomonas, Bacillus и Enterococcus. Определена геномная последовательность 16S RNA семи характерных культур, устойчивых к 1% азида, 10-15% нитрата и 8% бензоата натрия. Данные депонированы в National Center of Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) под номерами AJ302088, AJ309559-AJ309564.
Разработана и внедрена в ОАО “Орскнефтеоргсинтез” технология биологической рекультивации отбеливающей земли – отхода производства нефтеперерабатывающих заводов. С использованием избыточного активного ила биологических очистных сооружений (другого отхода производства) по разработанной технологии рекультивировано около 16 тыс. тонн отбеливающей земли.
Химические средства защиты растений
Выше отмечено, что работы частично проводились в лаборатории физиологии растений по гербицидам и они были посвящены исследованиям известных отечественных гербицидов и дефолиантов на полевых культурах и древесных растениях, а также изучению их действия на устойчивость растений.
В 1970 г. эти исследования были прекращены, и восстановлены лишь в 1985 г. на основании Постановления ЦК КПСС и СМ СССР № 771 от 19.07.1984 г. Была организована лаборатория физиологических основ применения пестицидов, вскоре переименованная в лабораторию гербицидов.
Заведующим лабораторией гербицидов был избран научный сотрудник научно-исследовательского технологического института гербицидов к.б.н. Владимир Михайлович Крутьков, ранее работавший и окончивший аспирантуру в Институте биологии.
Основные научные и прикладные направления: создание теоретических основ общей и избирательной фитотоксичности гербицидов и разработка высокоэффективных наукоемких гербицидных препаратов.
Тематика исследований:
|
1986-1990 гг. |
Испытание химических соединений ми препаративных форм гербицидов и совершенствование методов оценки гербицидной активности. (Руководитель – к.б.н. В.М.Крутьков). |
|
1991-1995 гг. |
Цитофизиологический анализ взаимодействия гербицидов с клетками и тканями растений как база для разработки теоретических основ стратегий ассортимента наукоемких гербицидных препаратов с резко сниженными нормами расхода действующих начал. (Руководитель – к.б.н. В.М.Крутьков). |
|
1996-1998 гг. |
Клеточные и тканевые факторы избирательной токсичности гербицидов. (Руководитель – к.б.н. В.М.Крутьков). |
В конце 1998 г. лаборатория гербицидов была упразднена, а оставшиеся 2 сотрудника переведены в лабораторию биологически активных веществ.
Получены следующие научные результаты:
1985-1990 гг. Освоен, усовершенствован и принят для систематического применения современный метод выявления гербицидной активности соединений и препаратов на целевых объектах в вегетационных испытаниях, разработанный фирмой Fisons Ltd (Великобритания). В вегетационных и мелкоделяночных полевых опытах испытана на рострегулирующую и синергитическую активность более 500 соединений и препаративных форм, включающих представителей классов арилоксиалкалкарбоновых, пиридинкарбоновых ароматических соединений, производных сульфеновой кислоты и др. (совместно с лабораторией каталитического синтеза (ЛКС) ИОХ УНЦ РАН). Покаазно, что все синтезированные соединения обладают высокой гербицидной активностью, способностью содавать более концентрированные водные растворы, лучшей совместимостью с другими гербицидами, резко сниженной коррозионной активностью. На основе этих свойств совместно с ЛКС ИОХ разработан комплекс требований к создаваемым гербицидным препаратам, который включает: высокую гербицидную активность, патентную чистоту, снижение норм расхода действующих начал, особенно в водорастворимых концентратах, меньшую стоимость по сравнению с используемыми препаратами, востребование разработок химическими производствами.
1991-1998 гг. Предложена концепция о выраженной регуляторной роли надклеточных структур растений в проявлении результата взаимодействия химических веществ с растениями (концепция “наружного пульта”).
Совместно с ЛКС ИОХ и НИТИГ разработаны и лабораторией испытаны препараты: глифен 25% в.р. для применения на парах, в стерне и системах почвозащитной обработки почвы; метафен 60% в.р. для борьбы с двудольными сорняками в посевах пшеницы; БНЦ 014/1 (синоним глипофен), охватывающий более широкий спектр сорняков. Препараты прошли Госиспытания, зарегистрированы Госхимкомиссией и внесены в “Список препаратов, разрешенных к применению в Российской федерации”.
На основе вышеназванных требований к созданию препаратов и концепции “наружного пульта”, а в результате – концепции каскадного усиления функциональной активности препаратов на основе одних и тех же действующих начал (за счет все более наукоемкого конструирования оснащающих средств) разработана серия препаратов ряда айшелан (синоним метафен): метафен 60% в.д., метафен экстра, айшелан супер с рострегулирующим типом действия в пределах до 10-ти раз, с соответствующим снижением норм их расхода.
Установлено, что при существующих межвидовых различиях в клеточной резистентности решающим фактором устойчивости целых растений, как и в случае с 2,4-Д, является тканевая устойчивость.