Координация научных исследований

В разные годы координация научно-исследовательских работ осуществлялась с Государственным ботаническим садом Российской академии наук (г. Москва), Оренбургской плодово-ягодной станцией по сортоизучению  плодовых культур, Южно-Уральским НИИ плодоовощеводства и картофелеводства, Всероссийским НИИ пчеловодства (г. Рыбное). Научные исследования координировались с Казанским институтом биохимии и биофизики, Комитетом по экологии РБ, Институтом экологии растений и животных УО РАН (г. Екатеринбург), Всероссийским НИИ защиты растений (г. С.-Петербург), Институтом «БашНИПИнефть».

Важнейшие результаты исследований, проведенных по программам Отделения.

По проблеме агроэкология разработаны концепции экологического императива и сестайнинга агроэкосистем, принципы и компьютерное обеспечение экологической оптимизации структуры хозяйств. Основными направлениями достижения высокой продуктивности агроэкосистем при поддержании их экологической устойчивости являются оптимизация структуры, биогеохимических циклов, гидрологических режимов, биоразнообразия в агроэкосистемах. Разработаны экологически оптимальные зональные нормативы.

По проблеме охраны биоразнообразия разработана синтаксономия растительности заповедников Башкортостана и ряда других охраняемых территорий. Проведены работы по выявлению разнообразия мхов и лишайников Южного Урала. Выявлены причины высокого биоразнообразия флоры и растительности на Южном Урале – экотонный эффект регионального масштаба, который проявляется в наслоении флористических комбинаций разных геоэлементов, порождаемый стыком ботанико-географических районов, наличием высотной поясности и историей формирования растительности. Разработан проект «Система особо охраняемых природных территорий РБ» (чл.-корр. АН РБ Б.М. Миркин).

По проблеме индустриальной дендроэкологии разработано и реализуется новое научное направление, которое основано на изучении адаптации растений к экстремальным природным и техногенным условиям произрастания, устойчивости растений, экологической физиологии древесных растений и представляет научное обоснование практических мероприятий по проблемам лесной рекультивации отвалов горнодобывающей промышленности и других нарушенных земель, вопросов лесовосстановления и защитного лесоразведения в промышленных районах.

Разработана и реализована научно-производственная программа по лесной рекультивации промышленных отвалов Предуралья, Южного Урала и Зауралья, которая предусматривает наиболее полное использование эколого-биологических особенностей лесообразующих древесных пород и минимальные затраты на горнотехническую рекультивацию отвалов горнорудной и угледобывающей промышленности Южного Урала и сопредельных территорий (д.б.н. А.Ю. Кулагин).

Изучены экология и ресурсы алкалоидоносных видов растений во флоре Предуралья, которые могут быть использованы в качестве растительного сырья для получения высокоэффективных медицинских препаратов.

Алкалоиды обнаружены в корнях и надземной части 187 из 731 проанализированного вида, в том числе в 82 видах – впервые. Доля алкалоидоносных видов во флористическом составе основных типов растительных сообществ Предуралья выше в коренных растительных сообществах (леса, степи, остепненные опушки), состав которых формируется в результате конкуренции видов друг с другом, и ниже – в растительных сообществах, состав которых формируется под влиянием природных и антропогенных стрессовых факторов (избыточное увлажнение, засоление почвы, вытаптывание и т.д.).

Разработаны предложения неистощительного ресурсного использования алкалоидоносных видов при максимально высоком содержании алкалоидов в растительном сырье (к.б.н. Н.И. Федоров).

Установлены закономерности функционирования искусственных лесных экосистем, разработаны, апробированы и внедрены модели постоянства лесопользования в рекреационных лесах и разновозрастных лесных структурах.

Обоснован принцип целевой функции при формировании высокопродуктивных нектарных липняков. По лесоводственно-таксационным, фенотипическим характеристикам и по нектаропродуктивности липы сердцелистной выделено 5 типов. С учетом разнокачественности нектарной продуктивности насаждений по лесоводственно-таксационным и фенотипическим характеристикам установлена возможность ускорения цветения и плодоношения липняков интенсивными рубками ухода. Предложены оптимальные возрасты рубок ухода и сроки формирования нектарных липняков в зоне стационарных пасек (д.с-х.н А.Ф. Хайретдинов).

Разработан комплекс молекулярно-генетических методов для анализа генофонда пчел башкирской популяции иммунного ответа (Apis mellifera mellifera). Предлагаемая методология позволяет реализовать стратегию чистопородного разведения башкирской пчелы, которая включает анализ состояния генофонда, его восстановление и сохранение, а также последующую селекцию на территории бывшего его ареала, где популяционная структура сильно нарушена.

Показано, что в большинстве регионов РБ основная часть ареала башкирской популяции пчелы представляет собой гибридную зону, доля гибридных семей составляет от 58 % до 99 %. Методом специфичной PCR гена дефензина показана генетическая неоднородность гибридной зоны, отражающая разные стадии межрасовой гибридизации и как следствие, разную степень перспективности мероприятий по сохранению генофонда башкирской пчелы в регионах. В качестве исключения из общей картины выделяется Бурзянский район, где гибридных семей 14 %. На территории РБ сохранился один генетический резерват башкирской популяции – в заповеднике «Шульган-таш» и на прилегающих территориях.

Установлено, что доля внутрипопуляционного биоразнообразия значительно превышает межпопуляционную составляющую, что свидетельствует о разрушении генетической структуры популяции в целом. При этом бурзянская локальная популяция выделяется как популяция с минимальным уровнем биоразнообразия.

Построена лабораторная модель инфекционного стресса у насекомых. Установлено, что условия кратковременного стресса обеспечивают получение стабильных и информационно ёмких биохимических селекционных признаков и позволяют получать оптимальную оценку индивидуального адаптивного потенциала насекомого. Показаны различия в характере иммунного ответа пчел башкирских и южных рас.

Установлено, что темная лесная пчела сохраняет более высокий адаптивный потенциал к условиям Южного Урала по сравнению с пчелами южных рас. Оптимальной стратегией использования генофонда медоносной пчелы в РБ является чистопородное разведение пчел башкирской популяции при реализации всего комплекса необходимых мер по управлению их генофондом (д.б.н. А.Г. Николенко).

Проводилось изучение биоразнообразия фауны Республики Башкортостан и факторов его устойчивости. Исследовались донная фауна (бентос) водотоков, рыбное население, паразитофауна, позвоночные животные – обитатели наземной среды (амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие) в долине р. Белой в среднем ее течении, в водотоках (ручьи, речки) и наземных экосистемах Белебеевской возвышенности и степного Предуралья.

В большинстве районов зоологические исследования проводились впервые и полученные данные по видовому составу и встречаемости водных и наземных обитателей для этих географических зон являются новыми. Встречен ряд видов редких животных, составлена «Красная книга Республики Башкортостан. Т. 3. Животные» / под ред. М.Г. Баянова. Уфа: Башкортостан, 2004. 180 с. (д.б.н. М.Г. Баянов).

Разработаны методологические и методические основы культуры in vitro пыльников пшеницы – получения целых растений из пыльников. Выявлена критическая стадия развития пыльника, оптимальная для переключения программы развития с гаметофитной на спорофитную и получения гаплоидных растений-регенерантов различными путями морфогенеза. С позиции системного подхода к пыльнику дана цито-гистологическая оценка статуса всех тканей пыльника в критической стадии развития. Изучены основные этапы спорофитного морфогенеза в культуре: морфогенная микроспора > многоклеточная структура > морфогенная структура (эмбриоид и каллус). Разработанная биотехнология культуры in vitro пыльников рекомендуется к использованию в генетико-селекционных исследованиях яровой мягкой пшеницы (д.б.н. Н.Н. Круглова).

Изучены механизмы быстрых изменений концентрации фитогормонов в растениях в различных стрессовых условиях. Обнаружено, что концентрация гормонов может меняться за несколько минут за счет согласованной регуляции процессов синтеза, транспорта и метаболизма гормонов в органе-мишени. Эта реакция играет важную роль в приспособлении растений к постоянно и резко изменяющимся условиям среды – дефицит влаги, температура, тяжелые металлы, пищевой режим. Показана роль быстрых гормональных реакций в регуляции водного обмена как за счет закрытия устьиц и ограничения испарения воды листьями, так и за счет активации водных каналов и усиления притока воды из корней. Обнаружена контрастная быстрая реакция у культурных растений, районированных в разных климатических зонах РБ. Разработан биотест для использования при сортоиспытании растений пшеницы и ячменя на устойчивость к засухе (д.б.н. Г.Р. Кудоярова).

Установлено, что салициловая кислота (СК) как эндогенный регулятор роста растений проявляет ростстимулирующее и защитное по отношению к разным стрессовым факторам среды (температура, засуха, засоление и др.) действие на растения пшеницы. Реализация этих эффектов обусловлена перестройкой в гормональной системе растений пшеницы, связанной с транзитным параллельным накоплением индолилуксусной (ИУК) и абсцизовой (АБК) кислот, которая происходит как при предпосевной обработке семян, так и обработке вегетирующих растений. Ростстимулирующее действие СК проявляется в результате увеличения уровня ИУК, что приводит к активации роста клеток корней делением, увеличению линейных размеров растений, их сырой и сухой массы и урожая зерна. Антистрессовое действие СК реализуется СК-индуцированным накоплением АБК в растениях, что предшествует по времени усилению экспрессии гена дегидрина и повышению концентрации пролина, ключевых в осмопротекции клеток соединений. Кроме того, СК вызывает активацию супероксиддисмутазы и пероксидазы (антиоксидантное свойство СК) и накопление фенилаланинаммиак лиазы, что способствует ускорению лигнификации клеточных стенок корней проростков. Все это способствует снижению степени повреждающего действия стрессовых факторов на предобработанные СК растения в результате предадаптации растений пшеницы под влиянием СК к стрессовым воздействиям. Предобработка СК предотвращает резкое снижение содержания ИУК и цитокининов, наблюдаемое при стрессе, поддерживая высокий уровень АБК в растениях, что отражается в развитии защитных реакций растений и ускорении их роста и в конечном итоге в повышении продуктивности пшеницы (д.б.н Ф.М. Шакирова).

Исследования лаборатории почвоведения, которые проводились при финансовой поддержке АН РБ, были посвящены экологическим проблемам Башкортостана, преимущественно в районах нефтедобычи.

Загрязнение нефтепромысловыми поллютантами приводит к нарушению комплекса свойств почв, определяющих их агроэкологические функции. Самовосстановление таких почв происходит крайне медленно.

Для восстановления почв, загрязненных сырой и товарной нефтью, разработана комплексная технология биологической рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов, направленная главным образом на повышение самовосстанавливающей способности почвы за счет активизации аборигенной почвенной микрофлоры, утилизирующей углеводороды нефти, путем создания благоприятных трофических и физико-химических условий. Технология включает следующие основные этапы: рыхление почвы, внесение минеральных и органических удобрений, биостимуляторов почвенных микроорганизмов, обработку нефтеокисляющими биопрепаратами, посев бобовых сидератов (фитомелиорация).

При высоком уровне засоления и осолонцевания загрязненной нефтепромысловыми растворами почвы, эта технология дополняется гипсованием и промыванием пресной водой, а при наличии нефтяных шламов – использованием структурообразователей, разбавителей и дополнительных биостимуляторов (д.б.н. И.М. Габбасова).

Разработаны фитомелиоративные приемы восстановления эродированных почв Зауралья путем создания агростепей и возделывания многолетних трав. Агростепи, созданные методом высева сенно-травяной смеси, способствуют восстановлению эродированных черноземов обыкновенных. За 10-15 летний период по свойствам почва достигает уровня целинных почв – уменьшается плотность, возрастает пористость, повышается водопрочность структурных агрегатов, прекращается эрозия.

По почвовосстанавливающей способности разные виды трав различаются. Установлено преимущество злаковых многолетних трав из естественных сообществ Зауралья (ковыль Залесского, пырей ползучий, житняк гребенчатый, овсяница ложноовечья), под которыми повышается содержание гумуса, количество водопрочных структурных агрегатов в связи с образованием большей массы корней. Для восстановления эродированных черноземов в зауральской степи, эффективно возделывание многолетних злаковых трав и создание искусственных агростепей (д.б.н. Я.Т. Суюндуков).

Изучалась альгофлора болот, рек Буйско-Таныпского междуречья и лечебных грязей курортов Республики Башкортостан.

Альгофлора разных типов болот различна. Олиготрофные болота характеризуются малым обилием водорослей. Флора водорослей верховых болот представлена главным образом диатомовыми, переносящими низкие значения рН. Наиболее богатая альгофлора в моховом покрове между кочками.

В реках Буйско-Таныпского междуречья выявлено 124 вида и разновидности водорослей. Составлен список пресноводных водорослей РБ с указанием их местообитаний и экологических характеристик.

В бентосной альгофлоре водоемов «Ассы» и «Красноусольск» описано 457 видов и разновидностей водорослей. Большая численность и обилие видов альгокомплекса свидетельствуют о большом значении водорослей в формировании лечебно-оздоровительных биотопов (д.б.н. Р.Г. Минибаев).

Выявлены молекулярные механизмы дифференциальной экспрессии генов рРНК в геномах межвидовых гибридов растений. В межгенном спейсере доминирующих ядрышковых организаторов (ЯО) идентифицирован новый тип повторов, высокогомологичный коровому промотору рДНК и обладающий большим сродством к факторам транскрипции. В промоторах генов рРНК супрессируемых ЯО выявлено отсутствие канонического ТАТА-бокса и впервые экспериментально установлена инициация транскрипции генов рРНК со слабых ЯО с гуанина. В системе транзиентной экспрессии генов рРНК в изолированных протопластах показана корректная инициация транскрипции генов рРНК с необычного мотива TACTATG  в составе делетированных конструкций. У видов растений, резко отличающихся активностью ЯО, выявлены разный тип и уровень метилирования цитозиновых остатков в рДНК. Внес значительный вклад в исследование структурно-функциональной организации генов холодового шока, лектинов растений; генов термостабильной ДНК-полимеразы, липазы, циклодекстринглюканотрансфераз микроорганизмов; генов нуклеокапсидного белка, гликопротеинов G1 и G2 вируса геморрагической лихорадки с почечным синдромом. Создан прототип ДНК-вакцины против данного вируса. Идентифицированы гены-мишени фармакологического действия производных 2-аминоадаманта (академик АН РБ В.А. Вахитов).

С учетом этнической принадлежности проведено молекулярно-генетическое изучение ряда наследственных и многофакторных заболеваний в Республике Башкортостан. В генах муковисцидоза, фенилкетонурии, болезни Вильсона-Коновалова, гемофилии А, миодистрофии Дюшенна, несиндромальной аутосомно-рецессивной глухоты, гемохроматоза, спинальной амиотрофии, наследственных форм болезни Паркинсона, врожденных миастенических синдромов, синдрома Марфана, миотонической дистрофии и болезни Гентингтона определены спектр и частота мутации, выявлены ассоциированные с мутациями аллели и гаплотипы сцепленных с генами полиморфных ДНК-локусов. Разработаны и внедрены в практику медико-генетического консультирования Республики Башкортостан алгоритмы ДНК-диагностики 15 наследственных болезней. Проведен анализ полиморфизма более 80 генов-кандидатов для ряда заболеваний сердечно-сосудистой системы, рассеянного склероза, сахарного диабета, заболеваний бронхолегочной системы (бронхиальной астмы, тубуркулеза, хронического обструктивного бронхита, эмфиземы легких, рецидивирующего бронхита), некоторых социально значимых и психических заболеваний – алкогольного психоза, наркомании, суицидального поведения, умственной отсталости, эпилепсии, шизофрении. Для всех указанных заболеваний установлены генетические факторы риска их развития и факторы устойчивости, представляющие собой сочетания тех или иных аллелей и генотипов и достоверно отличающиеся в различных этнических группах, проживающих в Башкортостане. Полученные результаты используются в лечебно-профилактических учреждениях РБ для оптимизации лечения больных с многофакторной патологией с учетом наследственной предрасположенности человека (чл.-корр. АН РБ Э.К. Хуснутдинова).

Ведущие научные направления:

• биоразнообразие естественных и антропогенных экосистем, разработка системы его сохранения;
• биоресурсный потенциал РБ (флора, фауна, почвы): оценка состояния, сбалансированное использование, охрана, воспроизводство;
• физиолого-биохимические механизмы устойчивости и адаптации растений к неблагоприятным факторам среды;
• молекулярно-генетические особенности наследственных заболеваний и индивидуальной чувствительности к лекарственным препаратам в популяциях народов Башкортостана.

Научные школы: 

• Почвоведение – Хазиев Ф.Х., чл.-корр. АН РБ, профессор
• Геоботаника – Миркин Б.М., чл.-корр. АН РБ, профессор
• Физиология растений – Кудоярова Г.Р., профессор
• Лесоведение – Кулагин А.Ю., профессор
• Альгология – Минибаев Р.Г., профессор
• Молекулярная биология – Вахитов В.А., академик АН РБ, профессор
• Популяционная и медицинская генетика человека – Хуснутдинова Э.К., чл.-корр. АН РБ, профессор

Международные связи

По проблеме гормональной  регуляции  адаптации растений к условиям обитания совместные исследования проводятся с учеными из университета в Ланкастере (Великобритания)  и Вюрцбургского  университета   (Германия) (проф. Кудоярова Г.Р.).

По проблемам медицинской генетики научные исследования ведутся в сотрудничестве  с Центром молекулярной медицины и генетики в Калифорнии   (Ирвайн), с Эстонским биоцентром (Тарту), Институтом молекулярной  биологии им. М.Планка  в Германии  ( Геттинген) и институтом молекулярной генетики во Франции (Лион) ( проф. Хуснутдинова Э. К.).

Отделение биологических наук было организовано 13 сентября 1995 года Постановлением Президиума АН РБ №18/9 от 13.06.95. Из Отделений сельскохозяйственных и медицинских наук в Отделение биологических наук были переданы научные направления по проблемам биологических и почвенных ресурсов, физико-химической и медицинской биологии, общей биотехнологии, генно-инженерной биологии и научно-технические программы по этим направлениям.

22 июня 2006 г.  Отделение биологических наук было преобразовано в Сектор биологических наук в составе Отделения биологических, медицинских и сельскохозяйственных  наук АН РБ.

Более 10 лет Отделение биологических наук возглавлял академик-секретарь – чл.-корр. АН РБ Фангат Хаматович Хазиев (1995–2006). В этот же период данное отделение курировал вице-президент академик АН РБ Венер Абсатарович Вахитов. С 23 июля 2006 г. он был назначен заведующим сектором биологических наук, а с 2008 г. куратором по биологическим наукам стала чл.-корр. АН РБ Эльза Камилевна Хуснутдинова.

Сектор курирует по линии ГНТП РБ научную деятельность Института биологии, Института биохимии и генетики и Ботанического сада-института  УНЦ РАН,  Башкирского государственного аграрного университета, Башкирского государственного университета, Башкирского государственного природного заповедника, Башкирского государственного педагогического университета, Сибайского и Стерлитамакского филиалов АН РБ.

• Научный совет «Биологические и почвенные ресурсы Башкортостана, научные основы их рационального использования и воспроизводства»
• Научный совет по проблемам физико-химической биологии