Биологический факультет СПбГУ

Кафедра Ботаники - научная деятельность

Альгология

Сотрудниками направления проводится активная работа по изучению фитопланктона водоёмов г. Санкт-Петербурга, Ленинградской области (Валаамский архипелаг, Ладожское озеро) и некоторых других районов Северо-Запада России, Балтийского, Белого и Баренцева морей в том числе в связи с разработкой вопросов охраны водорослей и экомониторинга.

В результате исследования структурно-функциональных характеристик фитопланктона Северо-Запада получена информация о его таксономическом составе, выявлены факторы среды, влияющие на показатели обилия фитопланктона. Особое внимание уделяется исследованию видов цианобактерий, формирующих "цветение" воды, в том числе потенциально токсичных.

Chernova E., Russkikh I., Voyakina E., Zhakovskaya Z. Occurrence of microcystins and anatoxin-a in eutrophic lakes of Saint Petersburg, northwestern Russia // Oceanological and hydrobiological studies. 2016. Vol.45, issue 4. P. 466-484.

Chernova E., Sidelev S., Russkikh I., Voyakina E., Zhakovskayaa Z. First observation of microcystin- and anatoxin-a-producing cyanobacteria in the easternmost part of the Gulf of Finland (the Baltic Sea) // Toxicon. 2019. Vol. 157. P. 18-24.

Сбор фитопланктона, река Лена.

Воякина Е.Ю. Особенности продукционных процессов в озерах о. Валаам // Труды Зоологического института РАН. 2017. Т. 321, № 1. С. 10-18.

Воякина Е.Ю. Сукцессия фитопланктона озер Валаамского архипелага // Вопросы современной альгологии. 2021. № 2(26). С. 24–28. http://algology.ru/1741

Воякина Е.Ю. Динамика показателей обилия Gonyostomum semen (Ehr.) Diesing в озерах о. Валаам // Вопросы современной альгологии. 2021. № 2(29). С. 23–28.


Микология

Микологические исследования на кафедре проводят проф. Д.Ю. Власов и с.н.с. М.С. Зеленская. Эти исследования во многом способствовали становлению и развитию геомикологического направления в России. Они посвящены роли грибов в геологических процессах, взаимодействию микромицетов с минералами и горными породами в различных экологических условиях. Изучается разнообразие грибов в литобионтных сообществах, а также адаптация микромицетов к обитанию на каменистых субстратах. Ведётся исследование грибов, повреждающих архитектурные и археологические памятники. Параллельно развиваются исследования микобиоты полярных регионов (Арктики и Антарктики). Основное внимание в них уделяется антропогенной инвазии грибов в полярные регионы, их адаптациям к экстремальным условиям. Исследования проводятся в тесном сотруднические с микологами БИН РАН, а также коллегами из других научных центров России.

Vlasov D.Y., Zelenskaya M.S., Sazanova K.V., Schigorets S.B., Izatulina A.R., Rodina O.A., Stepanchikova I.S., Vlasov A.D., Polyanskaya E. I., Davydov D.A., Miklashevich E.A., Pavlova O.A., Frank-Kamenetskaya O.V. Diversity and significance of lithobiotic communities at the Tomskaya Pisanitsa Rock Art Site // Contemp. Probl. Ecol. 2023. 16. P. 173–188. https://doi.org/10.1134/S1995425523020130

Литобионтные грибы на СЭМ. Фото Д.Ю. Власова.


Vlasov D.Y., Bryukhanov A.L., Nyanikova G.G., Zelenskaya M.S., Tsarovtseva I.M., Izatulina A.R. The corrosive activity of microorganisms Isolated from fouling of structural materials in the coastal zone of the Barents Sea // Appl Biochem Microbiol. 2023. 59. P. 425–437. https://doi.org/10.1134/S0003683823040166

Vlasov D.Y.; Zelenskaya M.S.; Izatulina A.R.; Janson S.Y., Frank-Kamenetskaya O.V. Oxalate crystallization under the action of brown rot fungi // Crystals. 2023. 13(3). 432. https://doi.org/10.3390/cryst13030432

Vlasov D.Y., Psurtseva N.V., Zmitrovich I.V., Sazanova K.V., Ezhov O.N., Bondartseva M.A. Occurrence and adaptive potential of indoor macrofungi. In book: Bioprospects of macrofungi: recent developments. Eds: K.R. Sridhar, S.K. Deshmukh. CRS Press. USA. 2023. P. 280-307.

Vereshchagin O.S., Frank-Kamenetskaya O.V., Vlasov D.Y., Zelenskaya M.S., Rodina O.A., Chernyshova I.A., Himelbrant D.E., Stepanchikova I.S., Britvin S.N. Microbial biomineralization under extreme conditions: Case study of basaltic rocks, Tolbachik Volcano, Kamchatka, Russia // CATENA. 2023. Vol. 226. 107048. https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107048

Лихенология

Последние 30 лет на кафедре активно развивается лихенологическое направление, посвященное изучению разнообразия, распространения и экологии, а также вопросам систематики лишайников (ст. преп. Д.Е. Гимельбрант, доц. Е.С. Кузнецова, науч. сотр. И.С. Степанчикова). Год жизни лихенолога включает не менее 6 месяцев экспедиционных работ и полевых практик, оставшееся время занимают разнообразные лабораторные исследования собранного материала. Основные регионы экспедиционных исследований и полевых практик лихенологической группы – Север Дальнего Востока и Европейская Россия.

Одним из важных результатов исследований в области разнообразия лишайников является участие в создании целого ряда особо охраняемых природных территорий и региональных Красных книг. Лихенологи кафедры – активные участники фундаментального проекта “Флора лишайников России”, а также соавторы и адепты методики выявления и обследования биологически ценных лесов на Северо-Западе Европейской России.

Frolov I.V., Himelbrant D.E., Stepanchikova I.S., Prokopiev I.A. Polycauliona comandorica, a new fruticulose species in the family Teloschistaceae from the Commander Islands, Russia // The Lichenologist. 2021. Vol. 53, № 4. P. 299–306. https://doi.org/10.1017/S0024282921000268

Лихенологи кафедры за работой. Фото А. Перелыгина

Kuznetsova E.S., Stepanchikova I.S., Skirina I.F., Chesnokov S.V., Himelbrant D.E. A revision of the lichen genus Platismatia (Parmeliaceae) in Russia, with a key to the species // Novosti sistematiki nizshikh rastenii. 2021. 55(1). P. 179‑194. https://doi.org/10.31111/nsnr/2021.55.1.179

Stepanchikova I.S., Himelbrant D.E., Kuznetsova E.S., Motiejūnaitė J., Chesnokov S.V., Konoreva L.A., Gagarina L.V. The lichens of the northern shore of the Gulf of Finland in the limits of St. Petersburg, Russia – diversity on the edge of megapolis // Folia Cryptogamica Estonica. 2020. Fasc. 57. P. 101–132. https://doi.org/10.12697/fce.2020.57.11

Degtjarenko P., Mark K., Moisejevs R., Himelbrant D., Stepanchikova I., Tsurykau A., Randlane T., Scheidegger Ch. Low genetic differentiation between apotheciate Usnea florida and sorediate U. subfloridana (Parmeliaceae, Ascomycota) based on microsatellite data // Fungal Biology. 2020. Vol. 124, Issue 10. P. 892–902. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2020.07.007

Tagirdzhanova G., Stepanchikova I.S., Himelbrant D.E., Vyatkina M.P., Dyomina A.V., Dirksen V.G., Scheidegger Ch. Distribution and assessment of the conservation status of Erioderma pedicellatum in Asia // The Lichenologist. 2019. Vol. 51, № 6. P. 575–585. https://doi.org/10.1017/S0024282919000380


Раздел «Высшие растения»

Эволюционная морфология

Многие вопросы морфологической эволюции растений, сформулированные ещё сто лет назад, не разрешены до сих пор. К их числу относится вопрос и происхождения, и эволюционной гомологии листьев у спорофитов высших растений. Появление молекулярно-биологических и биоинформатических методов даёт новые возможности для выяснения, в результате преобразования каких программ развития могли возникнуть листья наземных растений, действительно ли существуют "энации" и "теломные листья", какие регуляторные изменения могли привести к редукции листьев у хвощовых и псилотовых.

Эволюционная морфология — направление, имеющее глубокие кафедральные традиции. В настоящее время оно развивается под руководством доц. М.А. Романовой. В научную группу входит инженер-исследователь В.В. Домашкина. Исследования в данном направлении были поддержаны грантами РФФИ, РНФ и выполняются в научном сотрудничестве с лаб. Экологической и молекулярной физиологии БИН РАН и отделом Ботаники Стокгольмского университета (Швеция). Результаты исследований публикуются в высокорейтинговых научных изданиях.

Апикальная меристема папоротника. Фото М. А. Романовой.

Evkaikina A.I., Berke L., Romanova M.A., Proux-Wéra E., Ivanova A.N., Rydin C., Pawlowski K., Voitsekhovskaja O.V. The Huperzia selago shoot tip transcriptome sheds new light on the evolution of leaves // Genome Biol. Evol. 2017. 9. P. 2444–2460. https://doi.org/10.1093/gbe/evx169
Maksimova (Evkaikina) A.I., Berke L., Salgado M.G., Klimova E.A., Pawlowski K., Romanova M.A. et al. What can the phylogeny of class I KNOX genes and their expression patterns in land plants tell us about the evolution of shoot development? // Botanical Journal of the Linnean Society. 2021. 195 P. 254–280. https://doi.org/10.1093/botlinnean/boaa088
Romanova M.A., Maksimova A.I., Pawlowski K., Voitsekhovskaja O.V. YABBY genes in the development and evolution of land plants // Int. J. Mol. Sci. 2021. 22:4139. https://doi.org/10.3390/ijms22084139
Романова М.А., Яковлева О.В., Максимова А.И., Иванова А.Н., Домашкина В.В. Строение апикальных меристем побегов и особенности ультраструктуры их клеток у плауновидных и папоротниковидных // Бот. журн. 2022. 107(9) C. 65–85. https://doi.org/10.31857/S0006813622090095
Романова М.А., Домашкина В.В., Бортникова Н.А. Структурные и регуляторные аспекты морфогенеза Equisetum sylvaticum и Equisetum fluviatile в связи с гомологией листьев хвощовых и других папоротниковидных // Бот. журн. 2023. 108(9). C. 3-38.
Romanova M.A., Domashkina V.V., Maksimova A.I., Pawlowski K., Voitsekhovskaja O.V. All together now: Cellular and molecular aspects of leaf development in lycophytes, ferns, and seed plants // Front. Ecol. Evol. 2023. 11. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1097115


Флористика

На кафедре ведётся многолетнее изучение флоры сосудистых растений, в том числе совместно с БИН РАН. Традиционно исследования связаны с изучением флор отдельных территорий, анализом временны́х и пространственных тенденций в региональных флорах, изучением географического распространения редких растений, анализом динамики чужеродных видов (с.н.с., к.б.н. А.В. Леострин). Полевые флористические исследования проводятся преимущественно в регионах Северо-Запада и Севера Европейской России.

Leostrin A.V., Pergl J. Alien flora in a boreal region of European Russia: an example of Kostroma oblast // Biological Invasions. 2021. 23. P. 3337–3350.
Seregin A.P., Bochkov D.A., Shner J.V., et al., Leostrin A.V. «Flora of Russia» on iNaturalist: a dataset // Biodiversity Data Journal. 2020. e59249.
Леострин А.В. First record of Corynephorus canescens (L.) P. Beauv. (Poaceae) in Leningrad Region and its status in Northwestern Russia // Новости сист. высш. раст. 2020. 51. C. 113–117.
Леострин А.В., Ефимова А.А. Материалы для флоры Костромской области // Turczaninowia. 2020. 23(2). C. 99–107.
Leostrin A.V., Mayorov S.R. Current state and distribution of alien weedy Cardamine occulta Hornem. (Brassicaceae) in European Russia // Russian Journal of Biological Invasions. 2019. 10(3). P. 236–245.

А.В. Леострин за работой.


Функциональная морфология растений 

Данный раздел науки занимается оценкой роли структурных элементов растений в осуществлении тех или иных их функций. Группа в составе проф. А.А. Паутова, м.н.с. Е.Г. Крыловой, асс. Ю.О. Сапач и асс. Г.Р. Трухмановой изучает влияние структурных особенностей устьичных комплексов и их клеток на движения замыкающих клеток, обеспечивающих поддержание баланса между поглощением СО2 для фотосинтеза и потерей воды при транспирации; эволюцию этих комплексов в различных условиях среды.

 Методы исследования – световая, сканирующая и трансмиссионная электронная микроскопия, гистохимия, компьютерное моделирование устьичных движений. Исследования проводятся совместно с коллегами с математико-механического факультета СПбГУ и из Ботанического института им В.Л. Комарова РАН.
Pautov A., Koteyeva N., Yakovleva O., Ivanova A., Krylova E., Tarasova M., Trukhmanova G., Pautova I. Large lipid droplets of the guard cells are dynamic organelles of the functioning stomata of Fagraea ceilanica // Flora. 2022. Vol. 297. P. 152–182. https://doi.org/10.1016/j.flora.2022.152182
Pautov A., Bauer S., Ivanova O., Krylova E., Yakovleva O., Sapach Yu., Pautova I. Stomatal rings: structure, functions and origin // Botanical Journal of the Linnean Society. 2021. Vol. 195(3). P. 357–379. https://doi.org/10.1093/botlinnean/boaa096
Pautov A., Bauer S., Ivanova O., Krylova E., Yakovleva O., Sapach Yu., Pautova I. Influence of stomatal rings on movements of guard cells // Trees: Structure and Function. 2019. Vol. 33. № 5. P. 1459–1474. https://doi.org/10.1007/s00468-019-01873-y
Pautov A., Yakovleva O., Krylova E., Pautova I., Gussarova G.L. Structural changes of large lipid droplets in stomatal complex of Trochodendron aralioides and their possible functional significance // Flora: Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants. 2018. Vol. 242. P. 146–154. https://doi.org/10.1016/j.flora.2018.03.016
Pautov A., Bauer S., Ivanova O., Krylova E., Sapach Y., Gussarova G. Role of the outer stomatal ledges in the mechanics of guard cell movements // Trees – Structure and Function. 2017. Vol. 31. № 1. P. 125–135. https://doi.org/10.1007/s00468-016-1462-x

Поперечный срез замыкающей клетки калины и фрагмент реконструированного устьица после увеличения в его клетках тургорного движения. Фото А.А. Паутова.

Систематика и филогеография растений

Использование молекулярных маркеров в систематике растений повлекло за собой развитие самостоятельных дисциплин: филогенетики и филогеографии. Задачей данных направлений является использование генетической информации (ДНК) для реконструкции истории видов и популяций. Это включает реконструкцию отношений родства, т. е. филогенетических отношений, выводы о направлении исторических миграций, времени дивергенции, заключения о демографических процессах в предковых популяциях и пр. На материале различного таксономического ранга обсуждаются основные вопросы, решаемые в рамках филогенетики и филогеографии, рассматриваются принципиальные методологические подходы и приёмы анализа данных.

Исследуется систематика, строение и географическое распространение представителей семейства Lycopodiaceae (плауновые). Проводится типификация видов и подвидовых таксонов плауновидных (Lycopodiophyta), хвощевидных (Equisetophyta) и папоротников (Polypodiophyta). Выполняется обработка семейств из отделов плауновидные (Lycopodiophyta), хвощевидные (Equisetophyta) и папоротники (Polypodiophyta) для региональных «Флор», «Определителей» и региональных Красных книг.

Распространение осоки чёрной. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2012.02740.x

Willerslev E., Davison J., Moora M., Zobel M., Coissac E., Edwards M.E., Lorenzen E..D, Vestergård M., Gussarova G. et al. Fifty thousand years of Arctic vegetation and megafaunal diet // Nature. 2014 Feb 6;506(7486):47–51. https://doi.org/10.1038/nature12921. PMID: 24499916.
Soininen E.M., Gauthier G., Bilodeau F., Berteaux D., Gielly L., Taberlet P., Gussarova G., Bellemain E., Hassel K., Stenøien H.K., Epp L., Schrøder-Nielsen A., Brochmann C., Yoccoz N.G. Highly overlapping winter diet in two sympatric lemming species revealed by DNA metabarcoding. PLoS One. 2015 Jan 30;10(1):e0115335. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0115335 PMID: 25635852; PMCID: PMC4312081.
Bellemain E., Davey M.L., Kauserud H., Epp L.S., Boessenkool S., Coissac E., Geml J., Edwards M., Willerslev E., Gussarova G., Taberlet P., Haile J., Brochmann C. Fungal palaeodiversity revealed using high-throughput metabarcoding of ancient DNA from arctic permafrost // Environ Microbiol. 2013. 4:1176-89. https://doi.org/10.1111/1462-2920.12020. Epub 2012 Nov 22. Erratum in: Environ Microbiol. 2013. 7:2146. Haile, James [added]. PMID: 23171292.
Gussarova G., Popp M., Vitek E., Brochmann C. Molecular phylogeny and biogeography of the bipolar Euphrasia (Orobanchaceae): recent radiations in an old genus // Mol Phylogenet Evol. 2008. Aug;48(2):444–60. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2008.05.002 Epub 2008 May 9. PMID: 18555702.
Jiménez‐Mejías P., Luceño M., Lye K.A., Brochmann C., Gussarova G. Genetically diverse but with surprisingly little geographical structure: the complex history of the widespread herb Carex nigra (Cyperaceae) // Journal of Biogeography. 2012. 39(12). P. 2279–2291.https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2012.02740.x
Horn K., Ivanenko Y.A., Bennert H.W. Diphasiastrum × oellgaardii Stoor et al. (Lycopodiaceae, Lycopodiophyta), a rare lycopod hybrid new to the flora of Turkey and Asia // Nova Hedwigia. 2019. Vol. 109. Issue 3-4. P. 513–526. https://doi.org/10.1127/nova_hedwigia/2019/0544
Ivanenko Yu.A. First reliable record of Diphasiastrum issleri (Lycopodiaceae) in Siberia // Bot. Zhurn. 2021. Vol. 106. №7. P. 688–695. https://doi.org 10.31857/S0006813621070024
Иваненко Ю.А. Отдел Lycopodiophyta – Плауновидные. Отдел Equisetophyta –Хвощевидные // Атлас сосудистых растений Северо-Запада европейской части России. Том 1/ Под ред. И.А. Сорокиной и Г.Ю. Конечной. Москва: КМК. 2021. С. 9-15, 17-23.
Иваненко Ю.А., Сорокина И.А. Отдел Polypodiophyta – Папоротниковидные // Атлас сосудистых растений Северо-Запада европейской части России. Том 1/ Под ред. И.А. Сорокиной и Г.Ю. Конечной. Москва: КМК, 2021. С. 25-45.
Bog M., Inoue M., Klahr A., Fuchs J., Ivanenko Y., Hori K., Horn K., Bennert H.W., Schnittler M. Club-mosses (Diphasiastrum, Lycopodiaceae) from the Far East – Introgression and possible cryptic speciation // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2022. Vol. 175. No. 8. 107587DOI: 10.1016/j.ympev.2022.107587
Иваненко Ю.А., Антипова Е.М. Раздел IV. Хвощи – Equisetophyta. («Хвощ ветвистый») // Красная книга Красноярского края. Т. 2. Ч. 2. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и грибов / Отв. ред. Н.В. Степанов. Красноярск. 2022. С. 491-493.


Участие в совместных проектах с другими организациями

Сотрудники кафедры регулярно участвуют в реализации общих проектов с другими кафедрами, а также лабораториями академических институтов.

Так, например, совместно с коллегами с кафедры генетики выполнялись или выполняются следующие проекты: «Метаболическое профилирование растений в условиях дефицита кислорода и последующей реаэрации» (Смирнов П.Д.), «Особенности роста растяжением клеток колеоптилей риса при недостатке кислорода» (Смирнов П.Д.), «Системы WOX-CLAVATA в регуляции развития запасающих органов растений» (Паутов А.А., Крылова Е.Г.). Изучение метаболомных профилей красных, бурых и зелёных водорослей Белого моря проводится совместно с сотрудниками кафедры физиологии и биохимии растений, кафедры генетики и биотехнологии.

«Современное минералообразование при участии микроорганизмов» (Власов Д.Ю., Зеленская М.С.) – совместно с коллегами с кафедры кристаллографии Института Наук о Земле.

«Манипулирование программами нормального развития в паразитарных системах: патологические изменения в тканях листа Fragaria viridis, зараженных галловым клещом Fragariocoptes setiger» (Паутов А.А., Крылова Е.Г. и др.) – совместно с коллегами из лаборатории по изучению паразитических членистоногих Зоологического института РАН.

«Роль плазмодесм в формировании вегетативного тела высших растений: эволюционный аспект», «Структурные основы криофилии растений умеренного климата» (Романова М.А.) – совместно с лабораториями молекулярной и экологический физиологии растений, анатомии и морфологии растений Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

«Пространственно-временные изменения в лихенофлоре южной части Российской Фенноскандии» (Гимельбнрант Д. Е., Степанчикова И. С., Родионова А. А. и др.) — совместно с коллегами из лаборатории лихенологии и бриологии Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН.

«Лихенологическая оценка состояния лесных экосистем Калининградской области в целях их охраны и прогнозирования последствий антропогенной трансформации» (Гимельбнрант Д. Е., Степанчикова И. С. и др.) — совместно с коллегами из лаборатории лихенологии и бриологии Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН.

«Закономерности дифференциации растительного покрова Берингийской лесотундровой области и важнейшие ботанико-географические рубежи Северо-Восточной Азии» (Гимельбнрант Д. Е., Степанчикова И. С., и др.) — совместно с коллегами из лаборатории геоботаники Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН.

«Трансформация растительных сообществ в Европейской Арктике под влиянием климатических и антропогенных факторов» (Степанчикова И. С. и др.) — совместно с коллегами из лаборатории географии и картографии растительности Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН.





© Биологический факультет СПбГУ, 2006-2011