Отделение физиологии и биохимии растений
Зав. отделом Ольга Арнольдовна Тимофеева.
Открытие кафедры физиологии растений и микробиологии состоялось в 1932 году и связано с именем выдающегося физиолога растений, заслуженного деятеля науки РСФСР и ТАССР, доктора биологических наук, профессора Алексея Михайловича Алексеева, который является основателем широко известной Казанской школы водного режима растений (школа А.М. Алексеева). Кафедра относится к числу старейших классических фундаментальных кафедр университета. В 1969 году от неѐ отделилась кафедра микробиологии. Основной профиль подготовки специалистов - экологическая физиология и биохимия растений. С 2001 года впервые среди университетов России начата подготовка специалистов по биотехнологии растений. В 2011 году кафедра переименована в кафедру физиологии и биохимии растений. Современной научной и учебной базой кафедры является Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН, где студентами кафедры ежегодно выполняются курсовые и дипломные работы, многие выпускники поступают в аспирантуру института и продолжают там работать. Кафедра постоянно активно сотрудничает с другими академическими и отраслевыми учреждениями и вузами России - ТатНИИ сельского хозяйства РАСХН, Институтом природных систем и недропользования, Академией наук Республики Татарстан, Казанским аграрным университетом, МГУ, Пущинским научным центром, Институтом физиологии растений РАН (г. Москва) и др., а также с рядом зарубежных университетов (Финляндия, Германия, Бельгия, Польша).
История кафедры
Зарождение физиологии растений в Императорском Казанском университете относится к 70-м годам 19 столетия и связано с именем профессора Н.Ф. Леваковского. В это время в университете происходило формирование основных направлений по биологии. Специализированной кафедры физиологии растений ещ. не было, поэтому все физиологические работы были сосредоточены на кафедре ботаники. Н.Ф. Леваковский, исследуя взаимоотношения растений в природе, влияние внешних условий (влажности почвы, света, температуры) на морфологию, рост и развитие растений, положил начало экспериментальной морфологии и экологической физиологии растений.
Вместе с Н.Ф. Леваковским работали Е.Ф.Вотчал, который изучал механизмы передвижения воды по сосудистой системе растений, и В.А. Ротерт, впервые доказавший наличие у растений чувствительности и способности к ростовым движениям (фото- и геотропизм). Знаменательным событием стала защита в стенах Казанского университета крупнейшим физиологом растений М. С. Цветом в 1901 году магистерской диссертации "Физико-химическое строений хлорофильного зерна", в которой он описал разработанный им метод адсорбционной хроматографии, с помощью которого обнаружил и разделил два хлорофилла "а" и "б" и желтые пигменты. Это выдающиеся открытие в дальнейшем значительно ускорило изучение растительных пигментов и фотосинтеза и получило широчайшее применение в химии, биологии, медицине и различных отраслях промышленности. Лишь посмертно М.С. Цвет был признан подлинным основателем хроматографии (Сенченкова Е.М. "М.С. Цвет - создатель хроматографии", 1997). Основополагающее влияние на развитие физиологии растений в Казанском университете оказал В.В. Лепешкин, стоявший у истоков отечественной физико-химической биологии. За годы работы в университете в должности профессора кафедры ботаники и заведующего ботанической лабораторией (1910-1921 гг.) он обосновал учение о коллоидно-химическом строении протоплазмы растительных клеток, которое способствовало появлению нового физико-химического направления не только в физиологии растений, но и в других биологических науках. В силу сложившихся обстоятельств в 1921 году В.В. Лепешкин эмигрирует за границу, где по-прежнему в центре его внимания - коллоидное состояние тел как основа жизни, организм с точки зрения химии и физики и даже возможности искусственного создания протоплазмы (Kolloidchemische des Protoplasms.-Berlin: Springer, 1924. 228 s.). За свою плодотворную творческую деятельность за рубежом он получает заслуженное признание как одного из крупнейших представителей физико-химического направления в биологии.
Открытие в университете кафедры физиологии растений и микробиологии состоялось в 1932 году на базе Ботанической лаборатории. Бессменным заведующим кафедрой в течение почти 40 лет (1932-1971) был заслуженный деятель науки РСФСР и ТАССР, профессор Алексей Михайлович Алексеев, который прославился своими трудами в области водного режима растений. Он родился в Казани, в семье учителя. Среднее
образование получил в 3-й Казанской мужской гимназии, а высшее - в Казанском университете (1912-1917 гг.), закончив естественное отделение физико-математического факультета. Был оставлен профессорским стипендиатом и под руководством своего учителя профессора В.В. Лепешкина стал заниматься изучением осмотических свойств и проницаемости протоплазмы (1921-1925 гг.). Эти работы относятся к числу первых отечественных исследований физико-химических свойств растительных клеток. Именно огромным влиянием В.В. Лепешкина объясняется тот факт, что все научные труды А.М. Алексеева и его учеников базируется на физико-химическом подходе к изучению физиологических процессов.
Всю свою последующую многолетнюю творческую деятельность А.М. Алексеев посвятил разработке теоретических основ водного режима растений. Исследуя его связь с обменом веществ, продуктивностью растений и условиями среды, открыл ранее неизвестные физиологические закономерности действия засухи на растения ("Физиологические основы влияния засухи на растения", 1938 г., докторская диссертация), что явилось важным вкладом в проблему засухоустойчивости растений. К приоритетным достижениям мирового уровня относится создание А.М. Алексеевым учения о термодинамике водного режима растений и введение в физиологию растений новых показателей энергетического состояния клеточной воды - активности и парциального химического потенциала. Концепцию физиологической роли термодинамических свойств воды А.М. Алексеев описал в своей знаменитой классической монографии "Водный режим растения и влияние на него засухи" (Казань, 1948), за которую ему была присуждена первая премия КГУ и медаль Всесоюзной с/х выставки (1955). Постоянно связывал результаты своих исследований с решением насущных задач практического растениеводства. Уже в 50-е годы в своих трудах в связи с часто повторяющимися засухами и большими потерями урожая он обращал внимание на необходимость организации в Татарстане системы орошаемого земледелия, что является в настоящее время одной из актуальных задач растениеводства РТ. Важным событием явилось освоение и применение аспирантом кафедры И.А. Тарчевским (научный руководитель - проф. А.М. Алексеев) нового метода меченых атомов - радиоактивного углерода для изучения влияния засухи на фотосинтетический метаболизм углерода (1956-1958 гг.). Это явилось прологом для открытия нового пути углеродного метаболизма С4 - фотосинтеза, сделанного на кафедре Ю.С. Карпиловым (1959-1960 гг.). За расшифровку биохимических реакций этого пути, спустя несколько лет, австралийские ученые Хетч и Слэк получили Нобелевскую премию. Однако первооткрывателем С4-фотосинтеза считается Ю. С. Карпилов.
В 60-е годы А.М. Алексеев обосновывает новое представление о водном режиме как важном ингредиенте обмена веществ и структуры протоплазмы растительных клеток и о необходимости более углубленного изучения водообмена растений на молекулярном уровне с помощью физических методов, прежде всего ЯМР. К этим работам подключились многие физики - В.Д. Корепанов, Н.А. Мальцев, Л.А. Абецедарская, В.Д. Федотов, впоследствии - В.Я. Волков, А.В. Анисимов, Г.А. Великанов и др., что привело к появлению нового биофизического направления в области водного обмена растений. А.М. Алексеевым подготовлено 3 доктора и более 20 кандидатов наук, опубликовано около 90 научных трудов, в том числе 3 монографии.
В 50-60-е годы сформировалась Казанская школа физиологов растений - исследователей водного режима растений, получившая широкую известность как школа профессора А.М. Алексеева и статус ведущей школы водного обмена растений в нашей стране. За время существования школы было подготовлено 11 докторов (из них 4 доктора по кафедре - И.Г. Сулейманов, И.А. Тарчевский, Л.П. Хохлова, О.А. Тимофеева) и более 100 кандидатов наук, опубликовано около 40 монографий и тематических сборников, сотни статей в отечественных и зарубежных изданиях. В настоящее время эта школа называется Казанской школой физиологов и биохимиков растений и ее возглавляет выпускник кафедры, академик РАН И.А. Тарчевский. Пройдя путь на кафедре от студента до профессора И.А. Тарчевский, был инициатором открытия кафедры биохимии (1965 г.) и ее заведующим, а впоследствии - директором Казанского института биологии КФ АН СССР (1975-1992 гг.). На этапе 70-80 годов учениками и последователями А.М. Алексеева - проф. И.Г. Сулеймановым, доц. Г.И. Пахомовой, проф. В.Е. Петровым, проф. Л.П. Хохловой, доц. С.Н. Черезовым на кафедре развивалось и углублялось традиционное для Казанской школы фитофизиологов направление - выяснение механизмов адаптации и устойчивости растений к экстремальным условиям окружающей среды с использованием новых методических подходов и современных методов - низкотемпературной и дифференциальной микрокалориметрии, ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля, ИК - спектроскопии и др. Публикуется множество статей по фотоэнергетике, дыханию, водному обмену, химическому составу биосистем разной степени сложности - целые органы, клетки, органеллы (митохондрии и хлоропласты), мембраны, что позволило воссоздать наиболее целостную картину интеграции и регуляции физиологических процессов в системе целого растения в экстремальных условиях окружающей среды. Идеи и концепции А.М. Алексеева о состоянии и физиологической уникальности клеточной воды по- прежнему являются актуальными и значимыми не только для физиологии растений, но и для всей биологии клетки.
В 1988 году заведующим кафедрой проф. Л.П. Хохловой организуется первая научно-исследовательская лаборатория регуляторов роста и устойчивости растений (НИЛ РУР). В содружестве со многими учреждениями сельскохозяйственного профиля в лаборатории были развернуты работы по выяснению механизмов действия и практическому применению новых биологических и синтетических регуляторов роста в сельском хозяйстве, что способствовало активизации исследований по сельскохозяйственной физиологии и сближению с растениеводством.
В начале 90-х годов по инициативе проф. Л.П. Хохловой на кафедре возникло новое направление в мало разработанной области клеточной физиологии - физико-химическая организация цитоскелета и его роль в формировании термоадптивного потенциала растений. На основе результатов этих работ впервые обосновано представление о цитоскелете как важнейшей сенсорной структуре растительных клеток и разработана новая цитоскелетная диагностика стресс - устойчивости растений. Исследования проводилась по десяти грантам и по шести совместным международным проектам. Сотрудникам кафедры - Л.П. Хохловой, О.А. Тимофеевой, О.В. Олиневич была присуждена престижная именная премия Академии наук РТ имени В.А. Энгельгардта. По этому направлению защищена докторская (О.А. Тимофеева) и шесть кандидатских диссертаций.
С историей кафедры физиологии растений можно ознакомиться в книге проф. Л.П. Хохловой "Физиология растений в Казанском университете" (Казань, 2013 г.).
В настоящее время научные работы на кафедре ведутся в области клеточной, биохимической и молекулярной физиологии растений и посвящены выяснению в системе целого растительного организма роли мембран, синтеза стрессовых и рецепторных белков, экспрессии стресс-зависимых генов, поиску и идентификации молекулярных маркеров устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды - низким и высоким температурам, водному дефициту, засухе, патогенам и тяжелым металлам. Используются современные методы и аппаратура: газометрия, ЯМР, иммунофлуоресценция, электрофорез, молекулярно-генетический анализ, адсорбционная спектрометрия, кондуктометрия и др.
