Лаборатории

ЛАБОРАТОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ БИОСИНТЕЗОМ ФОТОТРОФОВ

Лаборатория основана в 1964 г.

Заведующий лабораторией: Тихомиров Александр Аполлинарьевич, д.б.н. проф.

Сотрудники лаборатории:

Основные направления НИР:

Основное научное направление работы лаборатории связано с разработкой структуры и изучением особенностей функционирования фотосинтезирующего звена ЗЭС, сформированного на основе высших растений, в зависимости от параметров среды и функционального назначения искусственной экосистемы. Основными объектами исследований являлась биологического жизнеобеспечения БИОС-3, а также более простые искусственные экосистемы, в которых физико-химические методы используются как дополнительные для повышения замкнутости массообменных процессов. В этом направлении исследований лабораторией получены следующие наиболее важные результаты:

• разработаны основы светового управления продукционным процессом ценозов культурных растений для условий светокультуры;

• подобран видовой состав, разработана и экспериментально проверена технология культивирования растений в ЗЭС, позволившая в течение 4-6 месяцев обеспечить экипаж из 2-3 человек растительной пищей и регенерировать атмосферу и воду в системе БИОС-3;

• разработаны световые технологии, позволяющие интенсифицировать массообмен и миниатюризировать размеры СЖО при усилении фотосинтетической активности растительного звена за счет использования высокоинтенсивного излучения фотосинтетически активной радиации;

• исследована устойчивость фотосинтезирующего звена в СЖО к световому и температурному стрессам (имитация аварийных ситуаций в СЖО по свету и температуре).

В настоящее время лаборатория объединяет научные интересы ряда исследователей из других подразделений Института биофизики, работающих в области исследования искусственных систем жизнеобеспечения. В этой связи в лаборатории выполняются совместно с другими подразделениями научные исследования, среди которых целесообразно отметить следующие:

• оценка биоразнообразия как условие самоподдержания экосистем различного назначения (видовое разнообразие фото- и гетеротрофов);

• проблемы восстановления экосистем (при аварийных ситуациях, антропогенных воздействиях);

• обеспечение качества внутрисистемной среды (исследование летучих выделений растений, самоочищение водяной и воздушной сред, стабилизация микрофлоры и т.д.);

• исследование условий замыкания биологического круговорота в экосистемах различной степени сложности (сопряжение циклов биогенных элементов, вовлечение в круговорот ряда элементов и соединений, степень замкнутости, устойчивость и надежность круговорота);

• разработка и испытание физико-химического способа переработки отходов растений и метаболитов человека.

Многолетние научные исследования лаборатории в области искусственных экосистем внесли значительный вклад в развитие этого направления в Институте биофизики, которыми он известен в ведущих научных центрах ( космические центры в США, НАСА, ЕКА и др.).

• Участие в работе Международных конференций:

  • Китай (2006, 2007)

  • Япония (2007)

  • Канада(2008)

  • Испания (2008, 2009)

  • Белоруссия (2009)

  • Германия (2010)

  • Индия (2012)

• Гранты за 2005-2013 гг.:

  • INTAS IA-03-59-143;

  • INTAS 05-1000008-8010;

  • Грант № 263076 «BIOcontamination Specific Modeling in HAbitats Related to Space»

Интеграционный проекты СО РАН:

• 5 (2009-2011 гг.), 132 (2009-2011 гг); 5.16 (2006-2008 гг); № 95 (2003-2005гг)

Сотрудничество с российскими научными организациями и ВУЗами:

• ИФР РАН; ИМБП РАН; Институт катализа СО РАН, ИХТТМ СО РАН, Институт биологии УрО РАН

• ВНИСИ, АФИ РАСХН, ВИР РАСХН

• СФУ, МГУ, ЛГУ, ТГУ, ТСХА

Основные публикации лаборатории за 2008-2013 гг.:

• Tikhomirov A.A., Ushakova S.A., Velichko V.V., Zolotukhin I.G., Shklavttsova E.S., Lasseur Ch., Golovko T.K. Estimation of the stability of the photosynthetic unit in the bioregenerative life support system with plant wastes included in mass exchange //Acta Astronautica 2008, V.63, p.1111– 1118

• Ushakova S.A., Zolotukhin I.G., Tikhomirov A.A., Tikhomirova N.A., Kudenko Yu.A., Gribovskaya I.V., Balnokin Yu. and Gros J.-B. Some Methods for Human Liquid and Solid Waste Utilization in Bioregenerative Life-Support Systems // Applied Biochemistry and Biotechnology. – 2008. – Vol. 151. – P. 676–685

• Tikhomirova N. A, Ushakova S.A.,. Tikhomirov A. A, Kalacheva G/ S., Gros J.-B. Possibility of Salicornia europaea use for the human liquid wastes inclusion into BLSS intrasystem mass exchange// Acta Astronautica, 2008, V. 63, p.1106 – 1110.

• Gitelson I. I.,. Lisovsky G. M. Creation of Closed Ecological Life Support Systems: Results, Critical Problems and Potentials. Journal of Siberian Federal University. Biology № 1. 2008, p. 19-39.

• Tikhomirova N. A., Ushakova S. A., Tikhomirov A. A.,. Kalacheva G. S., Gros J.-B. Salicornia europaea L. (fam. Chenopodiaceae) Plants as Possible Constituent of Bioregenerative Life Support Systems’ Phototrophic Link Journal of Siberian Federal University. Biology № 2, 2008, р. 118-125.

• Ushakova S. A ., Tikhomirov A. A., Velichko V. V., Zolotukhin I. G., Kudenko Y. A., Golovko T. K. The Estimation of the Stability of Plants Constituting the Photosynthesizing Unit of Bioregenerative Life Support Systems for Including Them into the Plant Waste Mass Exchange. Journal of Siberian Federal University. Biology № 1. 2008, p. 78-90.

• Gurevich Yu.L., Manukovsky N.S., Kovalev V.S., Degermendzy A.G., Hu Dawei, Hu EnZhu, Liu Hong The carbon cycle in a bioregenerative life support system with a soil-like substrate // Acta Astronautica, 2008, V. 63, p.1043-1048.

• Liu H., Yu C.Y., Manukovsky N.S., Kovalev V.S.,. Gurevich Yu L, Wang J. A conceptual configuration of the lunar base bioregenerative life support system including soil-like substrate for growing plants // Adv. Space Res. 2008, V.42, p.1080-1088.

• Chengying Yu, Hong Liu, Yidong Xing, N.S. Manukovsky, V.S. Kovalev, Yu.L. Gurevich //Bioconversion of rice straw into a soil-like substrate Acta Astronautica, 2008, V.63, p.1037-1042.

• Тирранен Л.С., Микроорганизмы – индикаторы состояния высших растений / Л.С. Тирранен, М.П. Шиленко.// Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т. 42. №6/1. С. 36-39.

• Nesterenko E.V., Kozlov V.A., Khizhnyak S.V., Manukovsky N.S., Kovalev V.S., Gurevich Yu.L., Liu H., Xing Y., Hu E. Testing fungistatic activity of a soil-like substrate for growing plants in bioregenerative life support systems. Adv. Space Res. 44(8), 958-964, 2009.

• С.А. Ушакова, Н.А. А.А.Тихомиров ,Ю.А. Куденко, О.В., Н.А. Тихомирова, О.В.Анищенко/ Возможные пути включения экзометаболитов человека в массообмен биологической системы жизнеобеспечения // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2009. Т. 43. №2. С. 61-63

• Н. А. Тихомирова, С.А. Ушакова, Т.К. Калачева Г.С. Продукционный Процесс Растений Salicornia Europaea Как Потенциального Компонента Фототрофного Звена БСЖО // Физиология Растений. 2009 № 1. С. 27-35

• Моторин Н.В., Тихомиров А.А., Ушакова С.А.,. Величко В.В. Толерантность растений чуфы к воздействию факторов внешней среды применительно к БСЖО// Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. №6/1. С. 47-48.

• Моторин Н.В., Тихомиров A.А., Ушакова С.А., Гаврилова B.А., Конькова Н.Г. Испытания сортов чуфы (Cyperus esculentus L.) Применительно к биорегенеративной системе жизнеобеспечения БИОС-3 // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень всероссийского научно-исследовательского института масличных культур – 2009. №1, С. 150-152.

• Ushakova S., Tikhomirov A., Shikhov V., Kudenko YU.A., Anischenko O., Gros J.-B., Lasseur Ch. Increased BLSS closure using mineralized human waste in plant cultivation on a neutral substrate //Advances in Space Research, 2009, 44, 971 – 978.

• Ушакова С.А., Тихомиров А.А., Величко В.В., Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Захожий И.Г., Матусевич В.В. Сравнительная оценка продуктивности некоторых зеленных культур, возможных представителей звена высших растений биорегенеративных систем жизнеобеспечения // Авиакосмическая и экологическая медицина. – 2010. – Т.44. №3. – С. 42–46.

• Тихомиров А.А., Ушакова С.А., Матусевич В.В., Головко Т.К. Оценка почвоподобного субстрата как источника минеральных элементов для выращивания растений применительно к системам жизнеобеспечения // Вестник КрасГАУ. – 2010. – №9. – С. 13–17.

• Шклавцова Е.С., Ушакова С.А., Шихов В.Н. Влияние условий минерального питания на термоустойчивость растений чуфы (Cyperus esculentus L.) // Вестник КрасГАУ. 2010, №8, С. 29-33.

• Tikhomirov A.A., Kudenko Yu.A., Ushakova S.A, Tirranen L.S. Gribovskaya I.A.,Gros J.-B., Lasseur., Ch. Use Of Human Wastes Oxidized To Different Degrees In Cultivation Of Higher Plants On The Soil-Like Substrate Intended For Closed Ecosystems. Advances In Space Research. 2010. V.46. P. 744–750.

• Balnokin Y., Myasoedov N., Popova L., Tikhomirov A., Ushakova S., Lasseur Ch., Gros J.-B. Use of halophytic plants for recycling NaCl in human liquid waste in a bioregenerative life support system // Advances In Space Research. 2010. V.46. P. 768–774.

• Шклавцова Е.С., Ушакова С.А., Шихов В.Н. (2011) Устойчивость растений чуфы (Cyperus esculentus L.), представителя фототрофного звена биотехнических систем жизнеобеспечения, к действию повышенных температур воздуха. Авиакосмическая и экологическая медицина. Т.45. № 1. С. 55 – 59.

• Головко Т.К., Тихомиров А.А., Ушакова С.А., Табаленкова Г.Н., Захожий И.Г., Гармаш Е.В., Величко В.В. Продуктивность и биологическая ценность зеленных культур применительно к условиям биорегенеративных систем жизнеобеспечения// Известия Коми научного центра УрО РАН. Вып.1(5). Сыктывкар, 2011. С.31-37.

• Л.С. Тирранен, Е.В. Бородина. Изменения в микробиоте питательного раствора с жидкими выделениями человека, используемого для выращивания растений /Л.С. // Вестник КрасГАУ, № 10, 2011. – С. 69-74.

• Е.Ф. Сутормина, С.В. Трифонов, Ю.А. Куденко, Ю.А. Иванова, Л.Г. Пинаева, А.А. Тихомиров, Л.А. Исупова. Физико-химическая переработка экзометаболитов человека для замкнутых систем жизнеобеспечения. // Химия в интересах устойчивого развития, 19, сс. 413-420, 2011.

• Тихомиров А.А., Куденко Ю.А., Трифонов С.В., Дегерменджи А.Г., Сутормина Е.Ф., Иванова Ю.А. Оценка состава и токсичности газов для растений при физико-химической переработке экзометаболитов человека применительно к биолого-техническим СЖО. // Доклады Академии наук. 2011, Т. 441, № 2, с. 266-268,.

• Головко Т.К., Тихомиров А.А., Ушакова С.А., Табаленкова Г.Н., Захожий И.Г., Гармаш Е.В., Величко В.В. Продуктивность и биологическая ценность зеленных культур применительно к условиям биорегенеративных систем жизнеобеспечения// Известия Коми научного центра УрО РАН. Вып.1(5). Сыктывкар, 2011. С.31-37.

• В.Н. Шихов, В.В. Величко, Т.В. Нестеренко, А.А. Тихомиров Онтогенетический подход при оценке методом индукции флуоресценции хлорофилла реакции растений чуфы на условия культивирования // Физиология растений, 2011, том 58, № 2, с. 290–295

• Е.В. Бородина, Л.С. Тирранен, Г.С. Калачева. Влияние возможных источников загрязнения атмосферы замкнутой экосистемы на рост тест-микроорганизмов // Вестник КрасГАУ. № 10, 2011. - С.154-157.

• Гительзон И., Дегерменджи А., Тихомиров А. Замкнутые системы жизнеобеспечения // Наука в России. № 6, 2011- С. 4 – 10.

• N.A. Tikhomirova, S.A. Ushakova, Yu.A. Kudenko, I.V. Gribovskaya, E.S. Shklavtsova, You’d. Balnokin, L.G. Popova, N.A. Myasoedov, J.-B. Gros, Ch. Lasseur Potential of salt-accumulating and salt-secreting halophytic plants for recycling sodium chloride in human urine in bioregenerative life support systems. Advances in Space Research 48 (2011) 378–382

• A.A. Tikhomirov , S.A. Ushakova , V.V. Velichko, N.A. Tikhomirova , Yu.A. Kudenko, I.V. Gribovskaya, J.-B. Gros, Ch. Lasseur. Assessment of the Possibility of Establishing Material Cycling in an Experimental Model of the Bio-technical Life Support System with Plant and Human Wastes Included in Mass Exchange // Acta Astronautica 2011, V. 68, Pp.1548–1554.

• И.В. Грибовская, Г.С. Калачева, Л.С. Тирранен, А.А. Колмакова, Ю.И Баянова Использование урины в питании Chlorella vulgaris. Ж.СФУ, 2011 - 4, с.243-256.

• Бородина Е.В., Тирранен Л.С., Калачева Г.С. Влияние возможных источников загрязнения атмосферы замкнутой системы на рост тест-микроорганизмов / Ж. Вестник КрасГАУ, 2011, № 11, с. 154-157

• Усубова Е.З., Тирранен Л.С. Влияние селена на микробиоту прикорневой зоны фасоли сорта «Сакса без волокна 615» (Phaseolus vulgaris L.) Ж. Вестник КрасГАУ, 2012, № 3, с.. 140 - 144

• Т.В. Нестеренко, В.Н. Шихов, А.А. Тихомиров Влияние старения на световую зависимость флуоресценции хлорофилла листьев растений редиса // Доклады Академии наук, 2012, том 442, № 2, с. 275–278

• Неcтеpенко Т.В., Тиxомиpов А.А., Шиxов В.Н. Исследование влияния интенсивности возбуждающего света и возраста листьев растений на флуоресценцию хлорофилла листьев редиса // Биофизика, 2012, №4, с. 614-620.

• А.А.Тихомиров, С.А.Ушакова, Т.К.Головко, В.В.Величко, Г.Н.Табаленкова, И.Г.Захожий, Е.В.Гармаш, В.В.Матусевич Оптимизация минерального питания растений – компонентов фототрофного звена замкнутых биологических систем жизнеобеспечения // Авиакосмическая и экологическая медицина, 2012.Т. 46, № 1. С. 46-50

• Tikhomirov; Yu. Kudenko; S. Trifonov; S. Ushakova. Assessing the feasibility of involving gaseous products resulting from physicochemical oxidation of human wastes in the cycling of the bio-technical life support system // Advances in Space Research 2012, V. 49, Pp. 249–253.

• S.A. Ushakova, A.A. Tikhomirov, N.A. Tikhomirova, Yu.A. Kudenko, Yu.A. Litovka, O.V. Anishchenko. A biological method of including mineralized human liquid and solid wastes into the mass exchange of bio-technical life supports //Advances in Space Research 2012, V. 50, p.932–940.

• Ushakova S.A., Tikhomirov A.A., Shikhov V.N., Gros J.-B., Golovko T.K., Dalke I.V., Zakhozhii I.G. Tolerance of wheat and lettuce plants grown on human mineralized waste to high temperature stress //Advances in Space Research 2013 V. 51 Pp. 2075-2083.

• Velichko V.V., Tikhomirov A.A., Ushakova S.A., Tikhomirova N.A., Shihov V.N., Tirranen L.S., Gribovskaya I.A. Production characteristics of the "higher plants-soil-like substrate" system as an element of the bioregenerative life support system //Advances in Space Research 2013 V. 51 Pp. 115-123.

• Shklavtsova E.S., Ushakova S.A., Shikhov V.N., Anishchenko O.V. Tolerance of chufa (Cyperus esculentus L.) plants, representing the higher plant compartment in bioregenerative life support systems, to super-optimal air temperatures //Advances in Space Research 2013 V. 51 Pp. 124-132.

Патенты за 2010-2012:

1. Полонский В.И., Мануковский Н.С., Гуревич Ю.Л., Ковалев В.С., Лю Хун Устройство для выращивания растений. // Патент РФ на полезную модель № 90968, 2010. (Формула полезной модели: Устройство для выращивания растений, включающее ряд размещенных по вертикали открытых емкостей, нижняя из которых выполнена с днищем, а остальные без днища, при этом вегетационные емкости размещены одна в другой в виде телескопического соединения, и размер поперечных сечений емкостей увеличивается от нижней емкости к верхней, оно также снабжено съемной крышкой, соединенной с нижней вегетационной емкостью и содержащей ряд размещенных по вертикали открытых емкостей из светопрозрачного материала, верхняя из которых выполнена с днищем, а остальные без днища, причем емкости размещены одна в другой в виде телескопического соединения, и размер поперечных сечений емкостей увеличивается от верхней емкости к нижней, отличающееся тем, что нижняя вегетационная емкость заполнена почвенно-подобным субстратом и выполнена сплошной, над днищем верхней крышки расположен облучатель, состоящий из светодиодов, а снаружи нижней вегетационной емкости расположено программирующее устройство.)

2. Ковалев В.С., Мануковский Н.С., Котов В.В. Стехиометрическая модель метаболизма человека. // Программа для ЭВМ №2010614463. Реестр РФ программ для ЭВМ 2010.

3. Мануковский Н.С., Тихомиров А.А., Вербицкая О.С., Ковалёв В.С.,Ушакова С.А. Установка для выращивания растений. Заявка № 2011127976/13(041515. 07.07.2011.(Формула полезной модели Установка для выращивания растений, содержащая вегетационную камеру, емкость с ирригационной водой, нитрификатор, модуль для культивирования грибов и утилизатор съедобной биомассы, отличающаяся тем, что утилизатор выполнен в виде камеры для культивирования улиток с двумя отделениями, причем в верхнем отделении камеры расположены кормущки для улиток на опорах, а нижнее отделение камеры заполнено почвоподобным субстратом, при этом утилизатор размещен внутри вегетационной камеры.)

4. Ковалёв В. С., Мануковский Н. С., Тихомиров А. А., Ланкин Ю. П., Вербицкая О. С. Моделирование диеты для системы жизнеобеспечения. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012619368 от 16 октября 2012г.

5. Мануковский Н.С., Медведева С.Е., Родичева Э.К., Выдрякова Г.А., Ковалев В.С. Биосенсор для непрерывного контроля тяжелых металлов в воде. Патент РФ на полезную модель № 117432, 2011. (Формула полезной модели: Биосенсор для непрерывного контроля тяжелых металлов в воде, включающий чувствительный элемент, содержащий светящийся мицелий гриба, кюветное отделение, фотодатчик для фиксации изменения интенсивности свечения чувствительного элемента и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что в качестве светящегося мицелия гриба использован мицелий гриба Neonothopanus nambi, кюветное отделение выполнено в виде защищенной от света проточной термостатируемой ячейки, имеющей укрепленную в ней верхнюю панель, чувствительный элемент выполнен в виде пластинки с закрепленным на ней светящимся мицелием гриба Neonothopanus nambi и расположен внутри проточной термостатируемой ячейки с возможностью размещения пластинки на поверхности контролируемой воды, при этом фотодатчик размещен на верхней панели.)