У 2026 році виходить друком фундаментальна монографія «Молекулярна фiзiологiя стресостiйкостi злакiв», де представлено результати глибокого і всебічного аналізу новітніх літературних джерел та власних досліджень, проведених у відділі фітогормонології Iнституту ботаніки імені М.Г. Холодного НАН України і спрямованих на з’ясування ролі ендогенних та екзогенних фітогормонів, фотосинтетичних пігментів, вільних амінокислот, фенолів та флавоноїдів, молекул родини ліпоксигеназ та ультраструктурних перебудов у формуванні стресостійкості злаків.
Вивчення механізмів формування стійкості рослин до несприятливих умов довкілля належить до найактуальніших завдань біологічної науки. Це зумовлено кліматичними змінами та антропогенним навантаженням на біосферу. Близько 9 % площі Земної кулі використовується для вирощування сільськогосподарських культур. Різноманітних стресових навантажень зазнає 91 % цих земель, що призводить до втрат понад 50 % урожаю. Абіотичні стреси негативно впливають на ріст і врожайність злакових культур — найважливішої групи однодольних рослин, які впродовж тисячоліть задовольняють харчові потреби людства. В умовах збільшення чисельності населення стрімко зростає попит на продовольчу продукцію. Виробництво злаків, серед яких домінантними є пшениця, жито, рис, кукурудза та ячмінь, стало проблемним, оскільки вони виявились достатньо вразливими до дії абіотичних і біотичних стресорів. Посуха, засолення, екстремальні температури, забруднення важкими металами, дефіцит поживних речовин, інтенсивне УФ-B опромінення та висока концентрація озону, патогенні збудники й захворювання негативно впливають на ріст і розвиток злаків. Ці негативні чинники разом зі зростаючим антропогенним навантаженням зумовлюють основні виклики при виробництві сільськогосподарських культур. Тому біологи рослин намагаються зрозуміти механізми, пов’язані з реакціями на стрес, та отримати знання, які можна було б використовувати в селекційних програмах для підвищення стресостійкості рослин. У монографії проаналізовано сучасні відомості щодо молекулярних і фізіологічних реакцій культурних злаків на абіотичні стреси та обговорено шляхи використання таких знань для підвищення стресостійкості.
Монографія обсягом 215 сторінок написана українською мовою, зміст і заключення подано також в англійському перекладі. Монографія складається зі вступу, п’яти розділів й узагальнення, містить 64 рисунки та 23 таблиці. Список цитованої літератури налічує 668 посилань. У першому розділі монографії проаналізовані відомості щодо еволюції і поширення пшениць. Обговорено питання генеалогії пшениць, наведено відомості щодо походження сучасних видів, їх зв’язок з можливими дикими попередниками, представлено характеристику ключових зернових культур — пшениці, спельти та жита.
У другому розділі подано детальну інформацію щодо ролі фітогормональної системи та зовнішніх екологічних чинників у регуляції метаболізму і сигналінгу при переході насіння зі стану спокою до проростання. Проростання насіння та розвиток проростків належать до найвразливіших до абіотичних стресів етапів онтогенезу. За наявності сприятливих умов насіння здатне швидко проростати. Обмежувальними чинниками, крім фізіологічного спокою, є абіотичні стреси. Продемонстровано, що спокій і проростання є результатом інтегральної взаємодії ендогенних та екзогенних чинників, які сукупно визначають характер акумуляції і локалізації фітогормонів та функціонування сигнальних каскадів. Біосинтез і транспорт фітогормонів, їхні сигнальні шляхи, які регулюються генетичною системою, утворюють складну мережу зв’язків. АБК є ключовим індуктором спокою насіння, тоді як гібереліни регулюють процес його проростання. Фактори транскрипції та сигнальні компоненти цих двох фітогормонів допомагають підтримувати ендогенний баланс між ними. Розуміння молекулярних механізмів регуляції балансу між АБК і гіберелінами, участь у цьому процесі інших фітогормонів надзвичайно важливе для розробки нових біотехнологічних підходів селекції стійких до передпосівного проростання сортів, збільшення врожайності та якості зернових культур.
У третьому розділі розглянуто роль ендогенних фітогормонів у захисті рослин від дії абіотичних чинників. Проаналізовано характер гормональних профілів злаків за дії високої температури, охолодження і ґрунтової посухи. Зміни в акумуляції, локалізації і співвідношенні між фітогормонами окремих класів в органах рослин пшениці, спельти та жита за дії абіотичних стресів розглядаються як один із головних чинників, який активує стрес-протекторну систему та формує стратегію адаптації. Отримані експериментальні відомості щодо особливостей функціонування фітогормональної системи та участі окремих фітогормонів у формуванні адаптивних реакцій на несприятливі кліматичні впливи дозволили авторам побудувати оригінальну модель участі фітогормонів у формуванні стресостійкості культурних злаків. Цитокініни, гібереліни, ауксини, саліцилова та абсцизова кислоти допомагають рослинам протистояти стресу шляхом посилення антиоксидантного захисту, підвищення фотосинтетичної активності, стабілізації мембран, індукції поділу клітин, регуляції продихової активності, стимуляції росту кореневої системи, засвоєння води і поживних речовин. Такі результати є підґрунтям для подальшого вивчення механізмів стійкості злакових культур і розробки стратегії підвищення їхнього адаптаційного потенціалу.
Перспективним підходом підвищення стійкості та врожайності злаків є екзогенна обробка рослин фітогормональними препаратами, яка успішно використовується для пом’якшення негативних впливів. У четвертому розділі обговорено захисний вплив праймування та фоліарної обробки екзогенними фітогормонами за дії абіотичних стресів. Передпосівне праймування забезпечує оптимальні умови для запуску метаболічних процесів проростання, допомагає мінімізувати виникнення проблем, пов’язаних із якістю та структурою насіння, забезпечує рівномірні міцні сходи. Механізми, завдяки яким праймування екзогенними фітогормонами покращує проростання насіння, наступний ріст і розвиток рослин, малодосліджені та до кінця незрозумілі. Припускають, що праймування активує метаболічні процеси, завдяки чому покращується ріст рослин. Авторами монографії експериментально доведено, що обробка насіння екзогенними фітогормонами впливає на баланс і розподіл ендогенних гормонів в органах рослин.
У п’ятому розділі проаналізовано результати структурно-функціональних досліджень злаків за дії негативних кліматичних чинників. Серед компонентів, задіяних у формуванні адаптивних реакцій, важливе місце посідають фотосинтетичні пігменти, вторинні метаболіти, а також ферменти, що забезпечують перебіг катаболічних процесів, зокрема ліпоксигенази. Останні відносять до еволюційно давніх білкових молекул, наявних у широкого кола організмів від про- до еукаріот. Вони каталізують окиснення поліненасичених жирних кислот, у результаті чого утворюється низка фізіологічно активних сполук, які виконують важливі сигнальні функції. Продукти ліпоксигеназного шляху беруть участь у регуляції росту й розвитку рослин, а також у формуванні стійкості до дії біотичних та абіотичних стресових чинників у взаємодії з фітогормонами. Фотосинтетична активність є визначальним чинником, що забезпечує ріст і розвиток рослин. Вміст фотосинтетичних пігментів, динаміка їхнього накопичення в рослинах є важливим показником продуктивності злакових рослин. Ефективність фотосинтетичного комплексу визначається відповідністю його структурно-функціональних характеристик кліматичним й екологічним умовам. Ультраструктурна будова хлоропластів і мітохондрій чутлива до несприятливих кліматичних чинників.
Крім змін у вмісті пігментів стрес порушує клітинний гомеостаз, що призводить до вторинного окиснювального стресу і утворення активних форм кисню. Фенольні сполуки беруть участь в антиоксидантному захисті клітин, оскільки завдяки унікальній молекулярній структурі здатні зв’язувати вільні радикали. Активна акумуляція фенольних сполук безпосередньо залежить від функціональної активності і ультраструктурної організації хлоропластів. Саме ці клітинні органели є регуляторами біосинтезу флавоноїдів — найпоширеніших у вищих рослин представників фенолів. Серед усіх вторинних метаболітів фенольної природи флавоноїди мають найвищий антиоксидантний і радикал-нейтралізувальний потенціал. Амінокислоти беруть участь у подоланні негативних впливів навколишнього середовища, сприяють стійкості до абіотичних стресів і є невід’ємною частиною імунної системи рослин.
В узагальненні стисло наведено головні теоретичні й практичні висновки досліджень із питань молекулярної фізіології стресостійкості злаків. Наголошується, що рослини здатні сприймати та інтегрувати різноманітні сигнали навколишнього середовища, що дає змогу контролювати їхній ріст та метаболізм. Зовнішні сигнали інтегруються з ендогенними регуляторами, серед яких чільне місце посідають фітогормони. Молекулярна інженерія фітогормонів розглядається як перспективна платформа для отримання стресостійких рослин. Загалом монографія є важливим внеском в теорію і практику молекулярної фізіології стресостійкості злаків. Слід відзначити цікавий і якісний ілюстративний матеріал, представлений у кожному розділі. Монографія розрахована на спеціалістів у галузі фізіології та екології, студентів і аспірантів біологічного профілю. Представлені матеріали можуть бути використанні при викладанні спецкурсів із фізіології та екології рослин.
Наукові напрацювання авторів безсумнівно зацікавлять широку наукову спільноту й будуть використані для подальших досліджень, а також в агротехнологічних прийомах, спрямованих на підвищення стійкості злаків до дії негативних зовнішніх чинників, що вкрай важливо за сучасних умов.
Віктор ШВАРТАУ
Ключові слова:
