Тұздың өсімдікке әсері
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
ГЕНЕТИКА ЖӘНЕ МОЛЕКУЛАЛЫҚ БИОЛОГИЯ КАФЕДРАСЫ
Б І Т І Р У Ж Ұ М Ы С Ы
ЖҰМСАҚ БИДАЙ ҮЛГІЛЕРІНІҢ ТҰЗҒА ТӨЗІМДІЛІК ГЕНДЕРІН ХРОМОСОМАДА ОРНАЛАСТЫРУ
Орындаған:
______________
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к. _________________ Жунусбаева Ж.К.
___ _______ 2009 ж.
Норма бақылаушы _________________ Сатылган И.А.
___ _______ 2009 ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі,
б.ғ.д. _________________ Айташева З.Г.
___ _______ 2009 ж.
АЛМАТЫ, 2009
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 3
I НЕГІЗГІ БӨЛІМ 5
1.1 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділік сипаттамасы мен
генетикасы 5
1.2 Тұзға төзімділік 7
1.3 Тұздың өсімдікке әсері 8
1.4 Сортаңданған жерлерге өсімдіктердің бейімделу механизмі
10
1.5 Өсімдіктердің тұзға төзімділігінің генетикалық механизмі
11
1.6 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы
полиаминдердің ролі 13
1.7 Бидай төзімділігін анықтаудағы пролиннің рөлі 13
1.8 Бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы [МДГ-ГОАТ]
негізгі ферменттері 16
1.9 Топырақтың тұздануымен күресу және өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтеру 19
II ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ТӘСІЛДЕРІ 20
2.1 Жұмыстың жүргізілу жағдайлары 20
2.2 Зерттеу материалдары 21
2.3 Зерттеу әдістері 22
2.3.1 Фиксация әдісі 22
2.3.2 Кастрация және тозаңдану әдісі 22
2.3.3 Моносомалық талдау әдісі 23
2.3.4 [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплекс белсенділігін анықтау
әдісі 24
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР
III 26
3.1 [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексін пайдаланып, жұмсақ
бидай сорттарының тұзға төзімділігін зерттеу 26
3.2 Бидай дәнінің өнуіне 2%-дық NaCI тұзының әсері 29
3.3 Жұмсақ бидай тамырының ұзындығына 2% NaCI әсері 29
3.4 Жұмсақ бидай сабағының ұзындығына 2% NaCI әсері 30
3.5 Надежда сортының тұзға төзімділігі 32
ҚОРЫТЫНДЫ 34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 35
КІРІСПЕ
Зерттелетін тақырыптың өзектілігі. Жұмсақ бидай – Қазақстандағы негізгі
дәнді дақылдардың бірі болып табылады. Ол Республикадағы барлық суармалы,
сонымен қатар таулы далалы аймақтардың шамамен 1000-1200 мың.га. аймақтарда
егіледі. Экстремальды орта жағдайларының, әсіресе, тат ауруларының қозуы,
топырақтың сортаңдануы және т.б. факторлар бидай өнімділігін 20-30%
төмендетіп, еліміздің экономикасына шығын әкеледі.
Бидайдың қауіпті ауруларымен күресудің тиімді жолы – дәннің өнімі мен
сапасы жоғары жаңа генетикалық тұрақты гермоплазма және алғашқы материалдар
шығару. Әдетте, төзімді сорттар шығару селекциясы үздіксіз цикл бойынша
дамиды: төзімділігінен айырылған және вирулентті паразит расасының шығуына
эффективтілігін жойған сорттарды төзімді ген немесе гендермен қорғалған
жаңа сорттармен алмастыру қажет. Патогенді организмдердің расалары өзгерген
сайын, аудандастырылған сорттардың құндылығы төмендейді. Сондықтан, тат
аурулары және тұзға төзімді эффективті гендердің жаңа көздерін тауып,
иммунитет селекциясының гендік қорын кеңейту қажет.
Бітіру жұмысы, жұмсақ бидай үлгілері мен селекцияда кең тараған
сорттардың тұзға төзімділігіне жауапты гендерін анықтап, оларды
хромосомада орналастыруға арналған. Сонымен қатар, моносомалық талдаудың
сызба-нұсқа моделі мен биохимиялық талдау нәтижелері келтірілген.
XX ғасырдың соңғы онжылдықтарында дәнді дақылдардың жеке генетикасына
жүргізілген зерттеулер, жаңадан ашылған тәсілдерді қолдану негізінде
көптеген жаңалықтар мен жетістіктермен ерекшеленді. Бұл тәжірибелердің
кейбіреулері Мендель ашқан дәстүрлі тұқымқуалау заңдылықтарын тереңдетіп
зерттеуге мүмкіндік берді. Осындай тәсілдердің қатарына моносомалық талдау
жатады.
Жергілікті жаздық жұмсақ бидай сорты Казахстанская 126 сортынан
шығарылған анеуплоидты линиялар сериясы, Қазақстанда генетикалық-
моносомалық талдау жұмысының қарқынды дамуына себеп болды. Республикамыздың
оңтүстік-шығыс аймағындағы күрт континентальды климат жағдайларында түрлі
әлемнен жинақталған бидай үлгілерінің шаруашылыққа құнды белгілерінің
қалыптасуына жауапты генді хромосомада орналастыру, осы серияның негізінде
ғана жүзеге асырылады. Донор сорттары мен бидай үлгілерінің генетикалық
табиғаты терең зерттелгеннен кейін, кез-келген келешегі бар және
аудандастырылған сортты бір немесе бірнеше белгілерінен бағыттап жақсартуға
негізделген. ТМД елдерінде [1-4], соның ішінде Қазақстанда [5-6]
американдық Е.Р.Сирстың [7] жаздық жұмсақ бидай сорты Чайниз Спрингтің
моносомды линиялары негізінде, алғаш рет жергілікті жерге кең таралған
құнды сорттардың жаңа анеуплоиды туындылары шығарылды.
Жұмсақ бидайдың хромосомалар санының (2n=42), оның негізгі санынан
(n=7) кеміп немесе көбею құбылысы анеуплоидия деп аталады. Анеуплоидты
линиялар ішінде генетикалық талдау жүргізу үшін, моносомды линияларды
қолдану қолайлы. Хромосомалық инженерия деп аталатын моносомалық талдау
тәсілі, белгінің тұқым қуалаушылық қасиетіне терең генетикалық талдау
жүргізіп, оның қалыптасуына жауапты генді хромосомада орналастыруға,
гендердің тіркесу тобын табуға және олардың генетикалық картасын құруға
мүмкіндік береді. Алайда селекция қорында жинақталған қыруар ұрық
плазмаларының құнды белгілерін бақылайтын гендерді хромосомада орналастыру
жұмыстары әлі де жеткіліксіз. Сондықтан, бұл тәсілдің теориялық негізін
тәжірибеге ендіріп, еліміздің бидай селекциясындағы гендік қорын ұлғайту
өзекті мәселеге жатады.
Дәнді дақылдардың шаруашылыққа құнды белгілерінің өсуі мен дамуы және
қоршаған орта жағдайларына бейімделуі мен тұрақтылығының генетикалық
табиғатын хромосомалық инженерия тәсілін пайдаланып терең зерттеу,
селекцияның қазіргі мәселелерін бағыттап шешуге жол ашады.
Жұмыстың мақсаты және міндеттері
Жұмыстың мақсаты: Жұмсақ бидайдың тат аурулары түрі мен тұзға
төзімділігіне генетикалық-моносомалық талдау жүргізіп, селекция
тәжірибесіне ұсыну.
Бітіру жұмысты орындау үшін келесі міндеттер қойылды:
- Жұмсақ бидай сорттарының тұзға төзімділік дәрежесін [МДГ-ГОАТ]
ферменттік комплекс белсенділігі негізінде зерттеу;
- Казахстанская 126 сортының тұзға сезімталдығы мен Надежда сортының
төзімділігіне жауапты гендердің хромосомада орналасқан локусын
анықтау.
I НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1. Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділік сипаттамасы мен генетикасы
Генетикалық тұрғыдан алғанда төзімділік – тек қана бірнеше геномның
емес, бүкіл өсімдіктегі барлық генотиптің бақылауында болатын полигенді
белгі [8].
Қазіргі уақытта ғалымдардың барлық күші стрестік жағдайлардың
молекулалық және клеткалық деңгейдегі механизмін толығымен ашуға
бағытталған. Стрестік жағдайларда клеткадағы синтездің белсенділігі, яғни
қалыпты жағдайда жүретін белок синтезінің әлсіреуінен туатын стрестік
белоктар ерекше қызығушылық тудырады. Геномда стрестік жағдайлармен
байланысқан арнайы программа жазылатынын көрсететін естен танғыш
белоктардың синтезінен басқа, клеткада қолайсыз жағдай туғанда цитоплазманы
стабильді ете отырып, қорғаныш реакцияларына қатысатын пролин, көмісулардың
да мөлшері артады. Суға тапшылық және тұздану кезінде өсімдіктердің
цитоплазмасында пролиннің концентрациясы 100 және одан да көп есеге артады.
Пролиннің гидрофильді тобы өздерін гидрофильді коллоид ретінде ұстайтын
агрегаттар түзеді. Яғни бұл пролиннің жоғары ерігіштігін, сонымен қатар
белоктардың үстіңгі гидрофильді қалдықтарымен байланыса алу қабілеттілігін
көрсетеді. Пролин агрегатының белокпен өзара байланыса алу қабілеті
белоктың ерігіштігін жоғарылатады және оларды денатурациядан қорғайды.
Белсенді осмосты зат ретінде пролиннің жинақталуы клеткада судың ұсталып
тұруына жағдай жасайды. Стрестен кейінгі репарация периодының жалғасуы
жоғарылаған сайын экстремальді факторлардың күштілігі жоғары болады, ал
өсімдіктердің оған төзімділік деңгейі керісінше төмендейді. Алғашқыда күші
жағынан әлсіз экстремальді әсер ету организмдерді күштірек стреске төзімді
етеді. Өсімдіктерді тура сондай емес экстемальді факторлардың басқа
типтерімен қайта өңдеу кезінде стрестік жағдайларға төзімділікті
жоғарылатуға болатыны байқалды [9]. Синтетикалық белсенділігі жоғары кезең
стреске әлдеқайда сезімтал болады.
Экстремальді жағдайларда бүйір жақ өскіндердің түзілуі бірден
тоқталады, ал стрестің жоғары деңгейінде толығымен блокқа түседі, және
өсімдіктерде тек бір негізгі өскін дамиды. Бүйір өскіндер негізгі
өскіндерге қарағанда сыртқы қолайсыз әсерлерге айтарлықтай айырмашылықта
сезімтал болып келеді. Мұндай жағдайларда тек негізгі өскінді сақтай
отырып, организмнің толыққанды тұқымдарының түзілуіне жағдай жасайды, бірақ
шектеулі мөлшерде. Әйтсе де тіршілікке қабілеті төмен толыққанды емес
тұқымдардың көп мөлшерде түзілуіне қарағанда биологиялық бөлшек ретінде
түрдің сақталуы маңыздырақ.
Организмнің сыртқы ортаның түрлі жағдайларына бейімделу механизміне
қызметтері өзара байланысқан организмнің модификациялық және генотиптік
құбылмалылығы жатады, яғни онтогенетикалық қабілеттіліктің жоғарылығын
талап ету және популяцияның филогенетикасын сақтап қалу арасындағы
келісімді қамтамасыз ету [10]. Сондықтан да бір түрдің әр түрлі жағдайға
бейімделу процесінде популяцияның функциональді маңыздылығы жоғары.
Бұл принципиальді жайлар келесі түрде әйгілі отандық эколог С.С.
Шварцпен баяндалған және Н.Н. Данилов бойынша қысқаша қалыптасқан:
1. Әр популяция қоршаған орта жағдайларына ерекше бейімделеді.
2. Популяцияның орта жағдайларына бейімделуі морфофункциональді
деңгейде жүреді және әдетте қызметтерінің күштілігімен байланысты болады.
3. Бір түрдің бейімделу ерекшеліктері оның жеке популяциясының
бейімделу мүмкіншілігінен әрқашан артық.
4. Популяцияда түрдің пайда болуының микроэволюциялық қайта түзілудегі
биохимиялық өзгергіштік және организмнің ортамен энергетикалық қарым –
қатынасының өзгеруі.
5. Ортаның кез – келген өзгергіштігі популяцияның генетикалық
құрылымының қайта құрылуын тудырады.
6. Популяцияның экологиялық құрамының өзгеруі (кеңістік, жас және т.б.)
7. Популяцияның экологиялық құрамына таңдаусыз элиминация әсері қатаң
бағытталған.
8. Түрдің пайда болуының қозғалыс күшінің түрішілік дифференциация
механизмінен принципті түрде айырмашылығы болмайды.
9. Макроэволюционды қайта түзілу түрдің пайда болу процесінен еш
айырмашылығы жоқ [11].
Сонымен, популяцияның құрылымды – қызметінің өзгергіштігін анықтайтын
және оның төзімділігі мен тірі қалуын жоғарылататын факторлардың түр
эволюциясында ерекше маңызы бар. Қызметтің өзгеруімен байланысты
морфофункциональді өзгергіштік сияқтыларды бөлетін болсақ, популяцияның
қоршаған орта әсерінен генетикалық құрлысының өзгеруі, морфофизиологиялық
бейімделушілік және популяцияның генотиптік түрлілігін қолдау.
Осы ортақ биологиялық қасиеттері бар ұстанымдар популяцияның
агробиоценоз жағдайында қоршаған ортаға бейімделу мүмкіндіктерін анықтайды.
Түрлі аудандарда Мироновская 808 сорты сияқты күздік бидай сорттарының
құрамы мен биотиптерінің ара қатынасы көп жылдық дақылдау процесінде
айтарлықтай өзгерді, бұл әрине бидайдың өнімділігі мен басқа да
қасиеттерінің төмендеуіне әсер етпей қоймады.
Анықталғандай, потенциальді өнімділік, экологиялық төзімділік және
агрофитоценозды ортаны құру потенциалы оның биотикалық және абиотикалық
компоненттерінің өзара әрекеттесулерінің қызметтері болып табылады.
Әйтпесе, бұл компоненттердің жиынтығы қызметтері жағынан өзара байланысқан
элементтердің динамикалық жүйесін ұсынады, ал олар өз кезегінде
өсімдіктердің түрлі факторлардың әсеріне қарсы өсімдіктердің физиологиялық
реакцияларының өзгешелігінің пайда болуын анықтайды. Осылайша, бір фактор
басқа факторларға төзімділіктің жоғарылауын тудырады [12]. Өсімдік
адаптациясының ортаның түрлі қолайсыз факторларға арнайы емес түсінігі
өсімдіктердің басқа стрестерге адаптациясының мехнаизмін ашу үшін қандай да
бір стресс түріне төзімділігін зерттеуде маңызды мағынаға ие, сонымен қатар
өсімдіктердің жалпы табиғи ортаға төзімділігін нақты анықтау және оны
жоғарылатудың ортақ принциптерін зерттеуде де маңызы зор [13].
Кесте 1
Стресс жағдайларында өсімдіктердің физиологиялық параметрлерінің өзгеруі
[13].
Параметрлер Орта жағдайларында параметрлердің өзгеру сипаттамалары
Құрғақшылық Тұздану Жоғары Төменгі
температура температура
Ұлпадағы Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды
иондардың
концентрациясы
Клеткадағы судың Төмендейді Төмендейді Төмендейді Төмендейді
белсенділігі
Клеткадағы Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды
осмотикалық
потенциалы
1.2 Тұзға төзімділік
Тұзды топырақ жер шарындағы көптеген мемлекеттер аймақтарын алып жатыр.
Жер бетінің 25% тұзданған аймақ болып табылады. Тұзды топырақ негізінен
орта азиялық мемлекеттерде, Кавказ маңы мен ТМД-ның еуропа бөлігінің
оңтүстік-шығыс маңайында және сібірдің далалы және жартылай далалы
аудандарында тараған [14]. Осы мемлекеттердің суармалы егістігінің шамамен
65%-і азды-көпті тұзды топырақтардан тұрады [15].
Жер шарында тұзды стресс ауылшаруашылық өсімдіктерінің өнімділігіне -
өсімдіктің тірі қалуына және экономикалық пайдаға кері әсерін тигізеді
[16]. Ортаны қорғау ООН күзетінің бағдарламасымен келісетін болсақ,
ауылшаруашылық дақылдарының 20%-ын және егіншілік жерлердің 50%-ы тұздануға
ұшыраған. Иран – қатты тұзданудан зардап шеккен мемлекеттердің бірі, Иран
жерінің 10%-ы тұзданған [17].
Топырақтың тұздылығы әртүрлі жағдайларға байланысты қалыптасады. Тұзды
топырақ негізінде қуаңшылық, шөлді дала аймақтарында кең орын алады.
Себебі, ондай аймақтарда ауа-райының ыстықтығынан, желдің күштілігінен жер
бетінен судың булануы өте қарқынды жүреді. Соған байланысты жер
қабаттарындағы топырақ ерітіндісі буланып жоғары көтерілген сайын
құрамындағы еріген тұздар да жоғары көтеріліп, топырақтың үстіңгі бетіне
келгенде жиналып қалады. Егістіктерде көп суару нәтижесінде де топырақтың
үстіңгі бетіндегі тұздардың концентрациясы артады [15].
Ортадағы тұздың әртүрлі концентрациясы сияқты қолайсыз жағдайда
өсімдіктің тіршілік ету қабілеттілігі мен даму циклінің толық іске асуы -
бұл төзімділік деп аталады.
Б.П.Строгоновтың келісімімен (1962ж.) тұзға төзімділікті биологиялық
және агрономиялық деп екіге бөлуге болады [18]. Биологиялық тұзға
төзімділік бұл - өсімдіктің жоғары сортанған жағдайда интенсивті жиналған
органикалық заттың төмен мөлшерімен даму циклінің толық іске асуы. Мұндай
өсімдіктерде өсу, даму және өнімділіктің түзілуі тежеледі. “Биологиялық
тұзға төзімділік” түсінігі фенотиптік көрінісі бойынша тар мағыналы “тұзды
толеранттылық” анықтамасына жақынырақ келеді. “Тұзды толеранттылық” термині
жоғары деңгейде сортаңды жерлерде өсімдік клеткасының тіршілік
қабілеттілігінің сақталуы немесе тіршілік етуі деген мағынаны береді.
Сортаңданған топтар ауылшаруашылық практикасы үшін ең маңыздысы -
агрономиялық тұзға төзімділікті анықтайтын өсімдіктердің шаруашылыққа құнды
өнімі болып табылады.
Көптеген тұзға төзімсіз мәдени және жабайы өсімдіктер гликофиттерге
кіреді. Биологиялық төзімділігі жоғары экстремальді – төзімді өсімдіктер
галлофиттер қатарына жатады (гр. тілінен аударғанда holos-тұз, және phitos-
өсімдік).
Галофиттер – тұзды суқоймалар мен күшті сортанданған топтарда өсетін
өсімдіктердің экологиялық тобы. Жербеті галофиттердің әртүрлі физиологиялық
типтері сортанданудың 8-40 гл-де өсуі реттеледі, ал осы белгілі мөлшерден
жоғарласа өсуі тоқтайды. Осының негізінде жербеті галофиттердің топтары
факультативті галофиттерге жатады. Тұздардың мөлшері шектен тыс жоғары
топтарға (300гл) облигатты галофиттерге кейбір теңіз балдырлары жатады.
П.А.Генкель бойынша галофиттерді жіктеу [19]:
Сулы (теңіз және баска сорланған суқоймалар):
а) эфгалофиттер (тұз жинақтаушы)
б) криногалофиттер (шырын бөлгіштер)
в) глюкофиттер (жартылай тұз сіңіргіштер)
г) локогалофиттер
Галофиттер –тұздың кездесуіне байланысты ортада тіршілік етуіне қарай
облигаттылар-тұздық ортада қалыпты тіршілік етуі, факультативті-тұз жоқ
ортада өсуге қабілетті.
1.3 Тұздың өсімдікке әсері
Көптеген ауылшаруашылық және жабайы флорадағы өсімдіктер тұздың мөлшері
(NaCl, Na2SO4, MgCl2, NaHCO3 және т.б.) ортада 3гл артқан жағдайда
тіршілік ете алмайды. Мұндай мөлшерде экологияға маңызды өнім алу мүмкін
емес.
Өсімдіктерге тұздың кері әсері әртүрлі болып келеді. Бұл осмостық,
токсиндік және спецификалық әсерлер сияқты 3 құрамнан тұрады [20].
Осмостық әсер - қолайсыз өзгерістер мен судың сіңірлуінің төмендеуінен
клеткалар мен ұлпаларда су-тұздың алмасуы, әсіресе өсімдіктің жерүсті
бөлігінде байқалады.
Ұлпадағы судың тапшылығы, яғни тұздың осмостық әсерінің нәтижесінде,
олардың токсиннің көрінуі күрделенуі мүмкін, яғни, клетканың
цитоплазмасында жинақталады. Бұл жағдайда иондық токсиндік әсері тура
(белоктың денатурациясы) және жанама (зат алмасу кезінде токсиндік заттың
жинақталуы) әсері байқалады. Токсиндік тұздың визуальді көрінісін
жапырақтар мен сабақтағы некроздың түзілуімен бақылауға болады. Ереже
бойынша мұндай тұздық эффект ортадағы тұздың концентрациясының кездейсоқ
жоғарлауымен жақсы байқалады [21].
Тұздың спецификалық әсері туралы өсімдіктегі биохимиялық және
морфофизикалық өзгерістерінің көрінуімен, әртүрлі сапалық анилондар бойынша
талқылауға болады. Жапырақтағы суккулентті құрылымы сияқты және күкірттің
жетіспеушілігі хлориді сортандану кезінде, ал ксероморфтық пен “метоболика”
сульфатының интенсивті түзілуі сульфатты тұздану кезінде байқалады [18;21].
Осы жағдайда өсімдіктегі байқалған өзгерістер-адаптивті реакция нәтижесінің
жауабы.
Қазіргі уақытта көптеген ғалымдардың айтуы бойынша тұзды жағдайда
өсімдіктерге кері әсер етуші негізгі факторына тұздың осмостық әсері
жатады. Тұздану жағдайда өсімдіктерде туындайтын судың жетіспеушілігі
белоктың дегидротациясына әкеледі, мұнда өсімдіктің барлық физиологиялық-
биохимиялық процесіне кері әсерін тигізеді.
Жалпы тұзды эффект – бұл өсімдіктер өсуінің тежелуі. Тұздың
концентрациясы белгілі деңгейге дейін жоғалса, өсімдіктің өсу процесінің
жылдамдығы тежеліп, өсімдіктің мүшелер арасындағы қатынастар өзгеріп, тұтас
олардың биомассасының біртіндеп төмендеуіне әкеледі. Ереже бойынша,
сортаңдану кезінде сабақжапырақтың қатынасы жоғарылайды. Тұздар – тынысалу
мен фотосинтез процесінің қалыпты жүруін бұзады, өсімдіктегі
ассимилянттардың тасымалдануы, белоктың синтезденуі, гармондық баланс, азот
пен күкірттің сіңірілуі тежеледі, көмірсу, фосфор және нуклеин алмасуы
бұзылады. Сонымен қатар, мембрана мен органелланың қызметі мен өткізгіштігі
нашарлайды [21-22].
Қазіргі замандағы ауылшаруашылық дақылдарының тұзға төзімділік
белгілерінің көрінуін, олардың шығу тегі жабайы галофиттер екендігімен
түсіндіруге болады. Мұндағы қант қызылшасының (Betta vulgaris L.) тұзға
төзімділігінің жоғары болуы, оның ата тегінің жабайы екендігін және оны
тұзға төзімді генотиптерінің сақталуымен байланыстыруға (Betta vulgaris sp.
Maritima L.) мүмкіндік береді. Спонтанды полиплоидтардың көрінуімен
ауылшаруашылық дақылдарының эволюция процесінде сұрыпталуына мақтаның тұзға
төзімділігі мысал бола алады. Мәдени өсімдіктердің тұзға төзімділігі
топтардағы тұздың әртүрлі мөлшерінде тіршілікке қабілетті жергілікті
популяцияда табиғи және жасанды сұрыптау нәтижесінде пайда болады [18].
Кесте 2
Ауылшаруашылық дақылдарының тұзға төзімділігі (Безднина, 1984 [23])
Тұзға төзімділігі
Күшті Орташа Нашар
Қант қызылшасы Бидай Тәтті жүгері
қызылша Күріш Бұршақ
Азықтық орам жапырақ Арпа Үрмебұршақ
Шалқан Тары Орам жапырақ
Бермуд шөбі Сұлы Ақ жоңышқа
Канадалық жабайы бидай Қара бидай Алмұрт
Жабайы күріш: Соя бұршағы Шабдалы
Елек шөп тұқымдасы Орам жапырақ Алхоры
Бидайық Қызанақ Алма
Қасқыр жем Мақта Жүзім
Пальма Күнбағыс Қара алхоры
Құрма пальмасы Зығыр Қара қарақат
Бадам Қыша Бүлдірген
Сары жоңышқа Құлпынай
Бидайық Авокадо
Зәйтүн
Анар
Грек жаңғағы
Сиыр жоңышқа
Тұздану судың жетіспеушілігіне, иондардың улылығына иондық дисбалансқа
байланысты. Өсімдіктер тұзданған субстраттан иондарды түрлі деңгейде
сіңіретіндігі белгілі. Бұл өсудің эндогенді заттарының белсенділігінің
төмендеуіне, керек емес жеке иондардың жинақталуына немесе қажетті қоректік
элементтердің сіңірілуінің төмендеуіне әкеледі [24]. Сонымен қатар, топырақ
ерітінділерінде тұздардың болуы топырақтың осмотикалық потенциалын
төмендетеді, сулы стреске әкеледі және өсуге қажет сулардың өсімдікпен
сіңірілуін қиындатады [25].
1.4 Сортаңданған жерлерге өсімдіктердің бейімделу механизмі
Белоктардың төзімділігі, мұндағы белок рибосомасының электролиттік
денaтурациялаушы әсеріне тек қана галобактериялар ғана жатады. Жоғары
сатыдағы өсімдіктер, оның ішінде экстремальды галофиттермен бір клеткалы
балдырлар жекелей көрінеді [22] және өсімдіктерде ионның жіктелуі мен
тасымалдаудың реттелуі жүреді. Клеткалар мен органеллалардағы токсиндік
иондық аккумуляциясы алдын-ала тежеліп, мембрана арқылы иондар өтпейді
[26].
Қоршаған ортадағы тұздың жоғары концентрациясы барысында ұлпалар мен
клеткалардағы осмостық қысымның реттелуі осмосты активті төмен молекулалы
метаболиттермен ионның жиналу көмегімен жүреді [22].
Тұзды стресс осмостық стресс туғызып, нәтижесінде клеткадағы тургор
шығымына әкеледі. Осмореттелу (Na+, K+ және т.б.) ионның
компартментализациясы немесе өсімдіктердегі судың тасымалдануын
тұрақтандыру үшін қажетті осмотикалық активті заттардың клеткаішілік
концентрациясымен қамтамасыз ететін өсімдіктердің өзіндік органикалық,
осмотикалық түзілуімен іске асуы мүмкін [27].
Вакуольдер мен цитоплазмада қалыпты осмотикалық қысымға әкелетін
ионнның компартметализациясы – тұзды стреске клетканың жауап беру моделі
ретінде қабылданған. Мұнда, көптеген жұмыстарда көрсетілгендей [27],
вакуольдегі ионның коапариметализациясы цитозольдегі осмотикалық активті
органикалық заттың аккумуляциясы жүргізіледі. Белок денатурациясы мен
клеткадағы басқа да биополимерлерді сақтау – клеткалардағы токсинді емес
қосылыстардың түзілуі протекторлар көмегімен іске асады. Өсімдіктегі
экстремальды фактор әсеріне жауап ретінде, сонымен бірге, клетка
элементтерінің сусыздануы мен тұзға сезімталдығынан сақтайтын стресс
белоктарының түзілуі мүмкін [22].
Микроорганизмдер, саңырауқұлақтар мен балдырлардағы сыртқы осмотикалық
қысымның артуына жауап ретінде амин қышқылдары (глицин, аланин, пролин,
глутамат), қантспирттері (магнитол, глицерин), карбогидраттар (сахароза,
глюкоза, фруктоза, рафиноза) сияқты органикалық заттардың ұлғаюы байқалған
[28]. Жоғары сатыдағы өсімдіктер үшін пролин мөлшерінің жоғарылауы тән [22;
29-30].
Пролин – қазіргі кезде толық зерттелген осмореттегіштер мен
протектормен – ең қарапайым осмолиттердің бірі [31]. Бос пролиннің жоғары
мөлшерде жинақталуына стресс индикаторы әсер етуі мүмкін [32]. Бұл амин
қышқылы бірінші кезекте сусыздану мен ионның токсиндік әсерінен туындайтын
бұзылыстарға сезімтал мембраналық құрылым немесе ферменттің реттегіші
ретінде қызмет атқарады [31]. Бұдан пролиннің жоғары мөлшерде жиналуы тұзға
төзімділікті жоғарылатуға қатысы бар. Яғни стрестік зақымданулардан белок
синтезінің механизмін сақтап және стресті – протекторлы белоктар
активтілігін жоғарылатады [33]. Алайда, стресс жағдайындағы пролиннің
түзілуі туралы әртүрлі көзқарастар бар. Кейбір авторлар клеткадағы
пролиннің жоғары мөлшерін стреске сезімталдылықпен байланыстырады [34].
1.5 Өсімдіктердің тұзға төзімділігінің генетикалық механизмі
Қолайсыз факторларға өсімдіктердің төзімділік генетикасын зерттеу жеке
көрсеткіштер мен бағалаудың қатты ауытқуына байланысты қиындық туғызады.
Төзімділік генетикасына арналған стандартқа сәйкес әдістемелердің болмауына
байланысты әртүрлі дақылдармен жүргізілген жұмыстар сортаңданған жерге
өсімдіктер төзімділігін генетикалық бақылауға толық мағлұмат алуға
мүмкіндік бермейді. Көптеген авторлардың көзқарасы бойынша –
тұқымқуалаушылық полигенді, яғни зерттелген белгінің анықтамасына сәйкес
келеді. Кейбір зерттеушілердің айтуы бойынша тұзға төзімділікке көптеген
гендермен бақыланады және бұл белгі классикалық Мендельдік талдауға сәйкес
келмейді [26; 28; 35]. Мұндай қадам тұзға төзімділігінің тұқым қуалау
механизмін тануда нақты нәтиже бермеді.
Тұзға төзімділіктің зерттеу одан әрі дамуына – осы бағытта селекцияда,
генетикалық тұрғыда тұқым қуалау механизмін қарапайым тұрғыда анықтауға
негізделеді [36].
Тұзға төзімділік гендерінің көрінуі, сыртқы факторларға сонымен бірге
организмнің морфо-физикалық белгісіне тәуелді. Атап айтсақ, бұл ішкі және
сыртқы белгілердің нәтижесінде пайда болған тұзға төзімділікті анықтауға
генетикалық талдау жүргізуді қиындатады. Бұл жекелей бағалауға мүмкіндік
бермейді. Тұзға төзімділікті сандық бағалау толық сандық қатынас алу үшін –
сапалыққа, ал жекелілікті - жалпылыққа деп ауыстыруға ұсыныс береді [37].
1969 ж. өзінде Abel [31] үрмебұршақтың тұздылыққа төзімділігін
жоғарылататын ядролық генді сипаттады. Бұл геннің әсер ету механизмі
өсімдіктің тұзды жер үсті бөліктеріне тасымалдау қабілеттілігімен
байланысты. Төзімдірек аллельдердің толық басымдығы көрсетілген. Бұл
мәліметтер одан кейінгі зерттеулерінде дәлелденген [33].
Kuech және Bright арпада пролин мөлшерін арттыруды бақылайтын үш генді
идентификациялаған. Осы гендер кездесетін линиялар тұзға төзімдірек болып
келген. Алмасқан линияларды зерттеу тұзға төзімділіктің тұқым қуалау
барысында арпаның төртінші және бесінші хромосомаларының үлесін көрсетуге
мүмкіндік береді [34].
В.С.Коваль [36-37] жұмыстары бойынша тұзға төзімді үлгілер ТМД және
Оңтүстік Америкада (Аргентина, Боливия, Эквадор) өте жиі кездеседі. Олардың
арасында тұзға төзімділігі жоғары, мысал Dorada (Эквадор), Еагиша (Боливия)
және Runguelina mag. сияқты селециялық сорттар бар. ТМД-да барлық төзімді
сорттар Сібір үлгілері арасында (Новосибирск 80, Омск 80, Червонец)
кездеседі. Сонымен бірге бұған Ресейдің басқа аудандарындағы сорттар (Эло,
Одесса 36, Донецк 80) жатады. Жоғарыда келтірілген сорттардың барлығы
селекция процесінде тұзға төзімділікке байланысты барлығы бірдей
сұрыпталмауы мүмкін.
Топырағы тұзданбаған аудандардағы сорттар, атап айтсақ (Новосибирск 80,
Червонец, Эло) және бұл сорттар басқа аймақтарға аз таралған. Полярный 14
сорты (1,2мПа) тұздылығы жоғары, сол сияқты орта (0,7-0,9мПа)
концентрациясына төзімділігі жоғары. Осы сорттың шығу тегі туралы айтатын
болсақ, бұл сорт Мурманск облысында жергілікті түрлерді сұрыптау арқылы
алынған. Мұны төзімділік генінің кең таралуымен, не аталған факторға
спецификалық төзімділігі арқылы түсіндіруге болады. Сортанған аймақтардағы
үлгілер арасынан тұзға төзімді формалар сирек кездеседі. Сол сияқты, Таяу
Шығыс аудандарындағы үлгілер арасында небары 8(-і тұздың әсеріне
төзімдірек.
1.6 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы полиаминдердің рөлі
Полиаминдер путресцин, спермидин, спермин және кадаверин – жоғары
биологиялық активтілігі бар катион табиғатының төмен молекулалы органикалық
қосылыстары, гармон іспеттес қабілеті бар өсімдік клеткасына ең қажет
компоненттер. Олар стресс-протекторлы эффектілеріне ие және физиологиялық
процестердің универсальді млуьтифункциональді реттегіштері болып табылады.
Полиаминдер өсімдік клеткасының барлық органоидтарында табылады, тіпті
тіршіліктің фундаментальді процестердің өтуіне қатысатын ядрода да
кездеседі [38-40]. Полиаминдер репликация, транскрипция және трансляция
процестеріне де, мембрананың стабилизациясына және ферменттердің
белсенділігінің модуляциясына да қатысады; олар геномдардың экспрессиясына,
клеткалардың бөлінуі мен кеңеюіне, сонымен қатар өсімдіктердің дамуы мен
өсуіне де әсер етеді [40-41].
Өсімдіктерде полиаминдердің концентрациясы эндогенді фитогармон
концентрациясына қарағанда (10-13-10-7) айтарлықтай үлкен; мөлшері 10-9-
нен 10-5-ке дейін. Бірақ та полиаминдердің мөлшері өсімдіктердің,
мүшелерінің түріне және ұлпалардың типіне, сол сияқты онтогенез стадиясына
байланысты құбылып тұрады. Полиаминдердің стресс кезінде шоғырлануы ерекше
қызығушылық тудырады, сол сияқты стрестердің әсерінен қорғау ролі де
маңызды [40].
Қазіргі уақытта өсімдіктерде полиаминдердің метаболизімінің негізгі
жолдары биохимиялық және молекулалық деңгейде зерттелген, ал биосинтезі мен
катаболизмінің кілтті ферменттерінің гендерінің көп бөлігі клондалған,
полиаминдердің деңгейі өзгертілген өсімдіктердің трансгенді формалары
және генетикалық мутанттар алынған, олардың метаболизімінің негізгі
жолдарының спецификалық ингибиторлары табылды [41-42].
1.7 Бидай төзімділігін анықтаудағы пролиннің рөлі
Вакуольдер мен цитоплазмада қалыпты осмотикалық қысымға әкелетін ионның
компартметализациясы - тұзды стреске клетканың жауап беру моделі ретінде
қабылданған. Мұнда, көптеген жұмыстарда көрсетілгендей [26-27] вакуольдегі
ионның коапариметализациясы цитозольдегі осмотикалық активті органикалық
заттың аккумуляциясы жүргізіледі. Белок денатурациясы мен клеткадағы басқа
да биополимерлерді сақтау – клеткалардағы токсинді емес қосылыстардың
түзілуі протекторлар көмегімен іске асады. Өсімдіктегі экстремальды фактор
әсеріне жауап ретінде, сонымен бірге, клетка элементтерінің сусыздануы мен
тұзға сезімталдығынан сақтайтын стресс белоктарының түзілуі мүмкін [28-30;
43].
Өсімдіктер физиологиясындағы ең маңызды мәселе әртүрлі стресс
жағдайларындағы төзімділік болып табылады. Өсімдік бүкіл тіршілік циклінде
жоғары және төменгі температура, ауыр металдар, тұздану, су режимінің
бұзылуы сияқты қолайсыз орта жағдайлардың әсеріне ұшырайды. Қазіргі кезде
кез-келген стресс факторларының әсері, белоктар, нуклеин қышқылдары мен
мембраналық липидтердің бұзылуына және клетканың өліміне алып келетін
оттегінің (супероксид анион, гидроксил анион, судың асқын тотығы) белсенді
формаларының түзілуімен байланысты екендігі анықталып отыр [44].
Клетканың әртүрлі қолайсыз факторлар әсерінен қорғануы үшін әртүрлі
тәсілдерді, атап айтсақ, төменгі молекулалық және ферменттік жүйелерді
жатқызуға болады. Ферменттік жүйелерге антиоксиданттық әсері бар белгілі
ферменттерді (пероксидаза, каталаза, аскорбат пероксидаза, глутатион
пероксидаза) және төменгі молекулалық қосылыстарға – осмопротекторлар
(антиоксиданттар): пролин, полиаминдер, токоферол, фенолдар жатады [38-40].
Биохимиялық реакциялар мен жоғарыда аталған катализдеуші ферменттер мен
төменгі молекулалық қосылыстардың аккумуляциясының кешені өсімдіктің
қорғаныштық жүйесін құрайды. Өсімдіктер төзімділігін, стресс факторларының
әсеріне, көптеген зерттеушілер, бірінші кезекте пролин амин қышқылының
мөлшерінің жоғарылауымен байланыстырады. Өсімдіктердегі пролиннің
аккумуляциясы өте жоғары болмағанымен, клетканың цитоплазмалық фракциясының
метаболизмдік мәні жалпы клетканың 5-10%-ін құрайды. Бұл клеткалық
биополимерлердің стерикалық құрылымына протекторлық әсер етеді. Пролиннің
суда ерігіштік қасиеті жоғары. Сондықтан да, пролиннің гидрофильді жағдайы
күрделі. Пролиннің физико-химиялық құрамын зерттеу негізінде, амин
қышқылдарының жоғары ерігіштік қасиеті, молекулалары, агрегаттар түзе
алатын гидрофобты және гирофильді топтарының болуы есебінен жүреді.
Түзілген полимерлер гидрофильді коллоидтарға ұқсайды. Сондықтан, пролиндер
белоктарға әсер етпейді. Тұнбаның түзілуіне әкелетін детергенттер
белоктардың молекула аралық гидрофобты әсерлесуіне кері әсері жоқ,
керісінше, гидрофобты қалдықтармен байланысады. Клеткадағы пролиннің жоғары
ерігіштік қасиетінің ферменттерді ингибирлеу қасиетінің төмендеуіне
байланысты, клетканың ерігіштігінің артуы, цитозольдегі тұз
концентрациясының төмендеуіне әкелуі мүмкін [45]. Агрегаттар молекуласының
белоктармен әсерлесуі соңғы өнімдердің ерігіштік қасиетін жоғарлатып,
олардың тұнбаға түсуінен қорғайды. Пролиннің осмореттегіштік әсері туралы
мәліметтер Н.И. Шевяковтың гипотезаларында келтірілген [46].
Пролин – қазіргі кезде толық зерттелген осмореттегіштер мен
протектормен – ең қарапайым осмолиттердің бірі [31]. Бос пролиннің жоғары
мөлшерде жинақталуына стресс индикаторы да әсер етуі мүмкін [32]. Бұл амин
қышқылы бірінші кезекте сусыздану мен ионның токсиндік әсерінен туындайтын
бұзылыстарға сезімтал мембраналық құрылым немесе ферменттің реттегіші
ретінде қызмет атқарады [31]. Бұдан пролиннің жоғары мөлшерде жинақталуы
тұзға төзімділікті жоғарылатуға қатысы бар. Яғни стрестік зақымданулардан
белок синтезінің механизмін сақтап және стресті - протекторлы белоктар
белсенділігін жоғарлатады [33]. Алайда, қазіргі кезде стресс жағдайындағы
пролиннің түзілуі туралы әртүрлі көзқарастар бар. Кейбір авторлар
клеткадағы пролиннің мөлшерінің жоғарылауын стреске сезімталдылықпен
байланыстырады [34].
Тұздың жоғары мөлшері белок синтезі мен оның құрылымына тура және
жанама әсері және азоттың біріншілік ассимиляциясы ферменттерінің
белсенділігін тежейтіндіндігі белгілі [47-48]. Бұл жағдай өсімдік
ұлпаларында амин қышқылдарының көптеп жинақталуына алып келеді, әсіресе –
тирозин, лейцин, фенилаланин амин қышқылдарының жылдам түзілуі өсімдіктің
тіршілік қабілетіне кері әсерін тигізеді. Осымен байланысты өсімдік
ұлпаларында тұзға қарсы гликолиз және пентозафосфатты циклдердің жүруі
жылдамдайды. Гликолиз және пентозафосфатты циклдердің нәтижесінде түзілген
үш және төрт көміртекті фрагменттер (ФЕП, эритрозо 4-фосфат) фенолдық
қосылыстар (ФС) биосинтезінде алғашқы өнім болып табылады. Фенолдық
қосылыстардың эндогендік өнімдері мен олардың синтезіне қажетті ферменттер
мөлшерінің артуы, тұздану жағдайында өсімдіктерде полифенолды қосылыстардың
жинақталуы мен түзілуін белсендіреді. Тұзды стреске жауап ретінде
өсімдіктерде пролин, бетаин, органикалық қышқылдар, қанттар және пептидтер
сияқты төменгі молекулалық қосылыстар түзіліп, жинақтала бастайды [49-51].
Р.Х. Достанов өсімдік төзімділігі механизмі мен фенолдық қосылыстардың
алмасуындағы ең маңыздысы, ортаның тұздануы мен клетканың қартаюының
биохимиялық маркері, сонымен бірге тұздың сапасы мен оның мөлшеріне жауап
ретінде лигниннің бейімделушілікте маңызды рөл атқаратындығын анықтаған
[48].
Пролин (2-пирролидинкарбон қышқылы, Pro, P) молекулалық салмағы
115,13; түссіз, кристалды; балқу температурасы L-, D-және D. L-Пролин 220-
222, 215-220 және 205°С; L-Пролин үшін [α]20 D – 85° (концентрациясы 100 мл
суда 4 г ). Пролин суда жақсы ериді (25°-та 100 мл-де 162,3 г), этанолда
(100 мл суда 1,55г), ацетонда, хлороформда нашар, диэтил эфирінде ерімейді.
Пролин – α-амин тобының фрагменті гетероцикл болып келетін амин
қышқылдарына жатады. Басқа амин қышқылдарымен салыстырғанда, нингидрин
реакциясында көгілдірсіз сары түс, изатинмен көк түс береді. Жануарлар
организмінде пролин тотығу процесінде 3- және 4-гидросипролин түзіледі.
Пептидті тізбектегі пролин қалдығының болуы, тізбектің иілгіштік қасиетін
қамтамасыз етеді, сондықтан белоктағы α-спиральды құрылым пайда болады.
L-Пролин алмасатын амин қышқылдарына жатады. Бұл барлық белоктар
құрамына кіреді. Әсіресе, коллаген, проламиндер (дәнді дақылдар тұқымында)
және эластин белоктары L-пролинге бай. Адам организмінде глутамин қышқылы
арқылы, жартылай альдегид (ОСНСН2СН2СНNH2COOH), пирролин 5 карбон қышқылына
дейін катализденеді, нәтижесінде соңғы өнім пролин түзіледі.
1.8 Бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы [МДГ-ГОАТ] негізгі
ферменттері
Глютамат - барлық азоттық алмасудағы негізгі амин қышқылдарының бірі
болып табылады. Кез-келген азоттың α-омега алмасуы амин қышқылдарының
ыдырауы кезінде NH2- тобын глютаматқа береді. Жоғары сатыдағы
өсімдіктердегі глютаматдегидрогеназа ферментін зерттеуге ағылшын биохимигі
Мифлиннің айтуы бойынша, глютаматдегидрогеназалық реакция жоғары сатыдағы
өсімдіктерде жүретін минералды азоттың ассимиляциясы барысында ешбір
қызметке жауап бермейді деген ұсынысы қиындық туғызған. Осымен қатар,
жапондық зерттеуші А. Ямайя, глютаматдегидрогеназаның митохондрияда
глютаматтың синтезделуі барысында айтарлықтай рөл атқаратындығын
дәлелдеген. Шындығында да, азоттық ассимиляциясы процесінде қатаң түрде
НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназа ферментінің болуы қажет [52].
L-глютамат-НАД-оксидоредуктаза, үштік атаумен аталатын
глютаматдегидрогеназа, глютамин қышқылын 2-оксоглютарат қышқылы мен
аммонийға дейін тотыға дезаминденетін қайтымды реакциясын катализдейді.
Глютаматдегидрогеназа пиримидинді коферменттер көмегімен өзіндік
реакциясын іске асырады: никотинамидадениндинуклеотид (НАД) немесе
никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Бұл коферменттер белок
молекуласымен тығыз байланысты және диализбен оңай ажыратылады. Әрбір
коферменттің каталитикалық белсенділігі никотинамидті сақина түрінде
байқалады. Глютамин қышқылының реакциясы нәтижесінде сутегі ыдырайды. Осы
реакцияда бір протон және екі электрон коферменттің никотинамидті
қалдығымен байланысып, бір протон босайды. Бірінші протон, азот атомындағы
никотинамидті сақинасына сәйкес жұбында кездесетін көміртегі атомымен
байланысады. Ал, екі электрон екі байланыстың біреуімен тығыз қаныға
байланысады. Глютамин қышқылының дегидролизденуі нәтижесінде 2-оксоглютарат
қышқылы мен аммиакқа, ферментсіз түрде гидролизденетін иминоглютарат
қышқылы пайда болады [53].
Глютаматдегидрогеназаның ерекше қасиеті, оның зат алмасудағы негізгі
позициясымен және оның мультивалентті реттелудегі биологиялық рөлі көптеген
метаболикалық жолдардың қиылысына әкеледі, әсіресе, глютаматдегидрогеназа
деңгейінде амин қышқылдарының алмасуы мен Кребс циклі реакциясы жүреді
[54].
Ферменттер номенклатурасына сәйкес, спецификалық коферменттерге
байланысты ажыратылатын глютаматдегидрогеназаның үш түрі белгілі [55]:
• НАД-спецификалық глютаматдегидрогеназа;
• НАД немесе НАДФ сияқты белсенділік көрсететін
глютаматдегидрогеназа;
• НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназа.
Жоғары сатыдағы өсімдіктерде жақсы зерттелген НАД(Ф)-
глютаматдегидрогеназаның аммониийге ұқсастығы аз, нәтижесінде, минералды
азоттың ассимиляциясына қатысуы төмен ықтималдылықты көрсетеді. Жасыл теңіз
балдыры Caulerpa simpliciscula хлоропластарында табылған НАДФ спецификалық
глютаматдегидрогеназаның құрамы жағынан аммонийге қатты ұқсайтындықтан,
жоғары сатыдағы өсімдіктердегі НАДФ-глютаматдегидрогеназа ассимиляциялық
рөл атқаруы мүмкін деген тұжырым жасауға мүмкіндік береді. Жоғары сатыдағы
өсімдіктерде НАДФ-глютаматдегидрогеназаның кездесу мүмкіндігі кейбір
авторлардың көрсетуі бойынша өсімдіктердің мүшелері мен субклеткалық
құрылымдары 2-оксоглютараттың қайтымды аминдену реакциясындағы
өзгерістердің әртүрлі факторлар әсерінен өсімдік онтогенезінде
глютаматдегидрогеназа НАДННАДФН белсенділігінің қатынасы әртүрлі болып
келеді [55].
Жоғары сатыдағы өсімдіктер хлоропластарынан НАДФ-
глютаматдегидрогеназаны бөліп алуға қадам жасалған, бірақ төмен деңгейде
бөлініп алынған препараттардағы белсенділік, НАДН кофермент ретінде
болатындығы байқалды. Кейбір зерттеушілердің жұмыстары бойынша,
глютаматдегидрогеназа ферментінің молекулалық салмағы 208-ден 270 кДа, SH
тобынан тұратын 4 немесе 6 суббірліктері мен металл иондарынан тұратындығын
көрсеткен [56-58].
Глютаматдегидрогеназа ферментінің белсенділік деңгейі көптеген жарық,
қараңғылық режимі, органикалық және бейорганикалық азот, көміртегінің
энергетикалық жағдайларымен және т.б. факторларға тәуелді. Сондықтан да
ферменттің жоғарғы температура, азот сіңірудегі сыртқы орта жағдайлары,
сулы стресс және сыртқы ортаның ластануы жағдайларында маңызды рөл
атқарады.
Дәнді дақылдар мен бұршақ тұқымдастарындағы глютаматдегидрогеназа
ферментінің жан-жақты зерттеу жұмыстары М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық
биология және биохимия институтының ферменттердің құрылымы мен реттелуі
лабораториясында профессор М.К.Гильманов пен оның қызметкерлерімен бірге
жоғары сатыдағы өсімдіктерден НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназаны
бөліп алу жұмыстары жүргізілді. Зерттеуге жұмсақ бидай Саратовская 29
сортының өскіндерінен глютаматдегидрогеназа ферментін зерттеу кезінде
алейрон қабатының ұрықсыз бөлігінде НАДФ-глютаматдегидрогеназа зоналарының
көрінгендігі байқаған. НАДФ-глютаматдегидрогеназаның интенсивті зонасы
жұмсақ бидайдың 4-күндік өскінінде, ал қатты бидай үшін 5-күндік өскіндерде
анықталған [57; 59-61].
Сонымен, М.К.Гильманов және оның қызметкерлерімен жоғары сатыдағы
өсімдіктерден алғаш рет НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназаны бөліп,
оны тазалау, сонымен бірге, оның негізгі қасиеттерін зерттеп, осы
ферменттің бейорганикалық азоттың ассимиляциясын іске асыратындығын
көрсетті [54; 62-63].
Глютамат алмасуының сапалық көрсеткіштерін негізге ала отырып,
өсімдіктің әртүрлі стресс жағдайларына төзімділігіне биохимиялық баға
беруге болады. Осы бағытта М.Қ. Гильманов басқаруымен бірінші рет бидай
дәнінен бөлініп алынған глютаматтың қайтымсыз ыдырауын жүзеге асыратын [МДГ-
ГОАТ] ферменттік комплексі анықталып, зерттелуде [52; 54].
[МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексі М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық
биология және биохимия институтының ферменттер құрылымы мен реттелуі
лабораториясында М.Қ. Гильмановтың басшылығымен глютамат амин қышқылының
қайтымсыз ыдырау процесін жүзеге асыратын ферменттік комплексі анықталды.
Ферменттік комплекс - малатдегидрогеназа (МДГ) және глютаматоксало-
ацетатаминотрансфераза (ГОАТ) ферменттерімен тығыз комплекс түзеді. Бұл
ферменттер өз кезегінде келесі реакцияларды жүзеге асырады:
малатдегидрогеназа ферменті малатты оксалоацетатқа дейін тотықтырады,
нәтижесінде НАД және НАДН түзіледі; ары қарай глютаматоксало-
ацетатаминотрансфераза (ГОАТ) ферментінің қатысуымен оксалоацетат
глютаматпен трансаминденеді. Осы реакциялар нәтижесінде НАДН, 2-
оксоглутарат және аспартат пайда болады [64-65].
Ферменттік комплексті зерттеу жұмыстары, глютамат катоболизмі негізінен
глютаматдегидрогеназа ферменті арқылы емес, осы комплекс арқылы жүзеге
асатындығы анықталды. Яғни, осы ферменттік комплекс арқылы катализденуші
реакциялар нәтижесінде аммиаксыз, глютаматтың қайтымсыз ыдырауы жүреді. Ал,
глютаматдегидрогеназа (ГДГ) ферменті арқылы катализденетін глютаматтың
тотығу реакциясы қайтымды және соңғы өнім аммиак түзіледі. Бұл өз кезегінде
мембрана арқылы оңай өтетін токсинді қосылыстар болып табылады. Аммиакты
реассимиляциялау үшін субстраттарды, қуат және қосымша ферменттер көзін
қажет етеді.
Ферменттік комплекстің молекулалық салмағы 110-120 кДа, рН 8,5-9,0 тең.
Бұл 22-45°С температура аралығында тұрақты, ал 65°С кезінде комплекстің
толық инактивациясы жүреді.
[МДГ-ГОАТ] белсенділігі тұздану, құрғақшылық сияқты биотикалық және
абиотикалық процестерде маңызды болып табылатын белок дегидратациясының
өнімдерін усыздандыруда маңызды рөл атқарады. Кейбір сыртқы орта
жағдайларында, оның ішінде тұздану жағдайында ферменттік комплекс
белсенділігі өзгереді [66].
[МДГ-ГОАТ] және ГДГ ферменттерінің жоғарғы белсенділігімен сипатталатын
өсімдіктер тат саңырауқұлақтарымен зақымдану жағдайында тіршілік қабілеті
мен өнімділігінің сақталатындығы анықталған [65-67].
Алғаш рет М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық биология және биохимия
институтының ферменттер құрылымы мен реттелуі лабораториясында бидайдағы
глютаматтың 90%-ы ГДГ әсерінен емес, [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексі арқылы
ыдырайтындығын көрсетті. Әртүрлі стресс жағдайларында клеткадағы аммиак
мөлшерінің күрт артуына әкелетіндігі белгілі [54]. Сондықтан да, өсімдіктің
сыртқы орта жағдайларына төзімділігін анықтауда [МДГ-ГОАТ] ферменттік
комплексінің белсенділігі маңызды рөл атқаратындығы белгілі, сондықтан
ферменттік комплекті жан-жақты зерттеу жұмыстарын жүргізу қажет.
1.10 Топырақтың тұздануымен күресу және өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтеру
Ауыл шарушылығында тұзданумен күресудің негізгі әдісі - өнімді жинап
алған соң топырақты құнарландыру, тұзды топырақтарды мелиорациялау.
Топыраққа микроэлементтерді енгізу тұзды стресс кезінде өсімдіктердегі ион
алмасуды күшейтеді. Тұқымдарды себу алдында шынықтыру өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтереді. Мақта, бидай, қант қызылшасын 1сағат бойы 3% NaCl
ерітіндісінде өңдейді.Сульфатты тұзға шынықтыру үшін тұқымдарды 1 тәулік
бойы 0,2% магний сульфатында ұстайды.
Галофиттердің барлық бейімделу ерекшеліктері олар тұзды топырақта
өскенде пайда болады. Қазір тұзға төзімді сорттарды алу үшін гендік
инженерия әдістерін интенсивті дамуда.
II МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ
2.1 Жұмыстың жүргізілу жағдайлары
Зерттеу жұмыстары лабораториялық және егістік алқаптарында жүргізілді.
Бітіру жұмысы бойынша ғылыми зерттеу жұмысының лабораториялық бөлімі
генетика және молекулалық биология кафедрасы мен М.А. Айтхожин атындағы
Молекулалық биология және биохимия институтының ферменттер құрылымы және
реттелуі зертханасында жүргізілді.
Тәжірибе материалдары қаладан 20 км қашықтықта орналасқан
ҚазАгроИнновация Ғылыми-өндірістік Орталығы АҚ (ЖӨ ҒӨО) егістік алқабында
жүргізілді.
Тәжірибе учаскелері теңіз деңгейінен 740 м. биіктікте, таулы аймақта
орналасқан.
Күздік егіс қыркүйек айының 3-ші онкүндігі мен желтоқсан айының 1-ші
онкүндігі аралығында егілді.
Егістік материалдары ені 1м қатарға 20 дәннен, ал анеуплоидты линиялары
әр қатарға 10 дәннен егілді. Қатараралық арақашықтық - 15 см. Егістіктегі
жұмыстар сәуір айының алғашқы онкүндігінен басталады.
Метеорологиялық жағдайы. Шаруашылықта климат тез өзгеріп, құбылып
тұратындықтан, ауа-райы қатаң сипатталады. Орташа жылдық температура 7,6%
тең, ал жүргізілген көп жылдық бақылаулар бойынша жылдың ең ыстық айлары
шілде, тамыз болып саналады. Жылдың орташа температурасының амплитудасы
28,4-35,9°С құрайды.
Ауа-райы көктемде ылғалды, жазы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
ГЕНЕТИКА ЖӘНЕ МОЛЕКУЛАЛЫҚ БИОЛОГИЯ КАФЕДРАСЫ
Б І Т І Р У Ж Ұ М Ы С Ы
ЖҰМСАҚ БИДАЙ ҮЛГІЛЕРІНІҢ ТҰЗҒА ТӨЗІМДІЛІК ГЕНДЕРІН ХРОМОСОМАДА ОРНАЛАСТЫРУ
Орындаған:
______________
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к. _________________ Жунусбаева Ж.К.
___ _______ 2009 ж.
Норма бақылаушы _________________ Сатылган И.А.
___ _______ 2009 ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі,
б.ғ.д. _________________ Айташева З.Г.
___ _______ 2009 ж.
АЛМАТЫ, 2009
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 3
I НЕГІЗГІ БӨЛІМ 5
1.1 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділік сипаттамасы мен
генетикасы 5
1.2 Тұзға төзімділік 7
1.3 Тұздың өсімдікке әсері 8
1.4 Сортаңданған жерлерге өсімдіктердің бейімделу механизмі
10
1.5 Өсімдіктердің тұзға төзімділігінің генетикалық механизмі
11
1.6 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы
полиаминдердің ролі 13
1.7 Бидай төзімділігін анықтаудағы пролиннің рөлі 13
1.8 Бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы [МДГ-ГОАТ]
негізгі ферменттері 16
1.9 Топырақтың тұздануымен күресу және өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтеру 19
II ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ТӘСІЛДЕРІ 20
2.1 Жұмыстың жүргізілу жағдайлары 20
2.2 Зерттеу материалдары 21
2.3 Зерттеу әдістері 22
2.3.1 Фиксация әдісі 22
2.3.2 Кастрация және тозаңдану әдісі 22
2.3.3 Моносомалық талдау әдісі 23
2.3.4 [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплекс белсенділігін анықтау
әдісі 24
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР
III 26
3.1 [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексін пайдаланып, жұмсақ
бидай сорттарының тұзға төзімділігін зерттеу 26
3.2 Бидай дәнінің өнуіне 2%-дық NaCI тұзының әсері 29
3.3 Жұмсақ бидай тамырының ұзындығына 2% NaCI әсері 29
3.4 Жұмсақ бидай сабағының ұзындығына 2% NaCI әсері 30
3.5 Надежда сортының тұзға төзімділігі 32
ҚОРЫТЫНДЫ 34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 35
КІРІСПЕ
Зерттелетін тақырыптың өзектілігі. Жұмсақ бидай – Қазақстандағы негізгі
дәнді дақылдардың бірі болып табылады. Ол Республикадағы барлық суармалы,
сонымен қатар таулы далалы аймақтардың шамамен 1000-1200 мың.га. аймақтарда
егіледі. Экстремальды орта жағдайларының, әсіресе, тат ауруларының қозуы,
топырақтың сортаңдануы және т.б. факторлар бидай өнімділігін 20-30%
төмендетіп, еліміздің экономикасына шығын әкеледі.
Бидайдың қауіпті ауруларымен күресудің тиімді жолы – дәннің өнімі мен
сапасы жоғары жаңа генетикалық тұрақты гермоплазма және алғашқы материалдар
шығару. Әдетте, төзімді сорттар шығару селекциясы үздіксіз цикл бойынша
дамиды: төзімділігінен айырылған және вирулентті паразит расасының шығуына
эффективтілігін жойған сорттарды төзімді ген немесе гендермен қорғалған
жаңа сорттармен алмастыру қажет. Патогенді организмдердің расалары өзгерген
сайын, аудандастырылған сорттардың құндылығы төмендейді. Сондықтан, тат
аурулары және тұзға төзімді эффективті гендердің жаңа көздерін тауып,
иммунитет селекциясының гендік қорын кеңейту қажет.
Бітіру жұмысы, жұмсақ бидай үлгілері мен селекцияда кең тараған
сорттардың тұзға төзімділігіне жауапты гендерін анықтап, оларды
хромосомада орналастыруға арналған. Сонымен қатар, моносомалық талдаудың
сызба-нұсқа моделі мен биохимиялық талдау нәтижелері келтірілген.
XX ғасырдың соңғы онжылдықтарында дәнді дақылдардың жеке генетикасына
жүргізілген зерттеулер, жаңадан ашылған тәсілдерді қолдану негізінде
көптеген жаңалықтар мен жетістіктермен ерекшеленді. Бұл тәжірибелердің
кейбіреулері Мендель ашқан дәстүрлі тұқымқуалау заңдылықтарын тереңдетіп
зерттеуге мүмкіндік берді. Осындай тәсілдердің қатарына моносомалық талдау
жатады.
Жергілікті жаздық жұмсақ бидай сорты Казахстанская 126 сортынан
шығарылған анеуплоидты линиялар сериясы, Қазақстанда генетикалық-
моносомалық талдау жұмысының қарқынды дамуына себеп болды. Республикамыздың
оңтүстік-шығыс аймағындағы күрт континентальды климат жағдайларында түрлі
әлемнен жинақталған бидай үлгілерінің шаруашылыққа құнды белгілерінің
қалыптасуына жауапты генді хромосомада орналастыру, осы серияның негізінде
ғана жүзеге асырылады. Донор сорттары мен бидай үлгілерінің генетикалық
табиғаты терең зерттелгеннен кейін, кез-келген келешегі бар және
аудандастырылған сортты бір немесе бірнеше белгілерінен бағыттап жақсартуға
негізделген. ТМД елдерінде [1-4], соның ішінде Қазақстанда [5-6]
американдық Е.Р.Сирстың [7] жаздық жұмсақ бидай сорты Чайниз Спрингтің
моносомды линиялары негізінде, алғаш рет жергілікті жерге кең таралған
құнды сорттардың жаңа анеуплоиды туындылары шығарылды.
Жұмсақ бидайдың хромосомалар санының (2n=42), оның негізгі санынан
(n=7) кеміп немесе көбею құбылысы анеуплоидия деп аталады. Анеуплоидты
линиялар ішінде генетикалық талдау жүргізу үшін, моносомды линияларды
қолдану қолайлы. Хромосомалық инженерия деп аталатын моносомалық талдау
тәсілі, белгінің тұқым қуалаушылық қасиетіне терең генетикалық талдау
жүргізіп, оның қалыптасуына жауапты генді хромосомада орналастыруға,
гендердің тіркесу тобын табуға және олардың генетикалық картасын құруға
мүмкіндік береді. Алайда селекция қорында жинақталған қыруар ұрық
плазмаларының құнды белгілерін бақылайтын гендерді хромосомада орналастыру
жұмыстары әлі де жеткіліксіз. Сондықтан, бұл тәсілдің теориялық негізін
тәжірибеге ендіріп, еліміздің бидай селекциясындағы гендік қорын ұлғайту
өзекті мәселеге жатады.
Дәнді дақылдардың шаруашылыққа құнды белгілерінің өсуі мен дамуы және
қоршаған орта жағдайларына бейімделуі мен тұрақтылығының генетикалық
табиғатын хромосомалық инженерия тәсілін пайдаланып терең зерттеу,
селекцияның қазіргі мәселелерін бағыттап шешуге жол ашады.
Жұмыстың мақсаты және міндеттері
Жұмыстың мақсаты: Жұмсақ бидайдың тат аурулары түрі мен тұзға
төзімділігіне генетикалық-моносомалық талдау жүргізіп, селекция
тәжірибесіне ұсыну.
Бітіру жұмысты орындау үшін келесі міндеттер қойылды:
- Жұмсақ бидай сорттарының тұзға төзімділік дәрежесін [МДГ-ГОАТ]
ферменттік комплекс белсенділігі негізінде зерттеу;
- Казахстанская 126 сортының тұзға сезімталдығы мен Надежда сортының
төзімділігіне жауапты гендердің хромосомада орналасқан локусын
анықтау.
I НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1. Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділік сипаттамасы мен генетикасы
Генетикалық тұрғыдан алғанда төзімділік – тек қана бірнеше геномның
емес, бүкіл өсімдіктегі барлық генотиптің бақылауында болатын полигенді
белгі [8].
Қазіргі уақытта ғалымдардың барлық күші стрестік жағдайлардың
молекулалық және клеткалық деңгейдегі механизмін толығымен ашуға
бағытталған. Стрестік жағдайларда клеткадағы синтездің белсенділігі, яғни
қалыпты жағдайда жүретін белок синтезінің әлсіреуінен туатын стрестік
белоктар ерекше қызығушылық тудырады. Геномда стрестік жағдайлармен
байланысқан арнайы программа жазылатынын көрсететін естен танғыш
белоктардың синтезінен басқа, клеткада қолайсыз жағдай туғанда цитоплазманы
стабильді ете отырып, қорғаныш реакцияларына қатысатын пролин, көмісулардың
да мөлшері артады. Суға тапшылық және тұздану кезінде өсімдіктердің
цитоплазмасында пролиннің концентрациясы 100 және одан да көп есеге артады.
Пролиннің гидрофильді тобы өздерін гидрофильді коллоид ретінде ұстайтын
агрегаттар түзеді. Яғни бұл пролиннің жоғары ерігіштігін, сонымен қатар
белоктардың үстіңгі гидрофильді қалдықтарымен байланыса алу қабілеттілігін
көрсетеді. Пролин агрегатының белокпен өзара байланыса алу қабілеті
белоктың ерігіштігін жоғарылатады және оларды денатурациядан қорғайды.
Белсенді осмосты зат ретінде пролиннің жинақталуы клеткада судың ұсталып
тұруына жағдай жасайды. Стрестен кейінгі репарация периодының жалғасуы
жоғарылаған сайын экстремальді факторлардың күштілігі жоғары болады, ал
өсімдіктердің оған төзімділік деңгейі керісінше төмендейді. Алғашқыда күші
жағынан әлсіз экстремальді әсер ету организмдерді күштірек стреске төзімді
етеді. Өсімдіктерді тура сондай емес экстемальді факторлардың басқа
типтерімен қайта өңдеу кезінде стрестік жағдайларға төзімділікті
жоғарылатуға болатыны байқалды [9]. Синтетикалық белсенділігі жоғары кезең
стреске әлдеқайда сезімтал болады.
Экстремальді жағдайларда бүйір жақ өскіндердің түзілуі бірден
тоқталады, ал стрестің жоғары деңгейінде толығымен блокқа түседі, және
өсімдіктерде тек бір негізгі өскін дамиды. Бүйір өскіндер негізгі
өскіндерге қарағанда сыртқы қолайсыз әсерлерге айтарлықтай айырмашылықта
сезімтал болып келеді. Мұндай жағдайларда тек негізгі өскінді сақтай
отырып, организмнің толыққанды тұқымдарының түзілуіне жағдай жасайды, бірақ
шектеулі мөлшерде. Әйтсе де тіршілікке қабілеті төмен толыққанды емес
тұқымдардың көп мөлшерде түзілуіне қарағанда биологиялық бөлшек ретінде
түрдің сақталуы маңыздырақ.
Организмнің сыртқы ортаның түрлі жағдайларына бейімделу механизміне
қызметтері өзара байланысқан организмнің модификациялық және генотиптік
құбылмалылығы жатады, яғни онтогенетикалық қабілеттіліктің жоғарылығын
талап ету және популяцияның филогенетикасын сақтап қалу арасындағы
келісімді қамтамасыз ету [10]. Сондықтан да бір түрдің әр түрлі жағдайға
бейімделу процесінде популяцияның функциональді маңыздылығы жоғары.
Бұл принципиальді жайлар келесі түрде әйгілі отандық эколог С.С.
Шварцпен баяндалған және Н.Н. Данилов бойынша қысқаша қалыптасқан:
1. Әр популяция қоршаған орта жағдайларына ерекше бейімделеді.
2. Популяцияның орта жағдайларына бейімделуі морфофункциональді
деңгейде жүреді және әдетте қызметтерінің күштілігімен байланысты болады.
3. Бір түрдің бейімделу ерекшеліктері оның жеке популяциясының
бейімделу мүмкіншілігінен әрқашан артық.
4. Популяцияда түрдің пайда болуының микроэволюциялық қайта түзілудегі
биохимиялық өзгергіштік және организмнің ортамен энергетикалық қарым –
қатынасының өзгеруі.
5. Ортаның кез – келген өзгергіштігі популяцияның генетикалық
құрылымының қайта құрылуын тудырады.
6. Популяцияның экологиялық құрамының өзгеруі (кеңістік, жас және т.б.)
7. Популяцияның экологиялық құрамына таңдаусыз элиминация әсері қатаң
бағытталған.
8. Түрдің пайда болуының қозғалыс күшінің түрішілік дифференциация
механизмінен принципті түрде айырмашылығы болмайды.
9. Макроэволюционды қайта түзілу түрдің пайда болу процесінен еш
айырмашылығы жоқ [11].
Сонымен, популяцияның құрылымды – қызметінің өзгергіштігін анықтайтын
және оның төзімділігі мен тірі қалуын жоғарылататын факторлардың түр
эволюциясында ерекше маңызы бар. Қызметтің өзгеруімен байланысты
морфофункциональді өзгергіштік сияқтыларды бөлетін болсақ, популяцияның
қоршаған орта әсерінен генетикалық құрлысының өзгеруі, морфофизиологиялық
бейімделушілік және популяцияның генотиптік түрлілігін қолдау.
Осы ортақ биологиялық қасиеттері бар ұстанымдар популяцияның
агробиоценоз жағдайында қоршаған ортаға бейімделу мүмкіндіктерін анықтайды.
Түрлі аудандарда Мироновская 808 сорты сияқты күздік бидай сорттарының
құрамы мен биотиптерінің ара қатынасы көп жылдық дақылдау процесінде
айтарлықтай өзгерді, бұл әрине бидайдың өнімділігі мен басқа да
қасиеттерінің төмендеуіне әсер етпей қоймады.
Анықталғандай, потенциальді өнімділік, экологиялық төзімділік және
агрофитоценозды ортаны құру потенциалы оның биотикалық және абиотикалық
компоненттерінің өзара әрекеттесулерінің қызметтері болып табылады.
Әйтпесе, бұл компоненттердің жиынтығы қызметтері жағынан өзара байланысқан
элементтердің динамикалық жүйесін ұсынады, ал олар өз кезегінде
өсімдіктердің түрлі факторлардың әсеріне қарсы өсімдіктердің физиологиялық
реакцияларының өзгешелігінің пайда болуын анықтайды. Осылайша, бір фактор
басқа факторларға төзімділіктің жоғарылауын тудырады [12]. Өсімдік
адаптациясының ортаның түрлі қолайсыз факторларға арнайы емес түсінігі
өсімдіктердің басқа стрестерге адаптациясының мехнаизмін ашу үшін қандай да
бір стресс түріне төзімділігін зерттеуде маңызды мағынаға ие, сонымен қатар
өсімдіктердің жалпы табиғи ортаға төзімділігін нақты анықтау және оны
жоғарылатудың ортақ принциптерін зерттеуде де маңызы зор [13].
Кесте 1
Стресс жағдайларында өсімдіктердің физиологиялық параметрлерінің өзгеруі
[13].
Параметрлер Орта жағдайларында параметрлердің өзгеру сипаттамалары
Құрғақшылық Тұздану Жоғары Төменгі
температура температура
Ұлпадағы Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды
иондардың
концентрациясы
Клеткадағы судың Төмендейді Төмендейді Төмендейді Төмендейді
белсенділігі
Клеткадағы Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды Жоғарылайды
осмотикалық
потенциалы
1.2 Тұзға төзімділік
Тұзды топырақ жер шарындағы көптеген мемлекеттер аймақтарын алып жатыр.
Жер бетінің 25% тұзданған аймақ болып табылады. Тұзды топырақ негізінен
орта азиялық мемлекеттерде, Кавказ маңы мен ТМД-ның еуропа бөлігінің
оңтүстік-шығыс маңайында және сібірдің далалы және жартылай далалы
аудандарында тараған [14]. Осы мемлекеттердің суармалы егістігінің шамамен
65%-і азды-көпті тұзды топырақтардан тұрады [15].
Жер шарында тұзды стресс ауылшаруашылық өсімдіктерінің өнімділігіне -
өсімдіктің тірі қалуына және экономикалық пайдаға кері әсерін тигізеді
[16]. Ортаны қорғау ООН күзетінің бағдарламасымен келісетін болсақ,
ауылшаруашылық дақылдарының 20%-ын және егіншілік жерлердің 50%-ы тұздануға
ұшыраған. Иран – қатты тұзданудан зардап шеккен мемлекеттердің бірі, Иран
жерінің 10%-ы тұзданған [17].
Топырақтың тұздылығы әртүрлі жағдайларға байланысты қалыптасады. Тұзды
топырақ негізінде қуаңшылық, шөлді дала аймақтарында кең орын алады.
Себебі, ондай аймақтарда ауа-райының ыстықтығынан, желдің күштілігінен жер
бетінен судың булануы өте қарқынды жүреді. Соған байланысты жер
қабаттарындағы топырақ ерітіндісі буланып жоғары көтерілген сайын
құрамындағы еріген тұздар да жоғары көтеріліп, топырақтың үстіңгі бетіне
келгенде жиналып қалады. Егістіктерде көп суару нәтижесінде де топырақтың
үстіңгі бетіндегі тұздардың концентрациясы артады [15].
Ортадағы тұздың әртүрлі концентрациясы сияқты қолайсыз жағдайда
өсімдіктің тіршілік ету қабілеттілігі мен даму циклінің толық іске асуы -
бұл төзімділік деп аталады.
Б.П.Строгоновтың келісімімен (1962ж.) тұзға төзімділікті биологиялық
және агрономиялық деп екіге бөлуге болады [18]. Биологиялық тұзға
төзімділік бұл - өсімдіктің жоғары сортанған жағдайда интенсивті жиналған
органикалық заттың төмен мөлшерімен даму циклінің толық іске асуы. Мұндай
өсімдіктерде өсу, даму және өнімділіктің түзілуі тежеледі. “Биологиялық
тұзға төзімділік” түсінігі фенотиптік көрінісі бойынша тар мағыналы “тұзды
толеранттылық” анықтамасына жақынырақ келеді. “Тұзды толеранттылық” термині
жоғары деңгейде сортаңды жерлерде өсімдік клеткасының тіршілік
қабілеттілігінің сақталуы немесе тіршілік етуі деген мағынаны береді.
Сортаңданған топтар ауылшаруашылық практикасы үшін ең маңыздысы -
агрономиялық тұзға төзімділікті анықтайтын өсімдіктердің шаруашылыққа құнды
өнімі болып табылады.
Көптеген тұзға төзімсіз мәдени және жабайы өсімдіктер гликофиттерге
кіреді. Биологиялық төзімділігі жоғары экстремальді – төзімді өсімдіктер
галлофиттер қатарына жатады (гр. тілінен аударғанда holos-тұз, және phitos-
өсімдік).
Галофиттер – тұзды суқоймалар мен күшті сортанданған топтарда өсетін
өсімдіктердің экологиялық тобы. Жербеті галофиттердің әртүрлі физиологиялық
типтері сортанданудың 8-40 гл-де өсуі реттеледі, ал осы белгілі мөлшерден
жоғарласа өсуі тоқтайды. Осының негізінде жербеті галофиттердің топтары
факультативті галофиттерге жатады. Тұздардың мөлшері шектен тыс жоғары
топтарға (300гл) облигатты галофиттерге кейбір теңіз балдырлары жатады.
П.А.Генкель бойынша галофиттерді жіктеу [19]:
Сулы (теңіз және баска сорланған суқоймалар):
а) эфгалофиттер (тұз жинақтаушы)
б) криногалофиттер (шырын бөлгіштер)
в) глюкофиттер (жартылай тұз сіңіргіштер)
г) локогалофиттер
Галофиттер –тұздың кездесуіне байланысты ортада тіршілік етуіне қарай
облигаттылар-тұздық ортада қалыпты тіршілік етуі, факультативті-тұз жоқ
ортада өсуге қабілетті.
1.3 Тұздың өсімдікке әсері
Көптеген ауылшаруашылық және жабайы флорадағы өсімдіктер тұздың мөлшері
(NaCl, Na2SO4, MgCl2, NaHCO3 және т.б.) ортада 3гл артқан жағдайда
тіршілік ете алмайды. Мұндай мөлшерде экологияға маңызды өнім алу мүмкін
емес.
Өсімдіктерге тұздың кері әсері әртүрлі болып келеді. Бұл осмостық,
токсиндік және спецификалық әсерлер сияқты 3 құрамнан тұрады [20].
Осмостық әсер - қолайсыз өзгерістер мен судың сіңірлуінің төмендеуінен
клеткалар мен ұлпаларда су-тұздың алмасуы, әсіресе өсімдіктің жерүсті
бөлігінде байқалады.
Ұлпадағы судың тапшылығы, яғни тұздың осмостық әсерінің нәтижесінде,
олардың токсиннің көрінуі күрделенуі мүмкін, яғни, клетканың
цитоплазмасында жинақталады. Бұл жағдайда иондық токсиндік әсері тура
(белоктың денатурациясы) және жанама (зат алмасу кезінде токсиндік заттың
жинақталуы) әсері байқалады. Токсиндік тұздың визуальді көрінісін
жапырақтар мен сабақтағы некроздың түзілуімен бақылауға болады. Ереже
бойынша мұндай тұздық эффект ортадағы тұздың концентрациясының кездейсоқ
жоғарлауымен жақсы байқалады [21].
Тұздың спецификалық әсері туралы өсімдіктегі биохимиялық және
морфофизикалық өзгерістерінің көрінуімен, әртүрлі сапалық анилондар бойынша
талқылауға болады. Жапырақтағы суккулентті құрылымы сияқты және күкірттің
жетіспеушілігі хлориді сортандану кезінде, ал ксероморфтық пен “метоболика”
сульфатының интенсивті түзілуі сульфатты тұздану кезінде байқалады [18;21].
Осы жағдайда өсімдіктегі байқалған өзгерістер-адаптивті реакция нәтижесінің
жауабы.
Қазіргі уақытта көптеген ғалымдардың айтуы бойынша тұзды жағдайда
өсімдіктерге кері әсер етуші негізгі факторына тұздың осмостық әсері
жатады. Тұздану жағдайда өсімдіктерде туындайтын судың жетіспеушілігі
белоктың дегидротациясына әкеледі, мұнда өсімдіктің барлық физиологиялық-
биохимиялық процесіне кері әсерін тигізеді.
Жалпы тұзды эффект – бұл өсімдіктер өсуінің тежелуі. Тұздың
концентрациясы белгілі деңгейге дейін жоғалса, өсімдіктің өсу процесінің
жылдамдығы тежеліп, өсімдіктің мүшелер арасындағы қатынастар өзгеріп, тұтас
олардың биомассасының біртіндеп төмендеуіне әкеледі. Ереже бойынша,
сортаңдану кезінде сабақжапырақтың қатынасы жоғарылайды. Тұздар – тынысалу
мен фотосинтез процесінің қалыпты жүруін бұзады, өсімдіктегі
ассимилянттардың тасымалдануы, белоктың синтезденуі, гармондық баланс, азот
пен күкірттің сіңірілуі тежеледі, көмірсу, фосфор және нуклеин алмасуы
бұзылады. Сонымен қатар, мембрана мен органелланың қызметі мен өткізгіштігі
нашарлайды [21-22].
Қазіргі замандағы ауылшаруашылық дақылдарының тұзға төзімділік
белгілерінің көрінуін, олардың шығу тегі жабайы галофиттер екендігімен
түсіндіруге болады. Мұндағы қант қызылшасының (Betta vulgaris L.) тұзға
төзімділігінің жоғары болуы, оның ата тегінің жабайы екендігін және оны
тұзға төзімді генотиптерінің сақталуымен байланыстыруға (Betta vulgaris sp.
Maritima L.) мүмкіндік береді. Спонтанды полиплоидтардың көрінуімен
ауылшаруашылық дақылдарының эволюция процесінде сұрыпталуына мақтаның тұзға
төзімділігі мысал бола алады. Мәдени өсімдіктердің тұзға төзімділігі
топтардағы тұздың әртүрлі мөлшерінде тіршілікке қабілетті жергілікті
популяцияда табиғи және жасанды сұрыптау нәтижесінде пайда болады [18].
Кесте 2
Ауылшаруашылық дақылдарының тұзға төзімділігі (Безднина, 1984 [23])
Тұзға төзімділігі
Күшті Орташа Нашар
Қант қызылшасы Бидай Тәтті жүгері
қызылша Күріш Бұршақ
Азықтық орам жапырақ Арпа Үрмебұршақ
Шалқан Тары Орам жапырақ
Бермуд шөбі Сұлы Ақ жоңышқа
Канадалық жабайы бидай Қара бидай Алмұрт
Жабайы күріш: Соя бұршағы Шабдалы
Елек шөп тұқымдасы Орам жапырақ Алхоры
Бидайық Қызанақ Алма
Қасқыр жем Мақта Жүзім
Пальма Күнбағыс Қара алхоры
Құрма пальмасы Зығыр Қара қарақат
Бадам Қыша Бүлдірген
Сары жоңышқа Құлпынай
Бидайық Авокадо
Зәйтүн
Анар
Грек жаңғағы
Сиыр жоңышқа
Тұздану судың жетіспеушілігіне, иондардың улылығына иондық дисбалансқа
байланысты. Өсімдіктер тұзданған субстраттан иондарды түрлі деңгейде
сіңіретіндігі белгілі. Бұл өсудің эндогенді заттарының белсенділігінің
төмендеуіне, керек емес жеке иондардың жинақталуына немесе қажетті қоректік
элементтердің сіңірілуінің төмендеуіне әкеледі [24]. Сонымен қатар, топырақ
ерітінділерінде тұздардың болуы топырақтың осмотикалық потенциалын
төмендетеді, сулы стреске әкеледі және өсуге қажет сулардың өсімдікпен
сіңірілуін қиындатады [25].
1.4 Сортаңданған жерлерге өсімдіктердің бейімделу механизмі
Белоктардың төзімділігі, мұндағы белок рибосомасының электролиттік
денaтурациялаушы әсеріне тек қана галобактериялар ғана жатады. Жоғары
сатыдағы өсімдіктер, оның ішінде экстремальды галофиттермен бір клеткалы
балдырлар жекелей көрінеді [22] және өсімдіктерде ионның жіктелуі мен
тасымалдаудың реттелуі жүреді. Клеткалар мен органеллалардағы токсиндік
иондық аккумуляциясы алдын-ала тежеліп, мембрана арқылы иондар өтпейді
[26].
Қоршаған ортадағы тұздың жоғары концентрациясы барысында ұлпалар мен
клеткалардағы осмостық қысымның реттелуі осмосты активті төмен молекулалы
метаболиттермен ионның жиналу көмегімен жүреді [22].
Тұзды стресс осмостық стресс туғызып, нәтижесінде клеткадағы тургор
шығымына әкеледі. Осмореттелу (Na+, K+ және т.б.) ионның
компартментализациясы немесе өсімдіктердегі судың тасымалдануын
тұрақтандыру үшін қажетті осмотикалық активті заттардың клеткаішілік
концентрациясымен қамтамасыз ететін өсімдіктердің өзіндік органикалық,
осмотикалық түзілуімен іске асуы мүмкін [27].
Вакуольдер мен цитоплазмада қалыпты осмотикалық қысымға әкелетін
ионнның компартметализациясы – тұзды стреске клетканың жауап беру моделі
ретінде қабылданған. Мұнда, көптеген жұмыстарда көрсетілгендей [27],
вакуольдегі ионның коапариметализациясы цитозольдегі осмотикалық активті
органикалық заттың аккумуляциясы жүргізіледі. Белок денатурациясы мен
клеткадағы басқа да биополимерлерді сақтау – клеткалардағы токсинді емес
қосылыстардың түзілуі протекторлар көмегімен іске асады. Өсімдіктегі
экстремальды фактор әсеріне жауап ретінде, сонымен бірге, клетка
элементтерінің сусыздануы мен тұзға сезімталдығынан сақтайтын стресс
белоктарының түзілуі мүмкін [22].
Микроорганизмдер, саңырауқұлақтар мен балдырлардағы сыртқы осмотикалық
қысымның артуына жауап ретінде амин қышқылдары (глицин, аланин, пролин,
глутамат), қантспирттері (магнитол, глицерин), карбогидраттар (сахароза,
глюкоза, фруктоза, рафиноза) сияқты органикалық заттардың ұлғаюы байқалған
[28]. Жоғары сатыдағы өсімдіктер үшін пролин мөлшерінің жоғарылауы тән [22;
29-30].
Пролин – қазіргі кезде толық зерттелген осмореттегіштер мен
протектормен – ең қарапайым осмолиттердің бірі [31]. Бос пролиннің жоғары
мөлшерде жинақталуына стресс индикаторы әсер етуі мүмкін [32]. Бұл амин
қышқылы бірінші кезекте сусыздану мен ионның токсиндік әсерінен туындайтын
бұзылыстарға сезімтал мембраналық құрылым немесе ферменттің реттегіші
ретінде қызмет атқарады [31]. Бұдан пролиннің жоғары мөлшерде жиналуы тұзға
төзімділікті жоғарылатуға қатысы бар. Яғни стрестік зақымданулардан белок
синтезінің механизмін сақтап және стресті – протекторлы белоктар
активтілігін жоғарылатады [33]. Алайда, стресс жағдайындағы пролиннің
түзілуі туралы әртүрлі көзқарастар бар. Кейбір авторлар клеткадағы
пролиннің жоғары мөлшерін стреске сезімталдылықпен байланыстырады [34].
1.5 Өсімдіктердің тұзға төзімділігінің генетикалық механизмі
Қолайсыз факторларға өсімдіктердің төзімділік генетикасын зерттеу жеке
көрсеткіштер мен бағалаудың қатты ауытқуына байланысты қиындық туғызады.
Төзімділік генетикасына арналған стандартқа сәйкес әдістемелердің болмауына
байланысты әртүрлі дақылдармен жүргізілген жұмыстар сортаңданған жерге
өсімдіктер төзімділігін генетикалық бақылауға толық мағлұмат алуға
мүмкіндік бермейді. Көптеген авторлардың көзқарасы бойынша –
тұқымқуалаушылық полигенді, яғни зерттелген белгінің анықтамасына сәйкес
келеді. Кейбір зерттеушілердің айтуы бойынша тұзға төзімділікке көптеген
гендермен бақыланады және бұл белгі классикалық Мендельдік талдауға сәйкес
келмейді [26; 28; 35]. Мұндай қадам тұзға төзімділігінің тұқым қуалау
механизмін тануда нақты нәтиже бермеді.
Тұзға төзімділіктің зерттеу одан әрі дамуына – осы бағытта селекцияда,
генетикалық тұрғыда тұқым қуалау механизмін қарапайым тұрғыда анықтауға
негізделеді [36].
Тұзға төзімділік гендерінің көрінуі, сыртқы факторларға сонымен бірге
организмнің морфо-физикалық белгісіне тәуелді. Атап айтсақ, бұл ішкі және
сыртқы белгілердің нәтижесінде пайда болған тұзға төзімділікті анықтауға
генетикалық талдау жүргізуді қиындатады. Бұл жекелей бағалауға мүмкіндік
бермейді. Тұзға төзімділікті сандық бағалау толық сандық қатынас алу үшін –
сапалыққа, ал жекелілікті - жалпылыққа деп ауыстыруға ұсыныс береді [37].
1969 ж. өзінде Abel [31] үрмебұршақтың тұздылыққа төзімділігін
жоғарылататын ядролық генді сипаттады. Бұл геннің әсер ету механизмі
өсімдіктің тұзды жер үсті бөліктеріне тасымалдау қабілеттілігімен
байланысты. Төзімдірек аллельдердің толық басымдығы көрсетілген. Бұл
мәліметтер одан кейінгі зерттеулерінде дәлелденген [33].
Kuech және Bright арпада пролин мөлшерін арттыруды бақылайтын үш генді
идентификациялаған. Осы гендер кездесетін линиялар тұзға төзімдірек болып
келген. Алмасқан линияларды зерттеу тұзға төзімділіктің тұқым қуалау
барысында арпаның төртінші және бесінші хромосомаларының үлесін көрсетуге
мүмкіндік береді [34].
В.С.Коваль [36-37] жұмыстары бойынша тұзға төзімді үлгілер ТМД және
Оңтүстік Америкада (Аргентина, Боливия, Эквадор) өте жиі кездеседі. Олардың
арасында тұзға төзімділігі жоғары, мысал Dorada (Эквадор), Еагиша (Боливия)
және Runguelina mag. сияқты селециялық сорттар бар. ТМД-да барлық төзімді
сорттар Сібір үлгілері арасында (Новосибирск 80, Омск 80, Червонец)
кездеседі. Сонымен бірге бұған Ресейдің басқа аудандарындағы сорттар (Эло,
Одесса 36, Донецк 80) жатады. Жоғарыда келтірілген сорттардың барлығы
селекция процесінде тұзға төзімділікке байланысты барлығы бірдей
сұрыпталмауы мүмкін.
Топырағы тұзданбаған аудандардағы сорттар, атап айтсақ (Новосибирск 80,
Червонец, Эло) және бұл сорттар басқа аймақтарға аз таралған. Полярный 14
сорты (1,2мПа) тұздылығы жоғары, сол сияқты орта (0,7-0,9мПа)
концентрациясына төзімділігі жоғары. Осы сорттың шығу тегі туралы айтатын
болсақ, бұл сорт Мурманск облысында жергілікті түрлерді сұрыптау арқылы
алынған. Мұны төзімділік генінің кең таралуымен, не аталған факторға
спецификалық төзімділігі арқылы түсіндіруге болады. Сортанған аймақтардағы
үлгілер арасынан тұзға төзімді формалар сирек кездеседі. Сол сияқты, Таяу
Шығыс аудандарындағы үлгілер арасында небары 8(-і тұздың әсеріне
төзімдірек.
1.6 Жұмсақ бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы полиаминдердің рөлі
Полиаминдер путресцин, спермидин, спермин және кадаверин – жоғары
биологиялық активтілігі бар катион табиғатының төмен молекулалы органикалық
қосылыстары, гармон іспеттес қабілеті бар өсімдік клеткасына ең қажет
компоненттер. Олар стресс-протекторлы эффектілеріне ие және физиологиялық
процестердің универсальді млуьтифункциональді реттегіштері болып табылады.
Полиаминдер өсімдік клеткасының барлық органоидтарында табылады, тіпті
тіршіліктің фундаментальді процестердің өтуіне қатысатын ядрода да
кездеседі [38-40]. Полиаминдер репликация, транскрипция және трансляция
процестеріне де, мембрананың стабилизациясына және ферменттердің
белсенділігінің модуляциясына да қатысады; олар геномдардың экспрессиясына,
клеткалардың бөлінуі мен кеңеюіне, сонымен қатар өсімдіктердің дамуы мен
өсуіне де әсер етеді [40-41].
Өсімдіктерде полиаминдердің концентрациясы эндогенді фитогармон
концентрациясына қарағанда (10-13-10-7) айтарлықтай үлкен; мөлшері 10-9-
нен 10-5-ке дейін. Бірақ та полиаминдердің мөлшері өсімдіктердің,
мүшелерінің түріне және ұлпалардың типіне, сол сияқты онтогенез стадиясына
байланысты құбылып тұрады. Полиаминдердің стресс кезінде шоғырлануы ерекше
қызығушылық тудырады, сол сияқты стрестердің әсерінен қорғау ролі де
маңызды [40].
Қазіргі уақытта өсімдіктерде полиаминдердің метаболизімінің негізгі
жолдары биохимиялық және молекулалық деңгейде зерттелген, ал биосинтезі мен
катаболизмінің кілтті ферменттерінің гендерінің көп бөлігі клондалған,
полиаминдердің деңгейі өзгертілген өсімдіктердің трансгенді формалары
және генетикалық мутанттар алынған, олардың метаболизімінің негізгі
жолдарының спецификалық ингибиторлары табылды [41-42].
1.7 Бидай төзімділігін анықтаудағы пролиннің рөлі
Вакуольдер мен цитоплазмада қалыпты осмотикалық қысымға әкелетін ионның
компартметализациясы - тұзды стреске клетканың жауап беру моделі ретінде
қабылданған. Мұнда, көптеген жұмыстарда көрсетілгендей [26-27] вакуольдегі
ионның коапариметализациясы цитозольдегі осмотикалық активті органикалық
заттың аккумуляциясы жүргізіледі. Белок денатурациясы мен клеткадағы басқа
да биополимерлерді сақтау – клеткалардағы токсинді емес қосылыстардың
түзілуі протекторлар көмегімен іске асады. Өсімдіктегі экстремальды фактор
әсеріне жауап ретінде, сонымен бірге, клетка элементтерінің сусыздануы мен
тұзға сезімталдығынан сақтайтын стресс белоктарының түзілуі мүмкін [28-30;
43].
Өсімдіктер физиологиясындағы ең маңызды мәселе әртүрлі стресс
жағдайларындағы төзімділік болып табылады. Өсімдік бүкіл тіршілік циклінде
жоғары және төменгі температура, ауыр металдар, тұздану, су режимінің
бұзылуы сияқты қолайсыз орта жағдайлардың әсеріне ұшырайды. Қазіргі кезде
кез-келген стресс факторларының әсері, белоктар, нуклеин қышқылдары мен
мембраналық липидтердің бұзылуына және клетканың өліміне алып келетін
оттегінің (супероксид анион, гидроксил анион, судың асқын тотығы) белсенді
формаларының түзілуімен байланысты екендігі анықталып отыр [44].
Клетканың әртүрлі қолайсыз факторлар әсерінен қорғануы үшін әртүрлі
тәсілдерді, атап айтсақ, төменгі молекулалық және ферменттік жүйелерді
жатқызуға болады. Ферменттік жүйелерге антиоксиданттық әсері бар белгілі
ферменттерді (пероксидаза, каталаза, аскорбат пероксидаза, глутатион
пероксидаза) және төменгі молекулалық қосылыстарға – осмопротекторлар
(антиоксиданттар): пролин, полиаминдер, токоферол, фенолдар жатады [38-40].
Биохимиялық реакциялар мен жоғарыда аталған катализдеуші ферменттер мен
төменгі молекулалық қосылыстардың аккумуляциясының кешені өсімдіктің
қорғаныштық жүйесін құрайды. Өсімдіктер төзімділігін, стресс факторларының
әсеріне, көптеген зерттеушілер, бірінші кезекте пролин амин қышқылының
мөлшерінің жоғарылауымен байланыстырады. Өсімдіктердегі пролиннің
аккумуляциясы өте жоғары болмағанымен, клетканың цитоплазмалық фракциясының
метаболизмдік мәні жалпы клетканың 5-10%-ін құрайды. Бұл клеткалық
биополимерлердің стерикалық құрылымына протекторлық әсер етеді. Пролиннің
суда ерігіштік қасиеті жоғары. Сондықтан да, пролиннің гидрофильді жағдайы
күрделі. Пролиннің физико-химиялық құрамын зерттеу негізінде, амин
қышқылдарының жоғары ерігіштік қасиеті, молекулалары, агрегаттар түзе
алатын гидрофобты және гирофильді топтарының болуы есебінен жүреді.
Түзілген полимерлер гидрофильді коллоидтарға ұқсайды. Сондықтан, пролиндер
белоктарға әсер етпейді. Тұнбаның түзілуіне әкелетін детергенттер
белоктардың молекула аралық гидрофобты әсерлесуіне кері әсері жоқ,
керісінше, гидрофобты қалдықтармен байланысады. Клеткадағы пролиннің жоғары
ерігіштік қасиетінің ферменттерді ингибирлеу қасиетінің төмендеуіне
байланысты, клетканың ерігіштігінің артуы, цитозольдегі тұз
концентрациясының төмендеуіне әкелуі мүмкін [45]. Агрегаттар молекуласының
белоктармен әсерлесуі соңғы өнімдердің ерігіштік қасиетін жоғарлатып,
олардың тұнбаға түсуінен қорғайды. Пролиннің осмореттегіштік әсері туралы
мәліметтер Н.И. Шевяковтың гипотезаларында келтірілген [46].
Пролин – қазіргі кезде толық зерттелген осмореттегіштер мен
протектормен – ең қарапайым осмолиттердің бірі [31]. Бос пролиннің жоғары
мөлшерде жинақталуына стресс индикаторы да әсер етуі мүмкін [32]. Бұл амин
қышқылы бірінші кезекте сусыздану мен ионның токсиндік әсерінен туындайтын
бұзылыстарға сезімтал мембраналық құрылым немесе ферменттің реттегіші
ретінде қызмет атқарады [31]. Бұдан пролиннің жоғары мөлшерде жинақталуы
тұзға төзімділікті жоғарылатуға қатысы бар. Яғни стрестік зақымданулардан
белок синтезінің механизмін сақтап және стресті - протекторлы белоктар
белсенділігін жоғарлатады [33]. Алайда, қазіргі кезде стресс жағдайындағы
пролиннің түзілуі туралы әртүрлі көзқарастар бар. Кейбір авторлар
клеткадағы пролиннің мөлшерінің жоғарылауын стреске сезімталдылықпен
байланыстырады [34].
Тұздың жоғары мөлшері белок синтезі мен оның құрылымына тура және
жанама әсері және азоттың біріншілік ассимиляциясы ферменттерінің
белсенділігін тежейтіндіндігі белгілі [47-48]. Бұл жағдай өсімдік
ұлпаларында амин қышқылдарының көптеп жинақталуына алып келеді, әсіресе –
тирозин, лейцин, фенилаланин амин қышқылдарының жылдам түзілуі өсімдіктің
тіршілік қабілетіне кері әсерін тигізеді. Осымен байланысты өсімдік
ұлпаларында тұзға қарсы гликолиз және пентозафосфатты циклдердің жүруі
жылдамдайды. Гликолиз және пентозафосфатты циклдердің нәтижесінде түзілген
үш және төрт көміртекті фрагменттер (ФЕП, эритрозо 4-фосфат) фенолдық
қосылыстар (ФС) биосинтезінде алғашқы өнім болып табылады. Фенолдық
қосылыстардың эндогендік өнімдері мен олардың синтезіне қажетті ферменттер
мөлшерінің артуы, тұздану жағдайында өсімдіктерде полифенолды қосылыстардың
жинақталуы мен түзілуін белсендіреді. Тұзды стреске жауап ретінде
өсімдіктерде пролин, бетаин, органикалық қышқылдар, қанттар және пептидтер
сияқты төменгі молекулалық қосылыстар түзіліп, жинақтала бастайды [49-51].
Р.Х. Достанов өсімдік төзімділігі механизмі мен фенолдық қосылыстардың
алмасуындағы ең маңыздысы, ортаның тұздануы мен клетканың қартаюының
биохимиялық маркері, сонымен бірге тұздың сапасы мен оның мөлшеріне жауап
ретінде лигниннің бейімделушілікте маңызды рөл атқаратындығын анықтаған
[48].
Пролин (2-пирролидинкарбон қышқылы, Pro, P) молекулалық салмағы
115,13; түссіз, кристалды; балқу температурасы L-, D-және D. L-Пролин 220-
222, 215-220 және 205°С; L-Пролин үшін [α]20 D – 85° (концентрациясы 100 мл
суда 4 г ). Пролин суда жақсы ериді (25°-та 100 мл-де 162,3 г), этанолда
(100 мл суда 1,55г), ацетонда, хлороформда нашар, диэтил эфирінде ерімейді.
Пролин – α-амин тобының фрагменті гетероцикл болып келетін амин
қышқылдарына жатады. Басқа амин қышқылдарымен салыстырғанда, нингидрин
реакциясында көгілдірсіз сары түс, изатинмен көк түс береді. Жануарлар
организмінде пролин тотығу процесінде 3- және 4-гидросипролин түзіледі.
Пептидті тізбектегі пролин қалдығының болуы, тізбектің иілгіштік қасиетін
қамтамасыз етеді, сондықтан белоктағы α-спиральды құрылым пайда болады.
L-Пролин алмасатын амин қышқылдарына жатады. Бұл барлық белоктар
құрамына кіреді. Әсіресе, коллаген, проламиндер (дәнді дақылдар тұқымында)
және эластин белоктары L-пролинге бай. Адам организмінде глутамин қышқылы
арқылы, жартылай альдегид (ОСНСН2СН2СНNH2COOH), пирролин 5 карбон қышқылына
дейін катализденеді, нәтижесінде соңғы өнім пролин түзіледі.
1.8 Бидайдың тұзға төзімділігін анықтаудағы [МДГ-ГОАТ] негізгі
ферменттері
Глютамат - барлық азоттық алмасудағы негізгі амин қышқылдарының бірі
болып табылады. Кез-келген азоттың α-омега алмасуы амин қышқылдарының
ыдырауы кезінде NH2- тобын глютаматқа береді. Жоғары сатыдағы
өсімдіктердегі глютаматдегидрогеназа ферментін зерттеуге ағылшын биохимигі
Мифлиннің айтуы бойынша, глютаматдегидрогеназалық реакция жоғары сатыдағы
өсімдіктерде жүретін минералды азоттың ассимиляциясы барысында ешбір
қызметке жауап бермейді деген ұсынысы қиындық туғызған. Осымен қатар,
жапондық зерттеуші А. Ямайя, глютаматдегидрогеназаның митохондрияда
глютаматтың синтезделуі барысында айтарлықтай рөл атқаратындығын
дәлелдеген. Шындығында да, азоттық ассимиляциясы процесінде қатаң түрде
НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназа ферментінің болуы қажет [52].
L-глютамат-НАД-оксидоредуктаза, үштік атаумен аталатын
глютаматдегидрогеназа, глютамин қышқылын 2-оксоглютарат қышқылы мен
аммонийға дейін тотыға дезаминденетін қайтымды реакциясын катализдейді.
Глютаматдегидрогеназа пиримидинді коферменттер көмегімен өзіндік
реакциясын іске асырады: никотинамидадениндинуклеотид (НАД) немесе
никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Бұл коферменттер белок
молекуласымен тығыз байланысты және диализбен оңай ажыратылады. Әрбір
коферменттің каталитикалық белсенділігі никотинамидті сақина түрінде
байқалады. Глютамин қышқылының реакциясы нәтижесінде сутегі ыдырайды. Осы
реакцияда бір протон және екі электрон коферменттің никотинамидті
қалдығымен байланысып, бір протон босайды. Бірінші протон, азот атомындағы
никотинамидті сақинасына сәйкес жұбында кездесетін көміртегі атомымен
байланысады. Ал, екі электрон екі байланыстың біреуімен тығыз қаныға
байланысады. Глютамин қышқылының дегидролизденуі нәтижесінде 2-оксоглютарат
қышқылы мен аммиакқа, ферментсіз түрде гидролизденетін иминоглютарат
қышқылы пайда болады [53].
Глютаматдегидрогеназаның ерекше қасиеті, оның зат алмасудағы негізгі
позициясымен және оның мультивалентті реттелудегі биологиялық рөлі көптеген
метаболикалық жолдардың қиылысына әкеледі, әсіресе, глютаматдегидрогеназа
деңгейінде амин қышқылдарының алмасуы мен Кребс циклі реакциясы жүреді
[54].
Ферменттер номенклатурасына сәйкес, спецификалық коферменттерге
байланысты ажыратылатын глютаматдегидрогеназаның үш түрі белгілі [55]:
• НАД-спецификалық глютаматдегидрогеназа;
• НАД немесе НАДФ сияқты белсенділік көрсететін
глютаматдегидрогеназа;
• НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназа.
Жоғары сатыдағы өсімдіктерде жақсы зерттелген НАД(Ф)-
глютаматдегидрогеназаның аммониийге ұқсастығы аз, нәтижесінде, минералды
азоттың ассимиляциясына қатысуы төмен ықтималдылықты көрсетеді. Жасыл теңіз
балдыры Caulerpa simpliciscula хлоропластарында табылған НАДФ спецификалық
глютаматдегидрогеназаның құрамы жағынан аммонийге қатты ұқсайтындықтан,
жоғары сатыдағы өсімдіктердегі НАДФ-глютаматдегидрогеназа ассимиляциялық
рөл атқаруы мүмкін деген тұжырым жасауға мүмкіндік береді. Жоғары сатыдағы
өсімдіктерде НАДФ-глютаматдегидрогеназаның кездесу мүмкіндігі кейбір
авторлардың көрсетуі бойынша өсімдіктердің мүшелері мен субклеткалық
құрылымдары 2-оксоглютараттың қайтымды аминдену реакциясындағы
өзгерістердің әртүрлі факторлар әсерінен өсімдік онтогенезінде
глютаматдегидрогеназа НАДННАДФН белсенділігінің қатынасы әртүрлі болып
келеді [55].
Жоғары сатыдағы өсімдіктер хлоропластарынан НАДФ-
глютаматдегидрогеназаны бөліп алуға қадам жасалған, бірақ төмен деңгейде
бөлініп алынған препараттардағы белсенділік, НАДН кофермент ретінде
болатындығы байқалды. Кейбір зерттеушілердің жұмыстары бойынша,
глютаматдегидрогеназа ферментінің молекулалық салмағы 208-ден 270 кДа, SH
тобынан тұратын 4 немесе 6 суббірліктері мен металл иондарынан тұратындығын
көрсеткен [56-58].
Глютаматдегидрогеназа ферментінің белсенділік деңгейі көптеген жарық,
қараңғылық режимі, органикалық және бейорганикалық азот, көміртегінің
энергетикалық жағдайларымен және т.б. факторларға тәуелді. Сондықтан да
ферменттің жоғарғы температура, азот сіңірудегі сыртқы орта жағдайлары,
сулы стресс және сыртқы ортаның ластануы жағдайларында маңызды рөл
атқарады.
Дәнді дақылдар мен бұршақ тұқымдастарындағы глютаматдегидрогеназа
ферментінің жан-жақты зерттеу жұмыстары М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық
биология және биохимия институтының ферменттердің құрылымы мен реттелуі
лабораториясында профессор М.К.Гильманов пен оның қызметкерлерімен бірге
жоғары сатыдағы өсімдіктерден НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназаны
бөліп алу жұмыстары жүргізілді. Зерттеуге жұмсақ бидай Саратовская 29
сортының өскіндерінен глютаматдегидрогеназа ферментін зерттеу кезінде
алейрон қабатының ұрықсыз бөлігінде НАДФ-глютаматдегидрогеназа зоналарының
көрінгендігі байқаған. НАДФ-глютаматдегидрогеназаның интенсивті зонасы
жұмсақ бидайдың 4-күндік өскінінде, ал қатты бидай үшін 5-күндік өскіндерде
анықталған [57; 59-61].
Сонымен, М.К.Гильманов және оның қызметкерлерімен жоғары сатыдағы
өсімдіктерден алғаш рет НАДФ-спецификалық глютаматдегидрогеназаны бөліп,
оны тазалау, сонымен бірге, оның негізгі қасиеттерін зерттеп, осы
ферменттің бейорганикалық азоттың ассимиляциясын іске асыратындығын
көрсетті [54; 62-63].
Глютамат алмасуының сапалық көрсеткіштерін негізге ала отырып,
өсімдіктің әртүрлі стресс жағдайларына төзімділігіне биохимиялық баға
беруге болады. Осы бағытта М.Қ. Гильманов басқаруымен бірінші рет бидай
дәнінен бөлініп алынған глютаматтың қайтымсыз ыдырауын жүзеге асыратын [МДГ-
ГОАТ] ферменттік комплексі анықталып, зерттелуде [52; 54].
[МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексі М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық
биология және биохимия институтының ферменттер құрылымы мен реттелуі
лабораториясында М.Қ. Гильмановтың басшылығымен глютамат амин қышқылының
қайтымсыз ыдырау процесін жүзеге асыратын ферменттік комплексі анықталды.
Ферменттік комплекс - малатдегидрогеназа (МДГ) және глютаматоксало-
ацетатаминотрансфераза (ГОАТ) ферменттерімен тығыз комплекс түзеді. Бұл
ферменттер өз кезегінде келесі реакцияларды жүзеге асырады:
малатдегидрогеназа ферменті малатты оксалоацетатқа дейін тотықтырады,
нәтижесінде НАД және НАДН түзіледі; ары қарай глютаматоксало-
ацетатаминотрансфераза (ГОАТ) ферментінің қатысуымен оксалоацетат
глютаматпен трансаминденеді. Осы реакциялар нәтижесінде НАДН, 2-
оксоглутарат және аспартат пайда болады [64-65].
Ферменттік комплексті зерттеу жұмыстары, глютамат катоболизмі негізінен
глютаматдегидрогеназа ферменті арқылы емес, осы комплекс арқылы жүзеге
асатындығы анықталды. Яғни, осы ферменттік комплекс арқылы катализденуші
реакциялар нәтижесінде аммиаксыз, глютаматтың қайтымсыз ыдырауы жүреді. Ал,
глютаматдегидрогеназа (ГДГ) ферменті арқылы катализденетін глютаматтың
тотығу реакциясы қайтымды және соңғы өнім аммиак түзіледі. Бұл өз кезегінде
мембрана арқылы оңай өтетін токсинді қосылыстар болып табылады. Аммиакты
реассимиляциялау үшін субстраттарды, қуат және қосымша ферменттер көзін
қажет етеді.
Ферменттік комплекстің молекулалық салмағы 110-120 кДа, рН 8,5-9,0 тең.
Бұл 22-45°С температура аралығында тұрақты, ал 65°С кезінде комплекстің
толық инактивациясы жүреді.
[МДГ-ГОАТ] белсенділігі тұздану, құрғақшылық сияқты биотикалық және
абиотикалық процестерде маңызды болып табылатын белок дегидратациясының
өнімдерін усыздандыруда маңызды рөл атқарады. Кейбір сыртқы орта
жағдайларында, оның ішінде тұздану жағдайында ферменттік комплекс
белсенділігі өзгереді [66].
[МДГ-ГОАТ] және ГДГ ферменттерінің жоғарғы белсенділігімен сипатталатын
өсімдіктер тат саңырауқұлақтарымен зақымдану жағдайында тіршілік қабілеті
мен өнімділігінің сақталатындығы анықталған [65-67].
Алғаш рет М.А. Айтхожин атындағы Молекулалық биология және биохимия
институтының ферменттер құрылымы мен реттелуі лабораториясында бидайдағы
глютаматтың 90%-ы ГДГ әсерінен емес, [МДГ-ГОАТ] ферменттік комплексі арқылы
ыдырайтындығын көрсетті. Әртүрлі стресс жағдайларында клеткадағы аммиак
мөлшерінің күрт артуына әкелетіндігі белгілі [54]. Сондықтан да, өсімдіктің
сыртқы орта жағдайларына төзімділігін анықтауда [МДГ-ГОАТ] ферменттік
комплексінің белсенділігі маңызды рөл атқаратындығы белгілі, сондықтан
ферменттік комплекті жан-жақты зерттеу жұмыстарын жүргізу қажет.
1.10 Топырақтың тұздануымен күресу және өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтеру
Ауыл шарушылығында тұзданумен күресудің негізгі әдісі - өнімді жинап
алған соң топырақты құнарландыру, тұзды топырақтарды мелиорациялау.
Топыраққа микроэлементтерді енгізу тұзды стресс кезінде өсімдіктердегі ион
алмасуды күшейтеді. Тұқымдарды себу алдында шынықтыру өсімдіктердің тұзға
төзімділігін көтереді. Мақта, бидай, қант қызылшасын 1сағат бойы 3% NaCl
ерітіндісінде өңдейді.Сульфатты тұзға шынықтыру үшін тұқымдарды 1 тәулік
бойы 0,2% магний сульфатында ұстайды.
Галофиттердің барлық бейімделу ерекшеліктері олар тұзды топырақта
өскенде пайда болады. Қазір тұзға төзімді сорттарды алу үшін гендік
инженерия әдістерін интенсивті дамуда.
II МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ
2.1 Жұмыстың жүргізілу жағдайлары
Зерттеу жұмыстары лабораториялық және егістік алқаптарында жүргізілді.
Бітіру жұмысы бойынша ғылыми зерттеу жұмысының лабораториялық бөлімі
генетика және молекулалық биология кафедрасы мен М.А. Айтхожин атындағы
Молекулалық биология және биохимия институтының ферменттер құрылымы және
реттелуі зертханасында жүргізілді.
Тәжірибе материалдары қаладан 20 км қашықтықта орналасқан
ҚазАгроИнновация Ғылыми-өндірістік Орталығы АҚ (ЖӨ ҒӨО) егістік алқабында
жүргізілді.
Тәжірибе учаскелері теңіз деңгейінен 740 м. биіктікте, таулы аймақта
орналасқан.
Күздік егіс қыркүйек айының 3-ші онкүндігі мен желтоқсан айының 1-ші
онкүндігі аралығында егілді.
Егістік материалдары ені 1м қатарға 20 дәннен, ал анеуплоидты линиялары
әр қатарға 10 дәннен егілді. Қатараралық арақашықтық - 15 см. Егістіктегі
жұмыстар сәуір айының алғашқы онкүндігінен басталады.
Метеорологиялық жағдайы. Шаруашылықта климат тез өзгеріп, құбылып
тұратындықтан, ауа-райы қатаң сипатталады. Орташа жылдық температура 7,6%
тең, ал жүргізілген көп жылдық бақылаулар бойынша жылдың ең ыстық айлары
шілде, тамыз болып саналады. Жылдың орташа температурасының амплитудасы
28,4-35,9°С құрайды.
Ауа-райы көктемде ылғалды, жазы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz