Ластанған су экожүйелерін бақылауға арналған микробалдырлардың тест-штамдарын алу


КІРІСПЕ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Су экожүйелерінің экологиялық мониторингі
1.2 Экотоксиканттар және олардың классификациясы
1.3 Техногенді ластаулар және олардың адам денсаулығына әсері
1.4 Фототрофты ағзалардың су экожүйелерін зерттеудегі рөлі

1.5 УК сәулелерін индуцирленген мутагенезде қолдану

1.6 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii . әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект

1.6.1 Зерттеу объектісі ретіндегі Chlamydomonas reinhardtii.дің ерекшеліктері
1.6.2 Chlamydomonas reinhardtii жасушаларының морфологиясы мен жұқа құрылымы
1.6.3 Клеткалық бөлінудің синхронизациясы және өсуі
1.6.4 Гаметогенез және жыныстық цикл
1.6.5 Chlamydomonas reinhardtii.мен жұмыс істеудің негізгі артықшылықтары
1.7 Нанобөлшектер, олардың қолданылуы және қоршаған ортаның ластануы
1.8 Токсиканттардың балдырларға әсерін анықтауда флуоресценцияны өлшеу әдістерін пайдалану
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1 Зерттеу объектiлерi
2.2 Зерттеу әдістері
2.2.1 Микробалдырларды әртүрлі жарықтандыру және қоректену жағдайларында дақылдау
2.2.2 Микробалдырларды сақтау
2.2.3 Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері
2.2.4 Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі
2.2.5 Биотестілеу әдістері
2.2.6 Флуоресценцияны импульстік флуорометрде өлшеу
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Ультракүлгін сәулесі көмегімен Chlamydomonas reinhardtii мутант штамдарын алу
3.1.1 УК жарықпен сәулелендіргеннен кейін клеткалардың тіршілігін сақтап қалуы
3.1.2 Клеткалардың мутабильділігі
3.2 Микробалдырлардың табиғи және мутантты штамдарына ауыр металдардың әсері кезінде тіршілігін сақтап қалуы бойынша скрининг жүргізу
3.3 Chlamydomonas reinhardtii CC.124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC.79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC.124m.a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне наноматериалдардың әсерін зерттеу
3.3.1 Chlamydomonas reinhardtii CC.124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC.79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC.124m.a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне Аргоника нанобөлшектерінің әсерін зерттеу
3.3.2 Chlamydomonas reinhardtii CC.124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC.79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC 124m.a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне AgNO3 нанобөлшектерінің әсерін зерттеу
3.4 Күміс нанобөлшектерінің Chlamydomonas reinhardtii жасыл микробалдырының мутанттары хлорофилінің флуоресценция параметрлеріне әсерін зерттеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Біздің елімізде қоршаған ортаны қорғау және экология мәселелері өзекті болып отыр. Көптеген өндірістік, тұрмыстық және ауылшаруашылық ағынды сулары алдын-ала тазартусыз ашық су қоймаларына ағызылып жіберілуде. Кейбір су қоймалар адам денсаулығы мен табиғатқа қауіп төндіру жағдайында, өйткені құрамында органикалық заттар және токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының жоғары концентрациялары бар. Осыған байланысты су экожүйелерінің ластану деңгейлерін анықтауға қолданылатын жаңа әдістерді өңдеу мәселелері өзекті болып отыр.
Өзендер мен суқоймалардың өзін-өзі тазалау қабілеті ластанудың жылдан жылға өсуіне байланысты шамасы жеткіліксіз. Сол себепті ластанған суларды қайта қалпына келтіру үшін, алдымен ластану дәрежесін, ластаушы заттардың токсикалығын тексерген жөн.
1. Заядан Б.К., Садвакасова А.К., Жубановa A.A. Устойчивость клеток микроводоросли Chlamydomonas reinhardtii к токсическому действию ионов кадмия в различных условиях культивирования // Вестник КазНУ, Серия биологическая. - 2005. N 3 (26). - С. 116 – 121.
3. Заядан Б.К. Альгобиотехнология в Казахстане. // Сбор. Материалы Межд.народный научная конференция «Актуальные проблемы альгологии, микологии и гидроботаники», Ташкент, 2009. Стр19-20.
5. Заядан Б.К., Садвакасова А.К. Модельные тест-штаммы микроводорослей,
перспективные для мониторинга нефтезагрязненных водных экосистем. //Межд. Научно-практическая конф., посвященная 75-летию КазНУ им. аль-Фараби и 75-летию биологического факультета. 2009. С.187-189.
6. Заядан Б.К., Г. Өнерхан. Бурабай және қопа көлдері суларына микробалдыр штаммы көмегімен био-тест жүргізу// Вестник КазНУ. Биология сериясы. - 2010. № 4(27). 125-128 бб.
7. Zayadan B.K. Role of microalgaes in biomanitoring and bioremediation of water ecosystems //XXIX international conference of polish phycological society. Taxonomy the queen of science – the beauty of algae. Institut of botany polish academy of sciences Krakow – Niedzica, Poland 19-23 rd May. - 2010. - Р. 79
9. Zayadan B.K. «Genetic analysis of mutant strains of Chlamydomonas reinhardtii resistant to cadmium (Cd ++). Journal of the Chinese medical association. International journal of genetics. Volume 33, number 4, august. - 2010. - Р.141
1. Harris E.H. // The Clamydomonas, Sourcebook, Academic Press, Inc., San Diego, CA, USA.1989.
2. Маторин Д.Н., Погосян С.И., Смуров А.В.//Оценка качества среды инструментальными методами с использованием фототрофных организмов. В учебном пособии. Биологический контроль окружающей среды. Биоиндикация и биотестирование. Ред. Мелехова О.П, Егорова Е.И. М.: Изд. Академия. 2007. С. 243-246.
3. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем// Соросовский образовательный журнал. 1998. -№ 5. -С. 23-29.
4. Васильев И. Р., Маторин Д. Н., Венедиктов П. С. Метод биотестирования природных вод по замедленной флуоресценции микроводорослей//Методы биотестирования вод. 1988. - Вып. 1. - С. 23-26.
5. РД 118-02-90. Методическое руководство по биотестированию воды. -М., 1991.-70 с.

Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Көлемі: 44 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 700 теңге




ӘЛ - ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТТЕТІ
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ

Микробиология кафедрасы

Магистерлік диссертация

ЛАСТАНҒАН СУ ЭКОЖҮЙЕЛЕРІН БАҚЫЛАУҒА АРНАЛҒАН МИКРОБАЛДЫРЛАРДЫҢ ТЕСТ-ШТАМДАРЫН АЛУ

Магистрант

Балтабекова А.Ж.

Ғылыми жетекші

б.ғ.д., проф. Заядан Б.Қ.

Нормабақылаушы

б.ғ.к., доцент Садвакасова А.К.

Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі

б.ғ.д., проф. Заядан Б.Қ.

Алматы, 2012

РЕФЕРАТ

Жұмыс ХХ беттен, ХХ сурет, ХХ кестеден тұрады, ХХ әдебиет қолданылған.
Кілтті сөздер: биомониторинг, биоиндикация, биотестілеу, УК-сәулелендіру, индуцирленген мутагенез, Chlamydomonas reinhardtii CC-124, мутантты штамм, мутабильділік, тест-штамм.
Өзектілігі: Қоршаған ортаны қорғау мәселелері соңғы жылдары біздің елімізде өткір сипатқа айналды. Аумақтың су балансының бұзылуы нәтижесінде көптеген өндірістік, коммуналды-тұрмыстық және ауыл шаруашылық ағын сулары алдын ала тазалаусыз суқоймаларға құйылып жатыр.
Су экожүйелерінің ластануын зерттеуде, соның ішінде ауыр металдармен және радиоактивті заттармен, топырақтың пестицидтермен, басқа токсикалық заттармен ластану деңгейін, топырақтың антропогендік өзгеруінің бағытын анықтауда ыңғайлы тест-объектілердің бірі біржасушалы микробалдырлар болып табылады. Олардың ішінде ерекше орынды Chlamydomonas reinhardtii алады. Бұл нағыз ядросы бар бір клеткалы организм, ол изогамды, гетероталломды, зертханалық жағдайларда жыныстық циклі оңай бақыланатын түр. Осы қасиеттеріне байланысты Chlamydomonas reinhardtii генетикалық зерттеулер мен бағытталған селекция мен мутагенез әдістері көмегімен берілген қасиеттерге ие жаңа формаларды жасау үшін ыңғайлы объект болып табылады. Сондықтан әртүрлі поллютанттармен ластанған су экожүйелерін биологиялық бақылауға арналған Chlamydomonas reinhardtii табиғи және мутант штамдары негізінде тест-штамдарды сұрыптап алу экобиотехнологияның өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.
Жұмыстың мақсаты: Ластанған су экожүйелерін бақылауға арналған микробалдырлардың тест штамдарын алу және алынған штамдар көмегімен ластанған су экожүйелерін бақылау.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелермен әсер ету арқылы сезімтал штамдарды алу;
2. Алынған мутант штамдардың көмегімен ластанған су экожүйелерін бақылау;
3. Микробалдырлардың өсуіне түрлі наноматериалдардың әсерін зерттеу.
Алынған нәтижелер:
1. Chlamydomonas reinhardtii СС-124 табиғи түріне УК сәулелендіру арқылы мутагенез жүргізіп түрлі токсиканттарға сезімтал Chlamydomonas reinhardtii СС-124m-a7, Chlamydomonas reinhardtii СС-124m-a5, Chlamydomonas reinhardtii СС-124m-a3 мутантты штамдары алынды.
2. Chlamydomonas reinchardtii табиғи түр және мутантты штамдарына скрининг жасау барысында кадмийге жоғары сезімтал Chlamydomonas reinhardtii CC-124m-a7 штамы таңдап алынды.
3. Chlamydomonas reinchardtii табиғи және мутантты штамдарына Аргоника және AgNO3 нанобөлшектерінің әсері зерттелді.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1
Су экожүйелерінің экологиялық мониторингі

1.2
Экотоксиканттар және олардың классификациясы

1.3
Техногенді ластаулар және олардың адам денсаулығына әсері

1.4
Фототрофты ағзалардың су экожүйелерін зерттеудегі рөлі

1.5
УК сәулелерін индуцирленген мутагенезде қолдану

1.6
Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii - әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект

1.6.1
Зерттеу объектісі ретіндегі Chlamydomonas reinhardtii-дің ерекшеліктері

1.6.2
Chlamydomonas reinhardtii жасушаларының морфологиясы мен жұқа құрылымы

1.6.3
Клеткалық бөлінудің синхронизациясы және өсуі

1.6.4
Гаметогенез және жыныстық цикл

1.6.5
Chlamydomonas reinhardtii-мен жұмыс істеудің негізгі артықшылықтары

1.7
Нанобөлшектер, олардың қолданылуы және қоршаған ортаның ластануы

1.8
Токсиканттардың балдырларға әсерін анықтауда флуоресценцияны өлшеу әдістерін пайдалану

2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

2.1
Зерттеу объектiлерi

2.2
Зерттеу әдістері

2.2.1
Микробалдырларды әртүрлі жарықтандыру және қоректену жағдайларында дақылдау

2.2.2
Микробалдырларды сақтау

2.2.3
Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері

2.2.4
Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі

2.2.5
Биотестілеу әдістері

2.2.6
Флуоресценцияны импульстік флуорометрде өлшеу

3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ

3.1
Ультракүлгін сәулесі көмегімен Chlamydomonas reinhardtii мутант штамдарын алу

3.1.1
УК жарықпен сәулелендіргеннен кейін клеткалардың тіршілігін сақтап қалуы

3.1.2
Клеткалардың мутабильділігі

3.2
Микробалдырлардың табиғи және мутантты штамдарына ауыр металдардың әсері кезінде тіршілігін сақтап қалуы бойынша скрининг жүргізу

3.3
Chlamydomonas reinhardtii CC-124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC-79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC-124m-a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне наноматериалдардың әсерін зерттеу

3.3.1
Chlamydomonas reinhardtii CC-124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC-79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC-124m-a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне Аргоника нанобөлшектерінің әсерін зерттеу

3.3.2
Chlamydomonas reinhardtii CC-124 табиғи типі және Chlamydomonas reinhardtii CC-79 бен Chlamydomonas reinhardtii CC 124m-a7 мутантты штамдары жасушаларының өсуіне AgNO3 нанобөлшектерінің әсерін зерттеу

3.4
Күміс нанобөлшектерінің Chlamydomonas reinhardtii жасыл микробалдырының мутанттары хлорофилінің флуоресценция параметрлеріне әсерін зерттеу

ҚОРЫТЫНДЫ

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

КІРІСПЕ

Біздің елімізде қоршаған ортаны қорғау және экология мәселелері өзекті болып отыр. Көптеген өндірістік, тұрмыстық және ауылшаруашылық ағынды сулары алдын-ала тазартусыз ашық су қоймаларына ағызылып жіберілуде. Кейбір су қоймалар адам денсаулығы мен табиғатқа қауіп төндіру жағдайында, өйткені құрамында органикалық заттар және токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының жоғары концентрациялары бар. Осыған байланысты су экожүйелерінің ластану деңгейлерін анықтауға қолданылатын жаңа әдістерді өңдеу мәселелері өзекті болып отыр.
Өзендер мен суқоймалардың өзін-өзі тазалау қабілеті ластанудың жылдан жылға өсуіне байланысты шамасы жеткіліксіз. Сол себепті ластанған суларды қайта қалпына келтіру үшін, алдымен ластану дәрежесін, ластаушы заттардың токсикалығын тексерген жөн. Қазіргі уақытта ластаушы заттардың токсикалығын тексеруде биологиялық әдісті қолдану қолға алынып отыр, оның бірден бір себебі тірі ағза токсикантарға өте сезімтал болады. Осыған байланысты қазіргі уақытта биотестілеу үшін ыңғайлы тест-объект табу немесе құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.
Гидробионттарды қолдана биотестілеуді ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, ағын сулар токсикалығын бақылау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, зертханалық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады.
Микробалдырлардың фотосинтетикалық аппараттары әртүрлі ластағыш заттарға сезімтал келеді және олардың әсеріне басқалардан бұрын жауап береді. Люминесцентті әдіс арқылы анықталатын фототрофты микроорганизмдер клеткаларының пигментті аппараты белсенділігінің өзгеруі фототрофты микроорганизмдердің жалпы физиологиялық жағдайы мен олар тіршілік ететін ортаның жағдайының көрсеткіші қызметін атқаруы мүмкін. Сол себепті әртүрлі поллютанттармен ластанған су экожүйелерін тестілеу үшін микробалдырларды қолдану химиялық анализге қарағанда жылдам болып табылады. Осыған байланысты биоиндикациялау үшін тест-жүйелер құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1 Су экожүйелерінің экологиялық мониторингі

Экология және қоршаған орта мәселелері соңғы жылдары біздің елімізде аса өткір сипатқа ие болды. Көптеген өнідірістік, коммуналды-тұрмыстық және ауыл шаруашылық ағын сулары алдын ала тазалаусыз ашық суқоймаларға құйылуда, кейбір суқоймалар адам денсаулығы мен табиғатқа қауіпті күйде, себебі құрамында органикалық заттардың, токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының концентрациясы жоғары. Айтылғанға байланысты экологиялық мониторинг мәселелері, ластанулардың индикациясы және оларды жою үшін әдістерді құру өзекті болып табылады.
Мониторинг түсінігі объекттер, құбылыстар және процестер қатысында әртүрлі іс-әркеттерден тұрады: бақылау мен бағалау, қадағалау және болжау, адам үшін кері салдарды алдын алу бойынша ұсыныстар жасау, бұлардың әрқайсысы белгілі бір әдістерді қолдануды қажет етеді. Қоршаған ортаның белгілі бір объектісіне мониторинг жүргізу үшін осы объектті бақылау мен қадағалауды ғылыми негіздеу қажет. Осыған байланысты қоршаған орта мониторингі келесі бағыттардан тұрады: ғылыми-әдістемелік, әдістемелік-қолданбалы, қолданбалы және ақпараттық-техникалық.
Жалпы мониторингтің бастапқы сатысы болып биоэкологиялық немесе санитарлық-гигиеналық мониторинг табылады, оның басты міндеті болып қоршаған ортаның адам денсаулығы мен халыққа әсер ету жағынан оны бақылау, себебі бұл көрсеткіш қоршаған ортаның сапасын көрсетеді.
Мониторингтің биоэкологиялық блогы - бұл биоценоздардың жиынтығы, олар үшін келесі параметрлер зерттеледі: биотаның және биогеноценоздың күйі мен динамикасы, регионалды және жергілікті деңгейлерде биологиялық әртүрлілік, адамның биотаға, биогеноценозға және биоәртүрлілікке әсері, ластаушы заттардың биотада жиналу сипаты мен биотаның ластаушы заттарға реакциясы және т.б.
Экологиялық мониторинг бойынша табиғи ортаны қадағалаудың кез келген жүйесі келесі операциялардан тұрады: экожүйенің тек биоталық емес, сондай-ақ абиоталық құрастырушыларын біріншілік бақылаудан алынған деректерді жинау және сақтау, алынған деректерді талдау, экожүйенің жұмыс істеу перспективасы мен практикалық пайдалану туралы шешімдер қабылдау. Бұл кезде биологиялық көрсеткіштер жиынтығы өзгермелі болуы мүмкін.
Сонымен, теңіз ортасы жағдайының экологиялық мониторингін жүргізу үшін биологиялық көрсеткіштер жүйесі жасалды, бұл көрсеткіштерге организмдік және популяциялық деңгейлерге сәйкес мәліметтер, сондай-ақ биотестілеу мен генетикалық бақылау кірді. Шетел зерттеушілерінің жұмыстарында мына көзқарас басым биологиялық мониторинг міндеттері биоиндикатор-ағзалар көмегімен қоршаған орта сапасын бағалаудың әртүрлі әдістері мен тәсілдерін жасау және енгізу болып табылады. Табиғи процестердің, жағдайлардың немесе тіршілік ету ортасының антропогендік өзгерісінің көрсеткіші болып осы организмдердің болуы, саны мен даму ерекшеліктері табылады. Мұндай міндеттерді шешу мүмкін, себебі көптеген организмдер тіршілік ету ортасының әртүрлі факторларына (топырақ, су, атмосфераның химиялық құрамына, климаттық және ауа-райлық жағдайларға, басқа организмдердің болуына және т.б.) сезімтал және таңдамалы, және осы факторлар өзгерісінің белгілі бір, жиі кіші шекарасында тіршілік ете алады.
Осыған байланысты, экологиялық мониторингтің бірінші сатысында табиғи объектке оның экологиялық нашарлауының дәрежесін норма-патология шкаласы бойынша өлшеу арқылы баға беріледі. Бұл кезде онда тіршілік ететін организмдер немесе белгілі бір зертханалық тест-объектілер көрсеткіші қолданылады, олардың сыртқы әсерлерге жауап қайтару сипаты табиғи құрамдастыққа экстраполяцияланады.
Ағза - өзара қарым-қатынас - орта түсініктерін қамтитын заманауи экология міндетті компонент ретінде экожүйелердегі генетикалық өзара әсерлесулерді де зерттейтіні белгілі. Эколог-генетиктердің негізгі зерттеу бағыттарының бірі экотоксиканттардың биоценозға әсері мен клеткалық жүйелерге осы әсерлердің генетикалық салдарын бағалау болып табылады. Осындай зерттеулерде алынған нәтижелер тек практикалық маңызға ғана ие емес, сонымен қатар модельді генетикалық тест-жүйелерді құрастыру үшін де қолданылуы мүмкін.
Шетел зерттеушілері қоршаған орта сапасын және оның адам үшін қауіпсіздігін бағалау үшін әртүрлі биологиялық әдістер мен тәсілдерді құрастыру мен енгізу биологиялық мониторингтің басты мақсаты деп санайды. Оны шешу үшін қоршаған орта факторларының токсикалық және генетикалық (мутагендік және рекомбинанттық) белсенділігін зерттеу қажет. Бұл әртүрлі организмдер, микроорганизмдерден жоғарғы эукариоттарға дейін, негізінде ластаушы заттардың кең спектрі мен олардың әсер ету механизмін анықтау үшін әртүрлі тестілеу жүйелерінің құруын қажет етеді. Қалалардың урбанизациясы, өндірістің әртүрлі салаларының кеңеюі, капиталды құрылыс, транспорттың жеке және мемлекеттік паркінің ұлғаюы қоршаған ортаның барлық объектілерінің ластануына әкеліп соқты, әсіресе табиғи және ағын сулардың органикалық және минералды заттармен ластануы. Мұндау жағдайлар халық денсаулығы мен өміріне қауіп төндіргендіктен, табиғи және жасанды суқоймаларды токсиканттарға индикациялаудың экспресс-тәсілдерін жасау және белгілі ластаушыларды биотестілеу әдістерін құру қажет болып отыр.
Токсикологиялық биотестілеу әдістерін құрастыру, яғни бақыланатын жағдайларда биологиялық объектілерді су ортасының суммалық және арнайы токсикалылығын табуда құрал ретінде қолдануға қазіргі уақытта үлкен көңіл бөлінуде. Биотестілеу әдістемелік тәсіл болып табылады, ол орта факторының, соның ішінде токсикалық, организмге, оның жеке функциясына немесе организмдер жүйесіне әсерін бағалауға негізделген.

1.2 Экотоксиканттар және олардың классификациясы

Экотоксиканттар - қоршаған ортаның улы химиялық ластаушылары, олар адам мен жануарларға ұзақ токсикалық әсер етіп, ортаның биотикалық және абиотикалық компоненттерінде ұзақ уақыт бойы сақталуға, миграциялауға және жинақталуға қабілетті.
60-шы жылдардың басында адамзат алғаш рет экологиялық мәселелердің қауіптілігін сезіне бастады. Бұның себебі климаттың глобальды жылынуы, полюстардағы озонды тесіктердің пайда болуы, токсиканттардың убиквитарлы (жаппай) таралуы және судың, ауаның, топырақтардың, азық-түліктердің зиянды химиялық заттармен ластануы, өсімдіктер мен жануарлардың көптеген түрлерінің жойылуы, планетадағы саны өсіп жатқан халықтың әрекеттері нәтижесінде биоалуантүрліліктің төмендеуі болды.
Экологиялық аспектіде кез келген химиялық ластаулар экожүйедегі бөтен текті кешен болып табылады, және оларды қауіптіліктің төрт класына жіктеу қалыптасқан:
I - аса қауіпті, II - жоғары қауіпті, III - шамалау қауіпті және IV - аз қауіпті.
Қоршаған орта мен адам денсаулығы үшін қауіптілігінің дәрежесі бойынша жоғары мәнге ие экотоксиканттарға бейорганикалықтардан ауыр металдар, ал органикалықтардан - мұнай және мұнай өнімдері, полихлорлы және полициклді ароматты көмірсутектер жатады. Өздерінің токсикалық қасиеттері мен химиялық тұрақтылығы үшін суперэкотоксиканттар атауына ие болған диоксиндер мен диоксин тәрізді токсиканттар адам үшін аса қауіпті болып табылады.
Ауыр металдардың ластау көздері мен негізгі зақымдаушы эффекттері:
Ауыр металдар тобына асыл және сирек кездесетіндерден басқа, тығыздылығы 8 мың кгм3 асатын металдарды (қорғасын, мыс, цинк, никель, кадмий, кобальт, сүрме, висмут, сынап, қалайы, ванадий, жартылай метал күшән және т.б.) жатқызады. Олардың көбісі қоршаған ортада кеңінен таралған және адамдарда ауру туғызуға қабілетті.
Австрияның азық-түлік институтының мәліметтері бойынша, ауыр металдар тобында ең қауіпті экотоксикант сынап және қорғасын емес, бұл шашыранды элементтерге жататын және көптеген минералдардың құрамында қоспа түрінде болатын кадмий болып табылады. Алайда қоршаған ортаның кадмиймен антропогенді ластануы оның табиғи концентрациясынан бірнеше есе рет жоғары. Кадмий ядролық энергетикада, гальванотехникада, аккумуляторлар өндірісінде (никель-кадмийлі батареялар) кеңінен қолданылады, поливинилхлорид тұрақтандырғышы, шыны мен пластмассаларда пигмент, электродты материал, әр түрлі құйындылардың компоненті ретінде пайдаланылады. Қоршаған ортаның бұл элементпен ластануының негізгі көздері түсті металдардың өндірісі, қатты қалдықтарды, көмірді күйдіру, тау-металлургиялық комбинаттардың ағынды сулары, минеральды тыңайтқыштар, бояғыштардың өндірісі және т.б. болып табылады.

1.3 Техногенді ластаулар және олардың адам денсаулығына әсері

"Су - бұл тіршілік" қанатты сөзі бәрімізге белгілі. Бұрында сарқылмайтын ресурс - тұщы таза су, өкінішке орай, қазіргі кезде таусылатынға айналып бара жатыр. Бүгінгі күні ауыз суы, өнеркәсіптік өндіріс үшін және егістіктерді суару үшін жарамды су әлемнің көптеген аймақтарында жетіспей жатыр. Қазіргі кезде су объектілерінің (өзен, көл, теңіз, жер асты сулар т.б.) ластану мәселесі аса өзекті болып табылады.
Техникалық цивилизация технологиялық су ерітінділері мен таза суды қолданусыз тіршілік ете алмайды. Күн сайын әлемде алдын ала тазаланған су мен табиғи минеральды шикізаттан алынатын химиялық реагенттерден миллиондаған куб метр түрлі ерітінділері жасалады.
Күн сайын миллиондаған кубометр өңделген технологиялық ерітінділер зиянды заттардан арылту мақсатында канализацияға төгілу алдында тазартуға ұшырайды. Алайда термодинамикалық шектеулер салдарынан тазартудан кейін су бастапқы жағдайына қайтып оралуы принципиальды мүмкін емес.
Адамның бұндай әрекеттері нәтижесінде табиғатта қауіпті тенденциялар пайда болды. Әлемдегі тұщы су қорлары оның өспелі минерализациялануы себебінен азайып бара жатыр. Соңғы онжылдықтарда табиғи сулардағы жалпы тұздар мөлшеріндегі ауыр металдар иондарының үлесі күрт өсті. Сонымен қатар еріген пестицидтер, тыңайтқыштар, беттік белсенді заттар, мұнай өнімдерінің концентрациясы әрдайым жоғарылап жатыр.
Су құрылымының уникальдығы оның еріткіш ретінде әмбебаптылығын шарттайды. Табиғи суларда Менделеевтің барлық жүйесін табуға болады. Қоршаған ортаға үнемі күшейтіліп жатқан антропогенді жүктеме салдарынан қазіргі кезде суқоймалардағы өзіндік тазарту үдерістерінің тежелуі соншалықты, суқойма оған ағынды, шаруашылық-тұрмыстық сулармен түсетін зиянды заттарды қайта өңдеуге көбінесе шамасы жетпейді. Қоспалардың қосылуы кезінде токсиндер өзара әсерлесуге түсіп, нәтижесінде бастапқы заттарға қарағанда одан да улы жаңа токсиндер пайда болады. Суда қандай қосылыстардың бар екендігін ескеру, тіпті болжау да қиын.
Ластану деңгейіне тәуелді суқоймалар жеті класқа бөлінеді. Ластану деңгейі - судың сапасы - су ластануының индексі (СЛИ) деп аталатын кешенді көрсеткішпен анықталады, оны белгілі бір әдістеме бойынша су құрамындағы мұнай өнімдері, мыс, хлоридтер мен сульфидтер және басқа қоспалардың мөлшері жайындағы мәліметтер негізінде санайды.
Төменде су класына тәуелді СЛИ мәндері келтірілген:
* 1-ші класс - өте таза су (0,3-тен төмен)
* 2-ші класс - таза су (1-ге дейін)
* 3-ші класс - шамалау ластанған (1...2,5)
* 4-ші класс - ластанған (2,5...4)
* 5-ші класс - лас (4...6)
* 6-шы класс - өте лас (6...10)
* 7-ші класс - төтенше лас (10-нан жоғары)
Негізгі ластаушы заттарды анализдеу кезінде аса көңілді ауыр металдарға аудару қажет. Олар бауыр, бүйрек, сүйек жүйесінде жинақталады, жүйке жүйесі мен репродуктивті функцияға әсер етеді, жүрек-тамыр жүйесінің зақымдануында көрініс табатын алыстатылған эффектілерді туғызуға қабілетті. Кейбір металдар канцерогенді әсерге ие. Сынап, қорғасын, күшән, марганец ұрпаққа жағымсыз әсер етеді.

1.4 Фототрофты ағзалардың су экожүйелерін зерттеудегі рөлі

Су экожүйелерін зерттеуде ерекше орынды микробалдырлар алады. Себебі бұл ағзалардың кейбір топтары эволюция үдерісінде белгілі бір экологиялық факторларға бейімделеді, суқоймаларда микробалдырлардың белгілі бір систематикалық топтары өкілдерінің болуы немесе болмауы бойынша суқоймалардың ластану дәрежесі, олардағы поллютанттардың токсикалығы туралы айтуға болады, және сәйкесінше суқоймалардың ремедиациясы үшін қажетті жолдар мен құралдарды жасау. Ағын сулардың тазалану дәрежесі мен жағдайын индикациялаудың биологиялық әдісі осы принципке негізделген, бұл әдіс микробалдырлардың түрлік құрамы және сандық дамуы бойынша зерттелетін суқойма суының химиялық құрамын айтуға мүмкіндік береді.
Соңғы жылдары су экожүйелерін зерттеу үшін фототрофты микроорганизмдерді пайдаланумен байланысты үш бағыт анықталды:
1. Биоиндикация.
2. Биотестілеу.
3. Биоремедиация.
Биоиндикация суқойманың ластанғанын немесе ластануын онда тіршілік ететін организмдердің функционалдық сипаттамасы мен организмдер құрамдастығының экологиялық сипаттамасы бойынша анықтауды қарастырады, себебі ұзақ уақыт улану нәтижесінде су экожүйелерінде фототрофты микроорганизмдердің түрлік құрамы өзгереді.
Құрамдастықтардың түрлік құрамының формалды сипаттамасы үшін түрлік байлықтың және әртүрлілік индекстері қолданылады. Су экожүйесін біз су жинау сатылары мен өзеннің бойында өтетін процестер әсерінен және осы процестер нәтижесінде қалыптасатын орта мен онда тіршілік ететін биота бірлестігі деп түсінеміз. Химиялық анализ, тіршілік еті ортасын элементтер бойынша бағалай, экожүйеге тек әсер ететін немесе оның тіршілік еті нәтижесі болатын факторларды жанама көрсетуі мүмкін, ал су организмдері бойынша биотестілеу тестілеу объектісіне ғана қатысты ортаға жеке баға береді.
Су жүйесінің жағдайын адекватты түрде су организмдері құрамдастықтарының құрамы бойынша бағалауға мүмкін. Бірқатар шетел және отандық жүйелерде бағалау үшін балықтардан балдырларға дейінгі организм топтарының сол немесе басқа тобының дамуымен байланысты көрсеткіштер немесе индекстер қолданылады. Балдырлар, автотроф бола отыра, трофикалық пирамида негізін құрайды, және экожүйенің трофикалық базисінің пайдалануда, органикалық затты құру үшін азот пен фосфордың биогенді қосылыстарын қолдана, бірінші болып қатысады. Биогендік жүктеме қарқындылығы осы негізде дамитын балдырлар көптігінде көрінеді, сондай-ақ олардың түрлік құрамында да. Дәл осы сипаттамалар - балдырлардың трофикалық базасының өзгерісі кезінде саны мен түрлік құрамның өзгеруі - биоиндикациялық әдістерде қолданылады.
Балдырлардың көптігі мен құрамдастықтарының түрлік құрамы негізіндегі биоиндикациялық әдістер су объектісінде өтетін барлық табиғи және антропогендік процестер нәтижесін интегралды бағалайды. Сонымен қатар, балдырлар құрамдастығы бойынша биоиндикация - арзан экспресс-әдіс, ал химиялық анализдер қымбат болып табылады. Балдырлар трофикалық тізбекте ластаушы заттарға, оларды жинап үлгермей, бірінші болып жауап қайтарды, сондықтан орта жағдайларының өзгеруіне реакция - су организмдерінің құрамы мен көптігінің өзгеруі, сондай-ақ балдырлар құрамдастығының өзгеруі орта жағдайларының өзгерісі кезінде бірнеше сағат ішінде жүруі мүмкін. жоғарғы трофикалық звено бойынша биоиндикация әдістері әлі толығымен жасалмаған, ал төменгі трофикалық деңгейлер бойынша биоиндикациялық бағалау кеңінен қолданылады.
Гидробионттарды қолдана биотестілеу ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, ағын сулар токсикалығын бақылау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, лабораторлық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады. Қойылған міндеттерге тәуелді бүтіндей биотестілеу жүйесіне және әдістерге талаптар әртүрлі болуы мүмкін.
Индикация мен экожүйені бақылаудың биологиялық әдістері соңғы жылдары әртүрлі бағыттардың ғалымдарын қызықтыруда - биологтарды, экологтарды, химиктерді және т.б. Биотестілеу үшін ретінде әртүрлі организмдер қолданылады - бактериялар, балдырлар, жоғарғы сатыдағы өсімдіктер, дафниялар, моллюскалар, балықтар және басқалар.
Қазіргі уақытта биотестілеу үшін модельді объект ретінде хлорелла және сценедесмус микробалдырлары қолданылады.
Алынатын жауаптың сенімділігі зерттеу мақсатына сәйкес тест-функцияның жүйелік деңгейін алып тастау бойынша моделденетін процесс немесе құбылыс деңгейінен төмендейді. Мысалы, организмнің белгілі бір ферменттік жүйесінің функциясын сенімді сипаттайтын биохимиялық параметр бүтіндей организмнің күйін біршама деңгейдегі ықтималдықпен ғана бағалай үшін қолданылады және су экожүйелеріндегі экологиялық жағдайды бағалау үшін пайдасыз.
Теңіздің ластануын, соның ішінде мұнаймен және радиоактивті заттармен, топырақтың - пестицидтермен және басқа да токсикалық заттармен ластануын, бұзылған жерлердің күйін зерттегенде ыңғайлы тест-объект болып микробалдырлар табылады - бұл объекттер табиғатта кеңінен таралған. 1 г орманның күлді топырағында 10-15 түрдің бірнеше он мыңдаған клеткалары, ал орман түсіндісінде - балдырлардың 3 млн дейін клеткалары кездеседі.
Бір сөзбен айтқанда, фототрофты микроорганизмдерді қолданудың негізгі артықшылығының бірі олардың көбеюінің жоғары жылдамдығы, бұл зертханалық жағдайларда көптеген ұрпақ бойы клеткалық популяцияны бақылауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, микробалдырлардың фотосинететикалық аппараты әртүрлі ластаушы заттарға сезімтал болып келеді және олардың әсеріне бірінші болып жауап қайтарады. Фототрофты микроорганизмдер клеткаларының пигменттік аппаратының фотосинтетикалық активтілігінің өзгеруі фототрофты микроорганизмдердің жалпы физиологиялық күйінің көрсеткіші бола алады, бұдан шығатыны олардың тіршілік ету ортасының күйін де сипаттай алады.
Мутагенді заттардың хламидомонада жасыл балдырының табиғи және мутантты штамдарына әсерінің салдарын зерттеу біздің білімімізді тек экожүйені ластатйтын факторлардың биологиялық әсері жағынан ғана емес, сонымен қатар қоршаған орта объектілерінің генетикалық мониторингі үшін тест-жүйе алу мүмкіндігі жағынан да қызықтырады. Мұндай жолға теориялық алғы шарт - зиянды заттарға тұрақтылық белгілісін генетикалық бақылау сұрағын зерттеу қоршаған орта жағдайы туралы ақпаратты алуда үлкен көмек береді. Бұл дегеніміз, Chlamydomonas reinhardtii негізіндегі модельді тест-жүйе биоценоз жағдайын бағалау үшін ыңғайлы болып табылады.

1.5 УК сәулелерін индуцирленген мутагенезде қолдану

Жер бетіндегі биологиялық жүйелердің инактивациясы үшін күн спектрінің ультракүлгін (УК) облысы (λ = 200-400 нм) маңызды. УК-сәулелер клеткаларға, әсіресе микроорганизмдердің клеткаларына, жеңіл енеді де, ДНҚ-ның әмбебап бөліктерін зақымдап, әртүрлі мутациялық өзгерістерді тудырады. Осыған байланысты УК-сәулелендіру индуцирленген мутагенезді зерттеу бойынша жүргізілетін тәжірибелерде қолданылады.
Кез келген мутацияларды алу үшін мутаген дозасын таңдау керек екендігі белгілі, бұл дозада мутанттардың шығым пайызы жоғары болуы және салыстырмалы жоғары дәрежеде тіршілігін сақтап қалуы тиіс. Бұл өз кезегінде қолданылатын мутагеннің әртүрлі дозаларының летальділік және мутагендік әсерін зерттеуді талап етеді.
Экологиялық қауіпсіздік мәселелеріне қоршаған ортаны ластаушы факторлардың генетикалық (мутагендік және рекомбинанттық) активтілігін зерттеу кіреді, солардың бірі ауыр металдар, ауыл шаруашылығында қолданылатын гербицидтер және мұнай өнімдері.Экотоксиканттардың биоценозға әсерін бағалау және клеткалық жүйелерге генетикалық әсерін зерттеу қазіргі кездегі экспериментальдік экологияның өзекті міндеті болып табылады, себебі алынған нәтижелер генетикалық тест-жүйелерді құрастыруда қолданылуы мүмкін. Бұрынғы жұмыстарда пиридазионды қатар гербициді - норфлуразонның мутагендік активтілігі зерттелген, норфлуразон микробалдырлар мен өсімдіктердің фотосинтетикалық аппаратына көптік әсерге ие. Бұл жұмыста гербицидке төзімді Chlamydomonas reinchardtii мутантты штамы УК-сәулелендіру арқылы алынған, селективті фактор ретінде норфлуразонның әртүрлі концентрациялары алынған. Сонымен қатар Chlamydomonas reanchardtii-дің кадмийге төзімді мутантты штамы да УК-сәулелендіру арқылы алынған. Бұл мутантты штамм су экожүйелерін ауыр металдардан, соның ішінде кадмийден тазалауда перспективті болып табылады.

1.6 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii - әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект

Барлық талаптарға жауап беретін, экологиялық мониторингтің ыңғайлы модельді объектісі хламиномонада (Chlamydomonas reinhardtii, Dangeard) - тіршілік етудің түрлі жағдайларына бейімделуге қабілетті, жасыл, топырақ микробалдыры болып табылады. Бұл ең қарапайым, нағыз ядролы бір жасушалы ағза. Зертханалық жағдайларда оңай бақыланатын күрделі емес жыныстық циклге ие, изогамды, гетероталломды түр (Сурет 1).

Сурет 1 - Chlamydomonas reinhardtii, Dangeard

1.6.1 Зерттеу объектісі ретіндегі Chlamydomonas reinhardtii-дің ерекшеліктері

Біржасушалы жасыл балдыр Chlamydomonas reinhardtii балдырлардың ең алуантүрлі тобының - Chlorophyta бөлімінің - өкілі болып табылады. Бұл балдыр кіретін Chlamydomonadaceae тұқымдасына 33 туыс және 800 түр жатады. Chlamydomonas туысы ең жақсы зерттелген, оның өкілдері негізінен ағынды, ластанған сулар мен топырақтардың (шалшықтар, тоғандар, арықтар, батпақтардың) мекен етушілері болып табылады. Chlamydomonas туысына гаметалардың диморфизмі әр түрлі дәрежелі - изогамды және гетерогамды - түрлер кіреді. Бұл туысқа бір гаплоидты клетка гаметаларға бастама бере алатын, олар өз кезегінде копуляцияға қабілетті және мейозды бастан кешіретін зиготаны түзетін гомоталломды формалар да, және шағылысудың екі генетикалық детерминацияланатын типке бөлінген гетероталломды формалар да кіреді. Зертханалық зерттеулерде көбінесе бұл туысқа жататын тек бірнеше түрлер ғана, соның ішінде C. еugametos, C. smithii, C. reinhardtii қолданылады. Молекулалық-генетикалық және биохимиялық зерттеулердің белгілі объектісі Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster секілді модельді ағзалардың тобына кіретін Chlamydomonas reinhardtii болып табылады.
Жасыл балдырлар, қоңыр немесе қызыл балдырларға қарағанда, эффективтірек биоаккумуляторлар екендігі белгілі: Chlorella sp., Chlamydomonas sp. және Selenastrum sp. ерітілген Cu, Pb, Cr-ның 67-98%-ын, ал трансгенді Chlamydomonas reinhardtii - қосылатын ауыр металдардың 90%-на дейін сіңіреді. Бұл балдырларды ауыр металдардың перспективті биоаккумуляторлары ретінде қарастыруға болады.

1.6.2 Chlamydomonas reinhardtii жасушаларының морфологиясы мен жұқа құрылымы

Бұл сыртынан клеткалық мембранамен қоршалған бір жасушалы ағза, мембранаға сыртынан капсуламен қапталған клетка қабырғасы жанасады. Клеткалық қабықшасы жеті қабаттан тұрады, оның негізгі компоненттері гидроксипролин - гликопротеиндер мен полисахаридтер - болып табылады. Клетка көлемінің жартысын алатын тек бір ғана ірі хлоропласттан тұрады. Хлоропласттың ішінде фотосинтез жүзеге асатын ламеллярлы мембраналар, крахмал синтезделетін пиреноид және көз дағы орналасады. Ағза жылжымалы - ол алдыңғы жағында орналасқан екі талшығы көмегімен жүзеді және көз дағымен жарықты қабылдап, фототаксисті жүзеге асырады. Талшықтары эукариоттарға тән құрылымға ие. Қарапайым микроскопқа қарағанда дененің алдыңғы ұшында екі жиырылғыш вакуольді және ірі ядрошығы бар ядроны көруге болады. Электронды микроскоппен зерттеу кезінде жануар клеткасының ішкі құрылымына ұқсас цитоплазманың күрделі құрылымдық ұйымын көруге болады. Хромосомалардың гаплоидты саны, әр түрлі мәліметтер бойынша, 8-ден 16-ға дейін жетеді. Типтік цитоплазмалық компоненттерге көптеген митохондриялар, Гольджи мембраналарының бірнеше тобы, эндоплазмалық ретикулумның тегіс және кедір-бұдыр мембраналары, рибосомалар, микротүтікшелер, микроденешіктер және басқа түзілістер жатады. Осылайша, клетка типтік эукариоттық құрылымға ие.

1.6.3 Клеткалық бөлінудің синхронизациясы және өсуі

Chlamydomonas клеткалары сұйық ортада экспоненциальді өседі, орта құрамына және басқа да жағдайларға, әсіресе температура мен жарық интенсивтілігіне байланысты дарақтар саны тәулігіне 1-4 есе көбейеді. Дақылды сәйкес сұйылтқанда оларда ұзақ уақыт бойы тәуліктік циклде жарық пен қараңғының алмасуымен синхронды өсуді ұстауға болады. Бірклеткалы балдырларда бактериялар мен сүтқоректілер клеткаларына қарағанда өсу мен клеткалық бөліну арасында тәуелділік болмайды. Синхронды Chlamydomonas дақыдарында бөліну тәуліктік циклде біп рет жүреді, бірақ клеткалық массаның көбею периодында бірқатар ДНҚ репликациясы жүруі мүмкін және сйәкесінше басқа клеткалық компоненттердің саны өсе түседі, осылайша, бөліну кезінде бірден 4, 8 немесе 16 клеткалар түзіледі.

1.6.4 Гаметогенез және жыныстық цикл

Chlamydomonas reinchardtii изогамды түрінде шағылысудың екі типі бар, бұл екі типтің вегетативті клеткалары морфологиялық жағынан ажыратылмайды. Смит пен Регнери алғаш рет шағылысу типі жұп ядролық гендермен mt+ және mt- анықталатынын көрсетті, олар өздерін алелль тәрізді жүргізіп, мейоз кезінде 2:2 қатынасында ажырайды.
Аталық дақылдарды азоттық аштық жағдайында өсіру арқылы копуляцияны бақылау мүмкіндігінің ашылуы генетикалық және физико-химиялық зерттеулерді жүргізуді біршама жеңілдетті. Клеткаларға қоректік ортадағы әр компоненттің жетіспеушілігі салыстырыла отырып, азоттық жетіспеушілік жыныстық процесті стимулдейтіні анықталды.
Бұл эмпирикалық фактінің метаболикалық негізі әлі анықталмаған, бірақ құбылыстың өзі зерттеушілермен кеңінен қолданылады. Кейтс пен Джони азоттық аштық әдісін өздері құрастырған режимге енгізіп, синхронды дақылдарды сұйық ортада өсіру арқылы бір уақытта копуляцияны алды. Кейтс және басқалар синхронды дақылда азоттық аштық тудырған гаметалар дифференцировкасы кезінде клетка санының екі есеге көбейетінің және ДНҚ мөлшері вегетативті клеткалар ДНҚ мөлшерінмен бірдей болатынын анықтады, бұл, ДНҚ репликациясы осы уақыттта екі рет жүретінің көрсетеді. Бірақ Чианг және басқалар гаметогенез кезінде хлоропласттар ДНҚ-ы бір-ақ рет жүретінін тапты, себебі гаметаларда ол бүкіл ДНҚ-ң 7% құраса, бастапқы вегетативті клеткаларда оның удесі 14% дейін жетеді. Осылайша, жыныстық процесс физиологиясы ядролық ДНҚ мен хлоропласттық ДНҚ репликациясы циклінің санын және клеткалық бөліну санын анықтайтын бірқатар реттеуші механизмдерден тұрады, бұл копуляцияға қабілетті гаметалардың түзілуіне алып келеді. Гаметалар вегетативті клеткалардан кіші мөлшерімен ерекшеленеді, сондай-ақ олар азот көзін қоспай әрі қарай ДНҚ репликациясына немесе клеткалық бөлінуге қабілетсіз және ең бастысы олар өзара құйылыса алады (Сурет 2).

Сурет 2 - Жасушаның жыныстық циклі

Копуляцияның бірінші сатысында mt+ гаметаларын шақыратын диффундаушы mt- затын клеткалар бөлуеді, нәтижесінде клеткалар бір-бірімен жабысады. Бұл жыныстық заттар тек жабысу процесіне қатысады, бірақ кейінгі сатыларда ешқандай роль ойнамайды. Гаметалардың құйылысу пройесінің өзі электрондық микроскопия деректері бойынша Фридманмен жәе басқалармен сипатталған, олар копуляция кезінде жыныстық типтер арасындағы айырмашылықты көрсетті, яғни mt+ клеткалары ұрықтану түтікшесін түзеді. Келесі сатыларда клеткалардың құйылысуынан зигота түзіледі, сонан соң хлоропласттар мен ядролардың құйылысуы жүреді. Зигота қабықшасы ішінде төрт зооспораның түзілуіне алып келетін ішкі қайта ұйымдасу сатылары әлі толық сипатталмаған. ДНҚ молекуласы екі еселенген және қосылған, бірақ төрт жіпше сатысында алмасу нәтижесінде клеткалар әлі бөлінбеген кезде ажырау жүреді. Алмасу ықтималдығы барлық клеткалық бөлінулерінде бірдей.
Chlamydomonas reinchardtii үшін хлоропласттық және митохондриалдік гендердің бір ата-аналық берілу тән. Мейоз кезінде хлоропласттық гендер ұрпаққа 95% астам жағдайларда mt+ ата-анадан беріледі, ал митохондриальдік геном mt- ата-анадан келеді.

1.6.5 Chlamydomonas reinhardtii-мен жұмыс істеудің негізгі артықшылықтары

Осылайша, Chlamydomonas reinhardtii әр түрлі токсиканттардың тірі ағзаларға әсерін зерттеуде ыңғайлы объект және экобиотехнологияда қолдану үшін модельді объект болып табылады, себебі:
1) бұл зертханалық жағдайларда оңай бақыланатын жыныстық циклге ие, нағыз ядросы бар, ең қарапайым бір жасушалы ағза;
2) қарапайым синтетикалық ортада жақсы өседі; оны массалық дақылда өсіруге болады, сақтау кезінде жоғары тіршілікке қабілеттілігін сақтайды;
3) онымен жұмыс жасау үшін стандартты микробиологиялық әдістерді пайдалануға болады;
4) факультативті фототроф ретінде, оны фотосинтез де, гетеротрофты қоректендіру жағдайларында да (ең жақсысы көміртегі көзі ретінде ацетатты пайдаланып) өсіруге болады;
5) бұл изогамды (гаметаларының мөлшері бірдей), гетероталломды (будандасудың екі генетикалық детерминациялаушы типіне бөліну) түр. Будандасу типі бір ядролық генмен анықталады, жасушалары екі типті - mt+ или mt- - бола алады және екі гамета зигота түзілген кезде клеткалық құрамның тең мөлшерін енгізеді.
6) оның физиология-биохимиямық және генетикалық ерекшеліктері жақсы зерттелген. Патогенді емес.
Әр түрлі факторлардың, соның ішінде мутагенді факторлардың да, олардың фотосинтезге, генетикалық үдерістерге әсері бойынша популяцияларға әсерін анықтау үшін ыңғайлы модельді объект біржасушалы балдыр хлорелла және жасыл біржасушалы топырақ балдыры хламидомонада (Chlamydomonas reinhardtii Dangeard) болып табылатыны белгілі. Жасыл балдыр хламидомонаданың табиғи және мутантты штамдарына мутагенді заттардың әсерінің салдарын зерттеу экожүйелерді ластайтын факторлардың биологиялық әсері жайлы білімімізді кеңейту мақсатында ғана емес, сонымен қатар қоршаған орта объектілерінің генетикалық мониторингі үшін тест-жүйелерді алу мүмкіндіктерінің пайда болуымен қызығушылық тудырады. Теориялық дәлелдеме бойынша, зиянды заттарға төзімділік белгісін генетикалық бақылау сұрақтарын зерттеу қоршаған ортаның жағдайы жайында ақпарат алуда көп көмегін тигізеді. Бұл Chlamydomonas reinhardtii негізіндегі модельді тест-жүйе биоценоз жағдайын бағалау үшін ыңғайлы болып табылатындығын көрсетеді.
Көптеген еңбектерде генетикалық эксперименттер үшін түрлі объектілер - қарапайымдылар, бактериялар, микробалдырлар - қолданылу мүмкіндігі көрсетілген. Жақсы елестетілетін және практикалық маңызды нәтижелерді Chlamydomonas reinhardtii микробалдырын пайдалану арқылы алуға болатындығы айтылады.
Антропогенді факторлардың әсеріне балдырлардың жауап реакциялары маңызды екендігі және осының салдарынан олардың құрылымдық-функционалдық сипаттамаларының өзгеруі су ортасының мекен ету ортасы ретінде сапасының өзгеруінің немесе бұзылуының репрезентативті көрсеткіштері бола алатындығы белгілі. Осыған биологиялық мониторинг мақсаттарында микробалдырлар қауымдастығы жағдайының көптеген параметрлерін пайдалану негізделген.

1.7 Нанобөлшектер, олардың қолданылуы және қоршаған ортаның ластануы

Нанотехнология материалдары бүгінгі күннің өзінде көпшілік тұтыну тауарларының өндірісінде, тазарту құрылыстарын жобалауда және медицинада кең қолданыс тапты, қазіргі кезде наноматериалдарды пайдаланумен 700-дей өнім түрлері саналады.
Наноматериалдар пластиктер, катализаторлар, отын элементтерінің аккумуляторлары мен электродтары, су тазарту жүйелері, ортопедиялық импланттар және электроника компоненттерінің өндірісінде қолданылады. Өндiрiстiң үлкеюi олардың қоршаған ортаға түсуінің көбеюіне әкеледі. Сондықтан олардың экожүйелерге әсерінің экологиялық салдарын бағалау аса маңызды болып табылады.
Британдық стандарттар институты, Американдық материалдарды сынау қоғамы және Денсаулық үшiн жаңа тәуекелдер бойынша ғылыми комитет қабылданған анықтауға сәйкес, наноматериал деп бөлшектері кем дегенде бір өлшемде 100 нм-ден аспайтын материалды айтады. Материалдардың бұл тобында мөлшерлері кем дегенде екі өлшемде 1 нм-ден 100 нм-ге дейін құрайтын нанобөлшектер аса маңызды болып табылады.
Қасиеттері көбінесе квантты физика заңдарымен анықталатын бұндай мөлшерлер түріндегі заттар әрекеттерінің ерекшеліктері уникальды механикалық беріктік, ерекше спектральды, электрлік, магниттік, химиялық, биологиялық сипаттамалар секілді жаңа қасиеттерге ие материалдарды мақсатты алуда кең перспективаларды ашады. Бұндай материалдар микроэлектроникада, энергетикада, құрылыста, химиялық өнеркәсіпте, ғылыми зерттеулерде қолданыс табуда. Наноматериалдардың уникальды қасиеттері мен олардың биологиялық белсенділігі, атап айтқанда, дәрілік препараттарды мекен-жайлық тасымалдау, онкологиялық аурулар мен инфекциялармен күресу үшін, гендік және молекулалық инженерия мақсаттарында, қоршаған ортаның сапасын жақсарту үшін, парфюмерлік-косметикалық және тағамдық өнеркәсіптерде және көптеген басқа қолдану аймақтарында пайдаланылуы мүмкін.
Нанотехнологиялар мен наноматериалдарды қолдану сөзсіз ХХI ғасырдағы ғылым мен техниканың ең перспективті бағыттарының бірі болып табылады. Болашақта адам мен басқа биологиялық объектілердің наноматериалдармен тығыз контактісі күтілетінін ескерсек, оларды қолданудың потенциальды тәуекелдер мәселелерін зерттеу бірінші дәрежелі міндет болып табылатыны анық.
Тұтыну өнімдерінде күміс нанобөлшектері өте көп мөлшерде пайдаланылады. Күміс нанобөлшектерін текстиль, жеке гигиена заттары, азық-түлік өнімдерінің қаптамалары, тұрмыстық заттар, бояулар мен тіпті тағамдық қоспалар секілді кеңінен тұтыну тауарларында кеңінен қолданады. Өзінің бактерицидті қасиеттеріне байланысты Ag нанобөлшектері осы барлық өнімдерге қосылады. Күмістің антимикробтық белсенділігін көбінесе металдық бөлшектердің қасиеттерімен емес, ерітілген катиондардың бар болуымен түсіндіреді.

1.8 Токсиканттардың балдырларға әсерін анықтауда флуоресценцияны өлшеу әдістерін пайдалану

Қазіргі кезде биомониторингтің міндеттері үшін токсиканттардың балдырларға әсерін анықтау үшін хлорофилдің флуоресценциясын өлшеу әдістерін пайдалану перспективті болып табылады. Флуоресцентті әдістердің негізі фотосинтетикалық мембраналарда орналасқан хлорофилл балдырлар күйінің табиғи датчигі болып табылатындығында. Фотосинтездің біріншілік үдерістері механизмдерін зерттеудеудегі жетістіктер хлорофилл флуоресценциясы көрсеткіштері мен фотосинтездеуші ағзалардың фотосинтетикалық аппараты күйінің сипаттамаларымен байланысын анықтады.
Жарық жинаушы кешенмен жұтылған жарық квантының энергиясы фотосинтездің келесі реакцияларына қатысатын немесе флуоресценция кванты сәулеленуі жолымен немесе жылуға ыдырау жолымен жоғалтылған бөлінген зарядтар энергиясына айналуы мүмкін. Фотосинтезді қоздырушы жарық кезіндегі (Fm) және фотосинтетикалық аппараттың күйінің өзгерістерін тудырмайтын жағдайларда (Fо) хлорофилл флуоресценциясы қарқындылығының қатынасын өлшеу фотосинтездің біріншілік үдерістерінің эффективтілігін анықтауға мүмкіндік береді, ол (Fm-Fо)Fm=FvFm тең. фотосинтездің біріншілік үдерістерінің эффективтілігі (FvFm) фотосинтездің өлшемсіз энергетикалық сипаттамасы болып табылады, ол пайдалы әсер коэффициентіне және ағзаның түрлік спецификасына тәуелсіз аналогты болып келеді. Корреляцияның жоғары коэффициентіне ие Fо флуоресценцияның қарқындылығы фитопланктонның фотосинтетикалық аппаратының жарық жинаушы пигменттерінің суммалық мөлшеріне сәйкес болады және, сәйкесінше, микробалдырлар жасушаларының мөлшерімен корреляцияланады.

2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

2.1 Зерттеу объектiлерi

Объект ретінде әл-Фараби атындағы ҚазҰУ биотехнология кафедрасының фототрофты микроорганизмдер ғылыми зертханасы коллекциясынан алынған Chlamydomonas reinchardtii жасыл балдырының жабайы және мутантты штамдары қолданылды.
Chlamydomonas reinhardtii -- бұл қозғалмалы бір жасушалы жасыл балдыр, хламидомонада (Chlamydomonas) туысының өкілі. Бұл балдырлар топырақ пен тұщы суда кең таралған. Жасушаның диаметрі 10 мкм шамасында, жіңішкерген алдыңғы ұшында орналасқан екі бірдей (тең) талшық көмегімен жүзеді.
Микробалдырды дақылдау автотрофты және гетеротрофты жағдайларда 25-280С температурада жүзеге асырылды.
Қолданылған қоректік орталар:

1) L-2 min (гл):
NH4Cl - 0,40
MgSO4x7H2O - 0,10
CaCl2 - 0,05
K2HPO4 - 0,72
KH2PO4 - 0,36
Fe+ЭДТА - 1 мл
Микроэлементтер ерітіндісі - 1 мл
Дистилденген су - 1000 мл
орта рН=6,8-7

Микроэлементтер ерітіндісінің құрамы (гл):
ZnSO4х7H2O - 22,0
H3BO3 - 11,4
MnCl2х4H2O - 5,1
FeSO4х7H2O - 5,0
CoCl2х6H2O - 1,6
CuSO4х5H2O - 1,6
(NH4)6 Mo7O24х9H2O - 1,1
Дистилденген су - 1000 мл

Қатты қоректік орталарды дайындау үшін 1,5 - 2% агар-агар қолдандық. 1 атм. 30 мин залалсыздандырдық.

2) Трис-ацетат-фосфатты қоректік орта (гл):
NH4Cl - 4
MgSO4x2H2O - 1
CaCl2xH2O - 0,5
К2НРО4 - 1,08
КН2РО4 - 0,56
Трис - 24,2
HCl - 15 мл
CH3COONa x3H2O
Агар - 20 г
Дистилденген су - 1000 мл
Микроэлементтер ерітіндісі - 1 мл
... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Кадмийге сезімтал CHLAMYDOMONAS REINHARDTII мутантты штамдарын алу және оларды қолдану
Мұнаймен ластанған су қоймалары мен топырақты тазалау шаралары
Микроорганизм-продуцент биомассасының жаңа штамдарын алу
Хламидомонас маркерлі штамдарының көмегімен ауыр металдармен ластанған су экожүйелерді биологиялық бақылау
Жамбыл облысының су көздерінің экологиялық жағдайын бағалауда гидромакрофиттік өсімдіктерді индикатор ретінде пайдалану және кешенді ластанған су ортасын биологиялық жолмен тазарту
Мұнаймен ластанған топырақты зерттеу әдістері
Минерал тектес уытты заттарға арналған тест сұрақтары
Аса өзеніндегі су алу торабы
"Асқазан сөлдің қаситтері" тақырыбына арналған тест жұмысы
Қасқелен өзеніндегі су алу торабы
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь