Кадмийге сезімтал CHLAMYDOMONAS REINHARDTII мутантты штамдарын алу және оларды қолдану
КІРІСПЕ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
1.2 Су экожүйелерінің мониторингі
1.3 Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың рөлі
1.4 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii . әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект
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 Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері
2.2.3 Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі
2.2.4 Кадмийге сезімтал микробалдырлардың селекциясы
2.2.5 Биотестілеу әдісі
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 кадмий ионына сезімтал штамдарды бөліп алу
3.3 Chlamydomonas reinhardtii CC.124 мутантты штамы көмегімен су экожүйелерінің күйін биотестілеу үшін микробалдырлар штамдарын қолдану
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
1.2 Су экожүйелерінің мониторингі
1.3 Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың рөлі
1.4 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii . әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект
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 Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері
2.2.3 Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі
2.2.4 Кадмийге сезімтал микробалдырлардың селекциясы
2.2.5 Биотестілеу әдісі
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 кадмий ионына сезімтал штамдарды бөліп алу
3.3 Chlamydomonas reinhardtii CC.124 мутантты штамы көмегімен су экожүйелерінің күйін биотестілеу үшін микробалдырлар штамдарын қолдану
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Біздің еліміз экономикалық жағынан қарқынды дамығаныменен, қоршаған ортаны қорғау және экология мәселелері өзекті проблемалар тудырып отыр. Кейбір су қоймалары құрамында органикалық заттар және токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының жоғары концентрациялары бар болғандықтан адам денсаулығы мен табиғатқа қауіп төндіру үстінде. Көптеген тұрмыстық, өндірістік және ауылшаруашылық ағынды сулары ешқандай тазартусыз ашық су қоймаларына ағызылып жіберілуде [1]. Осыған байланысты су экожүйелерінің ластану деңгейлерін анықтауға қолданылатын жаңа әдістерді өңдеу мәселелері өзекті болып отыр.
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, осыған байланысты қазіргі уақытта биотестілеу үшін ыңғайлы тест-объект табу немесе құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
Гидробионттарды қолдана отырып ағын сулар токсикалығын бақылауға, биотестілеуді ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, зертханалық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады.
Микробалдырлардың фотосинтетикалық аппараттары әр түрлі 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 [2]. Осыған байланысты биоиндикациялау үшін тест-жүйелер құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал пигменттік мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің пигментті мутантты штамдарын алу;
2 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
2. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу;
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, осыған байланысты қазіргі уақытта биотестілеу үшін ыңғайлы тест-объект табу немесе құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
Гидробионттарды қолдана отырып ағын сулар токсикалығын бақылауға, биотестілеуді ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, зертханалық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады.
Микробалдырлардың фотосинтетикалық аппараттары әр түрлі 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 [2]. Осыған байланысты биоиндикациялау үшін тест-жүйелер құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал пигменттік мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің пигментті мутантты штамдарын алу;
2 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
2. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу;
1. Яковлев С. В., Скирдов И.В., Шевцов В.Н. и др. Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения.– М.: Стройиздат, 2007. -208 с.
2. Маторин Д.Н., Погосян С.И., Смуров А.В. Оценка качества среды инструментальными методами с использованием фототрофных организмов. – М.: Изд. Академия, 2007. - С. 243-246.
3. Коробкин В.А., Лященко Л.В., Грановский Э.И. и др. Токсикологические свойства сточных вод города Алматы // Вопросы гигиены окружающей среды. - Алматы, - 2009. -С. 45-54.
4. Филенко О.Ф. Водная токсикология. // М.: Изд. Черноголовка, - 2008. -156 с.
5. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем // Соросовский образовательный журнал. -2008. -№ 5. -С. 23-29.
6. Сэджер Р., Сидорова Б.Н. Цитоплазматические гены и органеллы. –М.: изд., 1975. -С.66-70.
7. Курсанов Л.И., Комарницкий Н.А. Курс низших растений. –М.: Советская наука, 1945. -234 с.
8. Леменовский Д.А. Соединение металлов в живой природе. // Сорос. Образов. журнал. -1997. №9. -С.48-53.
9. Мурыгина В.П.Калюжный С.В. Роль нитчатых микроорганизмов в процессе пенообразования нп сооружениях очистки сточных вод.// Успехи микробиологии. -2004. т.124. № 1. -С.77-92.
10. Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М. и др. Экология микроорганизмов. М.: Академия, -2004. – С.272.
11. Илялитдинов А.Н. Микробиология превращеник металлов. –А.: Наука, 1984. –С.57-68.
12. Егоров А.Н., Корсак М.Н., Кроленко М.И., Влияния ионов некоторых тяжелых металлов на первичную продукцию и содержание углеводов в морской среде // Биологические науки, 1984. №5. – С. 60.
13. Определение основных характеристик природных вод. Учебно-методическое пособие / Сост. Ханхасаева С.Ц., Батоева А.А. - Улан-Удэ: Издательство БГУ, 2001. - 64 с.
14. Грушко Я.М. Соединение Cr и профилактика отравление ими. –М: Медицина, 1964. -104 с.
15. Рупошев А.Р., Гарина К.П., мутагенное действие солей кадмия. // Цитология и генетика. -1976. –Т.12. №5. –С. 437-439.
16. Зайцева И.И. Экспериментальное изучение влияния тяжелых металлов на планктонные водоросли. // Ботанический журнал, 1998. №8. –С.28-32.
2. Маторин Д.Н., Погосян С.И., Смуров А.В. Оценка качества среды инструментальными методами с использованием фототрофных организмов. – М.: Изд. Академия, 2007. - С. 243-246.
3. Коробкин В.А., Лященко Л.В., Грановский Э.И. и др. Токсикологические свойства сточных вод города Алматы // Вопросы гигиены окружающей среды. - Алматы, - 2009. -С. 45-54.
4. Филенко О.Ф. Водная токсикология. // М.: Изд. Черноголовка, - 2008. -156 с.
5. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем // Соросовский образовательный журнал. -2008. -№ 5. -С. 23-29.
6. Сэджер Р., Сидорова Б.Н. Цитоплазматические гены и органеллы. –М.: изд., 1975. -С.66-70.
7. Курсанов Л.И., Комарницкий Н.А. Курс низших растений. –М.: Советская наука, 1945. -234 с.
8. Леменовский Д.А. Соединение металлов в живой природе. // Сорос. Образов. журнал. -1997. №9. -С.48-53.
9. Мурыгина В.П.Калюжный С.В. Роль нитчатых микроорганизмов в процессе пенообразования нп сооружениях очистки сточных вод.// Успехи микробиологии. -2004. т.124. № 1. -С.77-92.
10. Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М. и др. Экология микроорганизмов. М.: Академия, -2004. – С.272.
11. Илялитдинов А.Н. Микробиология превращеник металлов. –А.: Наука, 1984. –С.57-68.
12. Егоров А.Н., Корсак М.Н., Кроленко М.И., Влияния ионов некоторых тяжелых металлов на первичную продукцию и содержание углеводов в морской среде // Биологические науки, 1984. №5. – С. 60.
13. Определение основных характеристик природных вод. Учебно-методическое пособие / Сост. Ханхасаева С.Ц., Батоева А.А. - Улан-Удэ: Издательство БГУ, 2001. - 64 с.
14. Грушко Я.М. Соединение Cr и профилактика отравление ими. –М: Медицина, 1964. -104 с.
15. Рупошев А.Р., Гарина К.П., мутагенное действие солей кадмия. // Цитология и генетика. -1976. –Т.12. №5. –С. 437-439.
16. Зайцева И.И. Экспериментальное изучение влияния тяжелых металлов на планктонные водоросли. // Ботанический журнал, 1998. №8. –С.28-32.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 54 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 54 бет
Таңдаулыға:
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Бауенова М.Ө.
КАДМИЙГЕ СЕЗІМТАЛ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII МУТАНТТЫ ШТАМДАРЫН АЛУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ҚОЛДАНУ
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
050701 - Биотехнология мамандығы
Алматы 2013
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Қорғауға жіберілді
Биотехнология кафедра-
сының меңгерушісі,
б.ғ.д., профессор__________________________ _ Заядан Б.К.
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: КАДМИЙГЕ СЕЗІМТАЛ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII МУТАНТТЫ ШТАМДАРЫН АЛУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ҚОЛДАНУ
050701 - Биотехнология мамандығы
Орындаған:
4 курс студенті _____________________________ Бауенова М.Ө.
Ғылыми жетекші:
б.ғ.к., аға оқытушы _____________________________ Садвакасова А.К.
Норма бақылаушы: _____________________________ Болекбаева А.Б.
Алматы, 2013
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыс 60 беттен, 5 кестеден, 13 суреттен және 63 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен, оның ішінде шет 5 ел әдебиеттерінен тұрады.
Кілтті сөздер: микробалдырлар, биомониторинг, ультракүлгін сәулесі (УС), ауыр металлдар.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутантты штамдарын алу;
2. Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
3. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Зерттеу объектілері: Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің табиғи және мутантты штамдары.
Зерттеу әдістері: микробалдырларды дақылдауда стандартты микробиологиялық әдістер, клеткалардың санын есептеу үшін Горяевтің камерасы, индуцерленген мутагенез әдісі пайдаланылды.
Алынған нәтижелер:
1. Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының табиғи түріне УК сәулелендіру арқылы мутагенез жүргізіп, Chlamydomonas reinhardtii СС-124у-1, Chlamydomonas reinhardtii СС-124р-1, Chlamydomonas reinhardtii СС-124у-2 және Chlamydomonas reinhardtii СС-124р-2 мутантты штамдары алынды.
2. Chlamydomonas reinchardtii табиғи және мутантты штамдарына скрининг жасау барысында кадмий ионына жоғары сезімтал Chlamydomonas reinhardtii CC-124р-2 мутантты штамы таңдап алынды.
3. Кадмий ионына жоғары сезімтал Chlamydomonas reinhardtii CC-124р-2 штамын пайдалана отырып, Текелі өзеніне биотестілеу жүргізілді. Алынған биотестілеу нәтижелеріне байланысты Текелі өзені суының ластанғанын көрсетеді. Текелі өзеніндегі судың сапасы 4-ші класқа, яғни ластанған суға жатқызылды.
Зерттеудің практикалық маңызы: Осы жүргізілген зерттеулердің практикалық маңызы УК сәулелермен әсер ету арқылы Chlamydomonas CC-124 табиғи штамына индуцирленген мутагенез жүргізу және алынған мутант штамдарынан кадмий ионына сезімтал штамдарды сұрыптап алу болып табылады. Алынған кадмий ионына сезімтал мутант штамдардың көмегімен ластанған су экожүйелеріне бақылау жүргізу.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
5
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
7
1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
7
1.1
Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
7
1.2
Су экожүйелерінің мониторингі
12
1.3
Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың рөлі
17
1.4
Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii - әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект
20
2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
27
2.1
Зерттеу объектiлерi
27
2.2
Зерттеу әдістері
28
2.2.1
Микробалдырларды әртүрлі жарықтандыру және қоректену жағдайларында дақылдау
28
2.2.2
Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері
31
2.2.3
Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі
31
2.2.4
Кадмийге сезімтал микробалдырлардың селекциясы
32
2.2.5
Биотестілеу әдісі
32
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
34
3.1
Ультракүлгін сәулесі көмегімен Chlamydomonas reinhardtii мутант штамдарын алу
34
3.1.1
УК жарықпен сәулелендіргеннен кейін клеткалардың тіршілігін сақтап қалуы
2 36
3.1.2
Клеткалардың мутабильділігі
39
3.2
Микробалдырлардың табиғи және мутантты штамдарына кадмий ионына сезімтал штамдарды бөліп алу
47
3.3
Chlamydomonas reinhardtii CC-124 мутантты штамы көмегімен су экожүйелерінің күйін биотестілеу үшін микробалдырлар штамдарын қолдану
4
51
ҚОРЫТЫНДЫ
54
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
55
КІРІСПЕ
Біздің еліміз экономикалық жағынан қарқынды дамығаныменен, қоршаған ортаны қорғау және экология мәселелері өзекті проблемалар тудырып отыр. Кейбір су қоймалары құрамында органикалық заттар және токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының жоғары концентрациялары бар болғандықтан адам денсаулығы мен табиғатқа қауіп төндіру үстінде. Көптеген тұрмыстық, өндірістік және ауылшаруашылық ағынды сулары ешқандай тазартусыз ашық су қоймаларына ағызылып жіберілуде [1]. Осыған байланысты су экожүйелерінің ластану деңгейлерін анықтауға қолданылатын жаңа әдістерді өңдеу мәселелері өзекті болып отыр.
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, осыған байланысты қазіргі уақытта биотестілеу үшін ыңғайлы тест-объект табу немесе құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
Гидробионттарды қолдана отырып ағын сулар токсикалығын бақылауға, биотестілеуді ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, зертханалық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады.
Микробалдырлардың фотосинтетикалық аппараттары әр түрлі 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 [2]. Осыған байланысты биоиндикациялау үшін тест-жүйелер құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал пигменттік мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің пигментті мутантты штамдарын алу;
2 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
1. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу;
Жұмыстың өзектілігі мен жаңалығы: Қазіргі таңда елімізде қоршаған ортаның ластануы өзекті мәселеге айналып отыр. Қоршаған ортаның 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, судың пестицидтермен, басқа токсикалық заттармен ластану деңгейін, судың 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, оның ішінде ауыр металл кадмий ионымен ластанған су экожүйелерін биологиялық бақылауға арналған Chlamydomonas reinhardtii табиғи және мутант штамдары негізінде тест-штамдарды сұрыптап алу экобиотехнологияның өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
Экологиялық токсиканттар - адам мен жануарларға ұзақ токсикалық әсер ететін, қоршаған ортаның улы химиялық ластаушылары, сонымен қатар ортаның биотикалық және абиотикалық компоненттерінде ұзақ уақыт бойы сақталуға, миграциялауға және жинақталуға қабілетті заттар [3].
ХХ ғасырдың 60- 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 [4].
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 [4].
Қоршаған орта мен адам денсаулығы үшін қауіптілігінің дәрежесі бойынша жоғары мәнге ие экотоксиканттарға бейорганикалықтардан ауыр металдар жатады. Қазіргі таңда көптеген экосистемалардың құрамында ауыр металлдардың санының артуы мен олардың шектеулі мүмкіндік концентрациясынан асып кетуі, жалпы адамзат баласы мен барлық тірі организмдердің өміріне аса қауіп төндіруде. Сондықтан да, ауыр металлдардың тірі организмдерге әсерін зерттеу, экологияның мағызды мәселесінің бірі болып табылады.
F.E.Mosey және D.A.Hughes (1975 ж.) бойынша ауыр металлдарға сілтілік (Na, K) және сілтілік жерметалдардан (Ca, Mg) басқа, тығыздығы 5гсм3 және А=50-ге тең металлдардың барлығын жатқызады [5].
Көптеген ауыр металлдар тірі организмдер өміріне аса қажет микроэлементтер ретінде кездеседі [6]. Олар витаминдер, ферменттер, гормондар, пигменттер және басқа да биологиялық активті заттардың құрамына ене отырып, биологиялық процесстерге қатысады. Дегенмен де, ауыр металлдар жоғары концентрацияда кездессе, организмдерге токсинді әсер етеді [7].
Ауыр металл иондарымен ластанған өндірістік ағын сулары әр түрлі су қоймаларына (теңіздер, көлдер, өзендер) келіп құятындықтын, организмдер тіршілігіне көптеген зардаптар алып келуде. Металлдар су және құрғақ аймақта тіршілік ететін тірі организмдердің биохимиялық цикліне ене отырып, оларға кері әсер етеді.
Ауыр металлдар табиғи суларда еріген және адсорбцияланған күйде кездеседі. Дегенмен де ауыр металлдар суға ионды түрде түседі де, тезірек ерітіндіге айналып, карбонат, сульфид немесе фосфат түрінде жинақталады.
Ауыр металл иондарына организмдердің биологиялық сезімталдылығы, металлдардың суда кездесетін формасына байланысты; мысалы, металлдардың комплексті қосылыстыры, металлдардың бейорганикалық иондар түріне қарағанда токсинділігі аз болып келеді [8].
Ауыр металлдардың қатарындағы, аса жоғары токсинділеріне Hg, Ag, Cu, Cd, Zn, Cr, Ni, Co жатады. Бұл токсинді металлдар тізімі организдер түріне және басқа да факторларға байланысты өзгеріп отырады.
Қазіргі кезде су қоймаларын ластаушылардың кең тарған түрлеріне мұнай, сынап, фенол, сонымен қатар нитрат, фтор, мышьяк, селен кадмий және т.б. жатады. Органикалық синтез өндірістерінің қарқынды дамуына байланысты су қоймаларының табиғи емес органикалық қосылыстармен ластануы жоғарлауда[9].
Құрамында ластаушы заттар бар қалдық суларды су қоймаларына шекті мөлшердегі концентрацияда жібереді. Мысалы, қорғасын үшін ШМК -0,1, мышьяк -0,05, селен -0,01, мырыш -1,0, сынап -0,005, цианид - 0,1, кадмий - 0,01, фтор - 0,5, акрил қышқылының нитрилі -2,0, хром (үш валентті) - 0,5, хром (алты валентті) - 0,1, триниротолуол - 0,5, капролактам -1,0, пикрин қышқылы - 0,5, ДДТ -0,2, тиофос - 0,003, метафос - 0,02, карбофос - 0,05, меркаптофос - 0,01, мұнай - 0,3, фенол - 0,001. Шекті концентрацияда сутоғандарының биоценозы бұзылмайды. Балық шаруашылығы тоғандарының ШМК төмен: мырыш -0,01, цианид - 0,05, кадмий - 0,005, мұнай және мұнай өнімдері - 0,05 мгл болады [10].
Қоршаған ортадағы көптеген химиялық ластаушылардың қауіптілігі, олар жоғары улы заттар ғана емес, сонымен қатар олардың көпшілігі тірі организмдерде ісіктер (канцерогенез) және тұрақты тұқым қуалаушы (мутагенез) өзгерістерді тудыратын қабелітке ие болады.
Метилсынап, мышьяк, селен, хром, берилий, кадмий, мырыш, қорғасын, азот тотықтары, сонымен қатар көптеген пестицидтер, нитроқосылыстар, көптеген беткі белсенді заттар, және басқа да органикалық синтез өнімі, полициклді ароматты көмірсулар, радионуклидтер канцерогенді әсермен қатар мутагенді әсергеде ие.
Ауыр металлдар ферменттік системаны зақымдап, тірі организмдердің өмір сүруін тежейді. H.Bowen (1966) ауыр металлдар тірі организмге әсер етуі кезінде ферменттердің қызметін тежейтінін зерттеген. Ол ауыр металлдардың тірі организмдердің әртүрлі макромолекулаларының сульфгидрильді топтарымен (SH) химиялық байланыс түзуге қабілетті болуымен байланысты. Ауыр металлдар ең алдымен ферменттер мен басқа да белоктық құрылымдардың қызметін тежеп, биохимиялық процесстердің жұмысының бұзылуына, клетка қабырғаларының зақымдануына алып келеді.
Ауыр металлдар сыртқы қоршаған ортадан, су қоймаларынан, ауыз суынан адам организміне түскен кезде, ағзаға концерогенді, мутагенді, тератогенді әсер етеді. As, Se, Zn, Ra, Pa ауыз су арқылы, Cr, Be, Pb, Hg, Ni, Ag, U, Pt ауыр металлдары басқа жолмен ағзаға түскен кезде, жылықанды организмдерге канцерогенді әсер етеді. Ал тәжірибелік жағдайда жануарларға Cd, Pb, Li тератогенді әсер етеді. Сr-дің кейбір қосылыстары адамға аллергиялық әсер береді [11].
Ауыр металлдар 10-2 - 10-3 мгл концентрацияда, балдырларда құрылымдық өзгерістер тудырады: фотосинтездің жүруін бұзады, құрылымының өзгеруіне алып келеді, депигментация тудырады. Ал, ауыр металл тұздарының әсерінен фотосинтезбен, митахондриялық тынысалудың жұмысы бұзылады. Хлоропластарға тәжірибие жасау кезінде, электрондардың тасымалдануына ауыр металл тұздарының ингибиторлы әсер ететіні зерттелген. Фотосинтез процесіндегі фотожүйе II компоненттерінің қышқылдануы ауыр металлдардың әсерінен туындап, процесстің жүруін бұзады.
Осы өзгерістердің барлығы тірі организмдерде жүзеге асады. Осы тірі организмдерде жүзеге асатын өзгерістердің әсерінен, олардың қоршаған ортамен зат алмасу процесі бұзылып, соңында өлімге алып келеді [12].
Қазіргі кезде осы ластаушылардың тек жеке зат алмасу үрдістері, ағзанң иммундық және ферменттік жүйелеріне ғана емес, сондай-ақ тұрғындардың жалпы ауруларының артуына да қолайсыз әсеріне жүргізілген зерттеулері көп. Ғалымдарың зерттеулері бойынша тыныс алу мүшелерінің ауруына, әсіресе атмосфералық ауанының ластануы әсер етеді [13].
Түрлі-түсті металлургия өндірістік өнеркәсіптік аудандардағы зерттеулер ауаның металл аэрозольдармен ластану деңгейі нәтижесінде адамдардың жүйке жүйесінің ауруы және бүйректің қабынуы арасында байланыс бар екендігі анықталды. Қоршаған ортадан улы заттар адам ағзасына тыныс алу жолдары арқылы, тері, сондай-ақ ас қорыту жолдары арқылы түседі. Соның нәтижесінде элементтер мүшелер мен ұлпаларға жинақталады. Кадмийдің жоғары мөлшері бүйректе жинақталатыны анықталған. Қазіргі кезде таралуы жағынан да, әрекет етуі жағынан да қоршаған ортаны негізгі ластаушылар қатарына кадмий, сынап, мыс, мырыш, никель, хром жатады.
Өнеркәсіп, өндіріс орындарының, зауыт-фабрикалардың көптеп тұрғызылуы , мемелекетке экономикалық тұрғыдан оңтайлы әсер еткенімен, қоршаған ортамыздың ластануына алып келуде. Су қоймаларын ауыр металлдармен ластаушыларға өнеркәсіптік және тұрмыстық ағынды сулар, ерігіш және қатты өндірістік қалдықтар, өнеркәсіп қалдықтарын тастағаннан пайда болатын атмосфералық қалдықтар жатады (Кесте 1) [14].
Кесте 1 - Су қоймаларын ауыр металлдармен ластаушы өнеркәсіп орталықтары
Өндіріс
Металлдар
Керамикалық
Ba, Cd, Li, Mn, Se.
Ағаш өндірісі
Zn, Cd.
Бояу өндірісі
Ba, Cd, Co, Cu, Pb, Zn.
Машина құрастыру
Li, Zn, Mn.
Металлургиялық
Cd, Li, Zn, Pb.
Пиротехникалық
Ba, St, Li.
Пестицидтік
Cu, Li, Zn.
Тағамдық
Ba, Cd, Cu, As, K.
Резеңкетехникалық өнімдер
Ba, Ni, St.
Химиялық
Cd, Ag.
Әйнек өндірісі
Pb, Cr.
Тоқыма
Cu, As, Se, Li.
Фотоматериялдар
Pb, Cu, Zn, Cr.
Тірі организмдерге кадмий ионының әсері
Әр түрлі өндірістік мақсатта пайдаланылатын ағынды сулар мен топырақтарда кездесетін, жоғары токсикалық және қоршаған ортада аса кең таралған элементтердің бірі - кадмий.
Cd - күміс түсті металл; тығыздығы 8,65; Тпл = 3210С; Ткип = 766,50С. Cd сульфаты, хлориді, нитраты суда жақсы ериді.
Кадмий табиғи су және атмосфера құрамына кіреді. Судағы Cd концентрациясы орташа есеппен 0,0013 мгл-ге тең.
Қорғасын - мырыш заводтарының ағынды суларында Cd концентрациясы 1,5-5,0 мгл болса, машинақұрылыс заводтарында 1,0-6,0 мгл-ді құрайды. Сонымен қатар, үш металлөндіруші заводтарды зерттеу барысында, ағынды суларының құрамында Cd концентрациясы 0-ден 420 мгл аралығын құрайтыны анықталды [15].
Cd токсинділігі жоғары металл болып табылады. Ол адам организмінде көптеген уақыт бойы (20-30 жыл) жинақталып, өзінің әртүрлі токсинді әсерімен ерекшеленеді. Кадмий, сонымен қатар тірі организмдерге қатысты ерекше кумулятивті токсинділікке ие [16; 17]. Кадмий жануар ұлпаларының төменмолекулалы белоктарымен тығыз байланысып алады, және Zn және Cu сульфаттары секілді басқа токсинді иондармен синергетикалық түрде байланысып алуға икемді келеді [18]. Басқа ауыр металлдармен салыстырғанда Cd дамып келе жатқан организмдерге күшті токсинді әсер етеді. Ол эмбрионның әртүрлі органдарында морфо-функционалды өзгеріс тудыратын, өте күшті эмбриотикалық агент болып табылады. Cd - дің әр түрлі қосындылары эмбриондардың өліміне алып келетіні, органдардың массасының, олардың микро- және макроскопиялық өзгеруіне, яғни ұрықтың постимплантационды өлімін тудыратыны дәлелденген. Сүтқоректілер Cd-дің өте аз дозасымен уланған жағдайдың өзінде де, ауруға ұшырайды. Адамдарда ЛД көрсеткіші 150мгкг массаға 1,5 сағаттан кейін, иттер үшін -150-600 мгкг, тышқандарға 50100 мгкг, ал қояндарға 300-500 мгкг мөлшерде. Егер қан мен несепнәр құрамында Cd-дің концентрациясы 0,002 мгл-ден асқан жағдайда, оның адам организміне токсинді әсер ететіні дәлелденген [19].
Микробалдырлар суда кездесетін кадмий сияқты ауыр металлдар иондарына аса сезімтал болып келеді. Суға концентрациясы 0,05 мгл Cd хлорын қосқан жағдайда микробалдырлардың мөлшері 48 есе азайады, ал концентрациясын 0,5 мгл-ге дейін арттырған жағдайда 137 есе азайады. 0,1 мгл Cd хлоры балдырладың көбеюін тежейді. Ал, 0,1 мгл Cd нитраты олардың өліміне алып келеді [20].
Ең алғаш қоршаған ортаның Cd-мен ластануының зардабы Жапония мемлекетіне тиген болатын. 1955 жылы кадмийі бар құбыр суы әсерінен Дзинцу өзенінің ластануы, сонымен қатар осы аймақта өскен құрамында жоғары концентрациялы Cd бар күріштің әсерінен Итай-итай деп аталатын ауру туындағаны тіркелген. Тұрғындардың күрішті тұрақты пайдалануының әсерінен, Cd-дің күнделікті қажетті мөлшерінен 10 есе артық (600 мкг-ға дейін) организмге түсіп отырған. Ауруға негізінен орта жастағы және одан да үлкен әйел адамдар ұшыраған. Осы аурумен 223 адам тіркелген. Итай-итай ауруына шалдыққандардың организімінде белок мөлшері артып, бүйрек және сүйк ауруларына жалғасқан [21].
1970 жылдан бастап, жабайы және бірклеткалы Chlamydomonas reinhardtii жасыл балдырларының мутантты штаммдары, жасанды экожүйеге абиотикалық факторлардың әсерін зерттеу барысында маркер ретінде пайдалануға ыңғайлы екені анықталған [22].
Микробалдырлар суда кездесетін кадмий сияқты ауыр металлға сезімтал болып келеді.
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 [23]. Олардың көбісі қоршаған ортада кеңінен таралған және адамдарда ауру туғызуға қабілетті.
Австрияның азық-түлік институтының мәліметтері бойынша, ауыр металдар тобында ең қауіпті экотоксикант, шашыранды элементтерге жататын және көптеген минералдардың құрамында қоспа түрінде болатын кадмий болып табылады [24]. 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 [25].
1.2 Су экожүйелерінің мониторингі
Біздің елімізде экология және қоршаған орта мәселелері соңғы жылдары аса үлкен өзекті мәселелерге алып келуде. Көптеген өнідірістік, коммуналды-тұрмыстық және ауыл шаруашылық ағын сулары алдын ала тазалаусыз ашық су қоймаларға құйылуда. Кейбір суқоймалар құрамында органикалық заттардың, токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының концентрациясы жоғары болғандықтан адам денсаулығы мен табиғатқа қауіпті төндіруде. Жоғарыда айтылған мәселелерге байланысты экологиялық мониторинг, ластанулардың индикациясы және оларды жою үшін әдістерді құру өзекті болып табылады.
Экологиялық мониторинг - қоршаған ортаның жағдайын бақылау және тексеру жүйелері.
Экологиялық мониторинг нысандарына табиғи, антропогендік немесе табиңи-антропогендік экожүйелер жатады. Экологиялық мониторингтің мақсаты тек қана деректер жинау емес, сондай - ақ, жүргізілген тәжірибелер, болжамға негіз ретінде алынатын процестердің үлгілері кіреді [26].
Экологиялық мониторинг - табиғи құбылыстардың және антропогендік іс-әрекеттердің әсерінен қоршаған орта жағдайының өзгеруін, бақылау, бағалау, тексеру және болжау жүйелері. Мониторинг деген термин монитор сақтандырушы, қадағалаушы деген латын сөзінен алынған. Бұл термин БҰҰ-ның қоршаған орта жөніндегі Стокгольм конференциясының алдында бақылау ұғымын толықтыру ретінде пайда болды. Табиғи және антропогендік әсерлердің ерекшеліктері жеткілікті [27].
Антропогендік әсердің деңгейін шектеуші көрсеткіш болып экологиялық шектеулі рауалы жүктеме саналады. Былайша айтқанда, экожүйенің тұрақтылығышегінен аспайтын адамның шаруашылық қарекеті.Бұл шектен асушылық экожүйенің тұрақтылығының бұзылуына және ыдырауына апарып соғады [28]. Барлық экологиялық жүктемелердің жердегі бүкіл жиынтығы биосфераның шаруашылық сиымдылығы шегңнен асып кеткенде ғана қауіпті ахуал, экологиялық дағдарыс басталып, ол бүкіл биосферанығ азуына, қоршаған ортаның адамның денсаулығы мен оның шаруашылығының тұрақтылығы үшін ауыр зардптар болатындай болып өзгеруіне апарып соғады.
Объекттер, құбылыстар және процестер қатысында мониторинг түсінігі әртүрлі іс-әркеттерден тұрады: қадағалау және болжау, бақылау мен бағалау, адам үшін кері салдарды алдын-алу бойынша ұсыныстар жасау, бұлардың әрқайсысы белгілі бір әдістерді қолдануды қажет етеді [29]. 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 биоэкологиялық немесе санитарлық-гигиеналық мониторинг болып табылады, оның басты міндеті болып қоршаған ортаның адам денсаулығы мен халыққа әсер ету жағынан оны бақылау, себебі бұл көрсеткіш қоршаған ортаның сапасын көрсетеді [30].
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 [31].
Экологиялық мониторинг бойынша табиғи ортаны қадағалаудың кез келген жүйесі келесі операциялардан тұрады: экожүйенің тек биотикалық емес, сондай-ақ абиотикалық 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 [32].
Сонымен, теңіз ортасы жағдайының экологиялық мониторингін жүргізу үшін биологиялық көрсеткіштер жүйесі жасалады, бұл көрсеткіштерге организмдік және популяциялық деңгейлерге сәйкес мәліметтер, сондай-ақ биотестілеу мен генетикалық бақылау кіреді. 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[33].
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 [34]. 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.
Су қоймаларының негізгі ластану көзі - тұрмыстық және өндірістік қалдық сулар болып табылады. Қалдық суларды екі категорияларға: құрамында улы емес органикалық заттар бар, және құрамында улы органикалық және минеральды өнімдер, сонымен бірге радиобелсенді заттар бар деп бөледі. Бірінші категориялы суларға соңғы уақытқа дейін қала, ауылдан шығатын тұрмыстық өндірісі және т.б. еріген азот, кадмий және құрамында көміртегі бар органикалық заттарға бай қалдық сулар жатқызылды. Бірақ соңғы уақытта тұрмыстық сулар құрамында улы органикалық қосылыстар, жуатын құралдар құрамының негізгі компоненттері болып саналатын, беткі белсенді заттар көбеюде. Сонымен қатар, тұрмыстық қалдық сулардан адам, жануар және т.б. сыртқы көздерден түсетін патогенді микроорганизмдермен бактериальды ластануда тән.
Екінші категориялы қалдық суларға химиялық құрамы бойынша әртүрлі және сутоғандарындағы тірі организмдерге зиянды әсер ететін кадмий, селен, мышьяк, сынап, мыс т.б. болатын химиялық және металлургиялық өндіріс салаларының қалдық сулары жатады.
Сулардың ластануы бірінші және екінші болып бөлінеді. Бірінші ластану сыртқы көздерден түсіп және ластану көзіне тән аллохтонды микроорганизмдердің дамуы нәтижесінде туындайды. Ал екінші, ластану аймағынан түскен әртүрлі микроорганизмдердің өлуі және ыдырауы нәтижесінде пайда болады. Егер тіршілігін жойған организмдер құрамында улы заттар аккумуляцияланған (пестицидтер, детергенттер, радиобелсенді қосылыстар) болса екінші ластану қарқынды жүреді.
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 [35].
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 [36].
Қазіргі кезде сарқылмайтын ресурсымыз, таусылатынға айналып бара жатыр. Бүгінгі күні ауыз суы, өнеркәсіптік өндіріс үшін және егістіктерді суару үшін жарамды су әлемнің көптеген аймақтарында жетіспей жатыр. Қазіргі таңда 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 минералды шикізаттан алынатын химиялық реагенттерден миллиондаған куб метр түрлі ерітінділері жасалады [37].
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 [38].
Өнеркәсіптің ауылшаруашылығының және көліктің дамуы, қалалардың шоғырлануы, жер бетіндегі геотехникалық өзгерістер, ғарыштық және әлемдік мұхитты игеру -- осы аталғандардың бәрі жергілікті, аймақтық және жаһандық көлемде табиғи жағдайлардың өзгерістеріне әкеледі.
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 [39].
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 [40]. 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 [41]. Кейбір металдар канцерогенді әсерге ие. Сынап, қорғасын, күшән, марганец ұрпаққа жағымсыз әсер етеді. Биосфераның жылдан-жылға артық ластануымен байланысты ауыр металдардың таралу себептерін біліп, олардың мөлшерін анықтап тоқтату жолдарын білген жөн[42].
1.3 Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың 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 [43]. 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 [44]:
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 ету 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 [45].
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 [46].
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 [47].
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 [48].
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 [49]. 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 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 [50].
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 [51].
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 [52]. 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.
Индуцирленген мутагенезде УК сәулелерін 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 [53].
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 [54].
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 [55]. 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 [56].
1.4 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 (Сурет 1).
Сурет 1 - Chlamydomonas reinhardtii, Dangeard
Бұл ең ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Бауенова М.Ө.
КАДМИЙГЕ СЕЗІМТАЛ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII МУТАНТТЫ ШТАМДАРЫН АЛУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ҚОЛДАНУ
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
050701 - Биотехнология мамандығы
Алматы 2013
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті
Қорғауға жіберілді
Биотехнология кафедра-
сының меңгерушісі,
б.ғ.д., профессор__________________________ _ Заядан Б.К.
ДИПЛОМ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: КАДМИЙГЕ СЕЗІМТАЛ CHLAMYDOMONAS REINHARDTII МУТАНТТЫ ШТАМДАРЫН АЛУ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ҚОЛДАНУ
050701 - Биотехнология мамандығы
Орындаған:
4 курс студенті _____________________________ Бауенова М.Ө.
Ғылыми жетекші:
б.ғ.к., аға оқытушы _____________________________ Садвакасова А.К.
Норма бақылаушы: _____________________________ Болекбаева А.Б.
Алматы, 2013
РЕФЕРАТ
Дипломдық жұмыс 60 беттен, 5 кестеден, 13 суреттен және 63 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен, оның ішінде шет 5 ел әдебиеттерінен тұрады.
Кілтті сөздер: микробалдырлар, биомониторинг, ультракүлгін сәулесі (УС), ауыр металлдар.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутантты штамдарын алу;
2. Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
3. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Зерттеу объектілері: Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің табиғи және мутантты штамдары.
Зерттеу әдістері: микробалдырларды дақылдауда стандартты микробиологиялық әдістер, клеткалардың санын есептеу үшін Горяевтің камерасы, индуцерленген мутагенез әдісі пайдаланылды.
Алынған нәтижелер:
1. Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының табиғи түріне УК сәулелендіру арқылы мутагенез жүргізіп, Chlamydomonas reinhardtii СС-124у-1, Chlamydomonas reinhardtii СС-124р-1, Chlamydomonas reinhardtii СС-124у-2 және Chlamydomonas reinhardtii СС-124р-2 мутантты штамдары алынды.
2. Chlamydomonas reinchardtii табиғи және мутантты штамдарына скрининг жасау барысында кадмий ионына жоғары сезімтал Chlamydomonas reinhardtii CC-124р-2 мутантты штамы таңдап алынды.
3. Кадмий ионына жоғары сезімтал Chlamydomonas reinhardtii CC-124р-2 штамын пайдалана отырып, Текелі өзеніне биотестілеу жүргізілді. Алынған биотестілеу нәтижелеріне байланысты Текелі өзені суының ластанғанын көрсетеді. Текелі өзеніндегі судың сапасы 4-ші класқа, яғни ластанған суға жатқызылды.
Зерттеудің практикалық маңызы: Осы жүргізілген зерттеулердің практикалық маңызы УК сәулелермен әсер ету арқылы Chlamydomonas CC-124 табиғи штамына индуцирленген мутагенез жүргізу және алынған мутант штамдарынан кадмий ионына сезімтал штамдарды сұрыптап алу болып табылады. Алынған кадмий ионына сезімтал мутант штамдардың көмегімен ластанған су экожүйелеріне бақылау жүргізу.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
5
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
7
1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
7
1.1
Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
7
1.2
Су экожүйелерінің мониторингі
12
1.3
Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың рөлі
17
1.4
Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii - әр түрлі поллютанттардың токсикалығын бағалау үшін модельді объект
20
2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
27
2.1
Зерттеу объектiлерi
27
2.2
Зерттеу әдістері
28
2.2.1
Микробалдырларды әртүрлі жарықтандыру және қоректену жағдайларында дақылдау
28
2.2.2
Микробалдыр клеткаларын сандық есептеу әдістері
31
2.2.3
Мутантты штамдар алу бойынша тәжірибе қою әдістемесі
31
2.2.4
Кадмийге сезімтал микробалдырлардың селекциясы
32
2.2.5
Биотестілеу әдісі
32
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
34
3.1
Ультракүлгін сәулесі көмегімен Chlamydomonas reinhardtii мутант штамдарын алу
34
3.1.1
УК жарықпен сәулелендіргеннен кейін клеткалардың тіршілігін сақтап қалуы
2 36
3.1.2
Клеткалардың мутабильділігі
39
3.2
Микробалдырлардың табиғи және мутантты штамдарына кадмий ионына сезімтал штамдарды бөліп алу
47
3.3
Chlamydomonas reinhardtii CC-124 мутантты штамы көмегімен су экожүйелерінің күйін биотестілеу үшін микробалдырлар штамдарын қолдану
4
51
ҚОРЫТЫНДЫ
54
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
55
КІРІСПЕ
Біздің еліміз экономикалық жағынан қарқынды дамығаныменен, қоршаған ортаны қорғау және экология мәселелері өзекті проблемалар тудырып отыр. Кейбір су қоймалары құрамында органикалық заттар және токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының жоғары концентрациялары бар болғандықтан адам денсаулығы мен табиғатқа қауіп төндіру үстінде. Көптеген тұрмыстық, өндірістік және ауылшаруашылық ағынды сулары ешқандай тазартусыз ашық су қоймаларына ағызылып жіберілуде [1]. Осыған байланысты су экожүйелерінің ластану деңгейлерін анықтауға қолданылатын жаңа әдістерді өңдеу мәселелері өзекті болып отыр.
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, осыған байланысты қазіргі уақытта биотестілеу үшін ыңғайлы тест-объект табу немесе құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
Гидробионттарды қолдана отырып ағын сулар токсикалығын бақылауға, биотестілеуді ластанып жатқан табиғи сулар токсикалығын бағалау, экстракттар, жуындылар мен орталар токсикалығын санитарлы-гигиеналық мақсатта жылдамдатылған бағалау, зертханалық мақсаттарда химиялық анализ жүргізу үшін қолдануға болады.
Микробалдырлардың фотосинтетикалық аппараттары әр түрлі 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 [2]. Осыған байланысты биоиндикациялау үшін тест-жүйелер құрастыру өзекті мәселелердің бірі болып отыр.
Жұмыстың мақсаты: Индуцирленген мутагенез әдісімен Chlamydomonas reinhardtii СС-124 жасыл микробалдырының кадмий иондарына сезімтал пигменттік мутантты штаммдарын алу және олардың ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1. УК сәулелерімен әсер ету арқылы микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің пигментті мутантты штамдарын алу;
2 Жасыл микробалдыр Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының кадмий ионына сезімталдылығын анықтау;
1. Chlamydomonas reinhardtii-дің мутант штамдарының ластанған су экожүйесінің жағдайын бағалаудағы мүмкіншілігін зерттеу;
Жұмыстың өзектілігі мен жаңалығы: Қазіргі таңда елімізде қоршаған ортаның ластануы өзекті мәселеге айналып отыр. Қоршаған ортаның 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, судың пестицидтермен, басқа токсикалық заттармен ластану деңгейін, судың 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, оның ішінде ауыр металл кадмий ионымен ластанған су экожүйелерін биологиялық бақылауға арналған Chlamydomonas reinhardtii табиғи және мутант штамдары негізінде тест-штамдарды сұрыптап алу экобиотехнологияның өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ауыр металлдар және олардың тірі организмдерге әсері
Экологиялық токсиканттар - адам мен жануарларға ұзақ токсикалық әсер ететін, қоршаған ортаның улы химиялық ластаушылары, сонымен қатар ортаның биотикалық және абиотикалық компоненттерінде ұзақ уақыт бойы сақталуға, миграциялауға және жинақталуға қабілетті заттар [3].
ХХ ғасырдың 60- 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 [4].
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 [4].
Қоршаған орта мен адам денсаулығы үшін қауіптілігінің дәрежесі бойынша жоғары мәнге ие экотоксиканттарға бейорганикалықтардан ауыр металдар жатады. Қазіргі таңда көптеген экосистемалардың құрамында ауыр металлдардың санының артуы мен олардың шектеулі мүмкіндік концентрациясынан асып кетуі, жалпы адамзат баласы мен барлық тірі организмдердің өміріне аса қауіп төндіруде. Сондықтан да, ауыр металлдардың тірі организмдерге әсерін зерттеу, экологияның мағызды мәселесінің бірі болып табылады.
F.E.Mosey және D.A.Hughes (1975 ж.) бойынша ауыр металлдарға сілтілік (Na, K) және сілтілік жерметалдардан (Ca, Mg) басқа, тығыздығы 5гсм3 және А=50-ге тең металлдардың барлығын жатқызады [5].
Көптеген ауыр металлдар тірі организмдер өміріне аса қажет микроэлементтер ретінде кездеседі [6]. Олар витаминдер, ферменттер, гормондар, пигменттер және басқа да биологиялық активті заттардың құрамына ене отырып, биологиялық процесстерге қатысады. Дегенмен де, ауыр металлдар жоғары концентрацияда кездессе, организмдерге токсинді әсер етеді [7].
Ауыр металл иондарымен ластанған өндірістік ағын сулары әр түрлі су қоймаларына (теңіздер, көлдер, өзендер) келіп құятындықтын, организмдер тіршілігіне көптеген зардаптар алып келуде. Металлдар су және құрғақ аймақта тіршілік ететін тірі организмдердің биохимиялық цикліне ене отырып, оларға кері әсер етеді.
Ауыр металлдар табиғи суларда еріген және адсорбцияланған күйде кездеседі. Дегенмен де ауыр металлдар суға ионды түрде түседі де, тезірек ерітіндіге айналып, карбонат, сульфид немесе фосфат түрінде жинақталады.
Ауыр металл иондарына организмдердің биологиялық сезімталдылығы, металлдардың суда кездесетін формасына байланысты; мысалы, металлдардың комплексті қосылыстыры, металлдардың бейорганикалық иондар түріне қарағанда токсинділігі аз болып келеді [8].
Ауыр металлдардың қатарындағы, аса жоғары токсинділеріне Hg, Ag, Cu, Cd, Zn, Cr, Ni, Co жатады. Бұл токсинді металлдар тізімі организдер түріне және басқа да факторларға байланысты өзгеріп отырады.
Қазіргі кезде су қоймаларын ластаушылардың кең тарған түрлеріне мұнай, сынап, фенол, сонымен қатар нитрат, фтор, мышьяк, селен кадмий және т.б. жатады. Органикалық синтез өндірістерінің қарқынды дамуына байланысты су қоймаларының табиғи емес органикалық қосылыстармен ластануы жоғарлауда[9].
Құрамында ластаушы заттар бар қалдық суларды су қоймаларына шекті мөлшердегі концентрацияда жібереді. Мысалы, қорғасын үшін ШМК -0,1, мышьяк -0,05, селен -0,01, мырыш -1,0, сынап -0,005, цианид - 0,1, кадмий - 0,01, фтор - 0,5, акрил қышқылының нитрилі -2,0, хром (үш валентті) - 0,5, хром (алты валентті) - 0,1, триниротолуол - 0,5, капролактам -1,0, пикрин қышқылы - 0,5, ДДТ -0,2, тиофос - 0,003, метафос - 0,02, карбофос - 0,05, меркаптофос - 0,01, мұнай - 0,3, фенол - 0,001. Шекті концентрацияда сутоғандарының биоценозы бұзылмайды. Балық шаруашылығы тоғандарының ШМК төмен: мырыш -0,01, цианид - 0,05, кадмий - 0,005, мұнай және мұнай өнімдері - 0,05 мгл болады [10].
Қоршаған ортадағы көптеген химиялық ластаушылардың қауіптілігі, олар жоғары улы заттар ғана емес, сонымен қатар олардың көпшілігі тірі организмдерде ісіктер (канцерогенез) және тұрақты тұқым қуалаушы (мутагенез) өзгерістерді тудыратын қабелітке ие болады.
Метилсынап, мышьяк, селен, хром, берилий, кадмий, мырыш, қорғасын, азот тотықтары, сонымен қатар көптеген пестицидтер, нитроқосылыстар, көптеген беткі белсенді заттар, және басқа да органикалық синтез өнімі, полициклді ароматты көмірсулар, радионуклидтер канцерогенді әсермен қатар мутагенді әсергеде ие.
Ауыр металлдар ферменттік системаны зақымдап, тірі организмдердің өмір сүруін тежейді. H.Bowen (1966) ауыр металлдар тірі организмге әсер етуі кезінде ферменттердің қызметін тежейтінін зерттеген. Ол ауыр металлдардың тірі организмдердің әртүрлі макромолекулаларының сульфгидрильді топтарымен (SH) химиялық байланыс түзуге қабілетті болуымен байланысты. Ауыр металлдар ең алдымен ферменттер мен басқа да белоктық құрылымдардың қызметін тежеп, биохимиялық процесстердің жұмысының бұзылуына, клетка қабырғаларының зақымдануына алып келеді.
Ауыр металлдар сыртқы қоршаған ортадан, су қоймаларынан, ауыз суынан адам организміне түскен кезде, ағзаға концерогенді, мутагенді, тератогенді әсер етеді. As, Se, Zn, Ra, Pa ауыз су арқылы, Cr, Be, Pb, Hg, Ni, Ag, U, Pt ауыр металлдары басқа жолмен ағзаға түскен кезде, жылықанды организмдерге канцерогенді әсер етеді. Ал тәжірибелік жағдайда жануарларға Cd, Pb, Li тератогенді әсер етеді. Сr-дің кейбір қосылыстары адамға аллергиялық әсер береді [11].
Ауыр металлдар 10-2 - 10-3 мгл концентрацияда, балдырларда құрылымдық өзгерістер тудырады: фотосинтездің жүруін бұзады, құрылымының өзгеруіне алып келеді, депигментация тудырады. Ал, ауыр металл тұздарының әсерінен фотосинтезбен, митахондриялық тынысалудың жұмысы бұзылады. Хлоропластарға тәжірибие жасау кезінде, электрондардың тасымалдануына ауыр металл тұздарының ингибиторлы әсер ететіні зерттелген. Фотосинтез процесіндегі фотожүйе II компоненттерінің қышқылдануы ауыр металлдардың әсерінен туындап, процесстің жүруін бұзады.
Осы өзгерістердің барлығы тірі организмдерде жүзеге асады. Осы тірі организмдерде жүзеге асатын өзгерістердің әсерінен, олардың қоршаған ортамен зат алмасу процесі бұзылып, соңында өлімге алып келеді [12].
Қазіргі кезде осы ластаушылардың тек жеке зат алмасу үрдістері, ағзанң иммундық және ферменттік жүйелеріне ғана емес, сондай-ақ тұрғындардың жалпы ауруларының артуына да қолайсыз әсеріне жүргізілген зерттеулері көп. Ғалымдарың зерттеулері бойынша тыныс алу мүшелерінің ауруына, әсіресе атмосфералық ауанының ластануы әсер етеді [13].
Түрлі-түсті металлургия өндірістік өнеркәсіптік аудандардағы зерттеулер ауаның металл аэрозольдармен ластану деңгейі нәтижесінде адамдардың жүйке жүйесінің ауруы және бүйректің қабынуы арасында байланыс бар екендігі анықталды. Қоршаған ортадан улы заттар адам ағзасына тыныс алу жолдары арқылы, тері, сондай-ақ ас қорыту жолдары арқылы түседі. Соның нәтижесінде элементтер мүшелер мен ұлпаларға жинақталады. Кадмийдің жоғары мөлшері бүйректе жинақталатыны анықталған. Қазіргі кезде таралуы жағынан да, әрекет етуі жағынан да қоршаған ортаны негізгі ластаушылар қатарына кадмий, сынап, мыс, мырыш, никель, хром жатады.
Өнеркәсіп, өндіріс орындарының, зауыт-фабрикалардың көптеп тұрғызылуы , мемелекетке экономикалық тұрғыдан оңтайлы әсер еткенімен, қоршаған ортамыздың ластануына алып келуде. Су қоймаларын ауыр металлдармен ластаушыларға өнеркәсіптік және тұрмыстық ағынды сулар, ерігіш және қатты өндірістік қалдықтар, өнеркәсіп қалдықтарын тастағаннан пайда болатын атмосфералық қалдықтар жатады (Кесте 1) [14].
Кесте 1 - Су қоймаларын ауыр металлдармен ластаушы өнеркәсіп орталықтары
Өндіріс
Металлдар
Керамикалық
Ba, Cd, Li, Mn, Se.
Ағаш өндірісі
Zn, Cd.
Бояу өндірісі
Ba, Cd, Co, Cu, Pb, Zn.
Машина құрастыру
Li, Zn, Mn.
Металлургиялық
Cd, Li, Zn, Pb.
Пиротехникалық
Ba, St, Li.
Пестицидтік
Cu, Li, Zn.
Тағамдық
Ba, Cd, Cu, As, K.
Резеңкетехникалық өнімдер
Ba, Ni, St.
Химиялық
Cd, Ag.
Әйнек өндірісі
Pb, Cr.
Тоқыма
Cu, As, Se, Li.
Фотоматериялдар
Pb, Cu, Zn, Cr.
Тірі организмдерге кадмий ионының әсері
Әр түрлі өндірістік мақсатта пайдаланылатын ағынды сулар мен топырақтарда кездесетін, жоғары токсикалық және қоршаған ортада аса кең таралған элементтердің бірі - кадмий.
Cd - күміс түсті металл; тығыздығы 8,65; Тпл = 3210С; Ткип = 766,50С. Cd сульфаты, хлориді, нитраты суда жақсы ериді.
Кадмий табиғи су және атмосфера құрамына кіреді. Судағы Cd концентрациясы орташа есеппен 0,0013 мгл-ге тең.
Қорғасын - мырыш заводтарының ағынды суларында Cd концентрациясы 1,5-5,0 мгл болса, машинақұрылыс заводтарында 1,0-6,0 мгл-ді құрайды. Сонымен қатар, үш металлөндіруші заводтарды зерттеу барысында, ағынды суларының құрамында Cd концентрациясы 0-ден 420 мгл аралығын құрайтыны анықталды [15].
Cd токсинділігі жоғары металл болып табылады. Ол адам организмінде көптеген уақыт бойы (20-30 жыл) жинақталып, өзінің әртүрлі токсинді әсерімен ерекшеленеді. Кадмий, сонымен қатар тірі организмдерге қатысты ерекше кумулятивті токсинділікке ие [16; 17]. Кадмий жануар ұлпаларының төменмолекулалы белоктарымен тығыз байланысып алады, және Zn және Cu сульфаттары секілді басқа токсинді иондармен синергетикалық түрде байланысып алуға икемді келеді [18]. Басқа ауыр металлдармен салыстырғанда Cd дамып келе жатқан организмдерге күшті токсинді әсер етеді. Ол эмбрионның әртүрлі органдарында морфо-функционалды өзгеріс тудыратын, өте күшті эмбриотикалық агент болып табылады. Cd - дің әр түрлі қосындылары эмбриондардың өліміне алып келетіні, органдардың массасының, олардың микро- және макроскопиялық өзгеруіне, яғни ұрықтың постимплантационды өлімін тудыратыны дәлелденген. Сүтқоректілер Cd-дің өте аз дозасымен уланған жағдайдың өзінде де, ауруға ұшырайды. Адамдарда ЛД көрсеткіші 150мгкг массаға 1,5 сағаттан кейін, иттер үшін -150-600 мгкг, тышқандарға 50100 мгкг, ал қояндарға 300-500 мгкг мөлшерде. Егер қан мен несепнәр құрамында Cd-дің концентрациясы 0,002 мгл-ден асқан жағдайда, оның адам организміне токсинді әсер ететіні дәлелденген [19].
Микробалдырлар суда кездесетін кадмий сияқты ауыр металлдар иондарына аса сезімтал болып келеді. Суға концентрациясы 0,05 мгл Cd хлорын қосқан жағдайда микробалдырлардың мөлшері 48 есе азайады, ал концентрациясын 0,5 мгл-ге дейін арттырған жағдайда 137 есе азайады. 0,1 мгл Cd хлоры балдырладың көбеюін тежейді. Ал, 0,1 мгл Cd нитраты олардың өліміне алып келеді [20].
Ең алғаш қоршаған ортаның Cd-мен ластануының зардабы Жапония мемлекетіне тиген болатын. 1955 жылы кадмийі бар құбыр суы әсерінен Дзинцу өзенінің ластануы, сонымен қатар осы аймақта өскен құрамында жоғары концентрациялы Cd бар күріштің әсерінен Итай-итай деп аталатын ауру туындағаны тіркелген. Тұрғындардың күрішті тұрақты пайдалануының әсерінен, Cd-дің күнделікті қажетті мөлшерінен 10 есе артық (600 мкг-ға дейін) организмге түсіп отырған. Ауруға негізінен орта жастағы және одан да үлкен әйел адамдар ұшыраған. Осы аурумен 223 адам тіркелген. Итай-итай ауруына шалдыққандардың организімінде белок мөлшері артып, бүйрек және сүйк ауруларына жалғасқан [21].
1970 жылдан бастап, жабайы және бірклеткалы Chlamydomonas reinhardtii жасыл балдырларының мутантты штаммдары, жасанды экожүйеге абиотикалық факторлардың әсерін зерттеу барысында маркер ретінде пайдалануға ыңғайлы екені анықталған [22].
Микробалдырлар суда кездесетін кадмий сияқты ауыр металлға сезімтал болып келеді.
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 [23]. Олардың көбісі қоршаған ортада кеңінен таралған және адамдарда ауру туғызуға қабілетті.
Австрияның азық-түлік институтының мәліметтері бойынша, ауыр металдар тобында ең қауіпті экотоксикант, шашыранды элементтерге жататын және көптеген минералдардың құрамында қоспа түрінде болатын кадмий болып табылады [24]. 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 [25].
1.2 Су экожүйелерінің мониторингі
Біздің елімізде экология және қоршаған орта мәселелері соңғы жылдары аса үлкен өзекті мәселелерге алып келуде. Көптеген өнідірістік, коммуналды-тұрмыстық және ауыл шаруашылық ағын сулары алдын ала тазалаусыз ашық су қоймаларға құйылуда. Кейбір суқоймалар құрамында органикалық заттардың, токсикалық элементтер мен ауыр металдар иондарының концентрациясы жоғары болғандықтан адам денсаулығы мен табиғатқа қауіпті төндіруде. Жоғарыда айтылған мәселелерге байланысты экологиялық мониторинг, ластанулардың индикациясы және оларды жою үшін әдістерді құру өзекті болып табылады.
Экологиялық мониторинг - қоршаған ортаның жағдайын бақылау және тексеру жүйелері.
Экологиялық мониторинг нысандарына табиғи, антропогендік немесе табиңи-антропогендік экожүйелер жатады. Экологиялық мониторингтің мақсаты тек қана деректер жинау емес, сондай - ақ, жүргізілген тәжірибелер, болжамға негіз ретінде алынатын процестердің үлгілері кіреді [26].
Экологиялық мониторинг - табиғи құбылыстардың және антропогендік іс-әрекеттердің әсерінен қоршаған орта жағдайының өзгеруін, бақылау, бағалау, тексеру және болжау жүйелері. Мониторинг деген термин монитор сақтандырушы, қадағалаушы деген латын сөзінен алынған. Бұл термин БҰҰ-ның қоршаған орта жөніндегі Стокгольм конференциясының алдында бақылау ұғымын толықтыру ретінде пайда болды. Табиғи және антропогендік әсерлердің ерекшеліктері жеткілікті [27].
Антропогендік әсердің деңгейін шектеуші көрсеткіш болып экологиялық шектеулі рауалы жүктеме саналады. Былайша айтқанда, экожүйенің тұрақтылығышегінен аспайтын адамның шаруашылық қарекеті.Бұл шектен асушылық экожүйенің тұрақтылығының бұзылуына және ыдырауына апарып соғады [28]. Барлық экологиялық жүктемелердің жердегі бүкіл жиынтығы биосфераның шаруашылық сиымдылығы шегңнен асып кеткенде ғана қауіпті ахуал, экологиялық дағдарыс басталып, ол бүкіл биосферанығ азуына, қоршаған ортаның адамның денсаулығы мен оның шаруашылығының тұрақтылығы үшін ауыр зардптар болатындай болып өзгеруіне апарып соғады.
Объекттер, құбылыстар және процестер қатысында мониторинг түсінігі әртүрлі іс-әркеттерден тұрады: қадағалау және болжау, бақылау мен бағалау, адам үшін кері салдарды алдын-алу бойынша ұсыныстар жасау, бұлардың әрқайсысы белгілі бір әдістерді қолдануды қажет етеді [29]. 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 биоэкологиялық немесе санитарлық-гигиеналық мониторинг болып табылады, оның басты міндеті болып қоршаған ортаның адам денсаулығы мен халыққа әсер ету жағынан оны бақылау, себебі бұл көрсеткіш қоршаған ортаның сапасын көрсетеді [30].
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 [31].
Экологиялық мониторинг бойынша табиғи ортаны қадағалаудың кез келген жүйесі келесі операциялардан тұрады: экожүйенің тек биотикалық емес, сондай-ақ абиотикалық 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 [32].
Сонымен, теңіз ортасы жағдайының экологиялық мониторингін жүргізу үшін биологиялық көрсеткіштер жүйесі жасалады, бұл көрсеткіштерге организмдік және популяциялық деңгейлерге сәйкес мәліметтер, сондай-ақ биотестілеу мен генетикалық бақылау кіреді. 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[33].
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 [34]. 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.
Су қоймаларының негізгі ластану көзі - тұрмыстық және өндірістік қалдық сулар болып табылады. Қалдық суларды екі категорияларға: құрамында улы емес органикалық заттар бар, және құрамында улы органикалық және минеральды өнімдер, сонымен бірге радиобелсенді заттар бар деп бөледі. Бірінші категориялы суларға соңғы уақытқа дейін қала, ауылдан шығатын тұрмыстық өндірісі және т.б. еріген азот, кадмий және құрамында көміртегі бар органикалық заттарға бай қалдық сулар жатқызылды. Бірақ соңғы уақытта тұрмыстық сулар құрамында улы органикалық қосылыстар, жуатын құралдар құрамының негізгі компоненттері болып саналатын, беткі белсенді заттар көбеюде. Сонымен қатар, тұрмыстық қалдық сулардан адам, жануар және т.б. сыртқы көздерден түсетін патогенді микроорганизмдермен бактериальды ластануда тән.
Екінші категориялы қалдық суларға химиялық құрамы бойынша әртүрлі және сутоғандарындағы тірі организмдерге зиянды әсер ететін кадмий, селен, мышьяк, сынап, мыс т.б. болатын химиялық және металлургиялық өндіріс салаларының қалдық сулары жатады.
Сулардың ластануы бірінші және екінші болып бөлінеді. Бірінші ластану сыртқы көздерден түсіп және ластану көзіне тән аллохтонды микроорганизмдердің дамуы нәтижесінде туындайды. Ал екінші, ластану аймағынан түскен әртүрлі микроорганизмдердің өлуі және ыдырауы нәтижесінде пайда болады. Егер тіршілігін жойған организмдер құрамында улы заттар аккумуляцияланған (пестицидтер, детергенттер, радиобелсенді қосылыстар) болса екінші ластану қарқынды жүреді.
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 [35].
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 [36].
Қазіргі кезде сарқылмайтын ресурсымыз, таусылатынға айналып бара жатыр. Бүгінгі күні ауыз суы, өнеркәсіптік өндіріс үшін және егістіктерді суару үшін жарамды су әлемнің көптеген аймақтарында жетіспей жатыр. Қазіргі таңда 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 минералды шикізаттан алынатын химиялық реагенттерден миллиондаған куб метр түрлі ерітінділері жасалады [37].
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 [38].
Өнеркәсіптің ауылшаруашылығының және көліктің дамуы, қалалардың шоғырлануы, жер бетіндегі геотехникалық өзгерістер, ғарыштық және әлемдік мұхитты игеру -- осы аталғандардың бәрі жергілікті, аймақтық және жаһандық көлемде табиғи жағдайлардың өзгерістеріне әкеледі.
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 [39].
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 [40]. 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 [41]. Кейбір металдар канцерогенді әсерге ие. Сынап, қорғасын, күшән, марганец ұрпаққа жағымсыз әсер етеді. Биосфераның жылдан-жылға артық ластануымен байланысты ауыр металдардың таралу себептерін біліп, олардың мөлшерін анықтап тоқтату жолдарын білген жөн[42].
1.3 Су экожүйелерін зерттеудегі жасыл микробалдырлардың 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 [43]. 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 [44]:
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 ету 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 [45].
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 [46].
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 [47].
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 [48].
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 [49]. 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 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 [50].
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 [51].
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 [52]. 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.
Индуцирленген мутагенезде УК сәулелерін 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 [53].
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 [54].
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 [55]. 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 [56].
1.4 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 (Сурет 1).
Сурет 1 - Chlamydomonas reinhardtii, Dangeard
Бұл ең ... 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