Тұзданудың токсинді әрекеті

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 30 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1 ӘДЕБИЕТКЕ 7
ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ...
1.1 Тұзданудың өсімдіктерге және тұзға төзімділік механизіміне әсері 7
1.1.1 Тұздану жағдайында иондық гомеостаздың механизімін қалыпты ұстап 9
тұру ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
1.1.2 Тұзданудың токсинділік 10
әрекеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1.3 Өсімдіктердің тұздану стрессі кезіндегі пролиннің қорғаныштық 12
қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .
1.3 Өсімдіктің тұзға төзімдігін арттыратын әдістер 16
(прайминг) ... ... ... ... ...
1.4 Өсімдіктің тұздық стресске бейімделу процесіндегі биогумустың рөлі 18
2 ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІСІ ЖӘНЕ 20
ӘДІСТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.1 Зерттеу объектісіне 20
сипаттама ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
2.2 Зерттеу 21
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ...
3 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ 23
ТАЛҚЫЛАУ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ..
3.1 Әртүрлі тұздану кезіндегі жүгері өскіндеріндегі антиоксидантты 29
ферменттердің (пероксидаза) белсенділігінің өзгеруіне праймингтің әсері
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
... ... ... ... ... ... ... ... .. .
ҚОЛДАНЫЛҒАН 31
ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... .

КІРІСПЕ

Жер бетінің шамамен 25% және дақылданатын егістіктердің бес пайызы
әртүрлі деңгейде тұзданған. Тұздану бұл дақылды өсімдіктердің өнімділігін
шектейтін қауіпті экологиялық факторлардың бірі болып саналады. Қазіргі
кезде топырақтың екіншілік тұздану аумағы жоғарылап отыр.
Осылайша, тұздану ауыл шаруашылық дақылдардың өнімділігін лимиттеуші
және өсімдіктің тіршілік етуінің барлық жағына терең әсер ететін маңызды
фактор екені мойындалды. Осыған байланысты С4 фотосинтезі жүретін аса
бағалы өсімдік түрлеріне ерекше көңіл бөлініп отыр, олар жүгері, қонақ
жүгері, тарының кейбір түрлері, яғни шөлейттену мен тұздануға жақсы
жерсіндіріліп кетуге қабілетті өсімдіктер.
Бірақ стреспен әсер еткенде өсімдіктің жерсіндірілу механизімін
білмегендіктен жаңа төзімді формаларын дәстүрлі және дәстүрлі емес сұрыптау
әдістерімен алуға кедергі туғызады, сондықтан сенімді физиология-
биохимиялық сұрыптау өлшемдері қажет.
Өсімдіктерде цитоплазмалық аталық ұрықсыздықтың (ЦАҰ) анықталуы,
әсіресе жүгеріде, өміршеңдігі мен түсімінің жоғарылығымен бір-бірінен
ажыратылатын гибридті тұқымдарды алуда экономикалық қолайлы инструмент
болып табылады. ЦАҰ белгісі бар тұзға төзімді жүгері линияларын алу,
селекциялық программаларда қолданылатын гибридті тұқымдарды алудың ұтымды
және тиімді жолы болып табылады.
Өсімдіктерде стресс факторларының әсеріне жоғары төзімділік көрсетуде,
көптеген зерттеушілер көрсеткендей пролин мөлшерінің жоғарылауы маңызды рөл
атқарады. Өсімдіктерде пролин аккумуляциясы клеткканың жалпы көлемінің 5-
тен 10 пайызын құрайтын метаболиттік тұрғыдан маңызды цитоплазмалық
фракцияларға таралады. Ол клеткалық биополимерлердің құрылымына протекторлы
әсер етеді және олардың интактілі гидрационды сферасын ұстап тұрады.
Өсімдік клеткасының стреске қарсы өте күшті әрі терең эшелонған
қорғаныс жүйесі бар. Оған мынадай бірнеше ферментттер кіреді пероксидаза,
каталаза, супероксиддисмутаза, сонымен қатар ферментативтік емес қорғаныс
механизмдері, α-токоферол, аскорбат және т.б. Осылайша, пролин синтезінің
деңгейін және антиоксидантты ферменттердің (пероксидаза) активациясын
клетканың тұздану стресіне көрсеткен жалпы маманданбаған қорғаныш реакциясы
деп қарастыруға болады.
Тұздардың жоғары концентрациясында тұқымның өсуін жақсарту үшін тұқымды
алдын ала өңдеу қажет. Табиғи органикалық қосылыстар, фузикоцин,
гибберелин, пролин, глицин, бетаин сияқтылар тұқымның өсуін реттегіштер
ретінде белгілі, бірақ тұқымды алдын ала өңдеуге пайдалануға өте қымбат.
Барлығымыз білетіндей, биогумустың құрамында өсуді жылдамдататын және
тұзды стресті төмендететін компоненттер бар. Биогумустан жасалған
препараттар дақылды өсімдіктерді алуда әлемдік практикада сәтті
пайдаланылуда және "Гумисол", "Гумистар"," Хумусил" деген атпен белгілі.
Ұсынылып отырған зерттеулер ЦАҰ белгісі бар жүгерінің алдын ала биогумуспен
өңдеудің нәтижесінде тұздану стресіне жоғары потенциалды төзімділік көрсету
қабілеттілігін зерттеуге негізделген.
Зерттеу жұмысының негізгі мақсаты адаптация ферментінің белсенділігі
мен ЦАҰ белгісі бар жүгері клеткаларының тұздану стресінің әрекетіне
қорғаныш қасиетін зерттеу болып табылады.
Бұл мақсатқа жету үшін келесі талаптар қойылады:
- биогумустың биологиялық белсенді препараттарымен тұқымды алдын
ала өңдеудің ЦАҰ белгісі бар жүгері өскіндеріндегі ақуыздың жалпы
мөлшеріне әсерін зерттеу;
- жүгері өскіндеріндегі пролиннің деңгейіне тұзданудың әсерін
зерттеу;
- тұздану жағдайында жүгері өскіндеріндегі пероксидаза
белсенділігінің деңгейін анықтау.

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1. Тұзданудың өсімдіктерге және тұзға төзімділік механизіміне әсері

Топырақты ерітіндіде тұзданудың жоғары концентрациясы ерітіндінің
осмостық потенциалын төмендетеді және судың мөлшерін шектейді, осылайша
өсімдіктің тіршілік ету функцияларын жойып жібереді. Бұл құбылыстың
токсинділігі клеткалардың цтоплазмасына тұздың енуімен байланысты.
Өсімдіктердің көпшілігі цитоплазмада 100 мМ концентрацияда натрий ионының
болуын көтере алмайды 1. Тіпті әлсін тұзданған топырақта күшті өсетін
галофиттердің де ферменттері натрий ионының болуына сезімтал, яғни
гликофиттер сияқты, осы натрий ионы негізінен цитоплазмада емес вакуолде
локализденген 2. Натрий ионының токсинділік әрекеті деп, олардың
осмореттеуге, фотосинтезге және тағы басқа процестерге қатысатын калий
иондарымен бәсекелесуін айтады. Хлоридтер де өсімдіктерге өте зиянды болып
келеді, сондықтан да хлоридті тұздануды зерттеу актуалді мәселе болып
табылады. Тұзданудың зиянды әсері комплексті сипатқа ие және клетканың
осмостық баллансының бұзылуына негізделген, ол өсімдіктің сулы режиміне
және иондар (Na+, SO42-, Cl-, CO32) клеткадағы физиологиялық және
биохимиялық процестерге тікелей токсинді әсер етеді. Осылай әсер ету,
клеткада тургордың азаюы, мембрана қызметінің, фермент активтілігінің және
фотосинтездің тежелуі, селективті ион тасымалының бұзылуынан кейбір
иондардың жетіспеуі, төзімділікті ұстап тұруға энергия мөлшерінің көп
бөлігін қолдану нәтижесінде болады 3.
Өсімдіктің тұздану жағдайына бейімделуін арттыратын төзімділік
механизмі, әр түрлі болуы мүмкін, олар әлі толық зерттелмеген. Көптеген
өсімдіктерге иондардың токсинді әсерінен құтылуға мүмкіндік беретін
механизмдері болады. Токсинді иондардың тамыр жүйесіне енуі, олардың
ксилеманың паренхималы клеткалармен абсорбциялануы және ксилема мен флоема
арасындағы өзіндік алмасу, өсіп жатқан және өспей тұрған өсімдік бөліктері
арасындағы иондық градиенттің түзілуі, галофитті жағдай, темір тұздарында
немесе трихомаларда иондардың оқшаулануын болдырмайды. Галофиттер
дегеніміз, барлық өмір циклінде тұздар жоғары деңгейде болса (300 мМ астам)
да, өсуге қабілетті өсімдіктер, гликофиттер мұндай жағдайда өсе алмайды.
Галофиттер өсімдік түріне байланысты 20-500 мМ тұзда оптимальді өседі (NaCl
теңіз суында, барлық еріген тұздардың 80% құрайды, ол 500 мМ сәйкес келеді)
4.
Клеткаға иондардың жоғары мөлшерін жеңіп шығуға мүмкіндік тудыратын
төзімділіктің алғашқы механизмдері, мембрананың жартылай өткізгіштігіне
байланысты иондардың пассивті ерекшелігін косады, ол иондық насостармен
немесе жылдам өсу кезіндегі су мөлшерінің жоғарлауымен іске асады.
Тұздану стресі осмостық стреспен жүзеге асады және клетка тургорының
шығымына әкеледі. Осмореттегіш иондардың компартментализациясына (Na+,K+
және т.б.) немесе өсімдіктер өзінің органикалық осмотиктерін түзу арқасында
жүзеге асуы мүмкін. Ол өсімдікте су тасымалын ұстап тұруға қажетті мөлшерде
осмостық активті заттардың клетка ішілік концентрациясымен қамтамасыз етуі
мүмкін. Цитоплазманың қалыпты осмостық кысымына әкелетін вакуольдағы ион
компартментализациясы тұздану стресіне клеткалық жауап моделі ретінде
алынған 5. Вакуольдағы тұздардың компартментализациясы цитозольдегі
осмостық активтілігі органикалық заттардың аккумулясымен жүзеге асады.
Тұздану жағдайына өсімдіктің бейімделуі көптеген жолдармен жүзеге
асады. Олардың ішіндегі маңыздылары – осмореттегіш және мамандандыру,
немесе тасымалдаушы процесстердің модификациясы. Сондықтан да тұзға төзімді
формаларды алу үшін, ортаның иондық құрамы және өсімдік генотипіне
байланысты иондардың тасымалын дәлірек зерттеу қажет. Тұзға төзімді түрлер
вакуольдарында Na+ жинақтауға және оны ксилемадан адсорбциялап, ортаға
тасымалдауға қабілетті. Плазмолеммадағы K-Na айналымының және Na+ мен Cl-
клетка вакуольдарында және клетка қабырғасында жинақталу ерекшелігі кейбір
зерттеулерде жазылған, онда төзімілігі жоғары өсімдіктерде Na+ ионын сумен
айдап шығару үшін эффективтілігі жоғары механизмнің бар екендігі туралы
болжамдар айтылған. Өсімдіктің тұзға төзімділігінің жоғары болуы,
біріншіден, Na+ мен Cl- жас жапырақтардан шығарылып тасталуына, екіншіден,
Na+ жапырақтарда базипетальді қозғалуына және оның субстраттан шығарылып
тасталуына, үшіншіден, Cl- тамырдан сабаққа дейін көтерілуі шектеулі
болуына негізделгені дәлелденген 6.
Тұздану жағдайында өсімдіктердегі өсу процесінің тежелу себебінің бірі,
фитогормондардың мөлшері және ара қатынасының өзгеруі 7. Тұздану кезінде
өсімдіктерде гормондардың мөлшері төмендеп, тежегіштер саны жоғарлайды,
соның салдарынан эндогенді стимуляторлардың тежегіштерге ара қатынасы
бірден қысқаратыны көрсетілген. Ауксиндік стимуляторлар клетканың бөліну
механизміне, ал гибберелиндер олардың ұзаруына әсер етеді. Бұл
стимуляторлардың деңгейінің өзгеруі тұздану кезіндегі бөлініп өсу және
ұзарып өсудің түзілуіне себепші болады. Бір тәжірибелерде тұздану кезінде
өсімдік мүшелерінде цитокинин мөлшері өзгермегенде абсциз қышқылының
мөлшері жоғарлайды, басқаларында цитокинин мөлшері төмендейді.
In vitro өсу жағдайындағы клеткаларда белгілі бір заттардың синтезі
арқасында өсімдіктердегі сияқты осмореттеу жүрді. Тұздану стресіне
клетканың бейімделуі кезінде полипептидті геннің 26 кДа экспрессиясы
анықталды 8. Жаңа полипептид синтезі сезімтал клеткалардың бейімделуінің
кеш кезеңдерінде және де төзімді клетка линияларында табылды. Белок екі
формада кездеседі: суда еритін (осмотин-1) және детергенттерде еритін
(осмотин-2), олардың ара қатынасы 2:3 болады. Тұздылығы жоғары ортада өсуге
бейімделген темекінің клеткалық дақылдарында, осмотин барлық белок
мөлшерінің 12% құрады. Осмотин молекулалық массасы, аминқышқылдық құрамы
және N-соңы тізбегі бойынша тәтті белок – тауматинге ұқсас. Ол ерекше
мүшелер вакуольда қорға жиналады, сонымен қатар цитоплазмада таралған.
Өсімдіктердің тұзға төзімділігінің генетикалық табиғаты белгісіз болып
қалуда.
Жалпы өсімдіктердің тұзға төзімділігін бағалау өте күрделі мәселе,
себебі әрекеттің зияндылығы тек 10 күннен кейін хлорофилдің бұзылуы мен
дақтардың пайда болуынан байқалады. Көп жағдайда тұзға төзімділігі бойынша
ажыратылатын өсімдіктердің өсуі, тұзданудың бастапқы әрекетінде бірдей
дәрежеде тоқтатылады 9. Бұл заңдылық арпаның тұзға төзімді өсімдіктері
мен сезімтал бидай өсімдіктерінің өсу реакцияларын салыстырғанда байқалады.
Алғашқы 15-20 күнде тұздану бірдей деңгейде олардың өсуін тежеп отырды, тек
содан кейін ғана бидай өскіндерінің өсуінің күшті тежелгені байқалған, бұл
токсинді әрекет, ескі жапырақтардың сарғаю уақытымен сәйкес келген. Яғни
өсімдік белгілі бір шектеуге дейін иондық гомеостазды ұстап тұруға және
цитоплазмада токсинді иондардың жинақталуының алдын алуға қабілетті.
Өсімдік клеткасында тұзға ең төзімді органоид митохондриялар болып
табылады. Тұздану кезінде олардың ісінуі мүмкін, ал бұл жағдай өз алдына
тотықтырғыш фосфорилденудің ыдырап кетуі мен мембраналардың өткізгіштігінің
бұзылуына әкеп соғады, яғни өсімдік организімінің энергияны аккумуляциялау
механизімінен ажыратады. Бұнда өсімдік клеткаларына ең қауіптісі энергия
тасымалдаушы АТФ-азалы белсенділік өзінің бағытын өзгертеді, яғни
тасымалдаушыдан тұтынушыға ауысады. Осылайша өсімдік организімінде
"энергетикалық аштық" басталады 10. Әсіресе бұл хлоридті тұздануда
байқалады. Тұздардың жоғарғы концентрациясының қауіпті әсері цитоплазманың
беткейлік зақымдануымен байланысты, нәтижесінде оның өткізгіштігі күшейеді,
заттарды таңдау арқылы жинақтау қабілеттілігін жоғалтады.
Қоршаған ортада тұзданудың тигізетін әсері туралы мәліметтерді талдап
қорытудың нәтижесінде келесі факторларды атап өтуге болады:
1. Барлық өсімдікті сумен қамтамасыз етуі қиындай түседі, осыдан
осморегуляция механизімі де нашарлайды;
2. Ортаның минералды құрамының дисбалансы нәтижесінде өсімдіктің
минералды қоректенуінің бұзылуы;
3. Күшті тұзданудан стресс факторының пайда болуы;
4. Токсинділік

1.1.1 Тұздану жағдайында иондық гомеостаздың механизімін
қалыпты ұстап тұру

Тұзданудың өсімдікке әсерін клеткаға натрий ионының енуінен бастап
қарастыруға болады 11. Билипидті қабаттан иондардың тасымалдануы иондық
каналдар немесе тасымалдаушылар арқылы жүзеге асады 12. Өсімдік
клеткасының мембраналарында, жануарларға қарағанда Na+ - селективті канал
әлі күнге дейін табылмаған. Бірақ та электрофизиологиялық және молекла-
генетикалық әдістердің жетілдірілуімен, тамырдың плазмалемма клеткаларында
Na+ -дің клеткаға жеткізілуін жүзеге асыруға қабілетті ион-тасымалдаушы
құрылымдардың бірнеше түрін табуға мүмкіндік туғызды.
Қоршаған ортада тұздың концентрациясының жоғарылауына клетканың
тұрақтылығы (1) клеткаға иондардың келіп түсуін төмендету арқылы; (2)
олардың клеткадан SOS I каналы арқылы шығуының белсенділігін жоғарылатуына
байланысты және (3) олардың вакуольге экспорты арқылы жүзеге асады. Онымен
қоса, осы атап өткен механизімдер өсімдік клеткасының тұзға төзімділігінің
артуын қамтамасыз ете алмайды. Жапырақ клеткалары тамыр клеткаларының
тіршілік ететін ортасынан біраз айырмашылығы бар. Бұнда токсикалық
иондардың үнемі өркенге келіп түсуі немесе натрий иондарының клеткадан
қайтадан сыртқа шығуы, апопласта иондардың біртіндеп жинақталуына, оның
осмостық потенциалының төмендеуі мен клетканың өліміне әкеп соғады.
Көптеген өсімдіктер үшін, яғни өздерінің ағзасында арнайы тұзды шығарып
отыратын бездері болмағандықтан, жапырақ клеткаларының деңгейінде токсинді
иондардан қорғанудың бір ғана механизімі бар – оларды вакуольге тасымалдау.
Токсинді иондардың флоэмаға жинақталып және олардың тамырға қайтадан
реэкспорты тұзға төзімділікті әдетте арттыратын еді. Әдебиеттерде,
өркендерден флоэмаға натрий иондарын экспорттауда НТК1-дің мүмкін болатын
рөлі жайлы мәліметтер келтрілген 13. Сонымен қатар, натрий флоэманың
қалыпты функциалануына зиянды деп саналады, сондықтан өркеннен токсинді
иондарды эвакуациялаудағы оның рөлін шектеп отырады. Ксилемамаен
салыстырғанда, флоэма арқылы натрий иондары аз түсетіндіктен, жас, әлсіз
транспирацияланатын жапыраққа токсинді иондардың ағынын шектейді 14.
Клеткаларға токсинді иондардың шектеулі түрде келіп түсуі және жұтылған
иондардың қайтадан апопластқа лақтырылуы – тамыр клеткаларының көпшілігіне
үйреншікті нұсқа, бірақ бұл жағдайда да жағымсыз нәтижелерге әкеп соғуы
мүмкін 15.

1.1.2 Тұзданудың токсинді әрекеті

Жоғарыда айтылып өткендей, тұзданудың токсинді әрекеті бірден
байқалмайды 16. Бірақ ерте ме, кешпе иондардың токсинділігі некротинді
дақтардың пайда болуы түрінде көрінеді және тағы басқа. Бұның себебі
токсинді иондар үшін вакуолдердің көлемінің жоғарылауы, олардың цитоплазма
мен хлоропластарда жинақталуы және белок синтезі мен фотосинтезге қажетті
калий иондарының концентрациясының төмендеуі. Фотоситездің бұзылуының
нәтижесінде оттегінің реактвті формаларының түзілуі жүреді, яғни
мембрананың біртұтастығы, хлоропластың құрылымы бұзылады, сонымен қатар
хлорофилдің бұзылуы мен клетканың өліміне әкеп соғады. Оксидативті стресс,
осмотикалық тітіркенуге тән қасиет болып табылады, бұл кезде антиоксидантты
реакцияға қатысатын гендердің экспрессия деңгейі жоғарылағаны байқалған.
Бірақ табиғи жағдайда топырақ ерітіндісінің тұздануына сәйкес мөлшерде,
яғни өте төмен тұздану жағдайында (50-100 мМ NaCI) бұндай жылдам тітіркену
реакциясы байқалмауы да мүмкін, әйтсе де, өсімдіктердің өзін оксидативті
стрестен қорғайтын қабілеті, өсімдіктің төзімділігін арттыруға атсалысатын
сияқты. Оксигенді фотоситез және аэробты тыныс алу - өсімдік және жануарлар
клеткаларын, сонымен қатар көптеген бактерияларды энергиямен қамтамасыз
ететін екі фундаменталді процесс болып табылады. Бұл екі процесс те
молекулалы оттегінің тотығу-тотықсыздануға айналуымен байланысты.
Молекулалы оттегінің қатысуы, өте күшті тотықтырғыш болып табылады, себебі
оттегінің молекуласы тұрақты және биомолекулалармен спонтанды реакцияға
түспейді. Бірақ барлық аэробты организмдерге клеткада оттегінің белсенді
формаларының (ОБФ) түзілуімен байланысты үнемі қауіп төніп тұрады. Бұл
терминнің астарында өте жоғары реакциялық қабілеттілікке ие оттегінің
формалары туралы айтылып отыр, олар биологиялық молекулалардың барлық
класын дерлік тотықтыра алады деп айтса да болады – ақуыздарды,
мембраналардың липидін, ДНҚ молекулаларын және тағы басқа.
ОБФ-на синглетті оттегіні (О2), супероксид анион радикалды (О˙2),
гидропероксидті радикалды (НО˙), кейбір жағдайда озонды (О3) жатқызады. ОБФ
әрдайым молекулалы оттегі қатысатын реакциялар мен процестерде өсімдік және
жануар клеткаларында түзіледі. Қалыпты функцияланатын клеткаларда ОБФ төмен
деңгейде болады, себебі арнайы ферменттік жүйелер үнемі оларды жоюмен бос
емес. ОБФ-ның түзілуі өсімдік клеткаларының барлық бөлігінде жүреді, бұл
ферментативтік емес (мысалы, фенолдың, хинонның, флавиннің, тотығу-
тотықсыздану реакциялары, гем және құрамында SH тобы бар қосылыстардың
автототығуы) және ферментативтік процестермен байланысты. ОБФ түзілуіне
клетканың мембраналық құрылымына электрон тасымалдағыш тізбектердің
функциялануы да өз үлеін қосады.
Бұлардың рөлі екі жақты - өсімдік (немесе жануар) клеткасы ОБФ сигналды
молекула ретінде және оларға ішкі немесе сыртқы сигналдарды талдауға
көмектесетін екіншілік мессенджерлер ретінде қабылдайды және пайдаланады.
Сонымен қатар, кейбір жағдайларда өсімдік клеткасы әдейі ОБФ өндіре
бастайды, олардың көмегімен көптеген процестерді қосу үшін. Клеткалардың
стресс жағдайы туралы сыртқы сигналды қабылдауы, зақымдану репарациясына,
гомеостаздың түзілуіне және жаңа шарттарға жерсіндірілуге қажетті өнімдерді
экспрессиялайтын гендерге сигналды жүйені жібереді. Белгілі болғандай ОБФ
стресс жағдайында сигналды жүйелерде өте маңызды рқл атқарады. Сутегі асқын
тотығының екіншілік мессенджер ретіндегі рөлі, фермент-антиоксидантттардың
синтезін, аскорбат пен глутатионның синтезін бақылайтын экспрессиялаушы
гендермен байланысты. ОБФ клетка өлімінің белсенді бағдарламасымен
байланысқан (апоптозбен) жапырақтар мен гүлдердің қартаю процесіне
қатысады. Бұл бағдарлама клеткаларды таңдаулы түрде зақымдауға бағытталған.
Жоспарланған клетка өлімі, клетка құрылымы мен ақуыздарды таңдаулы
зақымдайтын ферменттердің активтелуімен байланысты. ОБФ апоптоздың
реттелуіне қатысады, өйткені ол оның дамуы мен өтуіне әсер етеді. ОБФ
деңгейінің жоғарылауы клетка өлімінің көп жағдайында байқалады,
детерминденген кезде, мысалы, жоғары сезімталдылық пен қартаю реацияларында
жақсы байқалады.
ОБФ-ның антиоксидантты жүйедегі рөлі жайындағы мәліметтер біркелкі
емес. Орташа концентрациядағы ОБФ-сы клеткада стресс сигналдарын жеткізіп
тұрушы компонент болып табылады 17. Жалпы сутегінің асқын тотығы МАР-
киназды каскаданың индукторы болуы мүмкін 18. Бірақ ROS-тың жоғары
концентрациясы өсімдікке зиянды және олардың интактивациясы тірі қалуға өте
маңызды. Авторлардың айтуы бойынша, төзімділікті қалыптастыру үшін
өсімдіктің зақымдануды репарациялауға қабілеттілігіне қарағанда,
зақымдануды болдырмау қасиетінің болғаны ұтымды болар еді. Осылайша
төзімділікті қалыптастыруда, цитоплазмада натрий иондарының жинақталуының
нәтижесінде жапырақта түзілетін ОБФ-ның инактиваторына қарағанда, жапырақта
натрий ионының жинақталуының алдын алу қабілеттілігі маңыздырақ болып отыр.
Әйтсе де, төзімділікті қамтамасыз ететін кейбір процестер, ОБФ түзілуімен
жүруі мүмкін. Натрий ионының үлкен мөлшерін жинақтап алған пісіп-жетілген
жапырақтарда ОБФ-ның қалыптасуы жақсы әсерін тигізуі мүмкін. Кәрі
жапырақтардың өлуі иондардың жас ұлпаларға ағынының алдын алады, сөйтіп
оларды натрий ионының токсинді әрекетінен қорғайды.

1.1.3 Өсімдіктердің тұздану стрессі кезіндегі пролиннің қорғаныштық
қызметі

Хлорлы тұздану жағдайында өсімдіктің өнімділігінің төмендеуі қоршаған
ортаның өзгерісіне өсімдік реакциясының әр түрлі сипаты болып табылатын
өсуін тежейтіні анықталады. Өсімдіктің тежейтін деңгейі және биомассасының
төмендеуі, субстраттағы тұз концентрациясы мен тұзданудың ұзақтығына
байланысты тікелей коррелятивті жағдайда болады. Бірақ өсімдікте иондардың
жинақталуы мен олардың тұзға төзімділігі арасындағы тікелей байланыс әліге
дейін анықталмаған. Өсімдіктің өсуіне тұздардың жанама әсері белгісіз.
Кебір авторлар, тұздану жағдайында өсімдіктің өсуінің төмендеуі, олардың
ұлпаларындағы шектен тыс мөлшердегі тұздың тікелей емес әсері, ал тамырдың
олардың өсуі үшін қажетті метаболизм өнімдерін өркенге тасымалдау
қабілеттілігінің нашарлауы, яғни қоректік элементтердің топырақтан келіп
түсуінің төмендеуі, олардың тамыр алу және өркендерге тасымалдануының азаю
деп тұжырымдайды. Онтогенездің басында өсімдіктің өсуіне қарсы әсер етеді,
жиірек кейбір минеральді қоректік элементтердің келіп түсуінің тежелуі мен
айналымға түсу әсерінен болады.
Қазіргі уақытта өсімдіктердің стреске төзімділігінің көрсеткіші
ретінде, аланин, φ-аминмай қышқылы, пролин, цистеинге бірнеше қышқылдар
белгіленді 19. Әдебиеттердегі мәліметтер бойынша, пролин және оның
туындылары деңгейінің жоғарлауы, сулы, тұзды және температуралық
стрестерде байқалады. Пролин клетканың осмостық қысымының жоғарлауын
қамтамасыз ете отырып, өсімдіктің су жетіспеушілігіне төзімділігін
жоғарлатады.
Пролин (пиролидин-α-карбон қышқылы) – гетероциклдік амин қышқылы
(анығырақ, имино қышқыл). Екі оптикалық изомер түрінде – L және D, сонымен
қатар рацемат түрінде кездеседі. L-пролин – 20 протеиногенді амин
қышқылдарының ішіндегі біреуі. Эмпириялық формуласы - C5H9NO2.
Пролин, басқа төмен молекулалы протектор ретінде, биологиялық
мембраналардағы судың күйін өзгертеді. Мысалы, су жетіспегенде, өсімдік
клеткаларында пролин бар болса, ол дегидратталған мембраналарындағы қалыпты
жағдайын қалпына келтіре алады.
Жоғары сатыдағы өсімдіктер тұздар әсеріне жауап ретіндегі пролин
аккумуляциясының деңгейі бойынша әр түрлі болады. Пролин-аккумуляциялаушы
түрі (арпа, томарикс және т.б.) – стресс кезінде оның мөлшері 100 есе
жоғарлайды. Ал күнбағыс сияқты өсімдіктердегі осмореттеуде пролиннің
үлесінің аздығы сонша, стресс жағдайларында ол бейімделу маңызына ие емес.
Амин қышқылының жинақталуына ұқсас емес қабілеті – сірә әр түрлі
метаболиттік жүйелеріне стрестік генетикалық детерминантталған мөлшер
реакциясы яғни, әр түрлі өсімдіктердің пролин синтезіне қатысатын
ферменттері тұз әсеріне төзімділігі түрліше болады.
Өсімдіктерде пролин аккумуляциясы салыстырмалы аз мөлшерде таралады,
бірақ жалпы клетка көлемінің 5 тен 10% дейінгі клетканың метаболитикалық
маңызды цитоплазмалық фракциясын құрайды. Ол клеткалық биополимерлердің
кеңістіктік құрылымына протекторлы әсер етеді және олардың интакты тартылыс
сферасын ұстап тұрады. Пролиннің суда ерігіштігі жоғары болады. Пролиннің
гидрофильді қасиеті ерекше, өйткені олардың молекуласының гидрофильді ғана
емес гидрофобты да аймақтары болады. Физико – химиялық әдістермен пролиннің
қасиетін зерттеу негізінде, иминоқышқылдың жоғары ерігіштігі, гидрофильді
және гидрофобты топтарының болуына байланысты олардың молекуласының
агрегаттар түзу қабілетіне орай жүретіндігі жайлы қорытынды шығарды.
Түзілген полимерлер өздерін гидрофильді коллоидтар сияқты ұстайды.
Сондықтан да пролин детергенттерге ұқсас белоктарға әсер етпейді және
белоктардың молекула аралық гидрофобты ара қатынасқа түспейді, ол оларды
денатурацияға ұшыратады, ал беттік гидрофобты қалдықтармен ғана
байланысады.
Пролиннің ферментті ингибирлеу қабілетінің өте төмендігі мен оның
жоғары ерігіштігі расындағы сәйкессіздігі клетка көлемінің ерігіштігін
жоғарлатады, осылайша цитозольдағы тұз концентрациясын төмендетеді.
Агрегаттар молекуласымен ерекше әсерлесу сипаты белоктармен параллель
ерігіштігін жоғарлатады және оларды денатурациядан қорғайды. Шевяков
пролиннің осмореттеуші ретінде әсер ететіндігі туралы болжам айтқан.
Тұздардың жоғары концентрациясы белок синтезін тікелей немесе жанама
тежейді, құрылымын бұзады және азоттың біріншілік ассимиляция
ферменттерінің активтілігін ингибирлейтіні анық 20. Бұл өсімдік
ұлпаларында аминқышқылдарының жинақталуына әкеп соғады, олардың
кейбіреулері – триозин, лейцин, фенилаланиннің күрт жоғарлауы өсімдік
тіршілігіне кері әсер етеді. Сонымен қатар өсімдік ұлпаларында тұздану
кезінде гликолиз бен пентозофосфаттық цикл күшейеді. Гликолиз және
пентозофосфаттық цикл кезінде түзілген үш және төрт көміртекті фрагменттер
(ФЕП, эритрозо-4-фосфат) фенолды қосылыстардың (ФҚ) биосинтезі үшін
бастапқы алғызаттары болып табылады. ФҚ биосинтез ферменттеріне қолайлы,
эндогенді алғызаттарының мөлшерін артуы, орта тұзданғанда өсімдіктерде
полифенолдардың түзілу процесі мен жинақталуын активтендіреді. Өсімдіктерде
тұздану стрессіне жауап ретінде пролин, бетаин, полиаминдер, органикалық
қышқыл, қанттар, пептидтер сияқты төменгі молекулалы қосылыстар түзіледі
және жинақталады 10,16,18. Достанова Р.Х. өсімдіктің тұзға төзімділік
механизмінде және ФҚ айналымында, клеткалардың қартаюының биохимиялық
маркері және ортаның тұздануы бола алатын, лигниннің бейімделудегі ерекше
қызметін анықтады, сонымен қатар, сапалы құрамды тұздар мен олардың
концентрациясының әсеріне жауап реакциясының арнайылығы анықталды.
Биохмимялық активті клеткада ФҚ метаболиттік активтілігі төмен
гликозидтер немесе қарапайым және күрделі эфирлер түрінде болады. Сондықтан
тұздану кезінде өсімдіктердегі ФҚ бос формаларының жоғары деңгейі, олардың
функциональді активтілігінің жоғарлауына көмектеседі. ФҚ полярлығы аз бос
формалары физиологиялық концентрациядан тыс, сутекті және гидрофобты
байланыстардың арқасында клеткалық мембрананы тұрақтандырады ал олардың
жоғары антирадикальді және антиқышқылдық активтілігі мембраналардың
зақымдануға төзімділігін арттырады. Сонымен қатар, ФҚ стрестік жағдайларда
өте маңызды болып табылатын, қорлы тыныстық субстраттар ретінде қолдануға
болады.
Модельді сызбанұсқаларда және in vitro жағдайларда жүргізілген
тәжірибелер, ФҚ өсу процестерін реттеуде және орта тұзданғандағы
өсімдіктердегі оксидоредуктазалардың активтілігіндегі (пероксидазалар,
полифенолоксидазалар, глутоматдегидрогеназалар, ИУК-оксидазалар)
маңыздылығын айқындап көрсетеді.
ФҚ фунциональды үлесі тұзға төзімділік үшін айқын болады, оған белок
фракциясындағы ФҚ пропорциясының жоғарлауы, белок және фермент активтілігін
әр түрлі концентрациядағы тұздаушы иондардың өсімдік тамырларына әсері ФҚ
жинақталуының дозалық қисық сызығын сәйкестігі дәлел бола алады. Тұздану
жағдайында өсімдік клеткасындағы ФҚ бейімделумен тығыз байланысқан және
метаболизмнің шунт жолдарын, әсіресе, азот ассимиляциясын жүзеге асуына
ықпал жасайтын, кейбір айналым процестеріне реттеуші әсер етеді деп айтуға
негізі бар. ФҚ бейімделуіне қатысу сипаты, өсімдіктің экстремальді
жағдайларда тірі қалуына бағытталған бейімделушілік реакциялардың шеңберін
кеңейтеді.
Сыртқы ортаның экстримальді факторлары әсер еткенде өсімдік клеткасының
цитозолінде жинақталған пролиннің қорғаныштық қызметі әр түрлі биохимиялық
механизмдермен жүзеге асады. Пролин реакцияның соңғы өнімі ретінде негізгі
биосинтез ферменттерінің кеңістіктік реттелуін қайтымды бұзуы; глутамат пен
пролин биосинтезін басқаратын гендердің активтілігін жоғарлатуы;
митохондрия мен тоноласт мембранасының өткізгіштігін өзгертуі мүмкін.
Пролиннің түзілуіндегі бейорганикалық иондар әсеріне ферменттердің жоғары
сезімталдығы, тұздану кезіндегі пролин аккумуляциясын ұстап тұратын қосымша
механизм болып табылады.
Жоғары сатыдағы өсімдіктердің пролин биосинтезінің “бастаушы”
аминқышқылы бойынша аталатын екі жолы белгілі – глутаматты және орнитинді
19. Орнитинді жол гетеротрофты қоректену типінен асып кетіп, қор
белоктарынан босатылатын, оргининнің гидролиз өнімі ретінде клеткада артық
мөлшерде орнитин түзілетін, онтогенездің алғашқы сатысына тән. Сондықтан
да, пролин түзілетін орнитин жолын катоболиттік деп те атайды. Глутамат
бастапқы аминқышқылы ретінде, пролин биосинтезінде пайдаланылады. Шамасы
онтогенездің барлық кезеңдерінің аралығында глутамат пайдаланылады,
дегенмен, қос биосинтез жолында өсімдіктердегі пролиннің клетка ішілік
мөлшері жинақталатыны жайында мәлімет жоқ. Глутамат алғызат қана емес,
сонымен қатар, пролиннің ыдырауының алғашқы өнімі болып табылады.
Пролин аккумуляциясының қорғаушы әсері, NaCl суспензиялық клетка
дақылында токсинді әсерінің төмендеуін, ортаға экзогенді пролин қосу арқылы
ұстап тұрады. Тұздану стресіне жауап ретінде пролин биосинтезі гендерінің
экспрессиясын күшейту қабілеті, өсу сипатының өзгеруіне байланыссыз,
сұрыпсыз жағдайда тұзға төзімді клондарды ұзақ дақылдау (1,5 жыл) кезінде
сақталады 13. Осы себепке байланысты пролин тұзға төзімді өсімдік
клеткалары линияларын таңдауда тұрақты маркер болып табылады.
Клеткалық селекция және гендік инженерия әдістерінің дамуымен,
пролиннің жоғары тұз және осмотөзімділікке ие, күшті продуцент өсімдігін
шығару мүмкіндігі туды 14. Пролин биосинтезінің алғашқы екі ферментінің
(ProB және ProA) сверхэкспрессиясын кодтайтын, мутантты гендердің
молекулалық клондауына бағытталған алғашқы жұмыстар, E. coli және
Salmonella tyhbimurium L. жүргізілді 15. Темекінің пролинді жоғары
продуценті осмо- және тұзға төзімді трансгенді темекі өсімдігі алынған.
Клеткалық селекцияда жүргізілген зерттеулер нәтижесінде жоғары мөлшерде
пролині бар, тұзға төзімді регенерант өсімдік алынды. Өсімдік бұл белгіні
бүтін өсімдікке регенерациялану процесінде жоғалтып алады. Басқа
қиындықтардың бірі – галофитті өсімдік түрінен алынған клетка дақылдары,
тұзға төзімді болмай шығады, өйткені, өсімдіктердің тұзға төзімділігі
негізінде клетка және организм деңгейінде іске асатын механизмдер комплексі
жатыр. Осыған байланысты клеткалық селекция және гендік инженерия әдістерін
қолданып, пролиннің жоғары мөлшері бар өсімдік формаларын құрастыру
жұмыстарын жоспарлау, галофитті өсімдіктердің тұзға төзімділігіне,
пролиннің стресс-индукторлық жинақталуын анықтауды қажет етеді. Өсімдік
төзімділігіне пролин аккумуляциясының қосатын үлесі, қазірге дейін
пікірталас тақырыбы болып қалуда, осыған қарамастан, көптеген авторлар
аминқышқылдарының жинақталуы мен өсімдіктердің гиперосмостық стреске
бейімделуі арасында оң коррилияция орнатты.

1.3 Өсімдіктің тұзға төзімділігін арттыратын әдістер (праймнг)

Қазіргі кезде биотехнологияда стресс факторларына төзімді мәдени
өсімдіктерді алу молекулярлы және клеткалық биологияның ең маңызды мәселесі
болып отыр. Бұл мәселені шешудің бір жолы өсімдіктің тұзға төзімді
линияларын оқшауланған клетка дақылында, протопластарда және ұлпаның
селективті ортада тұздардың NaCI әртүрлі концентрациясында өсіріп алу болып
табылады. Бірақ, бұл әдіс ұзақ уақытты қажет етеді және талап ететін
қасиетіне сай регенеранттың шығуы қиын жағдай. Екінші жолы – генетикалық
инженерия әдістері, яғни стресс факторларына төзімділікті қамтамасыз ететін
сәйкес гендерді пайдалану, оны әрі қарай трансформациялау және трансгенді
өсімдіктерді алу үшін пайдалану. Бұл әдіс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.