Ауыр металдардың өсімдіктің өсуіне әсері
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРАСЫ
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
АМАРАНТТЫҢ (Amaranthus Sp.) in vitro ЖАҒДАЙЫНДА
ӨСУІ КЕЗІНДЕГІ МОРФОГЕНЕЗ ЖӘНЕ РЕГЕНЕРАЦИЯ ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ
Орындаған _______________ Тұрсынова Г. Ө. ____ ________2010 ж.
(қолы)
Ғылыми жетекшісі б.ғ.к., доцент _______________ Ережепов Ә. Е.
(қолы)
____ ________2010ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі
б.ғ.д., профессор _____________ Карпенюк Т.А.
(қолы)
____ ________2010 ж.
Алматы 2010
РЕФЕРАТ
Магистірлік диссертация 39-бет, 11-сурет, 4-кесте, 54-әдебиеттер
тізімінен тұрады.
Түйінді сөздер: амарант, каллус, суспензия, регенерант, фитогормон.
Зерттеу объектісі: амарант өсімдігінің (Amaranthus sp) түрлері.
Зерттеу әдістері: өсімдік экспланттарын in vitro жағдайда өсіріп, олар
каллустар және суспензиялық дақылдар алу.
Магистрлік диссертацияның мақсаты:
Амарант өсімдігінің және олардан in vitro жағдайында алынған каллус
ұлпаларының тұзды ортаға төзімділігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
• Амарант өсімдігінің өсіп дамуына ауыр металдардың (Cd, Cu, Zn) әсерін
зерттеу.
• Амарант өсімдігінің ұлпаларынан in vitro жағдайында каллустар алу.
• Каллустардан суспензиялы дақылдар алып, олардың тұзды орталарға
бейімділігін зерттеу.
Жаңалығы: Амарант өсімдігінің өсіп-дамуына ауыр металдардың теріс
әсері олардың химиялық табиғатына байланысты болады. Зерттеудің барлық
варианттарында ауыр металдардың өсімдіктің тамыры мен жер үсті бөліктеріне
теріс әсері төмендегідей болатындығы анықталды: мырыш мыс кадмий;
Каллусогенез процесіне және ұлпалардың өсуіне жүргізілген көптеген
зерттеу нәтежесінде өздерінің морфологиялық ерекшеліктерімен бір-бірінен
ерекшеленетін каллустардың төрт түрі, ал эмбриогенді каллустардан өсімдік
регенеранты алынды.
Концентрация әртүрлі ауыр металдар қосылған қоректік орталарда
Суспензиядағы каллус клеткаларының көбеюі және өсуі ауыр металдар
иондарының концентрациясына тәуелді болады.
Өзектілігі: Қоршаған ортаны ластаушы заттардың түрлері көптеп
кездеседі. Олардың мөлшері де жыл санап көбею үстінде. Солардың қатарына
ауыр металл тұздарын да жатқызуға болады. Олар тірі организмге зиянды
әсерлері, соңғы жылдары, қарқынды түрде зерттеле бастады. Осыған орай тұзды
ортаға төзімді өсімдіктерді өсіру, осындай ортаға төзімді олардың жаңа
формаларын алу және тұзды орталарды биологиялық жолмен тазарту қазіргі
кездегі фитофизиологияның басты проблемасы болып табылады. Бұлардың ішінде
топырақты өсімдіктер көмегімен тазартудың (фиторемедиация) орны ерекше деп
қарастыруға болады. Осы мақсаттар үшін, басқа да өсімдіктермен қатар, соңғы
жылдары амарант өсімдігінің түрлері ауыр металдардың тұздары,
радионуклидтер және т.с.с. зиянды қосылыстармен ластанған топырақтарды
тазарту үшін жиі пайдаланыла бастады.
Амарант өсімдігінің әртүрлі ұлпаларын жасанды стресс орталарында өсіру
арқылы каллус және эмбриоидтар, ал олардан пробиркіде бүтін өсімдік алу
қазіргі таңдағы өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ..3
1 ӘДЕБИЕТКЕ
ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...4
1. Амарант өсімдігі және
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2. Ауыр металдардың өсімдіктің өсуіне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...6
3. Өсімдік клеткасының
морфогенезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
4. Клеткалық суспензия
дақылы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
18
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН
ӘДІСТЕРІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .21
1.2 Зерттку
объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...21
2.2 Өсімдік клеткасын in vitro жағдайда
өсіру ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 21
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... 24
3.1 Ауыр металдың түрлі концентрациясының өскіндердің өсуіне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24
3.2 Амаранттың вегетативті органдарына ауыр металдардың жиналу
динамикасы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
3.3 Эксплантаттың тегіне байланысты амаранттың каллус түзу қабілеттілігі
және фитогормондардың
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..36
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..38
КІРІСПЕ
Cоңғы жылдардағы ауылшаруашылығы мен экология саласындағы басты
мәселелердің біріне топырақтың, су мен ауаның әртүрлі зиянды заттармен
ластануын жатқызуға болады. Қоршаған ортаны ластаушы заттардың түрлері
көптеп кездеседі. Олардың мөлшері де жыл санап көбею үстінде. Солардың
қатарына ауыр металл тұздарын да жатқызуға болады. Олар тірі организмге
зиянды әсерлері, соңғы жылдары, қарқынды түрде зерттеле бастады. Осыған
орай тұзды ортаға төзімді өсімдіктерді өсіру, осындай ортаға төзімді
олардың жаңа формаларын алу және тұзды орталарды биологиялық жолмен тазарту
қазіргі кездегі фитофизиологияның басты проблемасы болып табылады. Бұлардың
ішінде топырақты өсімдіктер көмегімен тазартудың (фиторемедиация) орны
ерекше деп қарастыруға болады. Осындай жұмыстар үшін амарант өсімдігі де
қолайлы өсімдіктердің бірі болып табылады.
Амаранттың биологиялық қасиеттері ерекше, оның, басқа да көптеген
өсімдіктер сияқты, радионуклидтер мен ауыр металдар тұздарының иондарын көп
мөлшерде сіңіріп, қор күйінде жинайтын қабілеті бар [1,2,3] . Осы мақсаттар
үшін, басқа да өсімдіктермен қатар, соңғы жылдары амарант өсімдігінің
түрлері ауыр металдардың тұздары, радионуклидтер және т.с.с. зиянды
қосылыстармен ластанған топырақтарды тазарту үшін жиі пайдаланыла бастады.
Қазақстанда амарант өсімдігін өсіру әлі күнге дейін дұрыс жолға
қойылмаған, тек соңғы жылдары ғана ол республиканың кейбір
шаруашылықтарында ғана өсіріле бастады. Оның үстіне бұл өсімдіктің
физиологиялық-биохимиялық ерекшеліктері де толық зерттелмеген. Сондықтан
аталмыш өсімдіктің ұлпаларын жасанды жағдайда өсіру арқылы каллус және
эмбриоидтар, ал олардан пробиркіде бүтін өсімдік алу қазіргі таңдағы өзекті
мәселелердің бірі болып табылады. Оның үстіне мұндай тәжірибелерді жыл
мезгілімен санаспай, кез-келген уақытта жасай беруге болатын, таптырмас
моделді тәжірибелер деп те қарастыруға болады.
Магистрлік диссертацияның мақсаты:
Амарант өсімдігінің және олардан in vitro жағдайында алынған каллус
ұлпаларының тұзды ортаға төзімділігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
• Амарант өсімдігінің өсіп дамуына ауыр металдардың (Cd, Cu, Zn) әсерін
зерттеу.
• Амарант өсімдігінің ұлпаларынан in vitro жағдайында каллустар алу.
• Каллустардан суспензиялы дақылдар алып, олардың тұзды орталарға
бейімділігін зерттеу.
1. ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Амарант өсімдігі және оның сипаттамасы
Амарант (лат. Amaránthus) – кең таралған, бір жылдық, жылу сүйгіш
шөптесін өсімдік. Тамыз айынан бастап қар түскенге дейін гүлдейді, гүлдері
ұсақ. Жылы және қоңыржай аудандарында кездесетін 55-65 түрі белгілі.
Амаранттың кейбір түрлері (Amaranthus retroflexus, Amaranthus blitum
және т.б.) арам шөп ретінде кең таралған. Ал Amaranthus caudatus,
Amaranthus paniculatus сияқты түрлері ертеде астық дақылы ретінде қолданған
және кейбір елдерде әлі күнге дейін астық ретінде қолданады. Бір қатар
елдерде (әсіресе Шығыс Азияда) амарант (Amaranthus gangeticus, Amaranthus
mangostanus және басқада түрлер) көк өністік өсімдіктер ретінде өсіріледі.
Қою түсті жапырағы мен салбырап тұратын гүліне байланысты (Amaranthus
caudatus, Amaranthus hypochondriacus және т.б) сәндік мақсаттарда
өсіріледі.
Ботаникалық атауы - грекше Αμάρανθος немесе Αμάραντος (амарантос:
а - не (майтын), марайно - солу, антхос - гүл - солмайтын гүл).
Кептірілген амарант өз формасын 3-4 ай сақтап тұра алады, сондықтан оны
сирек қыс мезгілінде кептіреді. Сол себепті халық амарантты адамның қысқы
досы деп атаған.
Бір өсімдік 1000 дана немесе 0,4 г дән береді. Дәні 16℅ белоктан, 5-6
℅ майдан, 55-62 ℅ крахмалдан, пектиннен, макро- және микроэлементтерден
тұрады. Амарантта лизин амин қышқылы, бидаймен салыстырғанда, жоғары болып
келеді. Құрамындағы майдың басты бөлігін қанықпаған май қышқылдары (олейн,
линол, линолен) құрайды.
Амарант түрлі елдерде азық-түлік (дәні, жас жапырақтары), жем ретінде
(шошқаға арналған жасыл дән, малдың барлық түріне арналған сүрлем (силос),
құстар мен малдарға арналған дән) және техникалық (май алу) мақсатта
қолданады. Құрамындағы амин қышқылдары, витаминдер, майлар, крахмал және
минералды тұздардың адекватты балансы болатындықтан, адам ағзасы үшінаса
бағалы тағам көзі болып табылады.
A.lividus L ., A.retroflexus L., A.blitum туыстарының түрлері сырттан
әкелінген болып келеді; A.blitoidus L., A.lividus L., A.albus L., A.blitum
L., A retroflexus L. кеңінен таралған арам шөп болып саналады;
A.panicylatus, A.caudatus, A.tricolor сәндік өсімдіктер түрінде таралған
[1].
Амаранттың басты артықшылығына өсу қарқынының жоғары болуын айтуға
болады (әсіресе, жоғары температурада және күнгей ауа райында), осы
қасиетіне байланысты амарант арам шөптермен жақсы бәсекеге түседі, сонымен
қатар ол топырақ талғамайды (қышқыл топырақтан басқа), құрғақшылыққа және
тұздылыққа, әртүрлі ауруларға және зиянкестерге төзімді, өсу ортасының
жағдайына бейімделгіш болып келеді. A. tricolor жапырағына рН 6,4
топырақтан АІ 562 мг\кг жинайтыны анықталған. Алюминий өсімдіктің өсуіне
қажетті элемент болып саналмайды, бірақ топырақта кеңінен таралған элемент
болып табылады. Сонымен бірге Amaranthus hybrids-тың тамырына мыс пен
стронцийдің, ал As, Cu, Ni, Mn, Zn және Fe жапырағына жиналатыны зерттелген
[2].
Амаранттың классификациясы:
Бөлім: гүлділер немесе жабық тұқымдылар (Magnoliophyta немесе
Angiospermae)
Класс: қос жарнақтылар (Dicotyledones)
Класс асты: қалампырлар (Caryophyllidae)
Қатар: қалампырлар (Caryophyllales)
Тұқымдас: амаранттар (Amaranthaceae)
Таралуы және экологиясы. Амарант оңтүстік Америкадан шыққан, сол
жерде алуан түрлі формалары өседі. Сол жақтан ол солтүстік Америкаға,
Үндістанға және басқа да жерлерге тараған. Амаранттың алуан түрлілігі
жағынан екінші орталық болып солтүстік Үндістан мен Қытай саналады, қазіргі
таңда ол жерлерде амаранттың көптеген түрлері өседі. Испаниялықтар
амаранттың тұқымын Европадан алып, алғашында сәндік өсмдік ретінде өсіре
бастаған, ал XVIII ғасырдан бастап - жарма және азықтық дақыл ретінде
пайдаланған; амаранттың түрлері өздігінен үнемі тозаңданып отыруына
байланысты, кейіннен ол арам шөпке айналып жерді ластай бастаған. XIX
ғасырдың екінші жартысында амарант жауыз арам шөп ретінде санала бастаған
[1].
Амаранттың қолданылуы. 8 мың жыл бойы амарант оңтүстік Америкада және
Мексикада басты астық тұқымдасы ретінде, бұршақ және жүгерімен қатар
пайдаланылған. Азияда Үндістанның, Пәкістанның, Қытайдың таулы аймақтарында
амарант астық тұқымдасы және көк өніс дақылы ретінде кең таралған. Амарант
тұқымының дәмі және иісі жаңғаққа ұқсас және олар өте сіңімді болып келеді.
Амаранттың тұқымының құрамындағы белоктардың жартысы альбуминдер және
глобулиндер болып табылады. Амаранттың крахмалына жоғары жабысқақтық, ісіну
және желімдену тән. Өндірісте одан сүт қышқылдық өнімдерін өндіруде,
кондитерлік бөлімдерде, сыра өндіруде және т.б. технологияларда
пайдаланады. Амаранттың жапырағы мен сабағынан стеролдың 10 түрі табылған.
Сонымен қатар жапырақтарында витаминдер (В, С, Е), белоктар, көмірсулар,
фловиондар (кверцетин, трефолин, рутин), жоғары мөлшерде минералды заттар
кездеседі. Солтүстік және оңтүстік Американың, Қытайдың, оңтүстік шығыс
Азияның сауда орындарынан амаранттан жасалған отыздан аса өнімдерді табуға
болады: вермишель, макарон, бисквиттер, кекстер, вафлилер, сусындар,
балалар тағамдары. Амаранттың жас жапырақтары шпинантқа ұқсас болып келеді
және жаңа күйінде ыстық тағамдарға пайдаланылады. Сонымен қатар кептірілген
жапырақтары тамаққа пайдаланады. Амаранттың тұқымы - үй құстарына бағалы
қорек болып табылады. Сәндік өсімдік ретінде амаранттың төрт түрі
өсіріледі. Олардың үшеуі сәндік гүлді өсімдікке жатады: А.paniculatus,
A.Hypochondriacus және A.Caudatus. Бір түрі - A.Tricolor жапырақты - сәндік
өсімдіктеріне жатады. Амаранттың өскіндері денсаулыққа өте пайдалы болып
табылады. Өскіндерін онкологиялық ауруларға қарсы пайдаланады. Халық
медицинасында амаранттан биологиялық активті заттар - амарантин, рутин,
каротиноид алуда пайдаланады [3].
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктің өсуіне әсері
Ауыр металдар – бұл тығыздығы 5 гсм3-тан жоғары химиялық элементтер
тобы. Биологиялық классификациясы үшін металдардың тығыздығына емес,
атомдық массасына сүйенген жөн, яғни ауыр металдарға атомдық массасы 40-тан
жоғары элементтер жатады. Ауыр металдардың барлығын улы деп айтуға
болмайды, себебі олардың қатарына биологиялық маңызы дәлелденген Zn, Cu,
Mo, Co, Fe, Mn сияқты элементтер де кіруі мүмкін. Бұлардың кейбіреулері
ауыл шаруашылығында, тірі организмдерге қажетті концентрациясына
байланысты, микроэлементтер деген атқа ие болды. Сонымен, микроэлементтер
және ауыр металдар деген түсініктер тек қана бір металға қатысты, бірақ
олардың топырақтың, тыңайтқыштың, өсімдіктің және жануарлардың құрамындағы
концентрациясына байланысты әртүрлі мақсатта қолданылады. Ауыр металдар
деген терминді салыстырмалы атомдық массасы 40-тан жоғары элементтердің
тірі организмдер үшін қауіпті концентрациясы жайында сөз болғанда, ал
микроэлементер - зиянсыз өте кіші концентрациясы кезінде пайдаланған жөн.
Бірақ ауыр деп аталатын өте улы металдардың тобы бар. Оларға қорғасын,
кадмий және сынап жатады. Жалпы пікір бойынша оларды қоршаған ортаның аса
қауіпті ластаушылары деп есептейді. Себебі, олар транспортта және өндірісте
өте кеңінен қолданылады . Жыртылатын жердің техногенді ластануының қауіпті
дәрежесі жайында дұрыс мәліметтерді ондағы өсірілетін өсімдіктердің талдауы
береді. Егер адам организміне ауыр металдардың негізгі мөлшері 75-80 ℅
өсімдік тектес қоректік зат арқылы түсетінін ескеретін болсақ, онда мұндай
зерттеулердің қаншалықты әлеументтік маңызы зор екендігі түсінікті
болады[4].
Ауыр металдарды әсер етуіне байланысты бірнеше топтарға бөледі:
1) Өте фитоулы элементтер - ерітінділерге 1 мг л-ге дейін концентрацияда
тест организмге зиянды әсер ететін элементтер жатады. Мұндай элементтерге
Ag+, Be2+, Hg2+, Sn2+ және бұған қоса Co2+, Ni2+, Pb2+, CrO2- жатады.
2) Орташа улы элементтер – 1-ден 100 мгл концентрацияда өсуді тежейтін
элементтер. Бұл топ өзіне арсенаттарды, броматтарды, хроматтарды,
перманганаттарды, молибдаттарды, антимонаттарды, селенаттарды, сонымен
қатар As, Se, Ai, Ba, Cd, Cs, Fe, Mn, Zn және басқа иондарды қамтиды.
3) Әлсіз улы элементтерге 1800 мгл - жоғары деңгейдегі концентрациясында
кері әсерді сирек көрсететін Cl-, Br-, I-, Ca2+, Mg2+, K+, Na2+, Rb+,
Sr2+, NO3-, SO42- және басқа элементтер жатады.
Ауыр металдардың улы әсері әртүрлі болып келеді. Көптеген металдар
мысалы, мыс және сынап улы концентрацияда ферменттердің активтілігін
тежейді. Органикалық молекулалармен бірге бұл металдар клеткалық жарғақша
арқылы өтуге қабілетті болатын компоненттер түзеді. Сынап, қорғасын, мыс,
бериллий, кадмий, күміс негізінен сілтілі фосфатазаның, каталазаның,
оксидазаның және рибонуклкоазаның қызметтерін бәсеңдетеді. Күміс, барий,
темір сияқты ауыр металдар PO42-, SO42- SO42- және басқа аниондармен
преципитаттар, сондай-ақ кәдімгі метаболиттермен хелат тәрізді кешендер
түзуге қабілетті. Олар әрі қарай зат алмасу процестеріне қатысып, АТФ
тәрізді маңызды метаболиттердің қызметін бұзады. Кейбір ауыр металдар
клетка жарғақшасымен әрекеттесіп, оның өткізгіштігін және басқа да
қасиеттерін төмендетеді. Мысалы, алтын, кадмий, мыс, темір элементтері
кейде клетка жарғақшасының жыртылуына алып келеді. Ал кейбір ауыр металдар
өсімдікке керек металдармен бәсекеге түсіп, оның негізгі қызметін бұзады.
Мысалы, литий натриймен, цезий калиймен, барий, стронций кальциймен,
кадмий мырыштың орнын басады.
Радиоактивті изотопты жеке топ ретінде қарастыруға болады, себебі
олардың ортаға, топыраққа және өсімдікерге әсер етуі өте жоғары.
Микроэлементтер ауыспайтын элементтерге жатады, себебі организмдердің
тіршілік қызметтерінде маңызды рөл атқарады. Олар өсімдікте аз мөлшерде
кездесетін микроэлементтер, тотығу-тотықсыздану процесіне, фотосинтезге,
азот және көмірсу алмасуға қатысады, сондай-ақ ферменттердің және
витаминдердің белсенділігіне қатысып, өсімдіктердің қоршаған ортаның
қолайсыз жағдайларына және ауруларға төзімділігін арттырады [5]. Амарантты
гипераккумуляторлар өсімдіктерінең қатарына жатқызуга болады.
Гипераккумуляторлар – бұл ауыр металдардың тұздарын өзінің вегетативті
органдарында жинауға қабілетті өсімдіктердің түрі. Өсімдіктер өздерінің
түрлі деңгейде ауыр металдарды топырақтан сіңіруімен ерекшеленеді. Ол
түрлі себептерге байланысты болады. Яғни өсімдіктің физиологиялық,
биохимиялық негіздеріне және ауыр металл ионының қасиетіне, топырақтағы
орналасу түріне тағы басқа да жағдайларға байланысты болып келеді.
Бұндай қызықты өсімдіктердің қатарына Американың Ғылым Академиясы,
XXI ғасырдың перспективті культурасы деп есептеген, Amaranthus L.
туысының түрлері жатады [6].
3. Өсімдік клеткасының морфогенезі
Өсімдік клеткаларының көптеген түрлері арнайы сыйымды ортада қалыпты
жағдайда көбеюге және дифференциялануға қабілетті болап келеді.
Дақылдаудың түрерін ұлпалық және клеткалық әдістерін (каллусты,
суспензиялы және протопласты дақылдар) биотехнологиялық эксперименттерде
қолданып, молекулалық-биологияда және биохимиялық зерттеулерде гомогенді
клетка популяциясын алуға пайалануға болады.
Өсімдік клеткасын зерттеу, стресс факторлардың клеткаға әсерін
зерттеуде қолайлы модель болып табылады. Клеткалық технологияда әдістің
эффкетивтілігі, соңғы кезеңінде клеткадан толық жетілген өсімдікті алу
мүмкіндігіне байланысты болып саналады. Генотиптерден немесе тұқымдардан
каллустарды алудың алғашқы кезеңінде қоректік ортадағы көмірсудың,
витаминнің, өсу гормондарының және макро- және микротұздардың
концентрациясына байланысты. Каллусогенез процесінің индукциясына көбінесе
Мурасиге-Скуг (МС) және Гамборга-В5 (В5) қоректік орталары пайдаланылды
[7, 8].
in vitro жағдайында өскен клеткалар морфологиялық, биохимиялық
құрылымы жағынан ерекшеленеді. Клеткалық линиялардың немесе регенерант
өсімдіктердің алуан түрлілігін сомаклонды вариабелді деп атайды.
Сомаклональді өзгергіштіктің генетикалық табиғаты және пайда болу
механизмі әлі толық зерттелмеген.
Бірақ та сомаклональді варианттардың пайда болуын экспланттың
соматикалық клеткасының генетикалық гетерогенділігіне, генетикалық және
эпигенетикалық өзгергіштігіне, in vitro жағдайында өсіруіне, сонымен қатар
экспланттың генотипіне байланысты екенін айтуға болады [7, 9].
Морфогенезді зерттеу соңғы кездері үлкен жетістіктерге әкелді. Оның
бірнеше себептері бар. Біріншіден, морфогенез - пластикалық және қайтымды
процесс, өсімдіктің дамуын оңай манипуляция жасауға, өсу кезеңдерін
бақылауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ соңғы жылдары гендік инжинерияны
практикада пайдалану арқылы өсімдіктердің жаңа формаларын шығару
практикасының дамып келе жатқанына байланысты, морфогенезді білу өте қажет
болып саналады. Морфогенезді зерттеу арқылы клетканың бөлінуін, өсуін және
олардың дифференциациясын бақылауға болады. Сонымен қатар кейбір
өсімдіктердің генетикалық дамуы жақсы зерттелген, ол өсімдікті in vitro
жағдайында өсіруге мүмкіндік жасайды. Каллустардың қарқынды өсуі үшін
морфогенез процесінде бірнеше факторлармен: экспланттың генотипіне,
қоректік ортаның құрамына, өсіру жағдайына байланысты болады. Қазіргі
уақытта in vitro жағдайында өсетін өсімдіктердің түрлері айтарлықтай көп
емес. Осындай өсімдіктердің қатарына амарант өсімдігі жатады [10].
Каллусогенез процесінде каллустың пайда болуы әдетте эксплантант
клеткасының дедифференцациясын меристемалық жағдайға дейін жеткізеді.
Көптеген авторлардың зерттеуі бойынша каллус пайда болатын барлық
клеткалардың өсуі және физиологиялық ерекшеліктері бірдей еместігін
көрсетеді [11]. Каллустың типі және пайда болуы дифференциация нәтижесіне
байланысты соматикалық ұлпаның экспланттан каллустың пайда болуында
инициация процесі қиын кезең болып табылады [12].
Клеткалық культураларға морфологиялық, цитогенетикалық гетерогендік
тән екені белгілі. Каллустық ұлпа беткейлік әдіспен өсіріледі, оның
клеткасы аморфты, массалы, жұқа қабықты паренхималы, анатомиялық құрлымы
болмайтынын көрсетеді. Каллусты дақылдың түсі ақ, сары, жасыл, қызғылт,
қоңыр, толық пигменттелген немесе хлорофилденген болуы мүмкін [13].
Соматикалық дақылдық өсімдік клеткасымен жүргізілген көптеген
жұмыстарда каллустардың қарама-қарсы екі типін бөледі: 1) борпылдақ; 2)
тығыз. Әдетте тығыз каллустарды өсіру морфогенетикалық маңызды болып
саналады, ал борпылдақ каллустар тек эксперимент жасағанда пайдаланылады
[14].
1989 жылы арпаның соматикалық клеткасынан каллустың морфологиялық
белгілеріне және морфогенез типіне байланысты 10 типі бөлініп алынған.
Түрлі типтегі каллустарды қайта бөлек отырғызғанда олардың
морфологиясы өзгеруі мүмкін. Өзгеруінің себебі, қоректік ортаға қосылатын
гормондық қоспаларға және осы каллустың клетка типінің морфологиялық
компотенциясына байланысты болып келеді. Кейбір көзқарастар бойынша тек
тығыз ұлпалы каллустың клеткасының морфогенезі ғана маңызды емес, сонымен
бірге борпылдақ ұлпалы каллустарда маңызды болуы мүмкін. Сол себепті
борпылдақ ұлпалы каллустар ды тастамай, оларды аукциннің жоғары
концентрациясы қосылған қоректік ортаға қайта отырғызып, әлсіз жарық жерде
өсіру қажет. Морфогенді каллустың сипаттамасы: клеткалардың қалыпты, ретті
орналасуы және клеткалардың бетінде қабықтың түзіліп пайда болуы.
Каллустық ұлпаларды өсіру кезінде тұрақты және өзгерген типтерін
ажыратады. Морфогенді борпылдақ каллустар және морфогенді емес каллустар
тұрақтырақ болып табылған. Басты морфогенді болып табылатын, жоғары
ұйымдастырылған тығыз ұлпалар өзгеріске бейім болып келген, олар құрылымды
және борпылдаққа айналған. Сондықтан морфогенді емес борпылдақ, аралық және
жаңа морфогенді каллустардың типі пайда болған. Бірақ та тығыз каллустың
құрылымдық өзгеруі және борпылдақ ұлпаға айналуы үнемі морфогенді
потенциалды жоғалтқан емес.
Кейбір каллустардың типтерінің бір түрден басқа түрге өзгеруі
нәтежиесінен тұрақтылығы жоғары морфогенді типті каллустарға ауысуы мүмкін
[15]. Сондай-ақ морофологиялық белгілері бойынша бір-бірінен ерекшеленеді
арпаның тозаңдарынан 5 түрлі типтегі каллустардың ұлпалары бөлініп алынды:
1) борпылдақ, морфогенді емес каллус ұлпалары; 2) борпылдақ, эмбриогенді
каллус ұлпалары; 3) тығыз, жұқа қабатты каллус ұлпалары; 4) тығыз, тамырлы
каллус ұлпалары; 5) тығыз, эмбриогенді каллус ұлпалары.
- Борпылдақ ,морфогенді емес каллус ұлпалары - үлкен, вакуольденген
клеткасында ядросы көрінбейді, паренхималы клеткаларының саны көп.
- Борпылдақ, эмбриогенді каллус ұлпалары - борпылдақ ұлпаларының
аймақтарынан және тығыз эмбриогенезді клеткасының массалы қарқынды
пролификациясынан тұрады.
- Тығыз, жұқа қабатты каллусты ұлпаларының тамырлары, қалың
саңылаулары болады.
- Тығыз, тамырлы каллус типінің эпидермалы клеткаларының қабаты
қалың, клетка қабаты айқын байқалып тұрады, саңылаулары бар.
- Тығыз, эмбриогенді каллус типі тығыз паренхималық кең ауданды және
клеткасында өте ірі ядролары болады.
Каллустарды өсіру донор өсімдіктердің генотипіне байланыстылығы
туралы екі түрлі көзқарастар бар [16]. Кей жағдайда генотип каллустың
индукциясына және өсуіне әсер етеді немесе мүлдем бұл көрсеткіштерге әсер
етпейді деген мәліметтер бар [17].
Басқа жұмыстарда генотиптің әсері тек каллусогенезге немесе тек
каллустың ұлпанық қарқынды өсуіне әсер ететіні анықталған. Бұл жұмыстардың
бір-біріне қарама-қайшылығы, ол зерттелген объектілердің түрлі экспланттар
және генотиптер болғандығынан деген нәтижеге сүйенеді [18, 19].
Генотипті таңдау каллусты өсіруде, регенерантты алуда ең маңызды
фактор болып табылады. Сонымен қатар, генетикалық факторлар каллустың өсу
интенсивтілігін анықтайтын және каллустан алынатын өсімдік регенеранттың
бір-бірімен байланысы жоқ екені анықталған. Байланыстың жоқтығы, сонымен
бірге, процестерді бақылайтын гендерде де байқалады; а) эмбриондардың пайда
болуы және олардың өсімдіктерде өсуі; б) соматикалық және генетикалық
органдардан, ұлпалардан каллустардың пайда болуы. Осыған байланысты
генотиптерді таңдауда жоғары деңгейдегі каллустарды өсіру өсімдіктерді in
vitro жағдайында өсіру жұмыстарының жүруінде белгілі-бір жетістіктерге алып
әкеледі. Бұған дәлел ретінде амарантқа (Amaranthus. Sp.) жүргізілген
тәжірибиелерде каллустарды өсірудің түрлі индукциясы дәлел бола алады [20].
Зерттеулер нәтижесінде өсімдіктердің генотипі каллус өсіруге әсер
ететіні анықталған. Каллустың өсу қабілеті тек генотипке ғана байланысты
емес, сонымен қатар оны өсіретін ортаның жағдайына және инициалды
клеткалардың пайда болуына байланысты. Генотиптері анықталған экспланттарды
өсіру кезінде, нақты өсіру ортасында генотиптердің реакциясы қалыпты
болған. Өсіру жағдайын өзгертсе, бұл реакция өзгеруі ықтимал. Реакциялардың
өзгеруі түрлі себептерге байланысты болуы мүмкін: а) эксплантанттардың
гетерогенділігі каллустардың пеолиферациясы кезінде, бір-бірінен
морфологиялық потенциалы бойынша ерекшеленетін, басқа клеткалардың
ұлпаларынан пайда болуы. б) зерттеуге алынған экспланттар клеткаларының
бірізділігіне ортаның әртүрлі факторлары, активтенбеген гендердің ерте
тасмалдануы немесе активті гендердің ерте ингибирленуі әсер етуі. Осылайша
кез-келген генотипке қажетті ортаның жағдайын, индукциясының тазалағын және
каллустардың өсуін анықтауға болады [21].
in vitro жағдайында өсірілетін культуралық объект болып, өсімдіктің
түрлі бөліктерінен алынған ұлпалар болуы мүмкін. Әдетте, жекелеп өсіру
жағдайында өсімдіктің сабағын, ұлпаларын, бірінші және екіншілік камбйін,
сабағының біріншілік меристемаларын, тамырларын пайдаланады. in vitro
жағдайында өсіруде, сирек, гүл жапырықшаларын, гүлін, тозаңдарын және
жапырақтарын пайдаланады.
Каллустарды жасыл жапырақтардан алу өте қиын болып саналады, бірақ та
бұл каллустар мен регенеранттардың түрлі әдістерді пайдалану арқылы,
өміршеңдігін жоғарылатуға болатыны туралы мәліметтер бар, мысалы бидайды.
Бұл әдіс сатылы түрде фитогормондардың концентрациясын және жарықтың түсу
интенсивтілігін өзгертіп отыру арқылы іске асады [22].
in vitro жағдайында өсірілетін экплантты іріктеп алу ең маңызды рөл
атқарады. Эксплантты іріктеу кезінде жақсы және күшті өскен өсімдіктен
таңдап алу қажет. Өсімдіктердің алдын-ала өсу жағдайы да іріктеу кезінде
маңызды болып табылады, ол дақылдық эксплантанттың әрі қарай өуіне әсерін
тигізеді. Егер экплантант өсімдіктің нақты немесе тура өсуге қабілеттілігі
жоғары кезеңінде іріктелініп алынса, практика жүзінде өсімдіктің кез-келген
бөлігін in vitro жағдайында өсіруге және регенерант өсімдік алуға болады.
Толық жетілмеген ұлпалар және мүшелер майысқақ болып келеді, кейбір
көзқарастар бойынша in vitro жағдайында бұндай ұлпалар мен мүшелер жетілген
ұлпалар және мүшелермен салыстырғанда морфогенезге қабілеттілігі жоғары
болып келеді. Сонымен қатар материалды таңдап аларда меристемалық активті
ұлпалар мен мүшелерге назар аудару керек. Әдетте олар клондауға ыңғайлы,
дақылдау кезінде тірі қалу деңгейі жоғары және өсу қарқыны тез болады.
Меристемалары ұшынан өседі, саңылаулы, жетілмеген ұлпалары өте тез өседі,
әсіресе эксплант ретінде қолайлы болып табылады. Шөптесін өсімдіктердің
жетілген жапырақтарын, тамырларын, сабақтарын, гүлдерін ойдағыдай дақылдап,
культивирлеуге болады және олардан органогенез немесе соматикалық
эмбриогенез жолымен регенерант өсімдігін алуға болады. Негізінен
экспланттың ең алғашқы ұлпасының дифференцациясы маңызды болып табылады,
себебі ол түрлі ұлпалардың морфогенетикалық қабілеттілігіне байланысты
болады.
in vitro жағдайында экспланттағы біріншілік және екіншілік
дифференциацияда жүретін процестер түрлі механизмдермен көрінеді.
Арал өсімдіктерін каллус, тамыр түзілуіне байланысты төмендегідей
қатарларға орналастырады: бұталар, көпжылдық өсімдіктер, ағаштар.
Зерттеулер нәтижесінде түрлі топтағы өсімдіктер тұқымдарынан бірнеше жақсы
қатарлар пайда болған, әсіресе көпжылдық өсімдіктер, бұталар, ағаштардан.
Әртүрлі өсімдіктердің түрлі мүшелерінен каллустардың пайда болуы олардың
қабілеттілігіне және мамандануына байланысты. Құрылысының және зерттелген
құрлымының ерекшелігене байланысты, түрлі өсімдіктерден алынатын
маманданған экспланттардың пайда болу жолына байланысты, келесідей бөлуге
болады: түйнекті бөліктер, жапырақ, тамыр, мүше, гүл [23].
Кейбір зертеушілердің айтуы бойынша, жақсы каллустарды және өсімдік
регенеранттарын алу үшін жапырақ дискілерінен эксплантты дақылдау қажет
десе, ал кейбір зертеушілер, жапырақ дискілеріне қарағанда, тұтас
жапырақтың каллус түзу және өсімдік регенерантының пайда болу қабілеті
жоғары екенін көрсетеді.
Зертеу бойынша жапырақ дискісін пайдалану экспланттың сапасына: 1)
экспланттың көлемін кішірейтеді; 2) мүшенің қызметін бұзады; 3) жапырақтың
түрлі бөліктерінен көп мүшелерде дискілер пайда болады, олардың әдетте
регенерацияға қабілеті төмен болады. Жапырақтардың дискілерін пайдалану,
тұтас жапырақтарды пайдаланумен салыстырғанда регенерант өсімдіктің
түзілуін төмендетеді [24].
Амаранттың екі түрінен түрлі экспланттарды (жапырақ дискісін,
гипокотиль сегментерін және өскіндерді) қоректік ортада, түрлі қоспалар
қосу арқылы 2,4-Д, нафтилсірк қышқылын (НСҚ), кетенинді қосу арқылы өсіруге
болады. Борпылдақ каллустарды эксплантанттардың барлық түрлерінен 0,1-5
мгл 2,4-Д қосу арқылы алынған. Кей жағдайларда, ұрыққа ұқсас тұқымдар
пайда болған, ол амаранттан эмбриогенді дақыл алуга болатынын көрсетеді.
Зерттеулер барысында гипотелей сегментінен каллустар басқа органдардан
пайда болатын каллустарға қарағанда 2 - 3 есе тез пайда болатыны байқалған.
Вегетативті ұлпалармен салыстырғанда кейбір өсімдіктердегі мұндай
генеративті ұлпалар жоғары морфогенді потенциалға ие [25].
Дақылдау әдісін және өсімдік ұлпасын зерттеу клеткалық және
молекулалық морфогенезді зерттеп, модельдік жүйе жасауға мүмкіндік береді.
Бұл әдіс in vitro жағдайында морфогенетикалық процестерді модельдеуді және
қалыпты онтогенезді көрсетеді, сонымен қатар морфогенетикалық процестерді
анықтауға, стандартты жағдайда оның іске асуын анықтап бағалауға мүмкіндік
береді. Бірақ in vitro жағдайында культурадағы морфогенетикалық процестерді
анықтау қиын да, жеңіл де болмайды. Қазіргі кезде морфогенездің жүру
механизмі толық зерттеле қойған жоқ.
Морфогенез процесі каллус өсетін дақылда ұйымдастырылмаған және
өсімдік клеткасының дифференциациясын қайта программалау механизмін
модельдеу болып табылады және өсімдіктердің органдарының пайда болуында
селекциялық жұмыстар үшін маңызды болып табылады. Оптимальді жағдайда
культуралық клетка ұлпаларынан регенерант өсімдіктер алу қос жарнақты және
дара жарнақты өсімдіктердің түрінен, оқшауланған протопласттарды алу,
қазіргі уақытта аса қатты қиындық тудырмайды. in vitro жағдайында
экспланттардың клеткасы қалыпты жағдайда өсуден ерекшеленеді: түрлі өзара
байланыстардың әсері, қоректенудің өзгеруі, клетканың жаңа ортаға
бейімделуінің әсері. in vitro жағдайында өсірілген өсімдік клеткасы
генетикалық белгілері, кариотипі бойынша және ортаның басқа да
факторларының әсерлерінен өзгеріске ұшырайды. in vitro жағдайында дақылды
өсіру кезінде клеткада дедифференциациялық жолмен қайта құрылу қиын болады,
жаңа қасиеттердің және функциялардың жойылуы байқалады, сонымен қатар
клетканың шексіз көбеюіне әкеледі [26].
Дақылдық ұлпада және өсімдік клеткасында дедифференцация және
морфогенез кезінде келесідей процестер жүреді: 1) негізгі маманданған
немесе меристемалық клеткалардың өсімдік экспланттарынан оқшауланған
каллустық клеткаларға айналуы. Процесс негізгі клеткалардың қайта құрылуына
және тізбектік бөліну қабілеттілігіне байланысты; 2) каллустық клеткалардың
дедифференцировкасы бөліну цикліне және екінші реттік қосылыстардың
маманданған синтезіне байланысты; 3) гистогенез, каллусты клеткалар флоэмді
немесе ксиллемалы элементтерге айналу процесі; 4) органогенез – тамырлардың
немесе вегетативті органдардың және гүлдер ұрықтарының пайда болуы; 5)
сомотикалық эмбриогенез – каллусты клеткалар, алғашқы, биполярлы эмбриоидты
құрамды беру процесі [27].
Бидайдың соматикалық ұлпаларының морфогенезінде, каллустың жоғарғы
бөлігінде, түрлі мөлшердегі және формадағы меристемалық глобулалар пайда
болады. Олар ұсақ изодиаметрлі клеткалардан және үлкен ядролардан, қалың
цитоплазмалардан тұрады. Біраз уақыттан кейін меристемалық глобулалар басқа
каллустық ұлпаларға қарағанда автономды өсе бастайды. Бұл кезде клетка
глобулалары бір-бірінен формасы және құрылысы жағынан ерекшеленбейді. Даму
барысында глобулалардың түрлі аудандарындағы белсенді өсуінің бірізді өсуі
байқалған. Сосын, глобула бір жағынан ұлғайып өседі, одан астықтың
зиготалық тұқымының қалқаншасы пайда болады. Ары қарай, in vitro
жағдайында, глобуланың қарама-қарсы жағында эмбриогенездік өсу нүктесі
байқалады [28].
Бидайдың тұқымын бөліп алу қиын кезең болып саналады, себебі оның
ішкі ортаға сезімталдығы жоғары болып келеді. Ең бір қиын кезеңге
автономилық фаза жатады, бұл өздігінен тәуелсіз даму кезеңі болып
табылады. Автономды даму фазасында, дақылдар in vitro жағдайында тұқымның
қабілеттілігіне байланысты толық эмбриогенезін аяқтайды және гормонсыз
ортада өсіруді бастауға болады [29].
Бидай түйіндерінің эмбриогенездік ерекшеліктері, ұрықтанбаған
түйіндерін дақылдау кезінде ұрықтардың дамуы табиғи жағдаймен салыстырғанда
баяу жүретіні байқалған. 4-6 клеткалы проэмбрион дақылдау кезінде 10-14
күннен кейін қалыптасқан, ал көп клеткалы ұрық дақылдаудың 25-і күнінде
пайда болған. Проэмбрион ірі клеткалардан, ұрық қапшығының қуысынан пайда
болады. Порэмбрионның ары қарай дамуы эмбриодерманың пайда болуымен өтеді.
Ұрық қабығы перифериялық қабық түрінде проэмбрио клеткаларының переклинді
бөлінуі нәтежиесінде пайда болады. Ұрықтар морфологиялық біркелкі емес
клеткалардан құралған, оларда ұсақ меристемалық клеткалар және ірі ядролары
болады [30].
Бидай тозаңдарынан эмбриоидтардың түзілуі кезінде, алғаш митоз
нәтижесінде екі тең клеткалар пайда болады, келесі бөліну кезінде
морфогенді және глобулярлы құрылымды каллустардың пайда болуына алып
келеді. Дақылдау, оқшауланған тозаңдардың алғашқы кезеңі болып,
микроспоралар және глобулалардан морфогенді каллустардың пайда болуы болып
табылады. Глобула тозаңның қабырғасымен суспензордың арасын қорекпен
қамтамасыз етумен байланысты болуы мүмкін. Глобуланың ары қарай дамуы және
дифференциациясы проэмбрионның қалыптасуына әкеледі. Суспензормен
байланыстың бұзылуы глобуланың дамуымен де дедифференциациясына немесе
дегенрациясына және каллусогенезге әсер етеді.
Эмбриоидтар тығыз құрылымды, формасы сопақша, сабақтық, тамырлық
бастамасы болады. Осындай эмбриоидтарды ортаға отырғызып - өсімдік
регенеранттарын алуға болады.
Глобуллалар дифференциацияланып, эмбриоидтарға айнала алады. Сонымен
қатар олар осы кезеңде дедифференциацияланып, олардан морфогенді каллустар
қалыптасуы мүмкін.
Барлық каллустар дифференциациялануға қабілетті болмайды. Бұндай
қасиет тек ақ, тығыз болып келетін каллустарда ғана болады. Алғашында
каллустардың жоғарғы жағында майда меристемалық клеткалар мен үлкен ядролар
басқа ұлпалардан ерекшеленіп, эмбриональді клеткалық кешен пайда болады.
Эмбриональді клеткалық кешен көптеп бөліну нәтижесінде глобулалар пайда
болады, одан кейінірек, екіншілік эмбриоидтар қалыптасады. Эмбриоидтар
биполярлы құрылымды, тамырдың және сабақтың аспектілері болып табылады.
Екіншілік эмбриоидтардың каллустық ұлпаларының орналастыруын екі типке
бөлінеді: 1) каллустардың жоғарғы бетінде пайда болуы; 2) меристемалық
орталықтардың ішке қарай белсенді бөлінуі. Екіншілік эмбриоидтардың алғашқы
даму кезеңі каллустармен өте тығыз байланыста болады, ал кейіңгі
кезеңдерде, каллустардан эмбриоидтардың жеке автономды жүйеде орналасқаны
байқалған. Келесі кезеңдерде эмбриоидтардан регенерант өсімдіктер шығуына
қабілетті болған [31].
Культурадағы тұқымның дамуын зерттеу суспензордың табиғатын болжауға
мүмкіндік береді. Дақылдаудың алғашқы кезеңдерінде регенерант Ranuculus
эксплантының және дамушы тұқымдардың құрылысы in vitro жағдайда эмбрионалді
суспензорлы клетка құрылады, функциялық белсенді суспензиор бұл кезде пайда
болмайды. Себебі, in vitro жағдайында тұқым қоректік заттарды жоғарғы
жағынан сіңіреді. Бұл жағдайда суспензиор болғанымен де ол функциональді
жүктемені атқармайды.
Клеткалардың дедифференциациясын туғызатын және олардың гистогенезден
келесі органогенездік құрылымға өтуінің басты себебі фитогормондардың
әсерінен деп есептеуге болады. Осы немесе басқа морфогенездің типін
анықтауда қоректік ортадағы ауксин мен цитокининнің болуы басты фактор
болып табылады. Бұл заңдылықты ең алғаш Скуг және Миллер тапқан. Олардың
концепциясы бойынша, сабақтарды, тамырларды немесе дифференциацияланбаған
каллустарды ауксин мен цитокининнің қоректік ортадағы қатынасын өзгерте
отырып алуға болады.
Органогнезге қарағанда, соматикалық эмбриогенезде және ұлпаларда
гормондардың рөлі азырақ болса да, байқалады. Эмбриогенездің реттелуі 2,4-Д-
ң қоректік ортада болуына байланысты. Ол клетка массасының өсуін қамтамасыз
етеді.
Темекі каллустарынан ауксиннің және цитокининнің орташа қатынасында
регенерация процесі байқалмаған тек клеткалардың полиферациясы болған.
Ауксин мен цитокининнің жоғарғы қатынасында тамырдың пайда болуына
(ризогенез), төменгі қатынасында собық түйіндердің (геммогенез) пайда
болуына әкеледі. Сонымен қатар бір пробиркада өскен каллус ұлпасы алғашқы
морфогенездің бастамасын, сондай-ақ ризогенез, геммогенез және
эмбриогенезде бола алуы мүмкін, бұл каллус ұлпасына фитогормондардың
концентрациясының әсер етуін көрсетеді. Фитогормондардың мұндай
әмбебаптылығы әсер етуі немесе эффектілігі клеткадағы концентрациясына
және қатынасына байланысты болуы, олардың жануарлар гормондарымен
салыстырғанда, аз маманданғанын көрсетеді.
Құрамында ауксині бар эмбрионалды клеткалы кешенді қоректік ортада
болуы, эмбрионалды клеткалы кешенді құрайтын клетканың пролиферациясына
және эмбриондардың дифференциациясының тоқтауына әкеледі. Жекелеген
клеткаларды қоректік ортаға 2,4-Д-сыз бірінші отырғызу кезінде,
каллустардан немесе проэмбрионалды клеткалардың массасынан тұқымды
глобулярлар пайда болған. Бірақ та қоректік ортада 2,4-Д белгіленген
мөлшерден төмен болуы немесе 2,4-Д-ң төмен концентрациясында ары қарай
дақылдау кезінде соматикалық тұқым пайда болғаны байқалған.
Эмбриогенездегі гормондық реттеудің ерекшелігі, өте төмен
концентрациядағы гормон тек индукция процесінің кезеңдерінде, сонымен қатар
ұрық алды даму кезінде клеткаға көмек ретінде және эмбрионалды
дифференциацияның алғашқы кезінде қажет болады. Ары қарай даму барысында
гормон ұрыққа қажет емес, тек қоректік ортада аномалиялық құрлымның дамуына
пайдаланылады [32].
2,4-Д, ИСҚ, БАП-нің эмбриогенез процесіндегі функциясын төмендегідей
анықтауға болады: 1 кезеңде 2,4-Д әсерінен соматикалық клетканың
дифференциациясы жүреді, БАП әсерінен пайда болатын клеткалардың
детерминациялық дамуы жүреді; 2 кезеңде НСҚ және БАП әсерінен эмбриогенді
клеткалар эмбриоидтарға бөлінеді және дифференциацияланады.
Гормондық реттегіштердің функциясын өсу процесіндегі эмбриогенездің
индукциясына және реттегіштердің өсуге әсерін түсіну біріншіден,
эмбриогенездің пайда болу процесін модельдеуге және зиготалық ұрықты
зерттеу мақсатында пайдалануға, екіншіден, өскен клеткалардың құрамын және
генетикалық даму динамикасын түсінуге мүмкіндік береді [33].
Арпаның (12 рет отырғызылу) жетілмеген тұқымының соматикалық
эмбриогенезін жыл бойы зерттегенде, қоректік ортада эмбриогендік потенциал
сақталатыны белгілі болған. 2,4-Д мөлшері 4,0 мгл және 7,0 мгл болғанда
12 рет отырғызылу кезінде де потенциалы азаймаған. Қоректік ортада 2,4-Д
мөлшері 2,0 мгл болғанда каллустардың эмбриогенділік қабілеті төмендеген,
2,4-Д концентрациясы 4,0 мгл каллустардың өсуіне және эмбриондардың
дифференциациясына оптимальді болған. Каллустардың көбісінен орташа есеппен
25 эмбриоидтар пайда болған, барлығының жалпы саны 35-40 эмбриоид болады.
Қоректік ортаға 2,4-Д мөлшерін 10,0 мгл және 16,0 мгл қосқанда
эмбриогенезді және өсуді тежеген. 2,4-Д-ң төмен концентрациясы каллустардың
эмбриоидтарын тұрақтандырып, ал жоғары концентрациясы жаңа эмбриондардың
пайда болуына әкелген. Цитокинин каллустардың өсуін және эмбриогенді
потенциалын төмендеткен [34].
Бидайдың аналық ұлпасының гаметофитінде эмбриогенездің түрлі құрамы
гормондарға байланысты екені анықталған. Қоректік ортаға 2,0 мгл 2,4-Д, 6
мгл ИСҚ, 8 мгл кинетин қосқанда тұқымдар нуцеллус клеткасынан пайда
болған. Дақылдау кезінде 2,4-Д концентрациясы 2,6-4,4 мгл, ИСҚ 2,0 - 2,8
мгл, кинетин 6,0-10 мгл болғанда жұмыртқа аппаратының өзгерісі байқалған,
қоректік ортада ауксин мен кинетиннің болуы өте маңызды екенін көрсетеді
[35].
Дақылдық клеткадан ұлпалар мен мүшелерден соматикалық эмбриогенездің
пайда болуы, тура жолмен немесе тура емес жолмен жүруі мүмкін. Тура жолмен
жүретін эмбриогенез бір немесе бірнеше вегетативті ұрықтың пайда болуымен
байланысты болады және бұл кезде каллус түзілу сатысы болмайды. Бұндай
құбылыс цитрусты өсімдіктерді зерттеу кезінде нуцеллус ұлпасы нуцеллустық
ұрықтың бастамасын беретіні байқалған.
Тура емес эмбриогенез бірнеше кезеңдерден тұрады: экплантантты
культивирлеу және ұрық алды ұлпалардың пайда болуы кезінде, қоректік ортаға
каллустарды индуцирлеу үшін өсу факторысыз өсуін реттеу және ұрық алды
ұлпалардан полярсыз ұрықтардың пайда болуы.
Қытай сельдерейін 2,4-Д бар қоректік ортада дақылдағанда эмбриондар
дамыған. Проэмбриодтағы белоктардың дамуына толықтай анализ жасау кезінде
электрофорез әдісі қолданған. Нәтежиесінде проэмбрио кезінде белоктардың
өзгергені байқалған. Проэмбрионың аналогиялық құрылысының және оның
белоктық құрамы ара қатынасының ұқсастығы қырық қабаттан да табылып,
зерттелген. Қарастырылған мәліметтер бойынша зерттеліп отырған экспланттың
клеткасынағы белоктың синтезделу процессі және белоктардың белгілі
анықталған құрлымдық типі органогенезге және эмбриогенезге әсері бары
анықталған.
Қазіргі уақытта in vitro жағдайында эмбриогенездің реттелуіне әсер
ететін бірнеше факторлар анықталған. Оларға қоректік ортадағы азот
қосылыстары, калий, неорганикалық иондар, сонымен қатар көмірсулар,
витаминдер және өсуді реттеуіштер жатады.
Стюрд концепциясы бойынша, қазіргі уақытта, соматикалық клеткалардың
изоляциясына эмбриогенездік жол практика жүзінде толықтай тоқтатылған.
Бұған сәбіздің жекелеген паренхималық клеткаларын зерттеуге алған кезде,
зерттеу нәтежиесі бойынша эмбриогенездің алғашқы пайда болуы көп клеткалы
агрегаттардан пайда болатыны анықталған. Бұған Ranunculus sceleratus L- тың
каллустарын микраскоппен зерттеу нәтежиелері дәлел бола алады.
Соматикалық эмбриогенездің жүруіне байланысты бірнеше гипотезалар
бар:
1) Тура эмбриогенез – эмбриологиялық дамуда бұрын детерминацияланып
қойған, яғни предетерминацияланған клеткалар деп аталатын клеткалар.
Тек өсуді реттеп отыруды ғана қажет ететін немесе клеткалық бөліну мен
экспрессияға өту үшін қолайлы жағдайды қажет ететін клеткалар жатады.
2) Тура емес эмбриогенез – каллустардың пролиферациясын және эмбриогендік
жағдайға дейін дамуда дедифференциацияланған клеткалардың
редетерминациясын қажет ететін клеткалар. Бұндай индуцирленген эмбриогенді
дедифференциацияланған клеткалар тек алғашқы клеткалық бөліну кезінде ғана
емес, сонымен бірге эмбриогенді жағдайдың детерминациясы кезінде де
реттегіштерді қажет етеді [36].
... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРАСЫ
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
АМАРАНТТЫҢ (Amaranthus Sp.) in vitro ЖАҒДАЙЫНДА
ӨСУІ КЕЗІНДЕГІ МОРФОГЕНЕЗ ЖӘНЕ РЕГЕНЕРАЦИЯ ПРОЦЕСТЕРІН ЗЕРТТЕУ
Орындаған _______________ Тұрсынова Г. Ө. ____ ________2010 ж.
(қолы)
Ғылыми жетекшісі б.ғ.к., доцент _______________ Ережепов Ә. Е.
(қолы)
____ ________2010ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі
б.ғ.д., профессор _____________ Карпенюк Т.А.
(қолы)
____ ________2010 ж.
Алматы 2010
РЕФЕРАТ
Магистірлік диссертация 39-бет, 11-сурет, 4-кесте, 54-әдебиеттер
тізімінен тұрады.
Түйінді сөздер: амарант, каллус, суспензия, регенерант, фитогормон.
Зерттеу объектісі: амарант өсімдігінің (Amaranthus sp) түрлері.
Зерттеу әдістері: өсімдік экспланттарын in vitro жағдайда өсіріп, олар
каллустар және суспензиялық дақылдар алу.
Магистрлік диссертацияның мақсаты:
Амарант өсімдігінің және олардан in vitro жағдайында алынған каллус
ұлпаларының тұзды ортаға төзімділігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
• Амарант өсімдігінің өсіп дамуына ауыр металдардың (Cd, Cu, Zn) әсерін
зерттеу.
• Амарант өсімдігінің ұлпаларынан in vitro жағдайында каллустар алу.
• Каллустардан суспензиялы дақылдар алып, олардың тұзды орталарға
бейімділігін зерттеу.
Жаңалығы: Амарант өсімдігінің өсіп-дамуына ауыр металдардың теріс
әсері олардың химиялық табиғатына байланысты болады. Зерттеудің барлық
варианттарында ауыр металдардың өсімдіктің тамыры мен жер үсті бөліктеріне
теріс әсері төмендегідей болатындығы анықталды: мырыш мыс кадмий;
Каллусогенез процесіне және ұлпалардың өсуіне жүргізілген көптеген
зерттеу нәтежесінде өздерінің морфологиялық ерекшеліктерімен бір-бірінен
ерекшеленетін каллустардың төрт түрі, ал эмбриогенді каллустардан өсімдік
регенеранты алынды.
Концентрация әртүрлі ауыр металдар қосылған қоректік орталарда
Суспензиядағы каллус клеткаларының көбеюі және өсуі ауыр металдар
иондарының концентрациясына тәуелді болады.
Өзектілігі: Қоршаған ортаны ластаушы заттардың түрлері көптеп
кездеседі. Олардың мөлшері де жыл санап көбею үстінде. Солардың қатарына
ауыр металл тұздарын да жатқызуға болады. Олар тірі организмге зиянды
әсерлері, соңғы жылдары, қарқынды түрде зерттеле бастады. Осыған орай тұзды
ортаға төзімді өсімдіктерді өсіру, осындай ортаға төзімді олардың жаңа
формаларын алу және тұзды орталарды биологиялық жолмен тазарту қазіргі
кездегі фитофизиологияның басты проблемасы болып табылады. Бұлардың ішінде
топырақты өсімдіктер көмегімен тазартудың (фиторемедиация) орны ерекше деп
қарастыруға болады. Осы мақсаттар үшін, басқа да өсімдіктермен қатар, соңғы
жылдары амарант өсімдігінің түрлері ауыр металдардың тұздары,
радионуклидтер және т.с.с. зиянды қосылыстармен ластанған топырақтарды
тазарту үшін жиі пайдаланыла бастады.
Амарант өсімдігінің әртүрлі ұлпаларын жасанды стресс орталарында өсіру
арқылы каллус және эмбриоидтар, ал олардан пробиркіде бүтін өсімдік алу
қазіргі таңдағы өзекті мәселелердің бірі болып табылады.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ..3
1 ӘДЕБИЕТКЕ
ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...4
1. Амарант өсімдігі және
сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2. Ауыр металдардың өсімдіктің өсуіне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...6
3. Өсімдік клеткасының
морфогенезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
4. Клеткалық суспензия
дақылы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
18
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН
ӘДІСТЕРІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .21
1.2 Зерттку
объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ...21
2.2 Өсімдік клеткасын in vitro жағдайда
өсіру ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 21
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ... ... ... ... ... ... 24
3.1 Ауыр металдың түрлі концентрациясының өскіндердің өсуіне
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .24
3.2 Амаранттың вегетативті органдарына ауыр металдардың жиналу
динамикасы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
3.3 Эксплантаттың тегіне байланысты амаранттың каллус түзу қабілеттілігі
және фитогормондардың
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
31
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..36
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..38
КІРІСПЕ
Cоңғы жылдардағы ауылшаруашылығы мен экология саласындағы басты
мәселелердің біріне топырақтың, су мен ауаның әртүрлі зиянды заттармен
ластануын жатқызуға болады. Қоршаған ортаны ластаушы заттардың түрлері
көптеп кездеседі. Олардың мөлшері де жыл санап көбею үстінде. Солардың
қатарына ауыр металл тұздарын да жатқызуға болады. Олар тірі организмге
зиянды әсерлері, соңғы жылдары, қарқынды түрде зерттеле бастады. Осыған
орай тұзды ортаға төзімді өсімдіктерді өсіру, осындай ортаға төзімді
олардың жаңа формаларын алу және тұзды орталарды биологиялық жолмен тазарту
қазіргі кездегі фитофизиологияның басты проблемасы болып табылады. Бұлардың
ішінде топырақты өсімдіктер көмегімен тазартудың (фиторемедиация) орны
ерекше деп қарастыруға болады. Осындай жұмыстар үшін амарант өсімдігі де
қолайлы өсімдіктердің бірі болып табылады.
Амаранттың биологиялық қасиеттері ерекше, оның, басқа да көптеген
өсімдіктер сияқты, радионуклидтер мен ауыр металдар тұздарының иондарын көп
мөлшерде сіңіріп, қор күйінде жинайтын қабілеті бар [1,2,3] . Осы мақсаттар
үшін, басқа да өсімдіктермен қатар, соңғы жылдары амарант өсімдігінің
түрлері ауыр металдардың тұздары, радионуклидтер және т.с.с. зиянды
қосылыстармен ластанған топырақтарды тазарту үшін жиі пайдаланыла бастады.
Қазақстанда амарант өсімдігін өсіру әлі күнге дейін дұрыс жолға
қойылмаған, тек соңғы жылдары ғана ол республиканың кейбір
шаруашылықтарында ғана өсіріле бастады. Оның үстіне бұл өсімдіктің
физиологиялық-биохимиялық ерекшеліктері де толық зерттелмеген. Сондықтан
аталмыш өсімдіктің ұлпаларын жасанды жағдайда өсіру арқылы каллус және
эмбриоидтар, ал олардан пробиркіде бүтін өсімдік алу қазіргі таңдағы өзекті
мәселелердің бірі болып табылады. Оның үстіне мұндай тәжірибелерді жыл
мезгілімен санаспай, кез-келген уақытта жасай беруге болатын, таптырмас
моделді тәжірибелер деп те қарастыруға болады.
Магистрлік диссертацияның мақсаты:
Амарант өсімдігінің және олардан in vitro жағдайында алынған каллус
ұлпаларының тұзды ортаға төзімділігін зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
• Амарант өсімдігінің өсіп дамуына ауыр металдардың (Cd, Cu, Zn) әсерін
зерттеу.
• Амарант өсімдігінің ұлпаларынан in vitro жағдайында каллустар алу.
• Каллустардан суспензиялы дақылдар алып, олардың тұзды орталарға
бейімділігін зерттеу.
1. ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Амарант өсімдігі және оның сипаттамасы
Амарант (лат. Amaránthus) – кең таралған, бір жылдық, жылу сүйгіш
шөптесін өсімдік. Тамыз айынан бастап қар түскенге дейін гүлдейді, гүлдері
ұсақ. Жылы және қоңыржай аудандарында кездесетін 55-65 түрі белгілі.
Амаранттың кейбір түрлері (Amaranthus retroflexus, Amaranthus blitum
және т.б.) арам шөп ретінде кең таралған. Ал Amaranthus caudatus,
Amaranthus paniculatus сияқты түрлері ертеде астық дақылы ретінде қолданған
және кейбір елдерде әлі күнге дейін астық ретінде қолданады. Бір қатар
елдерде (әсіресе Шығыс Азияда) амарант (Amaranthus gangeticus, Amaranthus
mangostanus және басқада түрлер) көк өністік өсімдіктер ретінде өсіріледі.
Қою түсті жапырағы мен салбырап тұратын гүліне байланысты (Amaranthus
caudatus, Amaranthus hypochondriacus және т.б) сәндік мақсаттарда
өсіріледі.
Ботаникалық атауы - грекше Αμάρανθος немесе Αμάραντος (амарантос:
а - не (майтын), марайно - солу, антхос - гүл - солмайтын гүл).
Кептірілген амарант өз формасын 3-4 ай сақтап тұра алады, сондықтан оны
сирек қыс мезгілінде кептіреді. Сол себепті халық амарантты адамның қысқы
досы деп атаған.
Бір өсімдік 1000 дана немесе 0,4 г дән береді. Дәні 16℅ белоктан, 5-6
℅ майдан, 55-62 ℅ крахмалдан, пектиннен, макро- және микроэлементтерден
тұрады. Амарантта лизин амин қышқылы, бидаймен салыстырғанда, жоғары болып
келеді. Құрамындағы майдың басты бөлігін қанықпаған май қышқылдары (олейн,
линол, линолен) құрайды.
Амарант түрлі елдерде азық-түлік (дәні, жас жапырақтары), жем ретінде
(шошқаға арналған жасыл дән, малдың барлық түріне арналған сүрлем (силос),
құстар мен малдарға арналған дән) және техникалық (май алу) мақсатта
қолданады. Құрамындағы амин қышқылдары, витаминдер, майлар, крахмал және
минералды тұздардың адекватты балансы болатындықтан, адам ағзасы үшінаса
бағалы тағам көзі болып табылады.
A.lividus L ., A.retroflexus L., A.blitum туыстарының түрлері сырттан
әкелінген болып келеді; A.blitoidus L., A.lividus L., A.albus L., A.blitum
L., A retroflexus L. кеңінен таралған арам шөп болып саналады;
A.panicylatus, A.caudatus, A.tricolor сәндік өсімдіктер түрінде таралған
[1].
Амаранттың басты артықшылығына өсу қарқынының жоғары болуын айтуға
болады (әсіресе, жоғары температурада және күнгей ауа райында), осы
қасиетіне байланысты амарант арам шөптермен жақсы бәсекеге түседі, сонымен
қатар ол топырақ талғамайды (қышқыл топырақтан басқа), құрғақшылыққа және
тұздылыққа, әртүрлі ауруларға және зиянкестерге төзімді, өсу ортасының
жағдайына бейімделгіш болып келеді. A. tricolor жапырағына рН 6,4
топырақтан АІ 562 мг\кг жинайтыны анықталған. Алюминий өсімдіктің өсуіне
қажетті элемент болып саналмайды, бірақ топырақта кеңінен таралған элемент
болып табылады. Сонымен бірге Amaranthus hybrids-тың тамырына мыс пен
стронцийдің, ал As, Cu, Ni, Mn, Zn және Fe жапырағына жиналатыны зерттелген
[2].
Амаранттың классификациясы:
Бөлім: гүлділер немесе жабық тұқымдылар (Magnoliophyta немесе
Angiospermae)
Класс: қос жарнақтылар (Dicotyledones)
Класс асты: қалампырлар (Caryophyllidae)
Қатар: қалампырлар (Caryophyllales)
Тұқымдас: амаранттар (Amaranthaceae)
Таралуы және экологиясы. Амарант оңтүстік Америкадан шыққан, сол
жерде алуан түрлі формалары өседі. Сол жақтан ол солтүстік Америкаға,
Үндістанға және басқа да жерлерге тараған. Амаранттың алуан түрлілігі
жағынан екінші орталық болып солтүстік Үндістан мен Қытай саналады, қазіргі
таңда ол жерлерде амаранттың көптеген түрлері өседі. Испаниялықтар
амаранттың тұқымын Европадан алып, алғашында сәндік өсмдік ретінде өсіре
бастаған, ал XVIII ғасырдан бастап - жарма және азықтық дақыл ретінде
пайдаланған; амаранттың түрлері өздігінен үнемі тозаңданып отыруына
байланысты, кейіннен ол арам шөпке айналып жерді ластай бастаған. XIX
ғасырдың екінші жартысында амарант жауыз арам шөп ретінде санала бастаған
[1].
Амаранттың қолданылуы. 8 мың жыл бойы амарант оңтүстік Америкада және
Мексикада басты астық тұқымдасы ретінде, бұршақ және жүгерімен қатар
пайдаланылған. Азияда Үндістанның, Пәкістанның, Қытайдың таулы аймақтарында
амарант астық тұқымдасы және көк өніс дақылы ретінде кең таралған. Амарант
тұқымының дәмі және иісі жаңғаққа ұқсас және олар өте сіңімді болып келеді.
Амаранттың тұқымының құрамындағы белоктардың жартысы альбуминдер және
глобулиндер болып табылады. Амаранттың крахмалына жоғары жабысқақтық, ісіну
және желімдену тән. Өндірісте одан сүт қышқылдық өнімдерін өндіруде,
кондитерлік бөлімдерде, сыра өндіруде және т.б. технологияларда
пайдаланады. Амаранттың жапырағы мен сабағынан стеролдың 10 түрі табылған.
Сонымен қатар жапырақтарында витаминдер (В, С, Е), белоктар, көмірсулар,
фловиондар (кверцетин, трефолин, рутин), жоғары мөлшерде минералды заттар
кездеседі. Солтүстік және оңтүстік Американың, Қытайдың, оңтүстік шығыс
Азияның сауда орындарынан амаранттан жасалған отыздан аса өнімдерді табуға
болады: вермишель, макарон, бисквиттер, кекстер, вафлилер, сусындар,
балалар тағамдары. Амаранттың жас жапырақтары шпинантқа ұқсас болып келеді
және жаңа күйінде ыстық тағамдарға пайдаланылады. Сонымен қатар кептірілген
жапырақтары тамаққа пайдаланады. Амаранттың тұқымы - үй құстарына бағалы
қорек болып табылады. Сәндік өсімдік ретінде амаранттың төрт түрі
өсіріледі. Олардың үшеуі сәндік гүлді өсімдікке жатады: А.paniculatus,
A.Hypochondriacus және A.Caudatus. Бір түрі - A.Tricolor жапырақты - сәндік
өсімдіктеріне жатады. Амаранттың өскіндері денсаулыққа өте пайдалы болып
табылады. Өскіндерін онкологиялық ауруларға қарсы пайдаланады. Халық
медицинасында амаранттан биологиялық активті заттар - амарантин, рутин,
каротиноид алуда пайдаланады [3].
1.2 Ауыр металдардың өсімдіктің өсуіне әсері
Ауыр металдар – бұл тығыздығы 5 гсм3-тан жоғары химиялық элементтер
тобы. Биологиялық классификациясы үшін металдардың тығыздығына емес,
атомдық массасына сүйенген жөн, яғни ауыр металдарға атомдық массасы 40-тан
жоғары элементтер жатады. Ауыр металдардың барлығын улы деп айтуға
болмайды, себебі олардың қатарына биологиялық маңызы дәлелденген Zn, Cu,
Mo, Co, Fe, Mn сияқты элементтер де кіруі мүмкін. Бұлардың кейбіреулері
ауыл шаруашылығында, тірі организмдерге қажетті концентрациясына
байланысты, микроэлементтер деген атқа ие болды. Сонымен, микроэлементтер
және ауыр металдар деген түсініктер тек қана бір металға қатысты, бірақ
олардың топырақтың, тыңайтқыштың, өсімдіктің және жануарлардың құрамындағы
концентрациясына байланысты әртүрлі мақсатта қолданылады. Ауыр металдар
деген терминді салыстырмалы атомдық массасы 40-тан жоғары элементтердің
тірі организмдер үшін қауіпті концентрациясы жайында сөз болғанда, ал
микроэлементер - зиянсыз өте кіші концентрациясы кезінде пайдаланған жөн.
Бірақ ауыр деп аталатын өте улы металдардың тобы бар. Оларға қорғасын,
кадмий және сынап жатады. Жалпы пікір бойынша оларды қоршаған ортаның аса
қауіпті ластаушылары деп есептейді. Себебі, олар транспортта және өндірісте
өте кеңінен қолданылады . Жыртылатын жердің техногенді ластануының қауіпті
дәрежесі жайында дұрыс мәліметтерді ондағы өсірілетін өсімдіктердің талдауы
береді. Егер адам организміне ауыр металдардың негізгі мөлшері 75-80 ℅
өсімдік тектес қоректік зат арқылы түсетінін ескеретін болсақ, онда мұндай
зерттеулердің қаншалықты әлеументтік маңызы зор екендігі түсінікті
болады[4].
Ауыр металдарды әсер етуіне байланысты бірнеше топтарға бөледі:
1) Өте фитоулы элементтер - ерітінділерге 1 мг л-ге дейін концентрацияда
тест организмге зиянды әсер ететін элементтер жатады. Мұндай элементтерге
Ag+, Be2+, Hg2+, Sn2+ және бұған қоса Co2+, Ni2+, Pb2+, CrO2- жатады.
2) Орташа улы элементтер – 1-ден 100 мгл концентрацияда өсуді тежейтін
элементтер. Бұл топ өзіне арсенаттарды, броматтарды, хроматтарды,
перманганаттарды, молибдаттарды, антимонаттарды, селенаттарды, сонымен
қатар As, Se, Ai, Ba, Cd, Cs, Fe, Mn, Zn және басқа иондарды қамтиды.
3) Әлсіз улы элементтерге 1800 мгл - жоғары деңгейдегі концентрациясында
кері әсерді сирек көрсететін Cl-, Br-, I-, Ca2+, Mg2+, K+, Na2+, Rb+,
Sr2+, NO3-, SO42- және басқа элементтер жатады.
Ауыр металдардың улы әсері әртүрлі болып келеді. Көптеген металдар
мысалы, мыс және сынап улы концентрацияда ферменттердің активтілігін
тежейді. Органикалық молекулалармен бірге бұл металдар клеткалық жарғақша
арқылы өтуге қабілетті болатын компоненттер түзеді. Сынап, қорғасын, мыс,
бериллий, кадмий, күміс негізінен сілтілі фосфатазаның, каталазаның,
оксидазаның және рибонуклкоазаның қызметтерін бәсеңдетеді. Күміс, барий,
темір сияқты ауыр металдар PO42-, SO42- SO42- және басқа аниондармен
преципитаттар, сондай-ақ кәдімгі метаболиттермен хелат тәрізді кешендер
түзуге қабілетті. Олар әрі қарай зат алмасу процестеріне қатысып, АТФ
тәрізді маңызды метаболиттердің қызметін бұзады. Кейбір ауыр металдар
клетка жарғақшасымен әрекеттесіп, оның өткізгіштігін және басқа да
қасиеттерін төмендетеді. Мысалы, алтын, кадмий, мыс, темір элементтері
кейде клетка жарғақшасының жыртылуына алып келеді. Ал кейбір ауыр металдар
өсімдікке керек металдармен бәсекеге түсіп, оның негізгі қызметін бұзады.
Мысалы, литий натриймен, цезий калиймен, барий, стронций кальциймен,
кадмий мырыштың орнын басады.
Радиоактивті изотопты жеке топ ретінде қарастыруға болады, себебі
олардың ортаға, топыраққа және өсімдікерге әсер етуі өте жоғары.
Микроэлементтер ауыспайтын элементтерге жатады, себебі организмдердің
тіршілік қызметтерінде маңызды рөл атқарады. Олар өсімдікте аз мөлшерде
кездесетін микроэлементтер, тотығу-тотықсыздану процесіне, фотосинтезге,
азот және көмірсу алмасуға қатысады, сондай-ақ ферменттердің және
витаминдердің белсенділігіне қатысып, өсімдіктердің қоршаған ортаның
қолайсыз жағдайларына және ауруларға төзімділігін арттырады [5]. Амарантты
гипераккумуляторлар өсімдіктерінең қатарына жатқызуга болады.
Гипераккумуляторлар – бұл ауыр металдардың тұздарын өзінің вегетативті
органдарында жинауға қабілетті өсімдіктердің түрі. Өсімдіктер өздерінің
түрлі деңгейде ауыр металдарды топырақтан сіңіруімен ерекшеленеді. Ол
түрлі себептерге байланысты болады. Яғни өсімдіктің физиологиялық,
биохимиялық негіздеріне және ауыр металл ионының қасиетіне, топырақтағы
орналасу түріне тағы басқа да жағдайларға байланысты болып келеді.
Бұндай қызықты өсімдіктердің қатарына Американың Ғылым Академиясы,
XXI ғасырдың перспективті культурасы деп есептеген, Amaranthus L.
туысының түрлері жатады [6].
3. Өсімдік клеткасының морфогенезі
Өсімдік клеткаларының көптеген түрлері арнайы сыйымды ортада қалыпты
жағдайда көбеюге және дифференциялануға қабілетті болап келеді.
Дақылдаудың түрерін ұлпалық және клеткалық әдістерін (каллусты,
суспензиялы және протопласты дақылдар) биотехнологиялық эксперименттерде
қолданып, молекулалық-биологияда және биохимиялық зерттеулерде гомогенді
клетка популяциясын алуға пайалануға болады.
Өсімдік клеткасын зерттеу, стресс факторлардың клеткаға әсерін
зерттеуде қолайлы модель болып табылады. Клеткалық технологияда әдістің
эффкетивтілігі, соңғы кезеңінде клеткадан толық жетілген өсімдікті алу
мүмкіндігіне байланысты болып саналады. Генотиптерден немесе тұқымдардан
каллустарды алудың алғашқы кезеңінде қоректік ортадағы көмірсудың,
витаминнің, өсу гормондарының және макро- және микротұздардың
концентрациясына байланысты. Каллусогенез процесінің индукциясына көбінесе
Мурасиге-Скуг (МС) және Гамборга-В5 (В5) қоректік орталары пайдаланылды
[7, 8].
in vitro жағдайында өскен клеткалар морфологиялық, биохимиялық
құрылымы жағынан ерекшеленеді. Клеткалық линиялардың немесе регенерант
өсімдіктердің алуан түрлілігін сомаклонды вариабелді деп атайды.
Сомаклональді өзгергіштіктің генетикалық табиғаты және пайда болу
механизмі әлі толық зерттелмеген.
Бірақ та сомаклональді варианттардың пайда болуын экспланттың
соматикалық клеткасының генетикалық гетерогенділігіне, генетикалық және
эпигенетикалық өзгергіштігіне, in vitro жағдайында өсіруіне, сонымен қатар
экспланттың генотипіне байланысты екенін айтуға болады [7, 9].
Морфогенезді зерттеу соңғы кездері үлкен жетістіктерге әкелді. Оның
бірнеше себептері бар. Біріншіден, морфогенез - пластикалық және қайтымды
процесс, өсімдіктің дамуын оңай манипуляция жасауға, өсу кезеңдерін
бақылауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ соңғы жылдары гендік инжинерияны
практикада пайдалану арқылы өсімдіктердің жаңа формаларын шығару
практикасының дамып келе жатқанына байланысты, морфогенезді білу өте қажет
болып саналады. Морфогенезді зерттеу арқылы клетканың бөлінуін, өсуін және
олардың дифференциациясын бақылауға болады. Сонымен қатар кейбір
өсімдіктердің генетикалық дамуы жақсы зерттелген, ол өсімдікті in vitro
жағдайында өсіруге мүмкіндік жасайды. Каллустардың қарқынды өсуі үшін
морфогенез процесінде бірнеше факторлармен: экспланттың генотипіне,
қоректік ортаның құрамына, өсіру жағдайына байланысты болады. Қазіргі
уақытта in vitro жағдайында өсетін өсімдіктердің түрлері айтарлықтай көп
емес. Осындай өсімдіктердің қатарына амарант өсімдігі жатады [10].
Каллусогенез процесінде каллустың пайда болуы әдетте эксплантант
клеткасының дедифференцациясын меристемалық жағдайға дейін жеткізеді.
Көптеген авторлардың зерттеуі бойынша каллус пайда болатын барлық
клеткалардың өсуі және физиологиялық ерекшеліктері бірдей еместігін
көрсетеді [11]. Каллустың типі және пайда болуы дифференциация нәтижесіне
байланысты соматикалық ұлпаның экспланттан каллустың пайда болуында
инициация процесі қиын кезең болып табылады [12].
Клеткалық культураларға морфологиялық, цитогенетикалық гетерогендік
тән екені белгілі. Каллустық ұлпа беткейлік әдіспен өсіріледі, оның
клеткасы аморфты, массалы, жұқа қабықты паренхималы, анатомиялық құрлымы
болмайтынын көрсетеді. Каллусты дақылдың түсі ақ, сары, жасыл, қызғылт,
қоңыр, толық пигменттелген немесе хлорофилденген болуы мүмкін [13].
Соматикалық дақылдық өсімдік клеткасымен жүргізілген көптеген
жұмыстарда каллустардың қарама-қарсы екі типін бөледі: 1) борпылдақ; 2)
тығыз. Әдетте тығыз каллустарды өсіру морфогенетикалық маңызды болып
саналады, ал борпылдақ каллустар тек эксперимент жасағанда пайдаланылады
[14].
1989 жылы арпаның соматикалық клеткасынан каллустың морфологиялық
белгілеріне және морфогенез типіне байланысты 10 типі бөлініп алынған.
Түрлі типтегі каллустарды қайта бөлек отырғызғанда олардың
морфологиясы өзгеруі мүмкін. Өзгеруінің себебі, қоректік ортаға қосылатын
гормондық қоспаларға және осы каллустың клетка типінің морфологиялық
компотенциясына байланысты болып келеді. Кейбір көзқарастар бойынша тек
тығыз ұлпалы каллустың клеткасының морфогенезі ғана маңызды емес, сонымен
бірге борпылдақ ұлпалы каллустарда маңызды болуы мүмкін. Сол себепті
борпылдақ ұлпалы каллустар ды тастамай, оларды аукциннің жоғары
концентрациясы қосылған қоректік ортаға қайта отырғызып, әлсіз жарық жерде
өсіру қажет. Морфогенді каллустың сипаттамасы: клеткалардың қалыпты, ретті
орналасуы және клеткалардың бетінде қабықтың түзіліп пайда болуы.
Каллустық ұлпаларды өсіру кезінде тұрақты және өзгерген типтерін
ажыратады. Морфогенді борпылдақ каллустар және морфогенді емес каллустар
тұрақтырақ болып табылған. Басты морфогенді болып табылатын, жоғары
ұйымдастырылған тығыз ұлпалар өзгеріске бейім болып келген, олар құрылымды
және борпылдаққа айналған. Сондықтан морфогенді емес борпылдақ, аралық және
жаңа морфогенді каллустардың типі пайда болған. Бірақ та тығыз каллустың
құрылымдық өзгеруі және борпылдақ ұлпаға айналуы үнемі морфогенді
потенциалды жоғалтқан емес.
Кейбір каллустардың типтерінің бір түрден басқа түрге өзгеруі
нәтежиесінен тұрақтылығы жоғары морфогенді типті каллустарға ауысуы мүмкін
[15]. Сондай-ақ морофологиялық белгілері бойынша бір-бірінен ерекшеленеді
арпаның тозаңдарынан 5 түрлі типтегі каллустардың ұлпалары бөлініп алынды:
1) борпылдақ, морфогенді емес каллус ұлпалары; 2) борпылдақ, эмбриогенді
каллус ұлпалары; 3) тығыз, жұқа қабатты каллус ұлпалары; 4) тығыз, тамырлы
каллус ұлпалары; 5) тығыз, эмбриогенді каллус ұлпалары.
- Борпылдақ ,морфогенді емес каллус ұлпалары - үлкен, вакуольденген
клеткасында ядросы көрінбейді, паренхималы клеткаларының саны көп.
- Борпылдақ, эмбриогенді каллус ұлпалары - борпылдақ ұлпаларының
аймақтарынан және тығыз эмбриогенезді клеткасының массалы қарқынды
пролификациясынан тұрады.
- Тығыз, жұқа қабатты каллусты ұлпаларының тамырлары, қалың
саңылаулары болады.
- Тығыз, тамырлы каллус типінің эпидермалы клеткаларының қабаты
қалың, клетка қабаты айқын байқалып тұрады, саңылаулары бар.
- Тығыз, эмбриогенді каллус типі тығыз паренхималық кең ауданды және
клеткасында өте ірі ядролары болады.
Каллустарды өсіру донор өсімдіктердің генотипіне байланыстылығы
туралы екі түрлі көзқарастар бар [16]. Кей жағдайда генотип каллустың
индукциясына және өсуіне әсер етеді немесе мүлдем бұл көрсеткіштерге әсер
етпейді деген мәліметтер бар [17].
Басқа жұмыстарда генотиптің әсері тек каллусогенезге немесе тек
каллустың ұлпанық қарқынды өсуіне әсер ететіні анықталған. Бұл жұмыстардың
бір-біріне қарама-қайшылығы, ол зерттелген объектілердің түрлі экспланттар
және генотиптер болғандығынан деген нәтижеге сүйенеді [18, 19].
Генотипті таңдау каллусты өсіруде, регенерантты алуда ең маңызды
фактор болып табылады. Сонымен қатар, генетикалық факторлар каллустың өсу
интенсивтілігін анықтайтын және каллустан алынатын өсімдік регенеранттың
бір-бірімен байланысы жоқ екені анықталған. Байланыстың жоқтығы, сонымен
бірге, процестерді бақылайтын гендерде де байқалады; а) эмбриондардың пайда
болуы және олардың өсімдіктерде өсуі; б) соматикалық және генетикалық
органдардан, ұлпалардан каллустардың пайда болуы. Осыған байланысты
генотиптерді таңдауда жоғары деңгейдегі каллустарды өсіру өсімдіктерді in
vitro жағдайында өсіру жұмыстарының жүруінде белгілі-бір жетістіктерге алып
әкеледі. Бұған дәлел ретінде амарантқа (Amaranthus. Sp.) жүргізілген
тәжірибиелерде каллустарды өсірудің түрлі индукциясы дәлел бола алады [20].
Зерттеулер нәтижесінде өсімдіктердің генотипі каллус өсіруге әсер
ететіні анықталған. Каллустың өсу қабілеті тек генотипке ғана байланысты
емес, сонымен қатар оны өсіретін ортаның жағдайына және инициалды
клеткалардың пайда болуына байланысты. Генотиптері анықталған экспланттарды
өсіру кезінде, нақты өсіру ортасында генотиптердің реакциясы қалыпты
болған. Өсіру жағдайын өзгертсе, бұл реакция өзгеруі ықтимал. Реакциялардың
өзгеруі түрлі себептерге байланысты болуы мүмкін: а) эксплантанттардың
гетерогенділігі каллустардың пеолиферациясы кезінде, бір-бірінен
морфологиялық потенциалы бойынша ерекшеленетін, басқа клеткалардың
ұлпаларынан пайда болуы. б) зерттеуге алынған экспланттар клеткаларының
бірізділігіне ортаның әртүрлі факторлары, активтенбеген гендердің ерте
тасмалдануы немесе активті гендердің ерте ингибирленуі әсер етуі. Осылайша
кез-келген генотипке қажетті ортаның жағдайын, индукциясының тазалағын және
каллустардың өсуін анықтауға болады [21].
in vitro жағдайында өсірілетін культуралық объект болып, өсімдіктің
түрлі бөліктерінен алынған ұлпалар болуы мүмкін. Әдетте, жекелеп өсіру
жағдайында өсімдіктің сабағын, ұлпаларын, бірінші және екіншілік камбйін,
сабағының біріншілік меристемаларын, тамырларын пайдаланады. in vitro
жағдайында өсіруде, сирек, гүл жапырықшаларын, гүлін, тозаңдарын және
жапырақтарын пайдаланады.
Каллустарды жасыл жапырақтардан алу өте қиын болып саналады, бірақ та
бұл каллустар мен регенеранттардың түрлі әдістерді пайдалану арқылы,
өміршеңдігін жоғарылатуға болатыны туралы мәліметтер бар, мысалы бидайды.
Бұл әдіс сатылы түрде фитогормондардың концентрациясын және жарықтың түсу
интенсивтілігін өзгертіп отыру арқылы іске асады [22].
in vitro жағдайында өсірілетін экплантты іріктеп алу ең маңызды рөл
атқарады. Эксплантты іріктеу кезінде жақсы және күшті өскен өсімдіктен
таңдап алу қажет. Өсімдіктердің алдын-ала өсу жағдайы да іріктеу кезінде
маңызды болып табылады, ол дақылдық эксплантанттың әрі қарай өуіне әсерін
тигізеді. Егер экплантант өсімдіктің нақты немесе тура өсуге қабілеттілігі
жоғары кезеңінде іріктелініп алынса, практика жүзінде өсімдіктің кез-келген
бөлігін in vitro жағдайында өсіруге және регенерант өсімдік алуға болады.
Толық жетілмеген ұлпалар және мүшелер майысқақ болып келеді, кейбір
көзқарастар бойынша in vitro жағдайында бұндай ұлпалар мен мүшелер жетілген
ұлпалар және мүшелермен салыстырғанда морфогенезге қабілеттілігі жоғары
болып келеді. Сонымен қатар материалды таңдап аларда меристемалық активті
ұлпалар мен мүшелерге назар аудару керек. Әдетте олар клондауға ыңғайлы,
дақылдау кезінде тірі қалу деңгейі жоғары және өсу қарқыны тез болады.
Меристемалары ұшынан өседі, саңылаулы, жетілмеген ұлпалары өте тез өседі,
әсіресе эксплант ретінде қолайлы болып табылады. Шөптесін өсімдіктердің
жетілген жапырақтарын, тамырларын, сабақтарын, гүлдерін ойдағыдай дақылдап,
культивирлеуге болады және олардан органогенез немесе соматикалық
эмбриогенез жолымен регенерант өсімдігін алуға болады. Негізінен
экспланттың ең алғашқы ұлпасының дифференцациясы маңызды болып табылады,
себебі ол түрлі ұлпалардың морфогенетикалық қабілеттілігіне байланысты
болады.
in vitro жағдайында экспланттағы біріншілік және екіншілік
дифференциацияда жүретін процестер түрлі механизмдермен көрінеді.
Арал өсімдіктерін каллус, тамыр түзілуіне байланысты төмендегідей
қатарларға орналастырады: бұталар, көпжылдық өсімдіктер, ағаштар.
Зерттеулер нәтижесінде түрлі топтағы өсімдіктер тұқымдарынан бірнеше жақсы
қатарлар пайда болған, әсіресе көпжылдық өсімдіктер, бұталар, ағаштардан.
Әртүрлі өсімдіктердің түрлі мүшелерінен каллустардың пайда болуы олардың
қабілеттілігіне және мамандануына байланысты. Құрылысының және зерттелген
құрлымының ерекшелігене байланысты, түрлі өсімдіктерден алынатын
маманданған экспланттардың пайда болу жолына байланысты, келесідей бөлуге
болады: түйнекті бөліктер, жапырақ, тамыр, мүше, гүл [23].
Кейбір зертеушілердің айтуы бойынша, жақсы каллустарды және өсімдік
регенеранттарын алу үшін жапырақ дискілерінен эксплантты дақылдау қажет
десе, ал кейбір зертеушілер, жапырақ дискілеріне қарағанда, тұтас
жапырақтың каллус түзу және өсімдік регенерантының пайда болу қабілеті
жоғары екенін көрсетеді.
Зертеу бойынша жапырақ дискісін пайдалану экспланттың сапасына: 1)
экспланттың көлемін кішірейтеді; 2) мүшенің қызметін бұзады; 3) жапырақтың
түрлі бөліктерінен көп мүшелерде дискілер пайда болады, олардың әдетте
регенерацияға қабілеті төмен болады. Жапырақтардың дискілерін пайдалану,
тұтас жапырақтарды пайдаланумен салыстырғанда регенерант өсімдіктің
түзілуін төмендетеді [24].
Амаранттың екі түрінен түрлі экспланттарды (жапырақ дискісін,
гипокотиль сегментерін және өскіндерді) қоректік ортада, түрлі қоспалар
қосу арқылы 2,4-Д, нафтилсірк қышқылын (НСҚ), кетенинді қосу арқылы өсіруге
болады. Борпылдақ каллустарды эксплантанттардың барлық түрлерінен 0,1-5
мгл 2,4-Д қосу арқылы алынған. Кей жағдайларда, ұрыққа ұқсас тұқымдар
пайда болған, ол амаранттан эмбриогенді дақыл алуга болатынын көрсетеді.
Зерттеулер барысында гипотелей сегментінен каллустар басқа органдардан
пайда болатын каллустарға қарағанда 2 - 3 есе тез пайда болатыны байқалған.
Вегетативті ұлпалармен салыстырғанда кейбір өсімдіктердегі мұндай
генеративті ұлпалар жоғары морфогенді потенциалға ие [25].
Дақылдау әдісін және өсімдік ұлпасын зерттеу клеткалық және
молекулалық морфогенезді зерттеп, модельдік жүйе жасауға мүмкіндік береді.
Бұл әдіс in vitro жағдайында морфогенетикалық процестерді модельдеуді және
қалыпты онтогенезді көрсетеді, сонымен қатар морфогенетикалық процестерді
анықтауға, стандартты жағдайда оның іске асуын анықтап бағалауға мүмкіндік
береді. Бірақ in vitro жағдайында культурадағы морфогенетикалық процестерді
анықтау қиын да, жеңіл де болмайды. Қазіргі кезде морфогенездің жүру
механизмі толық зерттеле қойған жоқ.
Морфогенез процесі каллус өсетін дақылда ұйымдастырылмаған және
өсімдік клеткасының дифференциациясын қайта программалау механизмін
модельдеу болып табылады және өсімдіктердің органдарының пайда болуында
селекциялық жұмыстар үшін маңызды болып табылады. Оптимальді жағдайда
культуралық клетка ұлпаларынан регенерант өсімдіктер алу қос жарнақты және
дара жарнақты өсімдіктердің түрінен, оқшауланған протопласттарды алу,
қазіргі уақытта аса қатты қиындық тудырмайды. in vitro жағдайында
экспланттардың клеткасы қалыпты жағдайда өсуден ерекшеленеді: түрлі өзара
байланыстардың әсері, қоректенудің өзгеруі, клетканың жаңа ортаға
бейімделуінің әсері. in vitro жағдайында өсірілген өсімдік клеткасы
генетикалық белгілері, кариотипі бойынша және ортаның басқа да
факторларының әсерлерінен өзгеріске ұшырайды. in vitro жағдайында дақылды
өсіру кезінде клеткада дедифференциациялық жолмен қайта құрылу қиын болады,
жаңа қасиеттердің және функциялардың жойылуы байқалады, сонымен қатар
клетканың шексіз көбеюіне әкеледі [26].
Дақылдық ұлпада және өсімдік клеткасында дедифференцация және
морфогенез кезінде келесідей процестер жүреді: 1) негізгі маманданған
немесе меристемалық клеткалардың өсімдік экспланттарынан оқшауланған
каллустық клеткаларға айналуы. Процесс негізгі клеткалардың қайта құрылуына
және тізбектік бөліну қабілеттілігіне байланысты; 2) каллустық клеткалардың
дедифференцировкасы бөліну цикліне және екінші реттік қосылыстардың
маманданған синтезіне байланысты; 3) гистогенез, каллусты клеткалар флоэмді
немесе ксиллемалы элементтерге айналу процесі; 4) органогенез – тамырлардың
немесе вегетативті органдардың және гүлдер ұрықтарының пайда болуы; 5)
сомотикалық эмбриогенез – каллусты клеткалар, алғашқы, биполярлы эмбриоидты
құрамды беру процесі [27].
Бидайдың соматикалық ұлпаларының морфогенезінде, каллустың жоғарғы
бөлігінде, түрлі мөлшердегі және формадағы меристемалық глобулалар пайда
болады. Олар ұсақ изодиаметрлі клеткалардан және үлкен ядролардан, қалың
цитоплазмалардан тұрады. Біраз уақыттан кейін меристемалық глобулалар басқа
каллустық ұлпаларға қарағанда автономды өсе бастайды. Бұл кезде клетка
глобулалары бір-бірінен формасы және құрылысы жағынан ерекшеленбейді. Даму
барысында глобулалардың түрлі аудандарындағы белсенді өсуінің бірізді өсуі
байқалған. Сосын, глобула бір жағынан ұлғайып өседі, одан астықтың
зиготалық тұқымының қалқаншасы пайда болады. Ары қарай, in vitro
жағдайында, глобуланың қарама-қарсы жағында эмбриогенездік өсу нүктесі
байқалады [28].
Бидайдың тұқымын бөліп алу қиын кезең болып саналады, себебі оның
ішкі ортаға сезімталдығы жоғары болып келеді. Ең бір қиын кезеңге
автономилық фаза жатады, бұл өздігінен тәуелсіз даму кезеңі болып
табылады. Автономды даму фазасында, дақылдар in vitro жағдайында тұқымның
қабілеттілігіне байланысты толық эмбриогенезін аяқтайды және гормонсыз
ортада өсіруді бастауға болады [29].
Бидай түйіндерінің эмбриогенездік ерекшеліктері, ұрықтанбаған
түйіндерін дақылдау кезінде ұрықтардың дамуы табиғи жағдаймен салыстырғанда
баяу жүретіні байқалған. 4-6 клеткалы проэмбрион дақылдау кезінде 10-14
күннен кейін қалыптасқан, ал көп клеткалы ұрық дақылдаудың 25-і күнінде
пайда болған. Проэмбрион ірі клеткалардан, ұрық қапшығының қуысынан пайда
болады. Порэмбрионның ары қарай дамуы эмбриодерманың пайда болуымен өтеді.
Ұрық қабығы перифериялық қабық түрінде проэмбрио клеткаларының переклинді
бөлінуі нәтежиесінде пайда болады. Ұрықтар морфологиялық біркелкі емес
клеткалардан құралған, оларда ұсақ меристемалық клеткалар және ірі ядролары
болады [30].
Бидай тозаңдарынан эмбриоидтардың түзілуі кезінде, алғаш митоз
нәтижесінде екі тең клеткалар пайда болады, келесі бөліну кезінде
морфогенді және глобулярлы құрылымды каллустардың пайда болуына алып
келеді. Дақылдау, оқшауланған тозаңдардың алғашқы кезеңі болып,
микроспоралар және глобулалардан морфогенді каллустардың пайда болуы болып
табылады. Глобула тозаңның қабырғасымен суспензордың арасын қорекпен
қамтамасыз етумен байланысты болуы мүмкін. Глобуланың ары қарай дамуы және
дифференциациясы проэмбрионның қалыптасуына әкеледі. Суспензормен
байланыстың бұзылуы глобуланың дамуымен де дедифференциациясына немесе
дегенрациясына және каллусогенезге әсер етеді.
Эмбриоидтар тығыз құрылымды, формасы сопақша, сабақтық, тамырлық
бастамасы болады. Осындай эмбриоидтарды ортаға отырғызып - өсімдік
регенеранттарын алуға болады.
Глобуллалар дифференциацияланып, эмбриоидтарға айнала алады. Сонымен
қатар олар осы кезеңде дедифференциацияланып, олардан морфогенді каллустар
қалыптасуы мүмкін.
Барлық каллустар дифференциациялануға қабілетті болмайды. Бұндай
қасиет тек ақ, тығыз болып келетін каллустарда ғана болады. Алғашында
каллустардың жоғарғы жағында майда меристемалық клеткалар мен үлкен ядролар
басқа ұлпалардан ерекшеленіп, эмбриональді клеткалық кешен пайда болады.
Эмбриональді клеткалық кешен көптеп бөліну нәтижесінде глобулалар пайда
болады, одан кейінірек, екіншілік эмбриоидтар қалыптасады. Эмбриоидтар
биполярлы құрылымды, тамырдың және сабақтың аспектілері болып табылады.
Екіншілік эмбриоидтардың каллустық ұлпаларының орналастыруын екі типке
бөлінеді: 1) каллустардың жоғарғы бетінде пайда болуы; 2) меристемалық
орталықтардың ішке қарай белсенді бөлінуі. Екіншілік эмбриоидтардың алғашқы
даму кезеңі каллустармен өте тығыз байланыста болады, ал кейіңгі
кезеңдерде, каллустардан эмбриоидтардың жеке автономды жүйеде орналасқаны
байқалған. Келесі кезеңдерде эмбриоидтардан регенерант өсімдіктер шығуына
қабілетті болған [31].
Культурадағы тұқымның дамуын зерттеу суспензордың табиғатын болжауға
мүмкіндік береді. Дақылдаудың алғашқы кезеңдерінде регенерант Ranuculus
эксплантының және дамушы тұқымдардың құрылысы in vitro жағдайда эмбрионалді
суспензорлы клетка құрылады, функциялық белсенді суспензиор бұл кезде пайда
болмайды. Себебі, in vitro жағдайында тұқым қоректік заттарды жоғарғы
жағынан сіңіреді. Бұл жағдайда суспензиор болғанымен де ол функциональді
жүктемені атқармайды.
Клеткалардың дедифференциациясын туғызатын және олардың гистогенезден
келесі органогенездік құрылымға өтуінің басты себебі фитогормондардың
әсерінен деп есептеуге болады. Осы немесе басқа морфогенездің типін
анықтауда қоректік ортадағы ауксин мен цитокининнің болуы басты фактор
болып табылады. Бұл заңдылықты ең алғаш Скуг және Миллер тапқан. Олардың
концепциясы бойынша, сабақтарды, тамырларды немесе дифференциацияланбаған
каллустарды ауксин мен цитокининнің қоректік ортадағы қатынасын өзгерте
отырып алуға болады.
Органогнезге қарағанда, соматикалық эмбриогенезде және ұлпаларда
гормондардың рөлі азырақ болса да, байқалады. Эмбриогенездің реттелуі 2,4-Д-
ң қоректік ортада болуына байланысты. Ол клетка массасының өсуін қамтамасыз
етеді.
Темекі каллустарынан ауксиннің және цитокининнің орташа қатынасында
регенерация процесі байқалмаған тек клеткалардың полиферациясы болған.
Ауксин мен цитокининнің жоғарғы қатынасында тамырдың пайда болуына
(ризогенез), төменгі қатынасында собық түйіндердің (геммогенез) пайда
болуына әкеледі. Сонымен қатар бір пробиркада өскен каллус ұлпасы алғашқы
морфогенездің бастамасын, сондай-ақ ризогенез, геммогенез және
эмбриогенезде бола алуы мүмкін, бұл каллус ұлпасына фитогормондардың
концентрациясының әсер етуін көрсетеді. Фитогормондардың мұндай
әмбебаптылығы әсер етуі немесе эффектілігі клеткадағы концентрациясына
және қатынасына байланысты болуы, олардың жануарлар гормондарымен
салыстырғанда, аз маманданғанын көрсетеді.
Құрамында ауксині бар эмбрионалды клеткалы кешенді қоректік ортада
болуы, эмбрионалды клеткалы кешенді құрайтын клетканың пролиферациясына
және эмбриондардың дифференциациясының тоқтауына әкеледі. Жекелеген
клеткаларды қоректік ортаға 2,4-Д-сыз бірінші отырғызу кезінде,
каллустардан немесе проэмбрионалды клеткалардың массасынан тұқымды
глобулярлар пайда болған. Бірақ та қоректік ортада 2,4-Д белгіленген
мөлшерден төмен болуы немесе 2,4-Д-ң төмен концентрациясында ары қарай
дақылдау кезінде соматикалық тұқым пайда болғаны байқалған.
Эмбриогенездегі гормондық реттеудің ерекшелігі, өте төмен
концентрациядағы гормон тек индукция процесінің кезеңдерінде, сонымен қатар
ұрық алды даму кезінде клеткаға көмек ретінде және эмбрионалды
дифференциацияның алғашқы кезінде қажет болады. Ары қарай даму барысында
гормон ұрыққа қажет емес, тек қоректік ортада аномалиялық құрлымның дамуына
пайдаланылады [32].
2,4-Д, ИСҚ, БАП-нің эмбриогенез процесіндегі функциясын төмендегідей
анықтауға болады: 1 кезеңде 2,4-Д әсерінен соматикалық клетканың
дифференциациясы жүреді, БАП әсерінен пайда болатын клеткалардың
детерминациялық дамуы жүреді; 2 кезеңде НСҚ және БАП әсерінен эмбриогенді
клеткалар эмбриоидтарға бөлінеді және дифференциацияланады.
Гормондық реттегіштердің функциясын өсу процесіндегі эмбриогенездің
индукциясына және реттегіштердің өсуге әсерін түсіну біріншіден,
эмбриогенездің пайда болу процесін модельдеуге және зиготалық ұрықты
зерттеу мақсатында пайдалануға, екіншіден, өскен клеткалардың құрамын және
генетикалық даму динамикасын түсінуге мүмкіндік береді [33].
Арпаның (12 рет отырғызылу) жетілмеген тұқымының соматикалық
эмбриогенезін жыл бойы зерттегенде, қоректік ортада эмбриогендік потенциал
сақталатыны белгілі болған. 2,4-Д мөлшері 4,0 мгл және 7,0 мгл болғанда
12 рет отырғызылу кезінде де потенциалы азаймаған. Қоректік ортада 2,4-Д
мөлшері 2,0 мгл болғанда каллустардың эмбриогенділік қабілеті төмендеген,
2,4-Д концентрациясы 4,0 мгл каллустардың өсуіне және эмбриондардың
дифференциациясына оптимальді болған. Каллустардың көбісінен орташа есеппен
25 эмбриоидтар пайда болған, барлығының жалпы саны 35-40 эмбриоид болады.
Қоректік ортаға 2,4-Д мөлшерін 10,0 мгл және 16,0 мгл қосқанда
эмбриогенезді және өсуді тежеген. 2,4-Д-ң төмен концентрациясы каллустардың
эмбриоидтарын тұрақтандырып, ал жоғары концентрациясы жаңа эмбриондардың
пайда болуына әкелген. Цитокинин каллустардың өсуін және эмбриогенді
потенциалын төмендеткен [34].
Бидайдың аналық ұлпасының гаметофитінде эмбриогенездің түрлі құрамы
гормондарға байланысты екені анықталған. Қоректік ортаға 2,0 мгл 2,4-Д, 6
мгл ИСҚ, 8 мгл кинетин қосқанда тұқымдар нуцеллус клеткасынан пайда
болған. Дақылдау кезінде 2,4-Д концентрациясы 2,6-4,4 мгл, ИСҚ 2,0 - 2,8
мгл, кинетин 6,0-10 мгл болғанда жұмыртқа аппаратының өзгерісі байқалған,
қоректік ортада ауксин мен кинетиннің болуы өте маңызды екенін көрсетеді
[35].
Дақылдық клеткадан ұлпалар мен мүшелерден соматикалық эмбриогенездің
пайда болуы, тура жолмен немесе тура емес жолмен жүруі мүмкін. Тура жолмен
жүретін эмбриогенез бір немесе бірнеше вегетативті ұрықтың пайда болуымен
байланысты болады және бұл кезде каллус түзілу сатысы болмайды. Бұндай
құбылыс цитрусты өсімдіктерді зерттеу кезінде нуцеллус ұлпасы нуцеллустық
ұрықтың бастамасын беретіні байқалған.
Тура емес эмбриогенез бірнеше кезеңдерден тұрады: экплантантты
культивирлеу және ұрық алды ұлпалардың пайда болуы кезінде, қоректік ортаға
каллустарды индуцирлеу үшін өсу факторысыз өсуін реттеу және ұрық алды
ұлпалардан полярсыз ұрықтардың пайда болуы.
Қытай сельдерейін 2,4-Д бар қоректік ортада дақылдағанда эмбриондар
дамыған. Проэмбриодтағы белоктардың дамуына толықтай анализ жасау кезінде
электрофорез әдісі қолданған. Нәтежиесінде проэмбрио кезінде белоктардың
өзгергені байқалған. Проэмбрионың аналогиялық құрылысының және оның
белоктық құрамы ара қатынасының ұқсастығы қырық қабаттан да табылып,
зерттелген. Қарастырылған мәліметтер бойынша зерттеліп отырған экспланттың
клеткасынағы белоктың синтезделу процессі және белоктардың белгілі
анықталған құрлымдық типі органогенезге және эмбриогенезге әсері бары
анықталған.
Қазіргі уақытта in vitro жағдайында эмбриогенездің реттелуіне әсер
ететін бірнеше факторлар анықталған. Оларға қоректік ортадағы азот
қосылыстары, калий, неорганикалық иондар, сонымен қатар көмірсулар,
витаминдер және өсуді реттеуіштер жатады.
Стюрд концепциясы бойынша, қазіргі уақытта, соматикалық клеткалардың
изоляциясына эмбриогенездік жол практика жүзінде толықтай тоқтатылған.
Бұған сәбіздің жекелеген паренхималық клеткаларын зерттеуге алған кезде,
зерттеу нәтежиесі бойынша эмбриогенездің алғашқы пайда болуы көп клеткалы
агрегаттардан пайда болатыны анықталған. Бұған Ranunculus sceleratus L- тың
каллустарын микраскоппен зерттеу нәтежиелері дәлел бола алады.
Соматикалық эмбриогенездің жүруіне байланысты бірнеше гипотезалар
бар:
1) Тура эмбриогенез – эмбриологиялық дамуда бұрын детерминацияланып
қойған, яғни предетерминацияланған клеткалар деп аталатын клеткалар.
Тек өсуді реттеп отыруды ғана қажет ететін немесе клеткалық бөліну мен
экспрессияға өту үшін қолайлы жағдайды қажет ететін клеткалар жатады.
2) Тура емес эмбриогенез – каллустардың пролиферациясын және эмбриогендік
жағдайға дейін дамуда дедифференциацияланған клеткалардың
редетерминациясын қажет ететін клеткалар. Бұндай индуцирленген эмбриогенді
дедифференциацияланған клеткалар тек алғашқы клеткалық бөліну кезінде ғана
емес, сонымен бірге эмбриогенді жағдайдың детерминациясы кезінде де
реттегіштерді қажет етеді [36].
... 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