Мазмұны
К I Р I С П Е 4
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 6
БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНЫҢ ӨСУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ 6
БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНДА ОРГАНИКАЛЫҚ ЕРИТІН ЗАТТАРДЫҢ ТОПТАЛУЫ 7
1. 3. МУТАГЕНЕЗ ЖӘНЕ ОНЫҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ 11
1. 4. МУТАЦИЯНЫ ТОПТАСТЫРУ 12
1. 5. МУТАЦИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТІҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ 15
2. ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ МЕН ЗЕРТТЕУ ЗЕРЗАТТАРЫ 16
2. 1. ЗЕРТТЕУ ЗЕРЗАТЫ 16
2. 2. ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ 16
БАЛДЫРЛАР КУЛЬТУРАСЫН ӨСІРУ ЖӘНЕ ТІРШІЛІККЕ
БЕЙІМДІ КЛЕТКАЛАРДЫ АНЫҚТАУ 17
БАЛДЫРЛАР ЭКЗОМЕТАБОЛИТТЕРIНIҢ АКТИВТIЛIГIН
БАЯҚАУ 17
3. ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 19
3.1. БАЛДЫРЛАРДЫҢ ЖЕКЕ ЖӘНЕ АРАЛАС ӨСУІНДЕГІ ӨСУ
ПРОЦЕСТЕРІ 19
3. 1. 1. КУЛЬТУРАНЫН, ӨСУ ДИНАМИКАСЫ 19
3.1.2. БАЛДЫРЛАРДЫҢ ТІРШІЛІККЕ БЕЙІМДІЛІК ДЕҢГЕЙІ 25
3.2. БАЛДЫРЛАР ЭКЗОМЕТ АБОЛИТТЕРIНIҢ БИОЛОГИЯЛЫҚ АКТИВТІЛІГІ 29
3.2.1. БАЛДЫРЛАР МЕТАБОЛИТТЕРІНІҢ МУТАГЕНДІ ЖӘНЕ
АНТИМУТАГЕНДІ ӘСЕРІН ЗЕРТТЕУ
ҚО Р Ы Т Ы НДЫ 40
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 41
К I Р I С П Е
Балдырлар - жер жүзіне кең тараған төменгі сатыдағы өсімдіктердің бір тобы.
Балдырлардың түрлері тұнган су қоймасымен, су ағындарымда кездеседі. Судың, мөлдірлігінің артуынан, олардың саны және су қоймаларын биологиялық жолмен өзін-өзі тазарту қызметін арттыра түседі.
Қазіргі кезде алдыңғы қатардағы әртүрлі әдістердің көмегімен балдырлардың жаңа түрлері айқындала бастаған.
Қоршаған ортаның өзгерісіне шыдамдылығы сонша, кейбір түрлері 65-85 градусқа дейінгі тіршілікке бейімділігін сақтайды. Төменгі температурада, яғни қарлы тау жартастарында кездесетін балдырлар әлемі бар. Балдырлар жылдар бойы әртүрлі климаттық жағдайларға ұшырап, оларға төтеп береді.
Көк-жасыл балдырлар гетеротрофты органдармен бірге ластанған су мен ағын суларды тазалауда белсенді қызмет атқарады. Осыған байланысты су қоймаларында балдырлардың көптеген түрлерін кездестіруге болады.
Көк-жасыл балдырлардың ортаға бөлген сұйықтық құрамының қасиеті, яғни оның өсуді жеделдету белсенділігінің болуы өте маңызды.
Әдебиетерде балдырлардың кейбір түрлерінің физиологиясы жөнінде айтарлықтай мәліметтер бар, бірақ біздің Қазақстанның су қоймаларында тіршілік ететін балдырлар жан-жақты (олардың физиологиясы, генетикасы,биохимиясы) зерттелмеген. Әсіресе көк-жасыл балдырлардың өздері өсетін ортаға бөлетін қосылыстардың құрамы, қасиеті, олардың өсу процестерін реттеуге маңызды, үлкен көңіл бөлетін мәселе.
Балдырлар өзі өсетін ортаға әртүрлі экзометаболиттер бөліп шығарады. Қазіргі кезде оларды ортадан бөліп алып тазартып әртүрлі салаларда: ауылшаруашылығында, медицинада қолдану көзделіп отыр.
Жұмыстың мақсаты - балдырларды жеке және аралас өсіру барысында өсу динамикасын және балдырлар зкзометаболиттерінің әртүрлі өсімдік объектілеріне әсерін, сондай-ақ зкзометаболиттердің антимутогендік белсенділік қабілетін бақылау.
Осыған байланысты ұсынылып отырған жұмысқа, мынадай талаптар қойылды:
1. Балдырларды жеке және аралас өсіру негізінде өсу динамикасын бақылау;
2. Тіршілікке бейімділік деңгейін зерттеу;
3. Балдырлардың биологиялық активтілігін бидайдың колеоптиліне және балдырлардың индикаторлық штамдарына сынап көру;
4. Балдырлардың экзометаболиттерінің антимутагендік тиетілігін анықтау.
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1. БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНЫҢ ӨСУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
Көк-жасыл балдырлар - өте ертедегі хлорофил топтағыш организмдер. Балдырлардың басты ерекшелігі - олардың клетка құрылысында, клетканың қарапайым жіктелуі, ядроларының болмауы, прокариоттарга жатқызады /1-4/. Әдетте, осындай олардың қасиеттері, хлорофилінің болуы және фотосинтездің негізінде өттегінің, бөлінуі, оларды балдырлармен біріктіреді. Сондықтан, организмдердің өзіндік топтары осы уақытқа дейін көк-жасыл балдырлар -цианобактериялар деп аталады.
Балдырлар тіршілігінде ортаға заттардың бөлінінің маңызы зор. Сондай-ақ, бұл олардың тіршіліктегі маңызды қызметі болып табылады. Алмасу процесіндегі ортаға заттардың бөлінуі, сыртқы ортаның әсерінен туындап отыр. Осыған байланысты бөліну және сіңіру клеткамен сыртқы орта арасындағы зат алмасуды қамтамасыз ете отырып, қоректік ортада органикалық заттардың бөлінуін анықтайды /5/.
Әртүрлі метаболиттердіқ бөлінуінің биологиялық мәнін Г. Фогг қоректік ортаны "дайындауга" балдырлардын, қатысуымен еру, комплекстену және элементтер қатарының қайта қалпына келуінен дайын зкзогендік компоненттер алуга болады деген /6/.
Өсу процесіндегі органикалық қосылыстардың бөлінуі және олардың күрделенуі дәлелденген. Зерттеушілердің жұмыстарынан балдырлардың көпшілік клеткаларды синтездеуінен, сыртқы ортага заттар бөлініп отырған /7/.
Балдырлар арқылы бөлінген азотты заттардың үлесі 30-60 процентке дейін жетеді. Клеткадан тыс метаболиттердіқ мөлшері фотосинтезді таза сөткелік өнімділігінің 40 проценттік жуығына жақындайды. Балдырлардың клеткадан тыс метаболиттерінің құрамы алуан түрлі. Көк-жасыл балдырлардың экзометаболиттер есебіндегі белгілі топтары: аминқышқылдары, пептидтер, көмірсулар, ұшқыш қосындылар, органикалық қосылыстар, терпендер, витаминдер, фенолдар, индол және басқа қосылыстар. Балдырлар клеткаларынан бөлінген заттар қоректік ортаға топталып, клеткалардын, өзіндік өсуін арттырады немесе тоқтатуы мүмкін. Балдырлар культурасында өсудің тоқтауын ауто-ингибирлену немесе аутоонтогонизмі ретінде қарастырады /8/.
Мұндай құбылыс, жабық экологиялық жүйеде өсірілетін балдырларға тән. Мысалы, Phormidium uncinatum-ды екі ай бойы ортаны ауыстырмай өсіргенде, сарғайып, өсуін тоқтатады. Соңында ескі ортаға қоректік элементтер қосқанда да әсерсіз болған. Ортадағы балдырлардың өсу процесі қоректік ортаны толық жаңартқан жағдайда ғана жүреді /9/.
Табиғи жағдайда әртүрлі күрделілікпея заттардың бөлінуінен балдырлар гидробионттармен аллелопатиялық қарым-қатынасқа түседі. Балдырлардың микроорганизмдерге әсері туралы мәліметтер бар (олар саңырауқұлақтар, су есімдіктері, зоопланктом және ихтиофауна). Өсу кезеңінде балдырлардьщ өсуі биотоптағы басқа организмдердің әсеріне байланысты.
Экзометаболиттердің физиологиялық ролі алуан түрлі. Олар альгицидтік, альгостатикалық жене альгодинамикалық қызмет көрсете алады /10/.
Ортаның қалыпты өсу барысында клеткалардың өсуі зкзометаболиттердің концепциясының артуына әсер етпеген. Сондай-ақ, бұл кезеңде олардың концентрациясы әдетте төмендейді /11/.
Көк-жасыл балдырлар бөлетін органикалық заттардың, бір сөткедегі мөлшерінің өзгеруі әртүрлі тербеліске үшырайды. А. И. Сакевич өзінің қызметкерлерімен бірге жасаған тәжірибесінен, клеткадан тыс органикалық заттардың мөлшері Mikrosistik қоректік ортасында 16,96-130,73 мг/л есептеген, экспоненциалды өсу фазасында 258,60-325,21 мг/л өзгертіледі деп көрсетілген. Сонымен бөліну және сіңіру функциясының сөткелік өзгеруіне физиологиялық өзгерістер - өсу, даму, фотосинтез әсерін тигізеді.
1.2. БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНДА ОРГАНИКАЛЬІҚ ЕРИТІН ЗАТТАРДЫҢ ТОПТАЛУЫ
Табиғи судағы ерігіш органикалық заттардың қосындысы күрделі қоспалардан тұрады. Балдырлардын, клеткадан тыс өнімдерінің химиялық табиғатын үш топқа бөледі:
Азоттық заттар алмасуының өнімдері;
Көмірсулардың алмасуының өнімдері;
Физиологиялық активті заттар /12/.
Көпшілік ғалымдар азоттық заттардың бөлінуіне көңіл аударады, себебі бұл қосылыстар көп мөлшерде сыртқы ортаға бөлініп отырады. Anabaena cylindriса клеткасынан бөлінген азотқұрайтын заттың, азоттұтынудағы жалпы массасының 30-50 процентін құраған /13/.
Азоттық заттардың алмасуының клеткадан тыс бөлінетім өнімдер: төменгі молекулалық белоктар, полипептидтер және бос аминқышқылдары. Бос аминқышқылдары зкзометаболиттердің белгілі мөлшерін ғана құрайды. Сыртқы ортаға балдыр клеткасында, синтезделетін аминқышқылдары мен пептидтердің 45 проценті ғана кіреді.
Балдырлар сыртқы ортаға ірі молекулалы белоктарды шығарады деген мәліметтер бар. Mысалы: екі ай бойы өсіріліп жатқан Nostos musiorum балдырының ортасынан активті перооксидаза табылған, сонымен заттардың трансформациялық процесінде маңызды роль атқаратыны дәлелденген.
Балдырлардың экзометаболиттерінің ішінде көмірсуларда маңызды орын алады. Nostos musiorum ортасынан клеткадан тыс полисахаридтердің 37,3 процент мөлшері анықталған. Моносахаридтердің құрамы глюкоурон қышқылы және пентоза, ксилозамен шектелген.
Балдырлар клеткаларының ескі өсу ортасына қарағанда, жас қарқынды өсетін клеткалардың өсу ортасындағы көмірсулардың мөлшері әлдеқайда көп болған.
Әдебиеттердегі мәліметтерден көмірсулар мен азоттық заттардың алмасуына өнімдері балдырлар клеткаларынан бөлінетін қосылыстардың биологиялық активтілігін арттыратынын көруге болады. Мысалы, хлорелладан бөлінген полинуклеотидпептид, балдырлар клеткаларының бөлінуін, оның дамуын тездете отырып, авто және зооспораның шығуын тездетуге көмектеседі.
Өсудің лагарифмдік кезеңінде ортадағы органикалық қосылыстар мөлшері логарифмдік және стационар фазамен салыстырғанда бес есе көп /13/.
Экзометаболиттардің ішіндегі гликопептидтер активтілігі жөнінде мәліметтер баршылық. Anabena клеткасын өсіріп жатқан сұйық ортадан жоғары активтілік көрсететін екі гликопептид табылған. Оның бірі гетероцистаның дамуын тежейді, екіншісі күшейтеді. Яғни, клеткалар неғұрлым жас болса, ортаға заттарды бөліп шығару қабілеті жоғары /14/.
Балдырлардың экстрацеллюлярлы сұйықтығының құрамында фитогормондардың болатындығы көрсетілген /13/.
Фитогормондардың болуы балдырлардың даму мезгілінен бастап әртүрлі деңгейде пайда болады. Ауксиннің максималды құрамы 6 күндік балдырлар өсіріліп жатқан ортада байқалады, ал өсу кезеңінде гиберреллин тәрізді заттар пайда болады да, акусин тәрізді заттар азаяды, өсудің тежегіштік саны өседі /16/.
Балдырлар фенолдарға бай. Фенолдар өсу процесін реттеуде маңызды роль атқарады. Балдырлар клеткасы өсіп жатқан ортаға 0,48-1,0 процент мг/л шамасындай фенолды қосылыстарды бөлгені анықталған /15/.
Клеткадан тыс бөлінген фенолдар өсу процессін тежейді және клеткалардың бөлінуін қамтамасыз етеді. Фенолдардың 3,46 мг/л мөлшерінде балдырлар ортадағы өсуін тоқтатады. Клеткадан тыс фенолдык, заттар: кумариндер, күрделі эфирлер болып отыр. Жоғары концентрациялы фенолды қосылыстар альгицидтік қасиет көрсетеді. Фенолды қосылыстар өсімдік ұлпасына еніп хинондар түзеді. Клеткадан тыс өнімдердің бірі, ұшқыш қосылыстардың бөлінуі. Ортаның ескіруіне байланысты ұшқыш қосылыстардың сапалық құрамы және тежегіштік әсері төмендейді /15/.
Ұшқыш қосылыстар құрамында карбонильді, терпенді қосылыстар, бензол туындылары, органикалық қосылыстар болады және эфирлер, спирттер кездеседі /17/.
Балдырлар клеткаларында витаминдердіңде жинақталатындығы дәлелденген. Бұл қасиет витаминдер алуда маңызды. Альгологиялық таза ортадан (Nostos punctiforme) штаммынан, рибофлавин, пиридоксин және фоль қышқылы табылган /18/. Балдырлардың клеткадан тыс өнімдерінің алуантүрлілігін бір жүйеге келтіру үшін мына төмендегі жіктеу ұсынылады:
- сенсорлық әсердің метаболиттері информациялық кызметті жеткізуші;
-тропикалық әсердің метаболиттері (тағам тізбегіне қатысушылар);
-организмдердің өсуіне және дамуына әсер етуші метаболиттері - онтогонистік метаболиттер, зақымдаушы топтар.
Суда балдырлар топталып, әртүрлі заттарды бөліп шығаруынан, сондай-ақ "судың гүлденуінен" суға әртүрлі улы қосылыстар түсіп суды ластайды. Осындай зиянды әсерден адамдар және жануарлар уланған жағдайлар болған /18/.
Удың бөлінуіне әртүрлі факторлар әсер етеді. Балдырлардың бір бөлігі "у" бөліп шығарғанмен, олардың басқа барлық түрлерін "у" бөліп шығарушылар қатарына жатқызуга болмайды. Мысалы, он тоғыз зерттеліп жатқан штаммдардан тек қана сегізі ғана "улы" болып келді /19/.
Аралас ортадағы токсин бөліп шығаруда табиғи популяцияның түраралық әсер етуі ықтимал. Жеке ортада өсіргенде "улылық" көрсетпеген, бірақ аралас ортада байқала бастаған. Мысалы, Aphanizomenon flos-aguae- бес штаммасы микроцистистің қатысуынан соң улылық қасиет көрсеткен /19/.
Улы заттар тұщы суда көбейіп жәндіктер мен балықтардың қырылуын тудырады. Суда нейротоксиннің көбеюі 30 минуттың ішінде таралып, жануарлардың тыныс жүйелерін зақымдайды /19/.
Балдырлардың метаболиттер өсу процестерінің жоғарғы деңгейіндегі жүйесіне әсер етеді және оларды практикада қолдануға болады. Мысалы, Gomphosphaeria aponia балдырын, пирофитті балдырлар тудыратын "қызыл гүлденуге" қарсы қолданады. Балдырлық метаболиттер кең спектрлі антибиотикалық әсерге ие. Жоғары бактериоцидтік және бактериостатикалық әсер, Microcystis aeruginosaның улы метаболиттері ішек таяқшасын, сальмонелла сүзегіне және стафилококк әсеріне байқалды /20/.
Қазіргі кезде улы қосылыстардың табиғаты анықталды, яғни экзотоксин (алколоид) және эндотоксиндер (белок) бөлініп алынып, олардың балдырлардағы түрлері ашылуда /21/.
Көк-жасыл балдырлардағы биологиялық активті қосылыстар жасыл өсімдіктердің өсуіне әсер етеді. Балдырлардың ауылшаруашылықтағы өсімдіктер алқабына пайдаланғанда, олардың өсімін, түсімін арттырып, дамуын тездетіп, өнімділігін жоғарылатқан. Қазіргі кездегі атмосферадағы азоттұтынудың белсенді жүруін реттейтін 100 жуық балдырлар белгілі /22/. Nostoc-ты күріш алқабына пайдаланудан, топырақта азоттың көбейгені байқалған, яғни егістікке 80 кг/га мочевина жіберілгенмен бірдей болған. Тек қана көк-жасыл балдырларды пайдаланып, қосымша минерал тыңайтқыштар қоспағанның өзінде, күріш астығының өнімділігін 430-841 кг/га өсіретіндігі байқалған /23/.
Көк-жасыл балдырлардың биологиялық активті заттарының құрамына өсу тежегіштері, улар, ингибиторлар, өсімдіктің өсуін реттеушілер және антибиотиктер жатады.
Бұл заттар табиғаты жағынан өзіндік ерекшелігі бар, химиялық заттар. Мысалы, цианобактериялардың планктонды түрлерінің нейро және гепатотоксиндер түзуі өте қызықты.Ладож өзенінің 35 бассейнін бақылау барысында цианобактерияның биомассасында гепатотоксин түзушілік қабілетінің болуы байқалады /22/. Балдырлардың жоғарыда аталған қасиеттеріне байланысты (олардан бөлінітін биологиялық белсенді заттар құрамын анықтай келе) белсенді заттар медицинада және басқа да салаларда қолданылуда.
Балдырлар - болашагы зор зерзат. Жершарында, су қоймаларында топ-топ болып таралып, өсіруге де оңай және көп шығында шығармайды.
1.3. МУТАГЕНЕЗ ЖӘНЕ ОНЫҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ
Мутация - генетикалық материалдың кенеттен табиғи немесе жасанды түрде өзгеруі салдарынан, организмнің қандай да бір тұқым қуалайтын белгілерінің өзгеруі. Табиғи өзгерістер (гендегі және хромосомадагы) физикалық және химиялық әсер ету арқылы пайда болады. Мутагендер - мутацияның жүруіне әсер ететін заттар. Мутагендерге әсер етуші сыртқы әсерлер физикалық, химиялық және биологиялық (вирустар) факторлар тірі организмдерге әсер етіп мутация жиілігін (әжептәуір жоғарылатады) және спонтандық мутация деңгейін әжептәуір жоғарылатады.
Физикалық мутагендерге иондық сәулелердің барлық түрлері (гамма және рентген сәулесі, протон, нейтрон, т.б.) ультракүлгін сәулелер, жоғарғы және төменгі температуралар жатады.
Химиялық мутагендер - көптеген алкилдеуші қосылыстар, нуклеин қышқылдарының азотты туындылары, алколоидтар және басқалар. Мутация жиілігін жүз есе ұлғайтушы мутагендер - супермутагендер деп аталады. Оларга N-нитрозоалкилмочевина, N-нитрозоалкиламин, N-нитрозоалкиламид, диалкилсульфат, этиленимин және басқада туындылар жатады /24/.
Генетикалық тәжрибелерде химиялық мутагендерді микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар селекциясында, медицина салаларында пайдалануға мүмкіншілік туады. Сонда микроорганизмдердің биохимиялық мутанттарының генетикалық аппараттарын толық зерттеуде үлкен мәні бар. Химиялық мутагенсіз антибиотиктерді, витаминдерді, аминқышқылдарын, белоктар мен ферменттерді синтездейтін микробиологиялық өндірістерді алу мүмкін емес. Олардың көмегімен әртүрлі синтездерге қатысатын жүздеген өндірістік микроорганизмдер штамдары алынған.
Ауылшаруашылық селекциясында қазіргі кезге дейін, гибридизация әдісі қолданылып, көптеген жақсы сорттар алынған. Мутагендер организм өзгергіштігін кенет жеделдетеді, бұл селекция жұмысының нәтижелі өтуіне жағдай туғызады. Табиғи мутагендерді пайдаланып селекциядағы пайдалы түрлердің сапасын арттыруға болады. Химиялық мутагеннің әсерінен майының құрамындағы олеин қышқылының мөлшері жағынан оливк майынан кем түспейтін күнбағыс майы алынған /25/.
Ғылыми-техникалық прогрестің нәтижесінде адамды қоршаган орта әжептәуір өзгеріске ұшырады. Адамның ортасындағы физикалық және химиялық факторлардың едәуір бөлігі адамның тұқымқуалаушылығына және басқа органдарына әсерін тигізеді. Мұндай жағдайларды туғызбауға қарсы күрес жургізуі тиіс /25/....
К I Р I С П Е 4
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 6
БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНЫҢ ӨСУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ 6
БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНДА ОРГАНИКАЛЫҚ ЕРИТІН ЗАТТАРДЫҢ ТОПТАЛУЫ 7
1. 3. МУТАГЕНЕЗ ЖӘНЕ ОНЫҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ 11
1. 4. МУТАЦИЯНЫ ТОПТАСТЫРУ 12
1. 5. МУТАЦИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТІҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ 15
2. ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ МЕН ЗЕРТТЕУ ЗЕРЗАТТАРЫ 16
2. 1. ЗЕРТТЕУ ЗЕРЗАТЫ 16
2. 2. ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ 16
БАЛДЫРЛАР КУЛЬТУРАСЫН ӨСІРУ ЖӘНЕ ТІРШІЛІККЕ
БЕЙІМДІ КЛЕТКАЛАРДЫ АНЫҚТАУ 17
БАЛДЫРЛАР ЭКЗОМЕТАБОЛИТТЕРIНIҢ АКТИВТIЛIГIН
БАЯҚАУ 17
3. ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 19
3.1. БАЛДЫРЛАРДЫҢ ЖЕКЕ ЖӘНЕ АРАЛАС ӨСУІНДЕГІ ӨСУ
ПРОЦЕСТЕРІ 19
3. 1. 1. КУЛЬТУРАНЫН, ӨСУ ДИНАМИКАСЫ 19
3.1.2. БАЛДЫРЛАРДЫҢ ТІРШІЛІККЕ БЕЙІМДІЛІК ДЕҢГЕЙІ 25
3.2. БАЛДЫРЛАР ЭКЗОМЕТ АБОЛИТТЕРIНIҢ БИОЛОГИЯЛЫҚ АКТИВТІЛІГІ 29
3.2.1. БАЛДЫРЛАР МЕТАБОЛИТТЕРІНІҢ МУТАГЕНДІ ЖӘНЕ
АНТИМУТАГЕНДІ ӘСЕРІН ЗЕРТТЕУ
ҚО Р Ы Т Ы НДЫ 40
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 41
К I Р I С П Е
Балдырлар - жер жүзіне кең тараған төменгі сатыдағы өсімдіктердің бір тобы.
Балдырлардың түрлері тұнган су қоймасымен, су ағындарымда кездеседі. Судың, мөлдірлігінің артуынан, олардың саны және су қоймаларын биологиялық жолмен өзін-өзі тазарту қызметін арттыра түседі.
Қазіргі кезде алдыңғы қатардағы әртүрлі әдістердің көмегімен балдырлардың жаңа түрлері айқындала бастаған.
Қоршаған ортаның өзгерісіне шыдамдылығы сонша, кейбір түрлері 65-85 градусқа дейінгі тіршілікке бейімділігін сақтайды. Төменгі температурада, яғни қарлы тау жартастарында кездесетін балдырлар әлемі бар. Балдырлар жылдар бойы әртүрлі климаттық жағдайларға ұшырап, оларға төтеп береді.
Көк-жасыл балдырлар гетеротрофты органдармен бірге ластанған су мен ағын суларды тазалауда белсенді қызмет атқарады. Осыған байланысты су қоймаларында балдырлардың көптеген түрлерін кездестіруге болады.
Көк-жасыл балдырлардың ортаға бөлген сұйықтық құрамының қасиеті, яғни оның өсуді жеделдету белсенділігінің болуы өте маңызды.
Әдебиетерде балдырлардың кейбір түрлерінің физиологиясы жөнінде айтарлықтай мәліметтер бар, бірақ біздің Қазақстанның су қоймаларында тіршілік ететін балдырлар жан-жақты (олардың физиологиясы, генетикасы,биохимиясы) зерттелмеген. Әсіресе көк-жасыл балдырлардың өздері өсетін ортаға бөлетін қосылыстардың құрамы, қасиеті, олардың өсу процестерін реттеуге маңызды, үлкен көңіл бөлетін мәселе.
Балдырлар өзі өсетін ортаға әртүрлі экзометаболиттер бөліп шығарады. Қазіргі кезде оларды ортадан бөліп алып тазартып әртүрлі салаларда: ауылшаруашылығында, медицинада қолдану көзделіп отыр.
Жұмыстың мақсаты - балдырларды жеке және аралас өсіру барысында өсу динамикасын және балдырлар зкзометаболиттерінің әртүрлі өсімдік объектілеріне әсерін, сондай-ақ зкзометаболиттердің антимутогендік белсенділік қабілетін бақылау.
Осыған байланысты ұсынылып отырған жұмысқа, мынадай талаптар қойылды:
1. Балдырларды жеке және аралас өсіру негізінде өсу динамикасын бақылау;
2. Тіршілікке бейімділік деңгейін зерттеу;
3. Балдырлардың биологиялық активтілігін бидайдың колеоптиліне және балдырлардың индикаторлық штамдарына сынап көру;
4. Балдырлардың экзометаболиттерінің антимутагендік тиетілігін анықтау.
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1. БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНЫҢ ӨСУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
Көк-жасыл балдырлар - өте ертедегі хлорофил топтағыш организмдер. Балдырлардың басты ерекшелігі - олардың клетка құрылысында, клетканың қарапайым жіктелуі, ядроларының болмауы, прокариоттарга жатқызады /1-4/. Әдетте, осындай олардың қасиеттері, хлорофилінің болуы және фотосинтездің негізінде өттегінің, бөлінуі, оларды балдырлармен біріктіреді. Сондықтан, организмдердің өзіндік топтары осы уақытқа дейін көк-жасыл балдырлар -цианобактериялар деп аталады.
Балдырлар тіршілігінде ортаға заттардың бөлінінің маңызы зор. Сондай-ақ, бұл олардың тіршіліктегі маңызды қызметі болып табылады. Алмасу процесіндегі ортаға заттардың бөлінуі, сыртқы ортаның әсерінен туындап отыр. Осыған байланысты бөліну және сіңіру клеткамен сыртқы орта арасындағы зат алмасуды қамтамасыз ете отырып, қоректік ортада органикалық заттардың бөлінуін анықтайды /5/.
Әртүрлі метаболиттердіқ бөлінуінің биологиялық мәнін Г. Фогг қоректік ортаны "дайындауга" балдырлардын, қатысуымен еру, комплекстену және элементтер қатарының қайта қалпына келуінен дайын зкзогендік компоненттер алуга болады деген /6/.
Өсу процесіндегі органикалық қосылыстардың бөлінуі және олардың күрделенуі дәлелденген. Зерттеушілердің жұмыстарынан балдырлардың көпшілік клеткаларды синтездеуінен, сыртқы ортага заттар бөлініп отырған /7/.
Балдырлар арқылы бөлінген азотты заттардың үлесі 30-60 процентке дейін жетеді. Клеткадан тыс метаболиттердіқ мөлшері фотосинтезді таза сөткелік өнімділігінің 40 проценттік жуығына жақындайды. Балдырлардың клеткадан тыс метаболиттерінің құрамы алуан түрлі. Көк-жасыл балдырлардың экзометаболиттер есебіндегі белгілі топтары: аминқышқылдары, пептидтер, көмірсулар, ұшқыш қосындылар, органикалық қосылыстар, терпендер, витаминдер, фенолдар, индол және басқа қосылыстар. Балдырлар клеткаларынан бөлінген заттар қоректік ортаға топталып, клеткалардын, өзіндік өсуін арттырады немесе тоқтатуы мүмкін. Балдырлар культурасында өсудің тоқтауын ауто-ингибирлену немесе аутоонтогонизмі ретінде қарастырады /8/.
Мұндай құбылыс, жабық экологиялық жүйеде өсірілетін балдырларға тән. Мысалы, Phormidium uncinatum-ды екі ай бойы ортаны ауыстырмай өсіргенде, сарғайып, өсуін тоқтатады. Соңында ескі ортаға қоректік элементтер қосқанда да әсерсіз болған. Ортадағы балдырлардың өсу процесі қоректік ортаны толық жаңартқан жағдайда ғана жүреді /9/.
Табиғи жағдайда әртүрлі күрделілікпея заттардың бөлінуінен балдырлар гидробионттармен аллелопатиялық қарым-қатынасқа түседі. Балдырлардың микроорганизмдерге әсері туралы мәліметтер бар (олар саңырауқұлақтар, су есімдіктері, зоопланктом және ихтиофауна). Өсу кезеңінде балдырлардьщ өсуі биотоптағы басқа организмдердің әсеріне байланысты.
Экзометаболиттердің физиологиялық ролі алуан түрлі. Олар альгицидтік, альгостатикалық жене альгодинамикалық қызмет көрсете алады /10/.
Ортаның қалыпты өсу барысында клеткалардың өсуі зкзометаболиттердің концепциясының артуына әсер етпеген. Сондай-ақ, бұл кезеңде олардың концентрациясы әдетте төмендейді /11/.
Көк-жасыл балдырлар бөлетін органикалық заттардың, бір сөткедегі мөлшерінің өзгеруі әртүрлі тербеліске үшырайды. А. И. Сакевич өзінің қызметкерлерімен бірге жасаған тәжірибесінен, клеткадан тыс органикалық заттардың мөлшері Mikrosistik қоректік ортасында 16,96-130,73 мг/л есептеген, экспоненциалды өсу фазасында 258,60-325,21 мг/л өзгертіледі деп көрсетілген. Сонымен бөліну және сіңіру функциясының сөткелік өзгеруіне физиологиялық өзгерістер - өсу, даму, фотосинтез әсерін тигізеді.
1.2. БАЛДЫРЛАР ОРТАСЫНДА ОРГАНИКАЛЬІҚ ЕРИТІН ЗАТТАРДЫҢ ТОПТАЛУЫ
Табиғи судағы ерігіш органикалық заттардың қосындысы күрделі қоспалардан тұрады. Балдырлардын, клеткадан тыс өнімдерінің химиялық табиғатын үш топқа бөледі:
Азоттық заттар алмасуының өнімдері;
Көмірсулардың алмасуының өнімдері;
Физиологиялық активті заттар /12/.
Көпшілік ғалымдар азоттық заттардың бөлінуіне көңіл аударады, себебі бұл қосылыстар көп мөлшерде сыртқы ортаға бөлініп отырады. Anabaena cylindriса клеткасынан бөлінген азотқұрайтын заттың, азоттұтынудағы жалпы массасының 30-50 процентін құраған /13/.
Азоттық заттардың алмасуының клеткадан тыс бөлінетім өнімдер: төменгі молекулалық белоктар, полипептидтер және бос аминқышқылдары. Бос аминқышқылдары зкзометаболиттердің белгілі мөлшерін ғана құрайды. Сыртқы ортаға балдыр клеткасында, синтезделетін аминқышқылдары мен пептидтердің 45 проценті ғана кіреді.
Балдырлар сыртқы ортаға ірі молекулалы белоктарды шығарады деген мәліметтер бар. Mысалы: екі ай бойы өсіріліп жатқан Nostos musiorum балдырының ортасынан активті перооксидаза табылған, сонымен заттардың трансформациялық процесінде маңызды роль атқаратыны дәлелденген.
Балдырлардың экзометаболиттерінің ішінде көмірсуларда маңызды орын алады. Nostos musiorum ортасынан клеткадан тыс полисахаридтердің 37,3 процент мөлшері анықталған. Моносахаридтердің құрамы глюкоурон қышқылы және пентоза, ксилозамен шектелген.
Балдырлар клеткаларының ескі өсу ортасына қарағанда, жас қарқынды өсетін клеткалардың өсу ортасындағы көмірсулардың мөлшері әлдеқайда көп болған.
Әдебиеттердегі мәліметтерден көмірсулар мен азоттық заттардың алмасуына өнімдері балдырлар клеткаларынан бөлінетін қосылыстардың биологиялық активтілігін арттыратынын көруге болады. Мысалы, хлорелладан бөлінген полинуклеотидпептид, балдырлар клеткаларының бөлінуін, оның дамуын тездете отырып, авто және зооспораның шығуын тездетуге көмектеседі.
Өсудің лагарифмдік кезеңінде ортадағы органикалық қосылыстар мөлшері логарифмдік және стационар фазамен салыстырғанда бес есе көп /13/.
Экзометаболиттардің ішіндегі гликопептидтер активтілігі жөнінде мәліметтер баршылық. Anabena клеткасын өсіріп жатқан сұйық ортадан жоғары активтілік көрсететін екі гликопептид табылған. Оның бірі гетероцистаның дамуын тежейді, екіншісі күшейтеді. Яғни, клеткалар неғұрлым жас болса, ортаға заттарды бөліп шығару қабілеті жоғары /14/.
Балдырлардың экстрацеллюлярлы сұйықтығының құрамында фитогормондардың болатындығы көрсетілген /13/.
Фитогормондардың болуы балдырлардың даму мезгілінен бастап әртүрлі деңгейде пайда болады. Ауксиннің максималды құрамы 6 күндік балдырлар өсіріліп жатқан ортада байқалады, ал өсу кезеңінде гиберреллин тәрізді заттар пайда болады да, акусин тәрізді заттар азаяды, өсудің тежегіштік саны өседі /16/.
Балдырлар фенолдарға бай. Фенолдар өсу процесін реттеуде маңызды роль атқарады. Балдырлар клеткасы өсіп жатқан ортаға 0,48-1,0 процент мг/л шамасындай фенолды қосылыстарды бөлгені анықталған /15/.
Клеткадан тыс бөлінген фенолдар өсу процессін тежейді және клеткалардың бөлінуін қамтамасыз етеді. Фенолдардың 3,46 мг/л мөлшерінде балдырлар ортадағы өсуін тоқтатады. Клеткадан тыс фенолдык, заттар: кумариндер, күрделі эфирлер болып отыр. Жоғары концентрациялы фенолды қосылыстар альгицидтік қасиет көрсетеді. Фенолды қосылыстар өсімдік ұлпасына еніп хинондар түзеді. Клеткадан тыс өнімдердің бірі, ұшқыш қосылыстардың бөлінуі. Ортаның ескіруіне байланысты ұшқыш қосылыстардың сапалық құрамы және тежегіштік әсері төмендейді /15/.
Ұшқыш қосылыстар құрамында карбонильді, терпенді қосылыстар, бензол туындылары, органикалық қосылыстар болады және эфирлер, спирттер кездеседі /17/.
Балдырлар клеткаларында витаминдердіңде жинақталатындығы дәлелденген. Бұл қасиет витаминдер алуда маңызды. Альгологиялық таза ортадан (Nostos punctiforme) штаммынан, рибофлавин, пиридоксин және фоль қышқылы табылган /18/. Балдырлардың клеткадан тыс өнімдерінің алуантүрлілігін бір жүйеге келтіру үшін мына төмендегі жіктеу ұсынылады:
- сенсорлық әсердің метаболиттері информациялық кызметті жеткізуші;
-тропикалық әсердің метаболиттері (тағам тізбегіне қатысушылар);
-организмдердің өсуіне және дамуына әсер етуші метаболиттері - онтогонистік метаболиттер, зақымдаушы топтар.
Суда балдырлар топталып, әртүрлі заттарды бөліп шығаруынан, сондай-ақ "судың гүлденуінен" суға әртүрлі улы қосылыстар түсіп суды ластайды. Осындай зиянды әсерден адамдар және жануарлар уланған жағдайлар болған /18/.
Удың бөлінуіне әртүрлі факторлар әсер етеді. Балдырлардың бір бөлігі "у" бөліп шығарғанмен, олардың басқа барлық түрлерін "у" бөліп шығарушылар қатарына жатқызуга болмайды. Мысалы, он тоғыз зерттеліп жатқан штаммдардан тек қана сегізі ғана "улы" болып келді /19/.
Аралас ортадағы токсин бөліп шығаруда табиғи популяцияның түраралық әсер етуі ықтимал. Жеке ортада өсіргенде "улылық" көрсетпеген, бірақ аралас ортада байқала бастаған. Мысалы, Aphanizomenon flos-aguae- бес штаммасы микроцистистің қатысуынан соң улылық қасиет көрсеткен /19/.
Улы заттар тұщы суда көбейіп жәндіктер мен балықтардың қырылуын тудырады. Суда нейротоксиннің көбеюі 30 минуттың ішінде таралып, жануарлардың тыныс жүйелерін зақымдайды /19/.
Балдырлардың метаболиттер өсу процестерінің жоғарғы деңгейіндегі жүйесіне әсер етеді және оларды практикада қолдануға болады. Мысалы, Gomphosphaeria aponia балдырын, пирофитті балдырлар тудыратын "қызыл гүлденуге" қарсы қолданады. Балдырлық метаболиттер кең спектрлі антибиотикалық әсерге ие. Жоғары бактериоцидтік және бактериостатикалық әсер, Microcystis aeruginosaның улы метаболиттері ішек таяқшасын, сальмонелла сүзегіне және стафилококк әсеріне байқалды /20/.
Қазіргі кезде улы қосылыстардың табиғаты анықталды, яғни экзотоксин (алколоид) және эндотоксиндер (белок) бөлініп алынып, олардың балдырлардағы түрлері ашылуда /21/.
Көк-жасыл балдырлардағы биологиялық активті қосылыстар жасыл өсімдіктердің өсуіне әсер етеді. Балдырлардың ауылшаруашылықтағы өсімдіктер алқабына пайдаланғанда, олардың өсімін, түсімін арттырып, дамуын тездетіп, өнімділігін жоғарылатқан. Қазіргі кездегі атмосферадағы азоттұтынудың белсенді жүруін реттейтін 100 жуық балдырлар белгілі /22/. Nostoc-ты күріш алқабына пайдаланудан, топырақта азоттың көбейгені байқалған, яғни егістікке 80 кг/га мочевина жіберілгенмен бірдей болған. Тек қана көк-жасыл балдырларды пайдаланып, қосымша минерал тыңайтқыштар қоспағанның өзінде, күріш астығының өнімділігін 430-841 кг/га өсіретіндігі байқалған /23/.
Көк-жасыл балдырлардың биологиялық активті заттарының құрамына өсу тежегіштері, улар, ингибиторлар, өсімдіктің өсуін реттеушілер және антибиотиктер жатады.
Бұл заттар табиғаты жағынан өзіндік ерекшелігі бар, химиялық заттар. Мысалы, цианобактериялардың планктонды түрлерінің нейро және гепатотоксиндер түзуі өте қызықты.Ладож өзенінің 35 бассейнін бақылау барысында цианобактерияның биомассасында гепатотоксин түзушілік қабілетінің болуы байқалады /22/. Балдырлардың жоғарыда аталған қасиеттеріне байланысты (олардан бөлінітін биологиялық белсенді заттар құрамын анықтай келе) белсенді заттар медицинада және басқа да салаларда қолданылуда.
Балдырлар - болашагы зор зерзат. Жершарында, су қоймаларында топ-топ болып таралып, өсіруге де оңай және көп шығында шығармайды.
1.3. МУТАГЕНЕЗ ЖӘНЕ ОНЫҢ ӨЗГЕРГІШТІГІ
Мутация - генетикалық материалдың кенеттен табиғи немесе жасанды түрде өзгеруі салдарынан, организмнің қандай да бір тұқым қуалайтын белгілерінің өзгеруі. Табиғи өзгерістер (гендегі және хромосомадагы) физикалық және химиялық әсер ету арқылы пайда болады. Мутагендер - мутацияның жүруіне әсер ететін заттар. Мутагендерге әсер етуші сыртқы әсерлер физикалық, химиялық және биологиялық (вирустар) факторлар тірі организмдерге әсер етіп мутация жиілігін (әжептәуір жоғарылатады) және спонтандық мутация деңгейін әжептәуір жоғарылатады.
Физикалық мутагендерге иондық сәулелердің барлық түрлері (гамма және рентген сәулесі, протон, нейтрон, т.б.) ультракүлгін сәулелер, жоғарғы және төменгі температуралар жатады.
Химиялық мутагендер - көптеген алкилдеуші қосылыстар, нуклеин қышқылдарының азотты туындылары, алколоидтар және басқалар. Мутация жиілігін жүз есе ұлғайтушы мутагендер - супермутагендер деп аталады. Оларга N-нитрозоалкилмочевина, N-нитрозоалкиламин, N-нитрозоалкиламид, диалкилсульфат, этиленимин және басқада туындылар жатады /24/.
Генетикалық тәжрибелерде химиялық мутагендерді микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар селекциясында, медицина салаларында пайдалануға мүмкіншілік туады. Сонда микроорганизмдердің биохимиялық мутанттарының генетикалық аппараттарын толық зерттеуде үлкен мәні бар. Химиялық мутагенсіз антибиотиктерді, витаминдерді, аминқышқылдарын, белоктар мен ферменттерді синтездейтін микробиологиялық өндірістерді алу мүмкін емес. Олардың көмегімен әртүрлі синтездерге қатысатын жүздеген өндірістік микроорганизмдер штамдары алынған.
Ауылшаруашылық селекциясында қазіргі кезге дейін, гибридизация әдісі қолданылып, көптеген жақсы сорттар алынған. Мутагендер организм өзгергіштігін кенет жеделдетеді, бұл селекция жұмысының нәтижелі өтуіне жағдай туғызады. Табиғи мутагендерді пайдаланып селекциядағы пайдалы түрлердің сапасын арттыруға болады. Химиялық мутагеннің әсерінен майының құрамындағы олеин қышқылының мөлшері жағынан оливк майынан кем түспейтін күнбағыс майы алынған /25/.
Ғылыми-техникалық прогрестің нәтижесінде адамды қоршаган орта әжептәуір өзгеріске ұшырады. Адамның ортасындағы физикалық және химиялық факторлардың едәуір бөлігі адамның тұқымқуалаушылығына және басқа органдарына әсерін тигізеді. Мұндай жағдайларды туғызбауға қарсы күрес жургізуі тиіс /25/....