Дипломдық жұмыс: Ауыр металл тұзы cdcl2 – нің жұмсақ бидай сорттарына әсерін зерттеу

ӘЛ – ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

 

Биология факультеті

 

Генетика және молекулалық биология кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б І Т І Р У    Ж Ұ М Ы С Ы

 

Ауыр металл тұзы cdcl₂ – нің жұмсақ бидай сорттарына әсерін зерттеу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Бітіру жұмысы 40 беттен, 4 кестеден, 6 суреттен  және 27 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

Жұмыстағы негізгі терминдік сөздер: генотип, фенотип, сорттар, ауыр металл — кадмий, токсикалық әсер, бұзылыстар, өзгергіштік, мутация.

Тәжірбиеге обьект ретінде: Жергілікті жұмсақ бидай сорттары қолданылды.

Зерттеу жұмысының мақсаты: Жергілікті жұмсақ бидай сорттарына ауыр металл тұзы — CdCl₂ –нің әсерін зерттеу.

          Зерттеу әдістемелері: фенологиялық бақылау, цитологиялық талдау, гибридологиялық, қайыра шағылыстыру, өзгерген өсімдіктердің сандық және сапалық көрсеткіштеріне морфометрлік талдау жүргізу.

  Зерттеу жұмысының нәтижесі: Ауыр металл тұзының әсері бидайда морфологиялық өзгерістерді  индукциялайды:  бақылау вариантымен салыстырғанда өсу процесін тежейтіндігі,масақтың өнімділігін жоғарлататындығы немесе төмендететіндігі  байқалды.

Өзгерген өсімдіктердің белгілері (сандық және сапалық) ұрпақтан – ұрпаққа тұрақты (М₁; М₂) берілді. М₁-де фенотиптері жағынан өзгерген  өсімдіктер М₂-де сол қасиеттерін сақтады. Бұл өзгерістер: бидай сабағының жуандауы, сабақшалар арасының ұзаруы, масақтың  ұзаруы, колеоптиленің, сабақтың, масақтың, жапырақтың құлақшаларының, тозаңның антоцианды (күрең қызыл) бояулымен көрінді.

Сонымен, CdCl₂ —нің әсерінен пайда болған жоғарыдағы айтылған өзгерістердің хромосомалық аппаратқа әсер еткендігі және табылған мутацияның келесі ұрпақтарда тұқым қуалайтындығына дәлел бола алады.  Өзгеріске ұшыраған өсімдіктердің ішінен селекция үшін құнды тұқым қуалайтын белгілерімен формалар бөлініп алынды. Жекелей айтқанда, Казахстанская  3 сортының бірқатар сандық және сапалық белгілері бойынша (сабақтың жоғары түптенуі, дәнінің іріленуі, сабақтың антоцианды боялуы  — тат ауруларымен тура пропорционалды байланыста) сұрыпталынып алынған формалар.

Жұмыс әл- Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университетінің биология факультетінің генетика және молекулалық биология кафедрасының «Өсімдіктер генетикасы және  селекциясы» лабораториясында және ҚР Егіншілік және Өсімдіктану Ғылыми Өндірістік Орталығының егістігінде жүргізілді.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мазмұны:

 беті

	КІРІСПЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1	ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1	Ауыр металл — кадмийдің ашылу  тарихы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2	Табиғатта кездесуі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3	Кадмийдің: экологиялық аспекттілері  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4	Топырақтағы кадмий мөлшері және оның өсімдіктерге енуі . . . . . .
1.5	Кадмийдің өсімдік бойымен қозғалуы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6	Өсімдіктердің кадмийге төзімділігі  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7	Металлотионейннің механизмі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8	Өсімдіктердің өсуі мен дамуындағы ауыр металлдардың физиологиялық ролі  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.9	Ауыр металл тұздарының өсімдік және жануарлар организміне әсері  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1	Ауыр металдар мен аллюминий қосылыстарындағы фито және цитотоксикалық активтілікті бағалау . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2	Селекциядағы химиялық мутагенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.3	Химиялық мутагендердің әсер ету механизмі  . . . . . . . . . . . . . . . . .
2	МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕРІ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3	НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	ҚОРЫТЫНДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	ТҰЖЫРЫМ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К І Р І С П Е

 

Дәнді дақылдардың өнімділігін көтеру қазіргі егін шаруашылығының өзекті мәселесі. Жергілікті жердің сорт түрлері, ауыл-шаруашылығына қажетті құнды белгілері бойынша селекция үшін сұрыпталып отырылады. Әрбір шығарылған сорттың ауруға және сыртқы орта факторларына төзімді, сапасы жағынан күшті болуымен қатар өнімділігі жоғары болуы қажет. Осы сыртқы факторлар ішінде  ауыр металдар тұзының өсімдікке және қоршаған ортаға әсерін зерттеу экология саласындағы актуалды мәселелердің бірі болып табылады. Сондықтан, қазіргі  кездегі  ғалымдардың алдындағы күрделі мәселелердің бірі ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады.  Ауыр металдар белоктардың белсенділігін төмендетіп, металдық кофакторларды араластырып, активті бөліктерді блоктап және аллостериялық өзгергіштіктерді туғызуы мүмкін /1/. Сонымен қатар, олар мутагенезді және ісік клеткаларын немесе макроскопиялық өзгергіштіктерді  түзуге бейім болады.  Ең улы және қоршаған ортаға кеңінен таралған ауыр металдардың бірі кадмий болып есептеледі. Бұл элемент тірі ағзаларға қауіптілігі жағынан бірінші топқа жатқызылады \2\ . Кадмий адам және жануарлар ағзасына жиналуға қабілетті және жүрек қан тамыры әрекетіне себепші сонымен қатар, биосинтез процесін төмендетеді. Ауыр металл тұзы – жекелей алғанда CdCl₂ фотосинтез және өсімдіктердің тыныс алуы кезінде метоллотианин кофакторына әсерін тигізіп, клеткада бұзылыстар тудыратыны анықталды. Ол бұзылыстар  кейбір ғалымдардың дәлелдеуі бойынша, пайдалы бұзылыстар болуы да мүмкін \3\.

Мелничук Ю.П. (1979) қызметтестерімен бірге   ауыл шаруашылық өсімдіктерін   алғашқы өсу кезінде кадмийдің төменгі концентрациясымен өңдеп,  өсімдіктің өсіп, даму процесін жылдамдататындығын және тамырдың  меристемалық клеткасының митоздық бөлінуінің G₁ – кезеңінде белок биосинтезі  мен РНҚ синтезін жоғарлататындығын дәлелдеді \4\.

Дәннің өсуі кезінде кадмийдің активтелген әсері фитохромның регуляциясы мен байланысты.  Сондықтан, кадмий өсімдіктердің митоз кезеңіне әсерін тигізеді, яғни цитокинездің бұзылуына әкеледі де, өсуді тежейді немесе мүлдем тоқтатады \5\.

 Кадмийдің әсерін басқа ауыр металдармен салыстырғанда, өсімдік тіршілігіне қажеттілігі және оның топырақтан өсімдікке тасымалдануы, ұлпалардағы локализациясы  әлі толық дәлелденбеген \6\. Сондықтан, біздің зерттеуімізде бұл химиялық қосылыстың (CdCl₂)  жұмсақ бидай сорттарына әсері зерттелді  және осы химиялық  қосылыстың  әсерінен болған сандық және сапалық өзгергіштіктерге талдау жасалынды.

 

 

 

 

 

ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ

 

1.1 Ауыр металл — кадмийдің ашылу  тарихы.

 

   1817 жылы неміс химигі Штромейер цинк оксидінің тұнбасынан белгісіз элементті бөліп алып, оны кадмий деп атайды. 1888ж кадмий кен орындарында цинкпен бірге жүретін элемент ретінде табылды. Кейіннен, оның мыс және қорғасын кендерінде 2-7% аралығында  болатындығы  анықталды. Кадмий –жануарлармен өсімдіктердің қалыпты өміріне қажетті элемент болмағандықтан, 150 жылға жуық уақыт биологтардың назарын аудартпаған. Кадмий — бояғыш заттар, гальваникалық және күн батареяларын өндіруде, полихлорвинилді шайырдың тұрақтандырғышы ретінде, әртүрлі құймалар дайындауда, антикоррозиялық жабындарда, атомды реакторларда және т.б жерлерде қолданыс тапты. Ал бұл өз кезегінде қоршаған ортада (ауада, топырақта, суда) кадмий мөлшерінің күрт жоғарылауына әкелді. Мысалы, Швецияда 1916-1972 жылдарда бидайдың бір дәніндегі кадмий мөлшері шамамен 4 есе , яғни 1г құрғақ массасына шаққанда 15мкг-нан 57 мкг-ға дейін жоғарлаған.  1975 жылғы мәлімет бойынша АҚШ тұрғыны тәулігіне 3-20мкг кадмий жұтатындығы дәлелденген [1].

Д.Р.Малюга ең алғаш табиғи өнімдерден (бірқатар балдырлар және су жануарларынан)  кадмий мөлшерін анықтаған. Оның мәліметтері бойынша 1г құрғақ массаға 1,5*10^-5%-ды құраған. Ол Cd/Zn=1/20 қатынасы тұрақты деген қорытындыға келіп, кадмийдің осындай мөлшері және цинкпен қатынасы адам мүшелеріне де тән деген болжам жасаған. Кадмий мөлшерінің жоғарылауы қалыпты тіршілікті бұзады. Бұны дәлелдеу үшін ол өз еңбегінде,  жүрек ауруынан өлген адамдардың бүйрегіндегі кадмий мөлшері 3,8-10^-4% ал цинктің мөлшері небары 5-6 есе көп деген мәліметтер келтіреді [2].

   Кадмийдің жануарлар мен адам организміндегі мөлшерін А.О.Войнар анықтаған [3]. Ол кадмий әртүрлі балықтардың, амфибиялардың, бауырмен жорғалаушылардың және омыртқалылардың, соның ішінде адамдардың органдарында кездесетіндігін, негізінен бүйрек пен бауырда жиналатындығын және жас ұлғайған сайын оның мөлшері де жоғарылайтындығын көрсетті.

   Кадмийдің адам организміне улы әсері жайлы алғашқы бақылаулар 40-шы жылдарда анықталып,  20-ға жуық жағдайда кадмийдің тағам және су арқылы түсуінен улану болатындығы тіркелді. Ал 1941-1946 жылдар аралығында бұндай жағдайлардың 700-ге жуығы есепке алынды.[4].

  1969 жылы жапон дәрігері Тсухия Жапония аудандарының біріндегі ерекше ауру жайлы мәлімдеме жасап ,оны “Итай-Итай” деп атайды. Оның тура аудармасы “ай-ой” дегенді білдіреді. Осы аурумен ауырғандардың буындары қақсаған. Клиниклық анализ глюкозонурия, аминоацетонурия, остеомаляция сияқты заттардың алмасуы бұзылғандығын көрсеткен. ”Итай-Итай” пайда болу себебі қоршаған ортада кадмийдің күрт жоғарылауынан туындаған [5].

   Қазіргі таңда кадмийдің жануар және адам организміне улы әсері жайлы көптеген мәліметтер бар.  Бұндай зерттеулердің негізгі нәтижесін қысқаша түрде былай келтіруге болады: кадмиймен  организмге ұзақ уақыт бойы әсер ететін болса, онда ол  бүйрек пен бауырда жинақталып, заталмасу кезінде бұзылыстар туғызады да, гликоген мен белоктардың интенсивті гидролизі басталады. Қанттар мен аминқышқылдары қанда жинақталып организмнен шығарылады. Нәтижесінде бірқатар мүшелер мен ұлпалардың құрылымы бұзылады [6].

   Соңғы 10-15 жылдар ішінде кадмийдің өсімдіктерге әсері жайлы көптеген материалдар жарияланды. Олардан белгілі болғаны: кадмий өсуді, фотосинтез бен тынысалу процесстерін, ферменттердің активтілігін тежейді. Құрамындағы кадмийдің  мөлшері жоғары топырақтарда өнімділік анағұрлым төмендеп, алынған өнімде кадмий мөлшері көп болады. Ал бұл адам қорегінің негізгі көзі болып табылады.

 

1.2 Кадмий – дің табиғатта кездесуі

 

 Кадмий (Cd)  жасыл қабатта кеңінен таралған. Орташа концентрациясы шамамен  0,1 мг/кг, әдетте ол цинкпен бірге кездеседі. Жел мен эрозия салдарынан Cd-ң көп мөлшері 15000 г дейін өзендермен әлемдік мұхитқа енеді.

          Рудалық денелерден алыс фонды кеңістіктерде топырақ бетіндегі кадмий концентрациясы 0,1-0,4 г құрайды.  Вулкандық емес топырақтарда кадмийдің орташа концентрациясы 0,01-1 мг/кг аралығында ауытқиды, ал вулканды топырақтарда 4,5 мг/кг.          Вулкандық іс-әрекеттер кадмийдің негізгі табиғи көзі болып табылады, глобальдық жылдық ағын — 100-500 т-ға дейін. Алыс, тұрғылықсыз аудандардағы кадмийдің ауадағы концентрациясы 1 мг/м³ . Өндірісте кадмий – болатқа қорғаныш жамылғы ретінде қолданылады. Сонымен қатар, ПВХ-р үшін стаибилизатор; пластмасса мен әйнек үшін пигмент, никель-кадмийлі батареялар үшін электродты материал; көптеген балқымалар компоненті болып табылады.

 

1.3 Кадмийдің экологиялық аспекттілері

 

          Кадмий (атомдық номері – 48; салыстырмалы атомдық массасы – 112,40) – металлдық элемент периодтық кестеде цинк және сынаппен бірге II Б тобына жатады. Кейбір кадмий тұздары, мәселен сульфид, карбонат және оксид суда мүлде ерімейді; ал табиғатта суда еритін тұздарға айнала алады. Суда еритіндерге сульфат, нитрат, галогендер жатады. Қоршаған ортадағы кадмийдің кездесетін формасы потенциальды қауіптілікті бағалау үшін өте маңызды. Теңіз суындағы кадмийдің орташа мөлшері шамамен 0,1 мкг/л құрайды. Өзен суында ерігіш кадмий 1 мен 13, 5 мг/л аралығында ауытқиды; ал ауада 1 мг/мл-н артпайды. Ластанған топырақта кадмийдің орташа концентрациясы 0,2-0,4 мкг/кг. Кей жағдайда өте жоғары көрсеткішке ие, яғни 160 мг/кг[7].

          Кадмийдің сіңірілуі мен организмдерге токсикалық әсері қоршаған орта факторларына тәуелді. Температураның көтерілуі сіңірілу мен улылығын жоғарылатады, ал судың тұздылығының жоғарылауы оларды төмендетеді. Су құрамындағы органикалық заттар кадмийдің байланысуының және организмдер үшін оңай енуінің төмендігінен сіңірілу мен токсикалық әсерді азайтады. Кей жағдайда кейбір органикалық заттар кері эффект көрсетеді.

          Кадмийдің табиғи көздері – цинк, қорғасын, мыс рудалары, әртүрлі тау жыныстары, топырақ, су және мұнай болып табылады. Кадмий белоктармен және басқа органикалық молекулалармен байланысқан түрде кездесіп, органикалық қышқылы бар тұз түзеді. Бірақ кадмий ковалентті байланыста болып кездесетін көміртегімен байланысады, бұны бейорганикалық деп атайды.

          CdCl₂-нің салыстырмалы тығыздығы – 4, 047; ал балқу температурасы – 568^ос; қайнау температурасы – 960^ос; суда ерігіштігі 1400 г/л; 20^ос температурада топырақ ылғалында кадмий иондар түрінде кездеседі. Олар: Cd++; CdCl₂+; CdSO₄^o; CdSO₃^o; CdOH^+. (ВОЗ,1994)

 

 

1.4 Топырақтағы кадмий мөлшері және оның өсімдіктерге енуі.

 

    Жер қабатында кадмий мөлшері 0,15 мг/кг құрайды. Кадмий жанартаулы жыныстарда  0,001-0,8 аралығында ауытқиды, ал таулы жыныстарда 3-011 мг/кг аралығында болады. Осындай жыныстардан түзілген топырақтарда кадмий мөлшері 0,1-0,3 және 11 мг/кг болады[8]. Топырақтың 20 сантиметрлік жыртылатын қабатында кадмий мөлшері топырақ массасының 10-70мкг/кг аралығында ауытқиды. Ал, өте ластанған аудандарда бұл көрсеткіш ондаған есе жоғарылауы мүмкін. Топырақта улы металдардың, соның ішінде кадмий мөлшерінің жоғарылауы жер бетіне жақын жатқан кен орындарының табиғи диффузиясының нәтижесінде, минералдық ресурстарды тасымалдау және металлургиялық кәсіпорындардың қалдықтарымен қоршаған ортаның ластануының нәтижесінде болуы мүмкін. Сонымен қатар,  қалалық ағын сулардың шөгінділері де кадмийдің топыраққа түсуінің негізгі көздерінің бірі болып табылады. Және де кадмийдің негізгі көзі тыңайтқыштар арқылы енеді, әсіресе суперфосфат.Осы тыңайтқыштарда кадмий концентрациясы мен фосфор арасында корреляция болады. Фосфориттер құрамына 5-100 мг/кг кадмий кіреді,және де оның көп бөлігі тыңайтқыштарға айналады[9].

   Фосфоритті  кендердегі кадмий мөлшері географиялық зоналарға байланысты әртүрлі (мг/кг). Флоридада (АҚШ)-3-15;АҚШ-ң батысында -130;Австралияда -4-150 .

   Фосфорлы тыңайтқыштар құрамында кадмий мөлшері өте аз болса да , оның жыл сайынғы топыраққа түсуі 10 г/га құрайды. Суперфосфат арқылы енетін кадмий өсімдіктермен оңай сіңіріледі. Вегетациялық және далалық тәжірибелер көрсеткендей, арпа-топыраққа түскен кадмийдің 50-74%-н сіңіреді[10].

   Топыраққа кадмийдің жиналуын және өсімдіктер сіңіруі үшін қолайлылығын анықтайтын негізгі факторларға –топырақтың механикалық құрамы мен қасиеті және онда кадмийдің ерігіштігі мен қозғалғыштығы жатады. Топырақтың механикалық құрамы жеңіл болған сайын, кадмийдің қозғалыс жылдамдығы жоғарылайды. Кадмийдің топырақтағы ерігіштігі мен қозғалғыштығы оның өсімдіктерге енуін анықтайды. Кадмий иондары тамыр арқылы сіңірілуі үшін, олар белгілі бір уақыт аралығында тамыр бетіне жақын орналасуы керек. Тамыр орналасқан топырақ, бейорганикалық және органикалық заттар арасында қарым-қатынас туғызатын химиялық және микробиологиялық өзгеріске ұшырайды. Металл иондарының өсімдіктер сіңіруі үшін қолайлығы бейорганикалық және органикалық лигандаларға байланысты.

   Волк пен Лигхарт[11] тәжірибелері, топырақтың ауасындағы СО₂концентрациясы мен pH-ң маңызды екенін көрсетеді. СО₂ мөлшері 10% болғанда кадмий органикалық қосылыстар үлесіне pH 5-6 топырақ ерітіндісіндегі кадмийдің жалпы мөлшерінің 37 және 1% тиеді, ал СО₂ 0,035%болса -48 және 58% pH –ң маңызы жоғарыласа кадмий карбонат түрінде тұнбаға түседі.

   pH 4-7 интервалды құрайтын сулы ортада жасалған тәжірибелерде қоректік ерітіндіге гумин қышқылдарын қосқанда жүгері тамырларының кадмийді сіңіруі біршама төмендейтіндігін көрсетті .

   Топырақ pH –ы маңызды роль атқарады. Топырақ pH-ы қышқылды болған жағдайда кадмий оңай қозғала алады. Жалпы алғанда топырақ pH-ы жоғарылаған сайын өсімдіктердің кадмийді сіңіруі төмендейді. Бұл оның топырақ ерітіндісінде ерігіштігінің төмендеуімен байланысты. Қышқыл топырақтар бейтарап және сілтілі топырақтарға қарағанда ауыр металлдарды ұстап қалады. Қышқыл топырақтардың әктенуі өсімдіктер сіңіруіне қолайлы кадмийді төмендетеді.  pH жоғарылауы сонымен қатар кадмий иондарының қозғалысын өзгертеді. Мәселен, pH 3,4 тен 8,1-ге өзгеруі оның қозғалысын екі есе төмендеткен.   Топырақ pH-ң 5,7ден 6,7-ге жоғарылауы жүгері өскіншелеріне  кадмийдің енуін 67%-ға қысқартқан. pH 7,5 болғанда CdCO₃ түзілуінің нәтижесінде кадмийдің ерігіштігі шектеледі [12].

    Салат, жүгері, томат, қызылша сияқты өсімдіктердің 4 қышқыл және 4 карбонатты қышқылдарда кадмийді сіңіруі зерттелген. Кадмийдің сіңірілуі оның топырақ ерітіндісіндегі концентрациясына пропорциональды жүрген, бірақ қышқыл топырақта ылғи жоғары болған

     Бұршақ, редис, салаттағы кадмий мөлшері карбонатты топыраққа қарағанда, қышқыл топырақта анғұрлым жоғары болған. Кадмийдің улы әсерлерін төмендетудің шараларының біріне топырақтың әктенуін жатқызуға болады, өйткені ол pH-ты жоғарылатып өсімдік тамырларымен кадмийдің сіңірілуін төмендетеді. Қышқыл тыңайтқыштарды енгізу кадмийдің ерігіштігін жоғарылатады[13].

    Хлоридтердің болуы топырақтағы кадмий тұздарының ерігіштігін жоғарылатуда маңызды фактор болып табылады. Топырақта pH 8-8,5 және хлорид мөлшері 350мг/кг –нан жоғары болғанда кадмий, цинк, қорғасын тұздары гидроксид түрінде басым болады.

    Құрамында кадмий жоқ тыңайтқыштарды қолданудың нәтижесінде кадмийдің өсімдіктермен сіңірілуі өсуі мүмкін. Мәселен, оның күздік бидайдағы концентрациясы құрамында аз мөлшерде кадмийі бар калий нитратының енгізу дозасын көтеру салдарынан жоғарылаған. Мұны әртүрлі химиялық реакциялардың алмасу нәтижесі деп болжауға болады. Қарастырып отырған процесте топырақ микроорганизмдері де маңызды роль атқарады. Олар хелаттаушы агенттермен кадмийге өте ұқсас ерігіш  лигандалар қалыптастырады .

   Өсімдіктердің кадмийді сіңіруі  басқа да факторларға байланысты болады: мембраналық транспорттың кинетикасына, су мен иондардың қозғалыс жылдамдығына, кадмийдің басқа элементтермен қарым-қатынасына, сіңірілген иондардың одан ары метабализміне байланысты болады. Пейдж және тағы басқа авторлар [14]  сулы ортада шаруашылық маңызы бар 9 түрлі өсімдікке кадмийдің әсерін зерттеген. Кадмийдің 0,1 мг/л концентрациясында шпинат, соя, репаның өсуі 25%-ға тежелген. Дәл осындай әсер қырық қабат үшін кадмийдің 4мг/л концентрациясында байқалған.

  Бірқатар өсімдіктер үшін кадмийдің топырақта және ұлпаларда жиналуының шектеуші концентрациясы жасалған. Оның көтерілуі өсуді тежеп, өнімділікті 10%-ға төмендетеді: күріштің жапырағы мен сабағы үшін –10-20мкг/кг, сол үшін топырақтағы мөлшері –10, ал ұлпаларда-3-5мкг/кг[13].

   Кадмийдің енуі оның топырақтағы немесе ерітіндідегі концентрациясы өскен сайын жоғарылайды. Жүгеріде кадмий мөлшерін 5мг/л-ге көтергенде оның өсімдік бойындағы мөлшері өсіп, құрғақ массасы төмендеген. Өсімдік өліміне әкелетін кадмийдің  шекті мөлшері құрғақ массаның –20мг/кг құрайды. Күріште, сулы қоректік ортада кадмий мөлшері 0,005мг/л болғанда ол 0,5 мг/кг мөлшерде жинақталып 0,1-мг/л-30мг/кг-ға дейін жеткен. Егер ерітіндіде кадмий концентрациясы 0,25мкМ-ден төмен болса,ол өсімдіктің өсуіне әсер етпеген. Ал 6 мкМ конценрацияда өсудің қатты тежелгендігі байқалған.

   Бірқатар катиондар кадмийдің сіңірілуін төмендете алады. Жүгері өскіншелерінде кальций кадмийдің енуін басып тастап отырған. Ол тамырдың адсорбциясын төмендету негізінде жүзеге асады. Кадмийдің жерүсті бөлігінде сіңірілуі мен тасымалдануы цинктің жоғары концентрациясымен тежелген (Zn/Cd-10:1)

   Егер қоректік ортада бірнеше катион болса, олардың арасындағы қатынас бәсекелестік сипатта болады. Мысалы кадмий, мыс, цинк, қорғасын, никель сияқты элементтердің біреуімен бірге кездессе, оның улылық әсері төмендейді [15].

 

1.5 Кадмийдің өсімдік бойымен қозғалуы.

 

    Марганец, мырыш, мыс сияқты бірқатар қоректік элементтердің катиондарын зерттеу, олардың райграс жапырақтарының ұлпаларында аниондық органикалық комплекстер түрінде болатынын көрсеткен. Қоректік элементтер катиондарының мұндай комплекстер түзуі, оларға клетка ішінде қозғалуға және олардың метабализмге қосылатын аудандарға жетуіне мүмкіндік береді деген гипотеза айтылған. Улы металлдар үшін мұндай комплекстердің түзілуі зиянсыздандырғыш болып табылады.

    Грилинг пен Петерсон бірқатар өсімдіктердің жерүсті бөлігі мен су ерігіш фракциясына талдау  жасап,  90%-тен жоғары кадмий Cd²⁺ ионы түрінде көрсетілгендігін анықтады [16]. Осыған сүйене отырып кадмий жерүсті бөлігіне катион ретінде тасымалданады деген қорытынды жасалды. Бірақ,  Митсуо мен Акира[17] күріш өсімдігінде кадмий жоғарғы бөлікке ксилема бойымен органикалық комплекстер түрінде жылжиды деп  дәлелдейді. Ортада кадмий мөлшерінің жоғарылауы тамырдың метаболиттік активтілігін төмендетеді. Бірақ топырақты су алған жағдайда кадмий тамыр арқылы сіңіріледі, оның жоғары қарай тасымалдануы оттегі жетіспеушілігінің нәтижесінде әлсіз болады. Авторлардың ойынша кадмийдің тамырдан жерүсті бөліктерге оңай өтуі үшін ерігіш органометаллдық комплекске айналуы керек. Кадмийдің сабаққа және одан ары әртүрлі ұлпаларға таралуына ¹¹⁵Cd және гамма радиацияның жартылай өткізгіш детекторын пайдалану арқылы 26 күндік томат өсімдігіне зерттеулер жүргізілген. Алғашқы 30-60 минут лаг-периодқа сәйкес осы уақыт аралығында кадмий сабақ негізінде байқалған. Келесі 6 сағатта жасаушы ұлпалармен ксилема жолдарының кадмиймен қанығуы жүреді. Одан кейін сызықтық фаза туады да, ксилемадағы кадмий мөлшері тұрақтанады.

   Кадмийдің  сабақ бойымен жылжу жылдамдығы 0,35-0,6 м/сағ құрайды. Кадмийдің ксилемадан жылжуы жолдарға жалғасқан паренхимді клеткалармен шектелмейді, ол эпидермисті қоса барлық ұлпаларға радиальді таралады. Кадмийдің латеральді қозғалу процесі ксилема ауданының екі жағында бірдей емес.   Кадмий ксилемадан эпидермиске қарай баяу жылжиды, оны коэффициенті 10^-8  см²/с диффузия процесі ретінде суреттеуге болады. Ал ксилемадан ішке қарай жылжуы бірнеше есе тезірек жүзеге асады.    Кадмийдің қабық пен өзектегі жалпы мөлшері уақытқа пропорциональді біртіндеп жоғарылайды. Екі күннен кейін кадмий қабық клеткалары мен эпидермисте көп мөлшерде жинақталады. Құрамында ¹¹⁵Cd бар қоректік ерітіндіні дәл осындай радиактивсіз кадмий ерітіндісімен немесе кальций нитратымен ауыстыру, ¹¹⁵Cd-ң ксилемадан босап шығуына және оның сабақ пен жапырақтардың беткі бөліктерінде жинақталуына әкеледі. Яғни, ксилема жолдарының қабырғаларында адсорбцияланған ¹¹⁵Cd-мен радиактивсіз кадмий немесе кальций арасында алмасу жүреді. Ксилемадағы кадмий құрамының өзгеруі лаг-периодсыз ішкі қабатта өзгерістер туғызады.

   Ксилемадан сырт сабақ бөлігінде кадмий негізінен қабық пен эпидермисте жиналады. Қабықта коленхима жақсы жетілген, онда полисахариттер арасында тігін жасау үшін қолданатын кальций көп мөлшерде болады. Кадмийдің қабықта жиналуының басқа себебі оның тұз ретінде бөлінуі немесе басқа катиондардың кристалдарына қосылуы мүмкін. Кадмий фосфаттармен қосыла отырып тұнбаға түседі. Мұндай комплекстің ерігіштігі өте төмен .К_ерігіш=10^-32. Бұл мүмкіндікті Ван де Гейн зерттеулері дәлелдейді. Кальций оксалатының тұнбасы көптеген  қосжарнақтылардың әртүлі ұлпаларында байқалған.

 

1.6 Өсімдіктердің кадмийге төзімділігі.

 

   Батыс және Орталық Европаның (мырыш), Орталық Африканың (мыс, никель) құрамында металдар мөлшері жоғары топырақта өскен флораны зерттеулер кейбір өсімдіктердің төзімді екендіктерін көрсеткен. Ал басқалары флораның негізгі өкілдері бола тұра тек металл мөлшері төмен топырақта тіршілік ете алады. Сонымен қатар,  сол ауданның ластанған топырағында да, таза топырағында да өсе беретін түрлер кездеседі. Металлға бай топырақта өскен өсімдіктер металлдардың енуін тоқтата алмайды, тек олардың ұлпаларда жиналуы мен қозғалуын шектейді деген дәлелдер бар[15].

    Топырақтағы металлдың өте төмен концентрацияларына төзімді өсімдіктерді үш топқа бөлуге болады: аккумуляторлар- металдар топырақта төмен және жоғары концентрацияда болғанда, өсімдіктердің жерүсті бөліктеріне жиналады; индикаторлар- металдардың сабақта сіңірілуі және тасымалдануы. Олардың ішкі концентрациясы сыртқысына көрініс беретіндей болып реттеледі; шектеушілер – олардың топырақтағы концентрация диапазоны шектік деңгейге дейін кең болады. Яғни осы деңгейден жоғарыласа қорғаныс механизмі жұмыс істемей, тасымалдануы шексіз жүреді.

     Қоректік элементтер мен улы элементтердің жоғарғы деңгейіне төзімділік генетикалық тұрғыдан анықталады. Аккумуляторлар жағдайында олардың металл мөлшері жоғары географиялық зоналарға бейімделуі генотиптік эволюция және селекция нәтижесінде жүзеге асады. Бейімделу процесі тез жүреді. Бұл популяция генетикалық жағынан әртүрлі және өсімдіктердің жекелеген түрлері қолайсыз жағдайларға бірден шыдамдылық көрсетуге қабілетті деп ойлауға негіз болады.

   Өсімдіктердің төзімділігінде метабалиттік бейімделушілік маңызды роль атқарады. Аккумуляторлар және шектеушілер топтарының өкілдерінің төзімділік механизмі негізінен ішкі – оған металлдардың активті детоксикациясы жатады. Бірақ детоксикация аудандары әртүрлі: аккумуляторларда –сабақта, шектеушілерде- тамырда.

    Металдардың улылығын төмендететін төзімді түрлердің метабализмін өзгертетін негізгі механизмдерге — компатментация, комплекс түзілу және метабалиттік адаптация жатады. Компартментация токсикалық элементтердің клеткада улылық әсері көрініс беретін бөліктерінде шектеулі мөлшерде болуын қамтамасыз етеді.   Енді өсімдіктердің кадмийге төзімділік механизмдеріне жеке тоқталсақ. Негізінен зерттеулер бір түрге жататын организмдердің төзімді және төзімсіз түрлеріне жүргізілген.

    Кадмийге сезімтал және төзімді Holcus lantus популяцияларының жеті күндік өскіншелерін, құрамындағы кадмий мөлшері 1-2 мг/л  қоректік ортаға енгізген. 21 күннен кейін биомассаны , яғни кадмийдің тамырдағы және жерүсті бөліктеріндегі жалпы мөлшерін анықтаған. Қоректік ортада кадмий мөлшері 1 мг/л болғанда екі популяцияда сіңірілген кадмий мөлшері жағынан айырмашылық болмаған. Ал 2мг/л –де сезімтал штамдарында кадмийді сіңіру мөлшері анағұрлым жоғары болған. Кадмийдің қоректік ортадағы мөлшеріне қарамастан төзімді популяциялар оны көп мөлшерде тамырында жинақтаған. Кадмий мөлшері 1 мг/л қоректік ортада тамыр жерүсті бөліктеріндегі кадмий мөлшерінің қатынасы  сезімтал популяциялар үшін 9,3, төзімділер үшін 45,3 , ал 2 мг/л болғанда –13,4 және 30,4. 

   Кадмийді тамырда аккумуляциялау көптеген өсімдіктерге тән. Ағын сулармен суарылатын топырақта өскен жүгері тамырындағы кадмий мөлшері бақылаумен салыстырғанда 59 есе, сабағында 7,5 есе, жапырағында 5,5 есе артқан. Кадмий мөлшері 0,005-0,1 мг/л су ортасында өскен күріште ,кадмийдің негізгі массасы тамырда қалған. Дәндегі кадмий мөлшері төмен және де қоректік ерітіндіде кадмий мөлшерін көбейткенмен ол онша өзгермейді.

   Жарвис С.К.[18] өз қызметкерлерімен бірге 23 түрлі өсімдікте кадмийдің жинақталуын зерттеген (астық тұқымдастар, шөптер, бұршақ тұқымдастар,көкөністер). Кадмийдің сабақтағы мөлшері өсімдік түріне байланысты құрғақ массаның 1,8-21 мкг/г аралығында ауытқыған. Ең аз мөлшерде редисте кездескен (1,8), ал ең көп мөлшерде қызылшада (21,1), соргода (17,5), салат –латукте (15). Тамырдағы мөлшері бойынша –ең жоғарғы көрсеткішке пастернак (163,8), томат (121,6), қызылша (151мкг/г) ие болған. Сонымен қатар,  өсімдіктердің барлық түрінде тамырдағы кадмий концентрациясы сабақтағыдан бірнеше есе жоғары болған.

   Кадмийдің жерүсті бөліктеріне шектеулі мөлшерде енуі, өсімдік төзімділігін анықтайтын механизмдердің бірі болып табылады. Бұл құбылыстың физиологиялық мағынасы кадмиймен тежелетін биосинтез процестері өтетін аудандарда кадмий мөлшерін төмендетуге болады.

 

1.7 Металлотионеиннің механизмі.

 

    1кг тірі массаға бір рет енгізгеннен летальді болып табылатын кадмий мөлшерін, бірнеше рет 1-3 күн интервалмен енгізсе жануарлардың өлмейтіндігі байқалған. Сонымен қатар,  кадмийдің организмнен өте баяу шығатындығы белгілі. Бұл жағдай жануар организміне енген кадмийді байланыстырып және метабализмнен өшіріп тастайтын қандайда бір заттың синтезін индуциялайды деген ой туғызды. 1955 жылы Валли осындай затты іздеуге кіріседі. Ол кезде карбоангидразаның құрамына цинктің кіретіндігі белгілі еді. Атомдық құрылымы, химиялық реактивтілігі жағынан цинк пен кадмийдің ұқсастығын ескере отырып Валли кадмийді байланыстырушы зат белок болуы мүмкін деген болжам жасайды. Алдына қойған мақсатты орындау үшін оған массасы үлкен және кадмий мөлшері жоғары болып табылатын обьект керек болды. Бұндай обьект ретінде жылқының бүйрегі алынды, ондағы кадмий мөлшері құрғақ массаның 94 мкг/г-на жетеді.

   1957 жылы кадмийді байланыстырушы белок бар деген алғаш мәлімдеме жарияланды [19]. Ары қарайғы тазарту гамогенді полипептид (электрофорез және ультрацентрифугалау мәліметтері бойынша) бөліп алуға мүмкіндік берді. Ол бірқатар көрсеткіштерімен ерекшеленеді. Молекулярлық массасы 6700 Д, 33% цистейннен тұрады және ароматты аминқышқылдары болмайды, сондықтан 280 нм-де өзіне тән сіңіруді көрсетпейді. Барлық SH-топтар металл иондарымен меркаптидті комплексте байланысқан түрде, 250 нм-де максимум сіңіруге ие болды. Полипептид молекуласы 2,4% цинк және         5,9 % кадмийден тұрады , осыған орай металлотионеин деп аталады.

    Металлотионеин сияқты белоктар адамның бүйрегі мен бауырынан ,жылқы, бұзау, тюлень, егеуқұйрық,  балапан, қоян, тышқан бауырынан бөлініп алынған. Металл құрамы ұлпаға байланысты өзгеріп отырады. Металлотионеинде цинк пен кадмий жиі кездеседі. Цистеин қалдықтарының екі валентті металдарға қатынасы үшке тең.

   Адам бауырының, жылқы бүйрегінің, егеуқұйрық бауыры мен бүйрегінің, тышқан бауырының металлотионеиндерінің аминқышқылдық қатары анықталған. Кадмий, цинк, мыс, сынап және басқа ауыр металлдарды енгізу бауыр, бүйрек және мүшелерде металлотионеиннің мөлшерінің күрт жоғарылауына әкеледі. Қазіргі уақытқа дейін металлотионеиннің ферментативтік активтілікке ие екендігі жайлы дәлел жоқ. Оның ерекше қасиетіне-көп мөлшерде екі валентті катиондарды байланыстыру жатады. Осы арқылы ол мыс пен цинктің клетка ішілік резервтік қызметін атқара алады. Мыс пен мырыш металлоферменттердің синтезі үшін қажет, сонымен қоса клетканың көптеген жүйелері үшін улы. Осыған орай металлотионеин тәрізді белоктар, байланыстыру және металл беру қызметін атқару арқылы гомеостазды ұстап тұра алады. Адам бауырының металлотионеині негізінен цинктен тұрады. Стресс жағдайы оның метабализміне әсер етеді. Осының негізінде цинктің заталмасуы қалыпты күйінен ауытқуы мүмкін деген болжам айтылды.

Металлотионеиннің қызметін атқаратын белоктар өсімдік клеткаларында да кездеседі. Бірақ жануарлардың кадмий байланыстырушы белоктарына қарағанда олардың құрылымы аз зерттелген. Мысалы темекі жапырақтарында сіңірілген кадмийдің негізгі массасы цитоплазмада молекулярлық массасы 10000 Д полипептидпен комплекс түрінде болған. Сонымен қатар молекулалық массасы 13000 Д кадмийді байланыстырушы белок сояның жапырақтарынан, сабақтарынан және тамырларынан бөлінп алынған [19].

 

1.8 Өсімдіктердің өсуі мен дамуындағы ауыр металлдардың физиологиялық ролі.

 

          Көптеген ауыр металлдар (цинк пен кадмий) организмдердің қалыпты өміршеңдігі үшін керекті компонент болып табылады. Олар энзиматикалық жүйелердің құрам бөлігі, энергияны-оттегін тасымалдап, клетка мембраналары арқылы электрондардың қозғалысын жүзеге асырып, синтез бен тұқымқуалаушылық туралы хабардың  берілуіне әсер етеді. Организмде, тек белгілі бір элементтің болуы емес, оның басқа элементтермен қатынасы да маңызды. Ауыр металлдардың  концентрациясының күрт жоғарылауы олардың пайдалы элементтерден токсиканттар қатарына ауысуына жағдай жасайды [15].

            Ауыр металдардың улылығы олардың химиялық және физикалық қасиеттерімен байланысты; яғни электронды конфигурация, электртерістілік, ионизация, тотығу-тотықсыздану потенциал мөлшері, жеке химиялық элементтермен туыстығы және онымен  өткізгіш қабығымен байланыстылығы, белок-клетка ішінде не бетінде функционалды топтар жанында берік қосылыстар түзу қасиетімен және т.б. байланысты. Мысалы: электртерістілік, ионизация потенциалы және иондық радиус металлдардың биологиялық активтілігіне әсер етеді, себебі комплекстердің тұрақтылығы металлдардың электрлік қасиетіне байланысты. Иондардың гидратация дәрежесі де үлкен әсерін тигізеді, өйткені олардың айналасында қоршаған орта мен иондардың қатынасына кедергі жасайтын қабық түзіледі. Бұдан басқа, токсикалық металдарды оқу барысында олардың тірі клеткаға әсері цитоплазманың, гидратация дәрежесімен келісілгендігін естен шығармау қажет. Цитоплазмадағы су байланысқан түрде болады. Металлдардың токсикалық әсерінің салдарынан тек комеоидты жүйелер бұзылып қоймай, белок денатурациясы және токсикалық металлдардың әсерлерінің негізгі механизмі болып табылатын ферменттердің активті орталықтарына тосқауыл болады.[15].

          Металлдардың хелат түріндегі улылығы, оның тұзының улылығынан төмен болу керек. Сонымен қатар, металлдық комплекстердің әсері бейорганикалық қосылыстардың әсерінен үлкен таңдампаздық қасиеті арқылы ерекшеленеді. Зарядсыз комплекстер май еріткіш. Осыған орай олар клетка мембраналары арқылы өте алады, ал клетка мембраналары оны қадағалай алмайды.

Микроэлементтер негізінен функционалды элемент болып табылады. Себебі, ферменттер, витаминдер және басқа биологиялық активті заттардың құрамына кіреді. Олар органикалық қосылыстардың синтез процестерін катализдейді және басқа катализаторлар сияқты организмге аз мөлшерде түсе отырып қажеттілікті қанағаттандырады. Соның ішінде ультрамикро элементтерге ерекше көңіл бөлген жөн, себебі олар жоғары улылыққа ие. Өсімдіктерге металлдардың улы әсерін көрсететін белгі – ол өсу процесі. Ауыр металлдар фотоплазматикалық «у» болып табылады. Металлдың салыстырмалы атомдық массасы  жоғарылаған сайын, улылық та өседі. Кадмийдің тежеуіш әсері 1 мен 100 мг/л концентрация аралығында көрінеді.

          Кадмийдің фитотоксикалығы және оған өсімдіктердің тұрақтылығы көптеген жағдайларға тәуелді. Оларға – топырақ pH-ы, топырақ түрі, топырақтың катиондық алмасу қабілеті, құрамындағы органикалық заттар жатады. Бірақ көпшілік жағдайда өсімдік сортына да тәуелді болады. Тежеудің көзге көрінетін белгілерінсіз кадмийді концентрлейтін өсімдік түрлері бар және де кейбір түрлерді далалық жағдайда зерттегенде көптеген ауыр металлдарға, соның ішінде кадмийге толеранттылықтың дамитыны байқалды.

          Кадмий, мыс, ванадий және цинк сияқты металдар қара топырақтың гумусымен қосылып, онда сақталады. Бірақ, топырақта өскен өсімдіктер кадмийдің әсеріне сезімтал емес (егер әсер етуші доза жоғары болмаса). Жоғарыда айтып кеткендей кадмий топырақта байланысқан күйде болады. Өсімдіктер кадмийді топырақ ерітінділерінен ала алады.

          Первуниннің (1981 ж) тәжірибесінде 0,5-100 мг/л концентрациядағы кадмий бар қоректік ерітінділерде арпа өсірілді, бұл кезде өсімдіктерде масақтарының пайда болуы жүрмейтіндігі байқалды. Ал 10 мг/л – концентрацияда бақылаумен салыстырғанда өсімдік массасының 55 %-ке қысқаруына әкеледі. Сонымен қатар, өсімдіктерде жапырақ салу процесінің және көп көлемде өсіп келе жатқан тамыр мөлшерінің төмендеуі көрінген. 100 мг/л концентрация летальды болып табылады [20].

          Көптеген мәліметтер бойынша кадмийдің 100 немесе 200 мг/л концентрацияларында устьице аз мөлшерде ашылады және транспирация мен фотосинтез процесінің өтуі төмендейді. Су және құрлық өсімдіктерінде хлорофильдің төмендеуі жүріп, нәтижесінде хлороз дамиды.

          Кадмийдің жоғарғы фитотоксикалығы оның химиялық қасиеттерінің цинкке жақындылығымен түсіндіріледі. Сондықтан кадмий көптеген биохимиялық процестерде цинктің ролін атқара алады. Осыдан келе ол тынысалу және басқа да физиологиялық процестермен байланысты фосфотазалар, әртүрлі дегидрогеназалар және де белок алмасуында қатысатын пептидаза мен протенаиза, нуклеин алмасу және де басқа ферменттердің жұмысын бұзады.

          Кадмийге сезмталдығы бойынша өсімдіктерді былай орналастыруға болады:

Томат>сулы>салат>жайылым шөптер>сәбіз>редька>фасоль>бұршақ> шпинат [21].

 

 

1.9 Ауыр металл тұздарының өсімдік және жануарлар организміне әсері.

 

Ауыр металлдар өте күшті реакциялық қасиетке ие.  Осы арқылы олардың биологиялық жүйелердегі рөлі анықталады. Тірі организмдердегі ауыр металл қосылыстарының негізгі формасы – металлоорганикалық комплекстер болып табылады. Ауыр металлдардың токсикалық әсерінің молекулалық механизмі толық анықталмаған. Токсикалық металлдар өзіндік маңызы бар сульфгидрильді, амин және фосфатты топтармен байланысу қабілетінің арқасында аллостерикалық өзгерістерді туғызады немесе активті аумақтарды қоршау арқылы металлдық кофакторларды араластыра отырып, белоктарды инактивациялай алады. Бұдан басқа да токсикалық металлдар – мутагенезді индуциялау, ісіктердің пайда болуы және макроскопиялық өзгерістерді туғызу қабілетіне ие. Ауыр металлдардың артық мөлшерде болуы клетка құрылысында көптеген бұзылыстарды туғызады. Металлдардың бейорганикалық тұздары клетканың бөлінуі мен ядролық аппаратқа әсерін тигізеді. Доза мен цитотоксикалық әсер арасында белгілі бір корреляция болады [22]

          Өсімдіктерде индуцияланған хромосомды аномалиялар, хромосомалар құрылысының өзгерісінен көрінеді, яғни – фрагментация; инверсиялар; транслокациялар; митотикалық ұршық деффектілері – үзілістер, диплохроматидтердің түзілуі, полиплоидия, К-митоздар.

          Ауыр металлдардың әсерінен көптеген профазалы клеткалар қайта интерфазалы қалпына оралады. Олардың ядролары бүлінген және бөлшектенген болады. Кейбір клеткалар ядролық материалдың толық дезинтеграциясының нәтижесінде ядроларын мүлде жоғалтады. Және көптеген мутациялар, клеткалардың өліміне әкелетін хроматидті үзілістер жиі кездеседі. Сонымен қатар клеткалық циклдың бәсеңдеуінің нәтижесінде К-митоздар  және екі ядролы клеткалар сияқты аномалиялар байқалады. Кейбір клеткаларда ұршықтың пайда болуын басып тастайтын К-анафаза фиксацияланған [20].

          Барлық тірі организмдерде (қарапайымнан бастап ең жоғары ұйымдасқан түрлерде) әртүрлі металл иондарының белгілі бір мөлшері кездеседі. Олар клеткада өтетін түрлі биохимиялық реакцияларға қатысып,  маңызды роль атқарады. Биологиялық процестерде  металл иондарының доза мөлшері белгілі – бір мөлшерден артпау керек деген  қатаң талаптар қойылса,  ал екінші түрлер үшін, бір металдың басқа бір металмен алмастырылуына мүмкіндік бар. Бірақ ол биологиялық  процесс активтілігін төмендетеді.

    Металл иондарымен реттелетін биохимиялық процесстердің маңызын бағалау қиын.  Калий, магний, темір, кобальт, мыс, цинк иондары маңызды катализдік реакцияларды жүзеге асыратын бірқатар ферменттердің құрамына кіреді. Кейбір жағдайларда бұл реакцияларға тек құрамында металы  бар ферменттер ғана емес, сонымен қатар металл иондарының концентрацияларына бақылау жасайтын және оны керекті ферменттік жүйеге дейін тасымалдайтын басқа да белоктық жүйелер қатысады.

   Табиғи түріндегі нуклейн қышқылдарымен байланысқан көптеген металл иондары қайтымды комплекстер түзеді. Бұндай иондар биополимерлердің конформациясын өзгертіп құрылымын тұрақтандырады немесе тұрақсыздандырады. Олар нуклейн қышқылдары қатысатын биологиялық процестер үшін өте қажет.

   Репликация,транскрипция және трансляция сатыларында металл иондары металлоферменттердің немесе басқа да металды комплекстердің түзілуіне  қатысатындығы анықталған [22].

          Өсімдіктер металлды, қоректік ерітінділерден оңай сіңіреді. Осыған орай ерітінділер арқылы сіңірілген кадмий өсімдіктерде – устьицелердің ашылуына, транспирацияға және жапырақтардағы фотосинтезге әсер етті деген мәліметтер бар.

          Кадмийдің қоршаған ортадағы қозғалғыштығы, оның экосинтезге әсері, белгілі бір мөлшерде осы тұздардың табиғатына байланысты. Зертханалық тәжірибелерде кадмий өсімдіктің өсуі мен өніміне жағымсыз әсер ететіндігі анықталған. Бірақ, топырақта өсірілген өсімдіктер кадмий әсеріне сезімталдық көрсетпеген (жоғары дозалардан басқалары) яғни белгілі бір әсерлер кадмийді тек қоректік ерітінділерге қосқанда ғана көрінеді, себебі кадмий топырақта байланысқан күйде болады.  Далалық жағдайдағы зерттеулер бойынша қоршаған ортада өсімдіктерде ауыр металдарға төзімділік дамиды деген дәлелдемелер алынған [23].

 

1.1. 1 Ауыр металдар мен аллюминий қосылыстарындағы фито және цитотоксикалық активтілікті бағалау

 

          Биосферада қалыптасқан химиялық элементтер арасындағы қатынас антропогендік факторлардың әсерінен күрт бұзылады. Мысалы, кадмий табиғатта негізінен мыс, қорғасын, никель, цинк рудаларында қосарланған (бірлескен) элемент ретінде кездеседі. Тау-кен өндірісі мен қайта өңдеу индустриясының қауырт дамуының нәтижесінде қоршаған ортада осы кадмий қосылыстарының концентрациясы өсіп отыр. Ауыр металдар жыртылатын топыраққа фосфатты тыңайтқыштар және суаруға пайдаланатын өндірістік ағын сулар арқылы түседі. Азотты тыңайтқыштар мен қышқыл жаңбырлар топырақтың қышқылдануына әкеледі, осының салдарынан минералды шөгінділердегі Al ³⁺ сілтісізденіп өсімдіктерге оңай жетеді [21].

          Тірі объектілерге қоршаған орта ластаушыларының токсикалық әсерін зерттеудің классикалық әдісі – өсімдіктердің  тамыр клеткаларына тест жасау болып табылады.  Бұл тест потенциалды биологиялық кауіптілікті көрсететін химиялық қосылыстардың скринингін жасауға мүмкіндік береді. Бұл цитогенетикалық мониторинг әдісінің маңызды артықшылығы осы тест нәтижелерін басқа да тест жүйелерінің нәтижелерімен корреляция жасауға болады. Өсімдіктердің тамыр клеткаларына жасалған тест нәтижесінде уланудың 2 аспектісін анықтауға мүмкіндік береді:

а) жалпы улану (немесе фитоулану) өсімдік тамырының өсуіне қысым жасау негізінде;

б) цитогендік улану, тамыр меристемасының клеткасындағы ядролық аномалиялар мен хромосомалық абберацияларды микроскопиялық зерттеу негізінде.

Өсімдіктердің тамыр клеткаларына жасалған тест токсикалық әсердің салыстырмалы талдауы  үшін қолданылады, яғни топырақтың негізгі поллютанттары – кадмий, қорғасын, никель, аллюминий, мыс және цинк қосылыстарының өсімдік өскіншелерінің тамыр апикальды меристема клеткаларында қандай хромосомды және ядролы бұзылыстар тудыратындығы туралы мәліметтер береді. Металл тұздарының цитотоксикалық әсер ерекшеліктерін – митотикалық индексті, хромосомадағы бұзылыстарды, пикнотикалық ядроларды,  митотоксикалық клеткалардағы хромосомалардың  ажырамауын санау  арқылы бағалайды.

Жоғарыда айтылған цитологиялық параметрлерді мына формулалар арқылы анықтайды:

Митотикалық индекс=100%* митоз         стадиясындағы клеткалардың зерттелген саны меристемалық клеткалар санына бөлінеді.

Абберациялар индексі=100%* митотикалық абберациялары бар клеткалар саны митоз         стадиясындағы жалпы  клеткалар санына бөлінеді.

Пикноз проценті=100%*пикнотикалық клеткаларсаны жалпы зерттелген  меристемалық клеткалар санына бөлінеді.

Ажырамаған хромосомалар проценті=100%* хромосамалары ажырамаған клеткалар/ митоз стадиясындағы жалпы клеткалар санына бөлінеді.

Барлық зерттелген параметрлер үшін алдын-ала Стьюдент критериін қолдану арқылы сенімділік интервалдары есептеледі.

Улы металдардың тестіленуші тұздарымен алдын-ала өңделген өсімдік  тамыр ұштарының микропрепараттарында митотикалық және интерфазалық клеткаларда көптеген бұзылыстарға әкеледі.

          Байқалған бұзылыстарды 3 негізгі топқа ажыратуға болады:

1) хромосомалардың зақымдануымен байланысты  паталогиялар және хромосомалардың структураларының бұзылуы (кластогенді эффект);

2) митотикалық аппаратттың зақымдануымен байланысты паталогиялар;

3) цитогенез өтуінің бұзылуы салдарынан болған паталогиялар.

          Митотикалық клеткаларда байқалатын бұзылыстарға – хромосомалардың зақымдануы немесе құрылысының бұзылуымен байланысты паталогиялар жатады.

          Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б зерттеулері бойынша барлық тестіленуші металл тұздарының әсерінен хромосомалар фрагменттері және хромосомалық көпіршелер пайда болуы байқалды. Сонымен қатар, көпшілік жағдайда хромосомалық материалдың тегіс боялмауының спецификалық түрі байқалды, оны хромосомалардың «сегменттелуі» деп сипаттауға болады. Бұндай сегменттелу агенттердің летальды дозаларымен өңдегендегі хромосомалардың пульверизациясына ұқсайды.

          Мұндай жағдайлар улы металдардың иондарының төменгі концентрациясымен өңделген өскіндердің меристемалық клеткаларында да кездесті. Бұл құбылыстың себебі, митотикалық хромосомалар жиынтығының қандай да бір деңгейінің бұзылуынан болуы мүмкін. Немесе метафазалық хромосоманың қалыптасуына жауап беретін хромосомалардың құрылымдық белок немесе ферменттердің құрылысының деффекттері болуы мүмкін. Алайда  хромосомалардың сегменттелуінің пайда болу механизмі түсініксіз. Байқалған анамалиялардың бұл типі зерттелуші металл тұздарының генотокскиалық әсерін бағалауда есепке алынбаған.

          Препараттарда хромосомалық агенттелумен қоса жекелеген хромосома фрагменттері бар, анафазалы және телофазалы көпіршелер бар клеткалар кездесті. Бұл дәстүрлі хромосомалық абберациялар анамалияның бірінші типіне қарағанда өте сирек байқалды, бірақ дәл осылар зерттелуші металл тұздарының кластогенді әсерін мінездейді. Сонымен қатар, тестіленуші қосылыстар концентрациясы жоғарылаған сайын, олардың хромосомалық бұзылыстарды индуциялау қабілетінің өсетіндігін айта кеткен жөн. Кластогенді типтегі (ИА₁) абберация индекстеріне салыстырмалы анализ жасау арқылы зерттелуші металл тұздарының генотоксикалық қатарын жасауға мүмкіндік туды.

          Металл тұздарының кластогенді активтілігі жоғарыдан төмен қарай былай орналасады:

          Pb (CH₃COO)₂ (ИА_max=5,7)>Al(NO₅)₃ (5,4)=NiSO₄(5,4)>CdCl₂ (4,8)>CuSO₄(4,8). Соның ішінде мыс сульфатына жеке тоқталып өтсек, бұл қосылыс  абберация индексі бойынша зерттелуші заттардың генотоксикалық қатарында соңғы орын алғанымен, оның кластогенді әсері өте төмен (1мкм) концентрацияда байқалады.

          Бұрын анықталғандай зерттелуші қосылыстар спектрінің арасында CuSO₄ күшті цитотоксикалыққа ие, ал оның әлсіз генотоксикалық әсері пияз клеткалары үшін осы заттың жалпы токсикалылығының бір көрінісі болуы мүмкін.

          Улы металл тұздарының өсімдік клеткаларында хромосомалық бұзылыстарға әкелуі жайлы әдебиеттердегі мәліметтер басқа да авторлардың нәтижелерінде кездеседі. Жоғарыда келтірілген тестіленуші заттардың ДНК молекуласында бұзылыстардың келесі типтерін индуциялау қабілеті бар екендігі белгілі: бір жіпшелі үзілістер, ДНК-ң қосарлы үзіктері, ДНК-ДНК және ДНК-белок байланыстары (сшивки), олар ДНК-ң екіншілік құрылысының өзгеруіне әкеледі. Кез-келген ферментативті реакция серияларының нәтижесіндегі ДНК молекуласындағы біріншілік бұзылыстар нүктелік мутацияға немесе хромосомалық абберацияға әкелуі мүмкін.

          Осыған байланысты зерттелуші металлдардың қосылыстары кластогенді әсерге ие деп айтуға болады. Довгалюк және басқалардың  мәліметтері бойынша цинк сульфаты өте күшті анық генотоксикалық эффектке ие.

          Митоз бен цитокинез өтуінде бұзылыстар туғызатын – анеугенді активтілік те зерттелуші металл тұздарына тән болып шықты. Митотикалық аппараттың зақымдануымен байланысты – митоз паталогиялары, дәлірек айтсақ: анафазадағы хромосомалардың полюстер арасында қалуы, көп полюсті митоз және  К – митоз барлық тестіленуші қосылыстар әсерінен байқалды.

          Ауыр металлдармен аллюминий әсері дозаға тәуелді сипатта болды. Сонымен қатар зерттелуші улы заттардың инициальды (ЕС₁₀) және орташа эффективті (ЕС₅₀) концентрацияларында, препараттарда негізінен хромосомалары артта қалған клеткалардың кездесу жиілігінің жоғарылығы тіркелді. Металл тұздарының концентрациясы сублетальдығы (ЕС₉₀) өскен сайын зерттелуші үлгілерде мультиполярлы митозды және К-митозды клеткалар көп мөлшерде байқалды. Fiskesyo  пікірі бойынша, артта қалушы («lagging») немесе адасушы («vogrant») болып табылады. Ал пияз (Allium cepa) тамырларын қорғасынның (2,5-3 мг/л PbCl₂ және Pb (NO₃)₂) бейорганикалық қосылыстарының жоғары дозасымен өңдеу тамыр ұштарының препараттарында көп мөлшерде К-митоздардың пайда болуымен сипатталған.

          Митотикалық клеткаларда (ИА₂) байқалатын анеугенді бұзылыстар тобы бойынша абберациялар индексінің өзгерісіне анализ жасай келе, металл тұздарының клетканың митотикалық аппаратын зақымдау қабілеті бойынша қатарын жасауға болады. NiSO₄ бақылаумен салыстырғанда зақымдану процентін 69,6 есе жоғарылатады;  CdCl₂ – 32,3 есе; Al(NO₃)₃ – 8,3 есе; Pb (CH₃COO)₂ – 8,0 есе; CuSO₄ – 4,2 есе және ZnSO₄ – 3,3 есе.

          Екінші топтағы митотикалық бұзылыстардан басқа препараттарда интерфазалық клеткаларда көптеген ядролық анамалиялар анықталды, оның ішінде микроядролар, ұзыншақ ядролар және көп ядролылық. Микроядролы клеткалар анеуплоидияның даму мүмкіндігін болжайтын мейоздың фазасы болып табылады.Анафаза Ι-де көрінетін қалған хромосомалы клеткалардың митоздан шығуы нәтижесінде және фрагментация кезіндегі хромосомалар үзінділерінің деконденсациясы нәтижесінде пайда болады. Микроядролардағы центромерлі аймақтарды анықтауға қосымша зерттеулер жүргізілмегендіктен бұл құбылыстың пайда болу себептері жайлы нақты айтуға болмайды. Сондықтан интерфазалық клеткаларда байқалып отырған цитогенетикалық бұзылыстардың бұл типін улы металлдар әсерінен туындайтын анамалиялардың ешбір тобына жатқызбаған.

          Рестутивті клеткалар – қалақ тәрізді ядролы клеткалар немесе поликариоциттер. Олар хромосомалардың ажырауы мен клетка қабырғасының қалыптасу сатысын өтпеген, ретсіз шашыранды орналасқан хромосомалар деконденсациясы нәтижесінде К-митоздан клеткалардың шығуы нәтижесінде қалыптасады. Зерттеудің осы сатысында қалақ тәрізді ядроны некротикалық ядродан бөліп алу мүмкін болмағандықтан, интерфаза тіркелген анеугендік зақымдалу типі ретінде тек көп ядролы клеткаларды есепке алу шешімі ұйғарылды. Рестутивті ядролы клеткалардың жиілігінің жоғарылығы митотикалық ұршықтың күшті тежегіш затармен өңделуінен болғандықтан, анық көрінетін анеугенді активтілігі бар заттарға CdCl₂ мен Al (NO₃)₃-ті жатқызуға болады. Себебі олар көп ядролы клеткалардың ауқымды мөлшерде пайда болуына септігін тигізеді.

          Біздің мәліметтер бойынша, зерттелуші улы металл тұздары 1-ші топқа жататын бұзылыстарға қарағанда (хромосома құрылысының зақымдануымен және бұзылуымен байланысты) митотикалық аппараттың зақымдануымен байланысты митоз бұзылысына әкелетін қабілеті күштірек. Ең жоғарғы антимитотикалық активтілікке NiSO₄ және CdCl₂ ие, ал аз мөлшерде Al(NO₃)₃ және Pb(CH₃COO)₂.

          Бұл мәліметтер тестіленуші металл қосылыстарына микротүтікшелермен клеткалардың актинді феламенттерін зақымдау тән екендігін көрсетеді.

          Ni²⁺ және Сd²⁺ жануарлар клеткаларындағы негізгі нысаналардың бірі  — цитоқаңқа болып табылады. Болашақта осы бекітулерді өсімдік объектілерінде қолдану жоспарланып отыр.

          Цитокинездің кешігуімен байланысты үшінші топтағы клеткалық бөлінудің бұзылуы, қос ядролы клеткалардың пайда болуына әкеледі. Алынған мәліметтер бойынша барлық зерттелуші заттар бұл параметрге әр түрлі әсер етеді. Цитокинезді тежеуші ең жоғары эффектке  NiSO₄ ие, тек 10 мкм концентрацияның өзінде қос ядролы клеткалар пайызы бақылау деңгейінен 4 есе жоғары болады. Al, Cd және Pb-ң тестіленуші тұздары эффективті концентрация диапазонында қос ядролы клеткалар пайызын бақылаумен салыстырғанда мүлде өзгертпейді, бірақ летальды және сублетальды концентрацияларында (500-1000 мкм) анағұрлым жоғарылатады. Cu және Zn сульфаттары концентрация өскенімен, қос ядролы клеткалар пайызын аз мөлшерде ғана көтереді.

          Цитокинездің өсімдік клеткасында өтуі фрагмопластың қызметімен қамтамасыз етілетіндігі белгілі. Өкінішке орай цитокинез өтуінің бұзылу себептері жайлы ортақ пікір жоқ. Қос ядролы клеткалардың пайда болуы не фрагмопластты микротүтікшелер және актинді микрофиламенттердің зақымдануымен, не клетка қабырғасының қалыптасуына негізгі материал әкелетін диктиосома визикулаларының жеткілікті мөлшерде қалыптасуының бұзылуымен түсіндіріледі. Осы сұрақты шешу барысында пияз (Аllium сера) тамыр меристема клеткаларындағы фрагмопласттың құрылысының жағдайына иммунофлюоресцентті анализ орынды болар еді.

          Сондықтан келешекте микротүтікшелердің әртүрлі құрылыстарын (интерфазалы тор, препрофазды лента, митотикалық ұршық, фрагмопласт) және тестіленуші металл тұздарымен өңделген пияз тамыр өскіншелерінің клеткаларындағы микрофиламенттерді зерттеу жоспарланып отыр.

          Қорытынды. Кадмий, қорғасын, никель, аллюминий, мыс және цинк қосылыстары тек фитотоксикалық емес, сонымен қатар айқын цитогенетикалық активтілікке ие. Және де көптеген тестіленуші тұздарға (NiSO₄, CdCl₂, Al(NO₃)₃ және Pb (CH₃COO)₂) хромосомалық абберация тудыру қабілетіне (кластогенді эффект) қарағанда анеугенді әсер тән. Зерттелуші металлдардың спектрі арасында цинк сульфаты күшті кластоген болып табылады. Никель сульфаты мен кадмий хлориді ең күшті антимитотикалық эффектке ие.

          Ауыр металл тұздары мен аллюминийдің пияз (Allium cepa) өскіндерінің меристемалық клеткаларына әсерінен қос ядролы клеткалар пайда болады. Цитокинезді тежеуші ең күшті индуктор NiSO₄, сонымен қоса оның ең жоғарғы антимитотикалық активтілігі бұл қосылыстың өсімдік клеткаларының цитоқаңқалы құрылысын зерттеуге негіз болып отыр [22].

 

1.1.2 Селекциядағы химиялық мутагенез

 

          Өзгергіштіктің жасанды агенттерін пайдаланғанға дейін спонтанды тұқым қуалаушылық өзгерістер жаңа сорттар шығару үшін шектеуші ғана материал берді. Ал қазіргі уақытта мутагенді селекция жаңа пайдалы белгілерді көп мөлшерде алуға мүмкіндік беріп отыр. Химиялық мутагендер тірі организмдерде мутациялық селекцияда мүлде жаңа ресурстар шығаратын плейотропты макромутация мен физиологиялық микромутациялар ретінде көрінетін селекциялық тұрғыдан пайдалы және бұрын белгісіз қасиеттердің жиынтығын индуциялайды және басқа агенттермен салыстырғанда, олардың өзгергіштік ауқымын кеңейту мен жаңа ауытқулар тудыру қасиеті өте жоғары [24].

 Генетикалық тәжірибелерде табылған химиялық мутагендер өзгергіштікті кең көлемде шығаруының арқасында селекциялық практикада нық орын алады. Қазіргі уақыттағы селекциялық жұмыстарда әртүрлі химиялық мутагендер арасында нуклеотид тәрізділер класына жатпайтын әртүрлі құрылысты органикалық қосылыстарды пайдаланады. Бұндай заттар өте күшті, бірақ сонымен қатар тұқым қуалаушылық өзгергіштіктің жұмсақ әсер етуші факторы болып табылады. Олардың тұқым қуалаушылық материалға әсері таңдамалы және де оны енгізілген дозаға эксперимент жүргізілген жағдайға байланысты бақылап отыруға болады. Сондықтан ұзақ уақыт бойы химиялық мутагенез процесін зерттеуде негізгі акцент осы қосылыстарды қолдануға жасалды. Сонымен қатар химиялық мутагенез құбылысын зерттеу бейорганикалық химиялық мутагенезден басталса да, оларға аз көңіл бөлінеді. Бұған негіз олардың көбі әлсіз мутагендер, ал көпшілігі мысалы: ауыр металлдардың клетка өліміне әкелетін токсикалық әсері бар, бұл селекциялық жұмысты қиындатады [25].

          Химиялық мутагенезді селекциялық зерттеулерде өсімдіктермен жұмыс жүргізу барысында қолдану арқылы көптеген нәтижелерге қол жетті. Ауылшаруашылық өсімдіктерінің селекциясы өнімділіктің жоғарылауын қамтамасыз ету үшін бағытталған және де көптеген маңызды селекциялық белгілермен сыртқы ортаның жағымсыз әсерлеріне төзімділік есепке алына отырып жүргізіледі. Қазіргі кезде химиялық мутагенез көмегімен негізгі ауылшаруашылық өнімдерінің ондаған жаңа сорттары алынды және көптеген  материалда селекциялық сортты сынаудың әртүрлі деңгейінде жүргізіліп жатыр. Химиялық мутагендерді қолданудың барысында өсімдіктердің көптеген құнды қасиеттері алынды. Олар: өміршеңдіктің, өнімділіктің, қоршаған ортаның жағымсыз жағдайларына төзімділіктің, сапаның жоғарылауы, иммунитеттің пайда болуы, минералды қоректі тиімді пайдалану және т.б.  Селекциялық тәжірибелерде кейбір ауылшаруашылық өсімдіктерінде күшті химиялық мутагендер, яғни супермутагендер көмегімен жеке белгілері бойынша өнімділікті 10-40 % және одан жоғары пайызға  өсірді.

          Өсімдіктер геномына жағымды мутация беруге қабілеті бар көптеген гендер қызмет етеді. Оптимальды өңдеуде селективті түрлердің аралык гендерінің 1/2 – 1/3 –ге жуығы күшті мутагендерге сезімтал және әрбір осындай өңдеуден кейін олардың бір бөлігі өзгеріп отырады. Олардың ішінде бір немесе көптеген мутациялар болады.  Осыған орай  өнімді мутанттар алу ықтималдығы бар.

          Мутациялық селекция әдісі селекционерлерге әртүрлі мутация типтерінің генетикалық анықтамаларын пайдалануға мүмкіндіктер және олардың пайда болу жиілігі жайлы генетикалық мағлұматтар береді. Химиялық мутагенез – негізгі материалды дайындау көзі ретінде селекциядағы жалпы прогреске ғана емес, сонымен қатар маңызды бағыттарды дамытатын сорттық дивергенцияға әкеледі [26].

 

 

1.1.3 Химиялық мутагендердің әсер ету механизмі

 

          Күшті химиялық мутагендер тірі организмдер клеткасына әсерінің әртүрлілігімен ерекшеленеді. Олардың әсер етуі мынадай процестерден көрінеді: митоздың кідіруі, клетканың өлімі немесе инактивациясы  (цитотоксикалық және цитостатистикалық эффект), канцерогенді және канцеролитикалық әсер, мутацияның индукциясы, өсу процестерінің стимуляциясы және т.б. Көптеген химиялық мутагендер клетка ұйымдасуының барлық сатысында көрінетін цитотоксикалық әсерге ие. Бұл эффектердің механизмі яғни олар тек генетикалық материалмен ғана емес, сонымен қатар, цитоплазматикалық ферменттермен де реакцияға түсе алады. Сондықтан мұндай мутагендердің токсикалық әсері хромосомалар құрылысының бұзылуына немесе өмірлік маңызды ферменттердің инактивациясына әкеледі. Мысалы, көбею функцияларының өтуіне жауап беретін ферменттер немесе коферменттердің түзілуіне кедергі тудырса ол ұрпақ берушілікті төмендетеді, яғни стирильділікке әкеледі. Бірақ өсімдіктер үшін цитотоксикалық эффекттің көрінуінде кідіріс болады. Мәселен, бидай дәндерін нитрозаметилмочиванамен өңдегенде олар сулы ерітінділерге өсіп шығады да, кейін өміршеңдігі төмендеп, жерге отырғызғанда өсімдіктердің жалпы өліміне әкеледі. Бұдан басқа зерттеулермен дәлелденгендей өсімдік клеткаларының митотикалық активтілігіне мутагендердің әсері концентрациясына қарағанда, олардың әсер ету ұзақтығына тәуелді. Мысалы: этилениминнің қысқа уақытта бидай тамыршаларының клеткаларына әсері – митотикалық активтілікке жағдай жасайды, ал ұзақ уақыттағы әсері – митозды кідіртеді.

          Төменгі дозалы мутагендерді сынағанда өсімдіктердің өсуі мен дамуына жағдай жасайтындығы анықталды. Супермутагендердің жағдай жасаушы эффекті дәндердің ұқсастықтарының жоғарылауынан, өсімдіктердің тірі қалу мүмкіндіктерінен, дамудың жекелеген фазаларының өту уақытының қысқаруынан көрінеді. Химиялық стимуляциялар бойынша зерттеулер нәтижесі химиялық мутагендердің оптимальды дозасы әртүрлі объектілер үшін шамамен бірдей екендігін көрсетті.

          Химиялық мутагендердің стимуляциялық әсері қосылыстардың улылығына және организмнің сезімталдығына тәуелді емес, бірақ химиялық агенттердің сипатына, дозасына, өсімдіктердің түрлік және сорттық айырмашылықтарына тәуелді. Әр өсімдіктің, мутагеннің стимуляциялаушы дозаға реакциясы сандық, сапалық критерийлер жағынан бірдей болмауы мүмкін. Әсер еткеннен кейін бірден көрінетін стимуляциялаушы эффект, кейбір жағдайда өсімдік вегетациясының аяғына дейін сақталады, ал кейде екінші ұрпақта да көрінеді.

          Бұл жерде генетикалық стимуляциядан басқа мутагендердің ферменттердің активтілігіне байланысты модификациялық стимуляцияда

орын алады.

          Өте күшті химиялық мутагендер кең спектрлі индуцияланған, немесе жоғарғы цитогенетикалық активтілікке ие. Яғни: изохроматидті делециялар-дупликациялар, транслокациялар, микрофрагменттер, хромосома аралық симметрия және ассиметриялы алмасулар, бұдан басқа әртүрлі гендік мутациялар. Сонымен қатар мутагеннің дозасын таңдау арқылы бұл қатынастың гендік мутацияға қарай жоғарылауына қол жеткізуге болады. Химиялық мутагендер арасында хромосомды мутацияларға қарағанда гендік мутациялар тудыратын қосылыстар жиі кездеседі [27].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕРІ 

                                       2.1 Жұмыстың өтілу жағдайы.

 

Тәжірибе негізінен әл – Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университетінің, биология факультетінің «генетика және молекулалық биология» кафедрасында және Республикалық Ғылыми- Өндірістік орталық «Өсімдіктану және Жертану»  дала егістігінде жүргізіліп жатыр. Ол институт Алматы қаласынан 25км қашықтықта орналасқан.

Топырақ қабаты қызғылт қоңыр, кей жерлері құмдақты болып келеді. Жоғары қабаттағы топырақ қара шірігі жалпы топырақтың 3% құрайды.

Жаздық бидайлар сәуір айының 10-15-терінде егістік даласына себілді. Шыққан өсімдікке бақылау жүргізу және күту ыңғайлы болу үшін 25 х 25см ауданда егілді. Ал егілетін дәндерді делянкаға бірқатарда себілді, яғни 20 дәннен бір қатарға себілді.

Ауа-райы негізінен жұмсақ қысымен, суық және ылғалды көктемімен, ыстық және құрғақ жазымен, жылы және құрғақ күзімен ерекшеленеді. Орташа жаздық температурасы 10ºС-ға жетеді. Жылдық жауын-шашын түсу мөлшері шамамен 390мм. Қар негізінен желтоқсан айының басында түседі. Оның қалыңдығы шамамен 20-25см болады. Егістіктегі қауырт жұмыстар сәуір айының басынан басталады.

 

• Зерттеу әдістері

 

Зерттеу әдістері ретінде гибридологиялық, моносомдық және цитологиялық талдау алынды.

Цитологиялық талдау әдісі мынандай этаптардан тұрады: өңдеу,фиксациялау, препаратты бояу. Өңдеу – хромасомаларды қысқарту және ұлпаларды жұмсарту үшін қолданылады және фиксатордың ұлпаға жақсы енуі үшін керек. Өңдеу үшін колхицин, оксихинолин, парадихлорбензол, α-бромнафталин пайдаланылады.

Гибридологиялық талдауда — өсімдіктің белгілері мен қасиеттерінің тұқымқуалау заңдылықтарын зерттеу үшін оларды бір-бірімен будандастырып, алынған бірінші,екінші және келесі ұрпақтарға талдау жүргізілді.

Аналық клеткалардың тозаңдарын фиксациялау.

 

Мейоз процесінде цитологиялық талдау жүргізу үшін әр линияның 10 өсімдігінің жас аналық клеткаларына фиксация жүргізілді. Бидайды соңғы жапыраққа дейінгі жапырақ құлақшаларының ара қашықтығы 5-6 см жеткенде аналық клеткаларында редукциялық бөліну жүретіні тәжірибе барысында көрсетілді.

Фиксация қалыпты күні таңертеңгілік уақытта 6 –дан 8-ге дейін, ал бұлтты күні 8-ден 11-ге дейінгі аралықта әрбір бидай ұрпағына жүргізілді. Фиксация үшін Ньюкомер, карнуа қоспасы қолданылды. Ньюкомер қоспасының құрамында: 6 бөлік изопропил спирті, 3 бөлік пропион қышқылы, 1 бөлік ацетон, 1 бөлік петролейн эфирі және 1 бөлік диоксан. Карнуа құрамы: 3 бөлік этил спирті және 1 бөлік сірке қышқылы. Алынған материалды жуығырақ күнде қаралатын болса, онда бірден ацетокармин ерітіндісінде фиксацияланады. Фиксацияланған материалды бір күннен кейін жаңа фиксаторға ауыстырып мұздатқышқа қойып сақтайды. Көбінесе тәжірибе жүргізілетін материалды жуық арада қарайтын болса, онда оны 2%-к ацетокармин ерітіндісінде де ұстауға болады. Цитологиялық зерттеу МБИ – 3 және МБИ – 6 микроскопы көмегімен жүргізіледі.

   Тәжірибені  жүргізу үшін  материал ретінде жергілікті селекцияда кең қолданылатын жұмсақ  бидай сорттары (Шағала, Арай , Жеңіс, Толқын, Дауыл, Лютесценс 32 ,  Казахстанская 17,  Казахстанская 3,   Казахстанская 10,   Казахстанская 4 қолданылды. Зерттеуге алынған материалдар кадмийдің ауыр металл тұзымен (CdCl₂), өңделді.  Бидай дәнін өсіре алатын CdCl₂ -дың концентрациясын  анықтау үшін, өңделген дәндердің өсу проценті мен клетканың бөліну активтілігі есептелді. Лабораториялық жағдайда дәндер 24⁰С температурадағы термостатта өсірілді. Дәндердің өскіншелерінің ұзындығы 1,5-2см-ге жеткенде алдымен хромосомаларды колхицинге салып, содан кейін Кларк фиксаторында (3бөлік 96℅этил спирті және 1бөлік тұзды сірке қышқылы)  фиксацияланды. Фиксацияланған материал Шифф реактивінде Фельген әдісі бойынша боялды. Бидайдың меристемалық өскіншелерінің митотикалық клеткаларының бөліну активтілігі (митотикалық индекс) жалпы  цитологиялық зерттеулерге тән әдіспен анықталды.  Зерттеуге алынған материалдар Республикалық Ғылыми- Өндірістік орталық «Өсімдіктану және Жертану» егістігінде егілді. Егістік материалы 1метрге 20 дәннен себілді. Әрбір қатардың арасы 15см, ал себілетін дәндердің арасы 5см.  Алғашқы өскіннің өсуінен пісіп-жетілуге дейінгі кезеңге фенологиялық бақылау жасалды.  Егілген өсімдіктерге химиялық қосылыстың  әсерін анықтау  үшін олардың мейозы қаралды.  Зерттеуге генетикалық, гибридологиялық, морфологиялық талдаулар қолданылды. Алынған мәліметтер орташа арифметикалық шамамен өлшеніп, айырмашылығы мен тәжрибелерде алған мәліметтердің дәлдігі Стъюдент критериясының көмегімен анықталды. Зерттеу кезінде өзгерген формалардың өнімділік элементтеріне салыстырмалы статистикалық талдау жүргізілді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР:

 

1. Singhal R.L., Meralf l., Hrdina P.D. Aspects of the biochemical toxicology of cadmium // Fed.Proc. – 1976. — №1. – P.75-80.
2. Малюга Д.Р. Кадмий и организм // Докл. АН СССР. – 1941. – 31, №2. – С.145-147
3. Войнар А.О. Распределение и роль кадмия в организме животных и человека // Микроэлементы в жизни растений и человека: Тр. Конф. Москва, 17-22 авг., 1952 г. : Высш. Шк. – М., 1952. – С.580-583.
4. Fairhal L.T. Indastrial toxicology / Ed. By I.Williams, K. Wilkins. – Baltimore: Raven press, 1957. – P. 30-33.
5. Flick D.F., Khaybill H.F. Toxic effects of cadmium: A revies // Environ. Res. – 1971.-4. №2. – P. 71-85.
6. Мельничук Ю.П., Соболев А.С., Калинин Ф.Л. Влияние солей кадмия на рост проростков гороха // Изв.АН СССР.Сер.биолю-1985.- № 11№-С.604-607.
7. Кадмий экологические аспекты // ВОЗ. Женева. – 1994.
8. Page A.L., Birgham F.T., Cadmium residues in the invironment // Residue – 1973. – 48, №1. – P. 1-44.
9. Iaskhola A. Effect of fertilizers, lime and cadmium added to soil on the cadmium residues from phosphate fertilizers, and their effect on the cadmium content in plants // Soil Sci. – 1976.- 121, №2.-P.109-114.

• Anderson A., Hahlin M. Cadmium effects from phosphorus fertilization in field experiments // Seand. J. arg. Res. – 1981. – 11,№1. – P.303-310.
• Volk B.C., Lighhart B. Computed equillibrium specialation of cadmium in soil solution of varing organic contents, pH and CO₂ concentrations // 9 th. Int. Congr. Soil Sci. Abstrs.- Edmonton, 1978. – Vol.1. – P.292-293.
• Алексеева А.А., Зорин Н.Г. Диффузия кадмия в почвах // Почвоведение. – 1980. – 31. – С. 66-73.
• Miller J., Rassett I. Uptake of Cd by soybean as influenced by soil cation exchange capacity, pH and available phosphorus // J. Environ Qual. – 1976. – 5, №2. –P.157-162.
• Page A.L., Binghame F.T., Nelson C. Cadmium adsorption and drowth of various plant species as influenced by solution cadmium concentration // J. Environ. Qual. – 1972. – 1,№3. – P.283-291.
• Мельничук Ю.П. Влияние ионов кадмия на клеточное деление и рост растений . – 1990. С.-6-12.
• Griling C. A., Peterson P.J. The significance of the cadmium species in uptake and metabolism of cadmium in crop plants // J. Plant. Nutr. – 1981. – 3,№1/4. P.703-720.
• Mitsuo , Akira B. The effects of some environmental factors on the partitioning of zinc and cadmium between roots and tops of rise plants // J. Plant Nutr. – 1981. – 3, №1/4, — P.203-214.
• Jarvis S.C., Lohes L.H.P., Hopper M.V. Cadmium uptake from solution by plants and its transport from roots to shoots // Plant and soil. – 1976. -44, №1- P.179-191.
• Margoshes M., Vallee B.L. A Cadmium protein from equine kyndy cortex // J. Amer. Chem. Soc. – 1957.-79,№22. – P.4813-4814.
• Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Оценка фито- и цитотоксической активности соединений тяжелых металлов и алюминия с помощью корневой апикальной меристемы лука // Цитология и генетика. – 2001 №1.- С.3-9
• Довгалюк А.И.,Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Цитогенетические эффекты солей токсичных металлов // Цитология и генетика. – 2001.№2.- С.3-9.
• Ваулина Э.Н., Аникеева И.Д., Коган И.Г. Влияние ионов кадмия на деление клеток корневой меристемы Grepis capillaries (L.) Waller // Цитология и генетика. – 1978. – 12, № 6. – С. 497-503.
• Ларченко Е.А., Моргун В.В. Сравнительный анализ наследственной изменчивости растений при мутагенной обработке генеративных клеток и семян кукурузы // Цитология и генетика 2000. Т.34. №4. С.17-19;
• Григоренко Н.В., Ларченко Е.А. Мутагенный эффект гербицида титуса у кукурузы // Цитология и генетика 2000. Т.34. №5. С.51-73.
• GriffithJ., Johnston P.D. Radiat. Bot., 2, 41, 1972.
• Калинина Н.П., Сидорова К.К., 1971. Цитогенетическая природа индуцированных мутантов гороха. –«Цитология и генетика», 5, №1, с.34-41.
• Романов Г.А., Обручева Н.В. Новикова Г.В., Мошков И.А. Ростовые вещества растений.// Физиология растений. 2002. Т. 49. Вып. 4. С. 608-610.