б.ғ.к Б.М.Исабеков, биология магистрі Ж.М.Бұхарбаева

Абай атындағы Қазақ Ұлттық Педагогикалық Университеті,Қазақстан

Өсімдіктердің эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысына ауыр металдар әсерін зерттеу

e-mail: zbuharbaeva@mail.ru

Андатпа. Бұл мақалада ауыр металдардың тұздарымен өсімдік жасушасына әсер ете отырып,протопластқа әсер етуі анықталды.Цитоплазма қозғалысына ауыр металдардың әсері зерттелді. Клеткалық деңгейде ластану әсерінен өсімдіктердің әртүрлі бөлігінде ауыр металдардың жиналып қалуына байланысты бірқатар физиологиялық бұзылыстар байқалады.Жасуша тіршілігіндегі сезімтал көрсеткiштерiнiң бірі-цитоплазма қозғалысының маңызы зор.Өсімдік жасушасының цитоплазмасының бірнеше: тұтқырлық, серпімділік, жылжығыштық, тітіргенгіштік және т.б. қасиеттері болады. Цитоплазма тұтқырлығы – өсімдіктің физиологиялық күйінің көрсеткіші. Өсімдіктің қоршаған ортамен қатынасы цитоплазма қасиеттерінің өзгеруіне себепші болады.Өз тарапынан олардың динамикалылығы өсімдіктің өзгерген орта жағдайына бейімделуіне мүмкіндік береді. Бұл мақсаттағы зерттеулер жарық микроскопы көмегімен көк пиязшықтың эпидермальды жасушаларын 5% ауыр металл тұздарының ертінділерімен (CuCL_2,, FeCL₃, Pb(NO₃)₂ ,NiSO₄ , CoCl₂  СdCl₂ ) плазмолиздеу арқылы жүргізілді.Ауыр металлдардың ертіндісінде цитоплазма қозғалысының бұзылатындығы анықталды. Ал, ұзақ уақытқа созылған плазмолиз мембрананың бұзылып, жасушаның өлуіне әкеледі.

Түйін сөздер:жасуша,цитоплазма, мембрана, меристема аймағы,плазмолиз, деплазмолиз,ауыр метал тұздары,өсімдіктер физиологиясы, физиологиялық процестер, осмос, диффузия, фагоцитоз, пиноцитоз, микроэлементтер.

Қазіргі заман жаңа өсімдіктерді зерттеу әдістері және дұрыс жасалған тәжрибе нәтижелері, организм ішінде болатын физиологиялық, химиялық, биологиялық заңдылықтарды терең түсініп жетуге алып келеді.Технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің физиологиялық, генетикалық, биохимиялық, реттелуі жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр.Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген[1].

Клетка – тірі заттың құрылыс бірлігі. Бұл клеткалық теорияның негізгі қағидасы. Клетканың тiршiлiк әрекеттерi белгiлерiне - заттек алмасуы, қозғалысы, көбеюi, өсуi, тiтiркенгiштiгi, тозуы, өлуi, түзiндi (секрет) бөлуi (секрециясы), бейiмделуi, бөлiнуi жатады. Клетка ашық жүйе, себебi ол сыртқы ортамен зат, қуатпен алмасады. Алмасудың сыртқы, iшкi түрi болады. Сыртқы алмасуда аттардың сiңiруi, шығарылуы, iшкi алмасуда-клеткада бұл заттардың химиялық өзгеруi жүредi. Заттек алмасуы – осмос, диффузия, фагоцитоз, пиноцитоз, сiңiрiлумен iске асады [2].

Жүргізетін зерттеулерді толық бағалау үшін, ғылыми әдебиеттерден өсімдік ағзасына ауыр металдардың әсері мен рөлі туралы деректерді таңдап алынды.Мысалы;.мыс-өсімдік тіршілігінде ауыстырылмайтын микроэлементтер қатарына жатса, оның қоршаған ортадағы жоғары концентрациясы улы ауыр металл болып саналады Өсімдіктерді бүрку арқылы өңдеу олардың жер үсті мүшелеріне тікелей әсер етеді. Өсімдіктердің белсенді өсіп-даму кезеңі мысқа өте сезімтал келеді. Мыстың улы әсеріне өсімдіктердің морфологиялық белгілері: жапырақ тақтасының кішіреюі, бұралуы, өсіп-дамуының баяулауы және  хлороз, некроз ауруларының пайда болуы.Мыстың әсерінен өсімдік жапырағының паренхима клеткалары үлкейіп саны азаяды, олардың арасындағы қуыстары кеңейеді.Мыстың улы концентрациясы жоғары және төменгі сатыдағы өсімдіктердің хлорофилл биосинтезін төмендетеді[3].

Темір тұздарының өсімдіктерге әсері. Темірсіз хлорофилл пайда болмайды. Құрамында темір болмаған жағдайда өсімдіктердің жапырақтары түссіздене бастайды , бірақ олар темір тұзында қайтадан жасыл түсіне ене бастайды. Темір ағзаның тіршілік қызметі үшін қажетті металл және ағзада жинақталу ерекшелігіне ие.

Никель тұздарының өсімдіктерге әсері.Никель- бұл өсімдіктер және жануарлар ағзасының тұрақты құрам бөлігі болып табылады. Өсімдіктер ағзасында никель 1955 жылы табылған болатын. Жер бетіндегі өсімдіктер никельді топырақ арқылы алады, ал су өсімдіктері су арқылы алады. Топырақтағы никельдің орташа мөлшері 0,004%, бірақ белгілі бір аймақтарда никельдің мөлшері 0,25% құрайды. Топырақтағы никельдің мөлшері оның топырақта жинақталуына байланысты болып келеді, сонымен қатар өсімдіктердің түріне де байланысты болады[3].

Қорғасын тұздарының өсімдіктерге әсері. Негізінде қорғасынның басқа элементтермен салыстырғында топырақтағы жылжымалы формасы төмен. Осыған қарамастан (60-86 %) жылжымалы формасы өсімдіктерге органикалық заттармен кешенді қосылыс күйінде түседі.  Мырыш және кадмиймен салыстырғанда қорғасын  өсімдіктердің жер үсті бөлігінде болуы өте төмен болғанмен, тамыр жүйесінде көп шоғырланады.Ауыр металдардың өсімдік мүшелерінде шоғырлануы олардың өсімдік бойымен жылжуына байланысты.Қорғасынның жоғары концентрациясы өсімдіктерге басқа катиондар (Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, Fe) мен аниондардың (NO3, SO4) сіңірілуін төмендетеді.Қорғасын өсімдіктің тамырының клетка қабығындағы көлденең, ұзын тізбекті компоненттерімен қосылып олардың индолил-3-сірке қышқылын (ИСҚ) аз қабылдайтындай етеді. Сонымен қатар 20 мМ Pb(NO3)2 концентрациясы флюоресценцияны төмендетіп фотосинтез қарқынын бұзады.Қорғасын негізінде өсімдіктердің тамыр клеткасында көп жинақталады. Қорғасынның өсімдіктердің барлық физиологиялық және

биохимиялық процестеріне әсері жайлымағлұматтарИ.В.Серегин.,В.Б.Иванов (2001)  еңбектерінде кеңінен талқыланған[4].

Кадмий тұздарының өсімдіктерге әсері. Ауыр металдардың ішінде ең улы және қоршаған ортаға кеңінен таралғаны кадмий болып есептеледі Кадмий жоғарғы жылдамдықпен ферменттердің қызмет үрдісіне кедергі келтіреді. Кадмий 0,2-1 мг/л мөлшерде болса өсімдіктердің өсуі және фотосинтез тежеледі.

Кобальт тұздарының өсімдіктерге әсері. Кобальт өсімдіктер ұлпасында кездесіп, зат алмасу үрдісіне қатысады.Кобальт микромөлшерде көптеген жануарлар мен өсімдіктердің қалыпты өмір тіршілігі үшін қажетті элемент болып табылады. Сонымен қатар кобальт қосындысының жоғарғы концентрациясы улы болып табылады[5].

ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

Көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысына ауыр метал тұздарының әсерін зерттеу.

Ауыр металдардың тұздарымен өсімдік жасушасына әсер ете отырып, протопласт құрамына олардың әсер ету деңгейін анықтауға тырыстық. Жасушадағы зат алмасу, белгілі бір құрылымдық деңгейде ұйымдасқан. Сонымен қатар жасушаның құрылымы зат алмасу үрдісі кезінде түзіледі және қалыптасады. Цитоплазма – кез келген тірі жасушаның негізгі құрам бөлігі. Цитоплазманың тұтқырлық қасиеті анықталған .Оның бұл қасиеті жасушаның физиологиялық белсенділігімен тығыз байланысты. Жасуша тіршілігіндегі сезімтал көрсеткiштерiнiң бірі -цитоплазма қозғалысы, сондықтан бұл құбылысты зерттеудің әдісін меңгеру маңызды. Цитоплазма қозғалысының тетіктері мен табиғатына ауыр металдардың әсерін терең түсіну үшін зерттеулер жүргіздік.

Ауыр металдардың тұздары сулы ортада иондарға ыдырайды. Металдардың барлық иондарын екі топқа бөлсек болады: биогенді және биогенді емес. Биогенді иондар ағзада және жасушада барлық үрдістердің реттелуін қамтамасыз ететін ферменттік жүйеге кіреді. Сондықтан олардың ШРК (шекті рұқсатты концентрациясы) биогенді еместерге қарағанда айтарлықтай жоғары. Ауа (саңылау арқылы) немесе тамшы ( шаң, тұман) жолдары арқылы өсімдіктерге түскен биогенді ауыр металдар зат алмасу үрдістерін күшейтетін ферменттік жүйенің құрамына кіреді[6].

Құрал-жабдықтар: көк пиязшық; металдардың биогенді иондарынан Cu²⁺ , Fe³⁺, Со²⁺ , ал биогенді еместері Pb²⁺, Ni²⁺, Сd²⁺; лезвие; скальпель; пинцеттер; препарат инесі; микроскоп; зат және жабынды шынылар; су құбырынан алынған 1 стақан қайнаған су; шыны таяқша; сүзгі қағазы кесінділер.

Жұмыс барысы. Көк пияз жасушасы құрамында антоцианы бар эпидермистің 1 бөлігін бритвамен кесіп аламыз. Эпидермис жасушасың зақымдап алмау үшін, кескін жасушалардың екі қабатынан тұру керек. Зат шынысындағы кесіндіге 1 тамшы су тамызылды.Жабын шынысымен жауып, жасушалық шырынмен боялған жасушалардың қалыпты жағдайдағы плазмолиз құбылысын микроскоп арқылы бақылау. Оны 1- суретте берілген зерттеудің негізгі бағыттарынан көруге болады.

Сурет 1. Көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы қалыпты жағдайдағы плазмолиз құбылысы. (H₂O)

Зерттеудің келесі бағытында көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысына ауыр металдардың әсерін зерттеу үшін судың орнын, 5% ауыр металдар тұздары CuCL_2,, FeCL₃, Pb(NO₃)₂ ,NiSO₄ , CoCl₂  СdCl₂ ерітінділерімен алмастырдық. Заттық шыныдағы эпидермальды жасушаға 5% ауыр металдар тұздары ерітіндісінің тамшысын тамызып, сүзгі қағазды жабынды шынының қарама-қарсы жағынан орналастырып суды сорып аламыз. Бұл әдісті 2-3 рет қайталап, судың орнын толығымен тұз ертіндісімен алмастыру қажет. Микроскоп арқылы жасушадағы өзгерістер плазмолиз бақыланды.Оны 2- 6 суреттерде берілген зерттеудің негізгі бағыттарынан көруге болады.

Сурет 2. Pb(NO₃)₂ 5% ертіндісіндегі көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысы

Сурет 3 . CuCl₂ 5% ертіндісіндегі көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысы

Сурет 4 . FeCl₃ 5% ертіндісіндегі көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысы

Сурет 5 . CoCl₂ 5% ертіндісіндегі көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысы

Сурет 6 . CH₃COOCd 5% ертіндісіндегі көк пиязшықтың эпидермальды жасушасындағы плазмолиз құбылысы

ҚОРЫТЫНДЫ

Цитоплазма тұтқырлығы – өсімдіктің физиологиялық күйінің көрсеткіші.Цитоплазма тұтқырлығы – бөлшектердің араласуына кедергі жасауын қамтамасыз ететін сұйықтықтарға тән қасиет көрсетеді. Өсімдік жасушасы цитоплазмасының суға қарағанда тұтқырлығы әлде қайда жоғары болады. Жасушаның плазмолиздену уақыты протопластың тұтқырлығын көрсетеді. Протопласт тұтқырлығы күшті болса, плазмолиздің басталуы немесе ойыс плазмолиздің дөңес түріне көшуі үшін көбірек уақыт керек. Ал әлсіз болса, ойыс плазмолиздің түзілуіне немесе ойыстан дөңеске көшуі үшін аз уақыт қажет. Тұтқырлықтың көрсеткіші плазмолиздің дөңес пішіні пайда болғанға дейінгі өткен уақыт болып табылады. Плазмолиздің уақыты неғұрлым көпке созылса, соғұрлым цитоплазманың тұтқырлығы жоғары болады.Сондықтан зерттеу барысында протопласт тұтқырлығы әлсіз болғандықтан қорғасын ерітіндісінде дөңес плозмолиз көрінді. Мыс ерітіндісінде көк пияз жасушаларының протопластының беткі жағы плазмолиз кезінде, ойыс пішінге ие болады. Көп жағдайда ауыр металлдардың тұзын қосу кезінде, протоплазма қозғалысы бұзылады, сонымен қатар жасушадағы зат алмасу үрдісінің бұзылуына байқалады, осының салдарынан зат алмасу өнімдерінің қайта түзілуі өзгеріске ұшырайды.Қорыта келгенде, цитоплазманың тұтқырлығы күшті болған сайын, жасушалардың қызметімен байланысты зат алмасу бұзылады. Ұзақ уақытқа жалғасқан плазмолиз кезінде, жасуша өледі.

Топырақта ауыр металдардың жиналуы мен олардың өсімдіктерге түсуі арасында оң корреляция бар.Ауыр металдар көбінесе клетка уы болып табылады, әсер ету механизмі толық зерттелген. Ауыр металдар токсинділігі оның суда қандай формада болуына байланысты, еріген формасы байланысқан формасына қарағанда улы болып келеді.Өсімдіктерге ауыр металдар тамыр жүйесі немесе жапырақ арқылы енеді. Ауыр металдар өсімдіктерге еніп, онда жиналып, трофикалық жолмен жануарларға , адамдарға жағымсыз әсер етеді. Түкті жапырақты өсімдіктер тегіс жапырақты өсімдіктерге қарағанда ауыр металдарды жақсы сіңіреді [7].

Ауыр металдар барлық физиологиялық процестерге әсер етеді, бірақ жеке процестердің металдарға сезімталдығы айтарлықтай әр түрлі.Ауыр металл әсерінен алдымен тамырдың меристема аймағы, содан кейін созылу және тамыр түктерінің түзілуі жүретін аймағының клеткалары бұзылады.Ауыр металдар өсімдіктердің тамыры мен жер үсті мүшелерінің өсуін тежейді.Тамырдың өсуі көбірек тежеледі, тамыр түктерінің саны және биомассасы азаяды. Ауыр металдар әсері күшті және ұзақ болса өсімдіктің тіршілік қабілеті жойылады. Әртүрлі өсімдік түрлерінің ауыр металдардың әсеріне реакциясы барлық ұйымдасқан жүйе деңгейінде байқалады.Клетка деңгейінде ауыр металдардың жиналып қалуына байланысты стрестің жалпы көрінуі: мембрана зақымдануы және ферменттердің активтілгінің өзгеруі.Организмдік деңгейде ластану әсерінен өсімдіктердің әртүрлі бөлігінде морфологиялық бұзылыстар байқалады .Өсімдіктерде жапырақ тақтасының ұсақтығы, қыртыстануы және деформациялануы сияқты морфологиялық өзгерістер байқалады. Мұндай морфологиялық өзгерістер өсімдіктегі метаболизм процесінің бұзылуына байланысты. [7] .

ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1.Әлжанова Р.М, Қожахметова Г.Т., Өсімдіктер физиологиясы мен биологиялық химияның практикумы, 1988. - 89-91 б.

2.Полевой В.В. « Физиология растений» М, 1991. - 115 с.

3.Иванова.В.Б. Практикум по физиологии растений М, 2001. – 89 с.

4.Третьякова.Н.Н Физиология и биохимия сельскохозяйств растений . М. 2000-56 с.5.

5.Ченцов Ю.С. Общая цитология. Учебник. М.,МГУ, 1995. - 384 с.

6.З.Б.Есимсиитова. Жалпы гистология. Көмекші оқу құралы. Алматы,. 2008. - 226 б

7. Викторов Д.П. Малый практикум по физиологии растений.-М.,1983. - 55 с.

Изучение влияния тяжелых металлов на плазмолиз эпидермальных клеток растений

Б.М.Исабеков – к.б.н., старший преподаватель, ҚазНПУимени Абая

Ж.М.Бухарбаева- старший преподаватель, магистр биологии ҚазНПУ имени Абая

e-mail: zbuharbaeva@mail.ru

Аннотация. В данной статье изучали проницаемость плазмалеммы и изменение движения цитоплазмы растительных клеток под влиянием раствора тяжелых металлов. Накопление тяжелых металлов в различных частях растений и загрязнением клеток были обнаружены ряд физиологических нарушений. Движение цитоплазмы как чувствительного покозателя имеет важное занчение в жизни клетки. Цитоплазма растительных клеток обладает свойствами:вязкость, упругость, движение,раздражительность и др. Вязкость цитоплазмы – покозатель физиологического состояния растений. Взаимосвязь растения с внешней средой является причиной изменения свойств цитоплазмы. В свою очередь их динамика дает возможность растению приспособится к измененной внешней среде. Изучали плазмолиз эпидермальных клеток зеленой луковицы в 0,5 % раствор тяжелых металлов (CuCL_2,, FeCL₃, Pb(NO₃)₂ ,NiSO₄ , CoCl₂  СdCl₂ ) с помощью светового микроскопа. В результате проведенных работ было выявлено, что в растворе тяжелых металлов нарушается движение цитоплазмы, а длительное нахождение приводит к нарушению плазмолеммы и гибели клеток.

Ключевые слова: цитоплазма, клета, мембраны, меристима, плазмолиз, деплазмолиз, соли тяжелых металлов, физиология растений , физиологических процессов, осмос, диффузия, фагоцитоз, пиноцитоз, микроэлементы.

Study of the effect of heavy metals on plasmolysis epidermal cells of plants

B.M.Isabekov - PhD, senior lecturer of Kazakh National Pedagogical Universtitet name Abaya

Z.M Bukharbayeva - senior lecturer of Kazakh National Pedagogical Universtitet name Abaya Bukharbayeva Z.M. e-mail: zbuharbaeva@mail.ru

Annotation. This article studied the permeability of the plasma membrane and the change in the motion of the cytoplasm of plant cells under the influence of heavy metal solution. Accumulation of heavy metals in different parts of the plant and the pollution of the cells were found a number of physiological disorders. The movement of the cytoplasm as a sensitive pokozatelya enter values is important in the life of the cell. The cytoplasm of plant cells has the following properties: viscosity, elasticity, movement, irritability, and others. The viscosity of the cytoplasm - pokozatel physiological state of plants. Interrelation of plants with the environment causes changes in the properties of the cytoplasm. In turn, their dynamics allows the plant to adapt to changes in the external environment. Studied epidermal cell plasmolysis green onions in a 0.5% solution of heavy metals (CuCL2 ,, FeCL3, Pb (NO3) 2, NiSO4, CoCl2 SdCl2) using a light microscope. As a result of this work it was found that heavy metals in the solution breaks down the movement of the cytoplasm, and prolonged exposure leads to disruption plasmolemma and cell death.

Keywords: cytoplasm and cell membrane, meristem, plasmolysis, deplazmoliz, heavy metals, plant physiology, physiological processes, osmosis, diffusion, phagocytosis, pinocytosis, trace elements.