Г. Ж. Сұлтанғазина ортаның Қолайсыз жағдайларына өсімдіктер физиологиясының ТҰРАҚтылығЫ

Оқу-әдістемелік құралы

Қостанай, 2012
Автор:

Сұлтанғазина Гүлнәр Жәлелқызы, б.ғ.к, биология және химия кафедрасының меңгерушісі

Уразымбетова Баян Баймағанбетқызы, ҚМПИ биология және география кафедрасының доценті

Жемпеиісов Шаруан Сыздықұлы, а.ш.ғ.к. агрономия кафедрасының профессоры

Жарлығасова Гүлмира Дүйсенбайқызы, б.ғ.к. экология кафедрасының доценті

Сұлтанғазина Г.Ж.

С.89. Ортаның қолайсыз жағдайларына өсімдіктер физиологиясының тұрақтылығы. Студенттерге арналған оқу - әдістемелік құралы. – Қостанай: А.Байтұрсынов атындағы ҚМУ, 2012.- 48 бет.

Оқу - әдістемелік құралында өсімдіктердің тіршілік ортасына бейімделу жолдары қарастырылған.

Тәжірибелік – зертханалық сабақтарына арналған тапсырмалары және оларды орындауға арналған әдістемелік нұсқау енгізілген. Әдістемелік ұсыныс студенттерге терең білім берудің жан-жақты қамтымақ. Биология, Экология және Агрономия мамандықтарының студенттеріне арналған.

А.Байтурсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университетінің Оқу-әдістемелік кеңесі бекіткен хаттама № __ от__ .__.2012 ж

© А.Байтұрсынов атындағы Қостанай

мемлекеттiк университетi

Мазмұны

Алғы сөз........................................................................................................................... 4 1 тақырып Сыртқы шарттарға өсімдіктердің лайықтылығы...................................... 5 1-жұмыс Зақымданған цитоплазманың өткізгіштігінің өзгеруі................................ 6 2-жұмыс Өсімдіктердің қолайсыз жағдайға төзімділігін хлорофиллді ұлпалардың зақымдануы арқылы анықтау......................................................................................... 7 2 тақырып Өсімдік қорғау – икемді реакциялары зақымдағыш факторларға қарсылығы....................................................................................................................... 8 3-жұмыс Тірі және өлі клетка цитоплазмасының клетка шырынын өткізуі.......... 11 4-жұмыс Қоршаған орта жағдайларының лептесік күйіне әсері............................... 12 3 тақырып Өсімдіктердің суыққа төзімділігі................................................................ 12 5-жұмыс Төменгі температура кезіндегі қанттардың белоктарға көрсететін қорғаныш ықпалы........................................................................................................... 14 6-жұмыс Өсімдік материалдарында қорға жиналған қанттарды анықтау................. 14 4 тақырып Өсімдіктердің аязға төзімділігі.................................................................... 15 7-жұмыс Қанттың протоплазмаға қорғаныш ықпалын тигізуі................................... 18 5 тақырып Өсімдіктердің ыстыққа төзімділігі............................................................. 19 8 - жұмыс Өсімдіктердің қызуға төзімділігі................................................................ 21 9 - жұмыс Ыстыққа төзімділігі әртүрлі өсімдіктер протоплазмасының жабысқақтығын анықтау............................................................................................... 22 10-жұмыс Жоғары температураның цитоплазма өткізгіштігіне әсері........................ 23 11-жұмыс Цитоплазма коагуляциясының температура шегін анықтау..................... 24 6 тақырып Өсімдіктердің тұзға төзімділігі................................................................... 25 12-жұмыс Өсімдіктердің тұзға төзімділігін анықтау................................................... 26 7 тақырып Өсімдіктердің құрғақшылыққа төзімділігі................................................. 27 13 - жұмыс Өсімдіктердің құрғақшылыққа төзімділігін крахмал таңбасы арқылы анықтау.............................................................................................................................. 30 14 - жұмыс Өсімдік құрамындағы суды анықтау........................................................ 31 8 тақырып Өсімдіктердің ортаның газдануына төзімділігі......................................... 32 15 - жұмыс Бөлмелі және саябақжай өсімдіктердің эколого-физиологиялық жинақтамасының үлгілі құрамы.................................................................................... 34 Тәжірибиелік сабақтың тематикалық жоспары............................................................ 39 Тәжірибиелік тапсырмалар............................................................................................. 44 Шеттік бақылау сұрақтары............................................................................................. 46 Қолданылған әдебиеттер тізімі....................................................................................... 48

АЛҒЫ СӨЗ
Қазақ тіліндегі бұл оқу - әдістемелік құралы Биология, Экология және Агрономия мамандықтарының студенттеріне арналған.

Ортаның қолайсыз жағдайлары пәнінің оқыту мақсаты өсімдіктердегі тіршілік әрекеттерінің жалпы заңдылықтары, физиологиялық процестердің өзара және қоршаған орта жағдайларымен тығыз байланыстылығы туралы осы замандағы ғылыми жетістіктерді баяндау.

Осы пәнді оқу барысында студенттер өсімдіктің сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларына төзімділігінің негіздерін білуге міндетті.

Әрбір ғылымның дамуында оның мақсаттарына сәйкес зерттеу әдістері қалыптасады. Зертханалық сабақтардың барысында студенттер төзімділік процестерінің көрсеткіштерін анықтауда үйренеді. Өсімдіктердің сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларына төзімділігін мынадай әдістермен зерттейді. "Зақымданған цитоплазманың өткізгіштігінің өзгеруі", "Қоршаған орта жағдайларының лепестік күйіне әсері", "Өсімдік материалдарында қорға жиналған қанттарды анықтау", "Өсімдіктердің құрғақшылыққа төзімділігін крахмал таңбасы арқылы анықтау","Цитоплазма коагуляциясының температура шегін анықтау".

Әр жұмысты орындай отырып, кестені толтырып, есеп шығарып, қортынды жасайды. Өз беттерімен дайындалуға арналған сұрақтарға жауап береді.

Студенттердің ізденісін дамыту терең білім беру үшін осы оқу құралы жақсы көмекші деп есептейміз.

1 тақырып Сыртқы шарттарға өсімдіктердің лайықтылығы
Жер шарының әр түрлі аймақтарында климаттық жағдайлар, топырақ құрылыстары мен химиялық құрамдары, жылдың жылы және салқын маусымдарының ұзақтығы мен ара-қатынастары, температура айырмашылықтары, т.б. біркелкі емес, алуан түрлі болып келетіндігі белгілі.

Осыған байланысты жер бетінің әр түрлі аймақтарында өніп өсетін жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік әрекеттерінде көптеген ерекшеліктер байқалады.

Өсімдіктердің табиғатта таралуы олардың шыққан тегіне байла­нысты. Мысалы оңтүстік аймақтарда жылу сүйгіш қысқа күндік өсімдіктер, солтүстік аймақтарда ауа райының салқындығына бейімделген ұзақ күндік өсімдіктер тараған. Белгілі географиялық аймақтың бөліктерінде өсімдіктердің тұқым қуалаушылық қасиеттеріне байланысты ылғал сүйгіштер су қоймаларына жақын, көлеңкеге төзімділері орман шымылдықтарында өніп-өседі.

Қоршаған ортаның белгілі мерзімділікпен және кездейсоқ өзгерулеріне байланысты өсімдіктердің тіршілік өрекеттерінде де көптеген ерекшеліктер қалыптасады. Мысалы, таулы, тегістік дала, қоңыржай, қуаңшылық-шөлейт аймақтарда, қиыр шығыс пен солтүстік аймақтарда тіршілік ететін өсімдік топтарының өздеріне тән сыртқы морфологиялық ерекшеліктерімен қатар, олардьщ ішкі физиологиялық, биохимиялық, яғни, зат алмасушылық процестерінде де ерекшеліктер қалыптасқан.

Ортаның қолайсыз жағдайларына өсімдіктердің төзімділігі негізінен екі бағытта қалыптасады: ортаның қолайсыз (күз, қыс) кезеңдерінде өсімдіктер түгелінен, немесе ішінара зат алмасу, өсіп-өну процестерін тоқтатып, тыныштық күйге ауысады; екіншіден, керісінше, тіршілік әрекеттерін күшейтіп, қолайсыз жағдайларға барынша ырықты төтеп береді.

Төзімділіктің алғашқы түрі белгілі мерзімділікпен, әсер ететін жағдайларға (үйреншікті қыс пен жаздық, жазғы қуаңшылықтар, талтүскі ыстық, т.б.) байланысты қалыптасып, екіншісі - үйреншіксіз, кездейсоқ, күтілмеген жағдайларға (радиация, шаң мен газ, індетті аурулар туғызатын организмдер, химиялық уытты заттар) байланыс­ты қалыптасады.

Қыстың қолайсыз жағдайларына байланысты қысқа төзімді, төзімсіз болып, топырақтағы түрлі тұздардың мөлшеріне байланысты тұздануға төзімді, төзімсіз болып бөлінеді.

Түрліше індетті аурулар туғызатын микроорганизмдер әрекеттеріне байланысты індет ауруларға төзімді төзімсіз, газдар әсеріне төзімді, төзімсіз өсімдіктер топтары болып ерекшеленеді.

l. Сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларына реакциясы жағынан өсімдіктер қандай топтарға бөлінеді?

Клетканың ішкі ортасының байсалдылығы тірі цитоплазманың жартылыай өткізгіштігі арқасында сақталады. Жартылай өткізгіштік тірі цитоплазмаға тән. Зақымданған цитоплазмадан заттар сыртқа еркін шыға береді. Шыққан заттардың мөлшері цитоплазманың зақымданғанының белгісі болады. Егер де зақымданған клеткадан антоциан пигменті шығатын болса, оның мөлшерін калориметрлік әдіспен оңай табуға болады.

Клеткалардың күйін микроскоп арқылы зерттейді. Ол үшін бақылау варианттағы бөлшектерден және пигменті ең көп мөлшерде шыққан бөлшектерден жұқа кесінді дайындап, зат шынысына салып, 1М КNО₃ ертіндісін тамызып, жабын әйнекпен жабады. Микроскоптан көрген суретті дәптерге салу керек.

Тәжірибе нәтижесін схемаға жазады.
1 кесте - Зақымданған цитоплазманың өткізгіштігінің өзгеруі

Тәжірибе варианттары	Бақылау /су/	Қайнатқаннан кейінгі /су/	Су хлороформ тамшысы	30%-тік сірке қышқылы	50%-тік спирт
Бояу қоюлығы ФЭКтің экстинция коэффициенті	1	2	3	4	5

Алынған мәліметтерден қортынды жасайды.

Өсімдіктердің жалпы жағдайын анықтап беретін бірден бір қарапайым және көрнекті әдісі-әртүрлі зақымдаушы факторлардың әсерінен феофитиннің түзілуіне негізделген. Бұл әдістің негізгі қиратылған мембраналардың жартылай өзгергіштік қасиеті өзгеріп және қышқыл клетка шырыны хлоропластардың ішіне енуіне байланысты. Сутегінің ионы хлорофилл молекуласыңдағы магнийді ығыстырып шығарады. Сөйтіп, оны феофитинге өзгертіп, түсін қоңырға ауыстырады. Қоңыр дақтар неғұрлым көп болса, соғұрлым ұлпалардың көп зақымданғаны.

Сондай-ақ, дәнді-дақылдардың жалаңаш тұқымдылары тозаңды қара күйе ауруына оңай шалдықса, қауыздылар - шалдықпайды. Бидайдың ашық гүлдеріне патогендер оңай енеді.

Өсімдіктердің өсу пішіндершінде айтарлықтай маңызы бар. Мысалы, картоптың тығыз түптеніп, тік өсетін сорттары фитофтороз ауруына, сабақтары сирек, шашыраңқы өсетін сорттарға қарағанда көбірек шалдығады.

Саңырауқұлақтар мен бактериялардың біразы өсімдік жапырақтарына тек устьицалар арқылы ғана енеді. Сондықтан олардың ашылып-жабылу деңгейінің маңызын байқауға болады.

Кейбір өсімдіктердің кутикуласындағы балауыздың құрамында микроорганизмдерге уытты әсер ететін химиялық қосындылар кездеседі. Ондай заттар өсімдік тамырларынан да бөлінеді.

Көптеген өсімдіктер ұлпаларында саңырауқұлақ, бактерия және вирустардың дамуын тежейтін заттар да аз емес. Шамамен, бұдан 60 жылдай бұрын бидайдың сабақ, таты ауруына төзімділігі фенолдарға байланысты екендігі анықталған болатын. Картоптың Streptomyces scabies әсерінен пайда болатын тазқотыр (парша) ауруына төзімділігі хлороген қышқыльша байланысты. Сәбізден саңырауқұлақтарды уландыратын изокумарин табылды.

Біраз өсімдіктердегі полифенолдардың туындылары микроорга-низмдерден бөлінетін ферменттердің ырықтығын тежейді.

Сондай-ақ, өсімдіктердің жеке түрлерінде болатын ерекше химиялық қосындылар - ферменттер, алколоидтар, таниндер, фитонцид­тер, т.б. олардың түрліше аураларға шыдамдылығына, төзімділігіне ықпал жасайтындығы күмән келтірмейді.

Клетка сөлінің рН мен осмостық қысымы да өсімдіктердің патогенді микроорганизмдерге төзімділігінде маңызды орын алады.

Ырықты иммунитет факторлары. Жоғарьгда келтірілген қорғаныштық, немесе иммунитет факторлары өсімдіктердің патогендік ауруларға шалдығуыта байланыссыз, шығу тектеріне, өніп-өсу жағдайларына байланысты қалыптасқан ерекшеліктері болып есептеледі. Бірақ, бұл қорғаныштық механизмдер өсімдіктердің, бұрьш үйреншіксіз паразиттерге (маманданған) қарсыласуына жеткілікті бол май қалуы мүмкін. Осыған байланысты өсімдіктер ауруға шалдыққан кезде, немесе соның көзі болып есептелетін паразиттер денесіне енген соң ғана пайда болатын қорғаныштық құралдарды олардың төзімділігінің - иммунитеттің негізгі тетігі деп қаралады. Жоғары сатыдағы өсімдік пен патогендік микроорганизмдердің бірігіп тіршілік етуіне байланысты, олардың екеуінің де зат алмасу процестерінде сандық және сапалық өзгерістер байқалады. Жәй сөзбен айтқанда «осыны қалай сорамын, құртамын» деп паразит алас ұрса, өсімдік осы пәледен қалайша құтыламын, қорғанамын деп арпалысқа түседі. Екі жақ та барынша, әлі келгенше барлық мүмкіндіктерін жұмылдырып, қару-жарақтарын дайындауға кіріседі.

Өсімдіктерде пайда болатын қорғаныштық құралдардың біреуі - гистологиялық тосқауыл. Яғни, оның паразит орын теуіп, зақымданған бөлігінің айналасында (мысалы, жапырақта) төз қабаты пайда болып, патоген қамауға алынады. Ал, «жауыз» ол тосқауылды бұзып (әлі жетсе) басқа жерді зақымдай бастаса, онда да қоршау қайтадан пайда болады. Осындай қарама-қарсылық әсерден өсімдік мүшесі шұрық тесікті болып қалуы мүмкін. Патогендердің тозды қабаттар арқылы оқшаулануы өсімдіктің кез-келген орнында пайда болуы мүмкін. Дегенмен, бұл тәсіл патогенге тікелей қарсылыққа (күреске) емес, оның әсеріне бағытталған; яғни зақымданған ұлпадағы өзгеріске байланысты.

Өсімдіктердің, әсіресе, ағаш тектестердің мүшелері (сабақ, бұтақ, қабық, т.б.) механикалық, немесе хайуанаттардың, микроорганизмдердің әрекеттерінен жараланған жағдайда шайыр, смола, таниндер тектес қоймалжың заттар бөлініп шығады. Осы заттардың ішінде химиялық жағынан микроорганизмдерге уытты, ерекше қосындылар болуы мүмкін. Екінші жағынан осы сүйық заттар біртіндеп қатайып, патогеңцердің ене алмайтын физикалық тосқауылға айналады.

Жеке клеткалардың қабықтары түрлі себептердің, соның ішінде патогендер әсерінен жарақаттанса, іле-шала лигниндер жөне субериндер пайда болып тығыздалады да патогендердің ерсілі-қарсылы жылжуын (ығысуын) тоқтатады. Кейде клетка қабығының патоген енген орынға қарама-қарсы жағында пайда болатын өскішпілер бірігіп, патоген құрылымын қоршап алады.

Өсімдіктер иммунитеті олардың тұқым қуалаушылық, ұрпақтан-ұрпаққа ауысатын қасиеті және генотипке байланысты. Төзімділік пен төзімсіздік екі геном­ный, - өсімдік пен паразиттің әрекеттестіктерінің нәтижесі болып есептеледі. Өсімдіктердің бір ғана паразитке төзімділігін (гендерінің көп түрлілігін) сондай-ақ паразиттің физиологиялық расаларының осы гендерге тойтарыс беру қабілеттілігін осыдан түсінуге болады.

Өсімдіктердің төзімділігін анықтайтын гендердің көп түрлілігі, олардың өсіп-даму аймақтары паразиттердің де отаны болған жағдайларда байқалады. Мысалы, картоптың фитофтора ауруына төзімді түрлері, осы паразиттің шыққан отаны болып есептелетін Мексикада кобірек кездеседі де, фитофтора кейін пайда болған, Чилиде аз кездеседі. Өсімдіктердің тозімділігі бір жүп, немесе бірнеше жүп тендермен анықталатындығы дәлелденген. Мысалы, картоптың фитофтора инфестанс паразитіне төзімділігін анықтайтын, R әрпімен (R₁, R₂, R₃, ... , т.б.) белгіленетін 9 ген ажыратылды. Бидайдың әр түрлерінде сабақ татына төзімділігін анықтайтын 20 шақты ген табылды.

(S₁,Sr ₂, Sr₃ ...., т.б.). Сұлының осы ауруға төзімділігін анықтайтын гендері А, В, Н, Е, F .... әріптерімен таңбаланады (Ван дер Планк, 1972).

Өсімдіктердің төзімділік және патогендердің індеттілік деңгейлерінің генетикалық негіздерін қатар зерттеу нөтижесінде олардың осы белгілерін анықтайтын гендерінің өзара сәйкестілікте (комплементарность) болатындығы анықталды. Төзімділік гені жоқ сорттар патогендердің кез-келген расасымен індеттенеді. Ең кемінде бір төзімділік гені бар сорттар, ең кем дегенде сәйкес бір індеттілік гені бар паразитпен індеттелсе, екі сондай гені бар сорттар екі вируленттік (індетті) гені бар расалармен ауруларға шалдығады т.е.с. Мысалы, Rj гені бар картоп сорты, аттарында (белгілерінде) 1 саны жоқ prinfestans расаларының барлығына төзімді болады да, аттарында 1 саны бар расаларға төзімсіз болады (1, 1.2., 1.2.З.).

Төзімділікке қатысты тендер олигендер, яғни фенотиптік күшті ықпал жасайтын және полигендер, яғни әлсіз фенотиптік әсер ететін болып бөлінеді. Кейде гендердің осындай топтарына «басты» тендер және «кіші» тендер деген ұғымдар қолданылады.

Өсімдіктердің моногенді және полигенді төзімділігі деген анықтама да пайдаланылады. Кейде тік (вертикалды) деп те аталатын моногендік төзімділік деген ұғым патогендердің біреуіне ғана төзімділігін, басқаларына төзімсіздігін байқатады. Ол басты (негізгі) гендермен, немесе олигогендермен қадағаланады.

Осындай төзімділік «аса сезімталдық» реакциянын негізі болады. Тік төзімділік індеттің басталуын тежейді. Төзімділіктің жақсы зерттелген екінші түрі полигенді, немесе горизонталды, немесе далалық төзімділік - полимерлі гендермен қадағаланады. Ол төзімділіктің деңгейін анықтайды және басталып кеткен ауруды тежейді. Сонымен қатар горизонталды төзімділік өсімдіктің індеттену деңгейін төмендетіп, қыста өсімдіктің ауру мүшелерінде сақталуын азайтып, келесі жылғы індеттенудің мүмкіндігін нашарлатады. Төзімділіктің бұл түрі патогеннің дамуын, өсімдіктің фенотипін анықтайтын, сыртқы ортаның жағдайларына байланысты болады. Олардың ішінде өсімдік оскен жердің бедері, топырақ құрамы, тыңайтқыштардың түрлері мен мөлшері, осімдіктің жиілігі, егу мерзімі т.б. өте маңызды орын алады. Оның үстіне полигендік төзімділік патоген расаларының көпшілігіне берілмейді.

Бұл айтылғанды былайша оңайлатып түсіндіруге болады. Мыса­лы, өсімдіктің белгілі түрінің, немесе сортының белгілі бір індетті ауруға тозімділігі бірнеше гендермен анықталады делік. Сол ауруды туғызатын патогендердің расаларында осы гендердің барлығын бірдей жеңетін гендері жоқ, немесе сәйкестілігі жоқ болуы мүмкін. Сонымен өсімдіктің осы белгісін анықтайтын гендердің біреуі, немесе бірнешеуі патоген генінің әсерінен жеңіліп, қарсылық ете алмаса, онда қалған (берілмейтін) гендердің ырықтығы күшейіп, жаңағы гендердің орнын толықтыруы мүмкін. Жалпы айтқанда бұндай өсімдіктер өздерінің иммунитетін жылдар бойы сақтай алады.