Нуклеин қышқылдары

Тұқымның пісіп-жетілуі – үшінші кезең, бұл да екінші кезең аяқталмастан бұрын басталады. Бұл кезеңде әлі де болса пластикалық заттардың біршама келуі байқады, өйткені тұқымның толысуы аяқталған жоқ. Алайда, пластикалық заттардың ену қарқындылығы күрт төмендейді және пісіп-жетілу барысында толығымен аяқталады. Сонымен бірге, осы кезеңде тұқымда бұрын жиналған пластикалық заттардың осы түрге тән қор заттарына (қор крахмалы, қор ақуызы, майға) айналады. Судың мөлшері бұл кезеңде одан да көп (тұқымның жалпы салмағынан 19-20% дейін) азаяды. 
Дән дамуының жеке кезеңдерінің ұзақтығы әр түрлі өсімдіктерде және сол өсімдіктің өзінде түрлі жағдайда бірдей емес. Тұқымның қалыптасу, толысу, пісіп-жетілу үдерістеріне сыртқы және ішкі факторлар үлкен әсер етеді. Семинар сабағының мақсаты – астық дақылдарының дәндері пісіп-жетілгенде органикалық заттардың айналымын түсіну.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  Өсімдіктің қоректенуі және оны реттеу тәсілдері

Өсімдіктің қоректенуі - өсімдіктің қоршаған ортамен зат алмасуы. Бұл ортадағы (топырақ, ауа) заттардың өсімдік ұлпаның құрамына, күрделі органикалық қосылыстардың құрамына ауысу және кейбір заттарды бөліп шығару.

Өсімдік қоректік заттарды жапырақтары және тамырлары арқылы қабылдайды. Осыған орай оның қоректенуінің екі түрі: ауа арқылы және тамыр арқылы қоректенуі болады.

Өсімдік ауа арқылы қоректенуде өзінің жасыл жапырақтарының көмегімен, атмосферадағы көмірқышқыл газын ассимиляциялайды. Ал, тамыр арқылы қоректенуде топырақтағы суды, минералдық тұздардың иондарын және өте аз мөлшерде органикалық қосылыстарды сіңіреді. Таңбалы атом әдісін қолданған зерттеулер қоректенуді ауа арқылы және тамыр арқылы түріне бөлу шартты болатынын көрсетті. Өйткені өсімдіктер кейбір заттарды тамыр арқылы да жапырақ арқылы да сіңіре алады. Мысалы, көмір қышқылы өсімдікке жапырақ және тамыр арқылы енеді. Күкірт өсімдікке тамыр арқылы күкірт қышқылы тұздары түрінде енеді. Сонымен қатар өсімдіктер ауадан жапырақ арқылы күкірт оксидтерін (SO2, SO3) сіңіре алады.

Өсімдікке қоректік элементтердің жер бетіндегі мүшелер арқылы енуін оның тамырдан тыс қоректенуі дейді. Өсімдіктер тамырдан тыс қоректену жолымен көмір қышқыл газының 95%- ын қабылдайды және сулы ерітінділерден күл элементтерін, күкірт пен азотты сіңіре алады.

Өсімдіктің ауа арқылы қоректенуі - өсімдіктің жасыл жапырақтарының көмегімен атмосферадағы көмірқышқыл газын ассимиляциялау.

Фотосинтез - өсімдіктегі органикалық заттарды пайда қылатын негізгі процесс.

Өсімдік күн энергиясын жапырақтағы хлорофилл пигментінің қатысуымен сіңіріп, оны химиялық энергияға айналдырады. Нәтижесінде азотсыз органикалық зат (глюкоза) және оттек пайда болады.

Жалпы алғанда фотосинтез реакциясының жиынтық теңдеуін былайша өрнектейді:

6СО2 + 6Н2О + 674 ккал ® С6Н12О6 + 6О2

Өсімдік фотосинтез процесінің нәтижесінде түзілген оттектің шамалы бөлігін тыныс алуға пайдаланады, ал көбі атмосфераға ұшып кетеді. Глюкоза күрделі көмірсулар мен белок, май, органикалық қышқылдардың синтезделуіне қатысады. Фотосинтетикалық аппараттың қызметі өсімдік түріне, жапырақ жасына, күн сәулесінің құрамына, өсімдіктің азот элементімен қоректену деңгейіне т.б. жағдайларға байланысты.

Жалпы өсімдік құрамындағы заттарды талдағанда олардың 90-95% -зы фотосинтез процесінің арқасында түзілетіні анықталды. Демек, өсімдікте фотосинтез неғұрлым қарқынды өтетін болса, түсім соғұрлым жоғары болады.

Өсімдіктің ауа арқылы қоректенуі оның тамырмен қоректенуімен тығыз байланысты. Соның арқасында табиғатта ұдайы ауа алмасуы болып тұрады.

Өсімдіктің тамыр арқылы қоректенуі - өсімдіктің тамырларымен топырақтан су және қоректік заттарды сіңіру.

Өсімдіктің қоректік заттарды сіңіруі туралы бірнеше теориялар бар:

1. диффузиялық-осмостық: Дютроше (1837), Сакс (1867), Пфеффер (1886), Де-Фриз (1885, 1889), Майер (1898); 

  2. липоидтық: Овертон (1897); 

3. ультрафильтрациялық: Траубе (1867), Руланд (1919), Драверт (1941); 

  4. адсорбциялық: Дево (XX ғ. басы).

Диффузиялық-осмостық теория. Өсімдіктің минералдық заттарды тамыры арқылы пайдаланылатыны жөнінде алғашқы деректер Дютроштың 1837 жылғы зерттеу жұмыстарында кездеседі. Ол өсімдік клеткаларының қоректік элементтерді қабылдауын диффузия құбылысымен, топырақтағы иондардың қозғалысын концентрациясы жоғары ерітіндіден концентрациясы төмен ерітіндіге жылжуымен түсіндірді. Ал шын мәнінде өсімдік тамырлары шырынының концентрациясы қоршаған ортадағы топырақ ерітінділерінен көп жоғары болады.

Диффузиялық-осмостық теорияны жақтаушылар Де Фриз, Пфеффер, Майер және басқа ғалымдар болған. Осы теория бойынша өсімдіктің тамыры қоректік заттарды сумен бірге сорады, ал су өнебойы буланады. Сонымен өсімдіктің қоректік заттарды сіңіруі транспирация қарқынына тікелей тәуелді. Шын мәнінде өсімдіктің қоректік заттарды қабылдауын тек қана бұл теориямен түсіндіру дұрыс емес.

Липоидтық теория. CIC ғасырдың аяғында (1897) Овертон өсімдіктің қоректенуі жөнінде өзінің липоидтық теориясын ұсынды. Бұл теория бойынша өсімдік клеткасына заттардың енуі цитоплазма жарғақшаларының (мембраналарының) липидтік компонентерінде еру нәтижесінде жүреді. Липоидтық теорияның диффузиялық–осмостық теориядан айырмашылығы еріген заттарды жекелеп пайдалануы, химиялық реакция арқылы цитоплазманың сыртқы қабатында жүреді деп түсіндіруінде.

Ультрафильтрациялық теория. Ультрафильтрациялық теорияны ашқан Траубе мен Руланд цитоплазма қабықшасы арқылы қоректік заттардың клеткаға енуі оның (цитоплазма қабықшасы) тесіктерінің көлемі мен сол заттардың молекулаларының мөлшеріне байланысты деп дәлелдеді. Өсімдіктің амин қышқылдарын, фитин және кейбір жоғары молекулалы органикалық заттарды сіңіруін бұл теориямен түсіндіру мүмкін емес.

Адсорбциялық теория. CC ғасырдың басында Дево өте сұйық ерітіндідегі катиондардың өсімдік клеткасымен жылдам байланысатынын анықтады. Бұл жағдай адсорбция теориясының пайда болуы мен дамуына әсерін тигізді. Дево өсімдік клеткасына енген катион эквивалентті мөлшерде оның құрамындағы басқа катиондарды ығыстратынын атап көрсетті. Бұл құбылыстың өзі ерітінді концентрациясы мен уақытқа байланысты өтеді.

1921-1928 жылдары Д.А. Сабинин  клетканың заттарды бойына сіңіру адсорбция реакциясы арқылы өтетіндігін анықтады. Д.А. Сабинин өсімдіктің қоректенуі жеке мүшелердің пайда болуы мен дамуының арасында байланыс бар екенін көрсетті. Д.А. Сабинин пікірі бойынша қоректік заттардың сіңірілуі олардың өсімдіктегі айналымының бір буыны болып табылады. Өсімдіктің заттарды сіңіруі оның жер бетіндегі мүшелерінің қызметіне, зат алмасудың қарқынына, ассимиляттардың тамырға жылжуына, тыныс алу процесінің деңгейіне байланысты.

Өсімдіктің тамыр арқылы қоректенуі - өсімдіктің тамырларымен топырақтан су және қоректік заттарды минералды тұздардың ионы түрінде (анион және катион) және кейбір органикалық қосылыстар (амин қышқылдары, қанттар, қантфосфаттар т.б.) күйінде сіңіру.

Өсімдіктер иондарды топырақ ерітіндісінен ғана емес, топырақ коллоидтарымен сіңірілген иондарды да сіңіреді.

Сонымен қатар, тамырдың өзі органикалық қышқылдар бөліп, олар да шамалы еритін қосылыстарды сіңіруге ықпал етеді.

Тамыр - өсімдіктің арнаулы құрамдас бөлігі.

Өсімдік тамыры қоректік заттарды сіңіретін басты мүше. Әрбір өсімдіктің тамыр жүйесінің құрылысы, топырақта таралуы бірдей емес. Өсімдік тамыры бірнеше қызмет атқарады.

Тамырдың негізгі функциялары (қызметі): өсімдікті жер бетінде тұрақты түрде орналастыру (тірек); қоректік заттарды, суды сіңіру; алғашқы қабылдау; зат алмасуына (метаболизмге) қатысу; тарату; тасымалдау; синтетикалық (физиологиялық белсенді заттар, аминқышқылдары және белоктар түзілуі).

1940 жылы Д.А. Сабинин тамыр  арқылы өтетін заттардың өзгеруі  туралы және синтетикалық қызметі  жөнінде өз концепциясын ұсынды. Бұл концепцияның негізгі желісіне мыналар жатады:

1. Тамыр минералдық элементтерді  сіңірумен қатар, оларды толық  немесе жартылай басқа қосылыстарға  айналдырып, өсімдіктің жер бетіндегі  мүшелеріне ауыстырады.

2. Тамырдың синтетикалық қызметі фотосинтез процесімен байланысты.

3. Тамыр өсімдіктің жер  бетіндегі мүшелеріне, оларды су  және минералдық элементтермен  қамтамасыз ету арқылы әсер  етумен қатар зат алмасудың  арнайы реакцияларынан түзілетін  фитогормондар арқылы да әсер  етеді. Мұнда цитокининдер мен гиббереллиндерді атауға болады.

Цитокининдер жапырақтардың метаболизм құбылысын қарқындатады және олардың қартаюін кешіктіреді. Гиббереллиндер өсімдік сабағының өсуін жақсартады.

Тамырдың негізгі үш аймағы болады: бөліну аймағы (меристема); созылу аймағы; тамыр түкшелерінің аймағы.

Бөліну және созылу аймақтарына қарағанда, қоректік элементтерді тамыр түкшелері орналасқан аймақ клеткалары әлденеше рет қарқынды сіңіреді.

Өсімдіктің тамыр түкшелері тамырдың қоректік заттарды сіңіру қабілетін ұлғайтады. Сондықтан да тамыр түкшелері орналасқан аймақты тамырдың қоректік заттарды сіңіру аймағы деп атайды.

Дегенмен тамыр түкшелері қоректік заттарды жақсы сіңіреді және өздерінің өткізгіш жүйелері арқылы өсімдіктің жер бетіндегі мүшелерін қоректік заттармен қамтамасыз етеді. Ал созылу және бөліну аймақтарында өткізгіш жүйе жоқ. Бұл аймақтар сіңірген қоректік заттарды өздері пайдаланады.

Өсімдіктің қоректік заттарды сіңіруі жұмсалатын энергия түріне қарай активті және пассивті болып бөлінеді.

Пассивті жолмен сіңіруге диффузия, осмос құбылыстары жатады. Қоректік элементтердің енуі диффузия немесе осмос арқылы транспирация кезінде өтеді. Пассивті жолмен сіңіруі электрохимиялық градиент бойынша жүреді, яғни заттардың молекулалары мен иондары ерітіндінің концентрациясы төмен бағытына қарай қозғалады. Иондардың электр заряды болғандақтан, олардың клетка және орта арасындағы бөлінуі электрлік потенциал айырмашылығы мен концентрация айырмашылығына байланысты. Осы екі шаманың қосындысы электрохимиялық градиент болып саналады.

Өсімдіктің қоректік заттарды активті жолмен сіңіруі шешуші рөл атқарады. Бұны тамыр жүйесінің қоректік заттарды талғап сіңіруі дәлелдейді. Өйткені өсімдіктің тамыр жүйесі сыртқы ортадан барлық элементтерді емес, қажеттілерін сіңіреді. Активті жолмен сіңіруді қоректік элементтердің енуінің және олардың жылжуының жылдамдығы көрсетіп отыр. Мысалы, таңбалы көміртек көмегімен 14С көмірқышқылының тамырдан жапыраққа 10-15 мин ішінде жылжуы анықталған.

Активті жолмен сіңіруі электрохимиялық градиентке қарсы жүреді.

Енді иондардың тамыр клеткасына қарай активті жолмен өтуінің кейбір ерекшеліктеріне тоқталайық. Плазмалеммадан тыс орналасқан клетка аралықтары және клетка қабықшасындағы фибрилла мен мицелла аралықтары біртұтас бос кеңістік түзеді. Оны апопласт деп атайды. Барлық клеткалардың апопластары өзара байланысып біртұтас жүйе құрайды. Сыртқы ортадағы иондар апопластқа диффузия немесе гидростатикалық қысым әсерінен қозғалатын су ағынымен бірге жылжиды. Апопластан өтетін су иондарды өзімен бірге әкетеді. Клетка қабықшасы теріс зарядты болғандықтан көптеген катиондарды адсорбциялайды, сөйтіп олардың концентрациясын 20-800 есе жоғарлатады. Иондар концентрациясының көтерілуі олардың одан әрі жылжуын жеңілдетеді. Қабықшаға енген иондар апопласт жолына түседі немесе плазмалемма арқылы өтіп симпласт жолына енеді. Сонымен қатар ерітінді қабықшаның тесіктері арқылы өтіп, плазмалеммамен тікелей жанасуы да мүмкін. Мұнда да иондар симпласт жолына өтеді. Симпласт деп өзара жалғасып жатқан цитоплазманың плазмадесма жіпшелерімен байланысуынан пайда болған торды айтады. Симпласт арқылы тасымалданған иондар метаболизмге қосылады және шоғырлана келе концентрациясы артады. Иондар мембрана арқылы өтіп, тамырдың түкшелеріне шығуы екі түрлі насос күшімен жүреді. Бірінші насос тамырдың эпидермис клеткаларының плазмалеммасында орналасқан. Ол иондарды сыртқа ортадан тамыр клеткасына тасымалдайды. Екінші насос ксилемаға жанасып жатқан клеткалардың плазмалеммасында орналасады. Бұл насос иондарды ксилема түктеріне шығарады.

Клетка иондарын пайдалануда талғампаздығы, олардың ішкі қабатында концентрациясының өсуі, тамыр клеткаларының химиялық қасиеттері жақын иондарды сіңіргенде бәсекелестігін тасымалдау теориясы түсіндіреді. Бұл теория бойынша иондар мембраналар кедергілерінен өтерде бос күйінде емес, тасымалдаушы молекулалар комплексімен өтеді. Ал мембрананың ішкі жағында комплекстер иондарға ыдырайды (диссоцияланады). Бұл босаған иондар тасымалдаушы заттардың көмегімен басқа заттармен әрекеттеседі.

Симпорт – электрохимиялық градиент бойынша клетка ішіне протон Н+ мен басқа қосымша заттың (аминқышқылы, қант, фосфор т.б) белсенді сорылуы.

Антипорт – клеткадан протонның Н+ шығарылуы және электробейтараптығын сақтау үшін сол зарядпен ионды, мысалы К+ клетка ішіне кіргізу.

И.И. Мечников лейкоциттардың бактерияларды «жұтатындығын» дәлелдеді. Кейін көптеген клеткалар өзінің құрамына қоршаған ортада қалқып жүрген қатты бөлшектерді және тамшыларды бойына сіңіретіндігі анықталды.

Пиноцитоз – қоршаған ортада қалқып жүрген сұйықтық тамшыларын клетканың өз бойына «жұтып алу» (сіңіру) құбылысы.

Фагоцитоз – қоршаған ортада қалқып жүрген қатты бөлшектерді клетканың өз бойына «жұтып алу» (сіңіру) құбылысы.

Сіңірілген заттар әуелі клетка мембранасының сыртқы қабатында адсорбцияланып, одан әрі қарай ішіне кіріп созылып түйіседі. Мұнда олар пиноцитарлық көпіршіктер пайда болып клетканың ішкі бөлімінде қозғалыстарда болады.

Өсімдік қоректік элементтерді тамырдың топырақпен және топырақ ерітіндісімен тікелей жанасуы арқылы сіңіреді. Қоректік зат тамыр арқылы адсорбциялық жолмен енеді. Тамыр клеткаларындағы белок құрамында негіздік және қышқылдық топтардың болуынан протоплазма бетінде оң және теріс зарядты учаскелер болады. Демек протоплазма қоректік заттан бір мезгілде түрлі катиондар мен аниондарды адсорбциялайды. Мұнда өсімдік тамыры тыныс алған кезде пайда болған көмірқышқыл газы өсімдік тканьдарындағы сумен әрекеттеседі де көмір қышқылы (H2CO3) түзеледі. Бұл қосылыс диссоциациялануынан Н+ ионы топырақтағы катиондармен (K+, Ca2+, Mg2+, NH4-), HCO3- аниондармен (NO3-, SO42-, PO43-) алмасады. Топырақ ерітіндісінен тамырға өткен иондар басқа қосылыстарға айналады немесе өзгеріссіз сабақтар мен жапырақтарға тарайды.

Кез келген өсімдік қоректік элементтерді пайдаланғанда өзінің биологиялық ерекшеліктеріне қарай талғампаздық танытады.

Тамыр жүйесінің талғампаздығын тұздардың физиологиялық реакциясы дәлелдейді. Өсімдік өзінің өсіп-даму кезеңдерінде иондарды талғап сіңіреді. Сөйтіп тұздардың физиологиялық реакциясы өзгереді. Топырақ құрамындағы өсімдік пайдаланбаған аниондар мен катиондар оның ерітіндісінің реакциясын қышқылдық немесе сілтілік жаққа қарай ауыстырады.