Өсімдіктер экологиясы және өсімдіктердің алантүрліліг

«Өсімдіктер экологиясы және өсімдіктердің  алантүрлілігі»: Практика№ 4

Тақырыбы: Түрлі өсімдіктер тұқымының өнуіне қажетті факторлардың мөлшерін анықтау

Жер бетінде алғашқы пайда болған тірі организмдер өсімдікте жәндікте емес – ультрабактериялар, олар өздері өмір сүретін ортаға өте бейім келеді. Олардың кейбірулері тіпті тастарда да өсе бастаған. Олар өздеріне керекті көмірқышқылы газы мен азотты ауадан ғана емес тастан да алды. Сөйтіп олар тіпті тасты бірті-бірте бұзып , бүлдіре бастады. Ал үгілген ұнтақталған тау жыныстары оларға таптырмас мекен болды.

Бұл микрооргаизмдер табиғаттың ыстық–суығын, оттегінің барын я жоғын, ортаның қышқылдығын, я сілітілгін таңдамады. Сондықтанда олар табиғатта кез-келген жерде кездеседі. Олаға сумен қорек болса, жеткілікті. Бактериялардан басқа, алғашқы тау жыныстарында балдырлар, саңырауқұлақтар да өсіп-өнді.

Сонымен алғашқы тірі организмдер су, жел және мұздар мен бірге Жердің тасты қыртысын бұзып, өздері өлгеннен кейін шіріп қарашірінді құрады. Шырын желім тәрізді болғандықтан қопсыған үгітілген жыныстарды бір-бірімен жымдастырып, біріктірді, сөйтіп алғашы құналы аздау топырақтар пайда бола бастады. Бұл құбылыстар ғасырлар бойы созылып алғашқы микроорганизмдермен төменгі сатылы өсімдіктер өздерінен кейінгі дамып өсетіндерге жағдай жасады.

Тау жынысының үгілуінен бөлінетін қоректік заттардың бір бөлігі енді топырақтың тіршілік көзі болып саналатын организмдер бойына ауыса бастады. Ал олар өліп, ыдыраған кезде, топырақтың жоғарғы қабаттарында және оның белгілі бір тереңдіктерінде қоректік заттарға айналып, топырақ құнарлығын арттырады. Бұл келесі өсетін өсімдіктерге қолайлы жағдай жасайды.

Сонымен араға ғасырлар салған уақыт өте келе алғашқы пайда болған топыраққа айналды, оларда өсетін өсімдіктер, мекендейтін жәндіктер көбейді, төменгі сатыдағы өсімдіктермен қатар, жоғарғы сатыдағы өсімдіктер өсіп, тірі жәндіктер мен жануарлар пайда болды.

Топырақты мекендейтін, онда өсіп-өнетін организмдердің молдығы топыраққа жай ғана әсер етіп қоймай, топырақтағы көптеген қосылысардың бағытына, олардың қасиеттеріне зор ықпал етті.

Топыраққа тек микроорганизмдердің ғана емес сонымен қатар онда мекен ететін көптеген зоофауналар , қарапайымдылар, төменгі және жоғарғы сатылы жан-жануарлар, құр-құмырсқалардың пайдасы көп. Мәселен, жауын құрты әртүрлі өсімдіктер қалдығымен қоректеніп, денесі арқылы органикалық заттарға бай, суға шыдамды топырақ түйінділерін шығарып топырақ қабаттарын әрі бері тесіп өтіп, ондағы су– ауа режимін жақсартады. Осыған байланысты Ч. Дарвиннің «Топырақты адам қоғамы соңғы мыңдаған жылдар бойы жыртып келеді. Ал оған дейін топырақты бірнеші жылдар бойы жауын құрты жыртып келген» деген тамаша айтылған тамаша сөзі бар.

Қазіргі кезде топырақта өмір сүретін организмдерді тек оны мекендейтін тіршілік иесі ретінде емес, оның белгілі бір бөлігі деп қарайды, яғни бұлaрда топырақ құрамына кіреді деген сөз Сондықтан да топырақты тірі дене деп есептейді.

Өсімдіктерге күн сәулесі фотосинтез үшін энергия көзі болғаны үшін маңызды. Ортаның жарықтығына бейімделуіне байланысты өсімдіктер гелиофиттер (жарықсүйгіш), сциофиттер (көлеңке сүйгіш) және фокультативті гелиофиттер (көлеңкеге шыдамды) болып бөлінеді. 
Жануралар күндіз немесе түнде белсенді тіршілік ететін болып бөлінеді. Олар үшін жарық – тіршілік белсенділігінің уақытын анықтайтын фактор. 
Жарықты талап етуіне байланысты өсімдіетерді қысқа күнді (төменгі белдеуде тіршілік ететін) және ұзақ күнді (қоңыржай, биік белдеулерде тіршілік ететіндер) деп екіге бөлінеді. 
Фотопериодизм – өсімдіктер мен жануарлардың жарықтың түсу ұзақтығына байланысты әрекеттері. Ағзалардағы маусымдық өзгерістер көбінесе жарықтың түсу ұзақтығына байланысты реттеледі. Жарықтың түсу ұзақтығының өзгеруі температура өзгеруімен бірге жүреді. Бірақ жарық температура сияқты кездейсоқ өзгере бермейді. Фотопериодизм құстардың қоныс аударуы, жапырақтардың түсуі сияқты маусымдық өзгерістердің негізі. Қоңыржай белдеулерде тіршілік ететін жануарларға күзгі күннің қысқаруы көбею жағдайына әсер етіп, тоқтатады. Ал көктемгі күннің ұзаруы жануарлардың көбеюіне жағдай жасайды. Күндізгі жарықтың ұзақ уақыт түсуі үй құстарының көбірек жұмыртқа салуына да әсер етеді. 
Температура. Ортаның температурасы ағзаның температурасына әсер етеді, яғни ағзадағы зат алмасуды құрайтын барлық химиялық реакциялардың жылдамдығына әсер етеді. Негізінен ағзалар 0-(+50)0С аралығында тіршілік ете алады. Бұл цитоплазманың қасиеттеріне байланысты. Ең жоғарғы температура шегі 120-1400С (споралар, бактериялар тірі қалуы мүмкін) ең төменгі температура шегі болып – 190-(273)0С (споралар, тұқымдар, сперматозойдтар шыдай алады) болып табылады. 
Температураға байланысты ағзаларды криофилдер (температурасы төмен жерлерді мекендейтін) және термофилдер (температурасы жоғары орталарды мекендейтін) деп бөлінеді.

ӨЗГЕРГІШТІК   ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ

Тұқым қуалаушылық сияқты өзгергіштік  те барлық тірі организмдерге тән. Өзгергіштік  дегеніміз — организмнің бойындағы  түрлі белгілер мен қасиеттердің сыртқы орта факторларының әсерінен өзгеруі, соған байланысты ол жаңа белгі-қасиеттерге  ие болады немесе өзінің кейбір белгі-қасиеттерін  жоғалтады. Өзгергіштіктің екі түрі бар, олар: 1) фенотиптік немесе тұқым  қуаламайтын өзгергіштік, бұған  модификациялық өзгергіштік жатады; 2) генотиптік немесе тұқым қуалайтын  өзгергіштік; бұған мутациялық және комбинативтік өзгергіштіктер жатады.

Модификациялық өзгергіштік

Генотиптері ұқсас, бірақ әр түрлі  орта жағдайларында өсіп дамитын  организмдердің фенотиптері түрліше  болып қалыптасады. Дарақтардың  осылайша фенотипті жағынан әр түрлі  болып өзгеруін модификациялық өзгергіштік  деп атайды. Модификациялық өзгергіштіктің өзі белгілі бір реакция нормасымен шектеледі, яғни организм белгілерінің өзгеруінің белгілі бір шамасы болады. Мысалы, сиырдың үш қасиетін алайық: оның сүттілігі азығы мен күтіміне тығыз байланысты. Дұрыс рацион құрып, қажетті мөлшерде азықтандыра отырып оның сүтін молайтуға болады. Бұл  тез және көп өзгеретін қасиет. Ал сүтінің майлылығы сүттілікке қарағанда азық және күтім жағдайларына аз мөлшерде байланысты және ол сиырдың  тұқымына тән біршама тұрақты  қасиет. Дегенмен, құнарлы азық беру арқылы оны да аздап өзгертуге  болады. Анағұрлым аз өзгеретін, тұрақты  белгі — сиырдың түсі. Бірақ  сиыр жүнінің түсін сыртқы орта жағдайларына мүлдем байланыссыз деуге болмайды, ол да аздап болса өзгереді. Бұдан  біз қандай белгі-қасиет болсын сыртқы ортаның әсерінен белгілі бір  мөлшерде модификациялық өзгергіштікке  ұшырайтындығын көреміз.

Модификациялық өзгергіштік организмнің  көбею жолдарына, қандай биологиялық  түрге жататындығына және өсу  ортасына байланысты. Ол жер бетіндегі  барлық тірі организмдерде болады.

Модификациялық өзгергіштік генотиптің өзгеруіне байланысты емес, сондықтан  олар тұқым қуаламайды. Бірақ гендердің  қызметіне және ферменттердің белсенділігіне әсер етуі мүмкін. Мысалы, төменгі температурада  кейбір ферменттердің белсенділігі кемиді. Соған байланысты зат алмасу процесі өзгереді де, организмнің  өсіп-дамуы баяулайды. Олай болса, сыртқы орта факторларының әсерінен көптеген физиологиялық, биохимиялық және морфологиялық  процестер өзгереді. Бірақ бұлар  тек фенотиптік қана өзгерістер. Себебі мұндай жағдайда гендердің құрылымында  ешқандай өзгеріс байқалмайды.

Тағы да бір айта кететін жай, жоғарыда келтірілген модификациялық өзгергіштіктің реакция нормасы, яғни белгі-қасиеттердің өзгеру шамасы генотип  арқылы анықталады.

Модификациялық өзгергіштікті  зерттеудің статистикалық әдістері. Өткен тақырыпта организм белгілерінің сыртқы орта жағдайларының әсерінен әр түрлі мөлшерде өзгеретіндігі туралы айтылды. Енді осыған зер салып қарайық. Мысалы, бір ағаштан үзіп алынған жапырақтардың ұзындығы мен енін өлшесек, олардың әр түрлі екендігіне көз жеткіземіз. Бұл жапырақтардың өсіп-дамуына орта жағдайлары, күннің түсуі, қоректік заттар мен судың тамыр арқылы жеткізілуі және т.б. бірдей әсер етпейтіндігіне байланысты болатын өзгергіштік. Егер жапырақтарды ұзындығы бойынша ең кішісінен үлкеніне дейін бір қатарға орналастыратын болсақ, бұл белгінің өзгергіштік қатарын көреміз (1-сурет).

1-сурет. Лавршие жапырақтарының  өзгермелі нұсқа қатары (жапырақ  ұзындығы сан арқылы көрсетілген)

Мұны вариация қатары деп атайды. Ол варианттардан тұрады, сонда вариант дегеніміз — белгі дамуының жеке көрінісі.  Мұндай модификациялық өзгергіштік статистикалық әдіспен зерттеліп анықталады. Мысал ретінде бидай масағындағы масақшалар санының өзгергіштігін қарастырайық. Зерттеу үшін таңдамастан 100 масақты алып, олардың әрқайсысындағы масақшалардың санын есептейміз. Сонда өзгергіштіктің шамасы 14 пен 20-ның аралығында болатындығын көреміз. Соның ішінде масақшаларының саны 16—18 болып келетін масақтар жиі, ал сандары жоғары немесе төмен болып келетіндері сирек кездеседі. Ол есептеулердің нәтижесі мынадай:

Кестедегі жоғары цифрлар азынан көбіне қарай орналасқан варианттар қатарын, ал төменгі цифрлар варианттардың  кездесу жиілігін көрсетеді. Бұл  цифрлардың бәрін қоссақ, бастапқы алынған 100 масаққа сәйкес келеді. Вариация қатарында орналасқан жеке варианттардың  өзгерісін қисық сызық арқылы анық көрсетуге болады (2-сурет).

2-сурет. Бидай масағындағы масақшалар  санының өзгермелі нұсқа қисық  сызығы

Вариациялық қатардың маңызды бір  статистикалық көрсеткіші — орташа ариф-метикалық шама. Оны табу үшін мына формуланы қолданамыз:

М — орташа шама, Х — вариант, — варианттардың кездесу жиілігі, n — варианттар саны,  — жиынтық.

Бұл формула бойынша жоғарыда аталған  бидай масақшаларының вариация қатарының  орташа шамасын былай есептеп  шығарамыз:

Сонымен, орташа арифметикалық шама 17,13-ке тең болып шықты.

Алайда, орташа арифметикалық шама өзгергіштіктің сипатын анық көрсете алмайды. Себебі орташа шамасы бірдей екі вариациялық қатардың өзгергіштігі әр түрлі болып келуі мүмкін. Белгінің өзгеру деңгейін сипаттайтын келесі бір көрсеткіш — ол орташа квадраттық ауытқу (— сигма). Оны мына формула бойынша табамыз: 

Мұнда орташа шамамен әр жеке варианттардың  айырымдары квадраттарының жиынтығы (n — 1)-ге бөлініп, түбір астынан шығарылады.

Математикалық статистиканың заңдылығы  бойынша кез келген кездейсоқ  шама орташа шамадан Ғ3,0-дан артыққа  ауытқымауы керек. Сондықтан орташа квадраттық ауытқудың негізінде  орташа арифметикалық шаманың қателігі (М Ғ m) анықталады. Ол мынадай формуламен есептеледі:

Ең соңында, осы көріністердің  негізінде пайыз бойынша белгілердің  өзгергіштігі анықталады. Оны вариация коэффициенті (V) деп атайды. Ол мына формуламен есептеледі:

Мысалы, бидайды алып, екі белгісінің — масағының ұзындығы мен масақшалар санының модификациялық өзгергіштігін  зерттейік. Аталған белгілердің  вариация коэффициенттерін салыстыру  арқылы олардың өзгеру шамасын анықтай  аламыз.

Сонымен, модификациялық өзгергіштікке  нақты сипаттама беру үшін зерттелетін  объект бойынша алынатын дарақтардың  саны көп болуы керек. Сонда ғана жоғарыда көрсетілген статистикалық  әдіс өзінің оң нәтижесін береді. Бұған  көз жеткізу үшін арнайы зертханалық  жұмыс ұсынылып отыр.

Мутациялық өзгергіштік

Мутация дегеніміз — организм генотипінің, яғни хромосомалар мен олардың құрамды бөліктері — гендердің өзгеруіне байланысты кездейсоқ пайда болатын, тұқым қуалайтын өзгергіштік. Бұл ұғымды ең алғаш голландиялық ботаник Х. Де Фриз қалыптастырды. Ол есекшөп (энотера) өсімдігінің кейбір белгілерінің қалыпты жағдайдан ауытқитынын және олардың тұқым қуалайтындығын байқады. Осы зерттеулерінің негізінде 1901 жылы өзінің “Мутациялық теория” деп аталатын еңбегін жариялады. Мутациялық теорияның негізгі ережелері мынадай:

Мутация барлық тірі организмдерге  тән қасиет. Ол пайдалы да зиянды да болуы мүмкін. Бірақ көбінесе, жануарлар мен адам үшін зиянды болып келеді. Себебі эволюциялық даму барысында  организмде қалыптасқан үйлесімділік бұзылады. Мутация сыртқы орта факторларының әсерінен пайда болады, оларды мутагендер деп атайды. Мутагендердің үш түрі кездеседі. Олар: физикалық, химиялық және биологиялық мутагендер. Физикалық мутагендерге радиоактивті сәулелер, ультракүлгін сәулелер, лазер сәулелері және т.б. жатады. Химиялық мутагендерге колхицин, этиленимин, никотин қышқылы және т.б. химиялық қосылыстар жатады. Олардың саны қазір 400-ден асады. Өте жоғары концентрациядағы кейбір гербицидтер мен пестицидтер де мутация тудыра алады. Сондықтан гербицидтер мен пестицидтерді шамадан тыс мөлшерде пайдаланбау қажет.

Клеткадағы зат алмасу процесі  кезінде түзілетін кейбір ыдырау өнімдері мен организмге тағам арқылы келіп түсетін радиоактивті заттарда да (мысалы, сүйекте жинақталатын стронций, т.б.) мутагендік қасиет болады. Оларды биологиялық  мутагендер дейді.  

Мутациялық процесті табиғи жағдайда кенеттен пайда болатын секірмелі  және мутагендік факторлармен арнайы әсер етуден пайда болған индукциялық  деп екіге бөлуге болады. Мутацияның мұндай түрі организмде тұқым қуалайтын  өзгергіштікті қолдан жасауға мүмкіндік  туғызды.

Мутациялар организмнің қандай клеткаларында пайда болатындығына  байланысты генеративтік (жыныс клеткаларындағы) және сомалық (дене клеткаларындағы) болып  екіге бөлінеді. Жыныс клеткаларында  болатын мутация келесі ұрпаққа  тікелей беріледі. Ал сомалық мутация  жынысты жолмен көбейетін организмдерде  айтарлықтай рөл атқармайды. Себебі дене клеткаларында пайда болатын  өзгеріс ұрпаққа берілмейді. Жыныссыз жолмен көбейетін организмде бұл  жағдай керісінше болады. Сомалық  мутацияны зерттеудің обыр ауруының себептерін білуде маңызы зор. Қазіргі кезде қалыпты клеткалардың обыр клеткаларына айналуы сомалық мутация арқылы жүретіндігі туралы көптеген ғылыми деректер бар.