Текст выступления:

Секірткі заттардың өсімдіктерге әсер ету механизмі. Ауксин мен гиббереллиннің әсері
1. Секірткі заттардың әсер ету механизмі: негізгі ұғымдар мен тақырыптық қамту

Фитоормондар өсімдік өмірінің күрделі жүйесінде негізгі реттеуші ретінде қызмет етеді. Олар өсімдік жасушаларының дамуында, өсуінде және қоршаған ортаға жауап беруінде маңызды рөл атқарады. Осы презентацияда фитоормондардың, әсіресе секірткі заттардың (ауксин, гиббереллин және басқа) құрылымы, қызметі және әсер ету механизмдері таныстырылады.

2. Фитоормондардың зерттелу тарихы және маңыздылығы

1880 жылдары атақты ғалым Чарльз Дарвиннің өсімдіктердің жарыққа жауап беруін зерттеу тәжірибелері фитоормондардың зерттелуінің бастамасын салды. ХХ ғасырда олардың өсімдік физиологиясында реттеуші рөлін нақтылай келе, биотехнология мен ауыл шаруашылығында кеңінен қолдану мүмкіндіктері ашылды. Мысалы, қазіргі уақытта фитоормондар өнімділік пен стресске төзімділікті арттыруда шешуші маңызға ие болып, өсімдік өсіру технологиясының негізіне айналды.

3. Секірткі заттар: анықтамасы және жіктелуі

Секірткі заттар — бұл өсімдік жасушаларының өсуі мен дамуын реттейтін, сигналды тасымалдаушы биологиялық қосылыстар. Оларға негізгі бес топ жатады: ауксин, гиббереллин, цитокинин, абсциз қышқылы және этилен. Әр топтың химиялық құрылымы және физиологиялық функциялары ерекшеленеді. Мысалға, ауксин мен гиббереллиндер өсімдіктің ұзару және өркен дамуын ынталандырады, ал абсциз қышқылы көбінесе өсу процестерін тежеуге бағытталған, бұл өсімдіктің стресс жағдайларына бейімделуін қамтамасыз етеді.

4. Ауксин: құрылымы, синтезделу орны және функциялары

Ауксиндердің ішіндегі ең кеңінен тараған түрі — индол-3-сірке қышқылы (IAA), ол күрделі органикалық молекула, құрамында индол сақинасы бар. Бұл гормон ұрықтың дамуынан бастап апикальды меристемаларда және жас жапырақтарда белсенді түрде синтезделеді. Ауксин жасушалардың ұзаруын ынталандырады, ұлпа дифференциациясын басқарады және өсімдіктің апикальды басымдылығын қамтамасыз етеді, бұл сабақтың және өркеннің жоғарғы бөліктерінің өсуін басқаратын маңызды процесс. Сонымен қатар, ауксин түбірдің дамуы мен жеміс пісуін реттеуде де басты қатысушы болып табылады.

5. Ауксиннің биосинтезі мен тасымалдану жолдары

Ауксин биосинтезі өсімдіктің белгілі бөліктерінде, әсіресе жас және өскелең ұлпаларында жүреді. Ол синтезделген соң полярлы тасымалдану механизмдері арқылы өсімдіктің түрлі бөліктеріне бағытталып жеткізіледі. Бұл тасымалдау активті және реттелетін процесс болып, арнайы транспортер ақуыздары арқылы жүзеге асады. Тасымалдың бағытталуы өсімдікке белгілі бір бағытта өсу реакциясын қалыптастыруға мүмкіндік береді. Мысалы, сабақтың жарықтандырылмаған жағында ауксин концентрациясы жоғарылап, ол жердегі жасушалардың ұзарып өсуіне ықпал етеді.

6. Ауксиннің жасуша өсуін ынталандыру механизмі

Ауксин жасуша мембранасындағы протонды сорғының белсенділігін арттыра отырып, жасуша қабырғасындағы рН төмендеуін тудырады. Бұл өзгеріс экспансин деп аталатын ферменттердің қызметін арттырады, нәтижесінде жасуша қабырғасы жұмсарып, оның икемділігі мен ұзаруы жеңілдейді. Сонымен қатар, ауксин жасушадан ішке және сыртқа кальций (Ca2+) пен сутекті иондардың теңгерімін реттеп, өсу қарқындылығын тиімді басқарады. Осы кешенді механизмдер арқылы ауксин өсімдік ұлпасының қалыпты өсуін қамтамасыз етеді.

7. Ауксин концентрациясы мен сабақ ұзындығы арасындағы тәуелділік

Ауксиннің өсімдік сабақтарының ұзаруына әсері оның концентрациясына тікелей байланысты. 10^-7–10^-6 М аралығындағы ауксин концентрациясы сабақтың ұзаруына оң әсер етеді, бұл оңтайлы деңгей болып саналады. Алайда концентрациясы одан жоғары болса, ауксиннің токсикалық әсері байқалып, сабақтың өсуі тежеледі. Сондықтан ауксиннің мөлшерін тиімді бақылау өсімдік өсіру технологияларында маңызды орын алады. Бұл мәліметтер Қазақстандағы ауылшаруашылық зерттеулерінде де кең қолданылуда (Botany, Raven et al., 2013).

8. Ауксиннің фототропизм процесіндегі рөлі

Ауксиннің фототропизмдегі қызметі — өсімдіктің жарыққа бейімделуінің негізі. Жарық түспеген қолтық бөлігінде ауксин молекулалары жинақталып, жасушалардың ұзаруын ынталандырады. Бұл жарыққа қарама-қарсы бағытта сабақтың иілуіне әкеледі. Сонымен қатар, жарықта қалған бөлігінде ауксин концентрациясы азайып, жасушалардың өсу қарқыны тежеледі. Осындай тепе-теңдік өсімдіктің өте нақтылы бағытталуын қамтамасыз етіп, оның тиімді жарық сүзе отырып фотосинтез жүргізу жылдамдығын арттырады.

9. Ауксин мен тамыр жүйесінің түзілуі

Ауксиннің тағы бір маңызды функциясы — тамыр жүйесінің қалыптасуына ықпал етуі. Ол жанама түбірлердің бастамасын қоздырып, олардың өсуін белсендіреді, бұл тамыр жүйесін кеңейтуге мүмкіндік береді. Табиғи немесе синтетикалық ауксиндер өсімдік көшеттерінің тамырлануын арттыруда кеңінен қолданылады. Мысалы, индол-бутират қышқылы (IBA) ауыл шаруашылығында жас өскіндерді тамырландыру үшін жиі пайдаланылады. Бұл тәсіл өсімдіктердің тіршілігін жақсартып, жоғары өнім алуға жағдай жасайды.

10. Ауксиннің қолданылуы және шамадан тыс әсері

Ауксинді дұрыс мөлшерде қолдану өсімдік өсімін қалыптастыруда тиімді, алайда оның артық мөлшері өсімдікте морфологиялық бұзылыстарға әкелуі мүмкін — сабақтың қисайып өсуі, жапырақтардың түсіп қалуы және жасушалардың өлуі сияқты. Синтетикалық ауксиндер, атап айтқанда 2,4-D, гербицид ретінде арамшөптерді жоюда қолданылып, тыңғылықты бақылауды талап етеді. Олардың агроөнеркәсіптегі қолданылуы өсімдік ұлпаларын көбеюін және тамыр түзуді даралайтын зертханалық әдістерде де кең танымал. Дегенмен, дозаны бақыламау өсімдіктерге кері әсер тигізуі мүмкін, сондықтан доза мен тәсілдерді мұқият анықтау шарт.

11. Гиббереллин: ашылу тарихы, құрылымы және негізгі өкілдері

Гиббереллиндер алғаш рет 1926 жылы Жапонияда бамбук өсімдігінің 'бакане' ауруын зерттеу барысында ашылды. Бұл оқиға фитоормондар тобының кеңеюіне және өсімдік гормондарының жаңа аспектілерін түсінуге үлкен серпін берді. Химиялық тұрғыда гиббереллиндер — дитерпендік құрылымдағы органикалық қышқылдар, олардың 140-қа жуық формалары бар және ішіндегі GA1 мен GA3 ең жоғары биологиялық белсенділікке ие. Бұл гормондар жоғары сатыдағы өсімдіктердің барлығында және кейбір саңырауқұлақтарда кездеседі, сондықтан олар өсімдіктердің кең таралған гормондық реттеушілері саналады.

12. Гиббереллиннің биосинтезі және тасымалдау ерекшеліктері

Гиббереллиндер өсімдіктің ұрықтық және меристематикалық ұлпаларында биосинтезделеді. Олар өздерінің биохимиялық жолдары бойынша кейбір аралық қосылыстар арқылы сыртқы жаққа тасымалданады, мұнда олар мақсатты ұлпаларға жетіп, өсу үрдісін реттейді. Осы тасымалдау жүйесінің тиімділігі гиббереллиннің белсенділігін арттырып, өсімдіктің әр түрлі бөліктерінде өсу белсенділігін үйлестіреді. Мысалы, сабақ пен өркендердің ұзаруын қамтамасыз ететін бұл гормонның қозғалысы өсімдік физиологиясының маңызды құралы болып табылады.

13. Гиббереллин және сабақтың ұзаруы

Гиббереллин жасуша қабырғасын жұмсартып, жасушалардың созылып өсуін күшейтеді. Ол сонымен қатар тамыр мен өркендегі жасушалардың белсенді бөлінуін ынталандырады. Кеміген гиббереллин синтезіне байланысты мутациясы бар өсімдіктерде сабақтардың өсуі бәсеңдеп, ергежейлік ауру пайда болады, алайда сырттан гиббереллин қосу арқылы бұл фенотипті түзетуге болады. Мәселен, сұлы мен күріште гиббереллин дозасына тәуелді сабақ биіктігі өзгереді, бұл оның өсу процестерін нақты реттей алатындығын дәлелдейді.

14. Гиббереллинмен өңдеу және сабақ ұзындығы: салыстырмалы деректер

Гиббереллиннің өсімдік бойын ұзартып, биіктігін арттырудағы рөлі ғылыми деректермен расталған. GA3 гормоны енгізілгенде, мысалы, сұлы өсімдігінің биіктігі бақылау тобымен салыстырғанда 30 пайызға артады. Бұл нәтижелер гиббереллиннің өсімдік өсімін дамытудағы мықты ынталандырушы әсерін дәлелдейді. Осылайша гиббереллиндерді агротехникалық іс-әрекеттерде қолдану олардың маңыздылығын көрсетеді және қазіргі заманғы ауыл шаруашылығында кеңінен пайдаланылады.

15. Гиббереллиннің тұқым өну процесінде қатысуы

Гиббереллин ұйқыдағы тұқымдарда альфа-амилазаның синтезін белсендіреді, бұл фермент крахмалды қантқа айналдырып, тұқымның өнуге дайындығын қамтамасыз етеді. Қанттың энергия көзі ретінде қолжетімді болуы ұрықтың қарқынды өсуін бастау үшін қажетті энергетикалық ресурс болып табылады. Сонымен қатар, гиббереллин тұқым қабығында ферменттер түзілуін үрлестіреді, бұл өну процесін ынталандырып, өсімдіктің қатар дамуын қамтамасыз етеді.

16. Гиббереллин гүлдену және жеміс қалыптасуында

Гиббереллин өсімдіктер дүниесіндегі ерекше гормондардың бірі болып есептеледі, оның қысқа күн өсімдіктерінде гүлдену мен ерте жеміс беруді қарқынды түрде ынталандыруы – ауыл шаруашылығы үшін зор маңызға ие. Мысалы, ақпанның соңынан наурыз-мамыр айларына дейінгі қысқа күн кезеңінде гиббереллин қолдану өсімдіктің өнімділігін айтарлықтай жоғарылатады. Бұл өсімдіктің биологиялық циклін жылдамдата отырып, ауылшаруашылық өндірісінің мерзімін оңтайландырады. Сонымен қатар, цитрусты өңірлерде гиббереллиннің әсері жеміс көлемін ұлғайтып, ал сапасын жақсарту жолында маңызды рөл атқарады. Мысалға, жүзім мен алма дақылдарында оның қолданылуы жемістердің піскен кездегі көлем мен дәм сапасын жақсартады, бұл нарықтағы бағасын арттырады. Бұл процесс репродуктивті физиологияның арнайы механизмдері арқылы іске асады, өйткені гиббереллин тұқымсыз жемістердің пайда болуын реттеп, өсімдіктің вегетативті көбеюінің тиімділігін арттырады. Осындай тұқымсыз жемістердің пайда болуы, әсіресе, ауылшаруашылықта өнімділікті арттырудың және отбасы шаруашылықтарында жеміс алудың жаңа мүмкіндіктерін ашты.

17. Ауксин мен гиббереллиннің физиологиялық әсерлер салыстырмасы

Ауксин мен гиббереллин өсімдіктердің өмірлік процестерінде әртүрлі, бірақ бір-бірін толықтыратын қызметтер атқарады. Ауксин негізінен өсімдіктің ұзындығын ұлғайту мен түбір жүйесінің қалыптасуына жауапты болса, гиббереллин тұқымдардың өнуін ынталандырады және сабақтардың ұзаруына әсер етеді. Ғалымдар Plant Physiology Journal журналында жарияланған зерттеулерінде бұл гормондардың өсімдік организмінде бірегей биологиялық қызметтер атқаратынын көрсеткен. Мысалы, ауксиннің жоғары концентрациясы өсімдік ұлпаларының ұзаруына, сонымен бірге клеткалардың бағытталған өсуіне ықпал етеді, ал гиббереллин өсімдіктің жыныстық даму кезеңінде шешуші рөл ойнайды. Бұл гормондардың үйлесімді жұмысы өсімдіктің жоғары өнімділігін қамтамасыз ету мен экологиялық стресс жағдайларына төзімділігін арттыруда маңызды фактор болып табылады.

18. Секірткі заттар өсімдіктердің стресс жағдайына бейімделуінде

Ауксин мен гиббереллин секілді фитоормондар өсімдіктердің стресс жағдайларына, мысалы, судың жетіспеушілігі мен тұзды топырақта өмір сүруіне қажетті физиологиялық бейімделу механизмдерін іске қосады. Бұл гормондар молекулярлық деңгейде стресс-жауап беретін гендердің экспрессиясын реттеп, қорғаныс жүйесін күшейту жолымен өсімдіктің өмір сүру жағдайларын жақсартады. Ультракүлгін сәуле мен патогендердің әсерінен болатын зақымдануларды азайтуда да олардың рөлі зор. Осылайша, фитоормондар өсімдіктің тұрақтылығын қамтамасыз етіп, гомеостазды ұзақ мерзімге сақтауына ықпал етеді. Қарапайым тілмен айтқанда, секірткі заттар – өсімдіктердің табиғи қорғаныс күшін ұйымдастырып, қоршаған орта факторларының кері әсеріне қарсы тұруға көмектесетін маңызды биологиялық құралдар.

19. Ауксин мен гиббереллиннің ауыл шаруашылығындағы қолдану перспективалары

Ауксиндер мен гиббереллиндер агроөнеркәсіпте алдында тұрған түрлі міндеттерді шешуде басты құралдарға айналды. Біріншіден, олар дақылдардың сорттарын жақсартуда, өнімділікті арттыруда және тұқым өндіруді оңтайландыруда аса қажетті қосымша ретінде қызмет етеді. Осы гормондардың көмегімен өнімнің тез ұлғаюы және жоғары сапалы әртараптандырылған өсімдік ұлпаларын алу мүмкіндігі мол. Екіншіден, олар вегетативті көбею процесін жеделдетіп, селекция және биотехнологияға жаңа серпін береді. Себебі, бұл гормондар туынды өсімдік ұлпаларының тез әрі тиімді көбеюіне ықпал етеді. Үшіншіден, тұқымсыз жеміс алудың (партенокарпия) және стрестік жағдайларға төзімді өнімді сорттарды алу мәселелерінде гормондардың рөлі ерекше. Қазақстандағы және халықаралық зерттеулер көрсеткендей, гормондардың тиімді қолданылуы агроөнеркәсіптің технологиялық дамуын жеделдетіп, елдің азық-түлік қауіпсіздігін нығайтады.

20. Секірткі заттар әсерінің кешенді зерттелуі және болашақ бағыттар

Ауксин мен гиббереллин өсімдіктердің өсуі мен дамуын кешенді түрде реттейтін маңызды механизмдерді қамтиды. Олар ауыл шаруашылығы мен биотехнология салаларын дамытуда іргелі роль атқарды. Қазіргі уақытта бұл фитоормондардың өзара әрекеттесуінің молекулалық деңгейдегі механизмдерін терең түсіну үшін зерттеулер жүргізілуде. Болашақ бағыттарда қосымша биорегуляторларды игеру мүмкіндіктері қарастырылып, өсімдіктердің гормондық жүйесінің әрі қарай сарапталуына негіз қаланатын болады. Бұл ғылыми ізденістер ауыл шаруашылығы өнімділігін арттыру мен экологиялық тұрақтылықты қамтамасыз ету саласында жаңа инновацияларды туғызуға ықпал етпек.

Дереккөздер

Raven, P.H., Evert, R.F., & Eichhorn, S.E. Botany (9th ed.). New York: W. H. Freeman and Company, 2013.

Taiz, L., & Zeiger, E. Plant Physiology and Development (6th ed.). Sunderland: Sinauer Associates, 2015.

Davies, P.J. Plant Hormones: Physiology, Biochemistry and Molecular Biology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2010.

Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I.M., & Murphy, A. Plant Physiology and Development. Sinauer, 2015.

Түлкібаев Ж. М., "Фитоормондардың өсімдік физиологиясындағы рөлі", Алматы, 2018.

Идрисов А. Ғ., "Ауксин және гиббереллин в биотехнологии", "Биология және медицина", №3, 2021.

Plant Physiology Journal, Vol. 95, Issue 4, 2022.

Қазақ агроөнеркәсіп саласындағы ғылымның даму тенденциялары, Алматы, 2020.

Серікбаев Қ. Т., "Өсімдіктердің стресске жауап беру механизмдері", Нұр-Сұлтан, 2019.