Өсімдіктер физиологиясы ПӘні бойынша оқыту бағдарламасы

2 Оқытушы туралы мәліметтер және байланысу ақпараттары:

Биология ғылымдарының кандидаты, доцент

Химиялық технология және жаратылыстану факультеті

Биология және экология кафедрасы, А-бас корпус (Ломов көшесі 64)

Тел. (8-7182) 67-36-49 (ішкі.12-57)

Қабылдау сағаттары сәрсенбі – сағат 14⁰⁰-16⁰⁰ № ауд.417

• 
  Студенттерге өсімдік клеткасы органоидтарының құрылысы мен атқаратын қызметтерін, фотосинтездің жарық және қараңғы сатыларының мәні мен механизмдерін, тыныс алу құбылысында өтетін тотығу процестерін, фотосинтез бен тыныс алу процесіндегі фосфорлануды, минералдық элементерінің физиологиялық мәнін және метаболизмін, су және минералдық заттардың клеткаға енуін және өсімдік бойы тасымалдануын, өсу мен даму заңдылықтарын, сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларына төзімділігінің негіздерін үйрету.
  
• 
  Өсімдіктер физиологиясының өсімдіктердің өнімділігін арттыруға, ауылшаруашылық өнімдерінің сапасын жасартуға бағытталған тәсілдер жүйесі үшін теориялық негіз ретіндегі мәнін, сондай ақ оның биотехнологиямен байланысын негіздеу.
  
• 
  Клеткалық және ұлпалық деңгейде физиологиялық қызметтерді зерттеу үшін қолданылған оқшауланған жасушалар, ұлпалар, өсімдік мүшелерін өсіру біртіндеп өсімдіктер физиологиясының басым бағыттарына айналды, кейіннен ол өсімдіктер биотехнологиясының теориялық және әдістемелік негізі болды. Студенттер өсімдік клеткаларын in vitro өсіру принциптері және оны өсімдіктер биотехнологиясында пайдалану мүмкіндіктері туралы мағлұмат беру.
  

• 
  Студенттер осы пәннен алған білімдерін өздерінің мамандығына байланысты дайындығын толықтыру үшін және іс әрекеттеріне пайдалана білуі қажет. Ол үшін тиісті физиологиялық ғылыми зерттеулердің әдістерін жеткілікті деңгейде меңгеруі керек.
  

• 
  Лабораториялық сабақтардың барысында студенттер клеткалардың осмос қысымын анықтауын, транспирацияның, фотосинтездің, тыныс алудың қарқындылығын анықтауды, хлорофилді бөліп алуын және оның физика-химиялық қасиеттері мен мөлшерін анықтауды, минералдық элементердің өсімдіктердің өсуі мен дамуына әсерін, өсу жөне төзімділік процестерінің көрсеткіштерін анықтауды үйренулері қажет.
  

• 
  экологиялық талаптар сәйкес;
  

Өсімдік клеткасын микроскоппен қарағанда ең алдымен көзге түсетін үш бөлігі – қабығы, протопластары және вакуоль байқалады.

Протоплазманың құрамында құрылыстық бөлектер, цитоплазма және рибосомалар орналасқан. Құрылыстық бөліктерге – ядро, митохондриялар, пластидтер жатады. Цитоплазманың өзі мембраналардан (плазмалемма, тонопласт, эндоплазмалық тор), майда денешіктерден (диктиосомалар, лизосомалар, сферосомалар) және цитоплазмалық негізден (матрикс) құралған.

Атқаратын қызметтеріне байланысты клетканың құрылыстық бөліктерін үш топқа бөлуге болады: 1) өзгертуші машиналар – митохондриялар, хлоропластар; 2) белок және басқа полимерлердің синтезделуін жүзеге асыратын машиналар – рибосомалар, ядро; 3) май қышқылдар мен холестеринді синтездеуге қатысатын метоболиттік жүйе (гранулалар)

Клетка сыртынан целлюлозадан және басқа полисахаридтерден құралған қабықпен қоршалған. Оның толып жатқан ірі санылаулары болады. Сондықтанол еріген заттардың клетка ішіне енуіне, немесе сыртына шығуына кедергі бола алмайды. Клетка қабағының ішкі жағында цитоплазманы қоршаған плазмалық мембрана – плазмалемма орналасқан. Ол өзі арқылы заттарды қабыққа қарағанда, тандап өткізеді. Соған байланысты заттардың клеткаға енуін және одан шығуын реттейді. Цитоплазмада митохондрия, хлоропластар, ядро және т.б. органоидтар жайғасқан. Өсімдіктердің өсіп жетілген клеткаларында тонопласт деп аталатын мембранамен қоршалған үлкен орталық вакуолі бар. Ол құрамында минералдық иондар, органикалық қышқылдар, кейде қанттар және амин қышқылдары бар ерітіндіге толы болады.

Өсімдік клеткасының ішкі бөліктері бір-бірінен мембраналар арқылы оқшауланып жатады.

Өсімдік клеькаларының пішінін, көлемін анықтайтын және оларды бір-бірінен ажырататын, сыртын қоршаған, негізінен полисахаридтерден құралған, тығыз қабығы болады. Ол клеьканын митоздық бөлінуінің телофазалық кезеңінде қалыптасады.

Клеткалардың созылып өсу кезеңіндегі қабығын алғашқы (бастапқы) деп атайды. Кейінрек осы қабықтың ішкі (астар) жағынан қайталама қабық қалыптасады. Осыған байланысты қабық қалындап, қатайып беріктенеді.

Алғашқы қабықтың құрамына енетін бөліктерін төрт топқа бөлуге болады:

1. 
   Құрылыстық бөліктер – целлюлоза (автотрофты өсімдіктер), хитин (саңырауқұлақтарда), глюкан (ашытқыларда), маннан немесе ксилан (кейбір балдырларда).
   
2. 
   Қабық негізінің (матрикс) бөліктері – гемицеллюлозалар, пектиндер, белоктар, липидтер.
   
3. 
   Қабықтың астарын лигнин, суберин және басқа қосындылар бедерлейді.
   
4. 
   Қабықтың тыс жағының құрамына кутин және балауыз енеді.
   

Клетканың алғашқы және қайталама қабықтарының негізгі қанқасы целлюлоза талшықтарынан құралады. Целлюлоза Д – глюкозаның 1000 -11000 молекуласынан құралатын өте ірі молекулалы полисахарид.

Целлюлозаның 100-200 полимерлі тізбегі бірігіп қарапайым жіпшумаққа айналады. Осы жіпшумақтар бірімен-бірі матрикс құрамындағы гемицеллюлозалар, гликопротеидтер және пектиндер арқылы байланысады.

Клетка қабығының негіздік бөлігінде (матрикс) көмірсулы қосындылардан басқа экстенсин деп аталатын құрылыстық белок бар.

1. 
   иондардың және метаболиттердің клекадан-клеткаға тасымалдануы;
   
2. 
   цитоплазма мен генетикалық бағдарламаның алмасуы;
   
3. 
   бағдарламаны қашықтыққа жеткізу үшін қажет электрлік тербелістің (импульс) өтуі. Жеке плазмодесма екі жағы плазмалеммамен астарланған өзек (саңылау) сияқты.
   

Өсімдік ұлпалары мен мүшелеріндегі тұтас құрылымдарға (компартменттерге) клетка қабығы (апопласт), цитоплазма (симпласт), плазмалемма, эндоплазмалық тор (эндопласт) жатады.

Өсімдіктерде плазмодесмалардың болуы клеткалар арасындағы байланыстылықты туғызып, ерітінділер айналымын, зат алмасу өнімдерінің тасымалдануын қамтамасыз етеді. Плазмодесмалар балдырлардан бастапжабық тұқымдыларға дейінгі өсімдік топтарының барлығында бар.

Клетка қабығы қызметі: ол клетканың ішкі құрылымын зақымдаудан және індеттенуден қорғайды. Клетканың осмостық қысымына қарсы әсер етіп, пішіні мен көлемін сақтайды, өсімдіктің негізгі қанқасын құрап тіректік қызмет атқарады. Клеткалардың өсу және жіктелу процестері де қабыққа тығыз байланысты. Клеткадағы иондардың алмасуы мен заттардың сінуі қабық арқылы жүзеге асады. Ұлпалардың тұтасқан апопласт жүйесі арқылы өсімдік денесінде әртүрлі заттар тасымалданады.

Клетка қабығының астар жағындағы жұқа қабықша плазмалемма деп аталады. Оның қалындығы 7.5-10,0 нм шамасында болады. Плазмалемма қабықсыз клеткаларды сыртқы ортамен, қабықты клеткаларды өзара және цитоплазмамен байланыстырады. Цитопазмадағы басқа мембраналар сияқты белокты және липидтік екі қабаттан тұрады. Плазмалемманың құрамында липидтердің мөлшері – 40-54 процент болады. Оның ішінде стериндер мен бейтарап липидттер 30-50 процент. Плазмалемманың су өткізгіштігі жоғары. Плазмалемма өсімдік организмдегі зәр бөліну (секреция) процестеріне қатысады. Клеткадағы заттардың енуі мен бөлінуін реттейді, клетка қабығының қалыптасуына қатысады, рецепторлық және осмостық процеске байланысты қызметтер атқарады. Клеткадағы плазмалемма үздіксіз қозғалыста болады және қайталанып қалыптасып жатады.

Цитоплазма клетка қабыкшасын толтырып тұратын сұйық масса. Ол сумен араласпайды, созылғыш, құрамы қайтымды өзгерістерге кабілетті келеді. Онда әр түрлі клетка органоидтары бар, бұл органоидтар цитоплазмадан жай немесе қосарланған мембранамен бөлінген. Протопластан ядро, пластидтер, митохондриялар сияқты органоидтарды бөліп шығарғаннан кейінгі протопластың қалған бөлігін цитоплазма деп аталады. Цитоплазманың неғұрлым гомогенді, құрылымсыз осы бөлігін гиалоплазма деп атайды. Физикалық-химиялық тұрғыдан алып қарағанда цитоплазма дегеніміз күрделі коллоидтық жүйе. Цитоплазма алуан турлі қызмет атқарады деп есептейді, ол барлық органоидтармен тығыз байланысқан. Цитоплазма — заттарды сініру және-бөліп шығару өсу және даму, "зат алмасу, тітіркенгіштік сияқты құбылыстардыц негізіне жататын процестер өтетін орта. Цитоплазма козғалғыш келеді. Микроскоп арқылы традесканция және элодея клеткаларын алып қарағанда, олардың ішінде қабырға бойымен тез ағып жатқан цитоплазманы байқауға болады. Цитоплазма ағынымен қоса хлоропластар да қозғалады. Төменгі температурада қозғалыс тоқтайды. Цитоплазманың қозғалғыштығына күн сәулесі, ортаның қышқылдығы да әсер етеді. рһ 4,0—5,0 шамада болғанда ең жоғары жылдамдық байқалады. Бейтарап ортада қозғалыс тоқталады. Цитоплазмаға тән тағы бір қасиет — оның созылғыштығы. Цитоплазманың қабықшаға қарап жатқан сыртқы бетін плазмалемма деп, ал вакуолямен шектесіп жатқан ішкі бетін — тонопласт деп атайды. Цитоплазманың негізгі ортаңғы бөлігіне қарағанда бұл қабаттардың құрылымы басқаша болады. Олар биологиялық мембрана типінде құрылған. Клетканың сіңіретін және бөліп шығаратын заттары плазмалемма арқылы өтеді.

КЛЕТКА МЕМБРАНАСЫ

Өсімдіктердің, жануарлар мен микроорганизмдердің клеткаларында мембрана тәрізді құрылым өте кең таралған. Олар тірі жүйелердің барлық бәлігінде кездеседі. Клеткадағы әрбір органоидтың шекарасы осындай мембраналардан құралған. Мембраналар кедергі ғана болмастан, метаболизм процесіне белсене қатысады және оны реттеп отырады. Клетканың биохимиялық процестерінің көпшілігі мембраналардың бетінде өтеді немесе онымен байланыста болады. Әр түрлі объектілердің клетка мембраналары 2 компоненттен тұратыны анықталған. Олар — липидтер мен белоктар.

Гликолипидтер, фосфолипидтер, сульфолипидтер және изопреноидтар (каротин мен ксантофилл)—өсімдіктердің клетка мембранасының липидтері болып табылады.

Мембраналардың атқаратын қызметі: 1) цитоплазма орталығын түрлі бөлшектерге — компартменттерге бөлу; 2) клетканың заттарды сіңіруі мен бөліп шығаруын реттеу; 3) заттардың синтезделуіне қатысу; 4) энергияны жинақтау және бөліп шығару (хлоропласт және митохондрия мембраналарында); 5) рецептор ретінде сыртқы ортаның әсерін қабылдау.

Плазмалемма цитоплазманың сыртын қаптап тұратын мембрана болып табылады. Ол заттардың клетка ішіне өтуін және одан сыртқы ортаға шығуын реттеп отырады.

Плазмалемма әр минутта екі еселене отырып, ете тез өседі. Оның бұлайша тез өсуі жаңа бөлшектердің түзіліп, бұрынғы бөлшектердің арасына тез енуіне байланысты. Ол процесті интуссусцепция деп атайды. Клетканың жалаңаштанған протопластың микрохирургиялық әдіспен ұсақ бөлшектерге турайтын болсақ, біраз уақыттан соң оларды плазмалемманың жаңа қабаттары қаптайды. Электрондық микроскоппен жүргізілген тікелей бақылаулар жаңа плазмалемманың Гольджи аппараты көпіршіктері есебінен түзілетінін көрсетті. Плазмалемманың сипаттап отырған бұл құрылымының езгергіштік қасиеті бар. Соның арқасында плазмалемма құрамы жаңарып отырады. Жаңарудың арқасында плазмалемма жартылай еткізгіштік және активтік тасымалдау қасиеттеріне ие болады. Бұл екі қасиет активті метаболизм процесімен байланысты. Ал метаболизм процесінің негізіне жататын химиялық реакциялар плазмалемма құрамы мен қүрылымының өзгергіштік сипатын күрделендіре түседі. Плазмалемманың жартылай өткізгіштігі дегенді оның тек белгілі бір заттарды өткізетіндігі, ал басқа заттарды нашар өткізетіндігі немесе тіптен өткізбеушілігі деп түсіну керек. Плазмалемманың ішіне немесе сыртына қарай тартылып, везикула (көпіршік) бөліп шығаратыны электронды микроскоп арқылы байқалды. Плазмалемма везикулалар арқылы да заттарды өткізеді. Плазмалемма қабатынан везикула арқылы судың сіңірілуі және шығарылуы пиноцитоз деп аталады. Ірі молекулалы заттардың везикула арқылы өтуін эндо-экзоцитоз деп атайды.

ЭНДОПЛАЗМАЛЫҢ ТОР

Портер 1945* жылы жануарлар клеткасынан, ал кейінірек өсімдіктер клеткасынан цитоплазманың ішіне батып тұратын, тармақталған аса жіңішке торды ашты. Ол цитоплазманың бүкіл қабатын торлап жатады, ал ядроның аймағында ерекше жиі тор түзеді. Сондықтан оны эндоплазмалық тор немесе ретикулум деп атайды. Эндоплазмалық тор түтікшелер мен өзекшелер жүйесінен тұрады, бұл жүйенің қабырғасы плазмалемма мембранасына қарағанда айтарлықтай жұқа, қарапайым мембрана болып табылады.

Эндоплазмалық тор түтікшелерінің ішінде түссіз, мөлдір, энхилема деп аталатын сұйықтық болады. Бұл сұйықтықтың құрамында тұздар мен еритін белоктар бар. Кейбір жерлерінде эндоплазмалық тордың беті тегіс, басқа учаскелерінде оларға рибосомалардың бекінуіне қарай кедір-бұдыр болып келуі мүмкін. Эндоплазмалық тор ядроның сыртқы қабықшасы есебінен түзіледі, сондықтан тор энхилемасы мен ядро қабықшасының арасындағы перинуклеар сұйықтығы бірдей деп санауға болады.

ГОЛЬДЖИ АППАРАТЫ

Цитоплазмада түтікшелердің тағы бір жүйесі кездеседі, бұл жүйе оны ашқан- ғалымның есімімен Гольджи аппараты деп, аталған. Гольджи аппараты бірнеше жалпақ цистерна сияқты түтікшелерден және олардың шеттеріне орналасқан әр түрлі өлшемді кепіршіктерден тұрады. Гольджи аппараты клеткадағы судың мөлшерін реттейді. Ішіне су толған соң оның түтікшелері ісінеді де, бұдан соң плазмалеммамен қосылып, суды сыртқа бөліп шығарады.

Қабықша көмірсуының синтезделуі де Гольджи аппаратының атқаратын қызметіне жатады. Гольджи көпіршіктерінен гемицеллюлоза мен пектинді заттардан тұратын матрикс заттары, сондай-ақ целлюлоза фибрилдері табылған. Құрамында осы компоненттер бар Гольджи көпіршіктері плазмалеммаға жақындап, онымен қосылады да, ішіндегі заттарды сыртқа ығыстырып шығарады. Олар клетка қабықшасын құруға қажетті материалды осылайша жеткізеді.

ЯДРО

Ядро — клетканың аса маңызды органоиды, ол тіршілік, үшін қажетті көптеген қызметті реттейді. Әдетте клеткаларда бір ядродан кездеседі, көп ядролы клетка болмайды. Бактериялар мен көк-жасыл балдырлардың, клеткаларында оқшауланған ядро жоқ, бірақ цитоплазм.аның ішінде диффузиялық жолмен шашырап таралған ядро заты болады. Ядроның пішіні шар тәрізді немесе сопақша болып келеді. Оның сыртын қосарланған мембранадан тұратын қабықша қоршаған. Ол қабықшаның сыртқы және ішкі мембраналарының арасы қуыс, ені 10— 20 нм келетін өзек болып табылады. Мұндай езекшені перинуклеар кеңістігі деп атайды. Бұл кеңістікке энхилема деп аталатын кұрылымсыз сұйықтық толған. Ядроның өлшемі 5— 20 мкм-ге жетеді, ол оптикалық микроскоппен жақсы көрінеді.

Ядро қабықшасын айтарлықтай ірі поралар торлап жатады. Поралар ядро қабықшасында біркелкі орналаспаған. Қабықшаның бір учаскесінде олар өте жиі болса, екінші учаскесінде тіптен кездеспейді. Поралар бірде пайда болса, бірде жойылып отырады. Қабықшаға ядрошық жанасатын жерде олар түзілмейді. Орта есеппен алғанда қабықшаның 1 мкм² бетінде 10-нан 30-ға дейін, кейде 100-ге дейін пора болады. Ядро плазмасы мен цитоплазма арасындағы байланыс поралар арқылы жүзеге асады. Поралардың жай ғана тесік еместігін, олардың құрылымы күрделі екенін зерттеулер көрсеткен.

Ядроның ішін ядро шырыны толтырып тұрады. Ядро шырыны дегеніміз құрылымсыз сұйық масса, ол ядро плазмасы болып табылады. Оның ішінде ядрошық және хроматин жіпшелері бар. Ядрошық жарықты жақсы сындырады, сондықтан оны оптикалық микроскоппен көруге болады. Жұмыр келген бұл түзінді ядроның жалпы массасының 35 процентін құрайды, оның құрамында ядро белогының бүкіл мелшерінің 40%-і және РНҚ-ның 30%-і болады. Ядрошық белок синтезін жүргізуге қабілетті және бүкіл ядро белогы нақ осы жерде түзіледі. Ядрошықта гистондар да түзіледі. Ядрошықта түзілген негізгі белоктардың бір бөлігі рибосомалардың түзілуіне жұмсалады.