Дипломдық жұмыс: Биотехнология | Жасыл балдырлардың биохимиялық құрамын анықтау

Мазмұны

КІРІСПЕ

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Балдырларға жалпы сипаттама…………………………………….
1.2 Жасыл балдырлар бөлімінің өкілдері және олардың қысқаша сипаттамасы…………………………………………………………
1.3 Жасыл балдырлардың құрамы және олардың адам организміне әсері….................................................................................................
1.4 Балдырлар маңызы және олардың қолданылуы…………………
1.5 Жа Жасыл балдырлардың биологиялық қарым-қатынастары………

2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1 Зерттеу материалдары.......................................................................
2.1.1 Зерттеу әдістері..............................................................................
2.2 Белок мөлшерін анықтау (Лоури әдісі)……………………………
2.3 Пигменттерді анықтау әдісі (хлорофилл “a” және ”b”, каротиноидтар)……………………………………………………...
2.4 С витаминінің сандық мөлшерін анықтау әдісі…………………..

3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛДАУ
3.1 Жасыл балдырлардың қос дақыл жағдайындағы өзара ара-қатынасы…………………………………………………………….
3.2 Моно-, қос және тетрадақылдардағы жасыл балдырлардың өсу динамикасы………………………………………………………….
3.3 Моно-, қос және тетрадақылдар жағдайында жасыл балдырларда анықталған белок мөлшері…………………………
3.4 Моно-, қос және тетрадақылдар жағдайында жасыл балдырларда анықталған пигмент (хлорофилл “a”және “b”, каротиноидтар) мөлшері…………………………………………...
3.5 Моно-, қос және тетрадақылдар жағдайында жасыл балдырларда анықталған С витаминінің мөлшері………….......
3.6 Жасыл балдырлардан алынған биологиялық белсенді қоспаларды (ББҚ) үй құстарына жемдік қоспа ретінде азықтандыру нәтижесі……………………………………………...

ҚОРЫТЫНДЫ

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Қазіргі таңда, қоршаған ортаның антропогенді ластануына байланысты экологиялық жағдайлар күрт өзгеріске ұшырағаны баршамызға мәлім. Осының салдарынан экологиялық таза өнімдер алу үлкен қиыншылықтар тудыруда. Сол себептен табиғи жағдайда өскен өсімдіктерді - түсімділігі мен өнімділігі жоғары гендік модифицирленген трансгенді түрлерге ауыстыру кең таралып жатыр. Дегенмен де, ондай өнімдердің адам мен қоршаған ортаға қауіпсіздігі толығымен анықталмаған.
Ауыл шаруашылық өсімдіктер мен жануарлардың төзімділігі мен өнімділігін арттыру мәселесінің шешімдерінің бірі - тағам ретінде, азықтық, жемдік қоспа, тыңайтқыш ретінде микробалдырларды кең көлемде тұтыну болып табылады. Микробалдырларды өсіру экологиялық таза, экономикалық тиімді болып табылады және арнайы жағдайларды талап етпейді. Аз уақыт ішінде олар көп биомасса жинақтайды, ал сол биомассасының биохимиялық құрамы өте бай және оларға түрлі биологиялық белсенді қоспалар кіреді. Сонымен қатар, өндірістік жағдайда микробалдырларды өсіру мерзімге тәуелді болмайды.
Дегенмен, микробалдырлардың өсу қарқындылығын арттыру және олардың биосинтез процестерін арнайы өнімдерге бағыттау, атап айтқанда биоотын алу, биологиялық белсенді қосылыстарды бөліп алу және тиімді биоқоспаларды дайындау өндірісі орындарына маңызды мәселе болып табылады. Әрине, ол үшін биологиялық әдістерді қолданған жөн. Мұндай жаңашыл бағыттарының біреуі - микробалдырлардың түраралық ара-қатынастарын ескере отырып, ассоциацияларды құру. Сондықтан микробалдырлар арасындағы ассоциациативті симбиозді зерттеу өзекті мәселе болып отыр. Өйткені симбиоздық (мутуалистік) қатынастар барысында жеке өсіруде мүлдем кездеспейтін ерекше қосылыстар түзілетіні және құрамындағы пайдалы заттардың сандық мөлшерлері артатындығы белгілі.
Балдырлар әлемінде ең көп таралған және практикалық маңызы зор объекті ретінде - жасыл протококкты балдырларды айтуға болады. Protococcophyceae немесе Chlorococcophyceae тұқымдасына жататын өкілдерімен көп зерттеулер жүргізіліп, олар практикада үлкен сұранысқа ие. Өйткені олардың құрамы өте бай, ал олардың құрамында токсикалық заттар мүлдем кездеспейді дейуге толығымен негіз бар.
Осыған орай бұл бітіру жұмысының мақсаты – ассоциативті симбиоз жағдайында аз уақыт ішінде көп биомасса жинақтайтын биохимиялық құрамы бай балдырлар түрлерін анықтау және ауыл шаруашылығы үшін тиімділік пен өнімділікті арттыруды көздейтін жоғары жемдік қоспалар дайындау.
Қойылған мақсатқа жету үшін алға мынадай міндеттер қойылды:
- жасыл протококкты микробалдырларды жеке өсіру, олардың өсу динамикасы мен биохимиялық құрамын анықтау;
- балдырлар арасындағы қарым-қатынастарды анықтап алып, аралас дақылдарды өсіру;
- ассоциативті түрлерді интенсивті өсіру барысында олардың өсу қарқындылығын және қоспа биомассасының сапасын анықтау.




1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1 Балдырларға жалпы сипаттама
Балдырлар — негізгі тіршілік ортасы су болып табылады, өсімдіктердің ең ежелгі тобы. Олар автотрофты өсімдіктер: хлорофилдің болуына орай олар көмірқышқылын сіңіріп, бейорганикалық заттардан органикалық заттарды синтездеуге қабілетті. Балдырлар төменгі сатылы өсімдіктерге жатады. Олардың вегетативті денесі (таллом) сабақтар, тамыр және жапыраққа бөлінбеген [1].
Қазіргі таңда, оларды жеке бөлімдерге бөледі, атап айтқанда [2]:
• балдырлар (Algae),
• саңырауқұлақтар (Fungi),
• қыналар (Lichenes),
• миксомицеттер (Myxomycetes) ,
• бактериялар (Bacteria).
Түрлі биохимиялық құрылымдарына байланысты балдырларды мынадай топтарға бөлуге болады[1,2]:
1. Көк-жасыл балдырлар — Cyanophycophyta
2. Жасыл балдырлар— Chlorophycophyta
3. Алтын түсті балдырлар — Chrysophycophyta
4. Сары-жасыл балдырлар— Xanthophycophyta
5. Диатомды балдырлар — Bacillariophycophyta (Diatomeae)
6. Пиррофитті балдырлар — Pyrrhophycophyta
7. Эвгленалы балдырлар — Euglenophycophyta
8. Бурый балдырлар — Phaeophycophyta
9. Қызыл балдырлар— Rhodophycophyta.
Балдырлар түрлі су өсімдіктерімен, папоротник, қына, саңырауқұлақтар және бактериялармен бірге симбиозды түрде тіршілік етеді. Қоршаған ортаның: жарық, көмірқышқыл газы, су және температура т.б. факторлар балдырлар өсуіне оптималды жағдай туғызады. Балдырлар үшін көмірқышқыл газының көзі су болып табылады. Көмір қышқылы суда еріген күйде немесе тұздар түрінде болады. Ал cуда тіршілік етпейтін балдырлар ауадағы көмірқышқылы газын қолданады.

1.2 Жасыл балдырлар бөлімінің (Chlorophycophyta) өкілдері және олардың қысқаша сипаттамасы
Жасыл балдырлар протококкты балдырлар тұқымдасына Protococcophyceae немесе Chlorococcophyceae жатады. Жасыл балдырлардың талломдары нағыз жасыл түсті болады [3]. Клеткаларының хроматофораларында хлорофилл, каротин және ксантофилл пигменттері болады. Жасыл макрофиттер пішіндерінің алуан түрлері кездеседі, атап айтқанда [2] - колониалды, жіпшелі, пластинкалы, сифонды және харалы және т.б
Бұл өсімдіктер вегетативті, жынысты және жыныссыз көбейеді. Жыныстық мүшелері харалы балдырларда көп клеткалы. Аналық жыныс мүшесі оогониялар және аталық жыныс мүшесі антеридиялары бар. Жасыл балдырларда қор ретінде крахмал жинақталады.
Жасыл балдырлар — терең және тұзды суларда тіршілік етеді. Ресей Федерациясында көп кездесетін түрлері [4]: Гидродикцион — Hydrodictyon, Кладофора — Cladophora, Эгагропила — Aegagropila, Ульвария — Ulvaria, Ульва — Ulva, Энтероморфа — Enteromorpha, Бриопсис — Bryopsis, Кодиум — Codium, Каулерпа — Caulerpa, Хара — Chara, Нителла — Nitella болып табылады.
Жасыл балдырлар — алуан түрлі түр өкілдерінен тұрады, олардың 5700 түрлері бар. Бұл топқа бірклеткалы және көпклеткалы балдырлар жатады. Бірклеткалы жасыл балдырлар планктон құрамына кіреді, сол себепті су түбінің гүлдендіреді. Ең көп таралған Ульва, мыстың органикалық қосылыстарына, Е витаминіне ол В витаминіне және темірге бай. Кодиум – гетерополисахаридтер сульфаттарының аниондарын, мысалы кодиавален синтездейді, ал олар өз кезегінде белоктар мен минералды заттармен байланысады. Ал бұл қосылыстар косметологияда бетке ылғалдық беру үшін қолданылады. Жасыл балдырлар:
• В тобының витаминдеріне;
• Антиоксиданттарға бай , сонымен қатар, жасартқыш эффектіге ие.
Жасыл балдырлардың ең танымал өкілі – теңіз салаты (Ulva) [3,4]. Кодиум (Codium) белок пен минералдар алмасуына қажетті заттарды синтездейді. Теңіз шашы (Enteromorpha compressa) балдыры көп мөлшерде тұздарға, белокка бай. Бұл балдырлардың мөлшерлері 1 мкм- ден басталып, ондаған сантиметрге жетеді. Хлоропласттарда хлорофилл a мен, каротиноидтар болады. Негізгі бірклеткалы өкілдері хламидомонада мен хлорелла (сурет 1а) [5] .
Хламидомонада - шағын суқоймаларда , қарда және топырақта кездеседі. Ол сопақша, кейде шар тәрізді формалы болады. Оның екі талшығы болады, соның көбегімен ол суда еркін қозғалады.Протопластында бір ядро, хроматофор, қызыл көзшесі (стигма) және вакуолі болады [6]. Жасыл балдырларда барлық май қышқылдарының 80 % алмаспайтын амин қышқылдары, олар простагландин туындылары болып табылады , олар өз кезегінде өте жоғарғы биологиялық активтілікке ие, жануарларда гормондық регуляция, физиологиялық процестерге ықпал ету және гомеостазды реттеуге қатысады. Полиқанықпаған май қышқылдары, мысалы, арахидон, линоль, линолен қышқылдары алмаспайтын май қышқылдар жануар организмінде синтезделмейді, бірақ тіршілікке қажетті болғандықтан күнделікті жеммен тәулігіне 2 г түсіп отыруы қажет. Мысалы, хлорелланың макро- және микроэлементті құрамы минералдарға бай, суспензиясының өзінде жалпы саны 650 болатын түрлі заттар табылған. Осылайша, жануарларға суспензия түрінде беру арқылы жануарлар қорегіне қажетті дефицит элементтерді толтыруға болады.Тағы бір мысал, хлорелладан алынған 1 кг арахидон қышқылы әлемдік нарықта 700 мың дол. құрайды [10,11].


а — хламидомонада; б — хлорелла; в — плеврококк; г — спирогира; д — улотрикс; I —қабықша; 2 — ядро; 3 — хроматофор; 4 — вакуолдер; 5 — жарық сезгіш көзше; 6 — споралар; 7 — гаметалар; 8 — зигота; 9 — копуляция; 10 — конъюгация.

1 сурет. Балдырлардың кейбір өкілдері

Хлорелла - олар микроскопиялық балдырлар, шар тәрізді формасы болады. Клеткасы тегіс қабықшамен қапталған, пиреноидты хроматофоры және ядросы болады.олар қозғалмайтын спора (64- жуық) түзу арқылы жыныссыз көбейеді . Тәулігіне балдыр массасы 3—5 есе артып отырады. Осылайша клеткаларда майлар, В, С, К витаминдері жинақталады.Хлорелла белогы клетканың құрғақ массасының 50% сай келеді, барлық алмаспайтын амин қышқылдары түзіледі. Селекционер зерттеушілер хлорелла клеткаларында липид ( 85% жуық) және көмірсу ( 60% жуық) болатын штамды анықтаған. Хлорелла түрлі суқоймаларда, құрғақ топырақта, ағаштар тамырларында кездеседі, қыналар құрамына кіреді. Көп клеткалы жасыл балдырларға улотрикс және спирогира жатады (1 сурет г, д) [7].
Хлорелла 1890 жылы анықталған болатын, оны дат ғалымы
М.У. Бейжерник анықтаған болатын.Бұл атауды гректің “chloros”, сөзінен, сары-жасыл деген мағынада , ал латын тілінде -ella жалғауы — “кішкентай” сөзінен шыққан. Ол фотосинтез процесіне қатысады, осылайша көмірқышқылын өзіне сіңіріп, ауаны оттегіне байытады.Хлорелла ұзақ тіршілік етуші ретінде танымал, ол екі миллиард жыл бұрын пайда болан деседі, бұл фактор оның клеткасының тамаша құрылымен түсіндіріледі. Жасыл балдырлардың денсаулыққа қатысты оң ерекшеліктері бар: хлорофиллдің артық болуы, клетка қабығының табиғаты, бета-каротиннің болуы, нуклеин қышқылының жоғарғы концентрациясы [6,7].
Негізгі маңызды — хлорофилл, оны “жасыл алтын”деп атайды, себебі оның молекулалық құрылымы гемоглобин құрылымына өте ұқсас. Медицинада хлорелла көмегімен қаназдықтың алдын алуға болатыны анықталған, себебі оның құрамында B12 витамині, фолий қышқылы, темір, амин қышқылдары, хлофилл теміріне бай, сол себептен ол қантамырға түсісімен қанды оттегімен байытып, гемоглобинге айналады. Хлорофилл тек бұл қасиеттерімен ғана емес, сонымен қатар, асқорыту жүйесіне тиімді әсер етеді: асқорыту сөлдерінің қалыпты бөлуіне, қабынуды болдырмауға ықпал етеді. Сонымен қатар, хлорофилл жүрек-қантамыр жүйесіне пайдалы және антисептикалық, регенерация қасиетіне қабілетті. Хлорофилл стоматологияда да қолданыс тауып отыр. 40-жылдар ортасында профессор С.Л. Голдберг осы бағалы пигмент көмегімен 300 парадонтозбен ауыратын адамдарды емдеп шықты. Хлорофилл көмегімен тек тіс инфекцияларын емдеп қана қоймайды, стоматиттің алдын алады, тістің қанауын тоқтатады, тіс эмалін қатайтады және тіс ұлпасын жаңартуға себепші бола алады. Хлорелла құрамында спирулина мен люцернамен салыстырғанда хлорофилл 5-10 есе көп. Осылайша оның организмге әсері де көп [6]:
1.Иммундық жүйені нығайту;
2.Инфекциялармен күреуде;
3.Созылмалы панкреатитті емдеуде;
4. Ұлпалар клеткаларының регенерациясында үлкен роль атқарады.
Хлорелла таблеткалары қандағы қант мөлшерін қалыптастырады, адамдардың ауыз иістерін жағымды етеді. Сонымен қатар, хлореллалар диабет әсерінен болатын тері жараларын емдейді.
Клетка қабырғасы материалы ішекке эффективті әсер етеді. Бұл талшықты материал ішек қызметін реттеп, аэробты микроорганизмдердің өсуіне ықпал етеді.Олар сонымен қатар, тік ішектегі токсиндерді шығарушы агент, және де қоршаған ортадан түскен ауыр металдар мен пестицидтерді организмнен шығаруға ықпал етеді. Бета-каротин ісік клеткаларын жойып, иммундық жүйедегі макробактериофагтарды жасап шығаруды жақсартады. Ал Е витаминімен қосылып, басталып келе жатқан ракті жояды. Балдырлар бета-каротині антиісікті эффектісі болады. Бета-каротина мен Е витаминімен қатар, хлореллада B витамині, С витамині, минералдар, мыс, кальций, мырыш, темір, магний және германий бар [8]. Ал нуклеин қышқылы, амин қышқылы, пептидтер (глутатион), витаминдер және қанттар хлорелланың өсу факторы болады. Бұл фактор ДНК-азада өсуді стимулдейтін, антимутациялық процестер мен ұлпалар регенерацияларында және басқа субстанцияларда да жоғары. Осы фактор көмегімен гендік информация хлорелланың бір ұрпақтан екінші ұрпаққа беріледі. Бұл нуклеин қышқылдарының әсері. Қартаю процесінің бір себебі нуклеин қышқылының қызметінің төмендеуі болып табылады. Сол себептен осы қышқылы бар өнімдерді қолдану адамзаттың алдамшы үміті.
Осы фактор қарқынды зерттеле келе, олар микроорганизмдердің , ұсақ жәндіктердің өсуіне , сонымен қатар, балалардың тез әрі дені сау болып өсуіне ықпал етеді [7,8].
Хлорелланың осы басты факторлары организмнің иммундық жүйесіне қолдау көрсетеді. Хлорофилл иммундық жүйені нығайтады, ал хлорелла клеткасының қабығының материалы ішек лимфациттерін стимулдейді. Бұл материал, сонымен қатар, қанды тазартқыш болып табылады, ол органикалық химиялық компоненттерді ішекте ұстап қалады, лимфоциттер мен макрофагтарды стимулдейді, және де вирусқа қарсы белок интерферонды синтездеуіне қатысады.
Хлорелла көптеген бактериялы инфекцияларға қарсы тұра алады, мысалы ішек таяқшасына. Интерферон белогы артрит ауруы кезінде ауруды жеңілдету үшін қолданылады. Себебі артриттің қышқылды ортасын хлорелланың сілтілі ортасымен бейтараптау жүргізіледі.
Хлорелланың өнімдері балдырдың түріне және оның өңделуіне байланысты. Көптеген тәжірибелерде хлорелла арнайы әдістерімен өңделеді. Нәтижесінде клетқа қабығы бұзылып, 80% қоректік заттар организмнің сіңіруіне дайын болады.
Негізгі өкілі хлорелла болып табылатын микроспопиялық балдырлардың болашағы өте зор. Бұл балдырды [7,8]:
• Нақты бір аурумен ауыратын адамдарға;
• Егде тартқан адамдарға;
• Өндіріс ошағының тұрғындарына;
• Ірі қалаларда тұратындарға;
• Темекі шегетіндерге қолдануға ұсынылады.
Бұл балдырдың таң қаларлық биологиялық құрамы, энергетикалық сыйымдылығы, антиоксиданттық құрамы және иммундық жүйені стимулдеу қабілетіне қарай отырып, ол нағыз табиғи емдік зат болып табылады.
Хлорелла — түрлік қорға аса бай емес балдырлар тобы ол Pleurососсасеае Wille тұқымдасына жатады. Ең көп таралған өкілі Chlorella vulgaris , ол суда, лай шалшықтарда, арықтар мен тоғандарда кездеседі, ал Chlorella infusionum су құйылған ыдыстарда, шынылардың ішкі бетінде жасыл түсті қақ түзеді. Хлореллалар жәндіктермен симбиозды құрайды. Брандт және басқа ғалымдары олардың эндогенді шығу тегін анықтады, олардың жәндіктерде кездесетін шартәрізді денешіктердің кездесетінін дәлелдеген. Сонымен қоймай, Брандт оларды балдырлардың ерекше тобына жатқызып, оларға Zoochlorella атауын берген. Зоохлорелланың хлорелладан айырмашылығы (Кесслер, Гаманн, Шевяков, Фаминцын, Бейеринк мен Аверинцев) олар жәндік денесінде де одан тыс та өмір сүріп, тіршілік ете алады. Шартәрізді вегетативті клеткалардың мөлшері 0,0015- 0,012 мм-ге жетеді. Әрбір клеткада гомогенді протоплазма, өте кішкентай ядро, ол гематоксилинмен жақсы боялады, лентатәрізді немесе дөңгелек хроматофор және хроматофор пиреноидтары болады [10].
Хлорелланың көбеюі алдымен хроматофор мен пиреноидтың қайта бөлінуінен басталады, сосын клетканың барлық құрамы 2 ден 16-ға дейін бөлінеді, олар біраз уақыт аналық қабықшамен қоршалып, бөлінгеннен кейін босап, жылдам түрде көлемдері үлкейіп, біраз уақыттан соң дәл сол циклді өзі қайта қайталайды.
Витамакс корпорациясы мынадай биологиялық активті заттарды ұсынады: «Зеленое Волшебство», «Зеленая Защита», «Вита Баланс 2000» [9]. Бұл өнімдерге адам организміне қажетті мөлшерде микроскопиялық балдырлар қосылады. Көптеген жасыл балдырлардың эндогенді және экзогенді токсиндерге қарсы тұру, қабынуға қарсы әсері, антибактериалдық функцияларымен ерекшеленеді.
Хлорелла – әлемнің нағыз ғажайыбы, оның құрамы да бірегей болып табылады. Хлореллаға жануарлар мен өсімдіктер әлемінде тең келетін аналогі жоқ. Оны ойланбастан әлемнің бір кереметі деп атауға болады, және оның ашылуы әлемдік ғылымның дамуындағы үлкен жетістік [10].
Хлорелла өзінің уникалды клеткалық құрылымының арқасында біздің планетамыздағы флора мен фауна атаулысының бүкіл ғұмырының үлкен бөлігін алады. Көпшілік ғалымдарды қызықтыратыны бұл балдырлардың бай құрамындағы биологиялық активті заттар және олардың биомассасы мөлшерінің жоғары болуы. Хлорелла – активті продуцент. Хлорелланың құрғақ массасында [5,10]: 40-55% белок, 35% көмірсулар, 5-10% липидтер, 10% минералды заттар болады. Ал хлорелланың белогында 40 түрлі амин қышқылы бар, оның ішінде алмаспайтын да бар. Витаминдік құрамына байланысты хлорелла барлық өсімдік текті жемдерден және ауыл шаруашылық культураларынан асып түседі. Мысалы, 1 г балдырдың құрғақ массасының өзінде саналуан заттар бар (1 кесте).
1 кесте
Жасыл балдырлардың негізгі
өкілі хлорелланың биохимиялық құрамы [5,10]

Хлорелланың 1г қ.с құрамы Мөлшері, мкг
каротина (провитамина А) 1000-1600
В1 витамині 2-18
В2 витамині 21-28
В6 витамині 9
С витамині 1300-1500
К витамині 6
РР витамині 110-180
Е витамині 10-350
Пантотен қышқылы 12-17
Фолий қышқылы 485
биотин 0,1
лейковорин 22

Жасыл балдырларды түрлі қасиеттеріне қатысты түрлі салаларда қолданады, мысалы ауыл шаруашылығы, медицина, тағамдық өнеркәсіп, парфюмерия, ағын суларды тазалау және т.б. [9,11]. Хлорелланы дамыған.....