Дипломдық жұмыс: Биотехнология | 3 жіпшелі цианобактерия дақылдарын зерттеу

Мазмұны

КІРІСПЕ..................................................................................................... 5
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ....................................................................... 6
1.1 Цианобактериялар, жалпы сипаттамасы................................................. 6
1.2 Техногенді экожүйелерде таралған цианобактериялар ........................ 10
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР.......................................................... 13
2.1 Зерттеу объектілері.................................................................................... 13
2.2 Материалдар............................................................................................. 13
2.3
2.4 Зерттеу әдістері.............................................................................................
Жұмыс барысы.......................................................................................... 14
16
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР....................................................... 17
3.1 Цианобактериялардың белсенді дақылдарын алу таңдау...............................................................................................................
17
3.2
3.3 Цианобактериялардың дамуына мұнайдың әсерін анықтау....................
Цианобактериялардың клетка мөлшерін анықтау....................................
19
22
ҚОРЫТЫНДЫ.................................................................... ........................ 24
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТЕР ТІЗІМІ.......................................... 25

Қазіргі кезде Қазақстан мұнай өндіруші мемлекеттердің бірі болғандықтан, оны өңдеу, тасымалдау кезінде сөзсіз мұнаймен қоршаған орта ластанды. Қазір осы экологиялық проблемаларды шешу ең негізгі шаралардың бірі болып отырғаны анық.
Қазіргі кезде экожүйені тазалауда қолданылатын перспективті әдістердің бірі биотехнологиялық әдістер болып табылады, яғни биопрепараттар негізінде биоремедиациялау.
Биоремидияцияда көбінесе трофикалық дәрежелері әр түрлі аралас дақылдарды қолданылады: фото-, авто- және гетеротрофтар себебі олар ластаушыларға полиспецификалық әсер етеді. Соңғы кездерде мұнаймен ластанған жерлерді тазалау үшін цианобактериялық дақылдарды қолдану туралы жұмыстар шықты, олар өз алдында табиғатта басқа микроорганизмдармен ассоциация түрінде кездеседі. Мұнаймен ластанған топырақта цианобактериялардың тіршілік етуі туралы мәліметтерді көптеген ғалымдар келтіреді. Бұның мәні цианобактериялардың көмірсутек тотықтырушы бактериялардың мутуалисті байланысы мен жоғарғы дәрежеде бейімделгіштігімен түсіндіріледі.
Табиғатта цианобактериялар микроорганизмдармен консорциум түзеді,әртүрлі сыртқы қолайсыз жағдайлардан осы организмдердің кооперациясы қорғайды. Ассоциаиялардың бұлай болу себебі тікелей цианобактериялардың сонымен қатар олардың серіктес бактерияларына да байланысты. Осындай қосылыс түрінде болуы бұлардың адаптациялық ерекшеліктеріне әсер ететін болар.
Микроорганизм штамдарының ішінде перспективтілердің бірі болып ластанған экожүйелерден бөлініп алынған түрлері екені анықталды.
Көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған экосистеманы қалпына келтіру процестерінде маңызды рөл атқарады. Қазіргі таңда экосистеманы көміртек көзі ретінде органикалық ластаушыларды қолданатын микроорганизмдер арқылы биологиялық тазалау әдісі тиімді болып табылады. Ферменттер арқылы катализденетін бірқатар реакциялардан кейін ксенобиотиктер клетканың негізгі метаболизміне еніп, қосылыс молекуласындағы кейбір көміртектер биогенді қосылыстардың синтезіне жұмсалады да, қалған бөлігі микроорганизмдерге қажетті энергия беріп көмірқышқыл газына дейін тотығады .
Сондықтан қазіргі кезде қоршаған ортаны тазалау үшін мұнайтолерантты цианобатериалдық дақылдарды алу актуалды және маңызды болып саналады.

1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ

1.1 Цианобактериялар, жалпы сипаттамасы

Цианобактериялар микроәлемде уникалды болып саналады, себебі олардың қауымдастықтары барлық алты континентте табылған, олар әр түрлі бірклеткалы, колониалды, жіпшелі формалы организмдер. Олар тірі организм ішіндегі ең көне организмдерге жатады, себебі қазіргі кезде цианобактерияларға ұқсас организмдер қалдықтары строматолиттер арасынан осыдан 3 миллиард жыл бұрын өмір сүрген түрі табылған.
Цианобактериялар ағаштардың қабығында жартас пен тастардың арасында тіршілік ете алады. Цианобактериялар топырақта жүретін процестерде маңызды рөл атқарады және топырақ микроорганизмдерінің негізгі қауымдастықтары болады. Топырақта көбінесе Anabaena, Nostoc, Calotrix туыстары кездеседі. Азотфиксациялайтын түрлері топырақты азотпен байытады. Күріш алқаптарында цианобактериялар көп кездеседі. Кейде цианобактерияларды макробалдырлардың, жоғарғы сатыдағы өсімдіктердің, планктондардың бетінде кездестіруге болады.
Цианобактериялардың тірі табиғат жүйесіндегі орны ұзақ уақыт белгісіз болған. Әр әдебиет көздеріндегі авторлар оларды әр түрлі атаған: цианей, цианобионттар, цианофиттер, цианобактериялар, цианеллалар, көк-жасыл балдырлар, цианофицей /4/. Көп жылдар бойы олар төменгі сатыдағы өсімдіктер тобы ретінде қаралған. XIX ғасырда цианобактериялардың систематикасы бірінші рет қарастырылған. Тек XX ғасырдың алпысыншы жылдары прокариот пен эукариоттардың клетка құрылысындағы айырмашылық белгілі болған кезде К. ван Ниль мен Р.Стейниер цианобактериялар тірі организм жүйесіндегі орнын анықтау туралы ойды қайта қарастырған. Цианобактериялар клеткасының цитологиясын жаңа әдістермен зерттеу кезінде, бұл организмдер прокариоттарға жататындығы дәлелденген. Осыған байланысты Р.Стейниер «көк-жасыл балдырларды» «цианобактерия» деген терминмен алмастыруды ұсынған /3/.
1936 ж. шыққан А.А. Еленкиннің жүйесі қазіргі күнге дейін сақталған, себебі гидробиологтар мен микропалеонтологтарға осы жүйемен жұмыс істеуге ыңғайлы болып келеді. Осы себептен Халықаралық бактериялық кодекс номенклатурасы - ХБКН (International Code of Nomenclature of Bacteria) пайда болған. 1978 жылы фототрофты бактериялардың Халықаралық бактериологиялық жүйесінің комитеті бойынша цианобактерияларды «Халықаралық бактериялық кодекс номенклатурасына» енгізуді ұсынған.
Уиттэйкердің жүйесі бойынша бес әлемнің ішіндегі цианобактериялар Monera патшасына жатқызылған. Тахтаджянның (1973) жүйесі бойынша олар Procaryota патшаүстілік, Bacteriobiota патшасына жатқызылған. Бірақ 1977 жылы А.Л.Тахатжян цианобактерияларды Mychota патшасына, цианей немесе көк-жасыл балдырлар патшалық үстіне, Cyanophyta бөліміне жатқызған. Маргелис пен Шварц класификациясы бойынша бес патшалықты систематикада цианобактериялар Procaryotae патшасына кіреді. Кавалер-Смит алты патшалық систематика бойынша Cyanobacteria бөлімі Procaryota империясына, Bacteria патшасына, Negibacteria патшалық үстіне жатқызылған /4/.
Қазіргі микроорганизмдердің классификациясына келесі иерархиялық таксондар кіреді: домен, филум, класс, рет, туыс, тұқым, түр. Осы иерархия бойынша цианобактерия Bacteria доменіне, Cyanobacteria B10 филуміне жатады және бес секцияға бөлінеді. National Center for Bioteсhnology Information (NCBI) Taxonomy Browser (2004) систематика бойынша цианобактериялар Cyanobacteria типіне және Monera патшасына жатады .
Өткен ғасырдың жетпісінші жылдары К.Вёзе барлық организмдерді бір кіші рРНК гені бойынша белгілеу негізінде филогенетикалық класификациясын ұсынған. Осы класификация бойынша цианобактериялар 16 S рРНК-ға және Eubacteria патшасына енгізілген. Біраз уақыттан кейін (1990) Вёзе бұл патшаны Bacteria ретінде, және барлық организмдерді үш патшаға - Bacteria, Archaea, Eukarya бөлген.
«Берджи бактериялық анықтағышы» бойынша барлық ядросыз организмдер Procaryotae патшасына жатқызылған, ал ол өз кезегінде төрт бөлімге бөлінген: цианобактериялар – Gracilicutes бөліміне, Oxyphotobacteria класына, Cyanobacteriales қатарына жатқызылған /4/.
Цианобактерияның клеткасын оптикалық микроскоп арқылы қарағанда, цитоплазма қаппен қапталған, вакуолі жоқ, перифериялық бөлімі (хроматоплазма) боялған және ортасы (центроплазма) түссіз болып келеді. Хроматоплазма мен центроплазманың арасында қатты шекара жоқ. Центроплазмада ДНҚ орналасқан, оны клеткалық гомолог ретінде қарастыруға болады, бірақ ядролық қабық пен ядрошық болмайды. Соған қоса, цитоплазмада қосымша қор заттары (гликоген, волютин, цианофицинді тұқым) болады және жиі – газдарға толған қуыстар, құрамы бойынша ауаға жақын, - газды вакуольдер, немесе псевдовакуольдер болады /3/.
Цианобактерияларды электрондық микроскоппен қарағанда, келесі құрылысқа ие екендігі анықталған. Клеткалық қабырға анық төрт қабаттан тұрады. Оларды L1, L2, L3, L4 деп белгілейді. Цитоплазмалық мембрананың сыртында электронды – мөлдір L1 қабаты, одан кейін муреиннен тұратын электронды - тығыз L2 қабаты орналасқан . Ол қабырғаның механикалық тұрақтылығына жауапты. Бұл қабат клеткалық қабырғаның 22-52% құрайды. Ол N-ацетилглюкозамин және N-ацетилмурам қышқылының қалдықтары 1,4-β-гликозидтік байланысымен байланысып тізбек құрайды. L3 қабаттың табиғи құрамы белгісіз. Бұл қабатта қатты субстраттың үстімен жылжуға көмектесетін трихом мен фибрилл қатарлары кездеседі. L4 қабаты 7,5-12 нм. Фиксация әдісін қолданған кезінде үш қабатты мембрана байқалады. Оның негізгі компоненті липополисахарид немесе антиген. Бұл төрт қабат барлық цианобактерияларда болады, бірақ кейбір түрлерде қосымша қабат пайда болуы мүмкін /11/.
Цианобактериялардың барлығы шырыш бөледі. Шырыштың бөлінуіне қарай шырыш,шырышты қабықша және шырыш үлкен мөлшерде болғанда оны капсула(қап) деп атайды.. Қаптың құрамы және құрылысы әртүрлі болып келеді. Кейбір қаптар клеткадан жеңіл жойылады, ал кейбір цианобактерияларда қаптар тығыздау болады. Кейде қаптар гомогенді құрылым ретінде болады, бірақ көбінесе фибриллярлы құрылым ретінде болады /8, 9/. Шырыш клеткада қорғаныштық қызмет атқарады,қозғалуға көмектеседі сонымен қатар кебуден сақтайды .
Кейбір цианобактерияларда көбею эндоспора арқылы жүзеге асады. Клеткалық қабырғаның қатысуынсыз аналық клетканың құрамының бөлінуіне - спорангия - спораның құрылу процесі жүреді деп саналады. Осындай клеткалардың бөлінуі спорангия қабығы еріп немесе жыртылу нәтижесінде көп ұсақ клеткалар бөлініп шығуы арқылы жүреді.
Цианобактериялардың фотосинтетикалық аппараты күрделі жүйе тилакоидтан құралған - тегіс мембранамен қоршалған «дисктен» тұрады және олардың тилакоидтары топ құрамайды. /5/. Клеткадағы хлорофилл мен каротиноидтар тилакоидтардың мебранасында орналасқан. Хлорофилл А мен каротиноидтан басқа, суда еритін фотосинтетикалық фикобилинді пигменттер - аллофикоцианин, фикоцианин, фикоэритрин кездеседі. Олар қосымша пигменттер ретінде кездеседі, бірақ жарықты сіңіруде олар үлкен рөл атқарады. Қосымша пигменттер гранула формасында – фикобилисома - тилакоидтардың үстінде орналасқан. Ядролық қабықшасы болмайды және нуклеоплазмада ДНҚ фибриллалары орналасқан,гистон болмайды.
Тилакоид пен нуклеоплазмасы жоқ цитоплазмада рибосомалар мен қосымша заттар: гликоген, волютин, цианофицинді түйіршіктер орналасқан. Түйіршіктер сопақша немесе бұрыс формалы болады. Олар минералды қышқылдарда ериді, пепсинмен немесе панкреатинмен өңдегенде бұзылады. /7/. Гликоген клеткада түйіршік ретінде жиналады. Олар сопақ немесе ұзын форма болып келеді. Волютин клетканың ортасындағы полиэдралді денешіктердің және ДНҚ-ның жіпшелерінің жанында кездеседі .
Цианобактериялар мен бактериялардың өзара пайдалы әсер етуі туралы мәліметтер көптеген жұмыстарда келтірілген. Микроорганизмдердің қауымдастықтарында цианобактериялардың метаболизмінің әр түрлі өнімдерін (полипептидтерді, полисахаридтерді, ауксиндері, антибиотиктерді, витаминдерді, аминқышқылдарды) гетеротрофты микроорганизмдер пайдаланады, сонымен қатар цианобактериялар шырышты қабаттарында суды сіңіріп, серіктес микроорганизмдерді кеуіп кетуден сақтайды /2/. Өз кезегінде, микроорганизмдер цианобактерияларды көмірқышқылмен, витаминдермен қамтамасыз етеді, күрделі органикалық заттарды ыдыратып, фотосинтез процесінде бөлінген оттегіні сіңіреді. Цианобактериялар бөлетін өнімдерді серіктес бактериялар қолдана алатындығы микрорадиотография әдісімен дәлелденген /10/.
Көптеген авторлардың зерттеулері бойынша, микроорганизмдер қауымдастығы Azotobacter, Azomonas, Thicapsa, Chlorobium, Pseudomonas, Aeromonas, Beijerinkia, Agrobacterium, Flavobacterium, Acinetobater, Nitrozomonas, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Klebsiella, Bacillus, Arthrobacter, Cellulomonas, Bacterionema, Rhodococcus, Mycobacterium, Candida, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Alternaria, Rhizopus, Cladosporium, Trichoderma, Micromonospora және цианобактериялар мен балдырлар кездесуі мүмкін /15/.
Жабындылардың микробиологиялық зерттелуі барысында анықталғандай, қауымдастықтың пішінтүзуші компоненті глипокаликс түзуші цианобактериялар. Олар, негізінен, шырышқа енгізілген талшық түріндегі жіпшелі формалар және хаотикалық тәртіпсіз өрілген трихомдар, бір клеткалы цианобактериялар және басқа бактериялар. Цианобактериалды жабындылардың негізгі қасиеттері олардың көпқабатты құрылымы және қабаттарда микроорганизмдердің функционалды топтарының тігінен таралып орналасуы. Біздің зерттеулеріміз мұның бәрін растайды. Бөлініп алынған жабындыларда көпқабатты құрылым жай көзбен де, микроскопиялық түрде қарағанда да байқалды. Цианобактериялардан басқа, барлық зерттелген қауымдыстықтардың оксигенді аумағында азотфиксациялаушы және нитрофиксациялаушы бактериялар; екінші қабатын сапротрофтар, түссіз және аноксигенді фототрофты бактериялар, негізінен пурпурлы, анаэробты аумақта сульфат редукциялаушы бактериялар болатындығын микробиологиялық зерттеулер көмегімен анықталды /16/.
Ортаның физико-химиялық параметрлерінің өзгеруіне өте тез жауап беретін және ерекше физиологиялық өзгергіштігі бар Phormidium туысына жататын цианобактериялар барлық жинақы культураларда негізгілері болатындығы анықталды. Гидрохимиялық көрсеткіштерінің тарлау спектірінде жинақы культураларды Synechocystis sp., Synechococcus sp. бірклеткалы цианобактериялар дамиды.
Табиғи экстремалды тіршілік ету ортасымен салыстырғанда, техногенді су қоймаларда стратифицирленген жабындылар анықталды, цианобактериялар оларда пленкалар мен өсінділер түзеді. Бөлініп алынған қауымдастықтар қоректі ортамен ерітілген су қойма суының жиынтық культураларда стратифицирленген жабындыларды 3-4 ай дақылдаудан кейін түзеді /13/.
Цианобактериялар табиғи ортада монодақыл ретінде көп кездеспейді, олар басқа цианобактериялардың түрімен, микробалдырлармен, бактериялармен, микромицеттермен қауымдастық құрып тіршілік етеді. Цианобактериялар бөліп шығаратын клетка сыртындағы полимерлі заттар үлкен рөл атқарады. Олар ассоцианттарды кебуден, улы заттардан сақтап, пана ретінде қызмет атқарады.
Сонымен қатар цианобактериялар бөлген органикалық заттарды бактериялар қолданады, ал бактериялардың метаболизм процесі негізінде пайда болған СО2-ні цианобактериялар қолданады /17/.
Бактериялар мен цианобактериялардың арасындағы қарым-қатынастарға әсер ететін факторлар туралы бірнеше көзқарастар бар. В.Д.Федоров және басқалар (1962) бактериялардың өсуі органикалық заттармен стимульденеді, ал одан кейін цианобактериялармен бөлінген антибиотиктермен басылады деп санайды. А.Х.Тамбиев және басқалар мұхит балдырлардың экзометаболиттерін химиялық әдіс арқылы зерттеу кезінде, логарифдік фазада қышқылдық қасиеті жоғары екендігін көрсеткен, ал ол стационарлы фазада антиқышқылмен алмасқан /9/.
Жалпы ағын суларды тазартуда цианобактериялардың жағымды ролін бірнеше маңызды факторлардың әсері анықтайды: 1) фотосинтетикалық аэрация арқасында оттекті режимді жақсарту; 2) су микрофлорасының ....