Биоәртүрлілікті сақтау — адамзаттың қазіргі және болашақта шешуі тиіс негізгі міндеттерінің бірі. Адамдардың өнеркәсіп төңкерісіне дейінгі соңғы бірнеше мың жыл ішінде табиғатты қалай сақтай алатындығы адамның түр ретінде өмір сүруіне байланысты. Адамның іс-әрекеті өзінің даму тарихында алғаш рет оның өмір сүруіне қауіп төндіре бастады.
Жобаның маңыздылығы:Климаттың, фауна мен флораның күрт өзгеруі, түрлердің жойылуы миллиондаған адамдардың өміріне әсер етері сөзсіз. Өйткені адам табиғаттан тыс өмір сүре алмайды. Ол оның құрамдас бөлігі болып табылады және жер шарының қалған тұрғындарымен бірге табиғаттағы заттардың айналымына қатысады. Егер адамдар планетаны құтқаруды, қорғауды қолға алмаса, адамзат жақын арада құрдымға кетеді. Қазірдің өзінде бір кездері құнарлы жерлер мен адам өтпейтін ормандардың орасан зор аумақтары шөлге айналды. Биоәртүрлілікті сақтау қажеттілігі соңғы кезде, адам әрекеті түр ретінде өзіне қауіп төндірген кезде пайда болды.
Биоәртүрлілікті және соның ішінде жеміс-жидектің генофондын сақтап қалу әлемдегі және еліміздегі өзекті мәселелердің бірі.Мәселені шешудің бір жолы мектеп оқу бағдарламасына жеміс-жидек генофондын сақтаудың биотехнологиялық әдістерін енгізу. Бұл біріншіден жас ұрпақтың ғылымға деген құлшынысын арттырады,екіншіден ауыл шаруашылығының дамуына және еліміздің экономикасының дамуына елеулі үлес қосады.
Зерттеу жұмысында оқушыларға жеміс-жидек генофондын сақтаудың биотехнологиялық әдістері криоконсервация мен in vitro-і таныстырылды.
Мақсаты: Білім алушыларға жеміс-жидек генқорын сақтаудың биотехнологиялық әдістерімен таныстыру.
Түйін сөздер : жеміс-жидек дақылдары,генофонд,биотехнология,оқу бағдарламалары,зерттеу,криконсервация,in vitro.
Сохранение биоразнообразия является одной из ключевых задач, стоящих перед человечеством сегодня и в будущем. То, как людям удалось сохранить природу за последние несколько тысяч лет до промышленной революции, зависит от существования человека как вида. Впервые в истории развития человечества деятельность человека стала угрожать его жизни.
Значение проекта: Экстремальные изменения климата, фауны и флоры, вымирание видов повлияют на жизнь миллионов людей. Потому что человек не может жить вне природы. Он является ее неотъемлемой частью и участвует в обмене веществ природы вместе с остальной планетой. Если люди не смогут спасти планету, человечество скоро будет обречено. Когда-то огромные площади плодородных земель и непроходимых лесов были пустынны. Необходимость сохранения биоразнообразия возникла недавно, когда деятельность человека представляла угрозу самому себе как виду.
Сохранение биоразнообразия, в том числе генофонда плодов, является одной из наиболее актуальных проблем в мире, одним из путей решения которой является внедрение в школьные программы биотехнологических методов сохранения генофонда плодов. Это, во-первых, повысит энтузиазм подрастающего поколения к науке, во-вторых, внесет весомый вклад в развитие сельского хозяйства и развитие экономики страны.
В ходе исследования студенты были ознакомлены с биотехнологическими методами сохранения генофонда плодов, криоконсервацией и in vitro.
Ключевые слова: плодовые культуры, генофонд, биотехнология, учебные программы, исследования, сохранение криконсервация, in vitro.
Жобаның мақсаты білім алушыларға жеміс жидектердің адам өмірінде алатын маңызы мен оны сақтаудың биотехнологиялық жолдарымен таныстыру.Жоба басында ең алдымен оқушылардың жеміс жидектерді сақтаудың қаншалықты маңызды және оның қандай жолдары бар екені туралы білімін тексеру үшін сауалнама алынды. Сауалнамаға Алмалық ауылы мектебінің 10 б сынып оқушылары қатысты.Сауалнама нәтижесінде жемістерді сақтаудың маңыздылығын 30 оқушының ішінен -і 10-ы білсе, сақтау әдісін тек 2 оқушы білген болатын.
Нәтижесінде көріп отырғанымыздай оқушыларға биотехнологиялық сақтау әдістерінің таңсық екенін әлі жетік білмейтінін байқаймыз.
Жобада мектептегі 2003жыл -2017 жылдар аралындағы оқу бағдарламаларына жасалған зерттеу нәтижелерінде,оқу бағдарламасында биотехнологиялық жолмен жеміс-жидектердің генофонды сақтау туралы сабақ өткізілмейтіні анықталды.
Зерттеу нәтижелері
Жоба барысында оқушыларға жеміс жидектердің генофондын сақтаудың биотехнологиялық әдістері, яғни in vitro және криоконцервация әдістерімен таныстырылды. Осы әдістерге қысқаша анықтама беретін болсақ:
Өсімдіктер әлемін құрып кетуден сақтау екі жолмен мүмкін: in situ, яғни табиғи жағдайда және ex situ — өсімдіктердің генетикалық банкаларында, коллекциялық бақтар мен жидектерде. Өсімдіктердің көптеген түрлерін тұқым түрінде генетикалық банкаларда, төмен теріс температурада сақтауға болады [1].
Алайда, вегетативті түрде көбейетін өсімдіктердің көп мөлшері бар, олар жоғары гетерозиготалы болғандықтан тұқым ретінде сақталмайды. Мұндай өсімдіктерді ұзақ уақыт сақтау үшін криоконсервация қолданылады. Бұл өсімдіктердің вегетативті бөліктерін (бүршіктер, шламдар), сондай–ақ тозаң мен меристемаларды алдын-ала дайындық процедураларынан кейін (өсімдік материалын кептіру және біртіндеп мұздату) сұйық азотқа немесе сұйық азот буына (минус 183–185 ° C температурада) орналастыру.
Өсімдік ағзаларының бейімделу қабілеті әртүрлі температурада көрінуі мүмкін. Сонымен, жемістерді салқындатылған күйде сақтауға дайындау вегетациялық кезеңде жүзеге асырылады және өсу реттегішімен бүршік жару кезеңінде өсімдіктерді өңдеу арқылы жүзеге асырылады [5]. Өсімдіктерді қыста теріс температураға дайындау үшін өңдеу күзде жүзеге асырылады [6], демалу жағдайын тереңдетіп, өсімдіктерге көктемде аяздың оралу қаупін жақсы көтеруге мүмкіндік береді [7]. Бұл жемістердің өсуі мен дамуына және оларды аз шығынмен сақтауға мүмкіндік беретін қорғаныс механизмдерінің қалыптасуына қажетті алғышарттар жасайды [8].Қысқы теріс температураға дайындалған өсімдік тіндерінде эндогендік криопротекторлар мен антиоксиданттар мөлшері артады [9]. Соңғысының арқасында ақуыздардың гидрофильді қасиеттері артады, бұл байланысқан судың үлесін арттырады. Бос су мөлшерінің азаюы аз зақымдалған өсімдіктерге қыста теріс температураның әсеріне төзуге мүмкіндік береді. Қыста зақымдануды азайту ең аз шығынмен сақтауға қабілетті жоғары сапалы дақыл қалыптастыруға жағдай жасайды [10]. Күзгі өңдеумен дайындалған өсімдіктер сұйық азот температурасында криоконсервация жағдайларына жақсы бейімделген болуы мүмкін.
Криоконсервация ультра төмен температураның бақыланатын жағдайларында коллекциялық үлгілердің ұзақ сақталуын қамтамасыз етеді, ал молекулалық маркерлердің көмегімен сұйық азот буларында ұзақ уақыт сақтау кезінде және одан кейін өсімдік ресурстарының генетикалық тұрақтылығына мониторинг жүргізуге болады.
Генофондты in vitro жағдайында мәдениетте сақтау биотехнологияның маңызды жетістігі болып табылады. Бұл тәсіл өсімдіктердің тұқым қуалаушылық негізін өзгертпей, олардың генетикалық коллекцияларын шексіз сақтауға және сақтауға мүмкіндік береді. Әртүрлі жағдайларда қайта себу арқылы гендік коллекцияларды ұзақ уақыт бойы сақтау генотиптердің бір бөлігінің жоғалуына және популяция сорттарының өзгеруіне әкеледі. Мәдени өсімдіктердің бірегей генотиптерін сақтаудың in vitro әдістері (трансгендік өсімдіктер, CMS бар сызықтар, белгіленген изогендік сызықтар және т. б.), сондай-ақ Қызыл кітапқа енгізілген өсімдіктер ерекше қызығушылық тудырады.
Гендік жинақтарды сақтауда in vitro әдістерін қолданудың екі тәсілі бар. Біріншісі өсімдіктерді өсіру кезінде өтуді ұзартуға негізделген. Дақылдардың баяу өсуін қамтамасыз ететін жағдайларда трансплантациялар арасындағы аралық 12 айдан 4 жылға дейін жетуі мүмкін. Баяу өсуді қамтамасыз ететін әдістер температура мен жарықты азайтуға, ортаны өзгертуге, әсіресе осмостық агенттерді немесе тежегіштерді қосуға, тіндерді сусыздандыруға және газ ортасының модификациясына негізделген. Әртүрлі дақылдар үшін осы процедуралардың модификациялары қолданылады. Р. Г. Бутенко, 4000–5000 люкс жарықтандыру қарқындылығымен төмен оң температура (1–100 С) жағдайында коллекцияларды орналастыру арқылы өту ұзақтығын 6–24 айға дейін ұзартуға болады. Бұл жағдайда температураны таңдау зауыттың суыққа төзімділігіне байланысты. Мысалы, картоп коллекциясын сақтау үшін 100 C температураны, алма ағаштарын -1 0 C температураны пайдалануға болады. Өсімдіктердің in vitro өсуін де қоректік ортаға осмостық агенттерді (маннитол және сорбит) қосу арқылы баяулатуға болады. сахарозаның концентрациясы, немесе ортаға өсу ингибиторларын қосу (малеин қышқылы гидразиді, абсцизин қышқылы және т. б.) Соңғы уақытта өсімдіктердің өсуін тежеу үшін олар атмосфералық қысымның төмендеуін (0,04 мм сынап бағанасына дейін) және гипоксияны (болмауы) қолдана бастады. оттегі). Гипоксия 90 % азот пен 10 % оттегі қоспасын қолдану арқылы жасалады (Бутенко, 1990). Климаттық камералардың шағын алаңында көп пробиркаларды орналастыру арқылы кең гендік жинақтарды сақтауға болады. Мұндай материал гендік банктер арасында алмасуға ыңғайлы. Дегенмен, ұзақ субкультуралау кезінде генетикалық ауытқулардың пайда болуы, сондай-ақ морфогенетикалық потенциалдың өзгеруі жоққа шығарылмайды.
Гендер коллекциясын in vitro сақтаудың анағұрлым жетілдірілген әдісі сұйық азотта -196 0 С температурада криоконсервациялау (мұздату) болып табылады. Бұл температурада жасушаның бөлінуі және зат алмасу процестері тоқтап, өсімдік материалы шексіз уақыт бойы сақталуы мүмкін. Сақталатын материал көп орын алмайды, генетикалық жағынан өзгермейді және қоздырғыштармен зақымданбайды.Осылайша меристемалар мен өркен ұштарын, протопластарды, жасуша суспензиясын, эмбриондарды, тозаңдарды, тұқымдарды сақтауға болады. Терең тоңазыту — сақтау — еріту — бірқатар қадамдардан тұратын күрделі экстремалды процедура. Жасушалардың ерекшелігі (үлкен мөлшері, күшті вакуолизациясы, судың көптігі) мұздатуды қиындататындықтан, жасушаның белгілі бір түрі үшін әрбір кезеңді оңтайландыру және жасушаны дайындау, криопротекторларды, зақымдануды азайтатын заттарды таңдау қажет. осмостық кернеудің, сондай-ақ түзілу кезіндегі механикалық зақымданулардың және мұз кристалдарының өсуінің ерекше маңызы бар. Тиімді болудан басқа, криопротекторлар улы болмауы керек. Жасушаларға енетін ең жиі қолданылатын заттар диметилсульфоксид (DMSO), глицерин, сонымен қатар енбейтін жоғары молекулалық заттар — криопротекторлар — поливинилпирролидон, декстран, полиэтиленгликоль. Жасушаларды зақымданудан қорғау үшін оларды осмотикалық белсенді заттармен алдын ала өңдейді — маннитол, сорбит, пролин және т. б.
Өсімдіктерді сұйық азотта сақтауға өсімдіктің 80-нен астам түрі үшін әзірленген. Өсімдік тұқымын мұздату техникасының екі негізгі тәсілі бар. Классикалық тәсіл (баяу мұздату) температураны төмендету процесінде жасушаларды сусыздандыруға негізделген. Бұл жағдайда өсімдік материалы бақыланатын 0,1–40 С/мин жылдамдықпен -400 С температураға дейін мұздатады, содан кейін сұйық азотта жылдам салқындатылады. Материал мұздатылған ортаға криопротекторлар қосылады. Классикалық технология әдетте жасуша мәдениетін мұздату үшін қолданылады. Оның ұшы мен эмбриондарға қолданылуы қиын. Әдістің кемшілігі — қымбат мұздату жабдықтары.
Соңғы жылдары дамыған екінші әдіс — қысқа мерзімді мұздату. Бұл әдіс өсімдік шикізатын сұйық азотқа батыру арқылы алдын ала өңдеуге негізделген. Алдын ала емдеу жасушаларды зақымдайтын жасушааралық мұздың пайда болуын болдырмауға бағытталған. Бұл техника бағдарламаланатын мұздатуды қажет етпейді, бұл жабдықтың құнын төмендетеді. Сонымен қатар, өсімдік материалы үлкенірек болуы мүмкін. Алдын ала өңдеу өсімдік түріне байланысты және әртүрлі әдістерді қамтуы мүмкін: криопротекторлар мен сахарозаның жоғары мөлшері бар ортада материалды бірнеше аптаға дейін алдын ала өсіру, криопротекторлармен қысқа мерзімді өңдеу және т. б.Жемістер тұқымы шексіз сақталады. Мысалы, Ресей ғылым академиясының өсімдіктер физиологиясы институтының криобанкінде 20 жылға жуық сақталған сәбіз жасушалары, 10 жылдан астам картоп меристемалары және т. б. Меристемадан өсімдіктердің регенерациялануы және олардың кейінгі талдауы алынған мәліметтерді көрсетті. материалдың түпнұсқадан еш айырмашылығы жоқ. Материал 40–60 0 С температурада тез ерітіледі.
Гендік жинақтарды жүргізуге арналған in vitro технологиялары гендік банктерде кеңінен қолданылады. ФАО деректері бойынша дүние жүзінде 37 600 қосылу in vitro жағдайында сақталады, генбанктер мен қосылулар саны жыл сайын артып келеді.
Сабақ барысы Алматы облысына қарасты Алмалық ауылындағы лабораторияда жүргізілді. Практика барысында оқушылар лабораториядағы құрал-жабдықтармен және жеміс жидектердің генофондын сақтаудың биотехнологиялық әдістері криконсервация және in vitro-мен,төменде берілген Алмалық ауылдық лабораториясында сақталынатын жеміс-жидектердің бірнеше сорттарымен таныстырылды.
Алма сорттары
Дочь Папировки . Сорт Самара бағбандық тәжірибе станциясында анис скарлетка және папировка сорттарын будандастыру арқылы шығарылды.. Лаборатория жағдайында ағаш биік, кең пирамидалы, тығыз жапырақты тәжі бар, қыста өте төзімді. Сорт ерте өседі (отырғызғаннан кейін 3–4 жыл жеміс береді). Жемістер дөңгеленген немесе жалпақ домалақ, салмағы 86–94 г, бір өлшемді. Сыртқы түсі ақшыл-сары, кейде алтын реңкті. Целлюлоза ақшыл, папировка сортына қарағанда тығыз және шырынды, тәтті-қышқыл дәмі тамаша, ұнтақты болмайды (дәмді бағалау ұпайы 4 балл). Жемістер 5–15 тамызда піседі.
Пеструшка. 1947 жылы Алматыдан әкелінген белгісіз шығу тегі сорты. ЗБГ жағдайында ағаш күшті, кең дөңгелек, жайылған тәжі орташа тығыздықтағы, қыста төзімді. Ол отырғызылғаннан кейін 5 жылдан кейін күшті тамыр сабақтарында жеміс бере бастайды. Жемістер кең конустық, сары түсті, ашық қызыл қызғылт түсті, жемістің бүкіл бетіне дерлік кең жолақтар түрінде, салмағы шамамен 120 г, шырынды хош иісті целлюлоза, жақсы қышқыл-тәтті дәмі бар (дәмді бағалау ұпайы 4 балл), тамыз айының бірінші жартысында піседі.
Заилийское . Сорт Қазақ жеміс-жидек және жүзім шаруашылығы ғылыми-зерттеу институтында өсірілді. Апорт пен Ренет Бурчардтың гибриді болуы мүмкін. Лабораторияда 2001 жылдан. Ағаш орташа өлшемді. Қысқы төзімділік орташа (ЖБС-да ол қатал қыста қатып қалады, содан кейін тәжді қалпына келтіру). Жемістер жалпақ дөңгелек, кейде дөңгелек конустық, сары түсті жолақ қызарған, салмағы шамамен 180 г, дәмі ерекше (дәмді бағалау баллы 4,6 балл).
Сабақ соңында оқушыларға quizzlet қосымшасында өтілген тақырыпты нақтылау үшін сұрақ-жауап берілді.
Жоба соңында оқушылардың жеміс жидекті сақтаудың биотехнологиялық әдістері туралы білімін тексеру үшін қайта сауалнама алынды.Нәтижесі төменде:
Қорытынды
Зерттеу нәтижелері бойынша келесі ұсыныстар мен қорытындылар жасауға болады:
Тіршілік формаларының алуан түрлілігін сақтау қазіргі адамзат алдында тұрған ең маңызды мәселе болып табылады. Г.Гаузе қауымдастықтың тұрақтылығы неғұрлым жоғары болса, оны құрайтын түрлердің саны да көп болатынын да дәлелдеді. Сондықтан биологиялық әртүрлілікті сақтау — жер бетіндегі тіршілік тұрақтылығының бірден-бір механизмі.
Сонымен қатар, планетамыздың өсіп келе жатқан популяциясын тамақтандыру үшін ауылшаруашылық өсімдіктерінің жаңа, өнімдірек сорттарын жасау қажет және сәтті селекция үшін жаңа көздерден гендердің тұрақты ағыны маңызды. Генетикалық материалдың дәстүрлі көзі жеміс-жидек түрлері болып табылады. Алайда, қалалардың кеңеюіне, ауылшаруашылық жерлеріне, ормандардың кесілуіне, қоршаған ортаның нашарлауына байланысты бұл түрлер бірте-бірте азаюда және олардың көпшілігі жойылу алдында, сондықтан генофондты сақтап қалу өте маңызды. Бұл мәселені шешудің бір жолы жастарымызды ерте кезеңнен ғылымға баулу және осындай ғылыми жобаларды мектеп бағдарламасына енгізу.
Зерттеу барысында биология сабағында лабораториялық және практикалық сабақтарды көбейту оқушының сабаққа деген қызығушылығы едәуір артатындығы байқалды.
Әдебиет:
- Дзюбенко Н. И. Вавиловская коллекция культурных растений; история и современность сохранение биотехнологического разнообразия России-основа устойчивого развития и наукоемких технологии. M.: GNU VSTISP RASKhN, 2011. — S. 80–109.
- Высотская О. Н. Криосахранение апексов земляники(Fragaria L.),изолированных из растений in vitro //Плодовотство и ягодство Росиии, 2011. — T. KhKhVI. — S. 138–144.
- Forsline F. et. al. Recovery and longevity of cryopreserved dormant apple buds // Amer. Soc. Hort. Sci., 1998. — V. 123, no. 3. — pp. 365–370.
- Киселева А. А.,Вержук В. Г., Савелев Н. И., Дорохов Д. С., Желтиков Ю. В., Еремина О. В., Потокина Е. К., Дзюбенко Н. И., Методы мониторинга генетических стабильности плодовых культур в условиях криоконсервация// Tr. po prikl. bot., gen. i sel. — SPb, 2012. — T. 169. — S. 280–288.
- Вержук В. Г., Тихонова Н. Г., Жестков А. С., Жизнеспособность пыльцы плодовых культур после низкотемпературного хранение и криоконсервации//Проблем кроибиологии, 2005. — T. 15. — № 3. — S. 302–305.
- Roberts Н. Problems of long-term storage of seed and pollen for genetic resources conservation // Grop Genetic Resouces for Today and Tomorrow: Cambridge University Press, 1975.
- Larkin P. Y., Scowcroft W. R. Somaclonal variation — a novel source of variability from cell cultures // Theor. and Appl. Genet. 1981. МбО.
- Вечерпина Н. А.. Таварткиладзе О. К. Культура in vitro Stevia rebaudma Bert. //. Барнаул. 1996.
- Таварткиладзе O. K., Бечернина Н. А. Методы in vitro для размножения и сохранения Fritillaria meleagris L. и Fritillaria verticillata Wild. // Флора и растительность Алтая. Барнаул, 1996.
- Таварткиладзе O. K., Вечернина Н. А. Размножение и длительное хранение Fritillaria meleagris L. in vitro // Тез. докл. VII Между нар.
