2.7 Топырақ биотасын зерттеу әдістері

Топырақта мекен ететін ағзалар мөлшері, трофикалық байланысы және таксономиялық орналасуы бойынша әртүрлі. Бұл топырақ биотасын зерттеу үшін қолданатын әдістердің көптүрлілігіне тікелей байланысты. Микробиология, зоология, ботаника, альгологияда қолданылатын әдістерінен басқа, топырақ тіршілік ортасы екендігін ескере отырып, топырақ ағзаларын зерттеу үшін арнайы әдістер бар. Топырақ ағзаларын зерттеудің экологиялық әдістері топырақ биологиясының экологиялық аспектісін зерттеуге арналған. Топырақты мекен ететін, микроскопиялық әлем өкілдерін зерттеу үшін жалпы микробиологиялық әдістемелер қолданылады: қоректік ортаны дайындау, стерилизация, оптикалық микроскоппен жұмыс, топырақтағы микроағзаларды табу және сандық есебін жүргізу, бөліп алу, отырғызу және микроағзаларды идентификациялау.

Микроағзаларды өсірумен байланысты кез келген жұмысты зерттеу үшін дайын қоректік орталар қажет. Қоректік ортаның қажеттілігіне қарай топырақты мекендейтін микроағзалар көптүрлі болып келеді, сондықтан барлық микроағзалардың өсуі үшін бірдей қоректік орта болуы мүмкін емес. Микроағзалардағы зат алмасудың әртүрлілігіне қатысатын басты элементтер - азот және көміртегі болып табылады.

Құрамына қарай қоректік орталар табиғи және синтетикалық болып бөлінеді. Табиғи қоректік орталарға: сүт, жұмыртқаның ақуызы, жеміс – жидектер, олардың қайнатылған түрлері, қайнатылған ет, балық, ашытқы жатады. Көптеген топырақ бактерияларын өсіру үшін тұз қосылған етке пептон қосып, етпептонды қоректік орталар дайындау керек. Ашытқы және саңырауқұлақ бактерияларын өсіру үшін жүзім және солод суслосы қолданылады. Соңында, құрамында негізгі көміртегі көзі есебінде мальтоза және азоттық заттар мен дәрумендері бар арпалық солодтан дайындайды. Микроағзаларды зерттеудегі табиғи ортаның бірі болып топырақ ортасы табылады. Оларды дайындаудың негізі ретінде топырақ және торф керек. Сонымен қатар топырақты қоректік орта ретінде пайдаланудың бірқатар әдістері бар. Топырақ экстрактары мен кейбір заттардың қосылуынан топырақтан пластинкалар дайындау.

Синтетикалық қоректік орта белгілі бір химиялық заттардан тұрады. Олардың басты бөлігі нақты белгілі болып келеді. Автотрофты микроағзалар үшін бейорганикалық тұздардан құралған ортаны пайдаланады. Синтетикалық ортада гетеротрофты ағзаларды өсіру үшін қант, органикалық қышқыл, крахмал және т.б. қосады.

Топырақ микроағзаларын зерттеуде маңызды орынды С.Н.Виноградскийдің микробиологиялық зерттеуі бойынша элективті орта алады. Олар белгілі бір қызмет атқаратын микроағзалардың ұсақ топтарының дамуын қамтамасыз етеді. Мысалы, целлюлозаны созатын және т.б. Элективті орта микроағзалар түрлерінің қалыпты дамуын әрқашан қамтамасыз ете бермейді. Бұлар керісінше, олардың үстінде өсуге бейім болып келеді. Ал қоректік орталар бөтен микробтардың дамуын қысқартудағы элективті орта спецификалық ағзаларды толық қамтамасыз ете алмауы мүмкін. Бұнымен қоса кейде элективті ортаға дәрумендер, ашытқылы автолизат, етті сорпа сияқты қосымша заттарды үстемелеп қосады.

Физикалық жағдайына байланысты ортаны сұйық және тығыз деп бөледі. Тығыз ортаны дайындауда желатин немесе агар-агар қолданылады. Микробиологиялық практикада С.Н.Виноградский ұсынған кремнезем қышқыл гельді пластинка пайдаланылады. Автотрофтылар үшін қоректік орта дайындауда минералды негіздерден құралған силикагель қолданылады.

Залалсыздаудың негізгі мақсаты заттағы және ортадағы барлық тірі микроағзаларды жоюға бағытталған. Микробиологиялық зертханаларда ортаны залалсыздау, ыдыстар мен құралдарды залалсыздау үшін бу моншасы қолданылады. Шыны ыдыстар мен металл құрал жабдықтарын залалсыздау үшін құрғақ бу, ал ерітінділерді залалсыздау үшін сүзу әдісі қолданылады.

Бумен залалсыздау автоклавта жүргізіледі, онда температура 100°С болу керек. Автоклавта қоректік орталарды залалсыздау үшін 121°С 20 минут ұстау керек. Қанты, сүті, шырыны бар қоректік орталарды залалсыздау үшін 112°С 30 минут кетеді. Топырақты ылғалданған жағдайда 3 рет залалсыздау керек.

Пастерлеу - толық емес залалсыздау - 70°С - та 15 минут, 80°С - та 10 минут уақыт кететін, тез бұзылатын тағамдарды (сүт, шырын, сироп) залалсыздау өткізуге қолданылады. Шыны ыдыстарды және температураға шыдамды материалдарды құрғақ бумен залалсыздайды. Оларды 160°С-та 2-3 сағат кептіру шкафта ұстайды. Отта қыздырып залалсыздау әдісінде металл және шыны құралдарды: ине, ілмек, жабындық және заттық шынылар, колба мойыны, пробиркалар қолданылады.

Фильтрлеп сүзу әдісі ерітінділерді залалсыздаудағы ең көне әдіс болып табылады. Фильтр микроағзаларды олардың матриксіндегі булық құрылымы көмегімен ұстап тұрады. Ерітінділерді залалсыздап сүзу үшін вакуум қажет. Қазіргі кезде ол үшін мембраналық сүзгіні, Зейц сүзгісін, шыны сүзгісін пайдаланады.

Химиялық дезинфекциялық құралдарды қолданылған материалдарды, үстел жабынын, скальпел және т.б. залалсыздау үшін пайдаланады. Орта мен ыдыстар химиялық құралдармен залалсызданбайды, өйткені олардың көбісін залалсыздайтын материалдан жою өте қиын болып табылады. Ұшатын және ұшпайтын дезинфекциялық заттар: лизол және басқа фенольдық қосылыстар, гипохлорид, формальдегид, этилен қышқылы, хлороформ қолданылады.

Химиялық өңдеудің бір түрі антибиотиктер көмегімен залалсыздау болып табылады. Оны бір микроағзаларды жою, ал екіншісін сақтауда пайдаланылады. Сондықтан ерітінді күйіндегі антибиотикті қоректік ортаға немесе егілген материалға қосуымыз қажет. Бұл әдісті топырақтан белгілі бір анықталған микроағзалар топтарын бөліп алу үшін жиі қолданады. Мысалы, саңырауқұлақтар немесе бактериялар.

Қазіргі кезде цитологияның зерттеу тәсілдері мен әдістері әр алуан. Цитологиялық әдістерді оптикалық, цитофизикалық, ультрақұрылымды зерттеу, цитохимиялық, гистохимиялық және т.б. әдістерге топтастыруға болады. Жасуша органоидтарының құрылысы, ультрақұрылымы мен функциясы жарық және электронды, қараңғы өрісті, фазалы-контрасты, поляризациялы, люминесцентті микроскопия және тағы басқа әдістер арқылы зерттеледі.

Жарық және электронды, қараңғы өрісті, фазалы-контрасты, поляризациялы, люминесцентті микроскопия әдістері фиксацияланған жасушалардың құрылысы мен ультрақұрылымын зерттеуге қолданылатын болса, дифференциалды центрифугалаудың көмегімен алынған жеке органоидтар цитохимиялық, биохимиялық, биофизикалық және т.б. әдістермен зерттеледі.

Цитологияда негізгі қолданылатын әдістердің бірі – жарық микроскопы тәсілі. Жарық микроскопия әдістерінде объект арқылы жарық шоғы өтіп, объектив линзалар жүйесіне түсіп, алғашқы сурет пайда болады да, окуляр линзаларының көмегімен ұлғаяды.

Оптикалық жүйе ретінде микроскоптың басты сипаты – шешушілік қасиеті, яғни бір-біріне жақын орналасқан екі объектіні жеке-жеке көрсету. Микроскоптың шешуші қабілеті жарық толқынның ұзындығымен есептеледі: толқынның ұзындығы неғұрлым қысқа болса, соғұрлым шешуші қабілеті жоғары. Жарық микроскопта көбінесе спектрдің көру облысындағы жарық көзі (400-700 нм) қолданылады, сондықтан бұл жағдайда микроскоптың максимальді шешуші қабілеті 200-350 нм-ден жоғарыламайды (0,2-0,35 мкм). Яғни жарық микроскопының шешуші қабілетінің соңғы деңгейі жарықты көру аймағын пайдаланғанда 0,2-0,3 мкм тең.

Қараңғы өрісті микроскопия. Қараңғы өрісте препараттарды арнайы конденсордың көмегімен қарастырады. Қараңғы өрісте бақылау кезінде объектіге жарық шоғының сәулелері түспейді, оның орнына шоқтың шеттік сәулелері қолданыс табады. Шеттік сәулелер объективке түспейді, сондықтан микроскоптың көру аумағы қараңғы болады да, шашыраңқы жарықпен көрінген объект ашық түсті болып көрінеді. Жасуша препараттарында түрлі оптикалық тығыздықтағы құрылымдар болады. Жалпы қараңғы өрісте бұл құрылымдар түрлі жарықтандырулардың көмегімен анық көрінеді. Жарықтандыру кезінде жасушада жарық сәулелеріндегі шаңдарға ұқсас (Тиндаль эффектісі), өте ұсақ, кішкентай бөлшектер (0,2 мкм-нен кем) жарқырайды, шағылысқан жарық сәулесі микроскоп объективіне түседі.

Бұл әдіс тірі жасушаларды зерттеуде жиі қолданылады.

Фазалы-контрасты (фазасы қарама-қарсы) микроскопия әдісі. Жасушалардың кейбір бөліктері жұқа болғанымен, бір-бірінен тығыздықтары мен жарықсындырғыштықтарымен ерекшеленеді, жасушалардың осындай қасиетіне фазасы қарама-қарсы микроскопия әдісі негізделген. Фазалы-контрастық микроскоптың объективіне арнайы пластинка қондырылған, сол пластинка арқылы жарық сәулесі тербеліс фазасының қосымша жылжуын сезеді. Суретті қалыптастыру кезінде бір фазада немесе қарама-қарсы фазада болатын, бірақ әр түрлі амплитудалы сәулелер өзара қарым-қатынасқа түседі, соның салдарынан объектінің ашық қою түсті контрасты суреті пайда болады. Фазалы контрасты микроскоптың ерекшелілігі – тірі жасушаларды, боялмаған объектілерді зерттеуге мүмкіндік береді.

Интерференциялы микроскопия әдісі жарықтың екі полярланған сәулелерінің бірі объект арқылы, енді біреуі объектінің қасынан өтуіне негізделген. Бұл жағдайда бірінші сәуленің фазасының кешігуі туындайды. Осы сәулелердің қабаттасуы (интерференциясы) суреттің пайда болуын туғызады. Егер екі полярланған сәулелердің екі толқынының аралығындағы арақашықтық толқын ұзындығының толық санына тең болса, сурет ақшыл өрісте қара түсті дақ ретінде көрінеді, ал егер де екі толқын арасындағы арақашықтық жартылай толқындардың тақ санына тең болса, сурет қараңғы өрісте ақшыл дақ ретінде суреттеледі.

Интерференциялы микроскопта сәулені екі перпендикуляр жазықтықта поляризациялау конденсордың фокальды жазықтығында орналасқан поляризатор мен кварцтан жасалған Волластон призмасының көмегімен жүреді. Волластонның екінші призмасы осы екі сәулені объективтің артқы фокальды жазықтығында жинақтайды.

Интерференциялы микроскоп көмегімен тірі объектілерді бақылауға болады, сондай-ақ жасуша құрылымдарының құрғақ салмағы, жасушадағы құрғақ затпен судың концентрациясы, құрылымдардың қалыңдығы туралы мәліметтер алуға болады. Мұндай мәліметтер алу үшін микроскоптың тубусының жоғарғы жағында орналасқан компенсатор қолданылады.

Рентген сәулелерін сіңіру тәсілі. Әр түрлі заттар толқындардың белгілі бір ұзындықтарында рентген сәулелерін әр қалай сіңіреді, міне осы қасиетке рентген сәулелерін сіңіру әдісі негізделген. Спектрорентгенограмма көптеген заттар үшін белгілі. Рентген сәулелерін ұлпадан жасалған препарат арқылы өткізе отырып, сіңіру спектрі көмегімен оның химиялық құрамын анықтауға болады. Осы әдістің көмегімен микрофотографиялардан жасушадағы құрғақ заттардың құрамы анықталады. Фотосуретке түсіретін құрылымда заттың концентрациясы неғұрлым көп болса, соғұрлым эмульсия аз жарқырайды. Сіңірілуші заттың концентрациясы сол заты бар құрылымның суретінің қараюымен анықталады. Оптикалық тығыздық формуланың көмегімен есептелінеді.

Флуоресценциялық микроскопия. Тірі жасушаларды зерттеуге флуоресценциялы бояғыш заттар және флуоресценциялық микроскопия әдісі кеңінен қолданылады. Бұл әдістің негізінде кейбір заттардың ультракүлгін сәулелерінде флуоресценциялану қасиеті жатыр. Мұндай флуоресценцияны ұлпадан шығаруға болады, ол үшін ұлпа арқылы ультракүлгін сәулелерінің шоғын өткізу керек. Бұл мақсатта конденсорда жалпы жарық шоғынан көк және ультракүлгін сәулелерді бөлетін жарық фильтрі орналасқан арнайы ультракүлгінді микроскоп қолданылады. Бақылаушының көзінің алдында орналасқан басқа жарық фильтрі препарат шығаратын флуоресценция сәулелерін өткізе отырып, көк және ультракүлгін сәулелерді сіңіреді. Жарық көзі ретінде күшті ультракүлгін сәулесін бөлетін сынап шамдары және қыздыру шамдары қолданылады.

Жарық энергиясын сіңіру кезінде бірқатар заттарға жарқырау (флуоресценттік, люминесценттік) қасиеті тән. Флуоресценция спектрі флуоресценцияны қоздыратын сәулелерге қатысты үлкен толқындар жағына қарай ығысады. Бұл принцип қысқа толқындардың аймағында флуоресценциялаушы объектілері анықталып, қарауды қамтамасыз етеді. Мұндай микроскоптардың көкшіл-күлгін аймағында жарық беретін фильтрлер пайдаланылады.

Цитологиялық зерттеулерде ультракүлгін люминесцентті микроскоптар да пайдаланылады. Бұл әдісте тірі жасушаларға флуоресценттеуші заттарды енгізеді. Ол заттар жасушаның белгілі бір құрылымдарымен байланысқа түсіп, олардың қайта люминесценциялануын туғызады.

Ультракүлгін микроскоптарында жеке флуоресценциялы объектілерді бақылауға болады.

Радиоавтография әдісі жасушадағы зат алмасу үрдісін зерттеуде қолданылады. Ол үшін фосфор, көміртегі, сутегі радиоактивті элементтер немесе олардың қосындылары пайдаланылады. Зерттеліп отырған ортаға немесе ағзаға метоболизм үрдісі кезінде, жасушалармен сіңірілетін радиоактивті изотоп енгізіледі. Изотоптардың радиоактивті сәулеленуі салдарынан олардың орныққан жерін анықтауға болады. Бұл әдісті қолдану кезінде жасушалардың жұқа кесінділерін үлбірге салады. Радиоактивті изотоптар бар жерлерде үлбір қараяды.

Изотопты енгізгеннен кейін біраз уақыт өткеннен соң, яғни метоболизмнің белгілі бір кезеңдері өткеннен кейін препарат даярланады. Заттардың таралуы нақты анықталады. Заттардың тек қана жасушада емес, сондай-ақ жасуша мембраналарына орналасуларын анықтауда бұл әдістің мәні зор.

Поляризациялық микроскоптың көмегімен изотропты объектілерді (бөліну ұршығының талшықтарын, микрофибрилдерді және т.б.) зерттейді.

Мұндай микроскоптың конденсорының алдында поляризатор орналастырылады, ол белгілі полярлану жылдамдығы бар жарық толқындарын өткізеді. Препарат пен объективтен кейін полярланудың сол жазықтығымен жарық өткізе алатын анализатор орналастырылады. Қиысқан призмалар ортасында сәулені екі есе сындыратын объекті орналасқаннан кейін, объект қараңғы аумақта жарқырап көрінеді. Поляризаторлық микроскоп көмегімен өсімдік жасушасының қабықшасында мицеллийлердің орналасуын қарастыруға болады.

Рентген сәулелерін дифракциялау әдісі. Рентген сәулелері кристалдар арқылы өткен кезде дифракцияға ұшырайды. Олардың осы қасиеті рентген сәулелерін дифракциялау әдісінің негізін қалайды. Егер кристалдардың орнына биологиялық объектілер, мысалы, сіңір, целлюлоза немесе тағы басқа объектілерді қолданған кезде, олар тура сондай дифракцияға ұшырайды. Бұл жағдайда экранда немесе фотоүлбірде дақтар мен жолақтардан түзілген сақиналар қатары пайда болады.

Дифракция бұрышы объектідегі молекулалар мен атомдар топтарының арақашықтығымен анықталады. Құрылымдық бірліктер арасындағы қашықтық неғұрлым алшақ болса, дифракция бұрышы соғұрлым аз болады, немесе, керісінше, зерттеліп отырған заттың атомдары мен молекулаларының арасындағы арақашықтық аз болса, дифракция бұрышы үлкен болады. Ал экранда бұл қара түсті зоналар мен орталықтар арақашықтықтарына сәйкес келеді.

Бұл әдістің атомдар мен молекулалардың топтарының кеңістікте таралуын анықтауда және заттың ішкі құрылымы туралы мәлімет алуда мәні зор.

Электронды микроскопия әдісі. Электронды микроскоптың құрылысы жарық микроскоп тәрізді, бірақ жарық шоғының ролін электронды шоқ атқарады, бұл шоқ линзалармен емес, электромагниттермен фокусталады. Дегенмен, электрондар шоғы үшін толқындар ұзындығы, көзге көрінетін жарық толқындар ұзындығына қарағанда неғұрлым қысқа, осы қасиеті электронды микроскоптың шешуші қабілеттілігін арттырады. Қазіргі электронды микроскоптардың шешуші қабілеті – 0,2-1 нм.

Электронды микроскоптың астында тірі емес объектілер, яғни препараттар қарастырылады. Объектілер тірі ағзалардың өлуін тудыратын вакуумға салынады. Вакуумда электрондар шашырамай объектіге бірден түседі.

Электронды микроскоптан қарастырылатын объектілердің жұқалығы 400-500 Å-нен қалың болмауы тиіс. Сондықтан жұқа препараттарды даярлау үшін ультрамикротом қолданылады.

Вирустар, фагтер, нуклеин қышқылдары, жұқа мембраналар сияқты биологиялық объектілердің электрондарды шашырататын қасиеттері бар. Олардың контрастылығын ауыр металдармен – алтын, платина, хроммен шаңдату арқылы күшейтеді.

Контрастылықты (қарама-қарсылықты) осмий немесе вольфрам қышқылдарының және ауыр металдардың кейбір тұздарымен күшейтеді, олар препараттың кейбір жеке бөліктерімен қосылыстар түзе алады. Аталған заттар препаратқа фиксациялау немесе бояу кезінде енгізіледі.

Аталмыш әдіс құрылымдарды субмикроскопия (макромолекулалар) деңгейінде зерттеуді қамтамасыз етеді.

Трансмиссионды электронды микроскопта электрондар жарық микроскопындағы объект арқылы өтетін жарық секілді өтеді. Нәтижесінде, электрондар шоғы фотография тақтасында объектінің суретін көрсетеді. Электрондар жақсы өту үшін объект кесінділері өте жұқа болуы тиіс.

Сканерлеуші микроскопта электрондар объектінің бетімен шағылысады да, кері бағытта қозғалу кезінде суретті береді. Сканерлеуші микроскоптың шешуші қабілеті трансмиссионды электронды микроскопқа қарағанда төмен. Сканерлеуші микроскоптың көмегімен қабығы қатты кейбір ағзаларды тірі күйінде зерттеп, кейбір тіршілік иелерінің жабынының ұсақ детальдарын көрсететін тамаша фотосуреттер алуға болады.

Ақырғы бейненің нақтылығын күшейту үшін барлық объектілерді бояйды. Жарық микроскопында бояғыш заттарды, ал трансмиссионды электронды микроскопында құрамында электрондарды сіңіруге қабілетті ауыр металдары бар фиксаторлар (мысалы, осмийдің төрт тотығы, калий перманганат, қорғасын) қолданады. Сканерлеуші электрондық микроскоп үшін мұзбен жабылған бет алуға материалды жиі тоңазытады. Бұл жағдайда суда еритін заттардың суды жоғалтулары тоқтайды, сонымен қатар құрылымдардың химиялық құрамының өзгерулері азаяды. Электрондық микроскоптың көмегімен фиксациялайтын заттардың әсерінен цитоплазманың қозғалғыштығын тоқтату сәтінде жасушаның статикалық күйі зерттеледі.

Жануарлар жасушалары мен ұлпаларын зерттеу үшін жасуша өсінділері (культуралары) әдісі пайдаланылады. Кейбір ұлпаларды жеке-жеке жасушаларға бөлгеннен кейін, жекеленген жасушалар өз тіршіліктерін жалғастырады, тіпті көбею қасиетін жоғалтпайды. Эмбрион немесе кейбір жеке жасушалар қолайлы ортада ағзадан тыс өсіп, көбейе алатындығын алғаш рет американ эмбрилогы Р. Гаррисон (1879-1959) дәлелдеген. Жасушаны культуралау техникасын әрі қарай дамытқан француз биологы А.Каррель (1873-1959) болды.

Бұл әдістің ең қарапайым тәсілі келесідей: қоректік ортаға толы камераға тірі ұлпаның кесегі салынады. Біраз уақыт өткеннен кейін ұлпа кесегінің шетіндегі жасушалар бөлініп өсе бастайды. Өзге жағдайда ұлпаның кесілген кішкентай кесегі трипсин ферменті немесе хелатон версен ферменті ерітінділерімен сәл өңделеді, бұл жасушалардың толық бытырап кетуіне әкеп соғады. Содан соң жасушаларды шайып қоректік ортаға салады, онда жасушалар тұнбаға түседі де, шыныға жабысып көбейе бастайды, алдымен олар колониялар түзеді, соңынан жасушалық қабат түзеді. Осылай тірі кезінде бақылауға ыңғайлы, бірқабатты жасушалар өсіндісі алынады. Өсінді өсіру кезінде қоректік ортадан басқа температура, стерильділік сияқты факторлар ескерілген жөн. Культурада өсімдік жасушаларын өсіруге болады. Қазіргі кезде ағзадан тыс жасушаларды өсіру тек қана цитологиялық зерттеулерде қолданылмай, сондай-ақ генетикалық, вирусологиялық, биохимиялық зерттеулерде де қолданылады.

Тірі жасушаларды бақылау көбінесе фотосуреттерге түсіру арқылы тіркеледі. Бұл әдісте микроскопқа түрлі фотоқондырғылар қондырылады. Тірі жасушаны кинопленкаға да түсіруге болады. Ол үшін жылдамдатылған немесе баяулатылған кинотүсіру (цейтраферлік түсіру) жүргізіледі. Бұл жағдайда жасушалардың бөлінуі, фагоцитоз, цитоплазманың қозғалысы, кірпікшелердің жылжуы сияқты маңызды үдерістерді бақылауға болады.

Дегенмен жасушаның құрылымы мен қызметі туралы мәліметтер фиксацияланған жасушалардан көбірек алынады. Фиксацияның мәні – жасушаларды өлтіру, жасушаішілік ферменттердің белсенділігін тоқтату, жасуша компоненттерінің ыдырауын тоқтату, сондай-ақ, құрылымдар мен заттарды жоғалтпау, тірі жасушаларға тән емес құрылымдардың пайда болуына жол бермеу. Фиксаторлар ретінде альдегидтер, олардың басқа заттармен қосындысы, спирттер, сулема, осмийдің төрт тотығы қолданылады. Фиксацияланған объектілер соңынан боялады. Бояу үшін түрлі табиғи (гематоксилин және кармин, т.б.) және синтетикалық бояулар қолданылады. Мүше жасушаларын бояу үшін кесінділер жасалуы қажет. 5-10 мкм-ге дейінгі кесінділер микротомда дайындалады.

Цитологияда түрлі биохимияның аналитикалық және препаративті тәсілдері пайдаланылады.

Микрохирургия әдісінде микроманипулятордың көмегімен жасушаның жеке бөлімдерін алып тастауға, жаңа бөлімдер қосуға немесе қандай да болсын өзгеріс енгізуге болады. Амебаның ірі жасушасының негізгі үш компоненті – жасуша мембранасы, цитоплазма және ядро бөліп алып, соңынан қайта жинап тірі жасуша алуға болады. Осындай жолмен амебаның бірнеше особінен жиналған құрамды жасуша алуға болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Топырақ биотасының құрамын ата.

2. Саңырауқұлақтар систематикасының топырақ биологиясымен байланысы. Топырақ ашытқылары, олардың топырақ құрамындағы үдерістерге әсері.

3. Топырақтағы саңырауқұлақтар мен қыналардың және балдырлардың бір-біріне әсері.

4. Топырақ қыналарының түрлері. Қыналар биоценозы мен топырақтың байланысы.

5. Топырақ жәндіктерінің топырақ қасиеті мен түзілу үдерістеріне әсері.

6. Топырақтағы микроағзалардың маңызы.

7. Топырақ биотасын зерттеудің ғылыми негіздері мен мәні.

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1. Бабьева И. П. Биология почв: учеб. для ун-тов по специальности «Агрохимия и почвоведение» /И. П. Бабьева, Г. М Зенова.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Изд-во МГУ, 1989.- 336 с.: ил.

2. Мирчинк Т. Г. Почвенная микология: учеб. пособие для вузов / Т. Г. Мирчинк.- М.: Изд-во МГУ, 1988.- 219 с.: ил.

3. Теппер Е. З. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для вузов / Е. З. Теппер, В. К. Шильникова, Г. И Переверзева; под ред. В. К. Шильниковой.- 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 256 с.

4. Фасулати К. К. Полевое изучение наземных беспозвоночных: учеб. пособие для ун-тов / К. К. Фасулати.- Изд. 2-е, доп. и перераб.- М.: Высш. шк., 1971.- 424 с.: ил.

5. Голубева О.Г. Современные проблемы систематики хитридиевых грибов (пор. Chytridiales) / О.Г. Голубева // Микология и фитопатология. - 1981. - Т.15 - вып.5. - С.435 - 442.

6. Горленко М.В. Все о грибах. / М.В. Горленко, Л.В. Гарибова, И.И. Сидорова и др. - М., 1986. – 279 с.

7. Федоров А.А., Кирпичников М.Э. Справочное пособие по систематике высших растений: Сокращения, условные обозначения, географические названия / А.А. Федоров, М.Э. Кирпичников. - М., Ленинград: изд. АН СССР, 1954. - Вып. 1. – 109 с.

3 ТАРАУ БИОСФЕРАДАҒЫ ТОПЫРАҚ ТҮЗУ ҮДЕРІСТЕРІ, ЗАТ ЖӘНЕ ЭНЕРГИЯ АЙНАЛЫМЫНА ТОПЫРАҚ МИКРОАҒЗАЛАРЫНЫҢ ҚАТЫНАСЫ

Тірі ағзалар дүниесі - құрылымы және биосферадағы функциялық рөлі жөнінен тірі ағзалардың ең ірі бірлестіктері тірі ағзалар дүниесінің 5 түрі сараланады. Прокариот жоғары дүниесі екі дуниені - архибактериялар мен бактерияларды қамтиды, олар: редуценттер рөлін атқаратын ядросыз ағзалар, биологиялық азот ұстаушылар, продуцент - хемотрофтар мен продуцент-фототрофтар (цианбактериялар). Эукариот жоғары дүниесі үш дүниені қамтиды, олар: Өсімдіктер - хлорофилы бар бір жасушалы және көп жасушалы ағзалар, мұның өзі олардың фотосинтезді жүзеге асырып, экожүйелерде продуценттер (фотоавтотрофтар) болуына мүмкіндік береді. Жануарлар - дайын органикалық (тірі не өлі) заттекпен қоректенетін гетеротрофтық ағзалар. Бұл әр алуан топ экожүйелерде консументтер мен редуценттер рөлін атқарады. Жануарлардың барынша жылжымалылығы нәтижесінде олар органикалық заттектің орнын ауыстыруда (өсімдіктердің тұқымы мен тозаңын тасуды қоса) «көлік құралдары» болады, қоректері алуан түрлі болғандықтан (өсімдіктер мен әр түрлі жануарлар, микроағзалар, саңырауқұлақтар), - экожүйелердегі экологиялық тепе теңдікті реттеушілер болып табылады. Саңырауқұлақтар - (микроскоптық ашытқы жасушаларынан, өңездерден альт түрлеріне дейінгі) ағзалардың ұланғайыр тобы, олар органикалық заттектің редуценттері рөлін атқарады, өсімдіктердің топырақтан минералдық заттектер мен су сіңіруіне жәрдемдесіп, олармен селбеспелік байланыстар түзеді және өсімдіктер мен жануарлар популяцияларының тығыздығын реттейтін паразиттер болып табылады.

Тірі ағзаға оны өлі табиғаттан ерекшелендіретін бірнеше қасиет тән болады.

1. Зат пен энергия алмасуы. Барлық тірі ағза қоршаған ортамен затпен және энергиямен алмасып отырады. Олар сыртқы ортадан зат пен энергияны қабылдап, оларды түрлендіріп, пайдаланып, биосфераға ыдырау өнімдері мен жылу түрінде түрленген энергия бөліп отырады. Зат алмасудың нәтижесінде ағза құрылымдарының химиялық құрамының тұрақтылығы, құрылысының күрделі реттілігі сақталып, тіршілік әрекеттері қамтамасыз етіледі.

2. Өрбіп-көбею. Тірі ағзаның маңызды қасиеттерінің бірі өрбіп-көбею қабілеті. Осының нәтижесінде ағза өзіне ұқсас, өзіне тән ұрпақ қалдырады, түр сақталады.

3. Өсіп-даму. Ағзаның немесе оның жеке мүшелерінің толысып қалыптасуы. Туғаннан бастап өлгенге (тіршілік тоқтағанға) дейін жеке дарақтарда байқалатын қайтарымсыз, белгілі зандылықпен атқарылатын бір-бірімен тығыз байланысты мөлшерлік (өсу, үлкею, жасушалар санының көбеюі т.б.) және сапалық (жіктелу, жетілу, қартаю т.с.с.) өзгерістер. Тірі материя дамуының екі жолы болады жеке даму (онтогенез) және тарихи даму (филогенез).

4. Тітіркенгіштік - әр түрлі әсерлерге құрылымның өзінің физиологиялық күйін өзгертумен жауап беруі. Осының нәтижесінде тіршілік сақталады, өсу, даму, жетілу үдерістері жүреді.

5. Өздігінен реттелу (автореттелу) - белгілі бір жүйенің өздігінен сапалы әрекет етуін қамтамасыз ететін тікелей және қайтарымды байланысқа негізделген басқару үдерісіңдегі жүйелілік.

Денедегі зат алмасу үдерісі қуат алмасуымен тығыз байланысты. Зат алмасу барысында қоректік заттардағы потенциалдық энергия босанып, ол механикалық, жылу, электр, сәуле энергияларына айналады да, ең соңыңда ағзадан жылу түрінде бөлінеді. Демек, ағзаға энергия қоректік заттар құрамында келеді де, ол тіршілік әрекеттерін атқаруға, түрлі өнімдер өндіруге жұмсалады. Өлі табиғаттағы энергия алмасуынан жасушаларда жүретін үдерістер үш түрлі принциппен ерекшеленеді

1) қоректік заттардың химиялық энергиясы жылу энергиясына айналмайақ бірден әртүрлі жұмыстар атқаруға пайдаланыла береді және энергияның басқа түріне ауыса алады. Демек, тірі ағза хемодинамикалық принциппен жұмыс істеп, энергия көзін тиімді пайдаланады.

2) тірі ағзада энергия мысқалданып бөлінеді. Бұл ағзаны энергиялық думпуден сақтап, қуатты толық пайдалануға мүмкіндік береді.

3) көмірсулар, белоктар, майлар ыдыраған кезде бөлінген энергияның артық мөлшері энергияның биологиялық аккумуляторы - мол қуатты заттардың (макроэрттердің) құрамына ену арқылы ағзада жинақталып, қорда сақталады. Жасушаларда энергия үшкарбон қышқылы айналымына қатысатын маңызды метаболиттердің түзіліп, тотығуы кезінде босанып, жинақталады. Бұл үдеріс үстінде сутегі молекуласы бөлініп, көмір қышқыл газы түзіледі. Босаған сутегі молекуласы дегидрогеназалар коферменттерінің (НАД, НАДФ, ФАД) көметімен тотығу тізбетіне немесе тыныстық тізбекке қосылады. Бұл тізбекте сутегі электрондары біртіндеп жоғары энергетикалық тізбектен төменгі энергетикалық тізбекке өтеді де, ең соңғы акцепторға - оттегіне беріледі, басқаша айтқанда ол тотығады. Бұл үдеріс барысында бөлінген энергияның аздау бөлігі (30-40%) жылу түрінде бөлінеді де, қалған бөлігі (60-70%) АТФ-тың макроэргиялық байланыстарында жинақталады. АТФ-тың осылай тыныстық тізбектегі сутегінің тотығу энергиясының есебінен түзілу жолын тотықпалы фосфорлану деп атайды. Сонымен, энергия өзгерістерінің негізінде қоректік заттардан электрондар босанып шығуы салдарынан олардағы қуаттың ағзалардағы химиялық реакцияларды жаңдандыратын қасиеттері жатады.

Тірі ағзалардағы заттар мен энергияның алмасуы (метаболизм). Метаболизм гректің «metabole» сөзінен алынған, «өзгеру», «алмасу» деген ұғымды білдіреді. Қоршаған орта мен тірі ағзалар арасында үнемі заттар мен энергия алмасу үдерісі жүреді. Зат алмасу кезінде тірі ағзалар өздеріне қажетті қоректік заттарды сіңіріп, тіршілік әрекетінен пайда болған ыдырау өнімдерін сыртқа шығарады. Өлі табиғатта да зат алмасу болады. Өлі табиғаттағы зат алмасу кезінде заттар бір орыннан екінші орынға тасымалданады немесе бір күйден екінші күйге ауысады. Мысалы, топырақтың шайылып тасымалдануы, судың буға не мұзға айналуы, т.б. Тірі ағзаларда жүретін зат алмасудың сапалық жағынан өлі табиғатта болатын зат алмасудан үлкен айырмашылығы болады. Тірі ағзалар қоршаған ортадан түрлі заттарды қабылдап, өзінің тіршілігіне кажетті заттарға айналдырады және сол арқылы тіршілігін сақтайды. Бұл үдеріс анаболизм (пластикалық алмасу немесе ассимиляция) деп аталады. Ол грекше «anabole» — «өрлеу» деген ұғымды білдіреді. Зат алмасудың екінші кезеңі — катаболизм (энергетикалық алмасу немесе диссимиляция) деп аталады. Ол грекше «katabole» — ыдырау (бұзылу) деген ұғымды білдіреді. Катаболизм үдерісінде ағзалар денесіндегі күрделі органикалық қосылыстар қарапайым заттарға ыдырайды да, сол ағзаның тіршілігіне қажетті энергия бөлінеді. Заттар мен энергия алмасу аркылы тірі ағзалардың ішкі ортасының құрамына кіретін заттар мөлшерінің өзара тұрақтылығы қамтамасыз етіледі.

Ағзалар тіршілігінің барысында биосфераның әртүрлі құрылымдық бөлімдері арасында жүретін энергия мен зат айналымын, яғни, химиялық элементтердің тірі ағзалардың қатысуымен қозғалуын және өзгеруін биогеохимиялық айналымдар (циклдар) деп атайды. Химиялық элементтер биосферада биологиялық айналымның әртүрлі жолдарымен: тірі затпен жұтылып энергиямен қамтамасыз етіледі де, сосын тірі затты тастап жиналған энергияны сыртқы ортаға беріп үздіксіз айналымда болады. Осындай үлкенді-кішілі тұйық жолды В.И.Вернадский «биогеохимиялық айналымдар» деп атады. Бұл айналымды екі негізгі типке бөлуге болады: 1) газ тәрізді заттардың атмосферадағы немесе гидросферадағы (мұхиттарда) айналымы, 2) жер қыртысындағы шөгінділер. Негізгі айналымдарға көміртегінің, азоттың, фосфордың, күкірттің және басқа да биогенді элементтердің айналымын жатқызуға болады.