8-mavzu: O'simliklarning noqulay omillarga chidamliligi

O'SIMLIKLARNING RADIATSIYAGA CHIDAMLILIGI

Radiatsiyaning o'simliklar organizmiga bevosita va bilvosita ta’siri mexanizmlari, suv radiolizi va turli xil nurlanishlar va ularning biologik obektlarga ta’sirlari haqida atroflicha fikr yuritiladi.
Radiatsiya o'simlik organizmlariga, xuddi hay von organizmlariga o'xshash turli xil darajada, yani molekulalardan tortib organizm va populyatsion darajada ta’sir etadi. Radiatsiyani barcha tirik organizmlarga birlamchi ta’siri deyarli bir xil o'xshash bo'ladi. Ularning umumiy xususiyatlari shundan iboratki, kuchsiz energiya va kam sonli birlamchi radiatsion kimyoviy reaktsiyalar biologik effektni keltirib chiqaradi.
lonlashtiruvchi nurlarni ikki guruhga bo'lib qarash mumkin.
1. Elektromagnit nurlanishlar. Ularga rentgen va gamma (y) nurlari misol bo'la oladi.
2. Yadro bo'lakchalaridan chiqadigan nurlanishlar. Ularga beta ß() va alfa (a) zarrachalar misol bo'ladi.
Nurlarning to'lqin uzunligi qanchalik kichik bo'lsa u shunchalik ko'p tebranadi va ularning nurlash energiyasi shunchalik ko'p bo'lib, hujayralarga kirish qobiliyati ham katta bo'ladi.
144
E (kEV) = —
λ (a°)
buyerda; A,-to'lqinning angstermlardagi uzunligi.
Yadro fizikasida energiya EV (elektron voltlarda) o'lchanadi [kEV = 1000 elektronvolt (EV)], (Mev = 1.000.000 EV). Bir elektron volt bu elektronning potentsiali bir-biridan 1 voltga farqlanuvchi plastinkalar orasidan o'tganda oladigan energiyasidir. Agar shu plastinkalar orasida 6,02 10²³ elektron joylashganda ularning hosil qiladigan energiyasi 23 litr suvni 1°C ga isitishga yetar edi.
Rentgen va gamma nurlar to'p to'p bo'lib, ya’ni fotonlar shaklida tarqaladi. Ularning tarqalish tezligi yorug'lik tezligiga yaqin, yani 299790 kmG' soniyadir.
Rentgen va gamma nurlarning fizik xossalari hamda tirik organizmlarga biologik ta’siri bir xildir.
Engil yadro zarrachalaridan biri bu beta-zarrachalardir. Ularning og'irligi vodorod og'irligining 1/1840 qismini tashkil qilib, fizik tabiati jihatidan elektronlarga o'xshash bo'ladi hamda atomlarning yemirilishidan hosil bo'lib birdaniga uyerdan tarqaladi.
Beta zarrachalar manfiy yoki musbat zaryadlangan bo'lishi mumkin. Agar (3-zarrachalar manfiy bo'lsa element unga suriladi. Masalan radiaktiv fosfor ₁₅P³² — ß- zarrachalar + ₁₆S³²
Agar 3- zarrachalar musbat yani pozitron bo'lsa chap tarafga suriladi. Beta zarrachalarning tezligi ham yorug'lik tezligiga yaqindir. Fosfor (₁₅P³²) ß - zarrachalarining energiyasi 1,7 Mev (million elektronvolt).
Beta zarrachalar eletromagnit nurlardan (rentgen va gamma) farq qilib ular elektr va magnit maydonida o'z yo'nalishlarini o'zgartirishi mumkin.
Og'ir yadro zarrachalarga a-zarrachalar misol bo'la oladi. F-zarrachalar, P-zarrachalarga qaraganda 7300 marta og'ir bo'lib fizik tabiati jihatidan geliy yadro atomiga o'xshashdir, og'irligi 4,003 GNe⁴) va ayrim radio faol elementlarning yemirilishidan hosil bo'lib tezligi 1700 km/soniyani tashkil qiladi. Masalan, ₈₈Ra²²⁶—a-zarrachalar + ₈₆Rn²²²
Tirik organizmlarni ionlashtirish xususiyatiga neytronlar ham ega. Neytronlar neytral elektr zaryadi zarrachalariga ega emas. Neytronlar ayrim elementlar masalan, uran yoki plutoniy yadrosi yemirilishidan hosil bo'lishi mumkin. Neytronlarning energiyasi <1 Mev> bo'lishi mumkin.
Rentgen, gamma nurlar, zaryadlangan zarrachalar va neytronlar energiyasining yutilish mexanizmi fizik jihatidan bir xil emas. Ammo ularning hammasi ham molekulalarning qo'zg'alishiga olib keladi. Chunki ular kuchli oksidlovchilar bo'lib 10^-6-10^-5 soniya mavjudligi vaqtida ko'pgina biologik o'zgarishlarga olib kelishi mumkin. Masalan, oqsillar, nuklein kislotalar, membrana lipidlari, oqsil-fermentlarni o'zgarishiga olib kelish mumkin.
Bundan tashqari kislorodli sharoitda suv radikallarining organik moddalar bilan ta’siridan ham organik peroksidazalar vujudga kelib molekulalar va hujayralarning nurlanishiga olib keladi.
To'qimalarda kislorodning miqdori kam bo'lsa nurlanish samarasi ham kam bo'ladi, kislorodning miqdori ko'p bo'lsa radiatsiyaning ta’siri ham ko'p bo'ladi. Ushbu holat «kislorod samarasi» deyiladi va u molekulalar hujayralar va to'qimalar darajasida ro’y berishi mumkin.
Radiatsiya tirik organizmlarga ta’siri bevosita va bilvosita bo'lishi mumkin. Radiatsiyaning bevosita ta’sirida ionlantiruvchi zarrachalar molekula yoki hujayraning sezuvchan qismiga ta’sir qilib ularni zararlaydi va genetik o'zgarishlarga olib kelib organizmning halokatiga sabab bo'lishi mumkin.
Umuman nurlanish bu energiyaning yutilgan joyida molekulalarning radiatsion-kimyoviy o'zgarishlaridan iboratdir. Radiatsiya molekulaga to'g'ridan to'g'ri ta’sir etganda uni qo'zg'algan holatga yoki ionlashgan holatga o'tkazadi. Radiatsiyaning shikastlovchi ta’siri, molekulalarni ionlashishi bilan bog'liqdir.
Shuni aytib o'tish lozimki, nurlanish dozasi ko'payishi bilan uning ta’sirida bo'ladigan zararlanish geometrik progressda ko'payadi. Shuningdek, zararlanish bitta yoki birnechta nurlarning to'g'ridan to'g'ri tushishiga ham bog'liq bo'lishi mumkin.
Biologik sistemalarning nurlanish reaktsiyasi ularning holatiga ham bog'liqdir. Nurlanishning keyingi davrlari ionlantiruvchi nurlarning bilvosita ta’sirida ketadi.
Radiatsiyaning bilvosita ta’siri suv orqali bo'ladi yani suv radiolizi mahsulotlari molekulalarni, membranalarni, organoidlarni zararlab, oxir oqibatda hujayralarni shikastlanishi ro'y beradi. Suvning radioliz mahsulotlari hujayrada haddan tashqari ko'p bo'ladi.
Nurlanishning zaryadlangan zarrachalari suv molekulari bilan o'zaro ta’sir etib, uni ionizatsiyasini keltirib chiqaradi.
Ionlantiruvchi nurlanish γ— H₂O — H₂O⁺ + e^–
Bu elektron boshqa bir suv molekulasiga ta’sir qilib uni manfiy zaryadlaydi.
e^-— H₂O — H₂O^-
Ammo hosil bo'lgan suv ionlari (H₂O⁺ va H₂O^-) juda beqarordir va shu bilan ular H⁺ va OH^- ionlari dan farq qiladi.
Suv ionlari o'zlarining mavjudlik davrida juda qisqa vaqtda (10^-15-10^- soniya) kimyoviy faol erkin radikallar va peroksidlar hosil qilish qobliyatiga ega:
H₂O⁺ — H⁺+ OH
H₂O^– — H^· + OH
Bu yerda hosil bo'lgan H⁺ va OH⁺ erkin radikallardir.
Agar suvda erigan kislorod bo'lsa, ionlantiruvchi nur quyidagicha ta’sir qiladi.
ionlantiruvchi nur H₂O — O₂ — HO₂ + OH^-
yoki H₂O — H⁺ + O₂ — HO₂
Bular yangi peroksidlarni hosil qiladi
HO₂ + H—H₂O₂
OH + OH —H₂O₂
Binobarin suvdagi erigan kislorod hisobiga kuchli oksidlovchi HO₂ (H⁺ + O₂ — HO₂), shuningdek peroksidlar (HO₂ + H — H₂O₂) hosil bo'ladi. Bu kuchli oksidlovchilar 10^-6-10^-5 soniya ichida (hayot davrida) muhim biologik molekulalarga (oqsil-fermentlar, nuklein kislotalar, membrana lipidlarini) ta’sir etib ularning tabiiy tuzilishini buzishi mumkin. Suv radikallari organik moddalar bilan kislorodli muhitda organik peroksidlarni hosil qiladi, bular ham molekula va hujayra tuzilmalarini radiatsion zararlashi mumkin.
Radiatsiyani molekulalarga to'g'ridan to'g'ri ta’sirini nishon ("mishen") nazariyasi va ehtimollik gipotezasi orqali tushintiriladi.
Birinchi nazariyaga ko'ra ionlashtiruvchi zarracha hujayraning sezgir qismiga tegib uning shikastlanishini va genetik o'zgarishini yuzaga chiqarib, oxir oqibatda uning nobud bo'lishini keltirib chiqaradi.
Ehtimollik gipotezasiga ko'ra nurlanishni nishon bilan o'zaro ta’siri, tasodiflik tamoyili bo'yicha sodir bo'ladi va organizmning unga reaktsiyasi organizmning holatiga bog'liq bo'ladi.
Nurli shikastlanishning rivojlanishini keyingi bosqichlari ionlashtiruvchi nurlanishni bilvosita ta’siri bilan bog'liq bo'lib bir qancha o'zgarishlarni keltirib chiqaradi. Biz bulardan qo'yidagilarni ko'rsatib o'tishimiz mumkin.
1.Nurlanish ta’sirida radiotokkinlarning paydo bo'lishi masalan lipidli peroksidlar va xinonlar hosil bo'lishi, membranalarning avtooksidlanishi, membrana oqsillarining SH gruppasini oksidlanishi, membranadagi tashuvchi sistemasi ishining buzilishi kuzatiladi.
2.DNK replikatsiyasida, RNK va oqsillar sintezida xatolar paydo bo'ladi.
3. Biologik muhim birikmalarning sintezini taminlovchi fermentlarning zararlanishi.
Nurlanishning hujayra uchun eng xavfli ta’siri bu DNK molekulasiga nisbatan sodir bo'ladi. Radiatsiya ta’sirida ularning qand-fosfatli bog'lari uziladi, primidinli azot asoslarining dimerlari hosil bo'la boshlaydi. Shuningdek yadro membranasida va xromatinda o'zgarishlar kuzatiladi, uning natijasida oqsil sintezi, hujayralar bo'linish siklining fazalari, xromasomli obberatsiyani hosil bo'lishi, hujayralardagi mutatsiyalar chastotalari keskin oshadi.
Nurlanish, zararlangan DNK molekulasi shakllanishida qatnashadigan fermentlar faoligini ham yo'qotishi mumkin.
Tirik organizmni nurlarning ta’siriga aniq reaktsiyasi bu ularning nobud bo'lishidir. Shuning uchun ham nurlanish miqdorlari ikki xil,yam 100% nobud bo'lishga olib keladigan halokat dozasi (HD₁₀₀) va 50% nobud bo'lishga olib keladigan halokat dozasi (HD₅₀) bilan ulchanadi.
Rossiyalik olimlar D.M.Grodzinskiy va I.N.Gudkov (1973) halokat dozasinining chegarasini organizmlarning nurlanish chidamliligi deb, halokatga olib kelmaydigan miqdorini esa organizmlarning radiatsiya sezgirligi deb atashni taklif qilganlar.
O'simlik to'qimalaridan radiatsiyaga nisbatan eng sezgiri va nozik qismi meristema to'qimalaridir. Shuning uchun ularni o'simlikning jiddiy to'qimasi deb ham ataladi, chunki meristemani radiatsiyadan shikastlanishi nurli kasallanishni keltirib chiqarib butun organizmni nobud bo'lishiga sababchi bo'lishi mumkin.
Nurlanishga nisbatan o'simliklarning o'ziga xos reaktsiyalari bu o'sish jarayonlaridagi o'zgarishlardir. Ammo ta’sir qiluvchi nur miqdoriga qarab o'simlikning o'sishi yo tezlashishi mumkin, yoki sekinlashib to'xtashi mumkin. Chunki, radiatsiyaning dozasiga qarab kuchaytiruvchi va tormozlovchi samaradorliklar namoyon bo'ladi.
Radiatsiyani yuqori bo'lmagan dozasi (0,3-0,5 Gr) no'xot va makkajo'xori o'simtalarining o'sishini 4-6 kun davomida kuchaytirishi mumkin, ammo keyinchalik bu ta’sir yo'qoladi. Bu holat yani o'sishning tezlashishi apikal meristemalar hujayralarining mitoz davri davomiyligini qisqarishi tufayji hamda nafas olish va fotosintez jarayonining miqdoran oshishi bilan ruy beradi.
No'xot va makkajo'xori donlari uchun yuqoridagi kuchaytiruvchi nurning miqdori anchagina ko'pdir, yani 3-10 Gr.
Qishloq xo'jalik amaliyotida urug'larni ekishdan avval nurlantirish uslubi qo'llaniladi. Ayrim o'simliklarning urug'lari ekishdan oldin kichik dozalarda nurlantirilganda ulardan olinadigan hosildorlik 10-12% miqdorida oshganligi kuzatilgan.
Qishloq xo'jaligi ishlab chiqarishida makkajo'xori donlarini ekishdan oldin 5 Gr miqdorda nurlash ular hosildorligini 10-12% atrofida oshishiga olib kelishi mumkin.
O'sishni kuchayishi apekal meristema xo'jayralarining mitotik siklini davomiyligini qisqarishi bilan izohlanadi va nafas olish hamda fotosintez jarayonlarining jadalligi ortadi.
Shuni aytib o'tish lozimki, 10 Gr yoki 1000 rentgen nurlanishda 8,4 kJG'g energiya yutiladi. Ushbu miqdordagi issiqlik energiyasi 1 gr suv haroratini 0,001°C ko'tara oladi xolos. Ammo 10 Gr yoki 1000 rentgen nurlanish sut emizuvchilar uchun halokatlidir. Radiofaol moddalarning faolligi kyuri birligida ham o'lchanadi. Bir kyuri deganda 1 soniyada 3,7 ·10¹⁰ atom parchalanishi tushuniladi. Har xil radiofaol izotoplaming (neytronlarning miqdoriga qarab, atom og'irliklari ham har xil bo'lgan o'xshash elementlar) parchalanishi sxemasi ham har xil. Shuning uchun bir parchalanishda har xil miqdordagi energiya nurlanadi.
Nurlanish o'simliklarda xilma-xil morfologik anomaliyalarga olib keladi, bunda barglarni o'lchamlari o'zgaradi, barg buralib qoladi va o'simlikning ayrim organlari gipertrofiyaga uchraydi. Shuningdek o'simlikning barcha organlarida shishsimon o'simtalar paydo bo'ladi.
Urug'laming unib chiqishi har xil o'simliklar turlarida nurning yuqori dozalarida (1 dan-35 kGr) to'xtatilishi mumkin. Umuman olganda urug'laming radiatsiyaga bo'lgan sezgirligi, tinim holatining muddatiga, urug' qobig'ini kislorodni o'tkazishiga va urug'dagi suv miqdoriga bog'liqdir.
O'simliklarni radiatsiyaga nisbatan sezgirligi ontogenez davrida o'zgarib boradi. Shakllayotgan urug'lar o'zlarining sutlamali pishish davrida o'ta sezgir bo'lsa, to'la pishish davriga kelib urug'larning radiatsiyaga sezgirligi maksimum darajagayetadi.
Bir hujayrali organizmlar esa, DNK molekulasi sintezining oxirgi fazasida va hujayraning bo'linishidan keyin nurlanishga o'ta chidamli bo'ladilar.
O'simliklarni radiatsiyaga sezgirligi ularning turli xil ekologik muhitga sharoitida o'sishidan ham kelib chiqadi. Masalan, havosi quruq va issiq sharoitda o'sgan o'simliklar nurlanishga nisbatan chidamliroq bo'lishadi.
O'simliklarni radiatsiya ta’siriga bo'lgan sezgirligi qator omillar bilan belgilanishi mumkin.
1. DNK molekulasining radiatsion shikastlanish darajasiga qarab yorug'likga bog'liq va yorug'likga bog'liq bo'lmagan DNK molekulasini tiklanish sistemasi ehtimolligini kamaytiradi.
2. Hujayra darajasidagi himoyani radioprotektorlik xususiyatiga ega bo'lgan moddalar amalga oshiradi. Ularning asosiy vazifasi erkin radikallarni so'ndirish va kislorod tanqisligini vujudga keltirishdir. Radioprotektorlar vazifasini glutation, tsistein, vitamin S, metall ionlaridan-kaliy, magniy, natriy, temir; fermentlardan-katalaza, peroksidaza, sitoxrom S, NAD⁺, ingibitorlardan fenol va xinonlar; fitogormonlardan kinetin, auksin va GK₃, shuningdek ABK va ikkilamchi metabolit kumarin bajaradi.
Organizm darajasidagi tiklanish o'simliklarda quyidagi omillarning mavjudligi bilan amalga oshadi.
a) har xil bo'linish darajasiga ega bo'lgan meristema hujayralarining populyatsiyasining o'xshash bo'lmasligi.
b) meristemalardagi bo'linishning asinxronligi.
v) apikal meristemalarda tinim markaz tipidagi hujayralarning bo'lishi.
g) uyqudagi kurtak tipidagi tinim meristemalarni bo'lishi. Yuqorida keltirilgan himoya va tiklanishning barcha mexanizmlari barcha tirik organizmlar uchun xarakterli bo'lgan holdir.