Toshkent kimyo-texnologiya instituti
Tuzlanish bahosi va elektr o‘tkazuvchanlik kattaligi
Yüklə 2,16 Mb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Fitogormonal qayta ishlash bilan NaCl yoki osmotik ta’sirga duchor bo‘lgan o‘simliklar o‘sishi ingibiratsiyasining zaiflashuvi
- 1.4.Dukkali o‘simliklarning ta’sir (stress) sharoitlarida dukkakli-rizobial simbiozi, tugunak bakteriyalarning tuproqda osmoadaptatsiyasi
|
Tuzlanish bahosi va elektr o‘tkazuvchanlik kattaligi Tuproq
chuqurligi (sm)
Sho‘rlanm agan
Kam sho‘rlangan O‘rtacha sho‘rlangan Kuchli sho‘rlangan Juda kuchli sho‘rlangan 36
0-60 < 2 ds/m* 2-4 ds/m 4-8 ds/m 8-16 ds/m > 16 ds/m 60-120
< 4 ds/m 4-8 ds/m 8-16 ds/m 16-24 ds/m > 24 ds/m Izoh: *ds/m = detsisimens bir metrga, elektr o‘tkazuvchanlik o‘lchov birligi (1 dS/m ≈ 10 mM NaCl) Sho‘rlanish holatlarida ko‘plab o‘simliklar tahlilida qayd etildiki [14], ularning o‘sish tezligi fotosintez tezligidan ko‘ra, asosan NaCl ta’sirchan bo‘lgan. Fotomahsulot materiallari va ularning transporti matolarda NaCl v to‘planishida buzilishi mumkin bo‘lgan ikki turli faza hisoblanadi. Qayd etildiki, Atriplex o‘simliklarida fotosintatlarning borligi NaCl konsentratsiyasi bilan 400 mM cheklanmaydi, xolbuki mazkur konsentratsiya o‘sishni bosib turgan. Shu kabi, jo‘xori barglarida to‘planadigan kraxmal miqdori kolichestvo kraxmala nakaplivaemogo v listyax sorgo ne sootvetstvovalo NaCl ta’siri ostida o‘sishning meyoriga mos (proporsional) emas edi. Arpa barglari tuz bilan ishlov berilgandan keyingi birnecha soatda kraxmal to‘planishining kuchayishi kuzatildi. Ko‘proq transport va fotoaasimilyatlardan foydalanilganlik, ularning mahsuloti emas fotosintezda cheklovchi omil vazifasini bajardi [13]. NO 3 - va NH
4 + o‘simliklar tomonidan yutiladigan tuproq azotining ikki asosiy shakli bo‘lib, bulardan NO 3 - eng ustuvor hisoblanadi va odatiy
dala sharoitlarida osongina yutiladi. O‘simlik ildizlari bilan shimirilganidan so‘ng NO 3 - o‘simlik to‘qimalari ichida NO 3 assimilyator fermentlari yordamida NH 4 + gacha tiklanadi. Azot (N) tuproqqa ammoniy o‘g‘itlari yoki azot to‘planishi natijasida xosil bo‘luvchi NH 4 +
4 + tuproqda nitrifitsatsiyalovchi bakteriyalar yordamida NO 3 gacha oksidlanadi. Qayd etilishicha, S 3 –o‘simliklar NH 4
ga qaraganda ko‘proq
NO 3 - bilan to‘yinadi, kislotali tuproqda o‘suvchi hamda S 4 - o‘simliklar asosan NH 4 + bilan to‘yinadi. Kislotali tuproqda NO 3 taqchil bo‘lganligi bois, bunday tuproqda o‘suvchi o‘simliklar NO 3 dan farqli o‘laroq, asosan
NH 4 + yutishga moyil bo‘ladilar [9].
Sho‘rlanish sharoitlarida yetishtirilgan o‘simliklar eruvchan azotli birikmalar (aminokislotalar, amidlar, betainlar, poli-aminlar va boshqalar) 37
to‘planganligini ko‘rsatadi, va bu tuz stressida azot metabolizmining o‘zgarganligini anglatadi. Sho‘rlanishda o‘suvchi o‘simliklarda NO 3 ni yutish va o‘tkazish kamayganligi hamda azot
metabolizmi asosiy
fermantining ingibiratsiyasi kuzatiladi va bu o‘simlik hamda uning hosilining sog‘lom holati pasayishiga olib keladi. Tuproqdagi azotning ikki manbasi (NO 3 - va NH 4 + ) ichida, NO 3 -
3 - va nitratreduktaza, NO 3 assimilyasiyasining asosiy fermentlari darajasi, o‘simlikning sog‘lom holati bilan bevosita aloqador. Tuzli stress nitratreduktaza faolligining tegishli pasayishi bilan birga to‘qimalardagi NO 3 -
qaramasdan, sho‘rlanish sharoitlarida NO 3 - NH 4 + ga qaraganda
azotning eng yaxshi manbasi sifatida qaraladi. SHo‘rlanishga chidamli guruch navi tuzga ta’sirchan navga qaraganda sho‘rlanishda NO 3 -
nitratreduktazaning yuqoriroq faolligini ko‘rsatdi. SHo‘rlanish NH 4 +
assimilyasiyasining GS/GOGAT yo‘lini yopib qo‘yadi va GDG (glutamat degidrogenazning) faolligning induksiyasini yuzaga keltiradi [13]. Eruvchan azot birikmalari (aminokislotalar, betainlar, poliaminlar va boshqalar) ning yig‘ilishi tuzli stressga duchor bo‘lgan o‘simlik moslashuvchanligini uchun ahamiyatli, chunki mazkur birikmalar osmoregulyator vazifasini bajaradi va hujayra ichida maqbul ion kuchini ta’minlaydi [16]. Abssissa kislotasi fitogormoni (ABA) o‘simlikning atrof muhitning ko‘plab ta’sirlariga, shu jumladan suv yetishmovchiligi (qurg‘oqchilik), sho‘rlanish, shikastlanish va past harorat kabilarga moslashuvchanligini nazorat qiluvchi umumiy mediator ekanligi aytib o‘tilgan edi. Yaqinda kDNK ABA kutubxonasidan bedaning mRNK indutsiyalangan uchta kDNK, pUM90-1, pUM90-2 va pUM91-4 ajratib olindi. Ushbu kDNK-klonlar o‘zaro yuqori darajadagi gomologiya hamda ayrim ta’sirlar va ABA-indutsiyalashgan genlarining ma’lum bir maydonlari bilan izchillikning o‘xshashligini namoyon etdi. O‘simtalar past haroratda, qurg‘oqchilik, tuz va shikastlovchi stersslar bilan, issiq shok bilan emas, qayta ishlanganda kDNK, pUM90-1ga xos bo‘lgan mRNK indutsiyalashdi; induksiya past harorat bilan qayta ishlanganda yuqori edi. ABA 38
va ABA analogi mazkur genlar ta’sirchanligini tezda indusiyaladi, ayni vaqtda gibberellin kislotasi bilan qayta ishlash hech qanday induksiyani keltirib chiqarmadi. Turli yoshdagi beda o‘simliklari o‘simtalarida pUM90-1ga mos bo‘lgan ABA-genlar induksiyasi tahlili shuni ko‘rsatdiki, bu genlar tadqiq etilayotgan barcha na’munalarda indutsiyalashgan. Olingan barcha natijalar bir butunlikda ushbu kDNK-klonlar AVA va atrof muhitning boshqa ko‘plab omillari bilan ta’sirlanuvchi oqsillar guruhini kodlashini va AVA hamda stretss ta’sirchan genlar deb nomalanadigan o‘simliklar genining yangi oilasiga mos kelishini ko‘rsatmoqda [15]. Alfin1 kDNK bedaning (Medicago sativa L.) natriy xlorga chidamliligi (NaCl) bilan bog‘liq farazdagi transkripsiya omilini kodlashi ko‘rsatilgan ishlar ma’lum. Rekombinant oqsil NaCl-indutsiyalovchi MsPRP2-gen promotori fragmentlari (qismlarini) kiritib DNK ketma-ketligini o‘ziga xos tarzda bog‘laydi. Alfin1dan oshiqcha mahsulot ishlab chiqaruvchi kalluslar, 171 mM NaCl mavjud bo‘lganda o‘sishni chegaralashga vektor-transformatsiyalangan nazoratga qaraganda ko‘proq bardoshli bo‘lib, Alfin1 ta’sir etuvchi kapsullar teskari yo‘nalishda NaCl ta’siriga ko‘proq moyil edilar. Alfin1dan oshiqcha mahsulot ishlab chiqaruvchi transgen o‘simliklar to‘g‘ridan-to‘g‘ri (to‘g‘ri) yo`nalishda yaxshi o‘sdi. Aksincha, teskari hisoblanuvchi transgen o‘simliklar tuproqda yomon o‘sdi, va bu bilan Alfin1 ta’siri o‘simlikning normal rivojlanishi uchun muhim ekanligini namoyon etdi. Alfin1dan oshiqcha mahsulot ishlab chiqaruvchi transgen o‘simliklar NaCl-chidamli o‘simliklardan biriga mos bo‘lgan sho‘rga chidamlilikni namoyon etdi va bu bilan Alfin1 ham genning NaCl ga chidamliligini nazorat qilishida ishtirok etishini ko‘rsatdi [17]. Gormonal qayta ishlashdan so‘ng uzoq vaqt mobaynida sho‘rlanishga duchor bo‘lgan o‘simliklar o‘sishining kuchayganligi kuzatildi. Haqiqatan ham, o‘sish regulyatorlari keng diapazoni NaCl keltirib chiqargan o‘sish cheklanishini pasaytirishga qodir (jadval. 1.3.2.). Jadval 1.3.2.
39
Fitogormonal qayta ishlash bilan NaCl yoki osmotik ta’sirga duchor bo‘lgan o‘simliklar o‘sishi ingibiratsiyasining zaiflashuvi O‘simlik Ta’sir (stress) turi
Qo‘llaniladigan gormon
Jarayonga/o‘simlik organiga kuchaytiruvchi ta’siri
Triticum aestivum NaCl
GA (giberrelin kislotasi) IAA (IUK) Quruq poyalar biomassasi Novdalar soni, ildiz uzunligi Zea mays NaCl IAA (IUK) Quruq erusti biomassa, ozuqa moddalarni yutish Atriplex triangularis (galofit) NaCl
GA (giberrelinovaya kislota) O‘sib chiqish, o‘sish Sueda maritima (galofit) NaCl
GA (giberreli- yangi kislota) GA, CK (sitokinin) O‘sish O‘sib chiqish Wheat (pshenitsa) Na 2
4 IAA (IUK) Poyalar hosildorligi Triticum aestivum Osmotik
ta’sir (stress) GA
IAA (IUK)
Ildizlar uzunligi va poyalarning quruq biomassasi Sorghum
bicolor NaCl
ABA (abssiss kislota) O‘sish Trifolium pratense Qurg‘oqchilik CK (sitokinin) O‘sib chiqish
Gormonal qayta ishlash orqali o‘sishning oshishi mumkinligi to‘g‘risidagi fikrlar uning NaCl subletal konsentratsiyasi bilan cheklanmasligidan dalolat bermoqda. Aytish mumkinki gormonal metabolizmning buzilishi sho‘rlanish sharoitlarida o‘sishga to‘sqinlik qiluvchi omil hisoblanadi deb aytish mumkin. Sueda maritim, obligat galofitda sho‘rlanish sharoitlarida GA (giberrilin kislotasi) va CK (sitokinin) xosil bo‘lishining eng yuqori ko‘rsatgichi NaCl ning uning o‘sishi uchun optimal konsentratsiyasiga muvofiqdir [17]. Boshqa olimlar ayni shu o‘simlikda, yerusti qismida to‘plangan abssiss kislotasi darajasi sho‘rlanish bo‘lmaganda o‘stirilgan o‘simliklarda eng yuqori ekanligini va 200 mM NaCl, uning o‘sishi uchun NaCl optimal konsentratsiyasida eng kam darajada ekanligini ko‘rsatdilar [18]. 40
Sho‘rlangan tuproqni tiklashning an’anaviy usullari gipsni, piritni va organik moddalar qoldiqlarini tegishli drenaj (yuvish) tizimi bilan qo‘llashni o‘z ichiga oladi. Mualliflar ishida ko‘rsatilishicha, ko‘plab mikroorganizmlar, ayniqsa azot to‘plovchilar sho‘rlangan tuproq xususiyatlarini o‘zgartiradi va bu bilan ularning biotiklanishiga xizmat qiladi. Sho‘rlangan tuproqdan ajralib chiqadi deb xabar berilgan sho‘rlanishga chidamli mikroorganizmlarning asosiy guruhi Klebsiella, Azotobacter, Xanthobacter, Alcaligens, Azospirillum va boshqalar kabi erkin yashovchi azot to‘plovchi bakteriyalarni; Anabaena, Oscillatoria, Nostoc, Nodularia, Gloeocaps sianobakteriyalarini, va Rhizobium simbiotik azot to‘plovchilarning turlarini o‘z ichiga qamrab oladi. Ta’kidlanganidek, erkin yashovchi azot to‘plovchi bakteriyalar (Klebsiella, Azospirillum brasilense va
Berilishicha, sho‘rlanishga chidamli erkin yashovchi azot to‘plovchi mikroorganizmlar tuproqqa sho‘rlanishga duchor bo‘lgan tuproq xususiyatini o‘zgartirish (qayta shakllantirish) ga qodir qo‘shimcha azot kiritishi mumkin [13]. Ma’lumotga ko‘ra, arpa navining sho‘rlanishga chidamli Azospirillum shtammi urug‘lari inokulyasiyasi o‘simlikning sho‘rlanish sharoitlarida hosildorligini oshiradi [19]. Shu bilan birga, mualliflari simbiotik azot to‘plovchi bakteriyalarning o‘simlik o‘sishi regulyatorlari – fitogormonlarni ishlab chiqarish qobiliyati mavjudligi ko‘rsatilgan ishlar ham mavjud. Cajanus cajan dukkakli buta o‘simligining ildiz tugunchaklaridan ajralgan Rhizobium sp. triptofan bilan birga o‘sish muhitida ko‘p miqdordagi (99,7 mkg/ml) indolil-uksus kislotasini (IUK) ishlab chiqarganligi aniqlangan. Rhizobium sp. Rizobiyning tez o‘suvchi turiga qarashli bo‘lib, 28 soat ichida o‘sishning statsionar fazasiga etadi. IUK xosil bo‘lishi glyukoza va glutamin kislota va nikel tuzlarini qo‘shgandagi nazoratga qaraganda 653,3% oshadi [20]. Aynan mustaqil azotli ozuqlanish – simbiotik azot to‘plash va o‘simlik ildiz tizimining o‘simlikni o‘stiruvchi regulyatorlarni ishlab chiqaruvchi hamda sho‘rlanish sharoitlarida o‘simlik o‘sishini kuchaytiruvchi tugunchak bakteriyalari
41
bilan qo‘shma simbiozi natijasida fitogormonal faolligi oshishi hisobidan dukkakli o‘simliklar o‘simlik o‘suvchi keng maydonlarni egallagan bo‘lib, mikro va makrosimbiontlar simbiotik faolligi hisobidan atrof muhit ta’sirlariga qarshilik turib sho‘rlangan yerlarda ham o‘sishga qodir [21].
42
1.4.Dukkali o‘simliklarning ta’sir (stress) sharoitlarida dukkakli-rizobial simbiozi, tugunak bakteriyalarning tuproqda osmoadaptatsiyasi
Turli tadqiqotchilar guruhlarining kuzatuviga ko‘ra, tuz ta’siri (stressi) qishloq xo‘jalik dukkakli o‘simliklarining simbiotik azot to‘plashiga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Tugunaklar xosil bo‘lishi ingibatsiyasi quruq modda to‘planishining tegishlicha pasayishi ayni bir darajadagi sho‘rlanishga ega soya o‘simligida ham labaratoriya sharoitlarida, ham dala sharoitlarida kuzatildi [21]. Tuproq NaCl oshib borayotgan konsentratsiyalari Glycine javanica o‘simliklarining tugunchak xosil qilishi va azot to‘plovchi faolligini pasaytirdi [22]. Beda o‘simligining (Medicago sativa L.) ildiz tukchalari va tugunchak xosil bo‘lish infeksiyalari o‘rganilganda simbiozning oldingi bosqichlari uning simbiozning keyingi bosqichlariga qaraganda tuzlanish va ishqorlanishga ta’sirchanligi qayd etildi [23]. Tuzlanishga duchor bo‘lgan moshda (Vigna aureus L.), tugunak xosil bo‘lishi va azot to‘planishi pasaydi [24]. ILC 482 nut Rhizobiumning sho‘rlanishga chidamli Ch 191 shtamm bilan inokulyasiya bo‘ldi, sho‘rlanish 4,0 dS m -1 NaCl
tugunchaklar xosil bo‘lishini chekladi va 7 dS m -1 NaCl [25] (1 dS/m ≈ 10 mM NaCl) da tugunchaklar xosil bo‘lishi butunlay to‘xtadi. Glycine max (soya)dan Rhizobium holatida, egallanish o‘sib boruvchi sho‘rlanish ta’siri ostida biroz o‘zgardi, biroq tugunchaklar xosil bo‘lishi va azot to‘planishi 80 mM NaCl bo‘lganda 90%dan oshiqroqqa bostirildi [26]. 80 mM NaClgacha sho‘rlanishda o‘simliklar tuzga ta’sirchan genotiplarining yerusti qism hajmining 60 % ortiq va ildiz hajmining 50 % pasayganligi aniqlandi [27]. Soya navlarining sho‘rlanishga chidamli ko‘plab turlari mavjud. Sho‘rlanishga chidamli soya navi 7,8 dSm -1
o‘simliklarga qaraganda yuqori azot to‘planish hamda fotosintetik samaradorlikni ko‘rsatdi. [27]. Ko‘plab dukkakli o‘simliklar va daraxtlar holatida «Rhizobium- dukkakli o‘simligi» simbiozining va azot to‘planishinigg arid sharoitlarga (sho‘rlanish, qo‘rg‘oqchilik)ka adaptatsiyasi (moslashuvchanligi) ro‘y berdi. Ma’lumki, dukkakli o‘simliklar umuman olganda ta’sirchan yoki sho‘rlanishga o‘rta darajada chidamli hisoblanadi. Tuz ta’siri (stresii) dastlabki simbiotik 43
hodisalarda, ayniqsa infeksion tola bosqichida dukkakli o‘simliklar tugunchak xosil bo‘lishini kamaytiradi. Agar tugunchaklar hosil bo‘lib bo‘lgan bo‘lsa, ularning rivojlanishi va harakati umuman olganda tuz ta’siriga (stressga) ta’sirchan bo‘lmaydi [24]. Ikki o‘zaro ta’sir qiluvchi tomonlar o‘rtasida simbiozni ingibatsiya qiluvchi sho‘rlanish darajalari simbiontlar o‘sishini individual tarzda ingibatsiya qiluvchilardan farqlanishi mumkin. Tuz ta’sirida tugunchaklar xosil bo‘lishidagi farqlar tuzga chidamli Rhizobium va dukkakli o‘simliklarni tanlab olish asosi sifatida ko‘rilishi mumkin, chunki bu farqlantiruvchi samaradorlik bilan azot to‘planishi va hosildorlikni o‘zaro bog‘lashi mumkin [23]. Ko‘rsatilishicha, Vicia faba va Phaseolus vulgarisda dastlabki tugunchak xosil bo‘lishi sho‘rlanishga chidamli simbioz bilan bog‘liq. Izohlanishicha, “Rhizobium–dukkakli o‘simlik” barqaror assotsiatsiyasi sho‘rlangan yerlarni arid sharoitlarda xosildorligini orttirish uchun yaxshi potensialga (imkoniyatlarga) ega [28]. Mineral azot bilan ta’minlangan turkcha no‘xat va ozuqa dukkakli o‘simliklar simbiotik azot to‘planadigan o‘simliklar hisobidan oziqlanadiganlarga qaraganda sho‘rlanishga chidamliroq hisoblanadi [29]. Ayrim mualliflar ma’lumotiga ko‘ra to‘rt dukkakli o‘simliklar (pigeonpea, chickpea, lentil, mungbean) sho‘rlanishga chidamliligiga ko‘ra farqlangan: sho‘rlanishga eng chidamlisi pigeonpea bo‘lib, uning xosildorligi ozuqa eritmasida NaCl/m -3
48,6 molekulasi konsentratsiyasida (0,830 M NaCl) 50% pasayadi. Shickpea (turkcha no‘xat) sho‘rlanishga chidamliligiga ko‘ra keyingi o‘rinni egallab, uning xosildorligi NaCl/m -3 27,4 molekulasi konsentratsiyasida (0,468 M NaCl) 50% pasaydi. Lentil (yasmiq) uchinchi o‘rinni, va mungbean (mosh) – to‘rtinchi o‘rinni egallagan, xosildorligi NaCl/m -3 tegishlicha 22,59 (0,386 M NaCl) va 18,4 (0,314 M NaCl) molekulasi konsentratsiyasida 50% pasayishi kuzatildi [28]. Ko‘plab tadqiqotchilar tuzli ta’sirning (stressning) ildizlarning turli rizobiylar tomonidan egallanishi va so‘ng tugunchak xosil bo‘lishiga ta’siri o‘rganilgan. Ular tomonidan aniqlashicha, tuz stressi ildiz tukchalari tuzilmasining o‘zgarganligi, ildiz tukchalarining o‘ralish darajasining pasayganligi ildiz tukchalariga biriktirilgan rizobiylar sonining kamayganligi, tugunaklar sonining 44
kamayganligi va tugunchaklar hajmining kamayganligi aniqlandi. Bundan tashqari, to‘plangan azot miqdorining tugunchaklar hajmiga qayta hisoblash ham tuzli stressda (ta’sirda) kamayadi [30]. Fougere va boshqalar erkin prolinning beda ildizi tugunchaklaridan ajralgan bakteroidlar ichida tuzli stress ta’siri ostida 8 marotaba oshishi kuzatildi [31]. O‘simliklar tarqalgan joyda o‘suvchi yovvoyi dukkakli o‘simliklar atrof muhitning og‘ir sharoitlariga duchor yetiladi. Bundan tashqari, qurg‘oqchilish zavol topgan ekotizimlarning keyingi rivojlanishiga ko‘maklashishda muhim ekologik omil bo‘lgan «o‘simlik-mikrob» simbiozlarini buzadi. Biologik azot to‘plash azotni mazkur ekotizimlarga kiritishning asosiy yo‘li hisoblanadi. «Rhizobium-dukkakli o‘simlik» simbiozlari azot to‘plovchi geterotrofalar va assotsiativ bakteriyalar hamda aktinorizal o‘simliklar (“Frankia-Casuarina”, “Frankia-Atriplex” simbiozlari) bilan qiyoslanganda arid sharoitlarida biologik azot to‘plashningg asosiy mexanizmlaridan biri hisoblanadi. Dukkakli o‘simlik o‘sishi nomaqbul sharoitlarda ham harakat qiluvchi simbiozni xosil qilishga qodir genetik o‘zgartirilgan rizobiy yordamida yaxshilanishi mumkin. Sinorhizobium yovvoyi shtammidan (Acaciada tugunaklar hosil qilishga va bir nechta antibiotiklarga, xususan, 4 % NaCl, pH yuqori va past birliklariga, mis va simob kabi og‘ir metallarga 43 o S ko‘plab chidamlilikni namoyon etishga qodir) DNKning 10 Kb bo‘lagini v Rhizobium etli (ia’sirchan shtamm)ga ko‘chirishga muvaffaq bo‘lgan bo‘lgan mualliflar axboroti mavjud [33]. «BioTechnica International» kompaniyasi molekulyar-biologik usullari bilan modifikatsiya va
nifA-mutantnt shtammalari bilan inokulyasiyasida R.meliloti shtammlari bilan inokulyasiya qilingan nazorat o‘simliklariga qaraganda biomassaning 7-15 % ga oshishiga erishdi [31]. Yovvoyi o‘suvchi dukkakli o‘simliklar rizobiysining qiziq qo‘llanish holatlaridan biri bu mazkur bakteriyalarning qishloq xo‘jalik dukkakli ekinlari uchun inokulyant sifatida qo‘llanilishi hisoblanadi. Wange [32] rizobiylar (Acaciadan ajratib olingan) va er yong‘oq, shuningdek gazmol o‘rtasida samarali 45
simbioz hisoblanadi. Sudan o‘simlik o‘sish hududlarida o‘suvchi Acacia va Prosopis ajralgan rizobiylar dukkakli o‘simliklar, masalan, Phaseolus vulgaris, Vicia faba va Medicago sativa bilan samarali simbioz xosil qiladi [33]. Yovvoyi dukkakli o‘simliklar (Acacia nilotica, Sesbania sesban) va o‘tsimon dukkakli o‘simliklar (Alhagi murarum, Melilotus indicus, Trifolium resupinatum) ajralgan rizobiylarning muayyan boshoqli dukkakli o‘simliklar bilan simbioz xosil qilganligi kuzatilganligi ham qayd etiladi. Ajralgan shtammlardan 30 % yaqini 4ta dukkakli o‘simlik (Vicia faba, Vigna sinensis, Pisum sativum va Medicago sativa) bilan samarali simbiozni xosil qiladi [34]. Dukkakli o‘simliklarning sho‘rlanishga chidamli rizobiy shtammalari bilan inokulyasiyasi tuz ta’sirida (stressida) ularning tugunchak xosil etishi va azot yig‘ishini kuchaytirishi mumkin. Avstraliyaning sho‘rlangan
hududlarida o‘suvchi Acacia redolensdan ajralgan rizobiylarining sho‘rlanishga chidamli shtammlari tuproqning 80 mM NaCl sho‘rlanish darajasida A.redolens va A.cyclops.da samarali tugunchaklar xosil etgan [40]. Tuproq o‘simligida Rhizobium ning sho‘rlanishga chidamli shtammi bilan inokulyasiya birikkan Acacia amplicepsning o‘sishi, tugunchak xosil qilishi va azot to‘plashi (azot miqdori) 200 mM NaCl gacha bo‘lgan sho‘rlanish darajasiga chidamli bo‘lgan [41]. Turli agroiqlim hududlaridagi 850 mM NaClga chidamli A.nilotica dan ajratilgan rizobiylar 150 mM NaClda Acacia daraxtlarida, samarali azot to‘plovchi tugunchaklarni xosil etadi [42]. Mazkur ma’lumotlar rizobiyning sho‘rlanishga chidamli shtammalri sho‘rlanishga chidamli dukkakli o‘simliklar tugnchaklarini xosil bo‘lishiga olib kelishi hamda o‘rta darajadagi sho‘rlanishli tuzli tuproqda azotto‘plovchi simbiozlarni xosil qilishi va bu bilan ular o‘suvchi sho‘rlangan tuproq xosildorligini oshirishi mumkin. Qurg‘oqchilikka chidamli rizobiylar arid va yarimarid yerlarda dukkakli o‘simliklarni ishlab chiqarishda qo‘llanildi [43]. Arid sharoitlarda tuproqning yuqori harorati ham erkin yashovchi mikroorganizmlarga, ham rizobiylarning simbiotik hayotiga salbiy ta’sir qiladi [34]. Ko‘pchilik rizobiylar uchun o‘simliklar o‘sishining harorat optimumi diapazoni 28-31 o C tashkil etadi, va ko‘plab rizobiyalar 38 o C da ham o‘sishga 46
qodir emas, biroq rizobiyning Acacia va Prosopis yog‘ochli dukkakli o‘simliklaridan ajralgan ayrim shtammlari tegishlicha 40 va 44 o C yaxshi o‘sgan [36]. Rizobiylarning issiqlik ta’sirida yashovchan ayrim shtammalarda plazmidalarni yo‘qotish va tugunchak xosil qilish uchun zarur bo‘lgan hujayraviy polisaxaridlarning o‘zgarishi oqibatida o‘zining tugunchak xosil qilish qobiliyatini yo‘qotishi mumkin [45 ]. Rizosohali bakteriyalar (rizobakteriyalar) tuproq hududi o‘simlik ildizlari ta’siriga uchrovchi rizosohada yashaydi. Rizosoha dinamik (o‘zgaruvchan): uning davomiyligi (hududi)va xususiyatlari tuproqning jismoniy va kimyoviy xossalari, iqlimiy va tuproqdagi suvda o‘simlik tufayli yuzaga keluvchi o‘zgarishlar, tuproq mikrob populyasiyalarining tarkibi va zichligi, va o‘simliklar hamda mikroblarning metabolik faolligiga bog‘liq. Rizosohali tuproq bakterial populyasiya zichligi tuproqning tutashuvchi asosiy massasiga nisbatan 10-200 marotaba ortiq bo‘lgan yuqori mikrobial faollik hududi hisoblanadi [45]. Asosiy tuproq massasida mavjud bakteriyalardan farqli o‘laroq, rizobakteriyalar o‘simlik signallarini his etishi va unga javob qaytarishi mumkin, o‘simlik hujayralari bilan ozuqa moddal bilan almashinishi, o‘simlikning himoyaviy javobida zarar ko‘rishi va o‘simlik tolalarini egallab olishi, shuningdek patologiya yoki simbiozlar xosil qilib ularga bostirib kirishi mumkin. Ildizlar va rizobakteriyalar faolligi rizosohaning osmotikligini o‘zgartirganligi bois,
osmomoslashuvchan mexanizmlar rizobakteriyyalarning yashovchanligi va o‘simlik ildizlari bilan o‘zaro munosabatiga ta’sir etadi. Tahlil, rizosohali suv osmotikligi asosiy tuproq massasidan mutanosib suv hajmini oshiradi. Yashab qolish va ko‘payish uchun bakteriyalar yuqori osmotikli atrof muhitga moslashishiga mo‘ljallangan mexanizmlarga ega bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatmoqda [44]. Odatda rizosoha o‘simlik ildizlaridan (rizoplandan) bir necha millimetrga cho‘zilgan bo‘ladi. Turli tuzilishga ega tuproqlar kapillyar diametriga ko‘ra farqlanadi, biroq odatda tuproq tirkishlarining ko‘pchiligi diametri 1 mikrondan kam bo‘lmagan teshiklarni tashkil etadi [43]. Tuproqning 3, 0,3 va 0,03 mikron diametrli silindrik teshiklari tegishlicha– 102, - 103 i - 104 kPa ni yutishga teng
47
bo‘lgan potensialni yarata oladigan deb qaralishi mumkin [39]. Berilishicha, Gram-salbiy bakteriyalar turgor bosimni 500 kPagacha saqlab turadi (sitoplazmatik osmotiklikni saqlab turish orqali atrof muhit osmotiklidan 200 bosm ga oshiqroq bo‘lgan darajaga etuvchi qiymatga etadi) [40]. Rizobakteriyalar diametri 1 mikrondan ko‘proq bo‘lgan teshiklar ichidagi suvga to‘g‘ridan to‘g‘ri kirishi mumkin, ularning osmotik quvvati diametri yuqoridagidan kichikroq bo‘lgan suvdan 200 bosm parchalanish imkonini bermaydi. Ildizlar tolasi va rizobakteriyalar rizosohaga organik material kirishiga ko‘maklashadi. O‘simlikning yoshi va atrof muhit sharoitlaridan kelib chiqqan holda o‘simlik ildizi chiqindilari bilan ajraluvchi organik uglerodning umumiy miqdori o‘simlik tomonidan xosil qilinadigan quruqlik massasining 20-30 % miqdorini tashkil etishi mumkin [35]. Suv stressi (ta’siri) va rizobakteriyalar borligi, ko‘rsatilganidek ildizlar ajralishini kuchaytiradi. Ildizdan ajralib chiquvchi past molekulyar birikmalar tahlili shakar, organik kislotalar, aminokislotalar, vitaminlar, purinlar, nukleozidlar, fenol birliklar borligi va rizosohaning oshganligini ko‘rsatdi [33]. Rizosohaning osmotikligini tuproq hamda hujayra yuzasi bilan bog‘lliq bo‘lmagan birikmalar belgilaydi. Ko‘pchilik tirik hujayralar atrof muhit osmotikligi o‘zgarishlariga ularning ichki, sitoplazmatik osmotikligini moslashtirish orqali munosabat bildiradi. Hujayralar darajasi hujayra funksiyalarini buzmagan holda keng diapazonda farqlanishi mumkin bo‘lgan tegishli osmolit eritmalar sitoplazmatik darajasini (miqdorini) o‘zgartirishga qodir. Ko‘plab yaxshi tavsiflangan osmoregulyator mexanizmlar tegishli eritmalarning biosentizini, katabolizmini, yutish yoki chiqarib tashlash mexanizmini modullashtirish (o‘zgartirish) vositasida ularning zarur darajasini ta’minlaydi. Osmoprotektantlar – bu yuqori osmotiklik muhitlarida bakterial o‘sishga ko‘maklashuvchi ekzogen eritmalardir. Ko‘pchiligi o‘zi ta’sir ko‘rsatuvchi sitoplazmaga o‘tkaziladi yoki eruvchan eritmalarda transformatsiyalanadi. Gram-salbiy hujayralar uchun sitoplazmatik hajmni va turgor bosimni saqlab turish shuningdek osmotik periplazmatik muhitga ham bog‘liq. Gram- 48
salbiy bakteriyalarning gipoosmotik adaptatsiyasi asosan periplazmatik osmotiklikka ta’sir qiluvchi periplazmatik glyukanlar to‘planishini o‘z ichiga oladi [36].
Rizosoha ichidagi osmotik muhit ildizlarning egallanishi, infeksion tolalar rivojlanishi, tugunchaklar to‘planishi va tugunchaklarning faol funksiyasini (nitrogenaz faollikni) ta’minlaydi. Rizobiyalar osmoadaptatsiya uchun o‘simlik ildizlarining ichida va tashqarisida turli ehtiyojlarga to‘qnash kelishi mumkin. Infeksion tola tizimi ustida turgor bosimning oshishi infeksion tolaning ichki o‘sishiga ko‘maklashadi [37]. Muayyan muhitda yuqori ion kuchi bilan o‘sishda yoki osmotik shokdan so‘ng ko‘plab rzobial shtammlar kaliyni to‘plashga qodir. Hujayraichi K+ tez oshishi uning Gram-salbiy enterobakteriyalardagi o‘rnidan kelib chiqadi. Periplazmatik glyukanlar bir qator Gram-salbiy bakterial urug‘larda, shu jumladan Azospirillum, Rhizobium, Agrobacterium va Bradyrhizobium kabilarda tavsiflangan [40, 41]. Mazkur glyukanlar β-1, 3 va β-1, 6 glyukozid birikmalara bilan bog‘liq 10 ga yaqin glyukoz qoldiqlarga ega bo‘lib, o‘z xususiyatiga ko‘ra Bradyrhizobiumning periplazmatik siklik β-1, 6–1, 3 glyukanlariga yaqin turadi. Rhizobium va
Agrobacterim siklik
periplazmatik glyukanlarning molekulalari faqat β-1,2 glikozid birliklar bilan bog‘liq 17-40 glyukoz qoldiqlarni o‘z ichiga oladi. Periplazmatik glyukanlar o‘rinbosarlar bilan moslashtirilishi mumkin. Rhizobium va Agrobacterium larda mazkur o‘rinbosarlar fosfoglitserol va/yoki suksinil qismlarni o‘z ichiga oladi. E.colilarda bo‘lgani kabi, periplazmatik glyukanlar ham past osmotik muhitda o‘sish vaqtida faol ravishda Rhizobium, Agrobacterium va Bradyrhizobium larda sintezlashadi [20]. Bu periplazmatik glyukanlar hujayra hajmini tartibga solib turuvchi mexanizmga, osmotik kuchga va yoki periplazmatik muhitning ion kuchiga ta’sir ko‘rsatadi mazmunidagi yondashuvni tasdiqlaydi [21]. Periplazmatik glyukan biosintezining osmotik regulyasiyasi R.melilotida, aftidan post-translyasion miqyosda amalga oshiriladi. Bu, birinchidan, hujayralar 49
past osmtotik muhitga o‘tganda glyukan karkasi xromosom lokuslarining biosintezi va ko‘chishi uchun javobgar bo‘lgan ndvA va ndvB ekspressiyasining kuchaymasligida namoyon bo‘ladi [38]. Ikkinchidan, siklik β-1,2 glyukan sintetaz faolligi past va yuqori osmotiklikda o‘stirilgan hujayralardan ajralgan membran preparatlaridagiga mos [36]. Ugleroda va azotnig boy manbalari sifatida, ildiz ajratmalar endlogen qo‘shma eritmalarning rizobakteriyalar bilan sintezini ta’minlaydi. Buning ustiga, ildiz ajratmalar shuningdek rizobakteriyalar uchun osmoprotektantlar manbasi ham bo‘lishi mumkin. Masalan, prolin va glyutamat odatda ildiz ajratmalarida aniqlanadi, ayni vaqtda prolin betain ko‘p miqdorda beda urug‘i ajratmalarida mavjud bo‘lad [40]. V 1982 yilda, Hua va boshqalar [44] yuqori osmotiklikda glutamatning tuzga chidamli Rhizobium sp. WR1001 shtammi bilan akkumulyasiyasi haqida xabar berdilar. Bu olimlar farazicha, glutaminsintetaz (GS)/glutamatsintaz (GOGAT) yo‘li tuz ta’siri (stressi) vaqtida glutamat biosintezi uchun juda muhim. Boshqa bir guruh olimlar, Yap & Lim keyinchalik hujayralar 0,2 M NaCl bor bo‘lganda o‘stirilgan bo‘lsa Rhizobium sp. UMKL 20 ning tozalanmagan ekstraktlarida GS va GOGAT darajalari oshishini (7 va 10 marta) namoyon etdilar. Ko‘plab rizobial shtammlarda osmotik ta’sir (stress)ga javoban tregaloza akkumulyasisi aniqlangan. Smith va boshqalar ko‘rsatishicha, tregalozaning to‘planishi hujayralarning osmotik ta’siri (stressi) bilan bog‘liq. Aksincha, bu bakteriya past osmotik chegarada glutamat to‘playdi. YAMR texnikasini qo‘llab Breedveld va boshqalar tregalozaning R.meliloti SU-47 va Rhizobium leguminosarum biovar trifoli TA-1 larda osmotik shok holatidagi sintezni kuzatdilar. Ularning tadqiqoti, tregaloza biosintezi glikogen va poli- β-oksimoyli kislota hujayraviy zaxira materiallari tugashi bilan bog‘liqligini ko‘rsatdi [45]. Glitsin-betain R.meliloti uchun potensial osmoprotektant hisoblanadi [35, 38]. Le Rudulier & Bernard [45] ko‘rsatishicha, R..meliloti shtammalari osmotik shokka duchor bo‘lganda glitsin-betainni yutish kuchayadi. R.meliloti tugunchak 50
bakteriyalari enterobakteriyalar bo‘lmaganda glitsin betainni uglerod yoki azot manbasi sifatida foydalanish qobiliyatiga ega [45] Bernard va boshqalar [44] qayd etishicha, R.meliloti bakteriyalari glitsin-betain sekin asta dimetil-glitsin, sarkozin va oqibat glitsingacha demitiliratsiya qiladi. Bu tadqiqotlar, shuningdek R.meliloti glitsin-betaindan faqat past osmotiklikda uglerod yoki azot manbasi sifatida foydalanish qobiliyatiga egaligini ko‘rsatdi. Aftidan, R.meliloti rizobial bakteriyalari o‘zining ekzogenn ыy glitsin-betainni utilizatsiya qilish va shunday qilib qo‘shma eritmani xosil qilish qobiliyati bois rizobiylar orasida yagona hisoblanadi. Prolin-betain (staxidrin) R.meliloti uchun potensial osmoprotektant hisoblanadi, va prolin-betainni yutish hujayralar tomonidan ular yuqori osmotikka o‘tganda kuchaytiriladi [15]. Le Rudulier va boshqalarning ko‘rsatishicha, prolin- betain oqsilni bog‘lovchi R.meliloti prolin-betain konsentratsiyasi bakteriyalar hujayralarining oddiy konsentratsiyastini 100 marta oshganda ham periplazmatik glitsin-betain uchun glitsin-betain bilan raqobatlashmaydi. Aniqlanganidek glitsin-betain uchun, R.meliloti past osmotik muhitda o‘sganda hujayralar prolin-betaindan uglerod va azot manbasi sifatida foydalanadilar [17]. Osmotik ta’sirga (stressga) javoban turli rizobiylar tomonidan tregalozaning to‘planishi uning biosintezi orqali amalga oshirilsada, Smith va uning hammualliflari tomondan, ekzogen tregalozaning ilgari NaCl ta’siri (stressiga) duchor bo‘lgan
R.meliloti, o‘simliklariga qo‘shish uning
hujayraichi akkumulyasiyasini kuchaytirishi aniqlandi. Shu mazmunda, Elsheikh va boshqalar ko‘rsatishicha, ekzogenn tregalozani qo‘shish NaCl yuqori konsentratsiyalari mavjud muhitda Bradyrhizobium ikki shtammi o‘sishini kuchaytiradi. YAqinda, Talibart va boshqalar, ektoin shuningdek yuqori osmotik kuch sharoitlarida ham bir qator rizobial turlarning (R.meliloti, B.japonicum, R.leguminosarum) o‘sishini kuchaytirishini namoyon etdilar. Ayni shu mualliflar oqsilni bog‘lovchi periplazmatik glitsin betaindan farqlanuvchi R.meliloti da oqsilni bog‘lovchi periplazmatik ektoinni aniqladilar [15]. Qayd etilishicha, ektoin ko‘plab rizobiylar
51
(R.meliloti, B.japonicum, R.leguminosarum) uchun potensiyaviy osmoprotektant ta’siriga ega bo‘lsada, u hujayralar ichida to‘lanmaydi. Chamasi, ektoin qo‘shma eritmalar biosintezi uchun fermentlarni kodlovchi genlarning transkripsion aktivatori sifatida ta’sir ko‘rsatishi mumkin. Shu bilan birga, ektoin katabolizmi shuningdek glutamat kabi boshqa maqbul eritmalar to‘planishini ta’minlashi mumkin [23]. |