AP 09259945 (жетекшісі Жамбакин К.Ж.)

Жобаның қысқаша ақпараты

(жобаның ұзактығы-36 ай., 2021-2023 ж.)

  Жобаның атауы: ИРН AP09259945 «Оңтүстік Қазақстанның қорғасынмен ластанған аумақтарын фиторемедиациялауға арналған тәтті картоптың (Ipomoea batatas L.) қабілеті».

Қазақстанның аумағы 2 724 900 км², бұл оның көлемі бойынша әлемдегі тоғызыншы ел, шамамен Батыс Еуропа аумағы сияқты. Үлкен аумақтардың шөлейттенуі топырақтың ластануымен, жер үсті және жер асты суларымен су басуымен және жалпы аймақтық биологиялық сыйымдылығының төмендеуімен қатар жүреді. Қазақстанның басым бөлігі үш өңірдің — Шығыс Қазақстан, Қарағанды, Павлодар облыстарының аумағында орналасқан ядролық полигон қызметінен зардап шеккені белгілі. Қалдықтардың басым бөлігі көмір, қара металдар өндірумен  және қайта өңдеумен айналысатын Ақтөбе, Павлодар, Қарағанды, Шығыс Қазақстан, Жамбыл, Батыс Қазақстан және Атырау облыстарынан келеді. Шығыс Қазақстан облысының жерлері мыс (Cu), мырыш (Zn), кадмий (Cd), қорғасын (Pb), мышьяк (As) үйлесімімен ластанған. Қарағанды облысындағы топырақтың ластануы көмір, тау-кен және металлургия өнеркәсібінің қалдықтарынан туындаған. Қызылорда облысында жерді ластаудың негізгі көзі қоршаған ортаны ауыр металдармен және мұнай өнімдерімен ластайтын мұнай компанияларының қызметі болып табылады. Осылайша, тау-кен өндіру, Мұнай және металлургия өнеркәсібі кәсіпорындарының қызметі Қазақстанның Орталық, Шығыс және Батыс бөліктеріндегі жерлердің қатты ластануының негізгі себебі болып табылады.

Сондай-ақ КСРО-да белсенді жұмыс істеген зауыттар да үлкен экологиялық проблема болып табылады, осындай кәсіпорындардың бірі қазіргі уақытта жұмыс істемейтін Шымкент қорғасын зауыты (қазіргі атауы «Южполиметалл») болып табылады, ал одан шыққан қалдықтардың көлемі 1 миллион 800 м3 құрайды және тау түріндегі қорғасын шламының үйіндісі болып табылады (танымал атауы «қорғасын тауы»). Осы зауыттың айналасындағы топырақтың ластануы бойынша зерттеулер елеулі түрде жүргізілген жоқ.  Топырақты ауыр металдардан тазартудың негізгі әдістері бөлінеді: физика-химиялық және биологиялық. Топырақты тазартудың физика-химиялық әдістерін қолдану, атап айтқанда Жуу, химиялық тотығу және тотықсыздану көбінесе қайталама ластаушы заттардың жиналуына әкеледі және ластанған топырақ қабатын алып тастауға және қалдықтарды жинауға байланысты қосымша манипуляцияларды қажет етеді. Физикалық-химиялық әдістерден айырмашылығы, биологиялық ремедиация тірі организмдерді (микроорганизмдер, балдырлар және өсімдіктер) қолданады. Бүгінгі таңда биоремедиацияның перспективалы бағыттарының бірі-тірі өсімдіктерді қолданатын фиторемедиация технологиясы. Фиторемедиация микроорганизмдер мен балдырлардан айырмашылығы улы ауыр металдарды сіңіру қабілетіне ие.

Физикалық-химиялық әдістерден айырмашылығы, биологиялық ремедиация тірі организмдерді (микроорганизмдер, балдырлар және өсімдіктер) қолданады. Бүгінгі таңда биоремедиацияның перспективалы бағыттарының бірі-тірі өсімдіктерді қолданатын фиторемедиация технологиясы. Фиторемедиация микроорганизмдер мен балдырлардан айырмашылығы улы ауыр металдарды сіңіру қабілетіне ие.

  Жобаның мақсаты: Топырақтағы қорғасынның жоғары концентрациясына төзімді, сондай-ақ Оңтүстік Қазақстанның контаминацияланған аумақтарын фиторемедиациялау үшін ұлпаларда  қорғасын жинақтауға қабілетті тәтті картоп сорттарын іріктеу, сынау және зерттеу жүргізу.

Күтілетін нәтижелер:

Шымкент қорғасын зауыты топырақтың қорғасынмен және басқа да ауыр металдармен ластану деңгейі анықталатын болады. .In vitro деңгейінде қорғасынға төзімділік үшін кемінде 2 төзімді сортты және кемінде 2 сезімтал тәтті картоп сорттарына скрининг және іріктеу жүргізіледі.

Шымкент қорғасын зауыты жұқтырған топырақтағы іріктелген сорттардың қорғасынның және басқа да ауыр металдардың жоғары концентрациясына төзімділігіне бақылау жасалатын жағдайларда бағалау жүргізілетін болады.

Тәтті картоптың төзімді және сезімтал сорттарындағы гендік экспрессия спектріндегі айырмашылық салыстырмалы транскриптомдық талдау арқылы анықталатын болады.

Тәтті картоп тіндерінде қорғасын мен басқа да ауыр металдардың болуына биохимиялық талдау жасау үшін материал (2023 ж. өнім) алынатын болады. Ластанған топырақта қорғасын және басқа да ауыр металдармен өсірілген тәтті картоптың тіндерінде қорғасын мен басқа да ауыр металдардың болуына талдау жасалынады.

Ластанған топырақта қорғасын және басқа да ауыр металдармен өсірілген тәтті картоп, крахмал мен басқа да пайдалы өнімдерге өңделінеді.

Алынған қайта өңдеу өнімдері ауыр металдардың бар болуына талданылады.

Тәтті картоптан қорғасын алудың орындылығы анықталады.

  Жобаның жетекшісі:

Жамбакин Кабыл Жапарович, ӨББИ бас директоры, биология ғылымдарының докторы, профессор, ҚР ҰҒА академигі, h-index 3, оның жетекшілігімен 4 кандидаттық және 3 PhD диссертациялары қорғалды.

(https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55331576800; https://app.webofknowledge.com/author/record/3844956)

  Зерттеу тобының құрамы:

   Шамекова Малика Хабидулаевна: білімі жоғары (Зоотехния мамандығы), магистр (Агроэкология мамандығы), PhD (Экология мамандығы), қауымдастырылған профессор (Биология мамандығы), ғылыми жұмыс тәжірибесі 15 жыл ғылыми жобаның профиліне сәйкес келеді, h-index 4, оның ғылыми жетекшілігімен 1 PhD диссертация қорғалды.

(https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55617198500; https://app.webofknowledge.com/author/record/4172091).

  Дауров Диас Ламзарович: бакалавр (Биотехнология мамандығы), магистр (Биотехнология мамандығы), ғылыми жұмыс тәжірибесі 7 жыл ғылыми жобаның профиліне сәйкес келеді, h-index 1,

  (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?origin=resultslist&authorId=57201666405&zone= ;   https://app.webofknowledge.com/author/record/35819805?lang=ru_RU&SID=F5UIG1R9xCKg1bvOMMo)

  Даурова Айнаш Кененбаева: бакалавр (Биотехнология мамандығы), магистр (Жеміс-көкөніс шаруашылығы мамандығы), ғылыми жұмыс тәжірибесі 7 жыл ғылыми жобаның профиліне сәйкес келеді, h-index 1,

(https://www.scopus.com/authid/detail.uri?origin=AuthorProfile&authorId=57201673636&zone=;   https://app.webofknowledge.com/author/record/10089321?lang=ru_RU&SID=F5UIG1R9xCKg1bvOMMo)

  Арғынбаева Әсел Мұхтарқызы: білімі жоғары (Биотехнология мамандығы), магистр (Биотехнология мамандығы), ҚазҰАУ докторанты 3-курс (өсімдіктерді қорғау және карантин мамандығы), ғылыми жұмыс өтілі 2 жыл ғылыми жобаның профиліне сәйкес келеді

  Каирканов Болат Кожекбаевич: білімі орта.

   2015-2020 жылдар аралығындағы жоба орындаушыларының жарияланымдары мен патенттерінің тізімі

1. Zhambakin, K., Zhapar, K. Current status and prospects of plant biotechnology in Kazakhstan. Plant Biotechnology Report 14, 177–184 (2020).  DOI:10.1007/s11816-020-00601-0, IF-1.259, Q-3, процентиль-64
2. Daurov D., Zhapar K., Daurova A., Volkov D., Bakbergenova M., Tolegenova D., Shamekova M., Zhambakin K. Production of virus-free sweet potato planting material for the southeast of Kazakhstan. International journal of agriculture and biology 20 (4) : 851-856, 2018. DOI:17957/IJAB/15.0576. IF (WoS)  – 0.82, Q-3, процентиль (Scopus)-56
3. Daurova Ainash, Daurov Dias, Volkov Dmitriy, Aibek Karimov, Zhandos Abai, Daniyar Raimbek,Kuanish Zhapar, Kabyl Zhambakin, Malika Shamekova.  Mutagenic treatment of microspore-derived embryos of turnip rape (Brassica rapa) to increase oleic acid content. Plant Breeding. 2020; 00:1–7.   DOI:10.1111/pbr.12830, IF (WoS)  – 1.251, Q -3, процентиль (Scopus) – 62
4. Daurov, D., Daurova, A., Karimov, A. Tolegenova, D., Volkov, D., Raimbek D., Zhambakin K.,Shamekova M. Determining Effective Methods of Obtaining Virus-Free Potato for Cultivation in Kazakhstan. Am.J.PotatoRes. 97, 367–375 (2020). DOI:10.1007/s12230-020-09787-z, IF (WoS) -1.085, Q-3, процентиль (Scopus) -57
5. Daurova A, Daurov D, Volkov D, Zhapar K, Raimbek D, Shamekova M, Zhambakin K. Doubled haploids of interspecific hybrids between Brassica napus and Brassica rapa for canola production with valuable breeding traits. OCL 27: 45. DOI:10.1051/ocl/2020041; SiteCoreScopus-2.8, процентиль – 70
6. Kalendar R, Muterko A, Shamekova M, Zhambakin K. In Silico PCR Tools for a Fast Primer, Probe, and Advanced Searching. (2017) Methods in Molecular Biology, 1620, pp. 1-31. DOI: 10.1007/978-1-4939-7060-5_1

2021 ж. қол жеткізілген нәтижелер: Тұрғындардың жеке аулаларындағы үш нүктеден іріктелген топырақты талдау нәтижесінде қорғасынның шекті рұқсат етілген концентрациясының (ШЖК) 83 есе, мырыштың 266-да және Мыстың 267-де артуы анықталды. Тәтті картоптың 57 сорттарын in vitro скринингінің нәтижесінде біз қорғасынға және басқа ауыр металдарға 2 төзімді генотипті (КО-12, КО-16) және 2 сезімтал (КО-5 және КО-7) таңдадық.

2022 ж. қол жеткізілген нәтижелер: Қорғасынмен ластанған топырақта бақыланатын жағдайларда тәтті картоптың өсуі мен дамуына тест жүргізілді. Тәжірибе үшін тәтті картоптың 57 түрі алынып, көшеттерге арналған кассеталық шағын жылыжайларға отырғызылды (40х16х13). Шағын жылыжайда өсімдіктерді бейімдеу үшін алғашқы 7 күн сумен суарылды, содан кейін топырақта ылғал жоғалғаннан кейін өсімдіктер 300 мл көлемінде ауыр металдармен өңделді. биохимиялық және флуориметриялық талдау жүргізілді, мұнда 2 төзімді сорт (КО-12 және КО-16), сондай-ақ 2 сезімтал сорт (КО-5 және КО-7). Оңтүстік Қазақстанның қорғасынмен ластанған аумағында тәтті картопты тәжірибелік өсіру жүргізілді. Өсіру келесі координаттар учаскелерінде жүргізілді: №1 – 42°18’30.6″N 69°31 ‘60.0″E; №2 – 42°18’29.7″N 69°31 ‘58.1″E; №3 – 42°18’58.4″N 69°32 ‘42.9″E; №4 – 42°21’15.7″N 69°36’43.5″E. өсімдік материалында ауыр металдардың жиналуына вольтамметриялық жүз анализаторында талдау жүргізілді. Нәтижелер эксперименттік учаскелерде ауыр металдардың жоғары жиналуын көрсетті.

2023 ж. қол жеткізілген нәтижелер:

• Шымкент қорғасын зауытының топырақтың қорғасынмен және басқа да ауыр металдармен ластану деңгейі анықталды, онда қорғасын (Pb), мырыш (Zn) және кадмий (Cd) ауыр металдардының жоғары концентрациясы анықталды. Тұрғындардың жеке шаруашылықтарындағы 4 пункттен алынған топырақты талдау нәтижесінде алынған сынамалардың барлық дерлік учаскелерінде ластанған №4 учаскеде қорғасын және кадмий бойынша топырақтағы ШРК (ШРК) асып кеткені анықталды.
• Іn vitro жағдайында скрининг жүргізілді, онда тәтті картоптың 57 сортынан 32 сорт таңдалды. Содан кейін 32 төзімді және сезімтал өсімдік сорттарын таңдау үшін 0-ден 10-ға дейінгі шкала бойынша жапырақтың зақымдалуын фенотиптік бағалау жүргізілді. Сонымен қатар физиологиялық және биохимиялық талдаулар төзімді сорттарды (КО-12 және КО-16) және сезімтал сорттарды (КО-7 және КО-5) таңдау үшін пайдаланылды.
• Оңтүстік Қазақстанның қорғасынмен ластанған аудандарында тәтті картопты тәжірибелік өсіру жүргізілді. Атомдық-абсорбциялық спектроскопиялық талдаудың нәтижелері No4 учаскенің ауыр металдармен ең көп ластанғанын, ШРК-дан асатынын көрсетті.
• Ең төзімді КО-12 сорты мен ең сезімтал КО-5 сорты арасындағы ген экспрессиясының спектріндегі айырмашылық транскриптомды салыстырмалы талдау арқылы анықталды. Молекулалық деңгейде 4 ген зерттелді: Металлотионеин (IbMT1), ATPase 3 (HMA3) гомолог гені, PODs (swpb3 және swpa4). Алынған нәтижелерден қорғасынды өңдеу екі сорт арасында ген экспрессиясының әртүрлі өзгерістерін көрсететіні, жоғары экспрессия деңгейі төзімді КО-12 сортында байқалатыны анықталды.
• Тәтті картопты крахмалға айналдыру үшін екі түрлі әдіс қолданылды. Бірінші әдіс 3 г дейін крахмал алуға мүмкіндік берсе, екінші әдіс 10-12 г крахмал алуға мүмкіндік берді. Тәтті картопты крахмалға айналдырып, ауыр металдың құрамын талдағаннан кейін, екі әдістің ішінде тәтті картоптың ауыр металдарын өңдеуде де, талдауда да ең жақсысы ретінде екінші әдіс таңдалып алынды.
• Тәтті картоп биомассасынан қорғасын алу мүмкіндігін зерттеу үшін төзімді (КО-12) және сезімтал (КО-5) сорттары алынып, 10 күн бойы 30 мМ жоғары қорғасын концентрациясымен өңделді. Жүргізілген талдау нәтижесінде КО-5 сортының КО-12 сортымен салыстырғанда тамырдағы адсорбция мөлшері аз екені анықталды. Тамырдағы сияқты КО-12 сорты жапырақта жоғары адсорбциялық қабілетін көрсетті және өңдеуден кейінгі 10-шы күні (ӨКК) КО-5 сортымен салыстырғанда қорғасынның мөлшері шамамен 1,9 есе жоғары болды.
• Барлық алынған нәтижелерге сүйене отырып, тәтті картоптың тамырлары мен жапырақтары қорғасынды жақсы сіңіреді, сонымен қатар қорғасын мен басқа да ауыр металдарды қалпына келтіру қабілеті бар деп сенімді түрде болжауға болады.

2023 жылғы жарияланымдар

ҚРҒЖБМ ҒЖББСҚЕК журналында:

Zh.K. Abilda, D.L. Daurov, A.K. Daurova, K.K. Zhapar, Z.B. Sapakhova, K.Zh. Zhambakin, M.Kh. Shamekova. Construction of a geoecological map of dust particles transfer from the surface of the Shymkent lead (plumbum) factory dump // Eurasian Journal of Ecology. – 2023. –  Vol. 74(1). – P. 4-15.

Шетелдік және отандық халықаралық конференциялардың тезистері:

Жамбакин К.Ж., Дауров Д.Л. Загрязнение почвы тяжелыми металлами в г. Шымкент // Материалы международной научно-практической конференции «Экологическая генетика и здоровье населения: достижения и перспективы», 18 января 2023 г., посвященной 80-летию доктора биологических наук, профессора, академика Национальной Академии Наук Высшей Школы РК и МАИН Бигалиева Айтхажи Бигалиевича. C. 23–27.

Шетелдік журналдардағы мақалалар:

1. Daurov D., Zhambakin K., Shamekova M. Phytoremediation as a way to clean technogenically polluted areas of Kazakhstan // Brazilian Journal of Biology = Revista Brasleira de Biologia. – – Vol. 83. – P. e271684. Процентиль на момент подачи (Scopus) – 68; https://doi.org/10.1590/1519-6984.271684
2. Toishimanov M., Abilda Z., Daurov D., Daurova A., Zhapar K., Sapakhova Z., Kanat R., Stamgaliyeva Z., Zhambakin K., Shamekova M. Phytoremediation Properties of Sweet Potato for Soils Contaminated by Heavy Metals in South Kazakhstan // Applied Sciences. – 2023. Vol. 13. – P. 9589. IF (WoS) – 2.7, Q-2, процентиль (Scopus) — 75; https://doi.org/10.3390/app13179589