Реферат: Функциональные особенности метаболизма металлов у рыб в современных биогеохимических условиях дельты р. Волги >03. 00. 13 физиология

На правах рукописи


Воробьев Дмитрий Владимирович


ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА МЕТАЛЛОВ У РЫБ В СОВРЕМЕННЫХ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ДЕЛЬТЫ р. ВОЛГИ


03.00.13 – физиология


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук


Астрахань, 2008


Работа выполнена на кафедре физиологии и морфологии человека и животных Астраханского государственного университета.


Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Давид Львович Теплый


^ Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор Александр Николаевич Неваленный


доктор медицинских наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Вячеслав Федорович Киричук


^ Ведущая организация: Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского


Защита состоится «___» «____________» 2008г. в ___ часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна 1. Естественный институт АГУ.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГУ по адресу: 414000, Астрахань, пл.Шаумяна, 1.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Ю.В. Нестеров

^ Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. Возрастающее влияние антропогенных факторов на континентальные водоемы привело к повышению уровня металлов в водных экосистемах, в т. ч. в воде Волго-Каспийского бассейна, где в последние годы, например, содержание цинка увеличилось и достигло 2-3 ПДК (Сокольский, 1995; Костров, 1999; Щербакова, 2004; Шипулин, 2006; Воробьев и др., 2007 и др.)

С одной стороны цинк, медь, марганец, кобальт, железо и другие элементы относятся к жизненно важным факторам, необходимым в определенных количествах для нормального функционирования порядка 90 ферментов, части гормонов, витаминов, биосинтеза РНК и ДНК, влияющим на все виды обмена веществ в организме (Войнар, 1960; Ковальский, 1974; Школьник, 1974; Воробьев, 1979, 1982, 1993; Абдурахманов и др.,2003; Скальный, 2004; Кузьмина, 2005; Неваленный, 1998 и др.), а с другой - находясь в больших количествах в воде и корме, они могут оказывать отрицательное (токсическое) влияние на рыб (Лукъяненко, 1967, 1980; Сокольский, 1995; Абдурахманов и др., 2003; Абдурахманов, Зайцев, 2004; Bury et al., 2003; Calta, Cappolat, 2006; Buzy, Grosell, 2003; Fahzenfort et al., 2006; Wirum et al., 2006; Крючков, 2004, 2007 и др.).

В связи с повышенным уровнем металлов в воде возникает необходимость исследования физиологического состояния рыб в естественных водоемах Нижней Волги и, в первую очередь, определить динамику металлов в органах и тканях производителей различных видов, исследовать их гематологические параметры, аминокислотную картину, выяснить пути поступления и выведения микроэлементов из организма, а также изучить влияние различного уровня кальция, цинка и температуры воды на физиологическое состояние рыб Волго-Каспийского региона, где в последнее десятилетие произошло катастрофическое снижение численности осетровых и других ценных видов рыб в естественных водоемах, в то время как естественный нерест белуги, осетра и севрюги на р.Волге почти прекратился (Иванов, 2000, 2001, 2002; Иванов и др., 1995, 1999; Власенко и др., 2003; Распопов, 2001).

Таким образом, актуальность исследований предопределена необходимостью изучения влияния различных дозировок металлов, условий среды на рыб, получения данных о физиолого-биохимических параметрах различных видов половозрелых особей в современных биогеохимических условиях, а также разработкой новых методов и подходов, физиологических тестов с целью функциональной оценки производителей при искусственном воспроизводстве различных видов рыб (осетровые, карповые и другие) для восполнения рыбных запасов Волго-Каспийского бассейна.

Цель исследования:

Изучить функциональные особенности динамики металлов в органах и тканях осетровых, карповых и окуневых рыб, а также исследовать влияние ионных и температурных факторов среды на метаболические процессы в организме белого амура, выращиваемого в поликультуре в рыбоводных хозяйствах западно-подстепных ильменей дельты р. Волги, где ежегодно наблюдается широкий диапазон концентраций цинка, кальция в воде и ее значительные температурные колебания.

^ Для достижения этой цели были поставлены задачи:

1) Изучить динамику распределения различных физиологически важных элементов – железа, марганца, цинка и меди (в отдельных случаях – алюминия, кобальта и др.) в органах и тканях производителей белуги, осетра, севрюги, стерляди, сазана, леща, жереха, красноперки, белого амура, пестрого толстолобика, судака и их физиолого-биохимические параметры на фоне биогеохимической обстановки, сложившейся в последние десятилетия XX – и начале XXI веков, - повышенного уровня отдельных металлов в воде дельты р.Волги.

2) Исследовать толерантность белого амура к различным концентрациям цинка в воде, а также в эксперименте при его введении per os рыбам, определить пути поступления и выведения цинка из организма растительноядных рыб. Выяснить роль пищеварительной системы и жабр в выделении металла и обмена цинка в организме.

3) Изучить влияние температуры воды и различного уровня кальция в ней на тканевый и органный обмен цинка в организме белого амура.

Научная новизна:

На единой методологической (физиолого-биогеохимической) основе комплексно рассмотрены физиологические особенности содержания микроэлементов в органах и тканях различных семейств рыб: осетровые, карповые и окуневые, их физиологические показатели; выяснены пути поступления и выведения цинка у растительноядных рыб.

Впервые изучено влияние различных уровней цинка и его антагониста - кальция, а также температурного фактора на обменные процессы белого амура. Установлено, что повышение температуры воды при широком диапазоне концентрации в ней цинка влечет за собой не только утилизацию, но и выведение цинка из организма белого амура.

Показано, что рыбы могут регулировать обмен цинка в организме за счет изменения интенсивности всасывания металла кишечной стенкой и абсорбции жабрами, депонирования элемента кожей и костной тканью, и путем выведения его выделительными органами, в основном пищеварительной системой, жабрами, и, отчасти, почками.

Впервые, на примере белого амура обнаружена обратная связь между абсорбцией цинка из воды и концентрацией в ней кальция на фоне тканевого перераспределения металла в организме.

Впервые разработан физиологический тест- содержание цинка в форменных элементах крови- для определения обеспеченности им организма различных рыб.

^ Положения, выносимые на защиту:

Обмен железа, марганца, цинка и меди в органах и тканях у осетровых, карповых и окуневых рыб предопределяется биогеохимической обстановкой экосистем и существенно зависит от вида, пола и физиологического состояния гидробионтов.

Увеличение уровня кальция в воде (до известных пределов) снижает утилизацию цинка органами и тканями растительноядных рыб.

Температура воды, концентрация в ней цинка и пероральное введение его белому амуру обуславливают и утилизацию, и выведение металла из организма рыб, в основном, с помощью пищеварительной системы и жабр, и, отчасти, почками.

Повышение уровня цинка в воде и пероральное его введение белому амуру вызывает увеличение количества металла в форменных элементах крови, что позволяет использовать этот показатель метаболизма в качестве физиологического теста оценки функционального состояния растительноядных рыб в условиях аквакультуры.

Теоретическая значимость определяется установлением общих тенденций, видовых особенностей и полового диморфизма динамики физиологически важных металлов в органах и тканях производителей различных рыб и их физиолого-биохимических показателей, выяснением уровня тканевого и органного метаболизма и изучением путей поступления и выведения цинка у растительноядных рыб под влиянием различных концентраций цинка, кальция и колебаний температуры воды.

Практическое значение состоит в рекомендации определения содержания конкретного химического элемента в форменных элементах крови, как объективного и методически легко доступного физиологического теста обеспеченности организма рыб металлом, при их выращивании в различных биогеохимических условиях; применения исследованных нами физиологических параметров различных видов рыб, взятых из естественных водоемов, в качестве ориентира «нормального» функционального состояния производителей, при их выращивании и содержании в биогеохимических условиях рыбоводных предприятий и многократном (осетровые, карповые) использовании для получения молоди и товарной продукции. Материалы диссертации используются в лекционных курсах по физиологии и этологии животных, токсикологии, экологии и охране окружающей среды в Астраханском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодые ученые: новые идеи и открытия» (г.Курган, 14-16 июня 2006г.); III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде», Семипалатинск, 2006г.; Международной научно-практической конференции. «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования», Астрахань, 2007г.; I Международной интерактивной конференции «Современные аспекты экологии, физиологии и физиолого-экологического образования», 16-19 мая, Москва-Астрахань, 2007 г.; II Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», Астрахань, 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, 6 из которых – в изданиях перечня ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах, включает 11 таблиц и 63 рисунка. Состоит из введения, литературного обзора, 6-ти глав, заключения, выводов, списка используемой литературы, включающего 216 источников, в т. ч. 150 зарубежных.

^ Материал и методы исследования.

Исследования проведены в 2003-2008 гг. на различных видах рыб, находящихся в биогеохимических условиях субрегиона дельты р.Волги. Анализу были подвергнуты 4 экземпляра белуги – Huso huso L., 5 - осетра – Acipenser queldenstaedtii Brant, 5 – севрюги – Acipenser stellatus pallas, 12 – стерляди – Acipenser ruthanus L., 192 - белого амура – Ctenopharyngodon idella Val., 36 - пестрого толстолобика – Aristichtus nobilis Rich, 41- леща – Abramis brama L., 42 – сазана – Cyprinus carpio L., 32 – жереха– Aspius aspius L., 145 - красноперки – Scardinius eritrophal L., 39 - судака – Lucioperca Cucioperca L.

Рыбу и других гидробионтов, а также грунты и воду отбирали на тонях «9-я Огневка» и «Чкаловская» Главного банка (ВКК) р.Волги, а также (растительноядных) в пресных западно-подстепных ильменях (Кара-булак, Власов, Б. Лата) Лиманского района Астраханской области. Модельные опыты на двухлетках белого амура проводили в аквариумах емкостью 80л. с водой, взятой из лиманских ильменей. Критерием оценки физиологического состояния рыб служили гематологические параметры, определяемые по общепринятым методикам, и аминокислотный спектр рыб, который оценивался с помощью автоматического анализатора 1200Е (Чехословакия). Металлы в грунтах (180 проб), воде (212 проб), в планктоне (81 проба), бентосе (69 проб), макрофитах (257 проб), органах и тканях рыб (2898 проб) определялись атомно-абсорбционным методом (Прайс, 1976; Брицке, 1982) на спектрофотометрах AAS-1 и «HITACHI» -180-50. Анализ результатов исследований проведен с использованием программного пакета по стандартной программе обработки статистического материала «D\STAT», Microsoft Excel 97 Pro, Statqraf, Statistica. Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента (при уровне значимости 0.01-0.05).


^ Результаты исследований и их обсуждение


Функциональные особенности динамики Fe, Zn, Cu, Mn в органах и тканях различных видов рыб в биогеохимических условиях дельты р.Волги.

Микроэлементы в водных экосистемах являются одним из регуляторов метаболизма рыб, и только комплексное физиолого-биогеохимическое исследование, включающее в себя изучение содержания микроэлементов в грунтах, воде, планктоне, бентосе, макрофитах и органах и тканях рыб, позволяет сделать выводы об обеспеченности водных экосистем микроэлементами, физиологическом состоянии рыб и их метаболизме в конкретных биогеохимических условиях (Ковальский, 1974; Воробьев, 1982, 1993, 2007).

В настоящее время металлы в грунтах водоемов дельты р.Волги выстраиваются в следующий убывающий ряд: Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, V, Cd, Hg, а в воде-Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, V, Со, Cd. В грунтах водоемов р.Волги установлены сезонные колебания элементов, а наибольшее количество металлов обнаружено в слоях 0-5см и 15-20см. Нами выявлена тенденция увеличения микроэлементов от весны к осени, что объясняется не только обогащением илов отмирающими организмами, но и повышением активности грунтовых вод к осеннему периоду. Количество цинка в волжской воде значительно выросло относительно 60х -70х гг. ХХ века (Зайцев,1979, Андреев, 1980, Воробьев, 1982) и колеблется от 3 до 140мкг/л, в среднем – 32,1±2,6мкг/л, а в водоемах западно-подстепных ильменей дельты р.Волги – соответственно: 8,2-151мкг/л и 30,9±2,8мкг/л, что в несколько раз превышает ПДК. Количество меди – от 2,0 до 40мкг/л, а в среднем – 9,3±0,4мкг/л, причем, весной оно было выше, чем летом. Марганца обнаружено, в среднем, 9,8±0,7мгк/л, что в 1,5-2 раза выше средних величин для рек России (Патин, Морозов, 1981; Воробьев, 1993). В зоопланктоне металлы располагаются так: Fe>Mn>Zn>Co>Cu. Как правило, организмы планктона и бентосной фауны содержат исследуемые элементы, в зависимости от их количества в грунтах и воде (r=+0,87), обладая при этом видовой дифференциацией и хорошей способностью утилизации элементов из окружающей среды. Количество металлов у макрофитов зависит от биогеохимической обстановки водоемов, их физиологического состояния и вида растений - пищи белого амура.


Осетровые.

Изучение функциональных особенностей обмена металлов в органах и тканях белуги, осетра, севрюги и стерляди позволило выявить межвидовые различия уровня металлов у рыб. Установлено, что депонирование металлов органами и тканями у стерляди и севрюги (мирные рыбы) отличается от количества элементов у белуги (хищник). Физиологическая роль железа в организме объясняется его участием в аэробном метаболизме, нарушения которого могут иметь серьезные последствия. В организме осетровых рыб железо присутствует в значительных количествах относительно других микроэлементов. Большие концентрации его обнаружены в органах, обильно снабженных кровью, где накопление этого металла происходит главным образом за счет геминного железа (Войнар, 1960; Воробьев, 1993, 2007 и др.). Медь в наибольшем количестве – 45,2±1,3 и 39,8±1,4 мг/кг утилизируется у самцов и самок рыб в селезенке. У всех рыб больше всего металлов содержится в печени , а меньше- в мышцах. У производителей осетровых рыб на IV стадии зрелости икры выявляются видовые и половые (СОЭ) отличия гематологических показателей (табл.1).

^ Таблица 1.

Гематологические показатели осетровых

Вид рыб

Концентрация гемоглобина, г %

Число эритроцитов

СОЭ, мм/ч

^ Число лейкоцит.

тыс/мм3

самцы

самки

Белуга

9,1±0,82

0,92±0,05

5,8±0,31

7,3±0,22

79±2,72

Осетр

8,3±0,11

0,71±0,03

6,2±0,57

8,1±0,04

67±3,88

Севрюга

9,3±0,65

1,13±0,03

3,3±0,06

6,1±0,07

62±5,19

Стерлядь

7,9±0,08

1,21±0,17

3,0±0,06

4,7±0,22

81±9,95


Карповые.

Органы и ткани сазана, леща, жереха и красноперки по содержанию железа и меди располагаются так: печень > селезенка > чешуя > гонады > почки > жаберные лепестки > кровь > мышцы. В печени на единицу массы микроэлементов в несколько раз больше, чем в мышцах. В крови самцов сазана меди больше, чем у самок (р0,05). Для марганца убывающий ряд выглядит следующим образом: чешуя, жаберные лепестки, печень, гонады, почки, кровь, селезенка, мышцы. При этом самки леща содержали в жаберных лепестках больше марганца, чем самцы (р0,05), что свидетельствует о половом диморфизме рыб. У леща чешуя достоверно лучше (р0,05) обогащена цинком, чем у сазана. В сравнении с лещом и жерехом, мышцы красноперки лучше обеспечены железом. Летом печень, почки и жаберные лепестки аккумулируют меди больше, чем весной, причем количество меди в печени и селезенке самцов в это время больше, чем у самок (р0,05). Гематологические параметры всех изучаемых рыб находились в пределах физиологической нормы. У леща число эритроцитов составило 1,37±0,24 млн., лейкоцитов – 22,9±2,11 тыс., гемоглобина – 4,8±0,44 г/%, СОЭ – 2,7±0,16мл., общий белок сыворотки крови – 6,22±0,5, а у жереха и красноперки – соответственно: 1,48±0,09, 21,1±1,1, 6,1±0,8, 2,6±0,12, 5,78±0,6% и 1,62±0,54, 23,1±0,9, 8,6±1,1, 2,80,09, 6,99±0,71 перед нерестом. В период нагула достоверно увеличивается (р0,05) число эритроцитов (на 12%), гемоглобина (на 8,9%) и общего белка сыворотки крови (на 11%), что не выходит за пределы литературных данных (Оскаров, 1990 и др.). В мышцах, и особенно, в печени леща свободных аминокислот больше, чем у сазана, что служит, видимо, отражением видовой специфичности. Установленный нами высокий уровень аминокислот в печени рыб в сравнении с их содержанием в мышцах, согласуется с результатами других исследователей, изучающих аминокислоты пресноводных (щука, налим) и морских рыб (Ананичев, 1963; Петренко, 1998). В мышцах сазана и леща преобладающими компонентами является лизин, гистидин, аспарагиновая кислота, серин и α-аланин, лейцин, цистеин, что определяется функциональными различиями печеночной и мышечной ткани и, соответственно, специфической направленностью в них процессов метаболизма (табл.2).

^ Таблица 2.


Содержание свободных аминокислот у сазана и леща, мг %


^ Название аминокислот

Сазан (n=12)

Лещ (n=14)

мышцы

печень

мышцы

печень

Цистеин

8,62±1,15

22,35±4,1

5,01±0,07

27,97±5,26

Цистин

-

-

-

-

Лизин

47,27±2,08

22,74±1,04

41,03±2,67

13,09±1,37

Гистидин

35,07±2,72

26,91±3,08

37,19±2,37

79,6±4,85

Аргенин

29,21±4,76

15,01±0,85

16,07±2,26

54,01±5,48

Аспарагиновая к-та

11,55±1,25

21,35±1,43

11,11±1,87

67,03±7,85

Серин

10,53±2,07

18,06±2,24

8,86±0,68

24,69±3,41

Глицин

2,89±0,06

5,42±0,08

2,09±0,06

28,04±3,06

Глутаминовая к-та

4,01±0,07

38,98±4,32

14,06±0,78

24,66±3,08

Треонин

3,32±0,03

14,9±1,34

8,77±0,66

55,01±5,28

α-аланин

10,77±094

28,07±2,58

9,81±1,84

42,9±1,03

Пролин

1,33±0,04

4,85±0,46

2,04±0,09

107,07±5,21

Тирозин

1,23±0,12

8,36±1,41

2,36±0,12

24,57±3,23

Метионин

0,30±0,02

3,67±0,71

1,07±0,24

32,01±1,69

Валин

1,79±0,03

31,03±2,38

7,02±0,38

87,34±19,21

Фенилаланин

-

-

-

-

Триптофан

-

-

-

-

Лейцин + Изолейцин

1,74±0,03

37,06±4,14

5,09±0,16

68,66±3,28

Сумма аминокислот

169,01±6,98

298,76±12,4

171,58±10,2

736,65±17,2


Мы обнаружили различия аминокислотных спектров у самок и самцов белого амура (табл.3). Наибольшее количество свободных аминокислот содержится в мышцах самок, что говорит о преобладании процессов распада мышечного белка в их организме в период начала формирования половых продуктов. У пестрого толстолобика, имеющего более значимые показатели весового роста, в крови достоверно больше эритроцитов, гемоглобина и общего белка, чем у белого амура (р0,05).

^ Таблица 3.


Содержание свободных аминокислот у двухлеток белого амура, мг. %


Наимено-вание

аминоки-слот

^ Самки (n=10)

Самцы (n=9)

мыш-цы

пе-чень

гона-ды

кровь

мыш-цы

пе-чень

гона-ды

кровь

Цистин

59,15

33,82

57,05

23,60

58,93

82,92

187,32

42,85

Лизин

159,57

14,87

30,25

12,08

-

34,52

26,85

11,43

Гистидин

274,83

28,89

51,04

33,36

11,01

-

24,09

49,65

Аргенин

195,85

21,72

36,21

23,29

166,61

28,72

38,84

21,99

Аспарагиновая к-та

41,38

47,25

50,13

67,83

193,21

31,63

43,39

90,82

Серин

42,24

27,14

34,57

18,01

23,34

23,89

32,88

22,80

Глицин

25,54

5,15

12,01

17,88

14,72

20,45

15,79

20,84

Глутамино-вая к-та

52,78

18,55

46,47

41,81

73,97

42,65

144,08

62,00

Треонин

35,72

8,48

22,38

17,09

25,89

16,01

27,48

20,15

α-аланин

32,81

29,36

23,95

20,02

42,43

43,08

10,15

41,81

Пролин

16,97

12,49

17,24

19,86

10,28

12,86

17,15

13,54

Тирозин

11,32

31,68

-

-

21,27

24,25

-

12,86

Метионин

-

13,77

-

-

-

23,38

11,3

20,58

Триптофан

-

-

-

-

-

-

-

38,96

Валин

10,01

10,06

15,84

22,81

10,58

13,64

18,57

28,37

Фенилала-нин

25,82

25,08

44,09

60,06

33,92

33,25

47,55

75,86

Лейцин

12,61

12,88

26,68

36,86

18,77

20,48

82,51

42,16

Изолейцин

13,92

10,14

26,87

38,85

19,84

22,09

81,02

44,25

Сумма свободных аминокислот

1010,49

351,33

494,78

453,41

724,77

445,1

852,36

660,92



По содержанию микроэлементов органы и ткани растительноядных рыб располагаются в следующей последо­вательности: по железу: печень > кровь > жаберные лепестки > почки > кишечная стенка > мышцы; по меди: печень > почки > жаберные лепестки > стенка кишечника > мышцы > кровь; по цинку: печень > жаберные лепестки > кровь > почки > мышцы > стенка кишечника; по марганцу: жаберные лепестки > стенка кишечника > печень > почки > мышцы > кровь.

Обмен микроэлементов в организме всех исследуемых видов рыб тесно связан с факторами пищевых цепей рыб. Так, в июле — сентябре наблюдается процесс накапливания железа и марганца мышцами белого амура, что согласуется с хорошей кормовой базой нагульных прудов и увеличением скорости синтеза мышеч­ной ткани при значительных количествах всех элементов в пе­чени и, как следствие этого, высоким уровнем окислительно-вос­становительных процессов, протекающих в это время. У толстолобика довольно высокое содержа­ние железа, меди, марганца и цинка обнаружено в печени в се­редине июля, когда он активно питался планктоном, ассимилирующим большие количества микроэлементов, количество которого в этот период было самым большим за сезон. Следует отметить, что пестрый толстолобик, чья пищевая цепь наиболее обогащена микроэлементами, аккумулирует в своем организме самые большие количества железа, меди, мар­ганца и цинка, что согласуется с наиболее высоким темпом ро­ста этого вида относительно белого амура. У планктофага выявлена очень сильная связь между количеством цинка и железа в печени (r=+0,917), марганца и меди в мышцах (r=+0,981), цинка и марганца в мышцах (r=+0,902). Установлена достоверная отрицательная коррелятивная связь по меди в мышцах и печени белого амура (r = -0,770).

Окуневые.

В порядке убывающей последовательности по содержанию марганца органы и ткани производителей судака располага­ются следующим образом: чешуя, жаберные лепестки, печень, гонады, почки, кровь, селезенка, мышцы; по цинку: печень, жа­берные лепестки, почки, гонады, кровь, мышцы. Депонирование печенью цинка в преднерестовый и, особенно, в посленерестовый периоды свидетельствует о высоком уровне процессов метаболизма у хищника в этом органе. Характерно, что в преднерестовый период гонады самцов и са­мок содержали достоверно больше цинка (Р<0,05), чем в посленерестовый. Такая законо­мерность наблюдалась нами и у осетровых, и карповых рыб, что, видимо, следует считать общим физиологическим свойством всех изучаемых семейств рыб. Накопление меди гонада­ми в период нереста, также как и цинка, связано с присутст­вием в этих органах высокоактивных металлоорганических комплексов, содержащих медь и цинк, необходимых для нор­мального созревания половых продуктов и дальнейшего про­цесса эмбриогенеза. Суммарное содержание свободных аминокислот оказалось наиболь­шим в печени судака (347±15,1 мг%), где происходят активные процессы переаминирования и дезаминирования аминокислот, а в мышцах их в два раза меньше, чем в печени и в два раза больше, чем в крови (79,1±6,12 мг%). Микроэлементные, гематологические показатели и аминокислот­ный спектр у производителей судака не выходили за пределы интервалов аналогичных параметров, приводимых другими авторами (Воробьев, Шкодин,1980; Воробьев, 1982,1993). Это свидетельствует о нормальном физиологиче­ском состоянии всех изучаемых рыб, взятых из естественных водоемов дельты р. Волги, и может быть использовано в практике аквакультуры в качестве физиологических тестов для оценки производителей различных видов рыб, находящихся в водоемах рыбоводных хозяйств.


^ Влияние различных уровней цинка в воде на его обмен в органах и тканях белого амура.

Учитывая биогеохимическую ситуацию западно-подстепных ильменей, колебание содержания цинка в воде и его и физиологи­ческую роль в организме, мы испытали воздействие различных концентрации этого элемента на организм белого амура, который составляет значительную часть продукции изу­чаемых водоемов. Установление корреляционных зависимостей между элемен­тами, видами рыб и их органами и тканями по содержанию ме­таллов позволяет подвести определенную теоретическую базу под разработку вопроса о воздействии на физиологические параметры растительноядных рыб различных макро- и микроэлементов, выявляя синергические и антагонистические отношения между химичес­кими элементами.

В наших модельных опытах участвовали двухлетки белого амура, помещенные в аквариумы, в воду которых добавляли Zn SO4 так, чтобы количество цинка составило 50мкг/л, 100мкг/л и 150мкг/л на металл. В контроле (ильменная вода) цинка присутствовало 32,1±1,7мкг/л, а содержание кальция составило 51мг/л, кислорода – 9,01 мг/л, pH – 7,1 температура воды – 180С, Mg+2 – 0,48мг/л, Na+ + К+ - 80-155мг/л, Cl- - 110мг/л, SO2- - 70мг/л, НСО3 – 115мг/л, жесткость воды – 32,8, Н0. В период эксперимента рыбы корм не получали. При такой постановке опыта основным местом поступления цинка в организме рыб могут быть только жабры и кожный покров. Мы обнаружили, что количество цинка в жабрах во всех опытных группах возрастает и не зависит от времени пребывания, а определяется содержанием металла в воде (рис.1). В то же время в форменных элементах крови (рис.2) содержание цинка увеличивалось по мере пребывания рыб в среде с повышенным уровнем металла. Количество цинка в почках, печени, кишечнике и мышечной ткани белого амура повышалось лишь при его концентрации в воде, равной 100-150мкг/л (р0,05). Следовательно, рыбы могут усваивать ионы цинка непосредственно из воды, при этом уровень его утилизации в организме зависит от концентрации этого металла в среде обитания. Нас интересовал вопрос не только сравнительной оценки биогенной миграции



Рисунок 1. Влияние содержания цинка в воде на его концентрацию в жабрах белого амура




Рисунок 2. Влияние содержания цинка в воде на его концентрацию в форменных элементах крови белого амура




Рисунок 3. Влияние высокого (25 мг/л) содержания сульфата цинка в воде на распределение цинка в органах и тканях белого амура.


металлов в органах и тканях разных видов рыб при встречающихся количествах цинка в воде дельты р.Волги, но и физиология поведения белого амура в воде с летальной (Bengtsson, 1974; Лукъяненко, 1967, 1990; Winum et al, 2006) дозировкой цинка, равной, по мнению авторов - 20мг/л. Мы решили несколько увеличить дозировку металла до 25мг/л воды. Bengtsson (1974) наблюдал гибель морских рыб от острого отравления цинком, обусловленного резким снижением проницаемости жаберного эпителия для кислорода. Наш опыт продолжался 10 дней. Рыб на анализ брали через 3, 12 и 24 часа. Оказалось, что выбранная на основании литературных данных и, даже несколько увеличенная доза цинка не привела белого амура к летальному исходу, хотя воздействие цинком на рыб мы наблюдали до 10 дней. В первые часы у опытных амуров резко повысилась двигательная активность, участились дыхательные движения, усилилась слизеобразовательная функция кожных покровов и слизистых клеток жабр, участились кашлевые рефлекторные движения. Через 6-7 часов все это прекратилось, кроме кашлевого рефлекса, который наблюдался до 16 часов нахождения рыб в опыте. Максимум утилизации металла в органах рыб достигал к концу первых суток, превышая контроль лишь в два раза. Исключение составили почки и форменные элементы крови (рис.3), что свидетельствует о существовании у растительноядных рыб физиологического механизма регуляции содержания цинка в организме, который препятствует чрезмерному накоплению металла у белого амура. Вполне вероятно, что при высоком уровне цинка в воде барьерную функцию могут выполнять жабры, о чем свидетельствует кашлевой рефлекс у опытных белых амуров при помещении их в воду с высоким уровнем цинка, что как раз отражает, видимо, эту защитную реакцию. По-видимому, у рыб существует разная видовая чувствительность к высоким дозам цинка в воде, тем более, что в материнских водоемах растительноядных рыб (реки Дальнего Востока и Китая) вода содержит в 5-7 раз больше цинка, чем вода р.Волги, поэтому, вероятно, белый амур и проявил такую(возможно генетически закрепленную) устойчивость к цинку.


^ Зависимость обмена цинка в организме белого амура от различного содержания ионов кальция в воде.


Известно, что токсическое действие цинка на теплокровных животных снижается при увеличении содержания ионов кальция в среде обитания (Walravens, 1994). Предполагается, что защитное действие кальция предопределяется снижением проницаемости тканей для поступления цинка в организм животных(Guyot et. al, 2000). В наших опытах двухлеток белого амура содержали в аквариумах, где уровень



Рисунок 4. Распределение цинка в печени, почках, кишечнике, жабрах, мышцах и коже белого амура, содержащегося в в