CC BY
57
УДК 87.26.02
В. И. Воробьев, Н. А. Каниева*, Д. В. Воробьев, Л. А. Осипова*
Астраханский государственный университет Астраханский государственный технический университет
БИОГЕННАЯ МИГРАЦИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ БЕЛУГИ (HUSO HUSO)
В УСЛОВИЯХ НИЖНЕЙ ВОЛГИ
Введение
Микроэлементы, являющиеся одним из экологических факторов среды, долго изучались в рамках биогеохимии и геохимической экологии [1] и впоследствии нашли широкое применение в сельском хозяйстве и медицине. В последние годы биологическая роль микроэлементов в жизни населения водных экосистем стала привлекать внимание специалистов в области гидробиологии, ихтиологии, рыбоводства, физиологии рыб, геохимии и др. [2, 3].
Проводя мероприятия по искусственному рыборазведению (инкубируя икру в аппаратах, выращивая молодь в садках, бассейнах и прудах, акклиматизируя отдельные виды рыб), человек тем самым ставит рыб в несколько иные экологические условия, чем те, в которых гидробионты находились в естественных материнских водоемах.
В настоящее время рыбное хозяйство остро нуждается в научно обоснованных рекомендациях по повышению эффективности и качества процессов искусственного воспроизводства, в том числе за счет применения микроэлементов на базе существующей биотехники выращивания рыб.
Цель исследования заключалась в изучении содержания некоторых микроэлементов в раннем онтогенезе белуги (Huso huso) и выявлении закономерностей биогенной миграции некоторых тяжелых металлов в органах и тканях половозрелых особей, а также оценке возможного негативного влияния изменения их концентрации в воде на физиологическое состояние организма рыб, что является продолжением большого цикла работ В. И. Воробьева [4, 5], В. Ф. Зайцева, Е. Н. Щербаковой [6] в области экологической биогеохимии Нижней Волги.
Материал и методы исследований
Изучение содержания тяжелых металлов в органах и тканях (мышцы, почки, гонады, селезенка, жабры, кишечник, пилорическая железа, печень, желудок) белуги проводили методом атомно-абсорбционной спек-трофотометрии [7] на спектрофотометре фирмы «Hitachi», модель AAS 18050. При этом органы и ткани взрослых особей отбирали на тонях 9-я «Огневка», «Мужичья», «Чкаловская», «Парижская коммуна» и осетровых рыбоводных заводах (оплодотворенная икра, личинки, органы и ткани производителей) в 1970-1985 гг. и 2001-2003 гг. в условиях субрегиона Нижней Волги.
Результаты исследования
Выявлено, что больше всего микроэлементов на единицу веса находится в печени, которую следует отнести к числу органов рыб, депонирующих металлы. Высокое содержание элементов в жабрах и коже можно объяснить лишь участием этих органов в обмене микроэлементами между рыбой и средой, особенно в период нерестовой миграции, когда рыба не питается. Этот вопрос следует уточнить, сравнив концентрацию элементов в коже и жабрах в морской и речной периоды жизни.
Исследования обнаружили обратную зависимость (г = -0,894) в соотношении концентраций цинка в икре и мышцах - чем больше цинка в икре, тем меньше его в мышцах, и наоборот. Икра белуги в большей степени обогащена не только цинком, но и кобальтом, алюминием, никелем, ванадием, чем икра осетра и севрюги.
Совокупность полученных данных показывает, что предположение
В. В. Андреева [8] о независимости микроэлементного состава гонад осетровых от видовых особенностей не согласуется с фактическими результатами.
В связи с применяющимся на осетровых рыбоводных заводах методом выдерживания производителей нами был проведен сбор проб органов и тканей рыбы и их анализ на присутствие в них микроэлементов. Было выяснено, что в результате выдерживания производители теряют некоторое количество меди (10-27 %), марганца (12-21 %), цинка (7-28 %) и кобальта (12-18 %). Работы в этом направлении весьма перспективны, они позволят создать оптимальные условия для выдерживания производителей, которые лишены возможности пребывания в воде рек Средняя и Верхняя Волга, Кама, Белая, где в почвах, грунтах, воде и зоопланктоне содержится больше цинка, марганца, меди и кобальта [1], чем в основных компонентах экосистем естественных водоемов низовьев дельты Волги [4-6, 9]. Вероятно, для этого потребуется обогащение воды, в которой находятся производители, определенными количествами микроэлементов в зависимости от биогеохимической обстановки, в которой находится конкретный осетровый рыбоводный завод. Имеющиеся в литературе данные о раннем онтогенезе рыб затрагивают, как правило, морфологические особенности развития эмбрионов и личинок [10, 11]. Физиолого-биохимические аспекты эмбриогенеза и развития молоди освещены слабее. Заслуживает внимания исследование динамики микроэлементов - биокатализаторов целого ряда ферментативных систем организма - в период раннего онтогенеза [4, 5]. Ранний онтогенез является ответственным моментом в развитии рыб, поскольку именно в это время наблюдается гибель значительной части развивающейся икры и личинок. В связи с этим важно получить как можно более полную картину динамики микроэлементов в раннем онтогенезе.
Анализ полученных нами данных показывает, что уровень содержания каждого изученного микроэлемента в процессе развития икры и личинок изменяется. Общим же для всех видов осетровых рыб является способность оплодотворенной икры активно поглощать металлы из воды. Наибольшее количество микроэлементов у развивающихся эмбрионов наблюдается на 31-35 стадиях развития. В это время происходит развитие
нервной, мышечной и других систем организма. Возрастает подвижность эмбриона [11]. Выявлено, что у белуги существует несколько пиков повышения содержания микроэлементов (кроме железа). Это, видимо, объясняется более длительным эмбриональным развитием и видовой специфичностью.
Интересно, что к концу эмбрионального развития (36 стадия) содержание всех изучаемых микроэлементов в организме белуги резко снижается. На наш взгляд, при вылуплении эмбрионы осетровых, освобождаясь от оболочек и полостной жидкости, теряют вместе с ними микроэлементы, что подтверждает анализ содержания микроэлементов в оболочках икры белуги. Количество железа, меди, марганца и цинка в оболочках на единицу сухой массы в 2-4 раза выше, чем в организме только что выклюнувшихся эмбрионов белуги. Возможно, оболочки и полостная жидкость являются своеобразными депо микроэлементов для развивающихся эмбрионов. Это подтверждается результатами Н. Rosental, К. Sperling [12], полученными при исследованиях влияния кадмия на икру сельди и щуки. Авторы считают, что оболочки икры рыб являются барьером на пути проникновения кадмия к эмбриону и обладают определенным фондом активных центров, способных образовывать прочные комплексные связи с металлом. Установлено, что количество комплексных связей прямо пропорционально толщине оболочки икры.
Личиночный период развития белуги характеризуется новым подъемом уровня изучаемых микроэлементов.
Период развития рыб перед началом внешнего питания (еще при наличии некоторого количества желтка) считается критическим. К концу рассасывания желточной капли личинки белуги имеют самое низкое содержание кобальта, цинка, марганца и меди за весь личиночный период развития. По нашему мнению, уменьшение содержания жизненно важных элементов не только ослабляет нормальную работу целого ряда регуляторных систем, но и дает определенную возможность «реализовать ряд морфофизиологических дефектов, унаследованных от родителей» [13].
При сравнении содержания меди (0,07 ± 0,002 мг/кг), цинка (9,0 ± 0,9 мг/кг) и марганца (0,75 ± 0,06 мг/кг) у погибших личинок в период рассасывания желточного мешка с количеством микроэлементов у нормально развивающихся личинок, было установлено крайнее обеднение металлами организма мертвых личинок. Это обстоятельство подтверждает мысль о том, что на различных этапах развития рыб в их организме необходимо присутствие определенного количества каждого из микроэлементов. В период рассасывания желточного мешка создание близких к оптимальным условий за счет добавления биотических количеств микроэлементов улучшает биосинтез белков и повышает активность ферментативных систем, что может в определенной мере предохранить личинки от гибели в критический период развития.
После перехода на смешанное, а затем активное питание организм личинок в значительной мере обогащается металлами за счет микроэлементов корма. У личинок белуги это можно наблюдать начиная с 10 суток жизни.
Большое количество железа присутствовало в содержимом кишечника молоди белуги перед выпуском из прудов, что можно объяснить попаданием в него частичек грунта.
Органы и ткани молоди белуги по интенсивности поглощения ими железа располагаются в следующий убывающий ряд: туловище > печень > головная часть > хвостовая часть > стенки кишечника.
По количеству меди органы и ткани белуги располагаются в такой убывающий ряд: печень > туловище > хвостовая часть > кишечная стенка.
В содержимом кишечника молоди меди больше, чем в органах и тканях.
Заключение
Сравнивая содержание марганца, магния, цинка у белуги, можно заключить, что организм её молоди аккумулирует больше указанных микроэлементов, чем организм других видов осетровых (р < 0,05). Для никеля наблюдается обратная зависимость. Для кобальта достоверных видовых различий не выявлено (р > 0,5). Числовые значения кобальта в раннем онтогенезе белуги одного порядка и близки по величине к таковым у других видов осетровых.
Полученные результаты могут служить определенной теоретической базой и использоваться при применении микроэлементов в качестве биостимуляторов роста эмбрионов и личинок в различной биогеохимической обстановке. Учитывая, что изученные осетровые пруды астраханских рыбоводных заводов не испытывают недостатка в таких жизненно важных элементах, как железо, медь и цинк, данные по динамике этих металлов в раннем онтогенезе белуги могут рассматриваться как своеобразный «эталон» для других субрегионов, где выращивают (или будут выращивать) этот вид рыб.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Ковальский В. В. Геохимическая экология. - М.: Наука, 1973. - 376 с.
2. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 5. - С. 23-29.
3. Линник Г. Н. Формы миграции тяжелых металлов и их действие на гидробио-нтов // Экспериментальная водная токсикология. - 1986. - Вып. 11. - Рига. -
С. 144-154.
4. Воробьев В. И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве. - М.: Пищ. пром-сть, 1979. - 312 с.
5. Воробьев В. И. Биогеохимия и рыбоводство. - Саратов: МП «Литера», 1993. -224 с.
6. Зайцев В. Ф., Щербакова Е. Н., Шипулин С. В. Закономерности аккумуляции некоторых металлов в органах и тканях осетровых Каспийского моря // Биологическое разнообразие Кавказа: Материалы докл. VI Междунар. конф. Тебер-да: ИПЦ, ДГУ, 2005. - С. 304-306.
7. Брицке М. Э. Атомно-адсорбционный спектрохимический анализ. - М.: Химия, 1982. - 223 с.
8. Андреев В. В. Видовые особенности содержания микроэлементов и показателей крови осетровых рыб в период нерестовой миграции // Роль микроэлементов в жизни водоемов. - М., 1980. - С. 122-139.
9. Шкодин Н. В. Динамика микроэлементов в онтогенезе некоторых видов рыб в различных звеньях экосистем нерестово-выростных водоемов Волги: Авто-реф. дис ... канд. биол. наук. - М., 1978. - 24 с.
10. Войнар В. И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. - М.: Высш. шк., 1960. - 240 с.
11. Гинзбург А. С., Детлаф Т. Л. Развитие осетровых рыб. - М., 1969. - С. 32-84.
12. Rosental H., Sperling K. R. The early life history of fish. - Berlin, 1974. - P. 383-396.
13. Владимиров В. И. Миграция тяжелых металлов и их действие на гидробионтов // Вопросы ихтиологии. - 1975. - Т. 15, вып. 6 (95). - С. 955-975.
Статья поступила в редакцию 23.04.06
BIOGENIC MIGRATION OF MICROELEMENTS IN ONTOGENESIS OF BELUGA (HUSO HUSO)
IN THE LOWER VOLGA CONDITIONS
V. I. Vorobiev, N. A. Kanieva, D. V. Vorobiev, L. A. Osipova
The researches of the content of some heavy metals in organs and tissues of the Huso huso have shown, that a young organism of Huso huso accumulates more copper, manganese, zinc, than an organism of other kinds of sturgeon. For nickel an opposite relationship is observed. The greatest quantity of nickel is revealed in a liver. Numerical indices of cobalt in early ontogenesis of Huso huso of one kind are close to such of other kinds of sturgeon.
