CC BY
42
УДК 597.442-1.05:577.118
В. В. Андреев, В. Н. Кириллов Астраханский государственный технический университет
ОБМЕН КАЛИЯ И НАТРИЯ В РАЗВИВАЮЩИХСЯ ЗАРОДЫШАХ, ЛИЧИНКАХ И МАЛЬКАХ СЕВРЮГИ
Введение
Для жизни почти всех водных организмов необходимо сохранение в определенных пределах как осмотического давления, так и постоянного соотношения солей во внешней и внутренней среде [1, 2].
Известно, что водная среда, а также внутриклеточная среда гидро-бионтов богаты такими ионами, как №+, К,+ Са++, Мg++, которые определяют осмотические явления, мембранный потенциал и, как следствие, изменение проницаемости мембраны.
Миграция молоди осетровых рыб из реки в море и нерестовые миграции в обратном направлении сопровождаются не только перестройкой осморегуляции, но и сложными, еще не до конца понятными механизмами адаптаций к смене среды обитания [3].
Наиболее слабо изучено участие в этом процессе минерального обмена.
Целью настоящей работы явилось изучение содержания, динамики и возможных механизмов обмена натрия и калия на различных этапах раннего онтогенеза севрюги.
Материал и методы
Исследования проводились на Бертюльском осетровом рыбоводном заводе в течение июня-июля 1999 г.
Пробы развивающейся икры отбирали из инкубационных аппаратов через каждый час инкубации. Стадии развития сверяли по [4]. Для определения концентрации элементов в воде ее пробы (1 л) ежесуточно отбирали из инкубационных аппаратов и садков и через каждые 10 дней из прудов. Одновременно из них отбирали пробы личинок и мальков на содержание натрия и калия.
Ткани гидробионтов озоляли азотной кислотой (ОСЧ) в колбах Къельдаля.
Определение концентрации металлов в биологических объектах осуществляли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, результаты выражали в % сухого вещества.
Анализу подвергнуто проб: развивающейся икры - 65, личинок - 35, мальков - 37, воды - 39. Результаты обрабатывали биометрически.
Результаты и обсуждение
Содержание калия и натрия в оплодотворенной яйцеклетке по сравнению с неоплодотворенной резко снижается, причем калия в большей степени (в 1,8 раза). По завершении кортикальной реакции в яйцеклетке наблюдается небольшое увеличение количества калия, продолжающееся
до стадии светлого серпа. Концентрация натрия в оплодотворенной яйцеклетке продолжает снижаться и в период кортикальной реакции, но на стадии светлого серпа её уровень вновь возрастает, приближаясь к показателям, описанным для неоплодотворенной яйцеклетки.
При переходе от одной стадии к другой, в процессе дальнейшего развития, концентрация элементов многократно изменяется, что затрудняет выявление общих закономерностей минерального обмена. В связи с этим нами использовались усредненные показатели по каждому этапу развития (рис., табл.)
Неоплодотвор. Ст. Ст. Ст. Лич. Лич. Лич. Мальки Мальки
икра 2 4-12 12-28 1 сут 3 сут 5 сут 17 сут 37 сут
Этапы развития -•—К;
Динамика содержания калия и натрия на различных стадиях и этапах раннего онтогенеза севрюги
Количество калия и натрия на этапах дробления и гаструляции снижается, достигая для натрия минимальной величины (0,18 %).
Развитие зародыша от конца гаструляции до начала пульсации сердца сопровождается формированием зачатков нервной, пищеварительной, выделительной, кровеносной систем, а также мускулатуры и хорды [4]. В этот ответственный период развития отмечается усиление поглощения из воды в формирующийся зародыш ионов К+ и №+.
К началу вылупления севрюги (стадии 34-35) в зародыше суммарное количество калия снижается до минимальной величины за все время эмбрионального развития (0,65 %), а количество натрия, наоборот, возрастает, в результате чего соотношение натрия и калия в зародыше изменяется.
Показано, что изменение концентрации калия и натрия в процессе эмбрионального развития связано с изменением проницаемости мембран клеток зародыша [5, 6]. В наиболее общем виде эти закономерности описаны в [7]. На ранних стадиях оогенеза незрелый ооцит содержит много ионизированного калия и мало натрия. Поверхностная мембрана имеет наибольшую, по сравнению с другими ионами, проницаемость для калия и высокий мембранный потенциал. В процессе созревания в ооците происходит накопление ионов № , основная доля которого переходит в свя-
занное состояние. У зрелого ооцита резко уменьшена общая ионная проницаемость поверхностной мембраны, причем для ионов К она была минимальной. С потерей избирательной проницаемости мембраны для ионов К связано резкое уменьшение мембранного потенциала и рост удельного сопротивления поверхностной мембраны.
Содержание калия и натрия в развивающейся икре, личинках и мальках севрюги, % сухого вещества
Дата Стадии и этапы развития K
19.06 Неоплодотворенная икра 1,38 0,28
19.06 Оплодотворенная икра 0,72 0,21
19.06 Стадия 2 0,86 0,12
19. 06 Стадия 3 1,04 0,28
19. 06 Дробление (ст. 4-12) 0,86 0,21
20.06 Гаструляция (ст. 13-18) 0,72 0,18
21.06 Развитие до начала пульсации сердца 0,86 0,24
21.06 Развитие до вылупления (ст. 29-36) 0,65 0,27
21.06 Личинки: 1-е сутки 0,15 0,68
22.06 Личинки: 2-е сутки 1,90 1,26
23.06 Личинки: 3-е сутки 3,77 1,72
24.06 Личинки: 4-е сутки 2,47 1,22
25.06 Личинки: 5-е сутки 4,05 2,22
27.06 Мальки: 7-е сутки 2,37 0,72
06.07 Мальки: 17-е сутки 2,96 0,69
16.06 Мальки: 27-е сутки 3,22 0,79
26.07 Мальки: 37-е сутки 2,22 0,99
При оплодотворении вначале происходит избирательное повышение проницаемости для ионов № , что приводит к еще большему падению мембранного потенциала или даже к его реверсии. В дальнейшем, в ходе дробления, наблюдается многократное колебание мембранного потенциала и мембранного сопротивления.
На развивающемся зародыше амфибии [6, 8] было показано резкое увеличение поглощения №+ во время гаструляции, причем общее количество К и № в развивающемся зародыше оставалось постоянным в течение всего эксперимента. Усиление обмена К и № через цитоплазматическую мембрану авторы связывают не с изменениями ее проницаемости, а с развитием активных насосов, обеспечивающих поддержание определенного градиента между этими ионами внутриклеточной среды и межклеточным пространством, с одной стороны, и внутриклеточным их содержанием и внешней средой, с другой.
В процессе эмбрионального развития осетровых рыб возможны различные механизмы переноса ионов через мембрану. Они могут реализовываться в результате изменения потенциала мембраны или активным путем с помощью переносчика против градиента концентрации. Для различ-
ных этапов развития характерны свои механизмы переноса, что, по всей видимости, связано с процессами синтеза органических веществ, ДНК, РНК, активизацией различных ферментативных систем и, вообще, обусловлено сложными многофакторными процессами, которые еще предстоит изучить. Трудно пока найти объяснение и явлению медленной гидратации зародыша. К моменту вылупления содержание воды в зародыше возрастает на 15-17 % по сравнению с неоплодотворенной яйцеклеткой [3]. Параллельно с увеличением воды в зародыше происходит изменение соотношения калия и натрия за счет снижения уровня калия.
Высокая динамичность уровня калия и натрия в зародыше севрюги может служить подтверждением ранее высказанного предположения [9, 10] об активном участии этих элементов в метаболических и регуляторных процессах на ранних стадиях развития животных.
Концентрация калия и натрия в первую половину личиночного периода возрастает, и у 3-суточных личинок её уровень в 3,7-4,5 раза выше, чем у эмбрионов перед вылуплением. Накопление натрия и калия продолжается в течение всего личиночного периода. Представляется, что в этом заключается один из компенсаторных механизмов по поддержанию гомеостаза в организме рыб на фоне общего снижения в клетках концентрации многих других элементов в эмбриональный и в первую половину личиночного периода [11].
В мышцах мальков содержание натрия и калия несколько ниже, чем в теле личинок и в целом остается относительно стабильным до выпуска их в реку.
В течение всего периода инкубации икры, подращивания личинок в садках и мальков в прудах контролировалось содержание натрия и калия в воде. Концентрация ионов калия колебалась в пределах 3,9-6,8 мг/л, концентрация натрия - 18,8-40,0 мг/л. Ранее нами было показано [11], что количество элементов в теле мальков находится в прямой зависимости от уровня их содержания в воде (г = +0,695) и в корме.
Выводы
1. Подъемы и спады концентрации натрия и калия в развивающихся зародышах севрюги обусловлены периодичностью протекающих обменных процессов и ролью в них изучаемых элементов.
2. В процессе эмбрионального развития возможны различные механизмы переноса ионов калия и натрия через мембрану.
3. Концентрация калия и натрия в развивающихся зародышах, личинках и мальках рыбы находится в прямой зависимости от уровня их содержания в окружающей среде.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Кокоза А. А., Лукьяненко В. И. Динамика солеустойчивости осетровых на ранних этапах онтогенеза в связи с определением оптимальных сроков выпуска // Биологические процессы в морских и континентальных водоемах: Тез. докл. II съезда ВГБО. - Кишинев, 1970. - С. 182-183.
2. Металлов Г. Ф. Концентрация осмотически активных веществ и ионов в сыворотке крови осетровых в морской и речной периоды жизни: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Л., 1977. - 18 с.
3. Лукьяненко В. И. Токсикология рыб. - М.: Пищ. пром-сть, 1967. - С. 9-12.
4. Детлаф Т. А., Гинзбург С. А., Шмальгаузен О. И. Развитие осетровых рыб. -М.: Наука, 1981.
5. Barth L. G., Barth L. J. Sodium and calcium uptake during embrionic induction in Rana pipiens // Developm. Biol. - 1992. - Vol. 28. - P. 18-34.
6. Barth L. G., Barth L. J. Jonic regulation of embynic induction and cell differention in Rana pipiens // Developm. Biol. - 1994. - Vol. 39. - P. 1-22.
7. Божкова В. П., Чайлахян Л. М. Специфическая роль ионов в предзародыше-вом и зародышевом развитии // Внешняя среда и развивающийся организм. -М.: Наука, 1977. - С. 210-256.
8. Сорокин Л. В. Влияние ионного состава среды на чувствительность оплодотворенных яйцеклеток морского ежа к нейрофармакологическим препаратам // Онтогенез. - М.: Наука, 1974. - С. 309-313.
9. Kroger H., Lezzi M. Regulation of gene action in insect development // Annual Rev. Entomol. - 1999. - Vol. 11. - P. 1-22.
10. Potassium affect on DNK synthesis and multiplication of hamster kidney cells / Orr
C., Ioshikawa N., Fucada M., Eberst J. // Proc. Nat. Acad. Sci., U.S.A. - 1992. -Vol. 69. - P. 243-247.
11. Андреев В. В. Влияние уровня содержания микроэлементов в водной среде на ранний онтогенез севрюги // Первая Всесоюз. конф. по рыбохозяйственной токсикологии: Тез. докл. (Юрмала, декабрь,1988). - Ч. 1. - Рига, 1988. - С. 10.
Получено 2.04.05
POTASSIUM AND SODIUM CHANGE IN DEVELOPING EMBRYOS, LARVAE AND FRIES OF STELLATE STURGEONS (SEVRUGA)
V. V. Andreyev, V. N. Kirillov
Na+ and K+ ion participation was studied in the process of mineral change of stellate sturgeon for commercial growing of fish. Development stages of fish embryos, larvae, and fry are determined, the concentration of elements under investigation raising or decreasing at definite stage. Rising and drop of ion content are explained by the periodicity of change processes in the growing organisms of fish and by the role of potassium and sodium in them. Transfer of ions through the cell membrane is carried out due to change of its specific permeability as well as with the help of active pumps.
