CC BY
66
УДК 597-113.2:597-553.2
Т. С. Ершова
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У НЕКОТОРЫ1Х ВИДОВ РЫБ СЕМЕЙСТВА ЛОСОСЕВЫЕ НА РАННИХ СТАДИЯХ ПОСТЭМБРИОГЕНЕЗА
T. S. Ershova
PECULIARITIES OF DIGESTIVE SYSTEM FUNCTIONING AT SOME SPECIES OF SALMON FAMILY AT EARLY STAGES OF POSTEMBRYOGENESIS
Приводятся результаты изучения уровня активности пищеварительных ферментов, осуществляющих гидролиз углеводных и белковых компонентов пищи, в пищеварительном тракте у двух видов рыб семейства Лососевые (Salmonidae) - черноморской кумжи и стальноголового лосося - на ранних стадиях онтогенеза. Показано, что в период личиночного развития рыб общей тенденцией является повышение активности исследуемых пищеварительных ферментов. Установлено наличие видовых особенностей в функционировании пищеварительной системы у изученных рыб семейства Salmonidae.
Ключевые слова: активность, гидролиз, слизистая, черноморская кумжа, стальноголовый лосось, пищеварительный тракт, онтогенез, личиночный период, ферменты.
Investigation results of the activity level of digestive enzymes, carrying out hydrolysis of carbohydrate and protein components of food in a digestive system at two kinds of Salmon family (Salmonidae) - Salmo trutta labrax and Salmo gairdneri - at early stages of ontogenesis are given in the paper.
It is shown that there is an increase in the activity of investigated digestive enzymes during the period of larval development, and it is a general tendency. It is established that there are some specific features in digestive system functioning at the studied fish of Salmonidae family.
Key words: activity, hydrolysis, mucous membrane, Salmo trutta labrax, Salmo gairdneri, alimentary canal, ontogenesis, larval period, enzymes.
Введение
При изучении возрастных изменений уровня активности различных гидролаз слизистой оболочки кишечника у рыб основное внимание исследователи уделяют ранним этапам постэм-брионального развития, в течение которых происходит становление у рыб пищеварительной функции. Последнее можно проследить на примере перестройки активности ферментов, осуществляющих гидролиз основных компонентов пищи. Известно, что наиболее существенное увеличение уровня ферментативной активности приходится на личиночный период, т. к. в это время происходят основные процессы морфогенеза и становления гидролитического аппарата [1, 2].
Особый интерес представляет изучение функциональных характеристик пищеварительной системы на ранних стадиях онтогенеза у видов рыб, близких в таксономическом отношении. Ранее при изучении у рыб возрастных изменений уровня активности различных гидролаз пищеварительного тракта особое внимание было уделено представителям сем. Осетровые (Aci-penseridae), сем. Карповые (Ciprinidae), а также других семейств [1, 3]. Особенностям становления пищеварительной системы личинок рыб сем. Лососевые (Salmonidae) посвящено немного работ. При этом данные, касающиеся черноморской кумжи (Salmo trutta labrax Pallas) и стальноголового лосося (Salmo gairdneri Rich.), носят фрагментарный характер.
В связи с этим целью настоящей работы являлось исследование изменения уровня активности пищеварительных ферментов, осуществляющих гидролиз углеводных и белковых компонентов пищи у рыб сем. Лососевые, находящихся на разных стадиях личиночного периода.
Материал и методы исследований
Работа выполнялась в 2001-2003 гг. на Адлерском производственно-экспериментальном рыбоводном лососевом заводе (Краснодарский край). Материалом исследования служили
личинки лососевых видов рыб: черноморской кумжи (Salmo trutta labrax Pallas) и стальноголового лосося (Salmo gairdneri Rich.) с 30 по 37 стадию. Точки отбора проб приурочены к стадиям развития радужной форели по Г. М. Игнатьевой [4].
— 30 стадия. 1-5 сутки - вылупление. Длина личинок 13-15 мм. Резорбция желточного мешка - 'А Эндогенное питание.
— 31 стадия. 5-7 сутки. Средняя длина личинок 16 мм.
— 32 стадия. 7-12 сутки. Длина личинки 18 мм. Резорбция желточного мешка - 2/3. Переход на смешанное питание.
— 33 стадия. 12-18 сутки. Длина личинки 19 мм. Смешанное питание.
— 34 стадия. 18-25 сутки. Длина личинки 20 мм. Смешанное питание.
— 35 стадия. 25-36 сутки. Длина личинки 21 мм. Смешанное питание.
— 36 стадия. 36-51 сутки. Желточный мешок почти полностью резорбирован. Переход
на полное экзогенное питание.
— 37 стадия. 51-60 сутки. Желточный мешок полностью резорбирован. Экзогенное питание.
Личинок на этапе смешанного питания (33 стадия) кормили сбалансированным по аминокислотному составу стартовым кормом Raisio Respons E, содержащим 48 % белка и 0,6 % углеводов.
При биохимической обработке материала общепринятая методика была видоизменена -ферментативно активные препараты готовили не на растворе Рингера для холоднокровных животных, а на дистиллированной воде. Это объясняется тем, что использование раствора Рингера для определения общей протеолитической активности приводит к образованию нерастворимого осадка с компонентами раствора Фолина.
Общую амилолитическую активность оценивали по приросту гексоз при помощи метода Нельсона в модификации А. М Уголева и Н. Н. Иезуитовой [5]. Активность a-амилазы определяли по убыли крахмала при ферментативном гидролизе по изменению йодкрахмальных компонентов методом Смита и Роя в модификации А. М. Уголева [6]. Общую протеолитическую активность определяли по приросту тирозина модифицированным методом Лоури [7]. Статистическая обработка результатов заключалась в определении среднего арифметического (М), ошибки среднего арифметического (± m), а также достоверности различий одноименных показателей при уровне значимости р > 0,05.
Результаты исследований и их обсуждение
Как показывают результаты наших исследований, характерной особенностью изменения суммарной карбогидразной активности у изучаемых видов рыб сем. Лососевые явилось наличие четко выраженного минимума на 31 стадии личиночного периода (5 сутки после выклева). С 30 по 33 стадию на протяжении первых 18 суток после выклева у обоих видов наблюдалось увеличение скорости гидролиза углеводных компонентов пищи. Вероятно, в этот период происходит формирование ультраструктуры кишечника, что приводит к росту активности производимого кишечником фермента. Максимальный уровень суммарной карбогидразной активности отмечен у стальноголового лосося и черноморской кумжи на 33 стадии личиночного периода (15-18 суток после выклева). Данный факт связан с тем, что на 15-18-е сутки после выклева завершается подготовка личинок черноморской кумжи и стальноголового лосося к переходу на смешанное питание. В дальнейшем происходит адаптация личинок к корму Raisio Respons E, которая ведет к некоторому понижению активности.
Следует отметить, что тенденция к изменению a-амилазы на заключительных этапах личиночного периода у обоих видов рыб сем. Лососевые свидетельствует о том, что при переводе рыб с порошкообразного корма на гранулы (35 стадия), после периода некоторого понижения активности, связанного с приспособлением пищеварительного аппарата к новому корму (35-36 стадии), начинается увеличение активности изучаемого фермента (37 стадия). Подъем уровня активности панкреатического фермента в слизистой оболочке пищеварительного тракта у черноморской кумжи к концу личиночного периода также может быть связан с завершением формирования поджелудочной железы.
Исследования изменения активности нейтральной протеазы (рН = 7,4) у обоих видов рыб сем. Лососевые показали, что динамические изменения выражены довольно сильно, при этом
видовые особенности практически не прослеживаются. Минимальные значения общей протео-литической активности были отмечены в начале личиночного периода. Вплоть до перехода на смешанное питание межвидовых различий в функционировании протеолитических ферментов у черноморской кумжи и стальноголового лосося не наблюдалось. Некоторые особенности значений уровня общей протеолитической активности отмечены лишь на 36-37 стадиях личиночного периода развития, во время смешанного питания и подготовки к активному питанию. Характер изменения общей протеолитической активности у стальноголового лосося и черноморской кумжи одинаков: увеличение ферментативной активности на всем протяжении личиночного периода с максимумом на заключительной стадии (37стадия) постэмбрионального развития. Подобное явление было обнаружено и другими исследователями [8]: переход личинок с желточного питания сначала на смешанное, а затем исключительно на экзогенное, независимо от рациона, сопровождается значительным возрастанием активности протеолитических ферментов. По-видимому, первое увеличение активности (момент перехода на смешанное питание) отражает начало функционирования желез желудка. Пищеварительный тракт в это время отчетливо дифференцирован на отделы, в которых развита складчатость слизистой; начинает меняться форма желудка [9, 10]. Деятельность желудка взаимосвязана с деятельностью поджелудочной железы, которая оказывает на него контролирующее влияние. В свою очередь, благодаря нервным связям и многофункциональному действию гормона гастрина, желудок сам воздействует на нее [1]. Следующее значительное увеличение активности совпадает с окончанием личиночного развития и переходом в мальковый период. В это время происходит образование окончательной формы желудка: он приобретает сифонообразную форму, характерную для взрослых особей [9, 10]. Вместе с тем относительно невысокие значения скорости гидролиза белковых компонентов корма на протяжении личиночного периода развития объясняются неспособностью личинок рыб сем. Лососевые эффективно усваивать белки корма.
Анализируя результаты, полученные при исследовании активности ферментов, участвующих в гидролизе белковых и углеводных компонентов пищи, следует отметить, что сразу после выклева уровень исследуемых показателей очень низок и близок к нулю, т. к. пищеварительный тракт личинок в момент вылупления недостаточно сформирован и не подготовлен к восприятию пищи извне [9, 10].
На протяжении личиночного периода происходит развитие гидролаз, участвующих в расщеплении белковых составляющих и полисахаридов. Наряду с постепенным формированием функций пищеварительной системы наблюдалось возрастание ферментативной активности. Так, заметное увеличение скорости гидролиза и белковых, и углеводных компонентов пищи у исследованных видов рыб отмечено на 32-33 стадиях (12-18 суток после выклева) эмбриональноличиночного периода развития. Повышение функциональной активности пищеварительного тракта в данный момент свидетельствует о переходе личинок на смешанное питание. Рыбы сем. Лососевые приступают к внешнему питанию при наличии дифференцированного желудка и кишечника, соответственно, с началом питания у них возрастает активность пепсино- и трипсиноподобных ферментов, амилазы, липазы [8]. Видовые особенности формирования структуры пищеварительной системы и ее функций обнаружены у всех позвоночных животных. Более сформированной к началу постнатальной жизни оказывается пищеварительная система тех животных, которые раньше приступают к дефинитивному питанию, т. е. к питанию пищей, свойственной взрослым организмам. При этом уровень активности того или иного фермента в значительной степени зависит от содержания в пище соответствующего субстрата. Как указывалось выше, комбикорма, используемые при выращивании рыб сем. Лососевые, содержат значительную долю белковых компонентов (48 %), что предполагает большую активность протеаз по сравнению с карбогидразами. В частности, общая протеолитическая активность у обоих изучаемых видов рыб сем. Лососевые превышала более чем в 10 раз общую амилолитическую активность.
Меньшее изменение амилолитической активности с возрастом, возможно, связано с тем, что ее роль в пищеварении черноморской кумжи и стальноголового лосося второстепенна - это является специфической особенностью пищеварительного тракта хищника.
В ходе исследований удалось выявить наличие видовых особенностей в функционировании пищеварительной системы.
1. Впервые показано, что у стальноголового лосося в период эндогенного питания активность протеиназ выше, чем у черноморской кумжи.
2. Общая амилолитическая активность у черноморской кумжи на всем протяжении личиночного периода развития выше, чем у стальноголового лосося, хотя изменения скорости гидролиза углеводных компонентов пищи у обоих видов носят сходный характер.
3. Значения активности панкреатической a-амилазы с 30 по 36 стадию развития выше у личинок черноморской кумжи, тогда как на заключительной стадии личиночного периода развития (37 стадия) максимальная скорость гидролиза углеводных компонентов пищи отмечена у стальноголового лосося.
4. Тенденция к возрастанию протеолитической активности с возрастом отмечается у обоих видов рыб. На заключительной стадии личиночного периода развития значения уровня общей протеолитической активности у черноморской кумжи и стальноголового лосося увеличились в 43 и 86 раз соответственно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Уголев А. М., Кузьмина В. В. Пищеварительные процессы и адаптации у рыб. - СПб.: Гидроме-теоиздат, 1993. - 238 с.
2. Морфофизиологические особенности пищеварительной системы некоторых видов лососевых рыб / Г. М. Абдурахманов, И. В. Волкова, Т. С. Ершова и др. / Прикаспийский ин-т биолог. ресурсов ДНЦ РАН. - М.: Наука, 2006. - 216 с.
3. Кузьмина В. В., Гельман А. М. Особенности становления пищеварительной функции у рыб // Вопр. ихтиологии. - 1998. - Т. 38, № 1. - С. 113-122.
4. Игнатьева Г. Н. Радужная форель Salmo gairdneri Rich., 1836 // Объекты биологии развития. -М.: Наука, 1975. - С. 297-303.
5. Уголев А. М., Иезуитова Н. Н. Определение активности инвертазы и других дисахаридаз // Исследование пищеварительного аппарата у человека: обзор современных методов. - Л.: Наука, 1969. - С. 192-196.
6. Уголев А. М. Определение амилолитической активности // Исследование пищеварительного аппарата у человека: обзор современных методов. - Л.: Наука, 1969. - С. 187-192.
7. Алейникова Т. Л., Рубцова Г. В. Биохимия. Руководство к практическим занятиям по биологической химии. - М.: Высш. шк., 1988. - 239 с.
8. Дементьева М. А. Анатомо-гистологические особенности пищеварительного тракта радужной форели на ранних этапах онтогенеза // Изв. ГосНИОРХ. - 1976. - Т. 22. - С. 876-884.
9. Ершова Т. С. Становление структуры и гидролитических функций пищеварительной системы черноморской кумжи и стальноголового лосося на ранних этапах онтогенеза: дис. ... канд. биол. наук. -Краснодар, 2003. - 158 с.
10. Ершова Т. С., Алтуфьева Н. С. Особенности формирования пищеварительной системы черноморского лосося и влияние пищи на ее морфофункциональное развитие // Естественные науки. - Астрахань: Астрахан. гос. ун-т. - 2003. - № 6. - С. 5-64.
Статья поступила в редакцию 9.11.2010
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Ершова Татьяна Сергеевна - Астраханский государственный технический университет; канд. биол. наук; доцент; доцент кафедры «Зоология и ботаника»; [email protected].
Ershova Tatiana Sergeevna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Biological Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Zoology and Botany"; [email protected].
