CC BY
13УДК597.554.3-115 + 575.1
М.Г.Таликина, В.Т.Комов, В.А.Гремячих, Ю.В.Чеботарева
ВЛИЯНИЕ РТУТИ НА МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МОЛОДИ ОКУНЯ PERCA FLUVIATILIS В ХРОНИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, пос. Борок, Ярославская обл.
Выявлен характер ответной реакции молоди окуня на уровне организма, органа и клетки при долговременном воздействии ртути в прудах с естественной кормовой базой. В испытанном экологическом варианте повышенная концентрация ртути в корме не оказывает общетоксического эффекта, однако ее очевидное цитотоксическое влияние приводит к заторможенному развитию репродуктивных желез у самок и тотальной дегенерации яичников у 23% подопытных рыб, а также к отклонению от нормы гистофизиологического состояния гепатоцитов.
Ключевые слова:ртуть, ооциты, гепатоциты, гистофизиология, дегенерация.
Введение. Во внутренних водоемах Волжского бассейна накопление ртути в организме рыб, реализуемое главным образом через звенья трофической цепи [20], имеет видовую, возрастную и экологическую специфику [2, 10].
Являясь тиоловым ядом, ртуть оказывает ин-гибирующее влияние на регуляцию белкового метаболизма клетки [23, 5] и процессы клеточной пролиферации [25, 22], на субклеточном уровне тяжелые металлы, включая ртуть, накапливаются преимущественно в ядрах [15].
Особенности механизма действия ртути, а также долгосрочные прогнозы о возрастании ртутной нагрузки на внутренние водоемы Европейской части России [10], обусловили интерес к изучению долговременного влияния этого токсиканта на адаптивные возможности организма рыб в раннем онтогенезе. В течение первых месяцев жизни происходит формирование жизненно важных органов и функциональных систем, участвующих в том числе в процессах детоксика-ции чужеродных веществ, и в этой связи важна оценка степени риска любого хронического воздействия токсикантов на рыб.
В настоящем сообщении приведены результаты длительного воздействия фоновой и повышенной концентраций ртути в корме на линейно-весовой рост, гаметогенез и цитоморфологию гепатоцитов сеголетков окуня Perca fluviatilis, развившихся в прудовых условиях.
Материалы и методы исследования. Работа выполнена на экспериментальной базе Института биологии внутренних вод РАН.
В два однотипных нерестовых пруда (60 м3) с естественной кормовой базой было высажено по 300 личинок окуня, перешедших на внешнее пи-
тание. В течение 5 месяцев, еженедельно, в контрольный пруд вносили рыбный фарш с содержанием ртути 0,03 мг/кг, в опытный — 0,30 мг/кг. В первые два месяца разовая масса вносимого фарша в каждый из прудов составляла 200 г, в последующие три — 400 г. Методика определения ртути приведена в статье [10]. По окончании опыта у рыб определяли длину тела (до конца чешуйчатого покрова), массу гонад, печени и тела без внутренностей. Относительными показателями функционального состояния исследованных органов служили гонадосоматический (ГСИ, %) и гепатосоматический (ГПСИ, %) индексы. Гистофизиологический анализ гонад и печени выполнен на поперечных депарафини-рованных срезах, окрашенных железным гематоксилином по Гейденгайну [7]. При определении этапа развития половых желез у сеголеток окуня руководствовались разработанными для этого вида шкалами зрелости [3, 4, 8]. Количественными показателями функционального состояния клеток паренхимы печени были: 1) их относительный размер, определяемый по числу ядер на контрольной площади (7000 мкм2 в каждом из 15—20 участков среза); 2) объем ядер гепатоцитов V = 4/3пг3 (для каждой особи высчитывали среднее из 30—40 измерений).
Для сравнения средних значений использовали критерий Стьюдента (1:8).
Результаты и обсуждение. Длительное применение повышенной концентрации ртути, по сравнению с фоновой, не выявило существенных различий в уровне накопления ее в теле сеголеток. У рыб из обеих экспериментальных групп этот показатель имел близкие значения и не превышал 0,07 мг/кг (табл.). Следует отметить, что
Таблица
Значения морфобиологических и цитоморфологических показателей у экспериментальной молоди окуня, M±m
Показатель Содержание ртути в корме, мг/кг
0,03 0,30
Содержание ртути в сырой массе рыб, мг/кг 0,06+0,01 0,07+0,01
Выживаемость рыб, экз. 55 74
Масса тела без внутренностей, г 20,0+0,7 19,7+0,6
Масса семенников, г 1,9+0,1 1,8+0,1
Гонадосоматический индекс самцов, % 11,5+0,4 11,4+0,5
Масса яичников, г 0,11+0,02 0,07+0,004*
Гонадосоматический индекс самок, % 0,63+0,12 0,35+0,02*
Диаметр ооцитов старшей генерации, мкм 91,7+1,7 99,7+2,5
Масса печени, г 0,25+0,04 0,16+0,01*
Гепатосоматический индекс, % 1,34+0,12 0,92+0,05*
Число ядер гепатоцитов на контрольной площади среза 19,6+0,8 15,7+0,7*
Объем ядер гепатоцитов, 1-10-6 мм3 0,46+0,01 0,56+0,02*
Число рыб: самцы 18 12
самки 18 22
всего 36 34
Примечание. * — различия статистически значимы
при аналогичном режиме токсического воздействия в бетонированных бассейнах емкостью 0,16 м3 с искусственно поддерживаемой кормовой базой, концентрация ртути в организме подопытной молоди окуня такого же возраста была выше, в контроле она составила 0,09+0,005, в опыте — 0,15+0,021 мг/кг [12]. Выявленная специфика накопления тестируемого яда отражает, по-видимому, различия в кормовой базе, пищевой избирательности, в скорости поступления токсиканта в организм рыб и в интенсивности его метаболического разрушения.
Из данных, приведенных в табл., видно также, что внесение в пруды повышенного количества ртути в течение длительного времени не оказало отрицательного влияния на линейно-весовой рост сеголеток и развитие репродуктивных желез у самцов. В семенниках рыб, как в контроле, так и в опыте, содержались половые клетки сперматогенного и спермиогенного ряда, включая спермии (рис. 1а). В природной среде это состояние половых желез окуня, оцениваемое по 6-балльной шкале, соответствует IV—V стадии зрелости [3, 8].
Яичники самок окуня из контрольной и опытной групп по составу половых клеток соответствовали I стадии зрелости [4, 8], для которой характерно наличие оогониев, ооцитов ранней профазы первого мейотического деления созревания и ооцитов протоплазматического роста
(рис. 1б). Как следует из табл., в варианте с повышенным содержанием ртути в корме, средние величины абсолютной и относительной массы гонад, достоверно меньше контрольных. Кроме того, гистологический анализ в этом же варианте выявил у 5 из 22 исследованных самок далеко зашедшую дегенерацию половых клеток (рис. 1в).
Указанные отклонения от нормы развития яичников, обусловлены, возможно, тем, что ртуть, присутствующая в тканях пресноводных рыб преимущественно (> 95%) в токсичной для них метилированной форме [18], обладает анти-митотическим действием [26], а в ряде случаев выявлено ее угнетающее воздействие на биосинтез половых гормонов, обеспечивающих полноценное становление генеративной и соматической ткани в формирующихся репродуктивных органах [6, 17].
Последствия хронического влияния высокой концентрации ртути на морфофункциональное состояние печени проявились в снижении ее абсолютной и относительной массы (табл.). Сравнительный гистофизиологический анализ выявил заметную вакуолизацию цитоплазмы гепа-тоцитов, а результаты кариометрии — увеличение их размера, статистически подтвержденное снижением числа ядер на контрольной площади среза и увеличение объема ядер гепатоцитов. Микроскопическая картина печени в контроле и в опыте приведена на рис. 2.
Рис. 1. Гистология репродуктивных желез у экспериментальной молоди окуня
а) в семеннике содержатся цисты с половыми клетками на разных этапах сперматогенеза; б) яичник ювенильной самки в контроле; в) тотальная дегенерация генеративной и стромальной ткани яичника у самки из опытной группы. Ок. 10, об. 10х. Железный гематоксилин по Гейденгайну
Сходные черты гистопатогенеза, свидетельствующие о дистрофических изменениях в паренхиматозных клетках печени, были обнаружены у экспериментальных сеголеток плотвы, карпа и окуня после воздействия органических ядов, в том числе и ртути в корме, в эмбриональный и постэмбриональный периоды развития [12, 13, 14]. По данным литературы, подобные изменения на цитоморфологическом уровне рассматриваются как неспецифический ответ паренхимы печени на повреждающие факторы
Рис. 2. Гистоструктура паренхимы печени
а) контроль - плотное расположение гепатоцитов с относительно однородной цитоплазмой; б) опыт - после ртутной нагрузки заметны увеличение размера гепатоцитов и их вакуолизация. Ок. 10, об. 100х. Железный гематоксилин по Гейденгайну
внешней среды, в том числе и токсические, и отражают нарушение и ослабление ее метаболической функции [16, 1, 11, 21, 19, 24].
Заключение. Выявлен характер ответной реакции молоди окуня на долговременное воздействие ртути в прудах с естественной кормовой базой на уровне организма, органа и клетки. В испытанном экологическом варианте повышенная концентрация ртути в корме не оказывает общетоксического эффекта, однако, ее очевидное ци-тотоксическое влияние приводит к заторможенному развитию репродуктивных желез у самок и тотальной их дегенерации у определенного числа подопытных рыб и к нарушению гистофизио-логического состояния гепатоцитов.
Список литературы
1. Ильинских И.Н. Микроядерный анализ и ци-тогенетическая нестабильность. Томск: Наука, 1992. - 272 с.
2. Комов И. Т. Природное и антропогенное за-кисление малых озер северо-запада России: причины, следствия, прогноз. Дис. ... докт. биол. наук. СПб.: Ин-т озероведения РАН, 1999. - 45с.
3. Кулаев С.И. Наблюдения над изменением семенников окуня (Perca fluviatilis L.) в течение годового цикла // Русский зоологический журнал, 1927.
- Т. 7. - Вып. 3. - С. 15-53.
4. Мейен В.А. Наблюдения над годичными изменениями яичника у окуня (Perca fluviatilis L.) //Русский зоологический журнал, 1927. - Т. 7. - Вып. 4.
- С. 75-113
5. Немова Н.Н., Кяйвяряйнен Е.И., Крупно-ва М.Ю. и др. Активность внутриклеточных про-теолитических ферментов в тканях речного окуня Perca fluviatilis с различным содержанием ртути // Вопросы ихтиологии, 2001. - Т. 41. - № 5.
- С. 704-707.
6. Персов Г.М. Дифференцировка пола у рыб. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975.- 131 с.
7. Ромейс Б. Микроскопическая техника. М.: Иностр. лит-ра, 1953. — 718с.
8. Сакун О.Ф., Буцкая Н.А. Определение стадий зрелости и изучение половых циклов у рыб. М.: Рыбное хоз-во, 1963. — 47с.
9. Степанова И.К., Комов В.Т. Ртуть в абиотических и биотических компонентах озер северо-запада России // Экология, 1996. — № 3. — С. 198202.
10. Степанова И.К., Комов В.Т. Биоценоти-ческие закономерности накопления ртути в рыбе внутренних водоемов // Экология, 2002. — № 3. — С. 334-335.
11. Сясина И.Г., Арбузова Л.Л., Жадько Е.А. Ги-стоморфологические изменения в органах камбалы Pleuronectes obscurus из загрязненной части Амурского залива Японского моря // Биология моря, 2000. — Т. 26. — № 4. — С. 265-271.
12. Таликина М.Г., Комов В.Т. Реакция молоди карпа Cyprinus carpió и окуня Percafluviatilis на длительное воздействие ртути // Вопросы ихтиологии, 2003. — Т. 43. — № 1. — С. 127-131.
13. Таликина М.Г., Изюмов Ю.Г., Чеботарева Ю.В. Отдаленные генотоксические ответы у сеголеток плотвы Rutilis rutilis после воздействий органических ядов на спермии родителей // Вопросы ихтиологии, 2003. — Т. 43. — № 3. — С. 411-417.
14. Таликина М.Г., Комов В. Т., Чеботарева Ю.В. и др. Комплексная оценка длительного воздействия ртути на молодь плотвы Rutilis rutilis в экспериментальных условиях // Вопросы ихтиологии, 2004. — Т. 44. — № 6. — С. 847-852.
15. Трахтенберг И.М., Иванова Л.А. Тяжелые металлы и клеточные мембраны // Медицина труда и промышленная экология, 1999. — № 11. — С. 28-32.
16. Халилов Ф.Х., Инюшин В.М. К сравнительной оценке содержания ДНК в ядрах печени некоторых рыб// Цитология, 1966. — Т. 8. — № 3. — С. 415-417.
17. Beverly A.S., Gross T.S., Ruessler D.S. The
influence of methyl mercury on reproductive biomar-kers in aquatic species // 4 International Symposium on Aquatic Animal Health, New Orleans, La Sept. 1-5, 2002: ISAAH 2002: Proceedinds. New Orleans, 2002.
- P. 98.
18. Bloom N.S. On the chemical form of mercury in edible fish and marine invertebrate tissue // Canad. J. Fish. Aquat. Sci., 1992. - V 49. - P. 1010-1017.
19. Cengiz E., Unlii E, Balci K. The histopatho-logical effects of thiodanR on the liver and gut of mos-quitofish, Gambusia affinis // J. Environ. Sci. and Health, 2001. - V 36. - № 1. - P. 75-85.
20. Hall B.D., Bodaly R.A., Furge R.J.P. et al. Food as the dominant pathway of methylmercury uptake by fish // Water, Air, and Soil Pollut., 1997. - V. 100. - № 1. - P. 13-24.
21. Jones B.E., Czaja M.J. Mechanisms of hepatic toxicity. III. Intracellular signaling in response to toxic liver in jury // Amer. J. Physiol., 1998. - V. 275. - № 5. - P. 874-878.
22. Massaro E.J. Inhibition of progression throut the S Phase of the cell cycle: a mechanism of cytoxicity of methylmercury // Mercury pollution: integration and synthesis. CRC Press, Inc. Lewis Publishers, 1994. -P. 677-688.
23. Olson F.C., Massaro E.J. Effects of methylmercury on murine fetal amino acid uptake, protein synthesis and palate closure // Teratology, 1977. - № 16. -P. 187-194.
24. Ortiz, J.B., Gonzalez, de Canales M.L., Saras-quete C. Histopathological changes induced by lindane (Y-HCH) in various organs of fishes//Sci. mar., 2003.
- V. 67. - № 1. - P. 53-61.
25. VogelD.G., MargolisR.L., MottetN.K. The effects of methylmercury binding to microtubules // Toxicol. Appl. Pharmacol., 1985. - V. 80. - № 5. - P. 473-486.
26. Wester P. W. Histopathological effects of environmental pollutants в-HCHand methylmercury on reproductive organs in freshwater fish // Comp. Biochem. Physiol., 1990. - V. 100C. - № 1-2. - P. 237-239.
Материал поступил в редакцию 11.01.06.
M.G.Talikina, V.T.Komov, V.A.Gremyachikh, Yu.V.Chebotaryova
EFFECT OF MERCURY ON MORPHOPHYSIOLOGICAL AND CYTOMORPHOLOGICAL INDICATORS IN PERCH YOUNG PERCA FLUVIATILISIN CHRONIC EXPERIMENTS
I.D.Papanin Institute of Inland Waters Biology, Russian Academy of Sciences settlement, Borok, Yaroslav Region
It was found out the character of responses from the perch young at a level of the organisms, organ and cell at long exposure to mercury in ponds with a natural fodder base. Under ecological conditions tested , an increased concentration of mercury in fodder did not produce a general toxic effect but its obvious cytotoxic influence led to inhibited development of reproductive glands in females and a total degeneration of ovaries in 23% of fishes under test as well as to the deviation from a normal histophysiological state of hepatocytes.
