Экологические проблемы – это одно из основных условий развивающейся цивилизации
[16]. Следствием ускоренного экономического роста является нарушение экологического равновесия. При этом убыстряется экономическое освоение природы, интенсифицируется использование природных материалов и всех ресурсов [2]. Повсеместно наиболее опасные загрязнители окружающей среды – это соединения химической природы, включая и тяжелые металлы [1,27,28].
Многие авторы изучали содержание тяжелых металлов в кормах [29], органах и тканях различных видов животных [14,15, 32, 35], в пище человека [12,30,34] и их влияние на генетическую структуру популяций [9].
По мнению ряда авторов, рыбы – это идеальный объект исследований [7,10,36]. Они доступны для отбора проб статистически достаточного объема; относительно долгоживущие организмы, что позволяет оценивать долговременные хронические воздействия неблагоприятных условий окружающей среды; удобны для оценки физиологического состояния; обладают схожестью многих фундаментальных биохимических процессов с человеком, что позволяет прогнозировать данный тип загрязнений и для людей; обитают в районах с различной степенью загрязнения; обладают определенной резистентностью к сублетальному воздействию загрязняющих веществ [5, 17, 19, 31].
Изучение содержания тяжелых металлов в рыбах Сибири – это важный аспект общеэкологического мониторинга региона [22]. Это дает возможность выявлять адаптивные механизмы рыб к высокому содержанию в их организмах тяжелых металлов и использовать ряд параметров экологии и физиологии рыб в качестве индикаторов качества воды и качества рыбопродуктов для питания человека.
Материалы и методы
Работа выполнена на базе лаборатории биохимии ГНУ СибНИИЖ. Исследования были проведены на судаке обыкновенном в возрасте 3,3+-4,4+ года. Судак был пойман в период с ноября по декабрь 2011 г. в Новосибирском водохранилище. Новосибирское водохранилище – крупнейшее в Западной Сибири [4]. Общая площадь водоема равна 1082 км2, средняя глубина составляет 8,3 м, наибольшая глубина – 25 м. Для исследования были взяты 30 проб костной ткани. Концентрации тяжелых металлов определялись методом атомно-абсорбционной спектрометрии (АСС) на атомно-абсорбционном спектрометре АА-7000 Shimadzu по ГОСТ 30178-96.
Полученные данные обработаны методом вариационной статистики [20] с использованием программы Microsoft Excel. Тестирование соответствия имеющихся распределений нормальным проводили при помощи критерия Колмогорова—Смирнова. Достоверность разности между средними значениями оценивали с помощью критерия Стьюдента (td -критерий) и Фишера F (φ).
Результаты и обсуждение
Данные по содержанию тяжелых металлов в костной ткани судака обыкновенного представлены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание химических элементов в костной ткани, мг/кг
|
Элемент |
|
σ |
CV |
lim |
Отношение крайних вариантов |
|
Zn |
83,89±1,10 |
6,02 |
7,2 |
75,0:100,0 |
1:1,3 |
|
Fe |
25,25±1,55 |
8,49 |
33,6 |
17,5:55,0 |
1:3,1 |
|
Mn |
15,0±0,35 |
1,93 |
12,8 |
10,0:18,3 |
1:1,8 |
|
Cu |
4,16±0,24 |
1,32 |
31,8 |
2,9:7,1 |
1:2,5 |
|
Pb |
0,18±0,40 |
0,22 |
120,1 |
0,03:1,2 |
1:40 |
|
Cd |
0,05±0,01 |
0,03 |
64,9 |
0,01:0,1 |
1:10 |
± SВыявлены значительные различия между способностью костной ткани судака к аккумуляции микроэлементов. Ранее нами изучалось содержание тяжелых металлов в чешуе и мышцах судака Новосибирского водохранилища [13 19, 31]. Исследованиями установлено, что в костной ткани судака концентрация железа меньше, чем в чешуе, в 2,5 раза, марганца – в 1,2 раза. Концентрация меди и цинка превышает содержание данных микроэлементов в чешуе в 4,4 и 1,2 раза соответственно. Аккумуляция железа и марганца в больших количествах в чешуе – это не случайное явление, а закономерность, которую можно объяснить тем, что это сильно минерализованное белковое вещество играет определенную роль в депонировании и обмене микроэлементов между организмом рыбы и окружающей средой. Так, при изучении накопления тяжелых металлов радужной форелью было обнаружено, что чешуя радужной форели накапливает железо, медь, марганец и цинк, когда в мышцах и жабрах содержание этих элементов уменьшается [26]. Высокую концентрацию меди в костной ткани можно объяснить значительной ролью меди в процессах роста костей и необходимостью достаточной концентрации для нормального развития скелета и дифференциации костной ткани. Цинк в свою очередь значительно влияет на рост и развитие организма, является активатором ряда ферментов, включая щелочную фосфатазу костной ткани. При недостатке цинка суставы становятся малоподвижными, конечности отекают [24]. В мышечной ткани в сравнении с костной в 1,73 раза больше железа, содержание свинца примерно на одном уровне. Остальные химические элементы по концентрации преобладают в костной ткани. Давыдовой с соавт. [7] при изучении содержания ряда металлов в мышечной и костной ткани рыб Магнитогорского водохранилища был сделан вывод о том, что большинство изученных металлов накапливаются в костной ткани. По данным А.С.Ваганова [3], в мышечной ткани судака Куйбышевского водохранилища в сравнении с костной железа больше в 1,38 раза, свинца – в 2 раза, цинка – в 1,23 раза соответственно. По мнению данного исследователя, на аккумуляцию и динамику накопления тяжелых металлов в органах и тканях рыб оказывают влияние гидрохимические показатели воды, пол, возраст и занимаемая экологическая ниша.
Содержание микроэлементов в костной ткани судака Новосибирского водохранилища уменьшается в ряду: Zn>Fe>Mn>Cu и Pb˃Сd, что сопоставимо с содержанием химических элементов в чешуе судака, где ранжированный ряд выглядел так: Zn >Fe>Sr>Mn> Cu [12]. По данным Галатовой Е.А. [6], в чешуе судака реки Уй ранжированный ряд можно представить следующим образом: Zn>Fe>Mn и Рb>Co. В мышцах судака Новосибирского водохранилища ранжированный ряд был Fe>Zn>Cu>Mn в соотношении 27,6:13:11,9:1 [19, 31]. По количеству тяжелых металлов в костной ткани судака доминируют цинк, железо и марганец, в мышцах – железо и цинк, а в чешуе — железо, цинк и стронций. Это связано с закономерностями распределения химических элементов в разных органах и тканях рыб. Распределение химических элементов в костной ткани изучаемого вида рыбы характеризуется неоднородностью и зависит от геохимии среды обитания, функционального состояния организма и характера пищевых цепей водоемов.
Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных реакций [23]. Железо находится во всех органах и тканях и входит в состав гемоглобина и нуклеопротеидов ядерной субстанции клеток. Этот металл является жизненно важным в регуляции различных уровней обмена в организме [8, 18]. Во многих исследованиях было установлено, что производные кожи волос, щетина могут быть использованы как прижизненные маркеры накопления тяжелых металлов в органах и тканях животных [11, 21, 25]. В таблице 2 показано, что между содержанием некоторых химических элементов в костной ткани судака и уровнем тяжелых металлов в мышцах и чешуе существует связь. В костной ткани судака выявлена средняя положительная корреляция концентраций железа и свинца, а также железа и меди.
Таблица 2
Корреляция между уровнями тяжелых металлов в костной ткани
|
Коррелирующие элементы |
r |
|
Fe-Pb |
0,515хх |
|
Fe-Cu |
0,478хх |
Так, коэффициент корреляции между концентрацией железа в чешуе и уровнем марганца в кости был равен 0,409. Это означает, что концентрация марганца в чешуе может быть малоинвазивным прижизненным маркером накопления железа в костной ткани судака.
Выводы
Установлены средние популяционные значения тяжелых металлов в костной ткани судака Новосибирского водохранилища, которые могут быть использованы в экологии, ветеринарии и зоотехнии при оценке интерьера судака по элементному составу. Содержание микроэлементов в костной ткани судака Новосибирского водохранилища уменьшается в ряду: Zn>Fe>Mn>Cu˃Pb˃Сd. Высокие положительные корреляции наблюдались между содержанием железа и свинца, а также железа и меди
По количеству тяжелых металлов в костной ткани судака доминируют цинк и железо. Концентрация железа в костной ткани меньше, чем в чешуе, в 2,5 раза, марганца – в 1,2 раза. Концентрация меди и цинка превышает содержание данных микроэлементов в чешуе в 4,4 и 1,2 раза соответственно. В мышечной ткани в сравнении с костной железа было больше в 1,73 раза.
Рецензенты:
Солошенко В.А., д.с.-х.н, профессор, директор Сибирского научно-исследовательского и проектно-технологического института животноводства, Новосибирская область, п. Краснообск;
Желтиков А.И., д.с.-х.н, профессор, профессор кафедры разведения, кормления и частной зоотехнии Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.