Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ЗАКОНОМЕРНОСТИ АККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛЕГКИХ БЫЧКОВ ГЕРЕФОРДСКОЙ ПОРОДЫ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Нарожных К.Н. 1 Коновалова Т.В. 1 Короткевич О.С. 1 Петухов В.Л. 1 Себежко О.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»
Исследованы закономерности аккумуляции Zn, Cu, Pb и Cd в легких у быков герефордской породы в возрасте 17-18 месяцев, выращенных в Западной Сибири. Для анализа были отобраны пробы от 17 животных. Уровень химических элементов в легких определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Установлена избирательность в накоплении тяжелых металлов. Содержание элементов в органе можно изобразить в виде ранжированного ряда: Cd
цинк.
медь
свинец
кадмий
легкие
быки
герефорд
порода
1. Васильева Е.А. Клиническая биохимия сельскохозяйственных животных / Е.А. Васильева. – М.: Роcсельхозиздат, 1982. – 254 с.
2. Ефанова Ю.В. Содержание цинка в некоторых органах и мышечной ткани бычков герефордской породы / Ю.В. Ефанова, К.Н. Нарожных, О.С. Короткевич // Главный зоотехник, 2012. – №11. – С. 30-33.
3. Желтиков А.И. Черно-пестрый скот Западной Сибири / А.И. Желтиков, В.Л. Петухов, О.С. Короткевич, Н.М. Костомахин и др. / Новосибирск: НГАУ. – 2010. – 500 с.
4. Желтикова О.А. Аккумуляция макро- и микроэлементов в печени свиней скороспелой мясной породы (СМ-1) / О.А. Желтикова, О.С. Короткевич, В.Л. Петухов // Вестник НГАУ. –2007. – № 6. – С. 50-56.
5. Желтикова О.А. Аккумуляция некоторых макро- и микроэлементов в органах свиней / О.А. Желтикова, О.С. Короткевич // Сибирский вестник с.-х. науки. – 2007. – № 8. – С. 48-50.
6. Зайко О.А. Влияние генофонда семейств скороспелой мясной породы свиней на аккумуляцию свинца в некоторых органах и тканях / О.А. Зайко, Т.В. Коновалова // Мир, науки, культуры, образования. – 2013. – № 4 (41). – С. 432-433.
7. Зайко О.А. Характеристика генофонда линий породы свиней СМ-1 по аккумуляции свинца в органах и тканях / О.А. Зайко, Т.В. Коновалова // Свиноводство. – 2013. – № 8. – С. 11-13.
8. Зайко О.А., Короткевич О.С., Петухов В.Л. Особенности аккумуляции макро- и микроэлементов в миокарде свиней скороспелой мясной породы // Главный зоотехник. – 2013. – № 6. – С. 35–40.
9. Ильин В.В. Устойчивость красного степного скота Алтайского края к некоторым заболеваниям / В.В. Ильин, А.И. Желтиков, О.С. Короткевич, Т.В. Коновалова // Достижения науки и техники АПК. – 2014. – №4. С. 65-68.
10. Камалдинов Е.В. Полиморфизм белков сыворотки крови свиней сибирской северной породы / Е.В. Камалдинов, О.С. Короткевич,В.Л. Петухов и [и др.] // Доклады Российской академии с.-х. наук. – 2010. – № 4. – С. 49–51.
11. Короткевич О.С. Биохимические, гематологические параметры в аккумуляции тяжелых металлов в органах и тканях свиней скороспелой мясной породы / О.С. Короткевич, О.А. Желтикова, В.Л. Петухов // Докл. Рос. акад. с.-х. наук, 2009. – №4. – C. 41-43.
12. Нарожных К. Содержание железа в некоторых органах и мышечной ткани бычков герефордской породы / К. Нарожных, Ю. Ефанова, О. Короткевич, В. Петухов // Молочное и мясное скотоводство. – 2013. – № 1. – С. 24-25.
13. Нарожных К.Н. Содержание кадмия в некоторых органах и ткани бычков герефордской породы / К.Н. Нарожных, Ю.В. Ефанова, О.С. Короткевич // Мир, науки, культуры, образования. – 2012. – № 4. – С. 315-318.
14. Нарожных К.Н. Содержание меди в некоторых органах и мышечной ткани бычков герефордской породы / К.Н. Нарожных, Ю.В. Ефанова, О.С. Короткевич // Вестник НГАУ, 2013. – № 2 (27). – С. 73-76.
15. Петухов В.Л. Ветеринарная генетика / В.Л. Петухов, А.И. Жигачев, Г.А. Назарова. М.: Колос, 1996. – 384 с.
16. Петухов В.Л. Ветеринарная генетика с основами вариационной статистики / В. Л. Петухов, А. И. Жигачев, Г. А. Назарова. - М.: Агропромиздат, 1985. – 368 с.
17. Петухов В.Л. Влияние породы на устойчивость крупного рогатого скота к некоторым болезням / В.Л. Петухов, Е.В. Камалдинов, О.С. Короткевич // Главный зоотехник. – 2011. – №1. – С. 10-12.
18. Петухов В.Л. Генетика / В.Л. Петухов, О.С. Короткевич, С.Ж. Стамбеков, А.В. Бакай, А.И. Жигачев. Учебник / Министерство образования и науки Республики Казахстан; Семипалатинский государственный пединститут. – Новосибирск, 2007. – 628 с. (2-е издание).
19. Петухов В.Л. Иммунологические системы сывороточных белков крови свиней / В.Л. Петухов, А.И. Желтиков, М.Л. Кочнева, О.И.Себежко, В.В. Гарт, О.С. Короткевич, Е.В. Камалдинов //Доклады Российской академии с.-х. наук. – 2003. – №5. – С. 38-40.
20. Петухов В.Л. Содержание тяжелых металлов в мышцах судака (Stizostedion lucioperca) / В.Л. Петухов, И.С. Миллер, О.С. Короткевич. – Вестник НГАУ. – 2012. – Т. 2. – №23-2. – С. 49-52.
21. Петухов В.Л., Генетическая структура кемеровской и крупной белой пород свиней по системам групп крови / В.Л.Петухов, А.И. Желтиков, В.В. Гарт, Е.В. Камалдинов О.А. Желтикова // Сельскохозяйственная биология. – 2004. – №2. – С. 43-49.
22. Петухов, В. Л. Ветеринарная генетика с основами вариационной статистики / В. Л. Петухов, А. И. Жигачев, Г. А. Назарова. - М.: Агропромиздат, 1985. – 368 с.
23. Способ определения содержания кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота. Петухов В.Л., Короткевич О.С., Желтиков А.И., Петухова Т.В. Патент на изобретение RUS 2426119 24.03.2010.
24. Способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней. Петухов В.Л., Желтикова О.А., Желтиков А.И., Короткевич О.С., Камалдинов Е.В., Себежко О.И. Патент на изобретение RUS 2342659 28.03.2007.
25. Способ определения содержания свинца в органах крупного рогатого скота. Петухов В.Л., Короткевич О.С., Стрижкова М.В., Камалдинов Е.В, Себежко О.И., Петухова Т.В.. Патент на изобретение RUS №2421726 08.04.2010.
26. Способ отбора крупного рогатого скота на устойчивость к туберкулезу / Петухов В.Л., Эрнст Л.К., Желтиков А.И., Незавитин А.Г., Короткевич О.С., Петухов И.В., Куликова С.Г. Патент на изобретение RUS 2058733 27.04.1996.
27. Стрижкова М.В. Содержание свинца в органах и тканях бычков черно-пестрой породы/ М.В. Стрижкова, Т.В. Петухова, О.С. Короткевич // Главный зоотехник. – 2011. – С. 66-68.
28. Фридчер А. А. Хозяйственно полезные качества свиней приобского типа скороспелой мясной породы СМ-1 / А. А. Фридчер, В.Л. Петухов // Сиб. вест. с.-х. науки. – 2010. – № 8. – С. 59-63.
29. Эрнст, Л.K. Физиологические и иммунологические показатели голштинизированного сибирского типа черно-пестрого скота. / Л.K. Эрнст, А.И. Желтиков, В.Л. Петухов // Доклады РАСХН. 1999. – №6. – С. 35-36.
30. ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) Toxicological profile for Cadmium (Draft for Public Comment). — Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, 2008.
31. Brzoska, M.M. Disorders in bone metabolism of female rats chronically exposed to cadmium / M.M. Brzoska, J. Moniuszko-Jakoniuk // Toxicology and Applied Pharmacology, 2005. – Vol. 202. – P. 68-83.
32. Chysyma R.B. The content of heavy metals in feeds of thé Tyva Republic / R.B. Chysyma, V.L. Petukhov, E.E. Kuzmina [et al.] // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. – 2003. – P. 297-299.
33. El Heni, J. Protective effects of selenium (Se) and zinc (Zn) on Cd (Cd) toxicity in the liver and kidney of the rat: histology and Cd accumulation / J. El Heni, I. Messaoudi, F. Hamouda, K. Abdelhamid // Food Chem. Toxicol., 2008. – Vol. 46. – P. 3522-3527.
34. Korenekova B. Concentration of some heavy metals in cattle reared in the vicinity of a metallurgic industry / B. Korenekova, M. Skalicka, P. Nad // Veterinarski arhiv, 2002. – Vol. 72(5). – pp. 259-267.
35. Korotkevich O.S. Content of 137Cs and 90Sr in the forages of various ecological zones of western siberia /O.S. Korotkevich, V.L. Petukhov, O.I. Sebezhko, Ye.Ye. Barinov, and T.V. Konovalova // Russian Agricultural Sciences, 2014. – Vol.40. – No.3. – pp. 195-197.
36. Miller I.S. Accumulation of heavy metals in the muscles of Zander from Novosibirsk water basin /I.S. Miller, V.L. Рetukhov, O.S. Korotkevich, G.N. Korotkova, I.S Konovalov. // E3S Web of Conferences 1,11007 (2013). DOI: 10.1051/ e3sconf/20130111007.
37. Miranda M. Effects of moderate pollution on toxic and trace metal levels in calves from a polluted area in northern Spain / M. Miranda, M. Lopez-Alonso, C. Castillo [et al.] // Environ Int., 2005. – Vol. 31. – pp. 543-548.
38. Morris C.A. Facial eczema in Jersey cattle: heritability and correlation with production / C.A. Morris, N.R. Towers, H.J. Tempero [et al.] // Proceeding of New Zeeland Society of Animal Production. – 1990. – Vol. 50. – pp. 255-259.
39. Narozhnyh K.N. The content of lead in some organs and tissues of Hereford bull-calves / K.N. Narozhnyh, Y.V. Efanova, V.L. Petukhov [et al.] // 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, 23-27 September 2012. – Rome (Italy), 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/e3sconf/20130115003.
40. Odeny W.O. Genetic and environmental factor affecting serum macro minerals and weight in Angus Brahman multibread herd: Heritabilities of and genetic, environmental, and phenotypic correlations among serum calcium, phosphorum and magnesium and weight weaning // J. of Amer. Sci. – 1992. – Vol. 70. – pp. 2072-2077.
41. Patrashkov S.A. Content of heavy metals in the hair / S.A. Patrashkov, V.L. Petukhov, O.S. Korotkevich // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. – 2003. – P. 1025-1027.
42. Petukhov V.L. Cs-137 and Sr-90 level in diary products / V.L. Petukhov, Y.A. Dukhanov, I.Z. Sevryuk, S.A. Patrashkov, O.S. Korotkevich, T.S. Gorb, I.V. Petukhov // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. – 2003. – C. 1065-1066.
43. Petukhova T.V. Content of heavy metals in the muscle tissue of cattle / T.V. Petukhova // E3S Web of Conferences 1, 15002 (2013). DOI: 10.1051 /e3sconf / 201301115002.
44. Suttle N.F. Mineral Nutrition of Livestock, 4th ed. / N.F. Suttle. – London: Сabli Publishing, 2010. – 587 р.
45. Wang, L. Effects of Lead and/or Cadmium on the Oxidative Damage of Rat Kidney Cortex Mitochondria / L. Wang, J. Li, J. Li, Z. Liu // Biological Trace Element Research, 2010. – Vol. 137. – № 1– P. 69-78.
46. Wang, L. Simultaneous Effects of Lead and Cadmium on Primary Cultures of Rat Proximal Tubular Cells: Interaction of Apoptosis and Oxidative Stress / L. Wang, H. Wang, J. Li, D. Chen, Z. Liu // Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2011. – Vol. 61. – № 3. – P. 500-511.

Загрязнение окружающей среды токсическими веществами представляет большую угрозу для здоровья и жизни человека и животных, влияет на качество и количество производимой продукции [16, 32, 35]. Особое место в ряду токсикантов занимают тяжелые металлы, повышенное содержание которых в окружающей среде ведет к интоксикации живых организмов и снижение их продуктивности [3, 19]. В этих условиях актуальным становится вопрос биомониторинга и биоиндикации окружающей среды и звеньев трофических цепей с целью предотвращения аккумуляции избыточных концентраций тяжелых металлов в организме животных разных видов и человека [10, 18, 29]. Кроме того, для обеспечения высокой продуктивности животных и экологической безопасности получаемой продукции необходимо проводить комплексную оценку интерьера сельскохозяйственных животных по содержанию химических элементов, гематологическим, биохимическим, иммунологическим и другим показателям [9, 17, 21, 26, 34].  До настоящего времени не определены нормы содержания тяжелых металлов в легких и других органах и тканях животных, которые бы учитывали зональность, период онтогенеза и породную принадлежность. Однако, имеются немногочисленные данные по аккумуляции тяжелых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота [8, 27, 41, 42, 43], свиней [4, 5, 7, 11, 20] и рыб [36, 44] в Западной Сибири.

Цель исследования - изучение закономерностей содержания, изменчивости и корреляции тяжелых металлов в тканях легких быков герефордской породы.

Материалы и методы исследования

Исследования произведены в биохимической лаборатории Сибирского НИИ животноводства Россельхозакадемии. Были взяты 17 образцов тканей легких, от быков герефордской породы в возрасте 17-18 месяцев, выращенных на экологически безопасной территории Западной Сибири. Все животные на момент убоя были клинически здоровы. Элементный анализ производился на атомно-абсорбционных спектрометрах Shimadzu AA-7000 (Япония) и Perkin Elmer 360 (США). Определение концентрации химических элементов осуществлялось с использованием двух способов атомизации. Атомно-абсорбционный анализ проводился электротермическим методом атомизации на приборе Shimadzu AA-7000, для определения концентрации Cd и Pb. На атомно-абсорбционном спектрометре Perkin Elmer 360 атомизация происходила в пламене (ацетилен/воздух), этим способом определяли содержание Cu и других элементов в тканях легких. Данные по содержанию тяжелых металлов представлены в пересчете на натуральную влажность пробы.

Полученные материалы обработаны методом описательной статистики на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Установлена значительная разность в накоплении тяжелых металлов в легких (табл. 1).

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в легких герефордского скота, мг/кг

Химический элемент

± S

σ

Сv

Lim

Отношение крайних вариант

Zn

19,95±0,64

2,63

13,2

16,2-26,6

1:1,6

Cu

2,02±0,17

0,69

34,3

1,16-3,76

1:3,2

Pb

0,073±0,007

0,029

39,6

0,022-0,126

1:5,7

Cd

0,0076±0,0008

0,003

45,5

0,0037-0,0140

1:3,8

Выявлены значительные различия между отдельными животными по способности аккумулировать Pb в легких. Содержание Zn напротив достаточно равномерно распределено у исследуемых животных. Уровень кадмия характеризуется высокой фенотипической изменчивостью, а концентрация цинка - относительно низкой. Распределение химических элементов по содержанию в можно представить в виде возрастающего ранжированного ряда: Cd<Pb и Cu<Zn. У бычков в легких больше всего накапливается цинк, а менее всего - кадмий. Этот результат закономерен, так как цинк является одним из эссенциальных микроэлементов, который распространен в организме животных [30], а кадмий в свою очередь признается ксенобиотиком [1].

Концентрация химических элементов зависит от влияния различных факторов среды и наследственности [15, 38]. В немногочисленных работах показано, что генофонд породы, линий, семейств и генотип производителя влияют на уровень аккумуляции ряда макро- и микроэлементов в органах и тканях животных [25, 46]. Эти данные свидетельствуют о возможности использования методов селекции в регуляции уровня некоторых химических элементов в организме. Для этого должны быть обнаружены маркеры для раннего прижизненного определения тяжелых металлов в органах и тканях животных [23, 24].

Ранее нами были выявлены средние уровни аккумуляции тяжелых металлов в печени, мышцах, селезенке и семенниках бычков герефордской породы [12]. Показано, что уровень концентрации свинца в легких бычков герефордской породы был почти в 2 раза выше, чем в мышцах (0,038 мг/кг) и семенниках (0,032 мг/кг), а по отношению к печени (0,147 мг/кг) и селезенке (0,137 мг/кг) - в 2 раза ниже (P<0,001) [39]. Концентрация кадмия в мышцах, семенниках и селезенке сравнима с уровнем кадмия в легких, а значения кадмия в печени почти в 6 раз выше (P<0,001) [13]. Содержание цинка в семенниках (15,07 мг/кг) и селезенке (21,68 мг/кг) аналогично его уровню в легких [14]. Уровень меди в селезенке и мышцах был почти в 2 раза выше (P<0,001), чем в легких [2].

Существуют межпородные различия в степени аккумуляции тяжелых металлов в органах животных. Например, уровень свинца в легких крупного рогатого скота был примерно в 10 раз ниже (P<0,001), чем у свиней  [6].

Таблица 2

Корреляции между содержанием химических элементов в легких крупного рогатого скота

Коррелируемые элементы

r

Коррелируемые элементы

R

Cd - Pb

0,52*

K - Cd

0,60*

Cd - Zn

0,67**

K - Zn

0,52*

*Р<0,05; **P<0,01

В легких животных выявлен ряд положительных корреляций между химическими элементами (табл. 2). Cвязь кадмия с цинком и калием указывает на взаимозависимость этих элементов в обмене веществ. Токсикодинамика кадмия связана с нарушения обмена цинка, недостаточное содержание которого может способствовать увеличению негативного действия кадмия даже при низких Cd экспозициях [33]. Эксперименты на крысах, которые получали рационы с повышенными концентрациями цинка и подвергались хроническому воздействию кадмия, показали снижение ломкости костей, что указывает на защитное действие цинка на костную ткань [31]. Можно предположить, что с увеличением поступления кадмия в организме происходит повышение концентрации эссенциальных элементов Zn и K, как защитная реакция на поступление токсиканта и, возможно, поэтому цинк и калий имеют положительную взаимосвязь между собой.

Положительная ассоциация кадмия и свинца может указывать о их синергийном негативном эффекте. Так, при одновременном введении в рацион крыс с питьевой водой ацетата свинца (300 мг/л) и хлорида кадмия (50 мг/л) в течение 8 недель, отмечен эффект токсического синергизма. Это выражалось в усилении перекисного окисления, в результате чего наблюдались повреждения в митохондриях коркового слоя почек [45]. Результаты последующих экспериментов, так же свидетельствуют о синергическом влиянии на перекисное окисление, в результате этого зафиксировано ускорение апоптоза клеток проксимальных канальцев и ингибирование Na+-, K+-, Ca2+-АТФазы  [46].  

Выводы

1. Установлены ориентировочные среднепопуляционные значения некоторых элементов в легких крупного рогатого скота герефордской породы, которые можно применять для оценки интерьера животных и оценки влияния экологических факторов.

2. Выявлены различные степени аккумуляции тяжелых металлов в легких животных, что обусловлено влиянием средовых и наследственных факторов. В этом органе в наибольшей степени аккумулируются цинк, а в меньшей - кадмий

3. Обнаруженная относительно высокая фенотипическая вариабельность уровней Cd, Pb и Cu может объясняться действием различных факторов среды и наследственности на процессы их депонирования в легких. В пределах одного органа установлены различные по величине положительные корреляции между парами элементов: Cd и Pb, K и Zn.

Рецензенты:

Клименок И.И., д.с.-х.н., профессор, заместитель директора по науке, Сибирский научно- исследовательский институт животноводства СО Россельхозакадемии, г. Новосибирск.

Дементьев В.Н. д.с.-х.н., профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии, Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.


Библиографическая ссылка

Нарожных К.Н., Коновалова Т.В., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Себежко О.И. ЗАКОНОМЕРНОСТИ АККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛЕГКИХ БЫЧКОВ ГЕРЕФОРДСКОЙ ПОРОДЫ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=17057 (дата обращения: 26.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252