Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

CHACTERISTIC FEATURES OF HEAVY METALS ACCUMULATION AND CORRELATION IN THE LIVER OF ZANDER FROM NOVOSIBIRSK WATER BASIN

Miller I.S. 1 Konovalova T.V. 1 Korotkevich O.S. 1 Petekhov V.L. 1, 2 Sebezhko O.I. 1
1 Novosibirsk State Agrarian University
2 Ltd «Institute of Veterinary Genetics and Breeding»
Characteristic features were studied in the accumulation of iron, copper, zinc, manganese and their correlations in the liver of zander (Stizostedion lucioperca) from Novosibirsk water basin. Concentrations of heavy metals were determined by atomic emission spectral method with excited spectra in two-jet-stream arc plasma (TAP-AES). Iron (173,0 ± 15,97 mg / kg) and zinc (66,27 ± 4,18 mg / kg) dominate for the amount of heavy metals in liver. It was established that iron, copper concentrations were 3,59 and 5.0 times greater in zander liver in Novosibirsk water basin than those in scales, respectively. High positive correlations between the content of iron and copper, zinc, manganese were revealed. The content of Mn, Cu, Zn, Fe were in the ratio 1: 1,2: 16,4: 42,9, respectively. Mean population values of heavy metals were established in zander liver in Novosibirsk water basin.
interior
ecology
correlation
liver
heavy metals
Zander

Химические элементы в свободном состоянии, а также в виде большого количества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей живых организмов [7, 24, 25, 28, 38].

Многие авторы считают, что тяжелые металлы среди химических элементов наиболее токсичны, поэтому очень важно изучать их содержание не только в почве [32, 35], воде [2, 36, 37], растениях, но и в органах и тканях различных видов животных и продуктах питания [5, 27, 29, 40-42].

Известно, что рыбы чутко реагируют на изменение условий окружающей среды, в частности химического состава воды, донных отложений [3, 4, 20, 31, 33, 34]. Поэтому среди существующих методов индикации экологического состояния водоемов все более востребованными становятся методы биоиндикации [8-10, 17, 18, 24]. Так, при определении степени загрязнения водоемов тяжелыми металлами в качестве биоиндикаторов используют рыб, оценивая уровень содержания и характер накопления микроэлементов в тканях и органах [12-16, 21, 39].

Печень интенсивно аккумулирует химические элементы, включая металлы, и по этому показателю значительно превосходит остальные органы. Согласно исследованиям П.А. Попова [23], по способности к аккумуляции тяжелых металлов (кроме Hg) печень располагается на первом месте. Это подтверждается и исследованиями И.Н. Андрусишиной [2]. Поэтому сравнительный анализ элементного состава печени рыб очень важен.

Материалы и методы

Работа выполнена на базе аналитической лаборатории Института неорганической химии СО РАН. Исследования проведены на судаке обыкновенном в возрасте 3–4,4 года. Судак был пойман в период с ноября по декабрь 2011 г. в Новосибирском водохранилище. Общая площадь водохранилища равна 1082 км2, средняя глубина составляет 8,3 м, наибольшая глубина – 25 м. Для исследования были взяты 30 проб печени. Концентрации тяжелых металлов определялись атомно-эмиссионным спектральным методом с возбуждением спектров в двухструйной дуговой плазме (ДДП-АЭС).

Полученные данные обработаны методом вариационной статистики с использованием программы Microsoft Excel. Тестирование соответствия имеющихся распределений 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 печени судака обыкновенного представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание химических элементов в печени, мг/кг

Элемент

 

CV

lim

Отношение крайних вариантов

Fe

173±16,0

87,5

50,6

62,0-390,0

1:6,3

Mn

4,03±0,31

1,69

41,9

1,5-8,9

1:5,9

Cu

4,73±0,44

2,43

51,5

1,8-12,0

1:6,7

Zn

66,3±4,2

22,9

34,6

37,0-130,0

1:3,5

Выявлены значительные различия по аккумуляции микроэлементов в печени судака. По уровню содержания микроэлементов в печени выстраивается следующий ряд: марганец < медь ˂ цинк < железо. Их соотношение составляет 1 : 1,2 : 16,4 : 42,9. Таким образом, концентрация железа в печени судака в 2,6 раза выше, чем железа (Р<0,001), а уровни меди и марганца были одинаковы. Известно, что часть белков, депонирующих железо (ферритин, гемосидерин), находятся в гепатоцитах. При небольших запасах железа оно хранится в виде ферритина. При избыточном поступлении в клетку железо откладывается в виде гемосидерина [26]. Однако печень играет главную роль в метаболизме меди. Концентрация меди в печени показывает общий статус организма в отношении данного химического элемента и уровень усваиваемости [30].

Ранее нами изучалось содержание тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища [13]. Было установлено, что в печени судака концентрация железа больше, чем в чешуе, в 2,8, а меди – в 5,0 раз [13]. Остальные микроэлементы содержатся в чешуе в больших количествах. Концентрация марганца в чешуе больше, чем в печени, в 4,4 раза, цинка – в 1,2 раза. Чешую и другие производные кожи можно использовать в качестве маркеров накопления тяжелых металлов в органах и тканях животных [26-30, 41].

Содержание тяжелых металлов в организме рыб зависит от характера их питания, а также интенсивности обменных процессов [11]. На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. По количеству тяжелых металлов в печени, как и в чешуе судака, преобладают железо, цинк и медь.

Между изученными тяжелыми металлами в печени существуют довольно высокие положительные корреляции (табл. 2).

Таблица 2

Корреляция между уровнями тяжелых металлов в печени

Коррелирующие элементы

r±Sr

Коррелирующие элементы

r±Sr

Fe-Cu

0,776***±0,073

Cu-Mn

0,695***±0,095

Fe-Mn

0,597***±0,118

Cu-Zn

0,688***±0,097

Fe-Zn

0,748***±0,080

Zn-Mn

0,764***±0,077

В печени судака выявлена высокая положительная корреляция концентраций железа и меди (r=0,776). Уровень железа также положительно коррелирован с марганцем, цинком. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментных реакциях, в обеспечении иммунных реакций, в окислительных процессах.

Высокая положительная связь установлена между медью с марганцем и цинком. Медь – жизненно важный элемент, входящий в состав многих витаминов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ. Цинк в умеренных физиологических дозах повышает усвоение меди организмом. Уровень цинка положительно коррелировал с марганцем. Цинк и медь являются кофакторами большой группы ферментов и участвуют во многих видах обмена. По мнению ряда авторов, способность аккумулировать в организме различные химические элементы передается из поколения в поколение [6-7, 17], поэтому путем селекции можно оптимизировать их содержание в органах и тканях [5-7, 19, 20].

Выводы

Установлены средние популяционные значения тяжелых металлов в печени судака из Новосибирского водохранилища, которые можно использовать при последующих мониторингах. Содержание Mn, Cu, Zn, Fe было в соотношении 1 : 1,2 : 16,4 : 42,9 соответственно. Высокие положительные корреляции были обнаружены между содержанием железа с марганцем и цинком.

По количеству тяжелых металлов в печени, как и в чешуе судака, преобладают железо, цинк и медь. Концентрация цинка, железа в печени судака выше, чем в чешуе.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект РНФ № 15-16-30003).

Рецензенты:

Солошенко В.А., д.с-х.н., профессор, директор Сибирского научно-исследовательского и проектно-технологического института животноводства, п. Краснообск;

Желтиков А.И., д.с-х.н., профессор, профессор кафедры разведения, кормления и частной зоотехнии Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.