Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И КОРРЕЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОСТНОЙ ТКАНИ СУДАКА НОВОСИБИРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Миллер И.С. 1 Короткевич О.С. 1 Петухов В.Л. 1, 2 Себежко О.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»
2 ООО «Институт ветеринарной генетики и селекции»
Изучены особенности накопления железа, меди, цинка, марганца, кадмия и свинца и их корреляция в костной ткани судака обыкновенного Новосибирского водохранилища. Концентрации тяжелых металлов определялись методом атомно-абсорбционной спектрометрии (АСС) на атомно-абсорбционном спектрометре АА-7000 Shimadzu по ГОСТ 30178-96. По количеству тяжелых металлов в костной ткани доминируют цинк (83,89±1,10 мг/кг) и железо (25,25±1,55 мг/кг). Установлено, что в костной ткани судака Новосибирского водохранилища концентрация железа меньше, чем в чешуе, в 2,5 раза, марганца – в 1,2 раза. Концентрация меди и цинка в костной ткани превышают содержание данных микроэлементов в чешуе в 4,4 и 1,2 раза соответственно. В мышечной ткани в сравнении с костной в 1,73 раза больше железа, содержание свинца примерно на одном уровне. Выявлена высокая положительная корреляция между содержанием железа со свинцом, железом и медью. Содержание микроэлементов в костной ткани судака Новосибирского водохранилища уменьшается в ряду: Zn>Fe>Mn>Cu и Pb>Сd. Установлены средние популяционные значения тяжелых металлов в костной ткани судака Новосибирского водохранилища, которые могут быть использованы в экологии, ветеринарии, зоотехнии при оценке интерьера судака по элементному составу.
интерьер
экология
корреляция
кости
тяжелые металлы
Судак
1. Алимов А.Ф. Основные положения теории функционирования водных экосистем // Гидробиологический журнал. – 1990. – Т. 26. – № 6. – С. 3–12.
2. Асонов А.М., Ильясов О.Р. Водоохранные системы в сельском хозяйстве / Екатеринбург: УрГУПС, 2003. – 156 с.
3. Ваганов А.С. Накопление тяжелых металлов тканями и органами промысловых видов рыб различных экологических групп Куйбышевского водохранилища / Нижний Новгород, 2012. – С. 8–9.
4. Васильев О.Ф., Савкин В.М., Двуреченская С.Я. и др. Экологическое состояние Новосибирского водохранилища // Сибирский экологический журнал. – 2000. – № 2. – С. 149–163.
5. Галатова Е.А. Сравнительная характеристика содержания экотоксикантов в репродуктивных органах рыб семейства PERCIDAE, CYPRINIDAE, ESOCIDAE, SILURIDAE (на примере реки Уй) // Вестник Челябинского государственного университета. – 2010. – № 8(189). – С. 59–62.
6. Галатова Е.А. Биологические особенности содержания тяжелых металлов в чешуе рыб семейства Percidae, Cyprinidae, Esocidae, Siluridae // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2009. – № 9 (59). – С. 46–49.
7. Давыдова Н.А., Нохрин Д.Ю., Грибовский Ю.Г. Особенности микроэлементного состава органов и тканей рыбы Магнитогорского водохранилища // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. – 2009. – № 2. – С. 1–7.
8. Ершов Е.А. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высшая школа, 2003. – 556 с.
9. Камалдинов Е.В., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Желтиков А.И. Полиморфизм белков сыворотки крови свиней сибирской северной породы // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2010.– № 4. – С. 49–51.
10. Катанаева В.Г., Ларина Н.С., Машошина А.А., Коверзнева А.. Изучение микроэлементного состава органов и тканей рыб / Материалы VII конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока — 2004». – Новосибирск.: Изд-во Ин-та катал. СО РАН, 2004. – Т. 2. – С. 240.
11. Короткевич О.С., Петухов В.Л., Стрижкова М.В., Камалдинов Е.В., Себежко О.И., Петухова Т.В. Способ определения содержания свинца в органах крупного рогатого скота // Патент на изобретение RUS № 2421726. 08.04.2010.
12. Мармулева Н.И., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Подзорова Н.Н. Накопление 137 Cs и 90Sr в рыбе, полученной из водоемов Новосибирской области // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. – 2011. – Т. 1. – № 17. – С. 70–74.
13. Миллер И.С. Особенности содержания и распределения тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища Материалы / III международной конференции «Инновационные разработки молодых ученых — развитию агропромышленного комплекса»: Сборник научных трудов. ГНУ СНИИЖК, Ставрополь, 2014. – Том 2. – вып. 7. – С. 163–165.
14. Нарожных К.Н., Ефанова Ю.В., Короткевич О.С. Содержание кадмия в некоторых органах и тканях бычков герефордской породы // Мир науки, культуры, образования. – 2012. – № 4. – С. 315–318.
15. Нарожных К., Н. Ефанова Ю., Короткевич О.С., Петухов В.Л. Содержание железа в некоторых органах и мышечной ткани бычков герефордской породы // Молочное и мясное скотоводство. – 2013. – № 1. – С. 24–25.
16. Незавитин А.Г., Петухов В.Л., Власенко А.Н., Захаров Н.Б., Кобцев М.Ф., Короткевич О.С., Наплекова Н.Н. Проблемы сельскохозяйственной экологии. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. – 255 с.
17. Нюкканов А.Н., Колесников В.А.Воздействие природных экотоксикантов на гидробионты Республики Саха (Якутия). – Красноярск: изд. центр КГАУ, 2004. — 240 с.
18. Орлов Р.С. Нормальная физиологи. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – С. 496–497.
19. Петухов В.Л., Миллер И.С., Короткевич О.С. Содержание тяжелых металлов в мышцах судака (STIZOSTEDION LUCIOPERCA) // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. – 2012. – Т. 2, № 23-2. – С. 49–52.
20. Петухов В.Л., Жигачев А.И., Назарова Г.А. Ветеринарная генетика с основами вариационной статистики. – М.: Агропромиздат, 1985. – 368 с.
21. Петухов В.Л., Желтикова О.А., Желтиков А.И., Короткевич О.С., Камалдинов Е.В., Себежко О.И. Способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней // Патент на изобретение RUS №2342659. 28.03.2007.
22. Попов П.А. О необходимости мониторинга тяжелых металлов и радионуклидов в рыбах Сибири Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды – ПООС-95: Тезисы докладов международной конференции (Томск, 12–16 сентября 1995 г.). – Томск, 1995. – С. 282.
23. Скальный А.В.,С. Рудаков. Биоэлементы в медицин. – М: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. – 272 с.
24. Улитько В.Е., Лукичева Л.Н., Пыхтин Л.А. Атлас распределения тяжелых металлов в кормах и организме сельскохозяйственных животных, птиц и рыб. – Ульяновск, 2005. – 84 с.
25. Чысыма Р.Б., Патрашков С.А., Петухов И.В., Петухов В.Л. Содержание тяжелых металлов в волосе животных из разных экологических зон // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2004. – № 1(151). – С. 75–76.
26. Шкодин Н.В., Щербакова Е.Н. Диагностика синдрома гиперэлементозов металлов у русского осетра, судака, сазана и леща дельты р. Волги (монография). – Астрахань: издатель – Сорокин Р.В., 2011. – 174 с.
27. Chysyma R.B., Bakhtina Y.Y, Petukhov V.L.,Korotkova G.N., Kochneva M.L. Heavy metals concentration in water and soil of different ecological areas of Tyva Republic // Journal De Physique IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment; Editors: C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 301–302.
28. Chysyma R.B., Petukhov V.L., Kuzminа E.E., Barinov E.Ya., Dukhanov Yu.A., Korotkova G.N. The content of heavy metals in feeds of the Tyva Republic // Journal De Physique IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment; Editors: C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 297–299.
29. Korotkevich O.S., Petukhov V.L., Sebezhko O.I., Barinov Ye.Ya., and Konovalova T.V. Content of 137Cs and 90Sr in the forages of various ecological zones of Western Siberia // Russian Agricultural Sciences. – 2014. – Vol.2. – №.3. – pp.195-197(DOI) 10.3103/S1068367414030094.
30. Marmuleva N.I , Barinov E.Y., Petukhov V.L. Radionuclides accumulation in milk and its products // Journal De Physique. IV: JPXII. International Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 827–829.
31. Miller I.S., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Korotkova G.N., Konovalov I.S . Accumulation of heavy metals in the muscles of Zander from Novosibirsk water basin E3S Web of Conferences 1,11007 (2013). DOI: 10.1051/ e3sconf/20130111007.
32. Narozhnyh K. N., Efanova Y. V., Petukhov V. L., Korotkevich O. S. et al. The content of lead in some organs and tissues of Hereford bull-calves // E3S Web of Conferences 1, 15003 (2013). DOI: 10.1051 /e3sconf /201301115003.
33. Patrashkov S.A., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Petukhov I.V. Сontent of heavy metals in the hair // Journal De Physique IV: JPXX International Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 1025-1027.
34. Petukhov V.L., DukhanovY.A., Sevryuk I.Z., Patrashkov S.A., Korotkevich O.S. et al. Cs-137 and Sr-90 level in diary products // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors: Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 1065-1066.
35. Petukhova T.V. Content of heavy metals in the muscle tissue of cattle. E3S Web of Conferences 1, 15002 (2013). DOI: 10.1051 /e3sconf /201301115002.
36. Waiwood K., Beamish F. Effect of copper, pH and hardness on the critical swimming performance of rainbow trout// Water Research. – 1978. – Vol.12. – P. 611–619.

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

± S

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

Выявлены 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.


Библиографическая ссылка

Миллер И.С., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Себежко О.И., Петухов В.Л. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И КОРРЕЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОСТНОЙ ТКАНИ СУДАКА НОВОСИБИРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18106 (дата обращения: 27.09.2021).

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 = 1.074