БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2004, том 30, № 3, с. 219-226
УДК 577.472 БИОГЕОХИМИЯ
АККУМУЛЯЦИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ МИДИИ CRENOMYTILUS GRAY ANUS ИЗ РАЙОНОВ АПВЕЛЛИНГОВ ОХОТСКОГО И ЯПОНСКОГО МОРЕЙ1
© 2004 г. О. В. Подгурская1, В. Я. Кавун1, О. Н. Лукьянова2
1 Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток 690041;
2Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, Владивосток 690950
e-mail: inmarbio @ mail.primorye. ru
Статья принята к печати 21.11.2003 г.
Исследовано распределение Zn, Fe, Ni, Си, Mn, Cd, Pb по субклеточным фракциям и Cd, Zn, Си в цито-плазматичсских белках пищеварительных и выделительных органов мидии Грея из районов Японского и Охотского морей, подверженных влиянию апвеллингов различной мощности и стабильности. Обнаружено, что в почках мидий из этих районов происходит накопление Cd, Zn, РЪ и Ni. Показано, что при увеличении концентрации как физиологически важных, так и токсичных металлов в органах мидий происходит их перераспределение в ци-тозоль. При гель-хроматографическом разделении белков цитозоля почек мидий, отобранных в районе действия мощного стационарного апвеллинга, выделены металлотионеины, что ранее не отмечалось для двустворчатых моллюсков из незагрязненных мест. Уточнена роль высокомолекулярных белков в качестве первичных лигандов кадмия.
Ключевые слова: апвеллинг, тяжелые металлы, мидии, субклеточное распределение, металлсвязывающие белки.
Heavy metal accumulation and distribution in organs of the mussel Crenomytilus grayanus from upwelling areas of the Sea of Okhotsk and the Sea of Japan. О. V. Podgurskaya1, V. Ya. Kavun1, O. N. Lukyanova2 ('institute of Marine Biology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041; 'Pacific Fisheries Research Center, Vladivostok 690950)
The subcellular and cytosolic distribution of Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Cd, and Pb in the digestive gland and kidney of the mussel Crenomytilus grayanus from upwelling areas of the Sea of Okhotsk and the Sea of Japan was studied. Accumulation of Cd, Zn, Pb, and Ni in kidney was found for mussels from these areas. When the levels of essential and toxic metals in the mussel organs were significantly increased, their redistribution into the cytosol occurred. Cytosolic Cd in the kidney of mussels sampled in the area with a strong stationary upwelling was bound to proteins similar to metal-lothioneins and high molecular weight proteins of marine invertebrates. High molecular weight proteins act as preliminary ligands for Cd. (Biologiya Morya, Vladivostok, 2004, vol. 30, no. 3, pp. 219-226).
Key words: upwelling, heavy metals, mussels, subcellular distribution, metal-binding proteins.
В Мировом океане существуют природные геохимические аномалии, примером которых, в частности, могут служить апвеллинги. Показано, что с апвеллин-гами в поверхностные воды поступают растворенные формы Cd, Zn и Ni (Bruland et al., 1978; Yeats, Campeell, 1983). В результате создаются природные импактные зоны с высоким содержанием этих элементов в воде, что приводит к их накоплению в гидробионтах (Bargagli et al., 1996; Kavun et al., 2002; Lares et al., 2002). При изучении воздействия тяжелых металлов на живые организмы именно субклеточное распределение металлов является показателем внутриклеточных процессов (Wallace et al., 2003). Перевод аккумулированных металлов в нетоксичную форму происходит преимущественно за счет связывания с особыми низкомолекулярными цитоплазматическими белками - метал-лотионеинами (МТ). Эти белки образуют устойчивые комплексы с тяжелыми металлами, защищая внутри-
клеточные структуры и биохимические системы от повреждений (Isani et al., 2000).
Субклеточное распределение микроэлементов и их связывание с цитоплазматическими белками двустворчатых моллюсков изучали в основном в лабораторных экспериментах (Bebianno, Längsten, 1991; Du-quesne et al., 1995; Serra et al., 1995; Wallace et al., 2003) или в районах с хроническим антропогенным загрязнением (Roesijadi, 1994; Mouneyrac et al., 1999; Ferrarello et al., 2000). Но природные импактные воздействия — намного более долговременный и стабильный фактор, чем антропогенное загрязнение. Следовательно, изучение распределения тяжелых металлов в гидробионтах из природных импактных зон необходимо для более полного понимания адаптивных процессов, направленных на повышение устойчивости организмов к действию тяжелых металлов. Поэтому целью нашей работы было исследование распределения металлов в субкле-
^абота выполнена при частичной финансовой поддержке гранта ДВО РАН (№ 03-3-Г-06-092).
точных фракциях и цитоплазматических белках пищеварительной железы и почек мидии Грея СгепотуШш grayanus из нескольких районов Японского и Охотского морей, подверженных воздействию апвеллингов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В работе исследованы мидии Грея, собранные в июне-августе 2001 г. на четырех станциях (рис. 1). Станции 1 (прибрежные воды о-ва Рейнеке) и 2 (б. Восточная, о-в Большой Пелис, о-ва Римского-Корсакова) расположены в зал. Петра Великого Японского моря, станции 3 (м. Консервный) и 4 (место впадения р. Северный Чирип) - в зал. Простор о-ва Итуруп, Курильские острова. Глубина отбора проб по станциям: 1-5 м, 2-20 м, 3-30 ми4 - 15-20 м. Станция 1 выбра-
на в качестве контрольной, т.к. она расположена в условно чистом районе с фоновым содержанием металлов в донных осадках (Шулькин и др., 2002). Станция 2 (б. Восточная, о-в Большой Пелис) находится в южной части зал. Петра Великого, где действует сложная система циркуляции вод с образованием мезомасштабных вихрей и апвеллингов с продолжительностью существования в несколько дней. Такие апвел-линги наблюдаются в летне-осенние месяцы (Григорьева, Христофорова, 2001). Эта станция характеризуется более высоким содержанием в воде растворенных форм Ъ&, Сё и Си по сравнению с контрольным районом (Шулькин, Богданова, 1989). Станции 3 и 4 расположены в зал. Простор о-ва Итуруп. Этот остров входит в состав Курильских островов, для охотоморского побережья которых характерны мощные стационарные апвеллинги (Шунтов, 2001). Ранее при исследова-
13Г40' 131°60' 13Г80' 132°00'
Рис. 1. Карта-схема района работ. А - зал. Петра Великого, Б - Курильские острова; 1-4 - номера станций.
Таблица 1. Средние концентрации (мкг/г сухой массы) тяжелых металлов в почках и пищеварительной железе мидии Грея (X ± 5)* (п = 5)
Станция Fe Zn Си Cd Mn Pb Ni
Почки
1 182±11 667±65 12±0.8 84+11 7+1.6 12+4.9 10+1.6
2 209+40" 7991118й 11+1.2 119+10" 8+2 42+5" 13+3.5"
3 201±22а 1155±159",ft 24±1.4",ft 1780±327"'fc 19±7.6"'6 27±3.6Й 13±0.9"
4 255±39" 1532±269",ft 22±3a'b 2047±159"'fc 17±4.6"'6 22±4.6Й 15±1.9"
Пищеварительная железа
1 72±16 45±5 10.5±0.8 1.6±0.6 2.6±0.4 4±0.2 1.6±0.2
2 43±3 40±3 10.5+0.9 1.9+0.3 2.2+0.2 4+0.2 1.2+0.1
3 24±5а 47±10 10+1.5 25±12а,ь 2.2+0.5 3.7+0.5 1.4+0.1
4 59±13 65±11я 9.7+0.5 3.2+0.3 2.3+0.3 1.7+0.3
*Х - среднее значение, 8 - стандартное отклонение.
Примечание, а - достоверное отличие (р < 0.5) по сравнению с мидиями со станции 1, Ь - достоверное отличие (р < 0.5) по сравнению с мидиями со станции 2.
нии микроэлементного состава органов митилид из прибрежных вод о-ва Итуруп в почках мидии Грея обнаружено аномально высокое содержание кадмия (Калтт й а1., 2002). На содержание в воде растворенных форм металлов на станции 4 помимо апвеллинга может оказывать влияние и кислый сток р. Северный Чирип (рН 3.6).
С каждой станции отбирали по 35 моллюсков. Для анализа использовали пищеварительную железу и почки - основные органы, осуществляющие детоксикацию, накопление и выведение токсикантов, поступающих в организм. В органах пяти моллюсков определяли общую концентрацию тяжелых металлов (табл. 1). Остальные животные были разделены на три параллельные пробы по 10 мидий в каждой и использовались для анализа субклеточного и цитоплазматического распределения металлов.
Часть объединенной пробы пищеварительной железы или почек каждой параллели гомогенизировали при 0°С в ручном стеклянном гомогенизаторе с добавлением 0.05 М трис-НС1 буфера (рН 7.5), содержащего 0.25 М сахарозы, 0.5 М №С1 и 0.01 М ]У^С12 для стабилизации мембран. Гомоге-нат центрифугировали (20 000 1.5 ч, 4°С) для разделения мембранной и цитозольной фракций, в которых определяли содержание тяжелых металлов (табл. 2). Вторую часть пробы гомогенизировали с добавлением 0.05 М трис-НС1 буфера (рН 7.5), гомогенат центрифугировали (20 000 g, 1.5 ч, 4°С) для получения цитозольной фракции, которую использовали для выделения металлсвязывающих белков.
Для выделения белков готовили колонку с гелем ЗерИаёех вЮО (1.5 х 60 см). Колонку калибровали по стандартным белкам-маркерам (бычий сывороточный альбумин, цитохром С), свободный объем определяли с помощью декст-рана голубого. Элюцию белков проводили 0.01 М трис-НС1 буфером (рН 7.5), собирали фракции объемом 3 мл, оптическую плотность элюата (А) контролировали при длине волны 280 (А280) и 254 нм (А254) на спектрофотометре ЦУ-260. Концентрацию белка (мг/мл пробы) в объединенных фракциях элюата определяли микробиуретовым методом (У1:211ак1, (ЗШ, 1964). Полученные данные использованы для определения концентрации кадмия в цитоплазматических белках (мкг Сс1/мг белка) органов мидии Грея.
Исследуемые органы, субклеточные фракции и объединенные фракции элюата высушивали при 85°С и минерализовали азотной кислотой марки ОСЧ. Концентрации металлов
определяли методом пламенной атомно-абсорбционной спек-трофотометрии в ацетиленовом пламени на спектрофотометре Hitachi 180-70. Правильность определений проверяли с помощью стандартных образцов с известными концентрациями микроэлементов. Статистическую обработку данных (среднее значение, стандартное отклонение, достоверность различий между выборками по критерию Манна-Уитни) проводили с использованием пакета программ Excel и Statistica.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Данные по содержанию тяжелых металлов в почках мидии Грея (табл. 1) показывают, что у моллюсков со станций 2, 3 и 4 концентрация Fe, Zn, Cd, Pb и Ni достоверно выше, чем у мидий со станции 1. Концентрация Cd, Zn,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.