ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2011, том 38, № 1, с. 92-97
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 616.152.34.615.9
БИОИНДИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ С ПОМОЩЬЮ БИОМАРКЕРОВ РЫБ
© 2011 г. И. И. Руднева*, Е. Н. Скуратовская*, И. И. Дорохова*, Ю. А. Граб**, И. Н. Залевская**, С. О. Омельченко ***
*Институт биологии южных морей Национальной академии наук Украины 99011 Севастополь, просп. Нахимова, 2 **Таврический национальный университет 95036 Симферополь, ул. Ялтинская, 2 ***Крымскийрегиональный научно-производственный центр стандартизации, метрологии и сертификации 95000Симферополь, ул. им. Газеты "Крымская правда", 61 Поступила в редакцию 22.07.2010 г.
Исследовано влияние содержания токсичных элементов /п, Си, Аз, РЬ, Щ, Сё в мышцах шести видов черноморских рыб на концентрацию модифицированных форм белков и среднемолекулярных пептидов в сыворотке рыб. На основе корреляционного анализа установлено, что влияние токсичных элементов на содержание модифицированных форм белков убывает в ряду /п + РЬ > Аз > Щ > Си > Сё , а среднемолекулярных пептидов — в ряду РЬ > Си > /п > Н > Аз + Сё. Рассмотрена возможность использования содержания модифицированных форм белков и среднемолекулярных пептидов в крови рыб в качестве биомаркеров для оценки их состояния и влияния на них среды обитания.
Ключевые слова: морские рыбы, загрязнение, биомаркеры, мониторинг, токсичные элементы.
Экологическая оценка качества водных объектов — важнейший этап разработки программ хозяйственного использования водоемов и мероприятий по их охране. Традиционно мониторинг акваторий базируется на изучении гидрохимических, гидрологических и токсикологических показателей, где доминирующую роль играют различные нормативные индексы (ПДК, ПДС). Однако такой подход в последнее время явно не удовлетворяет исследовательским и прикладным задачам, в связи с чем все чаще в практику экотоксикологической оценки качества природных вод внедряются методы биоиндикации и биотестирования [8, 9, 15]. В этом случае используются различные биомаркеры и биоиндикаторы, характеризующие ответные реакции гидро-бионтов на действие неблагоприятных факторов среды, в том числе загрязняющих веществ (ЗВ) антропогенного происхождения [20].
Наиболее часто в диагностических целях в тканях гидробионтов анализируют содержание различных ксенобиотиков, которые могут вызывать существенные нарушения обмена веществ и повреждение важнейших биомолекул [12, 23]. В этом случае по характерным биохимическим параметрам (биомаркерам) можно оценить степень этих нарушений, адаптивный или токсический ответ организма на качество среды обитания.
Некоторые биомаркеры — неспецифичные и не могут быть использованы при тестировании кон-
кретных ЗВ воды, в других случаях биоиндикаторы применяются для выявления определенных токсикантов, находящихся в среде и поступающих в организм. В то же время комплексное загрязнение морской среды вызывает окислительный стресс в тканях морских рыб, сопровождающийся нарушением баланса прооксидантно-антиоксидантных процессов в организме. Совершенно очевидно, что отклики ключевых антиоксидантных ферментов выражают ответную реакцию неспецифических защитных систем на действие неблагоприятных факторов и, следовательно, могут характеризовать качество среды и ее пригодность для обитания рыб [13, 22].
В последнее время для оценки повреждающего действия ксенобиотиков используются биомаркеры "присутствия", отклики которых свидетельствуют о наличии в воде токсикантов и характеризуют негативное действие последних на организм [20]. В частности, к таким показателям относятся параметры перекисного окисления липидов, степень повреждения окисленных молекул белков и ДНК, их фрагментов, содержание белков теплового шока, металлотионеинов и так далее. [12, 21]. Для оценки загрязнения морских акваторий в качестве биомаркеров было предложено использовать содержание модифицированных форм белков в сыворотке крови рыб [14]. Ранее эти показатели применяли для анализа различных патологических состояний человека и животных [2].
Таблица 1. Содержание токсичных элементов М ± т, мг/кг, в мышечных тканях рыб Черного моря, отловленных в прибрежной части Черного моря в районе Севастополя
Исследованные виды рыб Cu Pb Cd Zn As Hg
Морской ерш 0.60 ± 0.10 0.16 ± 0.04 0.04 ± 0.01 5.14 ± 1.25 0.80 ± 0.10 0.06 ± 0.01
Морской налим 0.66 ± 0.19 0.07 ± 0.02 0.01 ± 0.00 4.95 ± 1.50 1.31 ± 0.20 0.09 ± 0.02
Султанка 0.48 ± 0.10 0.07 ± 0.02 0.02 ± 0.00 4.06 ± 0.23 0.66 ± 0.20 0.05 ± 0.01
Мерланг 0.57 ± 0.15 0.07 ± 0.02 0.02 ± 0.01 3.64 ± 0.84 0.60 ± 0.11 0.05 ± 0.00
Смарида 0.58 ± 0.08 0.08 ± 0.02 0.05 ± 0.02 4.59 ± 0.72 1.10 ± 0.29 0.07 ± 0.01
Ставрида 0.53 ± 0.07 0.08 ± 0.03 0.01 5.41 ± 1.21 0.71 ± 0.24 0.05 ± 0.00
ПДК (Украина) 10.0 1.0 0.2 40.0 5.0 0.4
Морские организмы очень чувствительны к изменяющимся факторам среды, в том числе к ее антропогенному загрязнению различными химическими элементами, включая металлы. Чем выше загрязнение среды ксенобиотиками, тем в большей степени они накапливаются в тканях рыб, нарушая нормальную жизнедеятельность. В связи с этим цель настоящей работы — изучение взаимосвязи между содержанием токсичных элементов в тканях, окислительной модификацией белков и концентраций среднемолекулярных олигопептидов в сыворотке крови черноморских рыб.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектами исследования служили прибрежные виды черноморских рыб, относящиеся к разным экологическим группам: морской ерш Scorpaena porcus (L.), морской налим Gaidropsarus mediterra-neus (L.), султанка Mullus barbatus ponticus (Essipov), мерланг Merlangus merlangus euxinus (Nordmann), смарида Spicara smaris (L.), ставрида средиземноморская Trachurus mediterraneus (Steindachner). Рыб отлавливали в прибрежной зоне Черного моря в районе г. Севастополя в 2003—2005 гг.
Токсичные элементы Cu, Pb, Cd, Zn, As, Hg определяли в мышечных тканях рыб атомно-аб-сорбционным методом на спектрофотометре ААСШ "Hitachi" (Япония) и полярографическим методом на полярографе универсальном специализированном "ПЛС-1" (Россия) [7]. Для этого использовали суммарные образцы тканей, полученные от пяти—десяти особей каждого вида. Исследования проводили в трех—пяти повторах.
Кровь рыб отбирали из хвостовой артерии, сыворотку получали по методу О.В. Троицкой [19]. Окислительную модификацию белков в сыворотке крови анализировали по методу Е.Е. Дубининой [2], основанному на реакции взаимодействия окисленных аминокислотных остатков белка с 2,4-динитрофенилгидрозином с образованием 2,4-динитрофенилгидразонов. Оптическую плотность образовавшихся 2,4-динитрофенилгидра-зонов регистрировали при длинах волн D 346,
370, 430, 530 нм на спектрофотометре "СФ-46" (Россия).
Содержание среднемолекулярных пептидов в сыворотке крови рыб определяли по спонтанной окислительной модификации белков в 0.1 М фосфатном буфере. Оптическую плотность кислото-растворимых пептидов регистрировали при длинах волн Б 254, 272, 280 нм на спектрофотометре "СФ-46" (Россия) [1].
Сравнительный анализ данных осуществляли с использованием ¿-критерия Стьюдента. Результаты считали достоверными в случае, еслир < 0.05. С целью выявления зависимости между исследуемыми параметрами рассчитывали коэффициент корреляции для каждой пары значений с помощью стандартной программы "ЕХСЕЕ', учитывая, что при коэффициентах корреляций 0 < г < 0.3 имеет место слабая связь, при 0.3 < г < 0.5 — умеренная, при 0.5 < г < 0.7 — значительная, при 0.7 < г < 0.9 — сильная [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание токсичных элементов в тканях рыб различается, но не превышает нормативов, принятых на Украине (табл. 1).
Содержание Си слабо варьирует у исследуемых видов, однако прослеживается тенденция увеличения этого элемента в тканях донных рыб — ерша и налима. Максимальное содержание РЬ отмечено у морского ерша, Cd — также у ерша и смариды. Наибольшее содержание Zn выявлено у пелагической ставриды, наименьшее — у мерланга, а содержание Аз изменяется в более широких пределах: максимальные значения обнаружены у налима и смариды. Высокая концентрация Щ также установлена у налима, у остальных рыб этот показатель значительно ниже. Таким образом, содержание токсичных элементов в мышцах рыб имеет определенные видовые особенности, что могло повлиять на концентрацию модифицированных форм белков и среднемолекулярных олигопептидов в сыворотке крови рыб.
Таблица 2. Содержание модифицированных форм белков при разных оптических плотностях в сыворотке крови исследуемых видов рыб М ± т, на 1 мл сыворотки (здесь и в табл. 4 в скобках — доля , %)
Исследованные
Условные оптические единицы
виды рыб £346 £370 £430 £530 Общее содержание
Морской ерш 2.82 ± 0.43 (31) 3.86 ± 0.59 (43) 1.95 ± 0.35 (22) 0.40 ± 0.06 (4) 9.03 (100)
Морской налим 4.06 ± 0.40 (32) 5.54 ± 0.48 (43) 2.83 ± 0.22 (22) 0.32 ± 0.04 (3) 12.75 (100)
Султанка 4.76 ± 0.38 (31%) 6.40 ± 0.51 (41) 3.56 ± 0.35 (23) 0.79 ± 0.06 (5) 15.51 (100)
Мерланг 2.98 ± 0.29 (31) 4.09 ± 0.42 (42) 2.25 ± 0.24 (23) 0.43 ± 0.05 (4) 9.75 (100)
Смарида 4.28 ± 0.80 (31) 5.78 ± 1.0 (42) 3.07 ± 0.53 (23) 0.57 ± 0.06 (4) 13.70 (100)
Ставрида 2.95 ± 0.71 (36) 3.59 ± 0.83 (43) 1.41 ± 0.42 (17) 0.37 ± 0.10 (4) 8.32 (100)
Таблица 3. Коэффициенты корреляции между концентрациями модифицированных форм белков в сыворотке крови и токсичных элементов в тканях исследуемых видов рыб
Токсичный
Условные оптические единицы
элемент £346 £370 £430 £530 Общее содержание
Си -0.21 -0.13 -0.14 -0.74 -0.20
РЬ -0.53 -0.48 -0.44 -0.27 -0.48
Сё 0.10 0.15 0.20 0.19 0.15
Zn -0.30 -0.36 -0.53 -0.53 -0.41
Аз 0.38 0.41 0.30 -0.32 0.34
НЕ 0.33 0.36 0.27 -0.38 0.29
ЕМе -0.13 -0.13 -0.33 -0.57 -0.23
В табл. 2 приведены показатели содержания модифицированных форм белков в сыворотке крови. Наибольшие величины характерны для султанки, наименьшие — для ставриды. Параметры остальных видов рыб имеют промежуточные значения. При этом следует отметить, что соотношение различных компонентов модифицированных белков в сыворотке крови рыб в целом одинаково: наибольшая конц
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.