УДК 597.554.3.574.64.577.15
ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И МЕДИ НА АКТИВНОСТЬ ГИДРОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ У СЕГОЛЕТОК ПЛОТВЫ RUTILUS RUTILUS
© 2013 г. И. Л. Голованова*, А. А. Филиппов, В. В. Крылов, Ю. В. Чеботарева, Ю. Г. Изюмов
Институт биологии внутренних вод РАН — ИБВВ, Борок Ярославской области
E-mail: vkgolovan@mail.ru Поступила в редакцию 18.04.2012 г.
При изучении отдалённых последствий раздельного и совместного действия меди (0.001 и 0.01 мг/л) и низкочастотного магнитного поля (72.5 Гц, 150 мкТл) в период раннего эмбриогенеза выявлены изменения линейно-весовых показателей, активности гликозидаз и кинетических характеристик гидролиза углеводов в кишечнике сеголеток плотвы Rutilus rutilus. Медь снижает активность гликозидаз и модифицирует действие магнитного поля. Снижение значений кажущейся константы Ми-хаэлиса гидролиза углеводов, свидетельствующее об увеличении ферментсубстратного сродства, можно отнести к адаптивным реакциям в ответ на негативное действие меди и магнитного поля в период раннего онтогенеза плотвы.
Ключевые слова: пищеварение, гликозидазы, медь, магнитное поле, эмбриогенез, плотва. DOI: 10.7868/S0042875213020045
В повышении продуктивности водоёмов большое значение имеет минеральный состав воды. Растворённые в воде соли, включаясь в биогенную миграцию, благоприятно влияют на кормовую базу рыб, увеличивая биомассу бентоса и зоопланктона (Никольский, 1963). Медь принимает активное участие в обмене веществ, регулируя активность ряда ферментов и многие реакции клеточного дыхания (Watanabe et al., 1997). Она относится к необходимым микроэлементам, однако в избыточных концентрациях становится токсичной (Перевозников, Богданова, 1999). Использование сернокислой меди для контроля развития водорослей и патогенных микроорганизмов в прудовом рыбоводстве и в качестве фунгицида в сельском хозяйстве наряду с промышленным загрязнением увеличивают количество этого металла в водных экосистемах. Концентрации меди от 0.05 до 0.56 мг/л были обнаружены в большинстве загрязнённых водоёмов мира (Перевозников, Богданова, 1999; Firat, Kargin, 2010).
Рыбы на ранних стадиях развития чрезвычайно чувствительны к действию химических и физических факторов. Тяжёлые металлы, в том числе и медь, в период эмбриогенеза могут изменять различные метаболические процессы, замедляя скорость развития и вызывая структурно-функциональные нарушения в разных органах и тканях, что приводит к снижению количества и качества потомства (Владимиров, 1969; Jezierska et al.,
2009). Основной механизм негативного действия тяжёлых металлов связан с нарушением осморе-гуляции и изменением синтеза и активности ряда ферментов (Grossel et al., 2004). Кроме того, поступление в организм тяжёлых металлов активирует процессы детоксикации, приводя к снижению использования энергии на рост рыб (Jezierska et al., 2009).
Установлено, что экспозиция икры в растворах меди с концентрацией 0.01—0.20 мг/л вызывает уродства и повышенную смертность эмбрионов и личинок карпа Cyprynus carpió (Flik et al., 2002; Jezierska et al., 2009). Действие цинка в концентрации 0.05 и 0.50 мг/л на оплодотворённую икру в среднем улучшает развитие и жизнестойкость личинок (Владимиров, 1969). Однако большое количество цинка (свыше 40 мг на 100 г сухого вещества), накопленного икрой карпа в процессе оогенеза, угнетает развитие, приводит к появлению большого числа эмбрионов с аномалиями и сильно снижает жизнестойкость внешне нормальных личинок. Хроническое действие меди приводит к снижению активности антиоксидант-ных ферментов и ряда ферментов энергетического обмена у рыб (Oner et al., 2009; Firat, Kargin, 2010; Atli, Canli, 2011). В то же время данные о действии низких концентраций меди на активность пищеварительных ферментов рыб в эмбриональном периоде отсутствуют.
В условиях естественных водоёмов действие одного фактора часто сочетается с действием других отличающихся по природе агентов. Так, магнитные поля (МП), создаваемые воздушными и подводными линиями электропередач, подводными трубопроводами, оборудованными системой катодной защиты, могут оказывать различные эффекты на жизнедеятельность гидробион-тов и изменять действие присутствующих в водной среде веществ. В последние годы накоплено много данных о действии слабых МП на темп раннего развития, а также морфологические и биохимические показатели рыб (8каиИ й а1., 2000; Чеботарева и др., 2009; Крылов и др., 2010). Показано, что раздельное и совместное действие МП и хлорофоса в период раннего онтогенеза снижает амилолитическую активность и фер-ментсубстратное сродство в кишечнике сеголеток плотвы КаШи гиШш (Голованова и др., 2006). Работы по комплексному действию меди и МП на функционирование пищеварительной системы рыб в настоящее время отсутствуют. Поскольку у большинства видов рыб все стадии эмбриогенеза протекают во внешней среде и прямое действие различных факторов возможно уже на самых ранних этапах индивидуального развития, особое значение имеет оценка отдалённых последствий воздействия агентов в зародышевый период.
Цель работы — изучение отдалённых последствий действия меди и МП на активность глико-зидаз и кинетические характеристики гидролиза углеводов в кишечнике сеголеток плотвы в период эмбриогенеза.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Для опытов использовали осеменённую икру, полученную от производителей плотвы (четыре самки и три самца), которых выловили в мае 2007 г. на нерестилище в Рыбинском водохранилище. Воздействие изучаемых факторов на эмбрионы проводили в соответствии с методикой, разработанной Таликиной с соавторами (1999). Осеменение икры проводили сухим способом, через 7—10 мин после осеменения икру (около 2 тыс. шт. для каждого из вариантов) помещали в кристаллизаторы с речной водой. После набухания и приклеивания икру заливали равными объёмами речной воды или растворами Си804 • 5Н20 в концентрации 0.001 и 0.01 мг/л, рассчитанной по содержанию ионов меди в соли. Значение ПДК Си2+ для воды ры-бохозяйственных водоёмов составляет 0.001 мг/л, а
концентрация анионов в исследуемых растворах была нетоксичной (Перечень ..., 1999). Водные растворы меди готовили каждый раз при смене воды. Смену воды и растворов проводили дважды в сутки — утром и вечером. В опытах использовали синусоидальное МП. Сигнал созда-
вался генератором Г3-102 (Москва) и поступал на кольца Гельмгольца диаметром 30 см, в рабочем объёме которых проводили эксперименты. Значения сигнала контролировали при помощи осциллографа С1-70 (Вильнюс). Кольца располагали в горизонтальной плоскости, эксперименты проводили на фоне геомагнитного поля. Генерировалось МП с частотой 72.5 Гц и величиной индукции 150 мкТл. Интенсивность генерируемого поля контролировали магнитометром НВ-2032 (НПО "ЭНТ", Санкт-Петербург) непосредственно перед проведением эксперимента.
Опыты проводили в шести вариантах экспериментальных условий: контроль, растворы CuSO4 • 5H2O с концентрациями ионов Cu2+ 0.001 и 0.01 мг/л; действие МП; действие МП в присутствии ионов Cu2+ в концентрациях 0.001 и 0.01 мг/л. Обработку зародышей во всех вариантах опыта проводили в период от оплодотворения до гастру-ляции, что при температуре инкубации 16—17°С составило 48 ч. После рассасывания желточного мешка и перехода на внешнее питание по 400 личинок из каждого варианта опыта выпускали в однотипные выростные пруды с естественной кормовой базой, в которых они находились до конца сентября. Комплексную оценку отдалённых последствий воздействия меди и МП проводили на основе анализа линейно-весовых показателей, активности пищеварительных гликозидаз и кинетических характеристик гидролиза углеводов у 4-месячной молоди. Смертность плотвы в прудах была минимальна и не зависела от применённого воздействия.
Для определения активности гликозидаз готовили ферментативно-активные препараты. Суммарные пробы слизистой оболочки медиального отдела кишечника от 20 рыб для каждого из вариантов опыта гомогенизировали при помощи стеклянного гомогенизатора, добавляя охлаждённый до 2—4°С раствор Рингера для холоднокровных животных (110 мМ NaCl, 1.9 мМ KCl, 13 мМ CaCl2, рН 7.4) в соотношении 1 : 9. Конечное разведение гомогенатов при определении активности ферментов, гидролизующих крахмал и сахарозу, составляло соответственно 1 : 300 и 1 : 20. Растворы субстратов (0.28-7.20%-ный крахмал и сахароза в концентрации 12.5—200 ммоль/л) готовили на том же растворе Рингера. Растворы фер-ментативно-активного препарата и субстрата инкубировали в течение 30—60 мин при температуре 20°С, рН 7.4 при непрерывном перемешивании.
Амилолитическую активность (отражающую суммарную активность ферментов, гидролизую-щих крахмал — а-амилазы КФ 3.2.1.1, глюкоами-лазы КФ 3.2.1.3 и мальтазы КФ 3.2.1.20), а также активность сахаразы КФ 3.2.1.48 оценивали по приросту гексоз методом Нельсона в модификации Уголева с соавторами (Уголев и др., 1969). Ак-
ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 229
Таблица 1. Морфометрические показатели (M ± m) контрольных и опытных сеголеток плотвы Rutilus rutilus
Вариант опыта
Показатели Контроль Cu2+ Cu2+ МП МП + Cu2+ МП + Cu2+
(0.001 мг/л) (0.01 мг/л) (0.001 мг/л) (0.01 мг/л)
Длина тела, см 7.17 ± 0.08 7.06 ± 0.08 7.89 ± 0.11* 7.58 ± 0.06* 7.25 ± 0.08 6.08 ± 0.06*
Масса тела, г 6.28 ± 0.18 6.04 ± 0.17 8.83 ± 0.33* 7.81 ± 0.14* 6.38 ± 0.18 3.74 ± 0.11*
Длина кишечника, см 7.01 ± 0.23 7.65 ± 0.31 8.08 ± 0.39* 8.52 ± 0.21* 7.01 ± 0.22 7.10 ± 0.13
Относительная длина 0.98 ± 0.03 0.88 ± 0.03* 1.02 ± 0.05 1.13 ± 0.03* 0.97 ± 0.03 1.17 ± 0.02*
кишечника
Масса кишечника, г 0.11 ± 0.00 0.10 ± 0.01 0.20 ± 0.01* 0.12 ± 0.01* 0.11 ± 0.01 0.09 ± 0.01
Относительная масса 0.018 ± 0.001 0.017 ± 0.001 0.023 ± 0.001* 0.016 ± 0.001 0.017 ± 0.001 0.025 ± 0.002*
кишечника
Примечание. Здесь и в табл. 2: М ± т — среднее значение показателя и его ошибка; МП — магнитное поле 72.5 Гц, 150 мкТл; * отличия от контроля достоверны прир = 0.05; число исследованных рыб в каждом варианте опыта — 20 экз.
тивность ферментов в суммарных пробах гомоге-ната определяли в пяти повторностях и выражали в микромолях продуктов реакции, обр
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.