БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2008, № 3, с. 102-108
УДК 504.45.054-034+597.554.3-11
ГИДРОЛИЗ УГЛЕВОДОВ В КИШЕЧНИКЕ ПЛОТВЫ Rutilus rutilus (L.) ПРИ РАЗЛИЧНОМ НАКОПЛЕНИИ РТУТИ В ОРГАНИЗМЕ
© 2008 г. И. Л. Голованова, В. Т. Комов, В. А. Гремячих
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: golovan@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 21.03.2007 г.
При исследовании хронического действия ртути, поступающей с пищей, показано ее интенсивное накопление в организме сеголетков плотвы в концентрации, соразмерной количеству ртутьор-ганических соединений, внесенных в бассейны. Повышенное содержание Hg в организме (0.050.16 мг/кг) у развивающейся молоди плотвы снижает активность пищеварительных карбогидраз и сродство ферментов к субстрату, замедляя скорость начальных этапов переваривания углеводных компонентов пищи. Накопление Hg в организме сопровождается повышением линейно-массовых показателей опытных рыб по сравнению с контрольными. Обсуждены возможные причины повышения линейно-массового роста рыб с большим содержанием Hg на фоне снижения показателей углеводного обмена.
ВВЕДЕНИЕ
В ряду тяжелых металлов Н§ занимает ведущее место по уровню токсического влияния на физиолого-биохимический статус гидробионтов. Поступая в организм рыб преимущественно алиментарным путем [32, 34], она аккумулируется в различных тканях и органах в количествах, значительно превышающих ее концентрацию в воде [35]. В отличие от большинства других металлов Н§ может интенсивно накапливаться по пищевой цепи [9, 23, 37, 49], особенно в условиях ацидификации водоема [8]. Распределение Н§ по органам и тканям часто имеет следующий порядок: мышцы > > печень > кишечник > селезенка > мозг > гонады [16, 27, 29, 49]. Это объясняется повышенным содержанием в мышцах функциональных групп белков (-БН, -1ЧН2, -СООН, -ОН), к которым Н§ обладает высоким сродством [10]. Содержание Н§ в мышцах рыб из незагрязненных участков Рыбинского водохранилища не превышает предельно допустимого содержания в пресноводной пищевой рыбе - 0.3-0.6 мг/кг, в других водоемах России достигает 3.1 мг/кг [9, 31]. После гибели рыб Н§, накопленная в их органах и тканях, представляет угрозу и для организмов, питающихся продуктами разложения этой рыбы [7, 12].
Результаты изучения биохимического статуса рыб с повышенным содержанием Н§ в мышцах свидетельствуют об изменениях белкового, ли-пидного и углеводного обменов, при этом отмечены деструктивные процессы в тканях, а также нарушение функции клеточных мембран [13, 18]. Ртуть вызывает некротические изменения в клетках слизистой оболочки пищеварительного трак-
та рыб [42], а также ингибирует активность ряда пищеварительных ферментов, значительно снижая скорость гидролиза пищевых субстратов и транспорта нутриентов во внутреннюю среду организма [43, 45, 46]. Количество работ, касающихся долговременного влияния этого металла, особенно в его наиболее токсичной метилированной форме, на гидролазы пищеварительного тракта рыб, ограничено. Так, ранее в хронических экспериментах на молоди карпа Cyprinus carpió (L.) и окуня Perca fluviatilis L., получавших корм с фоновым и повышенным содержанием Hg, показаны достоверные изменения активности пищеварительных ферментов, расщепляющих белковые и углеводные компоненты пищи, а также изменения кинетических характеристик гидролиза ди- и полисахаридов в слизистой оболочке кишечника [3-5]. В то же время данные по влиянию Hg на процессы пищеварения у плотвы - одного из массовых видов промысловых рыб, отсутствуют.
Цель работы - исследование накопления и хронического действия Hg на общую амилолити-ческую активность (ОАА) и активность сахара-зы, а также кинетические характеристики гидролиза углеводов в кишечнике сеголетков плотвы Rutilus rutilus (L.) с различным уровнем накопления Hg в организме.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проведены весной 2004 г. на личинках плотвы, полученных путем искусственного скрещивания от производителей, выловленных на нерестилищах Рыбинского водохранили-
ща. После рассасывания желточного мешка и перехода на внешнее питание личинки были посажены в четыре однотипных бассейна объемом 16 м3 по 150 экз. в каждый. Экспериментальные бассейны располагались на стационаре полевых и экспериментальных работ под открытым небом, фото- и температурный режимы были естественными. Со второй половины мая до середины сентября 1 раз в неделю в бассейны вносили по 70-80 г растертого рыбного фарша: в первый (I) бассейн (контроль) - в течение 4 мес фарш из мышц минтая, во второй (II) - 2 мес фарш из мышц плотвы, затем фарш из мышц минтая, в третий (III) - 2 мес фарш из мышц окуня, затем фарш из мышц минтая, в четвертый (IV) - в течение 4 мес фарш из мышц окуня. Содержание Hg в мышцах минтая было 0.006-0.007 мг на 1 кг сырой массы, в мышцах плотвы - 0.02-0.03, в мышцах окуня - 0.30-0.40 мг/кг. Кроме того, с целью восполнения дефицита естественного корма и формирования одинаковой структуры сообществ планктонных организмов во все бассейны еженедельно вносили одинаковое количество живого зоопланктона (70-100 г). Фарш служил питательной средой для развития бактерий и простейших, поедаемых зоопланктоном, которым и питались личинки плотвы. По окончании опытов определяли длину и массу тела, абсолютную и относительную длину и массу кишечника, а также содержание Hg в организме рыб. Методика определения Hg приведена в работе [9].
Для определения активности пищеварительных ферментов рыб обездвиживали, извлекали кишечники и освобождали их от содержимого. С помощью стеклянного гомогенизатора готовили суммарные пробы слизистой оболочки кишечника от 7-25 экз. рыб, добавляя охлажденный 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. Растворы субстратов (0.45.. .7.2%-ный крахмал и сахароза в концентрации 12.5-200 ммоль/л) также готовили на растворе Рингера. Гомогенаты и растворы субстратов инкубировали в течение 30 или 60 мин при температуре 20°С, рН 7.4.
Активность карбогидраз: ОАА, отражающая суммарную активность ферментов, гидролизую-щих крахмал - а-амилазы КФ 3.2.1.1, глюкоами-лазы КФ 3.2.1.3 и ферментов группы мальтаз КФ 3.2.1.20, и активность сахаразы КФ 3.2.1.48, гидролизующей сахарозу, оценивали по приросту гексоз методом Нельсона в модификации Уголе-ва и Иезуитовой [19]. Активность ферментов определяли в пяти повторностях и выражали в микромолях продуктов реакции, образующихся за 1 мин инкубации ферментативно-активного препарата и субстрата в расчете на 1 г влажной массы ткани (мкмоль/(г ■ мин)). Кинетические характеристики гидролиза крахмала и сахарозы -
значения кажущейся константы Михаэлиса (Кт) и максимальной скорости реакции (Утах) определяли графическим методом Лайнуивера-Берка, строя для каждой повторности графики зависимости скорости реакции от концентрации субстрата в координатах двойных обратных величин.
Результаты, представленные в виде средних значений и их ошибок, обработаны статистически с использованием метода дисперсионного анализа ЛКОУЛ и последующей оценкой различий с помощью ЬББ-теста, р < 0.05 [47].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Количество Н§, внесенной в течение 4 мес эксперимента в различные бассейны, было в бассейне I - 0.009, II - 0.02, III - 0.2 и IV - 0.52 мг. Количество накопленной Н§ (мг на 1 кг сырой массы рыб) в организме сеголетков плотвы соразмерно количеству ее поступления в бассейны (см. таблицу). При этом содержание Н§ у рыб бассейна I в 3 раза выше, а у рыб бассейна IV в ~2 раза ниже, чем во вносимом фарше. Сравнение содержания Н§ у сеголетков плотвы, получавших корм с одинаковым содержанием этого металла (0.300.40 мг/кг) в течение 2 (бассейн III) и 4 мес (бассейн IV), показало, что более длительная экспозиция приводит к большему накоплению металла в организме.
Увеличение содержания Н§ в корме вызывает достоверное повышение большинства линейно-массовых показателей сеголетков плотвы (см. таблицу). За время эксперимента масса опытных рыб достоверно увеличилась на 44-77%, длина тела - на 13-18% по сравнению с аналогичными показателями плотвы бассейна I. У рыб, в течение 2 мес получавших корм с повышенным содержанием Н§ (бассейны II и III), уровень ОАА (при концентрации субстрата 1.8%) и значения Кт и Утах гидролиза крахмала достоверно превышают аналогичные показатели контрольных особей. В то же время активность сахаразы (при концентрации субстрата 50 ммоль/л) и значения Утах гидролиза сахарозы достоверно ниже у рыб из бассейна III. У сеголетков плотвы, в течение 4 мес получавших корм с повышенным содержанием Н§ (бассейн IV), отмечено достоверное снижение уровня ОАА и активности сахаразы, а также сродства ферментов к субстрату (значения Кт увеличиваются в 1.6-3.2 раза) по сравнению с контролем, при этом значения Утах гидролиза крахмала и сахарозы фактически не меняются.
Кривые зависимости скорости реакции от концентрации субстрата имеют типичный вид кинетики Михаэлиса-Ментен и показывают, что у плотвы с большим содержанием Н§ в организме гидролиз углеводов протекает медленнее. Кинетика гидролиза крахмала под действием карбо-
Морфобиологические и физиолого-биохимические показатели сеголетков плотвы Rutilus rutilus с разным содержанием Hg в организме
Показатель Варианты опыта
I(контроль) II III IV
Содержание Щ, мг/кг:
в корме 0.006-0.007a 0.02-0.036 0.30-0.40® 0.30-0.408
в сырой массе рыб 0.019 ± 0.001a 0.030 ± 0.0026 0.047 ± 0.002в 0.163 ± 0.007г
Длина тела, см 4.64 ± 0.12a 5.51 ± 0.086 5.25 ± 0.07в 5.39 ± 0.096' в
Масса тела, г 1.62 ± 0.09a 2.87 ± 0.066 2.34 ± 0.08в 2.63 ± 0.066
Длина кишки, см 4.49 ± 0.16a 5.56 ± 0.066 5.00 ± 0.21в 5.33 ± 0.216' в
Масса кишки, г 0.036 ± 0.001a 0.050 ± 0.0036 0.046 ± 0.0046 0.050 ± 0.0046
Относительная длина кишечника 0.98 ± 0.03a 1.01 ± 0.01a 0.99 ± 0.04a 0.99 ± 0.04a
Относительная масса кишечника 0.023 ± 0.002a 0.018 ± 0.002a 0.021 ± 0.002a 0.020 ± 0.002a
Коэффициент упитанности по Фультону 1.62 ± 0.05a 1.78 ± 0.046 1.61 ± 0.06a 1.70 ± 0.03a 6
ОАА, мкмоль/(г ■ мин) 26.7
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.