ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 2, с. 107-112
УДК 504.42.054 + 504.064.36:597
ЛИЧИНКИ АТЕРИНЫ (ЛТНЕЯтЛ НЕРБЕТШ Ь.)
КАК БИОИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИБРЕЖНЫХ АКВАТОРИЙ ЧЕРНОГО МОРЯ
© 2004 г. И. И. Руднева*, И. Н. Залевская**
*Институт биологии южных морей НАН, 99011 Украина, г. Севастополь, просп. Нахимова, 2 **Таврический Национальный университет, г. Симферополь Поступила в редакцию 21.03.2003 г.
Исследовали активность антиоксидантных ферментов и электрофоретический состав белков личинок атерины, обитающих в пяти бухтах Севастополя с разной антропогенной нагрузкой. Установлено, что у личинок из наиболее загрязненных акваторий происходит увеличение активности антиоксидантных ферментов и гетерогенности электрофоретических спектров белков. Обсуждается вопрос о возможности применения данных параметров в качестве биомаркеров для оценки влияния загрязнения на ранние онтогенетические стадии рыб и среду их обитания.
Ключевые слова: загрязнение, морская среда, атерина, антиоксидантные ферменты.
Для оценки степени антропогенного воздействия на морские акватории традиционно применяются различные параметры, характеризующие уровень содержания токсикантов в воде. Однако в настоящее время все большее внимание уделяется исследованиям, связанным с выявлением ответных реакций экосистемы и ее отдельных компонентов на действие неблагоприятных факторов. Для анализа этих откликов необходимо выбрать удобные тест-объекты (биомониторы), а также биомаркеры - молекулярные, клеточные, физиологические, организменные и популя-ционные параметры, которые могут быть измерены с помощью достаточно простых, дешевых и воспроизводимых методов (Munkittrick, Dixon, 1989; Diamant, Westernhagen, 1999). Совершенно очевидно, что для каждой экосистемы может быть использовано несколько индикаторных видов и биомаркеров, чувствительных к факторам окружающей среды, включая антропогенные. Многочисленные эксперименты по исследованию действия разных токсикантов на морские организмы позволили констатировать активацию защитных молекулярных систем, в частности неспецифических монооксигеназ и антиоксидантных ферментов.
Все большее распространение получает мнение о том, что результаты экспериментальных токсикологических исследований сложно экстраполировать в природной среде, так как там на организм действует множество абиотических, биотических и антропогенных факторов (Adams et al., 1992, 1996). В связи с этим поиск биомаркеров,
характеризующих состояние гидробионтов в среде их обитания и, следовательно, пригодность этой среды для жизни, является более приоритетным направлением по сравнению с экспериментальными исследованиями, позволяющими оценить отклики организма на действие конкретных токсикантов. В то же время оба подхода дополняют друг друга, так как параметры, чувствительные к действию неблагоприятных факторов, можно проще и быстрее выявить именно в условиях эксперимента, а затем применить их в природе. Наши многочисленные исследования влияния органических и неорганических загрязнителей на ранние онтогенетические стадии рыб (Руднева и др., 2000; Чесалина и др., 2000; Rudne-va, 1998) показали эффективность откликов ферментов антиоксидантной системы, которые и были предложены в качестве биомаркеров. Аналогичные результаты, свидетельствующие об активации антиоксидантных ферментов у рыб под действием неблагоприятных факторов, получены и другими авторами (Livingston et al., 1995; Peters, Livingston, 1996).
Таким образом, интересно было бы изучить отклики тест-объектов (биомониторов) на неблагоприятные воздействия в природной среде, в акваториях с разной степенью антропогенной нагрузки, с применением выявленных в экспериментальных условиях биомаркеров и сопоставить результаты лабораторных и природных исследований. С этой целью нами изучены показатели активности антиоксидантных ферментов и электрофоретических белковых спектров ( ЭФ-
Таблица 1. Характеристика видов антропогенной нагрузки на бухты в районе Севастополя
Вид воздействия Севастопольская Артиллерийская Стрелецкая Мартынова Казачья
Судоходство +++ +++ ++ + -
Рекреация +++ +++ ++ + -
Выпуски бытовых и промыш-леных стоков, м3/сут* 15000 300 350 Аварийный выпуск Аварийный выпуск
Стоки ливневой канализации +++ +++ + + +
Примечание. (+++) - интенсивная нагрузка, (++) - умеренная, (+) - слабая, ( -) - отсутствует; * - данные Государственной инспекции охраны Черного моря.
спектров) личинок атерины из севастопольских бухт с разным уровнем загрязнения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Широко распространенная в прибрежной части Черного моря Atherina hepsetus достаточно устойчива к изменениям различных факторов среды, в том числе к антропогенным воздействиям. Личинок атерины длиной 8.0-8.2 мм отлавливали саком в севастопольских бухтах с разной степенью антропогенного воздействия: Севастопольской, Артиллерийской, Стрелецкой, Мар-тыновой и Казачьей, замораживали и хранили при -20°С. В дальнейшем образцы гомогенизировали в 0.85%-ном растворе хлорида натрия на холоде, получали экстракт белков путем центрифугирования при 5000 об/мин. Концентрацию белка в экстрактах определяли биуретовым методом.
Активность ферментов антиоксидантной системы (супероксиддисмутазы (СОД), каталазы и глутатионредуктазы) определяли в соответствии с методами, описанными нами ранее ( Руднева и др., 2000) в 3-5 повторностях в суммарных образцах, содержащих 7-10 личинок.
Электрофорез белков экстрактов личинок проводили в 7%-ном полиакриламидном геле. Окрашивание электрофореграмм осуществляли 1%-ным раствором красителя амидочерного В в 7%-ной уксусной кислоте (Маурер, 1971). Стандартные электрофоретические спектры (ЭФ-спектры) белков рассчитывали по коэффициенту относительной электрофоретической подвижности Кэф (Соркина, Руднева, 1975). Результаты обрабатывали статистически, достоверность различий определяли с помощью ¿-критерия Стьюдента (Лакин, 1973).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследований позволили установить, что уровень антропогенной нагрузки суще-
ственно влияет на состояние биохимических и физиологических процессов у личинок рыб. Следует отметить, что прибрежная часть Севастополя, включая акватории, где отлавливали личинок атерины, в значительной степени загрязнена содержимым ливневых, промышленных и коммунальных стоков, а также выпусков с кораблей, нефтебазы и атмосферных выпадений.
Из данных табл. 1 видно, что наибольшая нагрузка приходится на акваторию Севастопольской бухты, которая и является самой загрязненной. В ней имеется 30 выпусков, которые ежесуточно сливают в акваторию 15 тыс. м3 стоков. Ежегодно в бухту сбрасывается 19 т нефтепродуктов, 96 т детергентов, 9 т тяжелых металлов и 14000 т взвешенных веществ (Гордина и др., 1999). Артиллерийская бухта непосредственно входит в состав Севастопольской, по уровню судоходства и рекреации не отличается от нее, но сточных вод сюда попадает меньше. В Стрелецкой бухте менее развиты судоходство, рекреация, однако на берегах этой акватории расположен судоремонтный завод, стоки которого, наряду с выпусками с кораблей, нефтепродуктами и ржавыми металлическими конструкциями, в значительной степени загрязняют морскую среду. Количество сточных вод, попадающих в эту акваторию из городского коллектора, несколько больше, чем в Артиллерийской бухте. В Мартыновой бухте также незначительны судоходство и рекреация, но имеется аварийный выпуск городских сточных вод, который работает при авариях на главных городских очистных сооружениях. Рекреационная нагрузка, судоходство и выпуски канализации практически отсутствуют в бухте Казачьей ( имеется один аварийный выпуск, который не функционирует).
Вследствие неисправности канализационных коммуникаций и аварий на коллекторах сотни тысяч кубических метров неочищенных сточных вод попадают непосредственно в море. Они существенно меняют гидрохимическую структуру вод и, следовательно, среду обитания гидробионтов. В очагах загрязнения содержание органических и
Таблица 2. Содержание некоторых органических и неорганических компонентов в бухтах Севастополя (по данным Государственной инспекции охраны Черного моря)
Показатели, мг/л Севастопольская Стрелецкая Артиллерийская Мартынова Казачья
Нефтеуглеводороды 0.14-0.08 0.15-0.08 0.14-0.08 0.03-0.01 0.03-0.01
СПАВ 0.002 0.009 0.002 0.002 0.001
БПК5 3.0 2.9 2.5 2.1 1.0
Взвешенное вещество 3.3 3.4 2.9 1.9 1.0
Бе 0.06 0.07 0.05 0.02 0.02
Таблица 3. Активность ферментов (на 1 мг белка/мин) личинок атерины из бухт в районе Севастополя
Бухта СОД, усл. ед. Каталаза, мг Н202 Глутатионредуктаза, нмоль НАДФН
Севастопольская 5.408 ± 0.329**, *** 0.026 ± 0.001 1.299 ± 0.094*, ** ***
Артиллерийская 4.527 ± 0.972**' *** 0.024 ± 0.001 1.461 ± 0.071*, **, ***
Стрелецкая 3.479 ± 0.847** 0.026 ± 0.003 0.723 ± 0.037 ***
Мартынова 0.877 ± 0.247 0.026 ± 0.001 0.619 ± 0.054 ***
Казачья 1.333 ± 0.646 0.023 ± 0.003 0.193 ± 0.038
* Различие достоверно по отношению к показателям рыб из бухты Стрелецкой. ** То же для бухты Мартыновой. *** То же для бухты Казачьей.
минеральных форм азота и фосфора повышено на 2-3 порядка (Куфтаркова, Ковригина, 1992). Доминирующими загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, тяжелые металлы, хлоруглево-дороды, пестициды, детергенты, фенолы, биогены и взвешенные вещества, концентрация которых может в отдельных случаях превышать ПДК (Фащук, Сапожников, 1999; Павлова и др., 1999; Красновид, Озюменко, 2002).
На основании данных табл. 2 можно заключить, что содержание основных загрязнителей в Севастопольской, Стрелецкой и Артиллерийской бухтах в целом мало различается (за исключением высокой концентрации синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) в Стрелецкой бухте, что, вероятно, связано с непосредственным сливом бытовых отходов с кораблей). В бухтах Мартыновой и Казачьей все показатели значительно ниже, что соответствует меньшей антропогенной нагрузке на эти акватории (см. табл. 1).
Различная степень антропогенного прессинга на исследуемые бухты и содержания в них загрязнителей оказывает заметное влияние на активность антиоксидантных ферментов личинок атерины (табл. 3). Активность катал
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.