БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 3, с. 69-78
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ГИДРОБИОНТОВ
УДК 595.384.2-11(282.257.8)
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ БИОМАРКЕРЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЯПОНСКОГО МОХНАТОРУКОГО КРАБА Eriocheir japónica (de Haan, 1835) В ЭСТУАРИЯХ РЕК ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО (ЯПОНСКОЕ МОРЕ) © 2014 г. С. А. Даниленко*, О. Н. Лукьянова*, **
*Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690950 Владивосток, пер. Шевченко, 4, e-mail: ir_lana@live.ru **Школа естественных наук Дальневосточного федерального университета, 690091 Владивосток, ул. Октябрьская, 27 Поступила в редакцию 12.12.2012 г.
В эстуариях рек Тесная, Раздольная, Артемовка, Шкотовка и Суходол бассейна зал. Петра Великого (Японское море) выполнено сравнительное исследование влияния загрязнения на функциональное состояние водных организмов с помощью молекулярных биомаркеров. Для биохимического мониторинга в качестве вида-индикатора использован японский мохнаторукий краб Eriocheir japónica (de Haan, 1835). В гепатопанкреасе и жабрах определены показатели окислительного стресса и биотрансформации: активность ферментов глутатион-З-трансферазы, каталазы, супероксиддисму-тазы, концентрация восстановленного глутатиона и уровень перекисного окисления липидов. На основании определения молекулярных биомаркеров рассчитан интегральный биохимический индекс. Установлено, что в наилучшем состоянии находятся крабы из рек Шкотовка и Суходол, в наихудшем — из рек Раздольная и Тесная.
Ключевые слова: эстуарии, антропогенное загрязнение, молекулярные биомаркеры, мохнаторукий краб Eriocheir japónica.
Б01: 10.7868/80320965214030048
ВВЕДЕНИЕ
Эстуарии — основные зоны взаимодействия континентальных и морских вод. Несмотря на свои относительно небольшие размеры, они играют важную роль в поддержании экологического равновесия в глобальном масштабе. Главная биосферная функция эстуарных зон заключается в том, что они выступают в роли граничных структур, через которые осуществляется обмен веществом и энергией между континентами и океанами [11]. Особенности эстуариев — прежде всего значительное непостоянство параметров среды в зависимости от величины речного стока, наличие сильных, но изменчивых течений, а также присутствие зон высокой мутности и осаждения большого количества органики. Высокая вариабельность природных факторов создает экстремальные условия для обитающих здесь организмов [38]. Выполняя функцию геохимических барьеров, эстуарии задерживают значительное количество поллютан-тов, выносимых реками с обширных водосборных площадей, поэтому для эстуариев характерно высокое содержание загрязняющих веществ по срав-
нению с соседними морскими и пресноводными экосистемами.
Загрязнение в эстуарных районах часто критический фактор, так как высокая вариабельность различных абиотических показателей усиливает его воздействие на организмы. При этом трудно разделить изменения в организмах, вызванные антропогенными факторами и постоянным воздействием природных стрессоров (в первую очередь колебаниями солености). Разрабатываются специальные наборы тестов для исследования состояния организмов в эстуарных экосистемах. Подчеркнута необходимость выбора и применения специфических видов-индикаторов, а также биомаркеров, адекватно отражающих существование биоты в конкретной биогеографической зоне со сложившимся комплексом природных и антропогенных факторов [22]. Биомаркеры используют для выявления изменений на молекулярном и клеточном уровне, с их помощью измеряют эффекты воздействия и чувствительность организмов [29].
Бассейн зал. Петра Великого Японского моря относится к наиболее освоенным в хозяйствен-
ном отношении акваториям дальневосточных морей России. Плотность населения на берегах залива максимальна для Дальневосточного федерального округа. Основное воздействие на водные объекты связано с деятельностью предприятий топливно-энергетического комплекса, сельского хозяйства, морского, железнодорожного и автомобильного транспорта. Активное гидротехническое строительство в Приморском крае в последние годы увеличило антропогенную нагрузку на водные экосистемы. Изучение антропогенного загрязнения залива ведется уже >30 лет [3, 13, 19], однако особый интерес к эстуарным зонам появился только в последние годы. В экспедициях ТИНРО-Центра проведены комплексные исследования эстуариев рек Тесная, Гладкая, Рязанов-ка, Барабашевка, Раздольная, Артемовка, Шко-товка и Суходол [2, 8, 12]. Водосборные территории этих рек сильно различаются степенью антропогенной трансформации.
В качестве биоиндикаторов при мониторинге загрязнения в прибрежной зоне зал. Петра Великого используются двустворчатые моллюски и донные рыбы [5, 14]. Для эстуарных зон необходимы специфические объекты исследования. Один из таких биоиндикаторов — широко распространенный в южном Приморье и доступный для отбора во всех приустьевых зонах в течение сезона полевых работ японский мохнаторукий краб Eriocheir japónica (de Haan). Он населяет фактически все реки и лагунные озера южного Приморья. Молодь и взрослые особи эврибионтны и на разных этапах жизненного цикла входят в состав сообществ мобильного эпибентоса рек, эстуариев и морского прибрежья. В водах Приморья, на северном краю ареала, у японского мохнаторукого краба период размножения длится до 4.5—5.0 мес, а в жизненном цикле появляется такой этап как зимовка (ноябрь—март). Линька половозрелости происходит в июне—сентябре (массовая — в августе). Созревшие особи осенью не приступают к размножению, а зимуют в эстуарии на зимовальных ямах со зрелыми гонадами и начинают ката-дромную миграцию только весной будущего года (апрель—июль). Размножение происходит в эстуариях и морском прибрежье с мая по август. По-сленерестовая гибель производителей отмечена в июле—сентябре. Годовой цикл неполовозрелых особей включает нагул в бассейне реки (апрель-октябрь) и зимовку (ноябрь—март), линька наблюдается в июне-октябре. В водоемах Приморья мохнаторукий краб становится половозрелым в возрасте >2 лет при минимальном размере 40 мм [9]. Эти особенности биологии краба позволяют использовать его в качестве индикаторного вида для сравнения экологической обстановки в эстуариях.
Цель работы — сравнительная оценка функционального состояния японского мохнаторукого
краба в эстуариях рек бассейна зал. Петра Великого по молекулярным биомаркерам окислительного метаболизма.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Река Раздольная — одна из наиболее крупных рек северо-западной части побережья Японского моря, зарождающаяся в горах Северо-Восточного Китая. Впадает в северную часть Амурского залива. Общая длина 245 км, площадь водосбора 16 830 км2 (из них на территории России 7300 км2). Длина внутреннего эстуария 42 км. Устьевая область р. Раздольная — типичный эстуарий долинного залива с двухслойной циркуляцией и хорошо выраженными вертикальными градиентами солености [18]. Река Артемовка впадает в бухту Муравьиную Уссурийского залива. Длина реки 73 км, площадь водосбора 1460 км2. Протяженность внутреннего эстуария 10 км. По условиям орографии бассейн реки делится на верхнюю (горную) и нижнюю (предгорно-холмистую) части. В питании реки основное участие принимают дождевые воды. Река Шкотовка также впадает в северо-восточную часть бухты Муравьиная. Длина реки 59 км, площадь бассейна 714 км2. Русло мелководное, умеренно извилистое и умеренно разветвленное. Эстуарий короткий, ~0.5 км. Река Суходол впадает в одноименную бухту (Уссурийский залив). Длина реки 45 км, площадь водосбора 617 км2. Длина внутреннего эстуария ~2 км. Река Тесная впадает в бухту Экспедиции (зал. Посьета). Длина реки 22 км, площадь водосбора 339 км2. Протяженность эстуарной зоны ~1 км. В своей долинной части р. Тесная течет по болотистой равнине.
Крабов отлавливали мелкоячейным (5 мм) закидным неводом длиной 15 м. Сезонную динамику биохимических параметров исследовали на крабах, выловленных в эстуарии р. Суходол с апреля по август в 2008—2011 гг. Для сравнительного исследования функционального состояния крабов в разных районах использовали животных из эстуариев рек Раздольная, Суходол, Тесная, Артемовка и Шкотовка, пойманных в июле 2010—2011 гг. (рис. 1).
Крабов доставляли в лабораторию в день отлова и препарировали на льду. В некоторых случаях их замораживали при температуре —70° С и анализировали в течение двух-трех дней после заморозки. Для анализа использовали жабры и гепато-панкреас. Пробы органов массой ~1 г гомогенизировали в 0.05 М трис-НС1-буфере с рН 7.5 на ледяной бане. Гомогенаты центрифугировали при 10 000 об./мин в течение 20 мин и для дальнейшего анализа использовали супернатант. Концентрацию восстановленного глутатиона ^8Н) измеряли с 5.5'-дитио-бис-(2-нитробензойной кислотой) и представляли в мкг на 1 мг белка [30],
43°20' с.ш.
43°00'
42°40'
Рис. 1. Карта-схема района работ.
интенсивность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) анализировали в реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой по количеству образовавшегося малонового диальдегида (МДА) и рассчитывали в нмоль на 1 мг белка [35]. Активность глутатион^-трансферазы (rST) определяли с субстратом 1-хлор-2.4-динитробензолом и выражали в нмоль/мин на 1 г белка [26], активность каталазы (КАТ) — с перекисью водорода [10], активность супероксиддисмутазы (СОД) — по реакции с Р-меркаптоэтанолом [34]. Активность последних двух ферментов оценивали в усл.ед.акт. на 1 мг белка. Для каталазы за единицу активности принимали 1 мМ Н2О2/мин, для СОД — количество фермента, необходимое для 50%-ного подавления реакции. Концентрацию белка анализировали методом Гринберга [25]. Все измерения проводили на спектрофотометре Shimadzu UV-3100S (Япония).
Интегральный биохимический индекс (ИБХИ) рассчитывали по формуле
ИБХИ = [rST(% max) + МДА (% max)] -- КАТ(% max),
где все значения выражены в процентах от максимальной величины для сравниваемых районов.
Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием пакета прикладных программ Excel и Statistica. Рассчитывали средние значения и стандартные ошибки средних значений (M ± m). Достоверность различий межд
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.