БИОЛОГИЯМОРЯ, 2013, том 39, № 4, с. 281-286
УДК574.2 ЭКОЛОГИЯ
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МОРСКОЙ СРЕДЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА И СОДЕРЖАНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТКАНЯХ МИДИИ ГРЕЯ CRENOMYTILUS GRAYANUS (DUNKER, 1853) (BIVALVIA: MYTILIDAE)1
© 2013 г. Н. Н. Бельчева, А. А. Истомина, Ю. В. Кудряшова, В. П. Челомин
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И.ИльичеваДВО РАН, Владивосток 690041
e-mail: belcheva@poi.dvo.ru
Статья принята к печати 22.11.2012 г.
По показателям окислительного стресса и содержанию тяжелых металлов в пищеварительной железе и жабрах двустворчатого моллюска Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853) проведена оценка качества морской среды. Мидии были собраны в б. Горностай через полгода после рекультивации расположенной на ее берегу свалки твердых бытовых отходов (ТБО) и в условно чистом районе у о-ва Рейнеке. Изменение качества морской воды в б. Горностай оценивали, сравнивая полученные результаты с данными исследований, выполненных в 1999 г. на С. grayanus из этих же двух акваторий. Сделан вывод, что качество морской воды в б. Горностай после рекультивации свалки ТБО улучшилось.
Ключевые слова: загрязнение, морская вода, мидия Грея, окислительный стресс, тяжелые металлы.
Marine environment assessment based on oxidative stress indicators and heavy metal content in tissues of the mussel Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853) (Bivalvia: Mytilidae). N. N. Belcheva, A. A. Istomina, Yu. V Kudryashova, VP. Chelomin (V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Bast Branch, Russian Academy ofSciences, Vladivostok 690041)
The marine environment quality in Gornostai Bay was assessed based on oxidative stress biomarkers and the content of heavy metals in the gills and digestive gland of the mussel Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853). Adult specimens were collected in Gornostai Bay in half a year after the recultivation of a domestic solid waste (DSW) dump site located on the shore of the bay and in a relatively clean area at Reinike Island. The results were compared with the data from the studies performed on C. grayanus from the two locations in 1999. It is concluded that the seawater quality in Gornostai Bay has improved after the recultivation ofthe DSW dump site. (Biologiya Morya, 2013, vol. 39, no. 4, pp. 281-286).
Keywords: pollution, seawater, Crenomytilus grayanus, oxidative stress, heavy metals.
Двустворчатый моллюск мидия Грея СгепотуИ1ш grayanus в прибрежных водах Приморского края образует промысловые скопления и является перспективным объектом для искусственного воспроизводства (Скарлато, 1981). В течение трех десятилетий мидия Грея широко используется как в лабораторных, так и в полевых исследованиях, связанных с биоаккумуляцией широко распространенных токсикантов - тяжелых металлов (Саенко и др., 1988; Ковековдова, Симоконь, 1995; 8Ьи1кт, Кауип, 1995; ТкаНп й а1., 1998), хлорор-ганических пестицидов (ТкаНп й а1., 1997; Боярова, Лукьянова, 2008) и радионуклидов (ТкаНп й а1., 1998), а также при изучении механизмов токсического действия комплексного загрязнения (Довженко и др., 2002; Ве1сЬеуа ег а1., 2011).
Биомониторинг, основанный на аккумуляции токсикантов в тканях двустворчатых моллюсков, важен для обнаружения в среде биологически доступных форм химических веществ, однако он не позволяет оценить воздействие (токсичность) на гидробионтов накоплен-
ных уровней поллютантов. В то же время оценка неблагоприятных условий среды по биологическим параметрам на молекулярном и клеточном уровнях дает возможность определить опасность сублетальных концентраций химических соединений, когда в популяциях и сообществах еще отсутствуют явные признаки, указывающие на ухудшение состояния среды (Nicholson, Lam, 2005).
В результате осознания роли активных форм кислорода (АФК) и свободно-радикальных процессов в механизмах токсичности широкого спектра экотоксикан-тов в последние десятилетия в качестве молекулярных биомаркеров водной среды стали применять различные показатели окислительного стресса (Livingstone et al., 1989; Nicholson, Lam, 2005; Valavamdis et al., 2006; Belcheva et al., 2011). Степень окислительного повреждения биомолекул, вызванного АФК, зависит от эффективности антиоксидантной защиты, представленной антиоксидантными ферментами и низкомолекулярными антиоксидантами (Halliwell, Gutteridge, 2007).
1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ДВО РАН № 12-111-А-109.
Цель настоящей работы состояла в оценке изменений качества морской воды в результате рекреационных мероприятий в антропогенно загрязненной бухте на основе молекулярных показателей окислительного стресса у двустворчатого моллюска мидии Грея. Для этого показатели окислительного стресса (активность антиоксидантных ферментов, уровень восстановленного глутатиона и индекс интегральной антирадикальной активности антиоксидантов, а также содержание продуктов перекисного окисления липидов и липофусцина) и концентрации тяжелых металлов (Fe, Zn, Си, Cd и Pb) были определены в пищеварительной железе и жабрах мидий, собранных в загрязненном (б. Горностай, Уссурийский залив) и относительно чистом (о-в Рейнеке) районах зал. Петра Великого (Японское море). Полученные результаты сравнили с данными исследований, проведенных в 1999 г. на мидии Грея из этих же двух акваторий (Довженко и др. 2002; Кавун, Шулькин, 2005).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Моллюски были собраны в июле 2011 г. в условно чистом районе акватории о-ва Рейнеке и в б. Горностай (зал. Петра Великого Японского моря), на берегу которой с 1967 по 2010 г. находилась свалка твердых бытовых отходов (ТБО) г. Владивостока.
По результатам мониторинга 2008 и 2009 гг. содержание металлов в донных отложениях этой бухты во много раз превышало допустимые концентрации: Hg -в1.8 раза, РЬ-в29 раз, Zn - в 25, Си - в 69, a Cr, Ni и Со - в 4.0, 3.3 и 1.5 раза соответственно. В поверхностном и придонном слоях морской воды концентрация нефтепродуктов превышала ПДК в среднем в 5 раз, концентрация фенолов - в 2 раза (Коршенко и др., 2008; Яцук, 2010).
У 40 экз. мидии Грея штангенциркулем с точностью до 0.1 мм измеряли длину раковины. Индивидуальный возраст моллюсков определяли по хорошо заметным кольцам задержки роста, формирующимся ежегодно на наружной поверхности раковины (Алимов и др., 1990).
Для исследования были использованы жабры и пищеварительная железа мидий сходного размера из каждой выборки, состоящей из 20 особей. Ткани быстро замораживали в жидком азоте и хранили при температуре -80°С. При определении металлов объединяли ткани двух особей (три пробы) и высушивали при температуре 75°С до постоянной массы.
Для определения биохимических параметров ткани трех мидий объединяли в одну пробу (всего 4 пробы для каждой выборки). Пищеварительную железу и жабры моллюсков гомогенизировали в охлажденном 0.05 М Трис-HCl буфере, рН 8.0, содержащем 0.1 мМ фенилметансульфонилфторида (ингибитор протеаз), при 4°С. Одну часть полученного гомогената использовали для определения содержания белка, восстановленного глутатиона, продуктов перекисного окисления липидов и антиоксидантного потенциала низкомолекулярного звена антиоксидантной системы. Другую часть гомогенатов центрифугировали в течение 20 мин при 5000 g, затем в течение 40 мин при 10800 g и температуре 4°С на центрифуге Sigma 2-16 РК (Sartorius). В полученном супернатанте определяли содержание белка и активность антиоксидантных ферментов.
Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли по ингибированию реакции окисления НАДН, вызванного
супероксидным радикалом (Paoletti et al., 1986), активность каталазы (КАТ) - по скорости распада перекиси водорода (Regoli, Principato, 1995). Конъюгирующую активность глу-татионтрансферазы (ГТ) определяли в реакции с субстратом 1-хлор-2,4-динитробензолом (Habig et al., 1981). Активность глутатионредуктазы (ГР) определяли по реакции восстановления окисленной формы глутатиона (Regoli, Principato, 1995), а глутатионпероксидазы (ГП) (сумма Se-зависимой и Se-независимой активности) - по окислению НАДФН, связанному с восстановлением окисленного глутатиона в присутствии избытка ГР. В качестве субстрата использовали гидроперекись трет-бутила (Mates et al., 1999). Интегральную антиоксидантную активность (ИАА) гомогенатов тканей определяли по их способности подавлять реакцию окисления ABTS (2,2'-азинобис-(3-этилбензотиазолин-6-сульфонат) пероксиль-ными и алкоксильными радикалами, образующимися при термическом разложении АВАР (2,2'-азобис (2-аминопропан) гидрохлорид) (Bartosz et al., 1998). Содержание восстановленного глутатиона (rSH) оценивали по реакции тиогруппы ци-стеина с дитионитробензойной кислотой (Moron et al., 1979), а малонового диальдегида (МДА) - по цветной реакции с 2-тио-барбитуровой кислотой (Buege, Aust, 1978). Количество диеновых конъюгатов (ДК) определяли спектрофотометрически (абсорбция при X = 232 нм) после растворения липидных экстрактов в системе метанол-пентан (5:1, об/об). Липофусцин (ЛФ) измеряли в липидных экстрактах спектрофлуориметри-ческим методом (Dillard, Tappel, 1984). Липиды экстрагировали смесью хлороформа и метанола в соотношении 2 : 1 (об/об). Концентрацию белка определяли модифицированным методом Лоури (Markwell et al., 1978).
Содержание тяжелых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии после минерализации тканей мидий смесью концентрированной азотной и хлорной кислоты в соотношении 1 : 3 (об/об). Для контроля точности определения содержания металлов использовали государственный стандартный образец (ООО "Центр стандартных образцов и высокочистых веществ"). Измерения проводили на двухлучевом спектрофотометре UV-2550 с термостатированной ячейкой (Shimadzu) при 20°С, на спектрофлу-ориметре RF-5301PC (Shimadzu) и на атомно-абсорбционном спектрофотометре АА-6800 (Shimadzu).
Статистическая обработка полученных результатов выполнена с использованием статистических средств MS Office Fxcel. О достоверности изменений исследуемых параметров судили по различиям средних значений, используя критерий Стьюдента. В расчетах принят 5% уровень значимости.
РЕЗУЛЬТАТЫ
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.