ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 201S, том SS, № S, с. S98-602
УДК 597.585.577.1
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АКТИВНОСТИ ХОЛИНЭСТЕРАЗЫ ТКАНЕЙ БЫЧКА-КРУГЛЯКА NEOGOBIUS MELANOSTOMUS (GOBIIDAE) ИЗ РАЗНЫХ РАЙОНОВ ЧЁРНОГО И АЗОВСКОГО МОРЕЙ © 2015 г. И. И. Руднева, Т. Б. Ковыршина
Институт морских биологических исследований РАН — ИМБИ, Севастополь
E-mail: svg-41@mail.ru Поступила в редакцию 14.07.2014 г.
Исследовали активность холинэстеразы в ткани мышц, печени и в сыворотке крови бычка-кругляка Neogobius melanostomus из прибрежных акваторий Чёрного и Азовского морей, в различной степени подверженных антропогенному влиянию. Наибольшая активность фермента установлена в печени, наименьшая — в сыворотке крови у рыб из обоих морей. Снижение активности фермента отмечено в тканях бычков, отловленных в наиболее загрязнённых районах, куда поступают сточные воды с коммунальных предприятий и сельскохозяйственных угодий. Обсуждается возможность применения активности холинэстеразы в качестве биомаркёра в мониторинговых исследованиях в районах моря, подверженных антропогенному влиянию.
Ключевые слова: бычок-кругляк Neogobius melanostomus, активность холинэстеразы, антропогенное загрязнение, Чёрное море, Азовское море.
DOI: 10.7868/S0042875215050173
Пестициды с коммунальными и сельскохозяйственными стоками поступают в водную среду, где происходит их миграция по пищевым цепям и биоаккумуляция в гидробионтах, что представляет серьёзную угрозу для водных экосистем и здоровья людей, употребляющих в пищу морепродукты (Boone, Chambers, 1996; Hart, Pimental, 2002). Среди пестицидов наиболее распространены фосфорорганические, карбаматные и синтетические пиретроидные соединения, которые относятся к наиболее важным классам инсектицидов и акарицидов и крайне токсичны для позвоночных, включая рыб. Их токсический эффект проявляется в ингибировании холинэстеразы (ХЭ) - фермента, катализирующего распад медиатора аце-тилхолина в нервных синапсах на ацетат и холин. Данные пестициды в результате фосфорилирова-ния и карбоксилирования сериновых остатков в активном центре фермента образуют с ним стабильный комплекс, так как по своей химической структуре имеют сходство с субстратом. В результате происходит ингибирование ХЭ, накопление ацетилхолина в синапсах и нарушение проведения нервного импульса (Kirby et al., 2000; Assis et al., 2011). Помимо этого аккумуляция пестицидов в тканях рыб, и особенно в мозгу, вызывает аноксию в результате нарушения окислительного фосфорилирования, необходимого для образования энергии и синтеза нейромедиаторов, включая ацетилхолин, что также сопровождается на-
рушением нервной деятельности (Georgiades, Holdway, 2007).
Несмотря на то что некоторые пестициды разлагаются в водной среде или удаляются из неё, активность фермента в тканях рыб, подвергнутых их действию, может оставаться сниженной в течение достаточно длительного времени (Boone, Chambers, 1996; Adedeji, 2011). Поскольку ХЭ -главная мишень для пестицидов, активность фермента может служить биоиндикатором наличия агрохимикатов в воде и в организме (Van der Oost et al., 2003; Assis et al., 2011). В частности, ФАО (Pesticide residues ..., 2007; The State of World ..., 2010) приняты следующие критерии оценки токсичности пестицидов: 20%-ное ингибирование активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) мозга характеризует начальные эффекты интоксикации; видимая интоксикация обусловлена 50%-ным ингибированием АХЭ; а смерть наступает при 90%-ном ингибировании активности фермента. Ингибирование активности ХЭ часто проявляется усилением или снижением подвижности рыб, нарушением ориентации в пространстве, изменением поведенческих реакций в отношении хищников, асфиксией. При этом описанные эффекты зависят от концентрации токсикантов в воде, а порог ингибирования ХЭ определяется уровнем метаболизма ткани, а именно соотношением протекающих в ней аэробных и анаэробных процессов (Tierney et al., 2007).
Ранее мы показали, что активность ХЭ может различаться в тканях рыб, относящихся к разным экологическим группам и характеризующихся разным уровнем обмена, спектром питания, плавательной активностью (Скуратовская и др., 2013). В настоящее время представляется важным не только определить, как загрязнение водоёмов влияет на жизнедеятельность рыб и беспозвоночных, но и на процессы, протекающие на более высоких уровнях их организации. Следует учитывать также, что прибрежная часть моря является местом нереста многих видов гидробионтов, чувствительных даже к малым концентрациям агро-химикатов, что может привести к их гибели и истощению морских ресурсов (Fulton, Key, 2001).
Использование ХЭ в качестве биомаркёра присутствия в среде и в организме фосфорорга-нических и карбаматных соединений не ограничивается только этими пестицидами. Известно, что для удобрения полей и садов применяется большое количество азот- и фосфорсодержащих соединений, которые также попадают в водоёмы, в том числе и в прибрежную часть моря. Избыток биогенов, особенно в тёплый период года, вызывает эвтрофирование и как следствие развитие цианобактерий, продуцирующих антихолинэсте-разные метаболиты (анатоксин-а). Именно в летний сезон мы зарегистрировали существенное снижение активности фермента в тканях бычка-кругляка Neogobius melanostomus, что было сопряжено с интенсивностью сельскохозяйственной деятельности на прибрежных территориях (Ко-выршина, Руднева, 2014). Токсичность метаболитов цианобактерий может в тысячи раз превосходить токсичность пестицидов, и даже малые их концентрации способны необратимо блокировать активность ХЭ гидробионтов. В этом случае активность ХЭ рыб может применяться для определения опасных концентраций данных метаболитов в воде (Villatte et al., 2002). Кроме того, подобными эффектами ингибирования ХЭ обладают некоторые соединения, входящие в состав средств личной гигиены и лекарств, которые попадают c городскими коммунальными стоками в морскую среду и также представляют опасность для гидробионтов. Несмотря на многочисленные исследования влияния пестицидов на активность ХЭ в тканях рыб и связанные с ней поведенческие реакции (Chuiko et al., 2003; Чуйко, Подгорная, 2007; Georgiades, Holdway, 2007; Tierney et al., 2007; Oliveira et al., 2009; Adedeji, 2011), информация об изменении активности фермента под действием различных химических загрязнителей морской среды в ряде случаев весьма противоречива (Van der Oоst et al., 2003). В связи с этим вопрос об эффективности применения этого показателя для оценки состояния рыб, обитающих в экологически неблагополучных акваториях, требует дальнейших исследований.
В настоящее время бычку-кругляку уделяется повышенное внимание, так как этот вид принято считать инвазивным. В последние 20 лет он широко распространился в водоёмах Европы и Америки, что в значительной степени привело к изменению водных экосистем в этих районах. В связи с этим информация об особенностях биологии, экологии, морфологии и биохимии данного вида представляет интерес в плане изучения его поведенческих реакций, пищевых предпочтений, механизмов устойчивости к условиям среды обитания, стратегии адаптации к действию неблагоприятных факторов (Когтз й а1., 2012).
Цель настоящей работы — сравнительное изучение активности ХЭ в тканях особей бычка-кругляка, отловленных в прибрежных районах Чёрного и Азовского морей, в разной степени подверженных антропогенному влиянию.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследований служил бычок-кругляк — массовый вид и типичный представитель донной группы. Рыб отловили весной 2011 г. в трёх бухтах Севастополя (Чёрное море), Карантинной, Мартынова и Стрелецкой, соответственно 8, 19 и 10 экз.; и в двух акваториях юго-западной части Азовского моря, у сёл Семёновка и Мысовое, 15 и 7 экз. (рис. 1).
Стрелецкая бухта является наиболее загрязнённой по содержанию тяжёлых металлов и неф-теуглеводородов, а также фосфор- и азотсодержащих соединений, попадающих в морскую среду с коммунальными стоками и смывами с огородов, расположенных на побережье. Кроме того, здесь находится аварийный выпуск городского коммунального коллектора, сточные воды которого содержат средства бытовой химии и личной гигиены. В результате слабого водообмена загрязнители, находящиеся в них, могут в течение длительного времени оставаться в воде и в грунтах, накапливаться в тканях донных рыб. В Карантинную бухту осуществляется выпуск хозяйственно-бытовых сточных вод, однако интенсивный водообмен с открытой частью моря способствует быстрому удалению токсикантов из прибрежных вод. По сравнению с относительно закрытой б. Мартынова, водообмен которой с морем ограничен, в воде Карантинной бухты концентрация токсичных веществ выше, а в донных осадках — ниже. В Арабатском заливе Азовского моря район с. Мысовое является более благополучным в экологическом отношении по всем видам загрязнения, чем прибрежье с. Семёновка, куда попадают сельскохозяйственные стоки. Сравнительный анализ химического и микробного загрязнения районов исследования в двух морях показал, что морские воды и грунты в районе Севастополя являются в большей степени загрязнёнными, чем в Арабатском заливе Азов-
3
1 2
Черное море
Рис. 1. Районы отлова рыб (•) в Чёрном и Азовском морях: 1 — б. Стрелецкая, 2 — б. Карантинная, 3 — б. Мартынова, 4 — с. Семёновка, 5 — с. Мысовое.
О 7
а 6
X к л 5
е
т О б 4
о н 1-е 3
в 2
и л
т о
Акт % к 1
% 0
№
1 Ы
* ■ т
"Л ■ ■
б. Стрелецкая б. Карантинная
б. Мартынова Район
Рис. 2. Активность холинэстеразы (ХЭ) в тканях бычка-кругляка Neogobius melanostomus из трёх бухт в районе Севастополя (Чёрное море): (■) — мышцы, (■) — печень, (□) — сыворотка крови; (I) — ошибка среднего; различия достоверны: * от Стрелецкой бухты, ** от б. Мартынова.
*
ского моря (Руднева и др., 2007). Прибрежные воды Азовского моря в основном загрязнены агро-химикатами, поступающими из районов интенсивной сельскохозяйственной деятельности, тогда как преобладающими загрязнителями севастопольских бухт являются хозяйственно-бытовые коммунальные стоки.
Ткани рыб гомогенизировали в 0.85%-ном холодном растворе хлорида натрия,
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.