ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 2, с. 152-155
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
УДК [597-113.32:546.48] 597.554.3
ВЛИЯНИЕ ИОИОВ КАДМИЯ В СРЕДЕ НА УРОВЕНЬ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПРОЦЕССЫ МЕМБРАННОГО
ПИЩЕВАРЕНИЯ У КАРПА
© 2004 г. А. Н. Неваленныш, Д. А. Бедняков
Астраханский государственный технический университет 414025 Астрахань, ул. Татищева, 16 Поступила в редакцию 15.12.2002 г.
Ключевые слова: активность, гидролиз, карп, кадмий, а-амилаза, мальтаза, щелочная фосфатаза.
Современный уровень развития промышленных технологий не позволяет перейти к экологически чистому производству. В результате этого массы промышленных вод, содержащих различные токсиканты, не проходя должной очистки или же в результате аварий, попадают в естественные водоемы и распространяются на значительные территории. Одним из таких токсикантов является кадмий, ионы которого способны адсорбироваться на твердых частицах и переноситься на большие расстояния. Опасность кадмия заключается еще и в том, что он даже при низких концентрациях вызывает нарушение функций ряда систем организма, в том числе и пищеварительной (Алабастер, Ллойд, 1984; Кузьмина и др., 1999; Неваленный и др., 2001; Gardner, Yevich, 1970). Кроме того, кадмий способен накапливаться в тканях гидробионтов: так, через 30 суток устанавливается равновесие между содержанием кадмия в воде и тканях (см. обзор: Алабастер, Ллойд, 1984).
В последние годы появился ряд работ (Кузьмина и др., 1999; Golovanova et al., 1994, 1999; Неваленный и др., 2001), посвященных изучению влияния ионов кадмия на уровень активности пищеварительных ферментов рыб и их кормовых объектов. Однако, несмотря на то, что изучение влияния токсических веществ на организм рыб ведется еще с прошлого века (см. обзор: Алабастер, Ллойд, 1984), до настоящего момента среди специалистов нет единого мнения по поводу обратимости токсического воздействия ионов тяжелых металлов, к числу которых относится кадмий. Кроме того, изучение последствий токсика-ции представляет большой интерес в связи с тем, что степень обратимости отравления является одним из показателей опасности вещества, и это может помочь оценить последствия длительного нахождения рыб в воде с повышенным содержанием токсиканта, например при промышленном загрязнении поверхностных пресных вод.
В связи с этим цель данной работы заключалась в изучении влияния ионов кадмия в концентрации, находящейся в зоне токсического действия -0.25 мг/л (см. обзор: Лукьяненко, 1983), на уровень активности а-амилазы, мальтазы и щелочной фосфатазы слизистой оболочки кишечника сеголетков карпа (Cyprinus carpió L.), а также выявлении возможности восстановления ферментативной активности в слизистой оболочке кишечника в результате реабилитации.
Материал был собран и обработан в 1999-2000 гг. Данные по изменению размерно-весовых характеристик рыб приведены в табл. 1. Карпов отлавливали из прудов и доставляли в лабораторию в течение 30-45 мин в емкостях с хорошо аэрируемой водой. Рыб предварительно выдерживали в течение одной недели для адаптации к условиям эксперимента. Подопытных рыб содержали в аквариумах емкостью 70 и 100 л, с концентрацией ионов Cd2+ 0.25 мг/л, что составляет, по результатам предварительных экспериментов, 1/75 от LC50 (за 24 ч). В контроле использовали чистую воду. В качестве источника ионов кадмия использовали CdCl2. Концентрацию ионов кадмия в воде определяли расчетным методом. Ежедневно в течение всего опыта рыб кормили комбикормом, расход которого определяли по поедаемости в течение 10 мин. Два раза в неделю воду в аквариумах меняли с восстановлением исходной концентрации ионов кадмия. Через 30 сут часть опытных рыб, находившихся в воде с ионами кадмия, пересаживали в чистую воду и наблюдали в течение 30 сут за изменением исследуемых показателей. Другая часть рыб продолжала оставаться в воде, содержащей ионы кадмия. Отбор проб производили через каждые 10 сут.
В качестве ферментативно-активного препарата использовали гомогенаты слизистой оболочки среднего отдела кишечника рыб, приготовленные на растворе Рингера для холоднокровных животных (pH 7.4). Уровень активности
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ КАДМИЯ В СРЕДЕ... 153
Таблица 1. Размерно-весовые характеристики карпа в течение эксперимента
Время эксперимента, сут Контроль Эксперимент (Cd2+ 0.25 мг/л) Реабилитация
длина, см масса, г длина, см масса, г длина, см масса, г
Начало эксперимента 12.3 ± 1.1 30.1 ± 3.7 12.3 ± 1.1 30.1 ± 3.7 - -
10 12.4 ± 1.4 30.3 ± 3.0 12.3 ± 1.1 27.3 ± 3.1 - -
20 12.9 ± 1.4 32.7 ± 3.5 12.7 ± 1.2 26.2 ± 2.9 - -
30 13.6 ± 1.3 37.6 ± 3.4 13.1 ± 1.3 25.9 ± 2.7 13.1 ± 1.3 25.9 ± 2.7
40 14.8 ± 1.1 40.7 ± 3.8 13.0 ± 1.2 25.7 ± 2.9 13.3 ± 1.3 26.6 ± 2.5
50 15.4 ± 1.4 44.3 ± 3.8 13.1 ± 1.3 25.7 ± 2.3 14.2 ± 1.2 28.1 ± 2.5
60 16.7 ± 1.3 48.9 ± 4.0 13.3 ± 1.2 24.2 ± 2.3 14.7 ± 1.3 32.3 ± 2.4
а-амилазы (КФ 3.2.1.1) определяли методом Смита и Роя в модификации A.M. Уголева (Уголев и др., 1969), уровень активности мальтазы (КФ 3.2.1.20) - глюкозооксидазным методом (Бала-ховский, 1987), щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1) -по степени гидролиза я-нитрофенилфосфата натрия (Коблов, 1979).
Количество рыб в контрольных и опытных группах в каждой точке эксперимента составляло от 10 до 12 экз. Статистическую обработку проводили по общепринятым методикам (Лакин, 1973). Полученные данные обрабатывали, используя программный пакет статистической обработки информации STATGRAPHICS for WINDOWS v. 5.0.
Данные по влиянию ионов кадмия на уровень активности ферментов, обеспечивающих процессы мембранного гидролиза в слизистой оболочке кишечника карпа, приведены в табл. 2. Так, при исследовании уровня активности щелочной фосфатазы слизистой оболочки кишечника карпа, содержавшегося в воде в присутствии ионов кадмия, установлено, что данный показатель в первые 10 сут изменяется незначительно; в дальнейшем происходит рост уровня активности щелочной фосфатазы с достижением максимума на 30-е сутки эксперимента. В последующем происходит достоверное ингибирование уровня активности фермента, и к концу эксперимента (на 50-60-е сутки) он составляет 40-50% соответственно от контрольных значений.
Уровень активности мальтазы слизистой оболочки кишечника карпа под действием ионов кадмия первоначально падает (на 45% от контрольного значения на 10-е сутки эксперимента) с последующим его возрастанием и достижением максимума на 30-е сутки, как и для щелочной фосфатазы. В дальнейшем происходит снижение уровня активности мальтазы, и на 60-е сутки он составляет около 30% по сравнению с контролем.
Изменения уровня активности а-амилазы слизистой оболочки кишечника карпа в результате действия ионов кадмия в первой части экспери-
мента подобны изменениям, наблюдаемым для щелочной фосфатазы, с той лишь разницей, что минимальные значения гидролитической активности отмечены на 40-е сутки эксперимента (43% от контроля). На 50-й день уровень активности достоверно возрастает и достигает 92% от контроля. По нашему мнению, определенный интерес представляет тот факт, что при 60-дневной экспозиции в среде, содержащей ионы кадмия, значение уровня активности а-амилазы не отличается от контрольного.
Известно, что кадмий является одним из наиболее сильных токсикантов (Алабастер, Ллойд, 1984). Ранее нами (Неваленный и др., 2001) было отмечено, что, наряду с изменением уровня активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника рыб, происходили определенные изменения и в поведении рыб. В частности, в воде с ионами кадмия у рыб наблюдали общее двигательное возбуждение, снижение реакции на внешние раздражители, сокращение потребления корма.
Приведенные выше данные также свидетельствуют о том, что стрессовое воздействие, оказываемое ионами кадмия, приводит к значительным изменениям, проявляющимся как на физиологическом, так и на поведенческом уровне. Одним из наиболее важных и наименее исследованных показателей, характеризующих опасность токсиканта, является степень обратимости отравления (Алабастер, Ллойд, 1984; Лукьяненко, 1983). В связи с этим особый интерес представляют данные, полученные нами при реадаптации рыбы к воде, не содержащей ионы кадмия, после 30-дневного воздействия ионами этого металла. Следует отметить, что, по-видимому, вода, не содержащая ионы кадмия, для рыб, подвергшихся токсическому воздействию, также является стрессирующим фактором, и в первые десять дней реабилитации происходят достоверные изменения уровня активности всех исследованных нами ферментов слизистой оболочки кишечника карпа. Однако в дальнейшем наблюдается полное восстановление
154 НЕВАЛЕННЫЙ, БЕДНЯКОВ
Таблица 2. Динамика уровня активности ферментов слизистой оболочки кишечника карпа при действии ионов кадмия
Время эксперимента, сут
Группа Начало эксперимента 10-е 20-е 30-е 40-е 50-е 60-е
Щелочная фосфатаза (мкмоль/(г ■ мин))
Контроль 0.30 ± 0.02 0.36 ± 0.01 0.28 ± 0.03 0.58 ± 0.01 0.49 ± 0.01 0.50 ± 0.03 0.97 ± 0.01
(n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10)
Эксперимент 0.37 ± 0.02 0.42 ± 0.02 1.01 ± 0.04 0.66 ± 0.03 0.27 ± 0.01 0.36 ± 0.01
(Cd2+ 0.25 мг/л) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 10)
Реабилитация - - - - 0.39 ± 0.01 0.45 ± 0.0 0.96 ± 0.02
(n = 12) (n = 12) (n = 11)
Мальтаза (мкмоль/(г ■ мин))
Контроль 1.25 ± 0.14 1.38 ± 0.12 3.16 ± 0.16 2.84 ± 0.06 2.76 ± 0.06 4.82 ± 0.2 3.60 ± 0.14
(n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10)
Эксперимент 0.76 ± 0.06 2.78 ± 0.10 3.80 ± 0.10 3.28 ± 0.10 2.96 ± 0.18 1.04 ± 0.10
(Cd2+ 0.25 мг/л) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 10)
Реабилитация - - - - 2.08 ± 0.10 2.96 ± 0.09 3.48 ± 0.12
(n = 12) (n = 12) (n = 11)
а-амилаза (мг/(г ■ мин))
Контроль 15.71 ± 1.12 16.08 ± 1.43 14.29 ± 0.71 50.51 ± 1.07 35.12 ± 1.41 43.97 ± 0.11 44.78 ± 0.96
(n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10) (n = 10)
Эксперимент 16.06 ± 2.02 17.30 ± 0.18 72.48 ± 1.31 15.15 ± 0.82 40.34 ± 0.15 43.77 ± 1.19
(Cd2+ 0.25 мг/л) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 12) (n = 10)
Реабилитация - - - - 27.
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.