научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (CU, ZN) НА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ РЫБ-БЕНТОФАГОВ ИЗ РАЙОНОВ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА С РАЗНОЙ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (CU, ZN) НА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ РЫБ-БЕНТОФАГОВ ИЗ РАЙОНОВ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА С РАЗНОЙ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ»

УДК 597:577.15:574.64

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (Cu, Zn) НА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ГЛИКОЗИДАЗЫ РЫБ-БЕНТОФАГОВ ИЗ РАЙОНОВ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА С РАЗНОЙ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКОЙ

© 2014 г. И. Л. Голованова, А. А. Филиппов, Г. М. Чуйко

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152 742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: golovanova5353@mail.ru Поступила в редакцию 01.04.2013 г.

Исследовано in vitro раздельное и совместное действие ионов тяжелых металлов (Cu, Zn) в концентрации 0.1—25 мг/л на активность мальтазы, сахаразы и амилолитическую активность в кишечнике леща и плотвы, отловленных в участках Рыбинского водохранилища с разной антропогенной нагрузкой. Мембранные ферменты мальтаза и сахараза у рыб из загрязненного Шекснинского плеса менее чувствительны к действию ионов Cu и Zn, чем у рыб из относительно чистого Волжского плеса. Ферменты, гидролизующие крахмал, у леща из загрязненного участка, напротив, более чувствительны к действию исследованных металлов, особенно в летний период. Совместное действие ионов Cu + Zn (1 : 1) в большинстве случаев ослабляет эффекты раздельного влияния этих металлов на активность гликозидаз (исключая амилолитическую активность) у исследованных видов рыб.

Ключевые слова: Рыбинское водохранилище, рыбы, лещ, плотва, пищеварительные ферменты, гли-козидазы, тяжелые металлы, медь, цинк.

Б01: 10.7868/80320965214030085

ВВЕДЕНИЕ

Глобальное антропогенное загрязнение окружающей среды химическими соединениями, по-прежнему, остается серьезной экологической проблемой. Загрязнение водных объектов приводит к формированию качественно новых условий существования гидробионтов, оказывая значительное влияние на состояние отдельных особей и популяций.

Рыбинское водохранилище (58°30' с.ш., 38°20' в.д.) - одно из крупнейших пресноводных искусственных водоемов России. Наиболее загрязненный район водохранилища — Шекснин-ский плес, принимающий сточные воды промышленного комплекса г. Череповец и простирающийся на 40—50 км ниже его по течению; более чистый район — Волжский плес (см. рисунок). В различных компонентах экосистемы Шекснин-ского плеса (вода, донные отложения, бентос, рыбы) обнаружены загрязняющие вещества различной химической природы: полихлорирован-ные бифенилы (ПХБ) и хлорорганические пестициды (ХОП), тяжелые металлы (ТМ) — Сё, Zn, Си, РЬ [1, 5, 19, 20]. При этом их содержание на один-два порядка выше по сравнению с наиболее чистыми Моложским и Волжским плесами. У лещей, отловленных в районе Шекснинского пле-

са, отмечен высокий уровень напряженности врожденного иммунитета [9], повышенное содержание продуктов перекисного окисления липидов [25], изменения активности антиоксидантных и холинергических ферментов печени [22, 25], а также активности пищеварительных протеиназ [7] и гликозидаз кишечника [4, 6]. Изменения физио-лого-биохимических показателей могут свидетельствовать о нарушениях в обмене веществ задолго до появления видимых отклонений от нормы, поэтому изучение чувствительности ферментов к действию токсических веществ необходимо для ранней диагностики состояния здоровья рыб.

Среди загрязняющих веществ особое место занимают соли ТМ, уровень которых постоянно возрастает во всех водоемах. Медь и цинк относятся к числу приоритетных загрязнителей природных вод [12] и их концентрации в районах техногенного загрязнения могут достигать нескольких миллиграммов на 1 л [11]. В то же время они — незаменимые микроэлементы, входящие в состав ряда ферментов и участвующие во многих биохимических реакциях. Но и биогенные элементы, присутствуя в избытке, токсичны для живых организмов. В природных водах Си и Zn существуют в коллоидной (органической или неорганической),

Карта—схема Рыбинского водохранилища. Плесы: I — Волжский, II — Центральный, III — Шекснинский, IV — Мо-ложский; станции: 1 — Коприно, 2 — Любец, 3 — Ваганиха.

взвешенной и растворимой (или ионной) форме, с которой и связывают основной токсический эффект [10]. Значительные количества ТМ накапливаются в донных отложениях (ДО), что представляет собой угрозу вторичного загрязнения. Попадая в организм рыб вместе с водой и пищей [21], они могут оказывать прямое и опосредованное влияние на ферменты пищеварительного тракта [2, 8, 17]. Протеиназы слизистой оболочки кишечника леща из Шекснинского плеса более устойчивы к действию Cu и Zn in vitro,

чем таковые леща из Волжского плеса [7]. В то же время чувствительность гликозидаз к их действию у рыб из участков Рыбинского водохранилища с разной антропогенной нагрузкой ранее не оценивали. Поскольку поступающие в водоемы ТМ в значительных количествах накапливаются в ДО [11], а у рыб-бентофагов, помимо кормовых объектов, в пищеварительном тракте всегда присутствует грунт, особый интерес представляет оценка действия Си и Zn на ферменты, расщеп-

ляющие углеводные компоненты корма у бенто-соядных рыб.

Цель работы - изучение раздельного и совместного действия ионов Cu2+ и Zn2+ in vitro в диапазоне концентраций 0.1-25 мг/л на скорость гидролиза ди- и полисахаридов в кишечнике леща и плотвы из районов Рыбинского водохранилища с различной антропогенной нагрузкой.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования были лещ Abramis brama (L.) и плотва Rutilus rutilus (L.) — наиболее массовые виды рыб-бентофагов Рыбинского водохранилища, имеющие важное промысловое значение. Рыбы отловлены донным тралом с экспедиционного судна в июле 2008 г. и ставными сетями в марте—апреле 2011 г. на двух участках Рыбинского водохранилища, различающихся по степени антропогенной нагрузки: в Шекснин-ском плесе (ст. Любец и Ваганиха), в который поступают бытовые и сточные воды г. Череповец, и в Волжском плесе (ст. Коприно), наиболее удаленном от локального источника загрязнения (см. рисунок). На каждой станции отбирали по 8— 10 рыб обоего пола в равной пропорции. После поимки рыб механически обездвиживали и проводили биологический анализ. Кишечники рыб извлекали и хранили до последующего биохимического анализа <1 мес при температуре —18°С. Масса леща, отловленного в июле из Волжского плеса, составляла 782 ± 50.4 г, длина тела 33.4 ± 0.8 см, из Шекснинского плеса - 688 ± 113 г и 31.9 ± 2.2 см соответственно. Масса леща, отловленного в марте из Волжского плеса, была 1178 ± 130 г, длина тела 40.0 ± 1.3 см, из Шекснинского - 1230 ± 64 г и 41.6 ± 0.6 см соответственно. Масса плотвы из Волжского плеса (2011 г.) составляла 302 ± 50 г, длина тела 25.5 ± 1.5 см, из Шекснинского плеса -317.6 ± 150 г и 25.6 ± 3.5 см соответственно.

В лабораторных условиях кишечник очищали от жира и прилегающих тканей, освобождали от содержимого и промывали охлажденным раствором Рингера для холоднокровных животных (110 ммоль NaCl, 1.9 ммоль KCl, 1.3 ммоль CaCl2, pH 7.4). Слизистую оболочку медиальной части кишечника снимали пластмассовым скребком, тщательно перемешивали и отбирали аликвоту для приготовления исходного гомогената. Затем с помощью стеклянного гомогенизатора готовили суммарные гомогенаты от рыб одного вида из каждого района с добавлением охлажденного до 2—4°C раствора Рингера в соотношении 1 : 9. Далее гомогенат дополнительно разводили таким же раствором Рингера в 2—10 раз. В качестве субстратов использовали растворимый 1.8%-ный крахмал, а также сахарозу и мальтозу в концентрации 50 ммоль/л, приготовленные на таком же растворе

Рингера. Гомогенаты и субстраты инкубировали при температуре 20°C и рН 7.4 в течение 20—60 мин. При оценке влияния ионов Cu2+ и Zn2+ гомогенаты предварительно выдерживали в присутствии сернокислых солей CuSO4- 5H2O, ZnSO4 • 7H2O или их смеси (1 : 1) в течение 1 ч. Концентрации ионов Cu2+ и Zn2+, рассчитанные по общему содержанию металла в соли, составляли 0 (контроль), 0.1, 1, 5, 10 и 25 мг/л. Выбор диапазона концентраций обусловлен значениями ПДК этих металлов и их содержанием в тканях рыб и кормовых объектов [21].

Активность мальтазы КФ 3.2.1.20, сахаразы КФ 3.2.1.48 и амилолитическую активность (отражающую суммарную активность ферментов, гид-ролизующих крахмал — а-амилазы КФ 3.2.1.1, глюкоамилазы КФ 3.2.1.3 и мальтазы) определяли на спектрофотометре Lambda 25 ("Perkin&Elmer", США). Амилолитическую активность и активность сахаразы оценивали модифицированным методом Нельсона [14], активность мальтазы — глюкозооксидазным методом с помощью набора для клинической биохимии "Фото глюкоза" (ООО "Импакт", Россия). Ферментативную активность у каждой особи определяли в пяти по-вторностях с учетом фона (изначального количества гексоз в гомогенате) и выражали в микромолях продуктов реакции, образующихся за 1 мин инкубации в расчете на 1 г влажной массы ткани (мкмоль/(г • мин)).

Результаты представлены в виде средних и их ошибок (M ± m). Достоверность различий оценивали с помощью однофакторного анализа (ANOVA, LSD-тест) при p = 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Наиболее высокий уровень амилолитической активности выявлен у леща Шекснинского плеса в летний период, у леща Волжского плеса он в ~2 раза ниже (табл. 1). Активность сахаразы у рыб исследованных участков одинакова. У леща Волжского плеса ионы Cu2+ или Zn2+ в концентрации 5—25 мг/л снижают амилолитическую активность на 12—19% контроля. Совместное действие металлов усиливает тормозящий эффект: амилолитическая активность снижается на 14— 46% контроля во всем диапазоне концентраций. Активность сахаразы снижается на 62% контроля в присутствии ионов Cu2+ (25 мг/л), на 38 и 45% контроля в присутствии ионов Zn2+ (10 и 25 мг/л соответственно) и на 28—59% контроля при совместном действии ионов Cu2+ + Zn2+ в концентрации 5—25 мг/л.

У леща Шекснинского плеса чувствительность гликозидаз, гидролизующих крахмал, к действию ионов Cu2+ и Zn2+ возрастает как за счет усиления тормозящего эффекта при одной и той же концентрации металла, так и за счет снижения фермента-

Таблица 1. Активность гликозидаз (мкмоль/(г • мин)) слизистой оболочки кишечника леща Рыбинского водохранилища в летний период при раздельном и совместном действии ионов Cu2+ и Zn2+ in vitro

Концентрация Волжский плес (ст. Коприно) Шекснинский плес (ст. Любец)

ионов Cu и Zn, мг/л

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.

Показать целиком