БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2005, том 31, № 2, с. 123-128
УДК 577.472 БИОГЕОХИМИЯ
ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ДВУСТВОРЧАТОГО МОЛЛЮСКА CRENOMYTILUS
GRAYANUS ПРИ АККЛИМАТИЗАЦИИ В БИОТОПЕ, ХРОНИЧЕСКИ ЗАГРЯЗНЕННОМ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
© 2005 г. В. Я. Кавун1, В. М. Шулькин2
'Институт биологии моря и 2Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток 690041
e-mail: inmarbio@mail.primorye.ru
Статья принята к печати 22.04.2004 г.
Исследовано изменение содержания Fe, Zn, Си, Cd, Mn, Pb и Ni в мускуле, гонаде, мантии, жабрах, пищеварительной железе и почках мидии Грея в ходе эксперимента по акклиматизации моллюсков, пересаженных из двух районов с различной степенью загрязнения в биотоп с импактными антропогенными условиями. Установлено, что процесс аккумуляции металлов зависит от исходного уровня содержания элементов в органах мидий. Выявлено нарушение микроэлементного баланса в некоторых органах моллюсков при резком изменении концентрации металлов в среде. Показана зависимость метаболизма микроэлементов в организме мидий от степени их предварительной адаптации к изменяющимся условиям обитания.
Ключевые слова: тяжелые металлы, акклиматизация, мидии, Японское море.
Trace metals variations of the bivalve Crenomytilus gra.ya.nus during a Held transplant experiment.
V. Ya. Kavun1, V. M. Shulkin2 ^Institute of Marine Biology and 2Pacific Institute of Geography, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041)
Mussels Crenomytilus grayanus collected from two sites with presumably different concentrations of trace metals in the ambient sea water were transplanted in a chronically polluted location. Variations of Fe, Zn, Cu, Cd, Mn, Pb, and Ni in muscle, gonad, mantle, gills, digestive gland, and kidney were studied. Metal accumulation by mussels was related to the initial concentration levels of trace elements in the mussel organs. Sharp changes in environmental metal concentrations caused damage to metal regulation in some organs of the mussels. Tissue metal variations are shown to depend on the previous mussel adaptations to changing environment. (Biologiya Morya, Vladivostok, 2005, vol. 31, no. 2, pp. 123-128).
Key words: heavy metals, acclimatization, mussel, Sea of Japan.
Из химических веществ, поступающих в прибрежные воды вследствие хозяйственной деятельности человека, соединения тяжелых металлов занимают особое место, поскольку они, в отличие от большинства органических загрязняющих веществ, способны сохранять биологическую активность в воде неограниченно долго. Характер взаимодействия организма с металлами в значительной мере определяется особенностями метаболизма, которые, в свою очередь, проявляются в конкретных адаптационно-детоксикационных биохимических реакциях. От эффективности последних зависит степень устойчивости организма к воздействию токсикантов (Челомин, 1998). В ряде экспериментальных токсикологических работ показано, что устойчивость гидробионтов к воздействию высокой концентрации металлов повышается после их предварительной акклиматизации в среде с менее высоким содержанием металлов (Юауегкатр, Бипкап, 1987; КоевуаШ, Ре1-11п§Ьат, 1987; РовШита, 8й"аа1еп, 1993; Челомин и др., 1998). Это явление получило название индуцированной толерантности. Полагают, что индуцированная толерантность может формироваться и в природных условиях в районах, где содержание металлов в среде повышено вследствие естественных причин (ЯоевуаШ, 1992; Ноаге е1 а1., 1995).
Биохимические механизмы формирования повышенной устойчивости к воздействию металлов разнообразны. Прежде всего это синтез металлотионеинов, которым отводится главная роль в развитии толерантности при воздействии тяжелых металлов (Posthuma, Straalen, 1993), изменение транспортных свойств клеточных мембран (Klaverkamp, Dunkan, 1987), синтез устойчивых к металлам ферментов, депонирование элементов в гранулах (Posthuma, Straalen, 1993) и т.д. Вместе с тем проявлением реакции организма на увеличение концентрации металлов можно считать их перераспределение между различными органами (Челомин и др., 1998), которое характеризует степень согласованности процессов аккумуляции и выведения/детоксикации металлов.
Целью данной работы является исследование динамики перераспределения Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd и Ni между органами мидии Crenomytilus grayanus, пересаженной из условно чистых участков с разным уровнем содержания металлов в среде в биотоп с аномально высокой концентрацией ряда металлов во взвеси и в донных осадках антропогенного происхождения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Местом проведения натурного эксперимента по акклиматизации мидии Грея была выбрана б. Горностай, примы-
Карта-схема района работ. 1, 2, 3 - станции.
кающая к району свалки г. Владивостока (см. рисунок). Прибрежные воды и донные осадки этой бухты загрязнены Ре, =п, Сё и особенно сильно Си и РЬ (Аникиев и др., 1993; БЬиШп, Кауип, 1995; ТкаИп е! а1., 1996, 1998; Шулькин и др., 2002). Кроме того, решающим обстоятельством выбора этого района в качестве экспериментального полигона явилось наличие в этой бухте постоянных поселений мидии Грея.
Эксперимент по пересадке мидии Грея проведен в августе-октябре 1999 г. Более 100 одноразмерных особей мидий, собранных в условно чистых районах (на ст. 1 у о-ва Рейнеке и ст. 2 у о-ва Большой Пелис), поместили в сетчатых контейнерах на глубину 6 м на станции 3, расположенной в б. Горностай (см. рисунок). Каждую декаду из контейнеров отбирали по 5 мидий. Моллюсков препарировали, выделяя отдельные органы (мускул, мантия, жабры, пищеварительная железа и почки), которые в дальнейшем анализировались как отдельные пробы. Общая продолжительность эксперимента составила 60 сут. Кроме того, в начале эксперимента были отобраны так называемые аборигены - мидии, постоянно обитающие на станции 3.
Мягкие ткани митилид сушили при 85°С до постоянной массы и растворяли в концентрированной азотной кислоте. Концентрацию металлов в тканях моллюсков определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии в пламенном варианте. Контроль качества определений включал измерение количества металлов в используемых кислотах, дубликатах проб с добавками солей металлов и в сертифицированных стандартных образцах моллюсков и донных осадков (Шулькин и др., 2002). Воспроизводимость результатов анализа проб с добавками металлов была не ниже 92%. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием пакета программ 81аИ8Иса.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Предыдущие исследования показали, что отличительной чертой микроэлементного состава тканей Сгепоруй'/и.? ^уауапт из б. Горностай, проанализированных целиком, была максимальная концентрация РЬ и Си и меньшая =п и Сё (Шулькин и др., 2002). В ходе
эксперимента содержание Си и РЬ в тканях целиком у пересаженных моллюсков увеличилось в 30-200 раз, =п и Сё - в 2-5 раз (Шулькин и др., 2002). Анализ мидий, постоянно обитающих в б. Горностай (см. таблицу), показал, что повышенные концентрации Си и РЬ также отмечены во всех исследованных органах. Повышенная концентрация =п в тканях целиком обусловлена увеличением его содержания в жабрах, пищеварительной железе и почках, а в мантии и мускуле мидий из б. Горностай концентрация =п значимо не отличалась от таковой в моллюсках со станций 1 и 2, что указывает на регулируемое накопление этого металла мидиями. Высокая концентрация Сё в тканях мидий со станции 3 определяется его повышенным содержанием только в пищеварительной железе и почках.
В процессе эксперимента анализировались моллюски из двух районов, различающихся условиями обитания. Прибрежные воды о-ва Рейнеке (ст. 1) традиционно используются в качестве фоновых при изучении загрязнения вод зал. Петра Великого (Христофорова и др., 1994). Донные осадки и моллюски этого района характеризуются минимальным содержанием большинства исследованных металлов (Шулькин и др., 2002).
Остров Большой Пелис (ст. 2) находится в южной части зал. Петра Великого (см. рисунок) и достаточно удален от возможных антропогенных источников металлов. Тем не менее, в почках мидий, собранных у о-ва Большой Пелис, отмечена существенно повышенная концентрация всех исследуемых металлов, хотя в остальных органах их содержание значимо не отличалось от такового у мидий из фоновых районов. Дополнительным источником металлов в этом районе может быть система мезомасштабных вихрей и апвеллингов продолжительностью несколько дней, которые наблюдаются преимущественно в летне-осенние месяцы (Григорьева, Христофорова, 2001). Факт повышения кон-
Средние концентрации металлов (мкг/г сух. массы) в отдельных органах и тканях мидии Грея, акклиматизированной в б. Горностай (X ± 8) (Ы = 5)
Станция Время после начала опыта, сут Бе гп Си Сё Мп РЬ N1
Мускул
1 0 19±5 38±3 1.5±0.1 0.40±0.04 0.71±0.05 Н.о. 0.76±0.31
10 23±4 44±3 1.6±0.3 0.67±0.06 1.04±0.21 Н.о. 0.61±0.14
20 17±3 44±2 1.4±0.2 0.51±0.08 0.85±0.12 Н.о. 0.74±0.20
30 18±6* 39±2 1.6±0.2* 0.39±0.07 0.94±0.06* Н.о. 0.68±0.29
60 28±6* 42±1 2.6±0.1* 0.52±0.16 1.91±0.26* Н.о. 0.88±0.18
2 0 22±3 35±4 0.9±0.3 0.51±0.07 0.91±0.15 0.37±0.01 Н.о.
10 15±2 35±3 1.1±0.3 0.36±0.06 0.76±0.21 0.30±0.12 Н.о.
20 19±5* 36±3 1.6±0.3* 0.62±0.11 1.39±0.41 0.50±0.03 Н.о.
60 37±10* 35±2 2.7±0.8* 0.67±0.10 1.04±0.11 1.30±0.35 Н.о.
3 "Аборигены" 71±27 38±6 4.6±1.8 0.66±0.19 1.84±0.73 7.80±3.53 Н.о.
Гонада
1 0 90±45 40±10* 2.7±0.9 2.06±0.92 2.39±0.47 Н.о. 0.69±0.12
10 84±24 83±26* 3.4±0.4* 1.59±0.43 3.91±0.74 Н.о. 1.25±0.37
20 123±49 59±15 5.5±1.6* 2.42±1.24 3.11±1.04 Н.о. 0.86±0.07
30 98±35 44±12 7.9±1.5* 1.49±0.27 2.66±0.83 Н.о. 0.62±0.22
60 77±10 39±7 15.7±2.1* 1.25±0.22 2.07±0.56 Н.о. 0.85±0.15
2 0 81±26 50±10 3.2±0.6* 1.48±0.89 2.23±0.37 Н.о. Н.о.
10 76±12 47±14 9.0±2.7* 2.49±0.78 2.27±1.16 Н.о. 1.13±0.41
20 69±35 51±10 6.8±2.2* 3.38±1.83 3.09±0.73 3.79±0.38* 1.34±0.70
60 67±31 45±6 14.2±4.3* 1.86±0.7 2.20±0.51 6.76±2.83* 1.83±0.75
3 "Аборигены" 67±23 48±15 36.2±11.1 Н.о. Н.о. Н.о. Н.о.
Мантия
1 0 71±17 51±5 3.7±0.5* 1.91±0.13 2.01±0.11 Н.о. 1.20±0.41
10 53±17 48±
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.