Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Адаптивные изменения в органах карповых рыб на разных уровнях жизни под воздействием солей тяжелых металлов

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Адаптивные изменения в органах карповых рыб на разных уровнях жизни под воздействием солей тяжелых металлов"

На правах рукописи

КУРБАНОВА САБИЯТ ИСМАИЛОВНА

АДАПТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНАХ КАРПОВЫХ РЫБ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЖИЗНИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

03.02.08 - экология (биологические науки) 03.02.06 - ихтиология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

14',] 2:тз

Махачкала - 2013

005538393

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Научный руководитель: доктор биологических наук

Рабазанов Нухкадн Ибрагимович

Научный консультант: кандидат биологических наук, доцент

Нурмагомедова Паризат Мусалаевна

Официальные оппоненты: Сокольский Аркадий Федорович

доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Астраханский инженерно-строительный институт», заведующий кафедрой инженерных систем и экологии

Чипинов Виктор Генадьевич

кандидат биологических наук, ФГБУ Южный научный центр РАН, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Каспийский научно-исследовательский институт

рыбного хозяйства (ФГУП «КаспНИРХ»)

Защита диссертации состоится «27 ноября» 2013 г. В 16.® часов на заседании диссертационного совета Д 212.053.03 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» по адресу: 367025, Россия, Республика Дагестан, Махачкала, ул. Дахадаева, д. 21.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» по адресу г. Махачкала, ул. Батырая, 1.

Автореферат разослан «27 октября » 2013г.

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим направить по адресу: 367025, Россия, Республика Дагестан, Махачкала, ул. Дахадаева, д. 21. e-mail -ecodag@rambler.ru. т/факс: 8 (8722) 56-21-40

Ученый секретарь Диссертационного Совета, к.г.н., доцент

Ахмедова Г. А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Интенсивное антропогенное воздействие на водоемы привело к повсеместному ухудшению качества вод, нарушению условий обитания рыб и других гидробионтов (Будников, 1998; Леонова, 2004).

Среди загрязнителей водных экосистем на первое место выходят тяжелые металлы (Леонова, 2004). Из них особой токсичностью обладают кадмий и свинец.

Тяжелые металлы, аккумулируясь в тканях и включаясь в пищевые цепи гидробионтов, оказывают существенное влияние на физиолого-биохимические показатели рыб, обладают канцерогенными, гонадо- и эмбриотоксическими свойствами (Нефедова и др., 2007).

В условиях обострения экологической ситуации для раскрытия механизмов, наблюдаемых деградационных изменений в организмах и популяциях рыб, возникает необходимость в ранней, быстрой, наиболее интегральной информации о загрязнении водной среды тяжелыми металлами и биологическом ответе организмов на нее. Большое значение при этом имеют биохимические исследования воздействия тяжелых металлов на гидробионты, особенно на промысловые виды рыб. Преимуществом использования биохимических параметров является почти мгновенная их реакция на ухудшение состояния морских акваторий, а также возможность комплексной оценки загрязнения (Руднева, 2006, Мензорова, Рассказов, 2007, Рощина, 2010).

В литературе накопилось много сведений об избирательной аккумуляции тяжелых металлов в различных органах рыб (Латковская, 2000; Хоменчук и др., 2000; Попов и др., 2002). Однако их влияние на обмен веществ во внутренних органах недостаточно изучено. Знание особенностей воздействия токсикантов на рыб представляет интерес для оценки опасности тех или иных загрязнителей водной среды для человека (Касумян, 2001).

В связи с этим, одной из актуальных проблем последних лет является поиск методов оценки влияния различных токсических веществ на внутренние водоемы и поиск маркеров на состояние гидробионтов, их заселяющих (Овчинникова, 2006). Наиболее быстрыми и эффективными тестами позволяющими провести раннюю диагностику изменений в живых организмах под воздействием токсикантов могут служить процессы тканевого обмена веществ (Немова, Высоцкая 2004). Реакция белкового обмена рыб на токсическое воздействие разной этиологии, недостаточно изучено. Поэтому исследование характера изменения показателей белкового обмена при воздействии тяжелых металлов весьма актуальны для прогнозирования последствий загрязнения тяжелыми металлами водных экосистем, а также для ранней диагностики и проведения эффективных природоохранных мероприятий в рыбохозяйственных водоемах.

Цель и задачи. Цель исследований - изучить адаптивные изменения, происходящие в органах карповых рыб на разных уровнях жизни под воздействием солей тяжелых металлов. Задачи исследований - изучить:

1. динамику активности катепсина Д в печени, кишечнике, скелетных мышцах и головном мозге карпа и воблы под воздействием хлорида кадмия и ацетата свинца.

2. динамику активности суммарных нейтральных протеаз в печени, кишечнике, скелетных мышцах и головном мозге карпа и воблы под

3

воздействием хлорида кадмия и ацетата свинца.

3. влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на изменение содержание белка в тканях карпа и воблы.

4. фракционный состав белков тканей карпа и воблы при хронической интоксикации ионами кадмия и свинца.

Новизна. Впервые изучены адаптивные изменения различных органов и тканей рыб при длительном хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца. Выявлена тканевая и видовая специфичность в активности этих ферментов распада белков на хроническое воздействие ионов кадмия и свинца. Показано снижение содержания общего белка во всех тканях сеголеток карпа 5, 15,30 дни исследования, а у воблы на протяжении всего эксперимента. Выявлена также тканевая и видовая специфичность в изменение соотношения белковых фракций в печени, почках, красных и белых мышцах карпа и воблы. Изменение распределения фракций альбуминов и глобулинов в исследованных тканях рыб приводило к нарушению соотношения между ними А/в - индекса.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволяют сформировать целостное представление о защитной роли протеаз в развитии ответной реакции гидробионтов на действие тяжелых металлов. Полученные данные служат важным информативным материалом для оценки нарушений, наблюдаемых на организменном уровне гидробионтов и основанием для использования показателей протеолитических ферментов рыб в качестве дополнительных биотестов, для биохимического и эколого-токсикологического мониторинга водных экосистем. Результаты могут быть использованы для прогнозирования и предотвращения загрязнения тяжелыми металлами вод Каспийского моря, при разработке рекомендаций по воспроизводству, охране и рациональному использованию биоресурсов, и в конечном итоге - для сохранения водных экосистем и здоровья человека.

Результаты работы используются при чтении спецкурсов «Экологическая биохимия» и «Распад белков» на отделении «Биохимия» и спецкурсов «Ихтиотоксикология», «Ихтиопатология», «Экология рыб» и «Физиология рыб» на отделении «Водные биоресурсы и аквакультура» Дагестанского государственного университета.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Загрязнение водоемов солями тяжелых металлов вызывает изменение активности протеолитических ферментов, и может, служит индикатором состояния белков в тканях организма гидробионтов на ранних этапах интоксикации.

2. Изученные тяжелые металлы как загрязнители водной среды обладают видоспецифическим и тканеспецифическим действием.

3. Определение активности протеолитических ферментов может служить тестом для ранней диагностики изменений в структуре клеточных мембран и белковых молекул, что дает возможность оценки метаболических нарушений на ранних стадиях патологического процесса.

4. Полученные в ходе работы результаты и примененные методики могут быть использованы для мониторинга природных водоемов с целью выявления последствий влияния тяжелых металлов на рыб до наступления явных патологических изменений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научной конференции «Современные проблемы адаптации и биоразнообразия» (Махачкала 2006); Международной научной конференции «Молекулярные механизмы адаптацию) (Махачкала 2008); XIV Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза 2008); II Съезде физиологов СНГ (Кишинев, 2008); IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (Пенза 2010); Научно-практической конференции с международным участием «Интенсивная аквакультура на современном этапе развития» (Махачкала 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 в журналах из перечня ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения и выводов. Общий объем диссертации 121 листов с 10 таблицами и 18 рисунками. Список использованной литературы включает 220 источников, из них 86 зарубежных источника.

Личный вклад автора. Исследования проводились лично автором в период с 2007 по 2011 гг. В ходе работы было изучено влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на протеолитическую активность тканей карпа и воблы. Проведена статистическая обработка и представление данных в диссертации. Методы исследований, использованные в Главе 2 диссертационной работы, апробированы при выполнении Гранта РФФИ 09-04-96566-р_юг_а «Спектральные и физико-химические исследования гаметогенеза и эмбриогенеза осетровых рыб в искусственных условиях разведения» (2009-2011).

Глава 1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ МЕТАБОЛИЗМА ГИДРОБИОНТОВ

Дана общая характеристики загрязнения водной среды тяжелыми металлами, приводятся данные об источниках поступления тяжелых металлов и формах их существования в водных экосистемах. Показана биологическая роль и токсичность тяжелых металлов для гидробионтов. Приведена оценка уровня кумуляции тяжелых металлов в гидробионтах, а также степени их влияния на них. Рассмотрены особенности молекулярных и клеточных механизмов токсического действия тяжелых металлов и участие лизосом в механизмах защиты и повреждения клеток тяжелыми металлами.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объекта исследования использованы сеголетки карпа (Cyprinus carpió L.) в возрасте 5-6 месяцев и массой 100-150 г., отловленные в прудах Широкольского рыбкомбината республики Дагестан, и двухлетки воблы (Rutilus rutilus caspicus) массой 30-50 г отловленные в Каспийском море.

Экспериментальные исследования проводились в весенне-осеннее время 2007-2011 г. Моделирование хронического загрязнения водной среды тяжелыми металлами производили в аквариальных условиях. Контролем во всех опытах

служили рыбы, выдерживаемые в чистой воде. Содержали рыб в аквариумах по 15-20 штук при постоянном температурном (19-21°С) и газовом режимах.

В хронических лабораторных опытах были испытаны следующие загрязнители:!) хлорид кадмия (CdCI2) с содержанием в водной среде 0,25 мг/л (ПДК -0,005 мг/дм3); 2) ацетат свинца (РЬ(СНзСОО)г) с содержанием в водной среде 0,5 мг/л (ПДК - 0,1 мг/дм3) (Минина, 2003; Волошина, 2006).

Биохимические анализы проводили на 5, 15,30 и 40 сутки экспозиции рыб в токсической среде параллельно с контрольной группой. Активность катепсина Д определяли методом Ансона с некоторыми модификациями (Нурмагомедова и др., 1983). Суммарную активность нейтральных протеаз определяли модифицированным методом Лоури по гидролизу казеина (Алейникова, Рубцовой, 1988). Количество белка определяли методом Лоури (1951). Фракционный состав тканевых белков определяли турбидиметрическим методом (Кондрахин, 2004).

Статистическую обработку результатов проводили методом малой выборки по t- критерию Стьюдента (Лакин, 1990) с использованием программ «Excell» и «Stadia».

Глава 3. АДАПТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНАХ КАРПОВЫХ

РЫБ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЖИЗНИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

3.1. Изменение динамики активности катепсина Д в тканях сеголеток карпа под воздействием хлорида кадмия и ацетата свинца. Полученные нами результаты по влиянию хлорида кадмия и ацетата свинца на активность катепсина Д в различных тканях сеголеток карпа свидетельствуют о наличии тканевой специфичности в изменении активности лизосомальных протеаз в ответ на действие повреждающего агента.

В контрольной группе у сеголеток карпа наиболее высокая активность катепсина обнаружена в печени (11,4±1,5 мг тирозина/мг белка) и кишечнике (8,6±0,8 мг тирозина/мг белка), головном мозге (1,9±0,1 мг тирозина/мг белка), а наименьшее в красных (1,1±0,3 мг тирозина/мг белка) и белых мышцах (0,8±0,2 мг тирозина/ мг белка). Как нам уже известно, в клетках печени содержится большое количество лизосом (Покровский и др., 1968). Этот орган несет высокую физиолого-биохимическую нагрузку, выполняя большую работу по расщеплению самых разных веществ, обеспечивая организм питательными веществами, обезвреживая токсины и яды. Полученная нами высокая активность лизосомальных ферментов в печени вполне обоснована. Высокая активность катепсина Д в кишечнике сеголеток карпа, возможно, объясняется тем, что в нем содержится большое количество лимфоидных клеток содержащих большое число гидролитических ферментов в числе, которых катепсин Д является наиболее активным (Аминева, Ямжорбек 1984).

Как показывают наши результаты динамика активности катепсина Д в исследованных тканях сеголеток карпа подвержена значительным отклонениям от нормы (рис.1). Содержание в водной среде с хлоридом кадмия (0,25 мг/л) и ацетата свинца (0,5 мг/л) в течение 5 суток приводит к повышению активности катепсина Д в печени по сравнению с контролем почти вдвое (Р<0,001).

6

В загрязненных солями тяжелых металлов водоемах отмечена активация в печени рыб ферментов ответственных за детоксикацию (Сидоров, Юровицкий, 1991; Смирнов, Кирилюк, 1994; Высоцкая и др., 1994; Немова и др., 1994). Печень один из самых важных органов живого организма поддерживающих его гомеостаз. Она подвергается наиболее сильному воздействию загрязняющих веществ, которые в нем и обезвреживаются (Крючков, Фомин, 2005).

Активность катепсина Д в кишечнике карпа под воздействием ионов кадмия повышается в 2,9 раза и на 51,6% в среде с ионами свинца (Р<0,001). Экспозиция сеголеток карпа в течение 5 дней в токсической среде с хлоридом кадмия приводит к повышению активности катепсина Д по сравнению с контролем в красных в 2,6 раза, в белых мышцах в 3,4 раза (Р<0,001), в то время как ацетат свинца не оказал существенного влияния на активность данного фермента в этих тканях. Многие исследователи указывают, что мышцы рыб благодаря большой массе играют значительную роль в накоплении тяжелых металлов, хотя и занимают среднее место по их содержанию (Шулькин, 2004).

Активность катепсина Д в мозге сеголеток карпа повышается под воздействием кадмия в 1,8 раза (Р<0,01), а под воздействием свинца повышается незначительно по сравнению с контролем. Из числа различных систем организма большое значение имеют регуляторные, к которым относится ЦНС, эндокринная и иммунная системы. Первоначальные нарушения мышечной, сердечнососудистой, дыхательной, пищеварительной систем в процессе интоксикации могут существенно повлиять на функцию регуляторных систем. Например, известны факты, свидетельствующие о расстройстве ЦНС в результате накопления вредных метаболитов, которые при определенном уровне с кровью проникают через ГЭБ в головной мозг. Для оценки необратимости деструктивных и функциональных нарушений особое значение имеет изучение влияние токсинов на мозг. В этом отношении интерес представляют работы по изучению фенольного отравления рыб (Лебеденский, Помаржанский, 1968), влияния гербицидов ялана и сатурна на рыб (Земков, 1990), а также структурные изменения в головном мозге рыб под влиянием нефти (Обухов и др., 2000).

Рис.1 Изменение активности катепсина Д в тканях сеголеток карпа под влияние хлорида кадмия (в % по отношению к контролю).

По нашим данным на 15 день интоксикации в печени карпа активность катепсина Д под воздействием ионов кадмия продолжает повышаться (100,8%)

(Р<0,001), в то время как под воздействием ионов свинца наметилась тенденция к снижению. На данном этапе интоксикации ионами кадмия активность катепсина Д в кишечнике карпа все еще выше контроля в 2,5 раза (Р<0,001), а под воздействием ионов свинца она возвращается к норме. Активность катепсина Д в красных и белых мышцах сеголеток карпа под воздействием ионов кадмия выше контроля в 3,4 и 4,2 раза, а свинца в 2 раза соответственно (Р<0,001). Ионы кадмия и свинца повышает активность катепсина Д в головном мозг по сравнению с контролем почти в 2 раза (Р<0,001).

Таким образом, результаты начальных этапов экспозиции (5,15 дни) показывают более выраженную активацию катепсина Д во всех тканях сеголеток карпа под воздействием ионов кадмия по сравнению с ионами свинца. Продление сроков пребывания сеголеток карпа в среде с ионами кадмия и свинца до 30 дней приводит к снижению активность катепсина Д в печени на 39,5% и 29,2% (Р<0,01) соответственно по отношению к контролю. Тенденция к снижению сохраняется и на40-день интоксикации (Р<0,01).

В кишечнике карпа к 30 дню интоксикации ионами кадмия и свинца активность катепсина Д не отличается от нормы. А уже к 40 дню активность фермента в кишечнике сеголеток карпа ниже контроля как под воздействием ионов кадмия (на 41,9%) (Р<0,02), так и свинца (на 27,5%) (Р<0,05). Пребывание сеголеток карпа до 30 дней в среде с ионами кадмия повышают активность катепсина Д в красных мышцах на 45,4% (Р<0,02), а с ионами свинца 60% (Р<0,02), в белых мышцах активность в обоих случаях выше в 1,8 раза(Р<0,02).

При пролонгировании интоксикации до 40 дней активность катепсина Д в красных и белых мышцах по сравнению с месячной экспозицией снижается. В мозговой ткани сеголеток карпа активность катепсина Д на 30 день интоксикации ионами кадмия и свинца все еще выше контроля на 78,9 и 27,8% (Р<0,001). При продлении сроков интоксикации до 40 дней ионами кадмия активность катепсина Д в мозге карпа возвращается к норме, а ионами свинца остается выше контрольного уровня.

Из полученных результатов видно, что максимальная активность катепсина Д под воздействием ионов кадмия во всех тканях карпа приходится на 5 и 15 дни эксперимента, а уже к 30 дню она начинает снижаться и к 40 дню практически не отличается от нормы.

Особо можно отметить изменения, наблюдаемые в печени, в которой уже на 5 день эксперимента в 2 раза повышена активность фермента. Она и на 30 день не возвращается к норме, в то время как в кишечнике также высока активность катепсина Д на 5 день, однако к 30 дню возвращается к норме.

Под воздействием ионов свинца максимальная активность катепсина Д наблюдается в печени и кишечнике сеголеток карпа уже на 5 день интоксикации, а в красных и белых мышцах и головном мозге на 15, 30 дни опыта. Из литературных данных известно, что печень является органом, в котором концентрация депонирующего в них свинца особенно велика (Трахтенберг, 2002).

Первоначальное повышение активности катепсина Д в исследуемых тканях и органах, видимо, связано с лабилизацией мембран лизосом. К веществам, оказывающим лабилизирующий эффект на мембраны лизосом, относятся ионы кальция и магния, железа, неорганическая ртуть, хлорид кадмия, ацетат свинца, лизолецитин и другие продукты гидролиза липидов кислыми липазами, гормоны,

8

соли желчных кислот и др., (Строев и др., 1993; Тутельян и др., 1993; Трахтенберг и др., 1994; Choi et al., 1991; Cerynberg et al., 1992; Giri, Hollinger, 1995). Последующее снижение активности катепсина Д при длительном влиянии ионов кадмия и свинца может быть результатом стабилизации мембран лизосом (Orsi et al., 1987), однако нельзя исключить и возможность ингибирования активности катепсина Д ионами металлов (Zak et al., 1980; McKim et al., 1992).

3.2.Изменение динамики активности катепсина Д в тканях двухлеток воблы при хронической интоксикации хлоридом кадмия и ацетатом свинца.

Как показывают полученные нами результаты (рис.2) экспозиция двухлеток воблы в течении 5 суток в токсической среде с ионами кадмия и свинца активность катепсина Д в печени не отличается от контроля. В отличие от печени, в кишечнике воблы активность катепсина Д на данном этапе интоксикации ионами кадмия и свинца по отношению к контролю повышается на 46,2% и 1,9 раза соответственно (Р<0,001). В эти же сроки интоксикации активность катепсина Д в красных и белых мышцах воблы тоже повышается: в среде с ионами кадмия на 51,5% и 3,2 раза (Р<0,001), и в среде и ионами свинца на 33,3% и 2,6 раза соответственно (Р<0,01). Ионы кадмия не влияют на активность катепсина Д в головном мозге воблы, тогда как ионы свинца ее повышают на 61,9% (РОДИ).

• 5-день »15-дель 'ЗО-день 140-день

Рис.2 Изменение активности катепсина Д в тканях двухлеток воблы под влияние хлорида кадмия и ацетата свинца (в % по отношению к контролю)

При изучении динамики активности катепсина Д на 15 день эксперимента нами выявлена несколько иная тенденция: в печени воблы по отношению к контролю активность катепсина Д повышается как при воздействии кадмия -11,8% (Р<0,05), так и свинца - 17,7% (Р<0,02).

Активность катепсина Д в кишечнике воблы в эти же сроки интоксикации ионами кадмия выше контроля в 2,3 раза, а ионы свинца снижают активность катепсина Д на 38,5% (Р<0,001). В красных мышцах воблы активность катепсина Д на 15 сутки интоксикации ионами кадмия находится на уровне контроля, тогда как в белых мышцах она все еще выше контроля в 2,2 раза (Р<0,01). В эти же сроки активность катепсина Д в красных мышцах под воздействием ионов свинца снижается на 12,2%, а в белых мышцах, наоборот, повышается в 3 раза по

сравнению с контролем (Р<0,02). В головном мозге воблы, наоборот, эти токсиканты снижают активность катепсина Д в среде с ионами кадмия на 23,8%, а в среде с ионами свинца на 57%.

На 30-день интоксикации ионами кадмия активность катепсина Д в печени воблы все еще выше контроля на 21,7% (Р<0,01), а ионами свинца находится на уровне нормы (Р<0,05).

Пребывание воблы до 40-дней приводит к снижению активности катепсина Д в печени воблы на 11,8% (Р<0,05) (ионы кадмия) и на 17,6% (ионы свинца) по сравнению с контрольными значениями. Активность катепсина Д в кишечнике воблы на 30 сутки интоксикации ионами кадмия все еще выше контроля в 1,9 раза (Р<0,001), а ионы свинца снижают ее на 17,3% (Р<0,05). При пролонгировании интоксикации в среде с ионами кадмия до 40 дней активность катепсина Д в кишечнике воблы возвращается к норме, а в среде с ионами свинца продолжает снижаться (на 30,8%) по отношению к контролю (Р<0,01) (рис. 2).

Активность катепсина Д в красных мышцах воблы при 30 дневной интоксикации ионами кадмия ниже контроля на 45,4% (Р<0,01), она продолжает снижаться и к 40 дню эксперимента (на 54,2%) (Р<0,001). В белых мышцах воблы активность катепсина Д на 30 сутки выше контроля в 1,8 раза (Р<0,02). К 40 дню выше контроля на 40%.

Под воздействием ионов свинца активность катепсина Д в красных мышцах воблы (30 сутки) ниже контроля на 39,4% (Р<0,02). К 40 дню активность фермента возвращается к норме. В этих же условиях активность катепсина Д в белых мышцах на 30 день интоксикации выше нормы в 3,8 раза (Р<0,01). К 40 дню наблюдается тенденция к снижению.

На 30 сутки экспозиции воблы в водной среде с ионами кадмия активность катепсина Д в мозговой ткани ниже контрольных значений на 38,1% (Р<0,01), а в среде с ионами свинца активность данного фермента выше контроля на 33,3% (Р<0,05). Пребывание воблы до 40 дней в токсической среде с ионами кадмия и свинца приводит практически к возвращению активности катепсина Д к контрольным значениям.

Полагаем, что отмеченные нами изменения в активности катепсина Д являются определенным этапом адаптационной перестройки белкового обмена и говорит о большой лабильности тканевых белков. Увеличение активности катепсина Д, по-видимому, направлено на гидролиз и высвобождение структур клетки, поврежденных в результате пребывания рыб в среде с тяжелыми металлами. Снижение активности катепсина в отдельных случаях может быть связано с ингибирующим действием отдельных тяжелых металлов {¿ак й а1., 1980; МсКлш е1 а!., 1992).

3.3. Влияние хронической интоксикации ионами кадмия и свинца на суммарную активность нейтральных протеаз в тканях сеголеток карпа.

Нейтральные протеазы представлены ферментами, локализованными в цитозоле, и активно участвуют не только в распаде белков, но и в процессах активации различных ферментов из их предшественников. Как известно, существенный вклад в суммарную активность нейтральных протеаз вносят кальпаины. Они выполняют в разных тканях животных общие регуляторную и сигнальную

функции, и поэтому неконтролируемое повышение активности этих ферментов может иметь фатальные последствия для организма (Suzuki et al., 1988).

Действие тяжелых металлов на тканевом уровне часто сопровождается явлением цитотоксичности, связанном с гибелью клеток путем некроза или апоптоза. В этих процессах, как известно, нейтральные протеазы играют ключевую роль (Бондарева и др., 2006).

У контрольной группы карпов наибольшая САНП наблюдается в кишечнике и составляет 0,292±0,05 мкМоль/г- мин. В печеночной ткани исследуемых рыб САНП равна0,155±0,01 мкМоль/г мин, что на 47% ниже, чем в кишечнике. САНП в мозговой ткани составляет 0,071±0,008 мкМоль/г ■ мин. В красных мышцах активность фермента выше чем в белых на 7,5%.

На начальном этапе интоксикации (5 сутки) ионы кадмия и свинца не влияют на САНП в печени сеголеток карпа. В отличие от печени в кишечнике карпа САНП повышается под влиянием кадмия и свинца на 49 и 36%, по сравнению с контролем. Ионы кадмия и свинца также повышают САНП в красных мышцах на 28,3 и 26% и белых мышцах на 40,8 и 33,3% (Р<0,01). При 5 дневной интоксикации ионами кадмия и свинца в мозговой ткани сеголеток карпа наблюдается тенденция к повышению САНП (рис. 3).

Пребывание сеголеток карпа до 15 дней в токсической среде с ионами кадмия и свинца приводит к повышению САНП в печени в 2,2 и 1,6 раза по сравнению с контрольными значениями (Р<0,001). На данном этапе интоксикации САНП в кишечнике карпа повышается по отношению к контролю в 2 и 2,4 раза соответственно (Р<0,001). Повышение САНП наблюдается также в красных и белых мышцах карпа под воздействием обоих ионов тяжелых металлов. В среде с ионами кадмия у сеголеток карпа САНП в красных мышцах выше контроля в 1,8 раза, а в среде со свинцом - 1,5 раза (Р<0,001). В белых мышцах САНП в среде, как с ионов кадмия, так и свинца повышается в 1,5 раза (Р<0,001).

На 15-день интоксикации высокая суммарная активность нейтральных протеаз обнаружена для ионов кадмия в кишечнике и печени. Известно, что соединения кадмия в первую очередь влияют на желудочно-кишечный тракт и способны аккумулироваться в печени (Мартин, 1993; Grosiki et al., 2002).

красные белые ■ 5-деаь «15-день «30-деиь 140-день

160 140

f

3 1 I 1 , L -

и я I J j 1 J

1 II ■ т т L

печень кишечник мышцы моя

красные белые

■ 5-день Ч.^-день ' •ЗО-день ■40-девь

Рис.3 Изменение активности нейтральных протеаз в тканях сеголеток карпа под влияние хлорида кадмия и ацетата свинца (в % по отношению к контролю)

и

Аналогичная картина наблюдается и в мозговой ткани карпа. Пребывание их в среде с ионами кадмия и свинца до 15 дней приводит к повышению активности САНП на 50% по сравнению с контролем (Р<0,01).

При продлении сроков пребывания карпов до 30 дней в среде с ионами кадмия и свинца САНП в печени снижается по сравнению с 15 днем, но все еще выше контроля на 37,4 и 41,5% (Р<0,01). К 30 дню эксперимента САНП в кишечнике карпа выше контроля в среде с ионами кадмия в 2,2 раза, а в среде с ионами свинца в 1,9 раза (Р<0,001). Пролонгирование интоксикации до 30 суток приводит к снижению САНП в красных и белых мышцах карпа в среде с ионами кадмия на 66 и 28,6%, в среде с ионами свинца - на 38 и 46% соответственно (Р<0,01). САНП в мозговой ткани карпа в среде с ионами кадмия все еще выше контроля на 29,6 % (Р<0,05), а в среде с ионами свинца наблюдается тенденция к снижению.

К 40 дню САНП в печени карпа под воздействием ионов кадмия ниже контроля на 18,7%, а под воздействием свинца выше на 18,6% (Р<0,05). В кишечнике САНП под влиянием обоих токсикантов снижается по отношению к 30 дню, но по сравнению с контролем выше на 45 и 60% соответственно (Р<0,05). В эти же сроки эксперимента в красных мышцах сеголеток карпа наблюдается тенденция к снижению САНП в среде с ионами кадмия и свинца. В отличие от красных мышц в белых к 40 дню САНП в среде с ионами кадмия ниже контроля на 14,3%, а в среде со свинцом практически на уровне контроля. В эти же сроки интоксикации ионами кадмия и свинца наблюдается тенденция к снижению САНП в мозговой ткани сеголеток карпа.

Как видно из полученных результатов наиболее ярко выраженные изменения САНП наблюдалось в печени, кишечнике и красных мышцах сеголеток карпа при кадмиевой интоксикации и кишечнике при свинцовой интоксикации. Повышение активности нейтральных протеаз может свидетельствовать об индукции и активации ферментов, участвующих в реакциях детоксикации ксенобиотиков.

Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют о «критическом» сроке воздействия токсикантов пик которого приходится на 15 сутки эксперимента. В дальнейшем наблюдается спад суммарной активности нейтральных протеаз, который к 40 дню очень близок к контролю во всех тканях, кроме кишечника. Особенно выражено и пролонгировано действие ионов свинца на САНП в кишечнике сеголеток карпов. Известно, что соединения свинца, растворенные в воде, прежде всего, атакуют жабры и кишечник (Веп§еп, РаШ 1987).

3.4. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на суммарную активность нейтральных протеаз в тканях воблы. Также как у карпов и у воблы в контроле наиболее высокая САНП наблюдается в кишечнике - 0,476±0,05 мкМоль/г мин. В печени воблы САНП составляет 0,126±0,003мкМоль/г мин, что на 73,5% ниже, чем в кишечнике. САНП в красных мышцах воблы в контроле равна 0,026±0,005 мкМоль/г • мин. В белых мышцах и мозговой ткани САПН составляет 0,024±0,004 мкМоль/гмин.

На начальных этапах интоксикации (5 сутки) ионы кадмия и свинца повышают САНП в печени воблы на 17,5% (Р<0,02) по сравнению с контролем, а ионы свинца не влияют (рис. 4). В эти же сроки интоксикации САНП в кишечнике

12

воблы выше контроля в среде с ионами кадмия на 16,4%, и в среде с ионами свинца - на 54,8% (Р<0,02). Ионы кадмия и свинца повышают активность и в красных мышцах на 38,5 и 42,3% соответственно. На 5-день экспозиции воблы в среде с ионами кадмия и свинца наблюдается тенденция к повышению САНП в белых мышцах и в головном мозге воблы.

Влияние исследованных ионов кадмия и свинца на САНП воблы имеет тканевую специфичность. Печеночная ткань воблы по - разному, реагирует на интоксикацию ионами кадмия и свинца: влияние ионов кадмия более выражено, чем ионов свинца (рис. 4). Ионы свинца на протяжении всего эксперимента незначительно изменяют САНП по сравнению с контролем. Исключение составляет 30 сутки, когда активность ферментов повышается, хотя и незначительно (на 17,5%).

Пребывание сеголеток до 15 дней в токсической среде с ионами кадмия и свинца приводит к повышению активности САНП в печени воблы под воздействием ионов кадмия на 30,2 % (Р<0,01), а под воздействием ионов свинца на 9,6% сравнительно с контролем. На данном этапе интоксикации ионами кадмия и свинца САНП повышается так же и в кишечнике исследуемых рыб. Повышение активности САНП наблюдается также в красных и белых мышцах воблы под воздействием обоих ионов кадмия в 1,5 раза и свинца в 2 раза (Р<0,01). Аналогичная картина наблюдается и в мозговой ткани воблы. Пребывание их в среде с ионами кадмия и свинца до 15 дней приводит к повышению активности САНП на 66,7 и 50% соответственно по сравнению с контролем (Р<0,02).

При продлении сроков пребывания воблы до 30 дней в среде с ионами кадмия и свинца САНП в печени продолжает повышаться под воздействием обоих ионов тяжелых металлов. В среде с ионами кадмия она выше контроля на 39,7%, а в среде с ионами свинца на 17,5% (Р<0,001).

печень кишечник мышцы мог

красные белые

15-день »15-день <30-деш> ЧО-день

./.250

красные

■ 5-день ■ 15-декь <30-;

■40-день

Рис.4 Изменение активности нейтральных протеаз в тканях двухлеток воблы под влияние хлорида кадмия и ацетата свинца (в % по отношению к контролю)

К 30 дню эксперимента САНП в кишечнике воблы в 2 раза выше контроля как в среде с кадмием, так и со свинцом (Р<0,01). САНП в красных и белых мышцах воблы под воздействием ионов кадмия выше контроля в 2 и 1,5 раза (Р<0,05). В этот же период интоксикации САНП в красных мышцах в среде с ионами свинца снижается на 46% (Р<0,01), тогда как в белых мышцах она

повышается в 2,6 раза (Р<0,02). У воблы активность САНП в головном мозге под влиянием ионов кадмия и свинца повышается в 2 и 2,5 раза относительно контроля (Р<0,001).

Пребывание воблы до 40 дней в среде с ионами обоих тяжелых металлов приводит к снижению САНП во всех тканях по отношению к 30 дню, за исключением белых мышц в которых, САНП продолжает повышаться на 40 день интоксикации (выше контроля в 2 и 3 раза соответственно) (Р<0,001). В белых мышцах воблы динамика САНП под влиянием ионов кадмия и свинца схожа, однако значения САНП в случае воздействия ионов свинца на 40 день в 2 раза выше, чем кадмия. САНП в мозговой ткани также повышается в обоих случаях интоксикации, и наибольших значений достигает к 30 дню (Р<0,02).

Известно, что у рыб на долю белых мышц приходится 70% от общей массы скелетных мышц (Иванов, 2003). В связи с этим они наиболее подвержены повреждению под воздействием токсикантов. Увеличение САНП в пораженных мышцах воблы может быть отражением усиления протеолиза миофибриллярных белков. Мышечная ткань богата кальцием, следовательно, Са 2+-зависимый протеолиз, который вносит основной вклад в САНП, имеет большое значение в жизнедеятельности мышечных клеток. Содержание внутриклеточного кальция обычно увеличивается при миодистрофиях различного рода (Немова, 1996). Вполне вероятно, что повышение концентрации кальция вызывает активацию кальпаинов, которые инициируют миофибриллярную дегенерацию, разрушая Ъ-диски. Фрагменты миофибрилл затем деградируются другими протеазами, скорее всего лизосомальным путем фагоцитоза (Немова, 2004).

3.5. Содержание общего белка в тканях сеголеток карпа при хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца. Содержание белков подвергается изменениям в тканях карпа уже на начальном этапе интоксикации. Так, если у контрольных рыб в печени содержание общего белка составляет 31,05±1,1 мг/г влажной ткани, то на 5-й день пребывание карпов в среде с ионами кадмия приводит к снижению его количества до 17,8±1,1 мг/г влажной ткани, что ниже контроля на 42,7%,а в среде с ионами свинца она не отличается от контроля. В кишечнике белок снижается с 26,05±1,7 мг/г влажной ткани (в контроле) до 10,4±0,7 мг/г влажной ткани (5-й день эксперимента), т.е. на 60 и 18,6% как в среде с ионами кадмия, так и свинца. В красных и белых мышцах в контроле белок составляет 30,2±0,5 и 24,7±0,6 мг/г влажной ткани. При 5 дневной интоксикации ионами кадмия и свинца она снижается в красных мышцах на 42,4 и 9,3%, а в белых - на 34,8 и 15,4%. В мозговой ткани в контроле белок равен 34,3±0,6 мг/г влажной ткани. На данном этапе интоксикации количество белка в мозге сеголеток карпа снижается в среде с ионами кадмия на 31,8 %, а в среде с ионами свинца не отличается от контроля.

На 15 день эксперимента в среде с ионами кадмия количество белка в печени и кишечнике все еще ниже контроля на 33,6 и 40,9%, а в среде с ионами свинца практически не отличается от контроля. В красных и белых мышцах карпа белок продолжает снижаться и составляет в среде с ионами кадмия 58,3 и 46,9% соответственно. В тоже время в среде с ионами свинца белок в красных мышцах не отличается от контроля, а в белых мышцах ниже контроля на 13,4%. В

мозговой ткани рыб количество белка тоже ниже контроля в среде с кадмием на 36,4%.

Пребывание карпов в токсической среде с ионами кадмия до 30 дней в печени и кишечнике количество общего белка не отличается по сравнению с контролем. В красных мышцах белок ниже контроля на 26,8%. В эти же сроки интоксикации количество общего белка в белых мышцах и мозговой ткани все еще ниже контроля на 20,6 и 31,8% соответственно.

Под воздействием ионов свинца на 30 день эксперимента в печени, кишечнике, красных мышцах и мозговой ткани карпа белок практически на уровне нормы, а в белых мышцах он ниже контроля на 12 %.

% зо 20 ю о -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70

Рис.5 Содержание белка в тканях сеголеток карпа при хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца (в % к контролю): 1-5 день, 2-15 день,3 - 30 день, 4-40 день

К 40 дню эксперимента количество белка под воздействием кадмия и свинца выше контроля в печени и кишечнике на 19,8 и 16,7%, а под воздействием ионов свинца наблюдается лишь тенденция к повышению.

На данном этапе интоксикации кадмием в красных и белых мышцах и мозговой ткани белок ниже контроля. В эти сроки интоксикации в среде с ионами свинца в красных мышцах белок все еще выше контроля, а в белых мышцах и мозговой ткани белок повышается по сравнению с 30 днем эксперимента, но по сравнению с контрольными значениями ниже (рис. 5).

Таким образом, начальная стадия пребывания сеголеток карпа в водной среде с ионами свинца до 5 суток характеризуется разнонаправленными изменениями в зависимости от типа ткани и длительности экспозиции. В печени и кишечнике карпов максимальное снижение белка наблюдается на 5 день экспозиции в токсической среде, а в красных, белых мышцах и в мозговой ткани белок продолжает снижаться и на 15 день эксперимента. К 30 дню интоксикации кадмием наблюдается тенденция к повышению содержания белка во всех тканях. В печени и кишечнике рыб на 40 сутки белок выше контрольных значений, а в остальных тканях остается ниже контроля. В отличие от ионов кадмия ионы свинца практически не влияют на содержание белка в тканях карпов.

Снижения содержания белка в тканях сеголеток карпа при интоксикации хлоридом кадмия и ацетатом свинца может свидетельствовать об интенсификации использования белков для активации защитных реакций организма. Повышение

15

белка в отдельных случаях может быть связано с усилением синтеза различных стрессовых белков и металлотионеинов - биомаркеров на присутствие тяжелых металлов.

3.5.1. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на фракционный состав белков печени, почек, красных и белых мышц сеголеток карпа.

Учитывая важную роль белков в метаболизме рыб, росте и развитии, а также в адаптации представлялось интересным исследование фракционного состав тканевых белков сеголеток карпа при интоксикации кадмием и свинцом.

При хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца в течение 5-, 15-, 30-, 40-дней наблюдались существенные изменения в распределении белковых фракций в исследованных тканях карпа. У контрольных рыб в печени, почках, красных и белых мышцах содержание альбуминов составило 40,5 %, 35,6%, 30,0% и 38,0% от общего белка, а глобулинов 59,5%, 64,4%,70,0% и 61,5% соответственно (рис. 6).

Содержание альбуминов во многих тканях коррелирует со снижением общего количества белка. Так, в печени и почках в среде с ионами кадмия содержание альбуминов прогрессивно снижается на протяжении всего опыта, причем наиболее выражена эта тенденция в печени на 15-й день и в почках на 30-й день опыта (содержание альбуминов ниже на 1,4 и 1,8 раза соответственно по отношению к контролю). В мышцах иная тенденция в содержании альбуминов. В красных мышцах сеголеток карпа наблюдается повышение альбуминов на протяжении всего эксперимента, а в белых мышцах на 5-й и 15-й день содержание альбуминов ниже контроля на 23,7% и 13,1% соответственно, к 30-дню практически на уровне контроля, а уже к 40-му дню наблюдается тенденция к повышению.

Полученные данные о резком снижении альбуминовой фракции являются показателем функционального состояния печени, где осуществляется синтез альбуминов, а также процессы детоксикации ксенобиотиков. При этом повышение концентрации глобулинов может быть следствием понижения скорости их распада. В то же время под воздействием хлорида кадмия глобулиновая фракция претерпевает изменения в сторону повышения. В печеночной и почечной ткани карпа содержание глобулинов выше контроля на протяжении всего эксперимента, и наиболее выражено это повышение в печени на 15-й (17,5 %), а в почках на 30-й день (25,8%). В белых мышцах на начальных этапах также отмечено повышение содержания глобулинов с последующим снижением к концу опыта до уровня контроля, тогда как в красной мышечной ткани их количество снижается на протяжении всего эксперимента и на 30-й день составляет 64,4% (по отношению к общему белку), что на 8% ниже контроля. Из полученных результатов можно заключить, что наиболее значительные изменения в содержании белковых фракций были отмечены на 5-й, 15-й и 30-й дни исследования.

В этот период во всех органах, наблюдается наиболее выраженное понижение альбуминов, что, вероятно, связано с расходом белка на усиление защитных свойств организма. Хроническое воздействие ацетата свинца приводит к иной тенденции в распределении белковых фракций тканей сеголеток карпа. В печени в среде со свинцом содержание альбуминов выше во все дни

16

эксперимента. Пик роста альбуминов приходится на 15-й день (выше контроля 15,3%). В это же время содержание общих глобулинов снижается по сравнению с контролем. В почках такая же тенденция, как и при кадмиевой интоксикации, т. е. содержание альбуминов ниже контроля и на 30-й день (46,6%).

зо 20 ю о ■ю -20 -30 -40 -50 -60

s

г

Пч Поч Км £и Глобулины-

Пч—От_Км_

АмЛуяаиш

■ 5-йдень >15-йдень "ЗО-йдень Я40-Г1деь

J я

ь ___ 1 ».L

1 ГГ '

Глобулины

Лч—Л "< Км Бм- бХ'МНИЫ

■ 5-йдень "К-йдень «30-йдень ■40-йдень

Рис.6 Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на фракционный состав тканевых белков сеголеток карпа (в % к контролю): li-5: день, 2—15 день,3 - 30 день, 4-40 день

В белых и красных мышцах карпов в среде с ионами свинца наблюдается снижение альбуминов уже на 5-й день, причем в красных мышцах снижение продолжалось и на 15-день день эксперимента. А к 40-му дню количество альбуминов в белых мышцах возвращается к норме, в красных все еще ниже контроля.

Глобулиновая фракция также претерпевает изменения в обоих типах мышц, причем в сторону повышения. В белых мышцах максимальное повышение общих глобулинов приходится на 5-й день интоксикации (выше контроля на 18,7%), а уже с 15 дня идет снижение глобулинов и к 40-му дню их содержание практически на уровне контрольных значений. В красных мышцах в отличие от белых повышение глобулинов продолжается и на 15-й день опыта (выше на 13,6% относительно контроля). Остальные дни эксперимента (30-й и 40-й дни) содержание глобулинов снижается по отношению к 15 дню, но остаются выше по отношению к контролю.

Известно, что в альбуминовую фракцию входят основные резервные белки, за счет которых происходит относительное выравнивание белкового баланса, связанного с энергетическими затратами. Снижение уровня альбуминов в тканевых белках, появление высокомолекулярных глобулинов установлено при длительной мышечной работе у карповых, в условиях нефтяного загрязнения у личинок кутума (Курбанова, 2003), при нитратной интоксикации у сеголеток кутума и личинок русского осетра (Шахназарова, 2005).

Из полученных данных следует, что при действии на сеголеток карпа хлорида кадмия и ацетата свинца происходят изменение, как в содержании общего белка, так и в процентном содержании белковых фракций, а также в их соотношении (о чем может свидетельствовать вариации A/G индекса). Учитывая важность белкового обмена в поддержании нормального уровня жизнедеятельности в организме рыб, можно предположить последствия

хронического действия ионов кадмия и свинца: нарушение коллоидно-осмотического давления, транспорта ряда веществ, изменение аминокислотного состава белков, ослабление защитных свойств организма и т.д., что в конечном итоге может привести к патологическим изменениям, несовместимым с жизнью. Относительная стабилизация процентного содержания отдельных белков к концу эксперимента, вероятно, связана с постстрессовой активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков и с адаптацией рыб к продолжительному действию токсиканта.

3.6. Содержание общего белка в тканях двухлеток воблы при хроническом воздействии ионов кадмия и свинца. На начальном этапе интоксикации кадмием и свинцом наблюдается тенденция к снижению общего белка во всех тканях воблы (рис.7).

Так, если у контрольных рыб в печени содержание общего белка составляет 41,2 + 0,8 мг/г влажной ткани, то на 5 день опыта в среде с ионами кадмия наблюдается его снижение до 36,5 + 0,7 мг/г влажной ткани, что достоверно, ниже контроля на 11,5% , а в среде с ионами свинца, ниже контроля на 18,5% (таб.7). В кишечнике воблы белок также ниже контроля как в среде с кадмием, так и со свинцом на 10,5 и 31,7% соответственно. Снижается белок в красных и белых мышцах под воздействием кадмия на 20 и 10%, а под воздействием свинца на 9 и 17,5% соответственно контроля. В мозговой ткани белок ниже контроля в среде с ионами кадмия на 30,1%, а в среде со свинцом на 19,2%.

воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца (в % к контролю): 1 - 5 день, 2-15 день,3 - 30 день, 4-40 день

Тенденция к снижению сохраняется и к 15 дню эксперимента. Под воздействием ионов кадмия и свинца в печени воблы белок ниже контроля на 27%. В красных и белых мышцах в среде с ионами кадмия белок ниже по сравнению с контролем на 31,3 и 13,4%, а в среде со свинцом на 20%. В эти же сроки интоксикации кадмием и свинцом белок ниже контроля в мозговой ткани на 25,1 и 16,4% соответственно.

Пролонгирование воблы до 30 дней в среде с ионами кадмия приводит к дальнейшему снижению белка во всех тканях воблы, кроме красных мышц, где наблюдается небольшое его повышение, но по сравнению с контролем ниже на

28,3%- На данном этапе интоксикации ионами свинца белок в печени и кишечнике ниже контроля на 21 и 16%. В красных и белых мышцах, а также в мозговой ткани воблы происходит дальнейшее снижение белка на 26,4, 49,7 и 43,2% соответственно. К 40 дню эксперимента в среде с токсикантами количество белка не возвращается к норме она все еще ниже контроля во всех исследованных тканях воблы.

Значительное снижение белка во всех тканях при интоксикации ионами кадмия и свинца наблюдаемое на протяжении всего эксперимента является, видимо, результатом нарушения физико-химической структуры белковых молекул и повышением их атакуемости внутриклеточными протеиназами.

3.6.1. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на фракционный состав белков печени, почек, красных и белых мышц воблы. Полученные нами результаты по динамике содержания белковых фракций в тканях воблы под влиянием кадмия и свинца представлены на рис.8. У контрольных рыб доля альбуминов в печени составила 43,8%, в почках 34,0%, в красных и белых мышцах 29,0% и 37,4% соответственно от содержания общего белка.

На 5-е сутки воздействия хлорида кадмия уровень фракции альбуминов снижался во всех исследованных тканях. В печени содержание альбуминов ниже контроля на 19,9%, в почках 26,5%, в красных и белых мышцах 47,2% и 30,0%. В то же время уровень глобулинов во всех тканях увеличивается по сравнению с контролем.

На 15-й сутки пребывания воблы в среде с кадмием происходило дальнейшее снижение альбуминов в печени на 38,1%, в почках на 41,1%, в красных и белых мышцах 27,9% и 32,5%. В то же время уровень глобулинов повышается, и составляет в печени 29,7%, в почках 21,2%, красных и белых мышцах 11,9% и 19,5% по сравнению с контролем.

При дальнейшем пребывании рыб в среде с хлоридом кадмия (30 и 40-дни) наблюдаемые изменения в соотношениях белковых фракций во всех тканях воблы сохраняются и углубляются, т. е. альбумины снижаются, а глобулины повышаются.

Альбумины

■ 5-йдень ■ 15-й день 130-йдень 140-й день

1

1 1 ,

1 1 И

14 1 » 1 г-

1

1 Г Пч Поч Км Ей

1 Глобулины

Пч Па Км Ей

Альбумшш ■ 5-11декь ■ 15-Лзень

вЗО-йдень ■40-Ядень

Рис.8 Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на фракционный состав тканевых белков воблы (в % к контролю)

Как видно из полученных результатов на протяжении всего эксперимента происходило снижение уровня альбуминов и повышение общих глобулинов во всех исследованных тканях воблы. Следствием снижения уровня альбуминов в тканях при интоксикации кадмием, возможно, является нарушение транспортных процессов и коллоидно-осмотических свойств клетки. Другой особенностью интоксикации рыб хлоридом кадмия является повышение глобулинов в печени, почках и мышцах. Следствием такого явления может быть возрастание иммуноглобулинов со свойствами антител, что свидетельствует об антигенной активности хлорида кадмия в организме (Ткачук, 2004).

Наблюдаемые изменения на начальных стадиях воздействия хлорида кадмия могут носить защитный компенсаторный характер. В последующем при пролонгировании действия патогенного агента до 30 и 40 суток эти изменения могут отражать развивающую патологическую реакцию.

Воздействия ацетата свинца также вызывает существенные изменения в содержании белковых фракций и в их соотношениях. Пребывание рыб в течение 5 дней в среде со свинцом (рис.8) уже приводило к изменению распределения белковых фракций. При этом в печени и почках имели место разнонаправленные изменения. В печени наблюдалась тенденция к повышению уровня альбуминовой фракции, тогда как в почках он снижался на 23,5% по сравнению с контролем. В красных и белых мышцах тоже происходит снижение альбуминов на 5,6% и 19,5% соответственно по сравнению с контролем.

Глобулиновая фракция также претерпевает изменения в исследованных тканях воблы. Причем эти изменения носят разнонаправленный характер. В печени содержание глобулинов ниже контроля во все дни эксперимента. Максимальное снижение наблюдается на 15-й день и составляет 20,5% от контроля. А в почках, красных и белых мышцах в отличие от печени уровень глобулинов повышается по сравнению с контролем. Наиболее выраженное повышение общих глобулинов в почках и на 15-й день составило 31,5%, в красных мышцах повышение незначительное, а в белых — 10,2% по сравнению с контролем.

На 15-й день пребывания воблы в среде с ионами свинца доля альбуминов в печени увеличивалась на 27,9% по отношению к контролю. На 30-е сутки содержание альбуминов все еще выше контроля на 11,1%, а уже на 40-е их содержание ниже контроля на 7,8%. В почках же в эти сроки интоксикации ионами свинца доля альбуминов снижалась во все дни (15-й, 15-й) эксперимента, и на 40-е сутки ниже контроля на 42,7%. Такая же тенденция, как и в почках, наблюдается в красных и белых мышцах воблы. Наиболее выраженное снижение альбуминов в белых мышцах приходится на 15-й день (29,7%), а в красных снижение незначительное и к концу эксперимента (40-й день) практически восстанавливается до уровня контроля.

Таким образом, из полученных данных можно сделать вывод о разнонаправленности изменений соотношения альбуминовой и глобулиновых фракций в тканях воблы при длительной их интоксикации ионами свинца. Обнаруженные нами различия в тканях, очевидно, связаны с различными функциями, которые выполняет каждый из изученных органов и активацией различных процессов для реализации адаптивных и защитных свойств организма рыб к действию токсических веществ.

выводы

1. Впервые проведенный цикл лабораторных исследований по адаптивным изменениям, происходящих в различных органах на разных уровнях жизни карповых рыб под воздействием солей кадмия и свинца для диагностики метаболических нарушений на ранних этапах интоксикации и оценки устойчивости организмов к токсическому воздействию позволил установить, что влияние тяжелых металлов на активность катепсина Д и нейтральных протеаз в тканях рыб имеет тканевую и видовую специфичность: у карпа активность катепсина Д наиболее повышена в красных и белых мышцах; у воблы - в кишечнике и белых мышцах. Пик активности приходится на 5 -15 дни нахождения рыб в токсической среде.

2. САНП в тканях карпа при интоксикации ионами кадмия и свинца имеет тканевую специфичность. По активность ткани располагаются в следующую последовательность, кадмий: печень —* кишечник —> красные мышцы —» белые мышцы —> мозг; свинец: кишечник —* белые мышцы —> печень —► красные мышцы —* мозг. Пик активности суммарных нейтральных протеаз тканей карпа и воблы приходится на 15 и 30 дни эксперимента, за исключением белых мышц воблы.

3. Выявлено, что присутствие в водной среде кадмия и свинца приводит к снижению содержании общего белка, уменьшению доли альбуминов и повышению глобулинов сопровождающееся падением соотношения альбумин/глобулины ниже контрольных значений, за исключением печени и кишечника сеголеток карпа и печени воблы, где уровень глобулинов выше, чем альбуминов. Эти изменения можно рассматривать как неспецифические, вызванные перестройками процессов метаболизма адаптивные реакции на изменяющиеся условия среды.

4. Динамика изменения активности ферментов белкового распада в тканях рыб более выражены при кадмиевой интоксикации, чем свинцовой, что говорит о высокой токсичности кадмия для исследованных видов рыб.

5. Результаты исследований показали, что активность протеолитических ферментов может, служит важным информативным материалом для оценки нарушений метаболизма у гидробионтов, наблюдаемых на организменном уровне под действием тяжелых металлов и основанием использования их в качестве дополнительных биотестов для комплексного экологического мониторинга водных экосистем.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ КУРБАНОВОЙ (ИСМАИЛОВОЙ) С.И.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Исмаилова, С.И. Влияние нефти, бурового раствора и тяжелых металлов на кислую пептид-гидролазную активность скелетных мышц рыб / С.И. Исмаилова, И.К. Курбанова, А.Р. Исуев, Д.Н. Магомедгаджиевна // Изв. Самарского научного центра Рос. академии наук. Самара. - 2009. - Т. 11, № 1(2).-С.53 -55.

2. Исмаилова, С.И. Активность протеолитических ферментов в органах и тканях воблы (Rutilus rutilus caspicus) / С.И. Исмаилова, А.Р. Исуев, П.М. Нурмагомедова Токсикологический вестник. - Москва. - 2011. - № 3-С. 29 -32.

3. Курбанова, С.И. Динамика содержание общего белка в тканях сеголеток карпа при хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца / С.И. Курбанова, Н.И. Рабазанов, П.М. Нурмагомедова «Вестник ДГУ». Махачкала ИПЦ ДГУ, - 2012. - Вып. 6. - С. 224 - 227.

4. Курбанова, С.И. Протеолитическая активность тканей карпа и воблы под влиянием хлорида кадмия / С.И. Курбанова, Н.И. Рабазанов, П.М. Нурмагомедова, З.М. Магомедова, М.М. Магомедова Юг России: экология, развитие.-2013. №1.-С.62-66.

Статьи в других публикациях:

5. Исмаилова, С.И. Активность кислых и нейтральных протеиназ на ранних этапах онтогенеза бестера / С.И. Исмаилова, А.Р. Исуев, П.М. Нурмагомедова // Труды международной научной конференции «Современные проблемы адаптации и биоразнообразия». - Махачкала: ИПЦ ДГУ, 2006. - С. 147.

6. Исмаилова, С.И. Влияние ионов кадмия и свинца на активность катепсина Д в тканях воблы (Rutilus rutilus) / С.И. Исмаилова, П.М. Нурмагомедова, А.Р. Исуев // Труды международной научной конференции «Молекулярные механизмы адаптации»,- Махачкала: ИПЦ ДГУ, 2008. - С. 32 -35.

7. Исмаилова, С.И. Влияние ацатата свинца на активность нейтральных протеазы и катепсина Д в печени и скелетных мышцах сеголеток карпа (Cyprinus carpio L.) / С.И. Исмаилова, А.Р. Исуев // XIV Международная научно-практическая конференция «Экология и жизнь». - Пенза. - 2008. - С. 80- 82.

8. Исуев, А.Р. Влияние ионов кадмия и свинца на активность нейтральных протеаз в печени и кишечнике воблы (Rutilus rutilus caspicus) / А.Р. Исуев, С.И. Исмаилова // Научные труды II Съезда физиологов СНГ. - Кишинев, Молдова. -2008.-С. 258.

9. Исмаилова, С.И. Влияние ионов кадмия на активность катепсина Д в тканях сеголеток карпа / С.И. Исмаилова // IV Всероссийская научно-практическая конференция «Мониторинг природных экосистем». - Пенза. —2010. - С. 82-84.

10. Курбанова, С.И. Изменение активности катепсина Д в тканях карпа под влиянием тяжелых металлов / С.И. Курбанова, П.М. Нурмагомедова, Н.И. Рабазанов «Успехи современного естествознания» - Москва. - 2012. №1.-С. 43-45.

11. Курбанова, С.И. Содержание общего белка в тканях воблы при хроническом воздействии солей тяжелых металлов / С.И. Курбанова // Научно-практическая конференция с международным участием «Интенсивная аквакультура на современном этапе развития». - Махачкала. -2013.-С. 92 -95.

Подписано в печать 27.08.2013г. Формат 60x841,16. Печать ризографная. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. п. л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательско-типографском участке ИПЭ РД Дахадаева21. Тел.: 8-988-2919-920

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Курбанова, Сабият Исмаиловна, Махачкала

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «;ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201 451 149

КУРБАНОВА САБИЯТ ИСМАИЛОВНА

АДАПТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНАХ КАРПОВЫХ РЫБ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЖИЗНИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СОЛЕЙ

ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальность 03.02.08 - экология (биологические науки)

03.02.06 - ихтиология (биологические науки)

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, Рабазанов Н.И.

Научный консультант: кандидат биологических наук, доцент Нурмагомедова И.М.

Махачкала 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ МЕТАБОЛИЗМА ГИДРОБИОНТОВ 11

1.1. Загрязнение водной среды кадмием и свинцом 11

1.2. Накопление тяжелых металлов в организме рыб 16

1.3.Молекулярные и клеточные механизмы токсического воздействия тяжелых металлов 23

1.4. Лизосомальный путь распада белков 29

1.5. Участие лизосом в механизмах защиты и повреждения клеток тяжелыми металлами 32

1.6 Нелизосомальный путь распада белков 36

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 41

2.1. Объект исследования 41

2.2. Постановка эксперимента 41

2.2.1. Условия содержания рыб 41

2.2.2. Условия интоксикации водной среды и

проведение анализов 42

2.3. Биохимические методы исследования 42

2.3.1. Определение активности катепсина Д 42

2.3.2. Определение суммарной активности

нейтральных протеаз 44

2.3.3. Определение общего белка по Лоури 45

2.3.4. Определение белковых фракций турбидиметрический (нефелометрическим) методом 47

2.4. Статистическая обработка данных 48

ГЛАВА 3. АДАПТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНАХ КАРПОВЫХ РЫБ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЖИЗНИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 50

3.1. Изменение динамики активности катепсина Д в тканях сеголеток карпа под воздействием хлорида

кадмия и ацетата свинца 50

3.2. Изменение динамики активности катепсина Д в тканях двухлеток воблы при хронической интоксикации хлоридом кадмия и ацетатом свинца 56

3.3. Влияние хронической интоксикации ионами кадмия и свинца на суммарную активность нейтральных протеаз в тканях сеголеток карпа 60

1 л

3.4. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца па суммарную активность нейтральных протеаз в

тканях воблы 65

3.5. Содержание общего белка в тканях сеголеток карна при хроническом воздействии хлорида

кадмия и ацетата свинца 69

3.5.1. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на

фракционный состав белков печени, почек, красных и белых мышц сеголеток карпа. 74

3.6. Содержание общего белка в тканях двухлеток воблы при хроническом воздействии ионов

кадмия и свинца 81

3.6.1. Влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на фракционный состав белков печени, почек, красных и белых мышц воблы. 85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93

ВЫВОДЫ 97

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 99

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота

А1/Г - алапинаминотрансфераза

АСТ - аспартатаминотрансфераза

А/в - альбумино-глобулиновый индекс

ГП - глутатионпероксидаза

ГЭБ - гематоэнцсфалитическтй барьер

ДОК - допустимо-остаточная концентрация

МДА - малоновый диальдегид

ММР - магриксные металлоиротеиназы

ПДК - предельно- допустимая концентрация

ПОЛ - нерекисное окисление липидов

СОД - супероксиддисмутаза

ТХУ - трихлоруксусная кислота

ЦПС - центральная нервная система

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Развитие промышленности, энергетики, транспорта, широкое применение химических средств в сельском хозяйстве, несовершенство очистных сооружений и другие причины приводят к прогрессирующему загрязнению водной среды и нарушению условий обитания рыб и других гидробионтов. Водные экосистемы большинства регионов нашей страны в очень критическом состоянии.

Бесконтрольный сброс в водоемы токсикантов приводит к сокращению кормовой базы, гибели молоди рыб, ухудшению и ограничению вылупляемо-сти икры, миграции и сокращению нерестилищ. В итоге все это приводит к уменьшению промысловых запасов и качества добываемой и разводимой рыбы (Савваитова и др., 1995; Руднева, 2006).

Среди загрязнителей водных экосистем первое место занимают тяжелые металлы (Леонова, 2004). Из них наиболее токсичными являются кадмий и свинец.

При изучении водных экосистем большой интерес исследователей к тяжелым металлам, не случаен. Во-первых, многие соединения этих металлов являются катализаторами протекающих в организмах биохимических процессов. Во-вторых - эти же соединения в более высоких концентрациях оказывают на гидробионты негативное влияние, которое приводит к нарушению гомеостаза на всех уровнях - от молекулярного до организмеиного (Ллабастер и др., 1994, Лишгак и др., 1997).

Находясь в природных водах даже в малых концентрациях, тяжелые металлы оказывают на водные организмы токсическое воздействие и приводят к поражению физиологических систем. При этом наряду с возможной гибелью организмов наблюдается снижение плодовитости, что отражается на воспроизводстве биологических ресурсов. В связи с этим, возникает реальная у!роза нарушения равновесия водных экосистем и, в первую очередь имеющих рыбохозяйственное значение (Иванов и др., 1997, Малахова, 1998).

В биоценозах водных экосистем рыбы занимают верхний трофический уровень и, как нижележащие уровни ее, играют исключительно важную роль в поведении тяжелых металлов. Основными «воротами» попадания в организм и местами накопления тяжелых металлов являются дыхательная пищеварительная и выделительная системы; кроме того происходит накопление их в кожных покровах, мышцах, скелете и селезенке (Решетников и др., 1999).

Тяжелые металлы аккумулируясь в тканях и включаясь в пищевые цепи гидробионтов оказывают существенное влияние на физиолого-биохимические показатели рыб, обладают канцерогенными, гонадо- и эм-бриотоксичными свойствами (Нефедова и др., 2007).

Механизм действия тяжелых металлов основан на их способности образовывать в живых тканях прочные связи с серосодержащими лигандами, источником которых могут быть белки и низкомолекулярные гиолы (Коновалов, 1992).

Тяжелые металлы снижают активность металлоферментов, нарушая при этом многие метаболические процессы, изменяют соотношение форменных элементов крови, проницаемость мембран, ипгибируют окислительное фосфорилирование, синтез нуклеиновых кислот, белков (Сидоров, 1983; Пименовский, 1997; Будников, 1998; Алиновская, 2001; 2006).

В связи с этим для раскрытия механизмов, наблюдаемых деградацион-ных изменений в организмах, и популяциях рыб возникает необходимость в ранней, быстрой и наиболее интегральной информации о загрязнении водной среды тяжелыми металлами и биологическом ответе организмов на нее. Наиболее значимы при этом биохимические исследования воздействия тяжелых металлов на гидробионты, особенно на промысловые виды рыб. Преимуществом использования биохимических параметров является почти мгновенная их реакция на ухудшение состояния морских акваторий, а также возможность комплексной оценки загрязнения (ЭаЫЬоГГ, 2004; Руднева, 2006, Мензорова, Рассказов, 2007, Рощина, 2010).

Биохимические методы позволяют глубже понять механизмы адаптации на молекулярном уровне в ответ на быстрое воздействие стрессовых факторов, по сдвигам в звеньях обменных процессов задолго до появления морфологических, физиологических и других отклонений от нормы (Lam, 2001).

В литературе накопилось много сведений об избирательной аккумуляции тяжелых металлов в различных органах рыб (Латковская, 2000; Хомен-чук и др., 2000, 2010; Попов и др., 2002; Базарсадуева, 2012). Однако их влияние на обмен веществ во внутренних органах слабо изучено. Знание особенностей воздействия токсикантов на рыб представляет интерес для оценки опасности тех или иных загрязнителей водной среды для человека (Касумян, 2001).

В связи с этим, одной из актуальных проблем последних лет является поиск методов оценки влияния различных токсических веществ на внутренние водоемы и поиск маркеров на состояние гидробионтов, их заселяющих (Руднева, 2005).

Наиболее быстрыми и эффективными тестами позволяющими провести раннюю диагностику изменений в живых организмах под воздействием токсикантов могут служить процессы тканевого обмена веществ (Пемова, Высоцкая 2004). Система протеолитических ферментов, является одним из основных инструментов в механизмах клеточной защиты при влиянии токсических факторов среды (Немова, 2001; Немова, Высоцкая, 2004; Высоцкая, Не-мова, 2008). Протеолитические ферменты действуют на первом, ключевом этапе мобилизации белковых резервов клетки, и поэтому их роль в механизмах биохимических адаптаций невозможно переоценить. Весьма чувствительными индикаторами па изменение экологической обстановки являются ферменты лизосом (Немова, Высоцкая, 2004). Система лизосомальных ферментов на 90% представлена катепсииами, что имеет значение для адаптации белкового состава клеток к изменяющимся условиям в окружающей среде (Дингл, 1980).

Реакция белкового обмена рыб на токсическое воздействие разной этиологии, недостаточно изучено. Поэтому исследование характера изменения показателей белкового обмена при воздействии тяжелых металлов весьма актуальны для прогнозирования последствий загрязнения тяжелыми металлами водных экосистем, а также для ранней диагностики и проведения эффективных природоохранных мероприятий в рыбохозяйственных водоемах.

Цель и задачи исследования. Цель исследований - изучить адаптивные изменения, происходящие в различных органах и разных уровнях жизни под воздействием солей тяжелых металлов. Задачи исследований - изучить:

1. динамику активности катепсина Д в печени, кишечнике, скелетных мышцах и головном мозге карпа и воблы под воздействием хлорида кадмия и ацетата свинца.

2. динамику активности суммарных нейтральных протеаз в печени, кишечнике, скелетных мышцах и головном мозге карпа и воблы под воздействием хлорида кадмия и ацетата свинца.

3. влияние хлорида кадмия и ацетата свинца на изменение содержание белка в тканях карпа и воблы.

4. фракционный состав белков тканей карпа и воблы при хронической интоксикации ионами кадмия и свинца.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Загрязнение водоемов солями тяжелых металлов вызывает изменение активности прогеолитических ферментов, и может, служит индикатором состояния белков в тканях организма гидробионтов на ранних этапах интоксикации.

2. Изученные тяжелые металлы как загрязнители водной среды обладают видоснсцифическим и ткаиесисцифическим действием.

3. Определение активности протеолитических ферментов может служить тестом для ранней диагностики изменений в структуре клеточных мембран и белковых молекул, что дает возможность оценки метаболических нарушений на ранних стадиях патологического процесса.

4. Полученные в ходе работы результаты и примененные методики могут быть использованы для мониторинга природных водоемов с целью выявления последствий влияния тяжелых металлов на рыб до наступления явных патологических изменений.

Научная новизна. Впервые изучены адаптивные изменения различных органов и тканей рыб при длительном хроническом воздействии хлорида кадмия и ацетата свинца. В работе впервые выявлена тканевая и видовая специфичность в активности этих ферментов распада белков на хроническое воздействие ионов кадмия и свинца. Показано снижение содержания общего белка во всех тканях сеголеток карпа 5, 15, 30 дни исследования, а у воблы на протяжении всего эксперимента. Выявлена также тканевая и видовая специфичность в изменение соотношения белковых фракций в печени, почках, красных и белых мышцах карпа и воблы. Изменение распределения фракций альбуминов и глобулинов в исследованных тканях рыб приводило к нарушению соотношения между ними А/в - индекса.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволяют сформировать целостное представление о защитной роли нротеаз в развитии ответной реакции гидробионтов на действие тяжелых металлов. Полученные данные служат важным информативным материалом для оценки нарушений, наблюдаемых на организменном уровне гидробионтов и основанием для использования показателей протеолитических ферментов рыб в качестве дополнительных биотестов, для биохимического и эколого-токсикологического мониторинга водных экосистем. Результаты могут быть использованы для прогнозирования и предотвращения загрязнения вод Каспийского моря тяжелыми металлами, при разработке рекомендаций по воспроизводству, охране и рациональному использованию биоресурсов, и в конечном итоге - для сохранения водных экосистем и здоровья человека.

Результаты работы используются при чтении спецкурсов «Экологическая биохимия» и «Распад белков» на отделении «Биохимия» и спецкурсов «Ихтиотоксикология», «Ихтиопатология», «Экология рыб» и «Физиология

рыб» на отделении «Водные биоресурсы и аквакультура» Дагестанского государственного университета.

Аиробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научной конференции «Современные проблемы адаптации и биоразнообразия» (Махачкала 2006); Международной научной конференции «Молекулярные механизмы адаптаций» (Махачкала 2008); XIV Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза 2008); II Съезде физиологов СНГ (Кишинев, 2008); IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (Пенза 2010); Научно-практической конференции с международным участием «Интенсивная аквакультура на современном этапе развития» (Махачкала 2013). Методы исследований, использованные в Главе 2 диссертационной работы, апробированы при выполнении Гранта РФФИ 09-04-96566-р_юг_а «Спектральные и физико-химические исследования га-метогепеза и эмбриогенеза осетровых рыб в искусственных условиях разведения» (2009-2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 в журналах из перечня ВАК РФ.

ГЛАВА. 1 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ МЕТАБОЛИЗМА ГИДРОБИОНТОВ

1.1 Загрязнение водной среды кадмием и свинцом

В связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза, объектом внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы, попадающие в водоемы со стоками и смывами с территорий промышленных предприятий, сельхозугодий, городов и мелких населенных пунктов. Тяжелые металлы не разлагаются в природных водах, а только изменяют формы своего существования, перераспределяясь между биотическими и абиотическими звеньями (Моисеенко, 2000; Леонова, 2004).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, в настоящее время к тяжелым металлам относятся более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц. К наиболее опасным относятся: кадмий, цинк, ртуть, свинец, хром, марганец, никель, молибден, кобальт, медь, олово, титан и др. (Будников, 1998).

Все источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду делятся на две группы - природного и техногенного характера. К источникам природного характера относятся - эрозийные процессы, вулканическая деятельность, землетрясение, выветривание горных пород и минералов, катастрофические наводнения, пожары. Увеличение концентраций металлов в поверхностных водах также может происходить в результате кислотных дождей, приводящих к растворению минералов и пород, омываемых водами. Все эти источники загрязнения вызывают в биосфере (воздухе, воде, почвах, живых организмах) увеличение содержания металлов - загрязнителей по сравнению с естественным, так называемым фоновым уровнем (Будников, 1998).

К источникам техногенного характера поступления тяжелых металлов относятся - добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива,

деятельность сельского хозяйства, движение транспорта (Закутнова, Пили-пенко, 2004).

Часть техногенных выбросов, поступающих в окружающую среду в виде аэрозолей, переносится на большие расстояния и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть поступает в бессточные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в среде (Будни-ков, 1998; Поваленный, Бедняков, 2004).

Попав в водоем металлы, распределяются между компонентами водной экосистемы. Различные поверхностные воды по-разному связывают ионы металлов, поступление которых существенно не нарушает естественного характера функционирования всей изучаемой экосистемы. При этом сами металлы - токсиканты распределяются на следующие составляющие: 1) металлы в растворенной форме; 2) металлы сорбированные и аккумулированные фитопланктоном, т