Биомаркерная оценка состояния популяции бычка-кругляка Neogobius melanostomus в прибрежных районах Азовского моря

Карапетьян, Ольга Шаваршевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биомаркерная оценка состояния популяции бычка-кругляка Neogobius melanostomus в прибрежных районах Азовского моря
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Биомаркерная оценка состояния популяции бычка-кругляка Neogobius melanostomus в прибрежных районах Азовского моря"

на правах рукописи

КАРАПЕТЬЯН ОЛЬГА ШАВАРШЕВНА

БИОМАРКЕРНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОПУЛЯЦИИ БЫЧКА-КРУГЛЯКА ЖОвОВШ МЕЬАИОБТОМиБ В ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНАХ АЗОВСКОГО МОРЯ

03.02.08 - экология (биологические науки) 03.01.04 - биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2 щр

Ростов-на-Дону - 2012

005012075

Работа выполнена на кафедре биохимии и микробиологии Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону) и в отделе генетико-биохимического мониторинга Федерального государственного унитарного предприятия «Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства» (г. Ростов-на-Дону)

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Внуков Валерий Валентинович кандидат биологических наук, доцент Дудкин Сергей Иванович

Официальные оппоненты: Бакаева Елена Николаевна, доктор биологических

наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник Южного отдела Института водных проблем РАН

Чуйко Григорий Михайлович, доктор биологических наук, заведующий лабораторией физиологии и токсикологии водных животных Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр» (ФГУП «ТИНРО-Центр»), г. Владивосток

Защита диссертации состоится 30 марта 2012 г. в 17-00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, ЮФУ, ауд. 304, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан « » февраля 2012 г. и размещен в сети Интернет на сайте ЮФУ www.sfedu.ru и на сайте Минобрнауки России www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Т.В. Денисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Азовское море - уникальный водоем, отличающийся высокой биопродуктивностью. В то же время, благодаря значительной площади водосбора, охватывающей густонаселенные районы с развитым промышленным производством и сельским хозяйством, Азовское море подвержено хроническому загрязнению антропогенными токсикантами различного химического состава. Присутствие в водной среде разнообразных по природе химических веществ, комбинация их синергических, антагонистических и маскирующих эффектов оказывает существенное влияние на жизнедеятельность и выживание гидробионтов (Лукьяненко, 1987; Руднева и др., 2004).

В свете существующей проблемы, проведение экологического мониторинга только с применением химических методов анализа становится недостаточно эффективным, так как оно не позволяет выявить все разнообразие токсических соединений в море, а главное, - не позволяет оценить отклики живых организмов на комплексное воздействие загрязнения. Поэтому в экологическом мониторинге Азовского моря важно все большее внимание уделять методам биоиндикации с использованием биомаркеров, в основе которых лежит оценка качества водной среды по состоянию ее биоты (Патин, 1979). Этот подход позволяет исследовать направленность и динамику биологических процессов в популяциях гидробионтов под воздействием всего комплекса присутствующих в среде обитания компонентов хронического загрязнения.

В качестве биоиндикатора обычно выступает определенный биологический вид, по наличию, поведению или состоянию которого судят об особенностях среды обитания и происходящих в ней естественных и антропогенных изменениях (Реймерс, 1990). Как правило, для оценки влияния загрязнения на рыбные популяции в качестве биоиндикаторов используются малоподвижные донные виды, биологические характеристики которых находятся в тесной взаимосвязи с окружающей средой.

Важное значение имеет поиск и изучение биологических маркеров у рыб-биоиндикаторов, которые позволяют эффективно оценить степень нарушений биологических функций гидробионтов, адаптивный или токсический ответ организма на качество среды обитания (Руднева и др., 2011).

В современной литературе под термином «биомаркер» подразумевают биохимические, физиологические или другие типы изменений в тканях и биологических жидкостях организма, которые происходят под воздействием токсиканта, а также наследственные или приобретенные характеристики организма, определяющие его способность реагировать в ответ на вредное воздействие токсиканта (National Research Council, 1987). В то же время, количество в организме ксенобиотика, его метаболитов или продуктов его взаимодействия с биологическими молекулами обозначают термином «маркеры биоаккумуляции» (Van der Oost et al., 2003).

Как правило, исследования с использованием биомаркеров биоиндикаторных видов дают более полную информацию о неблагоприятных эффектах на гидробионтов со стороны среды обитания. В тоже время, использование данных химического анализа воды, донных отложений в комплексе с маркерами биоаккумуляции и биомаркерами вида-биоиндикатора в мониторинге водоемов позволяет не просто определить количество и класс токсических соединений в экосистеме, но и оценить биологический ответ сообщества или популяции гидробионтов на воздействие определенных групп токсикантов.

Выделение биоиндикаторных видов рыб в Азовском море и исследование изменений их биомаркеров под влиянием комплексного загрязнения является актуальным и представляет собой важнейший этап в разработке программ хозяйственного использования водоема и мероприятий по его охране.

В нашем исследовании в качестве биоиндикатора загрязнения был выбран широко распространенный в Азовском море вид - бычок-кругляк Neogobius melanostomus (Pallas, 1814), соответствующий всем основным требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам.

Цель работы состояла в биомаркерной оценке состояния популяции бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря с разным уровнем загрязнения приоритетными токсикантами.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Сравнить ксенобиотические профили районов исследования, используя маркеры биоаккумуляции тканей рыб и данные химического анализа воды и донных отложений. Определить взаимосвязь между уровнем приоритетных токсикантов в среде обитания и их накоплением в печени и мышцах бычка-кругляка.

2. Определить взаимосвязь между маркерами биоаккумуляции печени бычка-кругляка и биомаркерами разного уровня, используя корреляционный анализ.

3. Провести сравнительный анализ молекулярных биомаркеров системы биотрансформации ксенобиотиков в печени бычка-кругляка с таковыми других видов рыб Азовского моря.

4. Установить зависимость показателей органо-соматических индексов и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени от физиологического состояния и репродуктивного статуса бычка-кругляка.

5. Охарактеризовать межгодовую динамику молекулярных биомаркеров системы биотрансформации печени бычка-кругляка.

6. Показать информативность морфометрических и биохимических биомаркеров для характеристики эколого-биохимического состояния бычка-кругляка Азовского моря и среды его обитания.

7. Используя биомаркеры разного уровня, дать комплексную оценку влияния загрязнения приоритетными токсикантами на состояние популяции бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря.

8. Показать перспективность использования бычка-кругляка в качестве биоиндикатора загрязнения Азовского моря.

Научная новизна. Впервые исследованы органо-соматические индексы и биохимические показатели печени бычка-кругляка прибрежных акваторий Азовского моря, Таганрогского и Таманского заливов во взаимосвязи с маркерами биоаккумуляции печени и ксенобиотическим профилем среды обитания. Установлена зависимость морфометрических биомаркеров и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени бычка-кругляка от пола и репродуктивного статуса особей. Выявлены межвидовые различия показателей молекулярных биомаркеров печени разных видов рыб Азовского моря. Доказана перспективность использования морфометрических и молекулярных биомаркеров бычка-кругляка при мониторинге состояния водных экосистем.

Положения, выносимые на защиту.

1. Величина органо-соматических индексов (морфометрических биомаркеров) и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени бычка-кругляка Азовского моря находится в тесной взаимосвязи с репродуктивным статусом рыб и уровнем накопления в печени приоритетных токсикантов.

2. Широкий диапазон изменений содержания микросомальных цитохромов и глутатион-8-трансферазы в печени бычка-кругляка Азовского моря позволяет ему легче адаптироваться к обитанию в условиях загрязнения за счет активного метаболизма и выведения ксенобиотиков из организма.

3. Действие приоритетных токсикантов в некоторых прибрежных районах Азовского моря превосходит адаптационные возможности бычка-кругляка. Накопление неблагоприятных эффектов при действии ксенобиотиков на молекулярном уровне в некоторых исследованных районах приводит к возникновению морфологических отклонений и к снижению репродуктивного потенциала особи. Нарушение репродуктивной функции отдельных особей в конечном итоге сказывается на воспроизводстве всей популяции бычка-кругляка Азовского моря и приводит к снижению эффективности размножения на популяционно-видовом уровне.

4. Анализ изменений морфометрических и молекулярных биомаркеров бычка-кругляка Азовского моря и их корреляционная взаимосвязь с маркерами биоаккумуляции приоритетных токсикантов позволяют оценить степень благополучия популяции данного вида в среде его обитания.

5. Использование бычка-кругляка в качестве вида-биоиндикатора позволяет не только получить интегральную оценку качества среды его обитания, но и отследить изменения, происходящие в экосистеме моря в результате антропогенного воздействия.

Научно-теоретическое и практическое значение результатов исследования. Выполненное исследование раскрывает некоторые механизмы негативного влияния антропогенного загрязнения Азовского моря на биологическую продуктивность бычка-кругляка.

работ по государственным контрактам ФГУП «АзНИИРХ» с Федеральным агентством по рыболовству № 4-01/2010 и № 4-01/2011 «Биоресурсы и рыболовство», п/п 08.04.

Результаты работы могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований также и других водоемов России с целью оценки воздействия загрязнения на промысловые виды рыб и прогноза продуктивности популяций промысловых видов при антропогенной трансформации водных объектов.

Результаты работы могут найти применение при разработке ПДК загрязняющих веществ для рыбохозяйственных водных объектов.

Полученные результаты используются в учебном процессе при преподавании общих и специальных курсов: «Биохимия», «Ферментология», «Основы патобиохимии», «Свободные радикалы в живых системах» на кафедре биохимии и микробиологии факультета биологических наук Южного федерального университета и могут быть использованы в учебном процессе в других вузах.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением результатов исследований автора, проведенных в 2005-2011 гг. Тема, цель, задачи, объекты, методы и программа исследования определены автором совместно с научными руководителями. Все биохимические и морфометрические методы исследования освоены автором, и все из них применялись в диссертационной работе им лично. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично автором при направляющем и корректирующем участии научных руководителей.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации были представлены и обсуждены на IV Всероссийской школе по морской биологии «Комплексные гидробиологические базы данных: ресурсы, технологии и использование» (Азов, 2005); на IX Съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006); на Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006); на 62-ой Международной научной конференции биолого-почвенного факультета Южного федерального университета (Ростов-на-Дону, 2006); на 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Молодежь XXI века - будущее российской науки» (Ростов-на-Дону, 2007); на Международной научной конференции «Современное состояние водных биоресурсов и экосистем морских и пресноводных вод России: проблемы и пути решения» (Ростов-на-Дону, 2010); на VII Международной научно-практической конференции молодых ученых по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus-2011», посвященной 140-летию Института биологии южных морей Национальной академии наук Украины (Севастополь, 2011); на V Международной студенческой научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (Новосибирск, 2011); на Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы водной токсикологии» (Петрозаводск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, объемом 2,8 п.л., из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 81,5% (2,28 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения и выводов. Список цитируемой литературы содержит 321 источник, в том числе 237 иностранных. Общий объем работы составляет 183 страницы. Диссертация включает 22 таблицы и 34 рисунка.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям: зав. кафедрой биохимии и микробиологии, д.б.н., профессору Внукову В.В. и зам. директора по научной работе ФГУП «АзНИИРХ», к.б.н., доценту Дудкину С.И. за всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации; зав. отделом генетико-биохимического мониторинга, д.б.н., профессору Корниенко Г.Г. за помощь в организации работы, конструктивные замечания и предложения; зам. директора по научной работе ФГУП «АзНИИРХ», д.б.н., профессору Корпаковой И.Г. за проявленный интерес к работе, помощь и полезные замечания; старшему научн. сотр. отдела генетико-биохимического мониторинга ФГУП «АзНИИРХ» Цеме Н.И. за постоянную поддержку, помощь в отборе проб и проведении лабораторных исследований; сотрудникам лаборатории аналитического контроля водных экосистем Аналитического центра ФГУП «АзНИИРХ»: к.б.н. Коротковой Л.И., к.б.н, Павленко Л.Ф. и Кораблиной И.В. за проведение химического анализа отобранного материала; зав. лабораторией регламентации пестицидов ФГУП «АзНИИРХ» Бугаеву Л.А. за помощь в организации научных экспедиций;

К.6.Н., зав. лабораторией разработки ОБУВ и токсикометрии ФГУП «АзНИИРХ» Левиной И.Л. за ценные методические советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В главе охарактеризовано экологическое состояние Азовского моря и указаны основные источники антропогенного загрязнения данного водоема. Дана характеристика процессов биоаккумуляции, биотрансформации и детоксикации ксенобиотиков в организме рыб. Обсуждена роль использования морфометрических и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени рыб в мониторинге загрязнения водоемов и при оценке функционального состояния гидробионтов в условиях комплексного загрязнения среды их обитания.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе дана краткая характеристика объекта исследования бычка-кругляка.

В 2005-2007 гг. с целью выявления динамики активности ферментов биотрансформации в печени разных видов рыб Азовского моря было исследовано 258 особей рыб 6 различных видов: пиленгаса Liza haematocheilus, осетра Acipenser gueldenstaedtii, камбалы-калкан Psetta maeoíica torosus, бычка-кругляка, севрюги Acipenser stellatus, судака Sander lucioperca. Отбор опытного материала производился в различных районах собственно Азовского моря и Таганрогского залива. Станции отбора были равномерно расположены на акватории разных районов моря. Границы каждого района Азовского моря и Таганрогского залива приняты постоянными, доли площадей отдельных районов и объемов их водных масс в общей морфометрии моря тоже постоянны (Кленкин и др., 2007). Это позволило получить среднеарифметические значения исследуемых показателей у рыб отдельных районов. Районы исследования в 2005-2007 гг. представлены на рисунке 1.

Информация о выборках разных видов рыб районов исследования в период 2005-2007 гг представлена в таблице 1.

Рис. 1. Районы отбора материала исследований в период 2005-2007 гг. Примечание: Районы Таганрогского залива: 1 - восточный; 2 - центральный; 3 - западный; собственно моря: 4 - северный; 5 - западный; 6 - южный; 7 - центральный; 8 - восточный.

Таблица 1

Количество исследованных особей разных видов рыб Азовского моря, отобранных

в период 2005-2007 гг.

Период Вид рыбы Район отбора Кол-во особей Определяемые показатели

Май-июнь 2005 г. Пиленгас Центр. СМ 16 Активность глутатион-З-трансферазы, содержание цитохромов Р450, Р420 и Ь5 в печени, концентрация белка постмитохондриальной и микросомальной фракций

Южный СМ 53

Осетр Центр. СМ 21

Камбала калкан Центр. СМ 3

Продолжение таблицы 1

Период Вид рыбы Район отбора Кол-во особей Определяемые показатели

Вост. СМ 4

Май- Бычок-кругляк Западн. СМ 12

июнь 2005 г. Северн. СМ б

Центр. СМ 6

Севрюга Центр. СМ 4 Активность глутатион-Б-трансферазы, содержание цитохромов Р450, Р420 и Ь5 в печени, концентрация белка постмитохондриальнои и микросомальнои фракций

Пиленгас^ Вост. СМ 17

Май- Осетр Вост. СМ 4

июнь Бычок- Вост. СМ 2В

2006 г. кругляк Западн. ТЗ 25

Судак Вост. СМ 12

Пиленгас Центр. СМ 11

Май- Центр. СМ 9

июнь, Бычок- Севдш. СМ 10

2007 г. кругляк Вост. СМ 10

Западн. ТЗ 7

В основе настоящей работы лежат результаты, полученные в исследованиях 2010-2011 гг. В течение 2010-2011 гг. осуществлялся отлов бычка-кругляка в прибрежных частях Таганрогского залива, Азовского моря и Таманского залива (рис. 2).

Рис. 2. Карта-схема района работ и расположения точек отбора проб Примечание: - ф точка отбора материала исследования

На исследование было отобрано 206 самцов и 50 самок с различной стадией зрелости гонад (таблица 2). Одновременно в каждом районе проводили отбор проб воды, грунта и рыб для определения в них уровня приоритетных токсикантов.

„ Таблица 2

Характеристика исследованных выборок и показателей бычка-кругляка Азовского моря в

2010 и 2011 гг.

Период Кол-во особей Определяемые показатели

Сентябрь 2010 г. 94 Гонадосоматический, гепатосоматический индексы, коэффициент упитанности, содержание основных классов ксенобиотиков в печени и мышцах, активность глутатион-8-трансферазы, содержание цитохромов Р450, Р420 и Ь5 в печени, содержание восстановленного глутатиона, концентрация белка

Июнь 2011 г. 162

Стадии зрелости гонад оценивали визуально по шестибалльной шкале (Сакун, Буцкая, 1963). Величину ГПСИ рассчитывали как отношение массы печени к массе рыбы, выраженное в процентах (Htun-han, 1978). ГСИ вычисляли как отношение массы гонад к массе рыбы выраженное в процентах (Шевелев, 2001). Для определения упитанности рыб пользовались формулой Кларк (Мина, Клевезаль, 1976).

Печень рыб после извлечения из тела немедленно помещали в пробирки Эппендорф и замораживали в жидком азоте при -196°С в сосуде Дьюара. Навеску образцов замороженной ткани печени гомогенизировали при скорости 2000 об./мин. с добавлением ледяного раствора хлорида калия (1,15%). Для выделения постмитохондриальной фракции (фракция S9) полученный гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 20 мин. в условиях охлаждения до +4°С.

Выделение общей микросомальной фракции производили методом низкоскоростного центрифугирования (Albro et al., 1987).

Содержание микросомальных цитохромов Ь5, Р450 и Р420 определяли по методу Omura и Sato (1964), активность глутатион-Б-трансферазы (ГБТ) постмитохондриальной фракции (фракция S9) - по методике Sen и Kirikbakan (2004), содержание восстановленного глутатиона по методу Ellman (1959), содержание белка - методом Bradford (1976).

Исследования на наличие приоритетных токсикантов проводились автором совместно с сотрудниками лаборатории аналитического контроля водных экосистем ФГУП «АзНИИРХ» в 2010 и 2011 гг. согласно календарному плану работ по государственным контрактам ФГУП «АзНИИРХ» с Федеральным агентством по рыболовству № 4-01/2010 и № 4-01/2011 «Биоресурсы и рыболовство», п/п 08.04.

Автором лично осуществлялось планирование работы, отбор образцов проб воды, донных отложений и бычков производился совместно с участниками комплексной экспедиции.

Аналитическое определение содержания токсикантов выполнялось сотрудниками лаборатории аналитического контроля водных экосистем. В воде, донных отложениях и тканях рыб (печени и мышцах) проводилось определение содержания нефтяных углеводородов (НУ) хлорорганических пестицидов (ХОП), полихлорбифенилов и некоторых тяжелых металлов (ТМ). Все методики внесены в Федеральный реестр.

Анализ, обобщение, статистическая обработка и сопоставление с литературными источниками результатов, полученных сотрудниками лаборатории, осуществлялись автором лично.

На основании полученных данных производилась оценка загрязненности воды комплексом приоритетных токсикантов с использованием показателя комплексной загрязненности воды (КЗВ) (Кленкин и др., 2007).

На основании аналитических данных рассчитывались следующие коэффициенты (Брагинский, 2004): 1) коэффициент накопления печени (КН); 2) коэффициент донной аккумуляции (КДА); 3) коэффициент донной биологической аккумуляции печени (КДБА).

Статистическую обработку полученных данных проводили, используя стандартный пакет программ MS Office Excel 2007 и STATISTICA 8. Достоверность различий между выборками оценивали по U-критерию Манна-Уитни. Различия считали достоверными при уровне значимости р<0.05. С целью выявления зависимости между исследованными параметрами рассчитывали коэффициент корреляции Спирмана (rs) (Лакин Г.Ф., 1990). Корреляционную связь считали достоверной при уровне значимости р<0.05.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Характеристика ксенобиотического профиля среды в районах исследования в 2010-2011 гг. Маркеры биоаккумуляцші в тканях рыб

В данной главе приводится краткая характеристика загрязнения приоритетными токсикантами воды и донных отложений в районах исследования. Дана сравнительная характеристика маркеров биоаккумуляции бычка-кругляка в районах исследования. Показано, что в печени бычка-кругляка приоритетные токсиканты биоаккумулируются в наибольшей степени, даже при сравнительно низких их концентрациях в окружающей среде.

3.2. Оценка изменений морфометрическпх показателей бычка-кругляка в районах исследования в 2010-2011 гг.

Морфометрические (органо-соматические) показатели рыб играют очень важную роль при характеристике благополучия популяции, так как они могут показывать обеспеченность кормовой базой, репродуктивный статус и возрастной состав (Adams, McClean, 1985).

Анализ гепатосоматических (ГПСИ), гонадосоматических (ГСИ) индексов и коэффициента упитанности (Ку) бычка-кругляка в 2010-2011 гг. показал зависимость величин этих показателей от степени зрелости рыб (таблица 3).

Таблица 3

Морфометрические показатели рыб в районах отлова в 2010 и 2011 гг.

Время отлова Место отлова Пол Стадия зрелости Кол-во особей ГПСИ, % ГСИ, % Ку (по Кларку)

с. Весело-Вознесеновка с? И 32 6,75±0,28 - -

п. Таганрог с? II 37 5,4б±0,14 - -

2010 г. ? III, IV 4 6,9040,66 - -

г. Тамань в II 21 4,1140,21 - 2,2940,04

с. Весело- в IV 12 4,67±0,31 1,1040,17 2,4740,06

Вознесеновка <3 II 12 6,7540,21 <0,01 2,5640,05

п. Таганрог в III-IV 22 3,3240,25 1,3840,10 2,9840,08

ст. Должанская в IV 24 2,73±0,12 1,2840,07 2,3440,04

9 IV-V 2 1,92±0,11 14,3441,37 1,8540,09

к. Долгая s IV 19 3,17±0,21 1,2340,09 2,3640,05

2011 г. пос. Ачуево s III-IV 4 4,9040,85 0,5740,20 2,0140,24

9 II 5 4,7640,34 0,0540,01 2,1940,10

ст. Камышеватская с? III, III-IV 11 3,00±0,19 1,3140,08 2,5040,09

с? III-IV 5 4,49±0,68 0,9140,30 2,0540,04

п. Темрюк 9 IV 7 4,40±0,10 5,3140,79 2,0440,05

9 II 16 4,8б±0,31 1,0440,14 2,0540,04

г. Тамань â III-IV 6 3,86±0,35 1,3340,24 2,3640,13

9 IV-V 17 2,02±0,14 18,2040,59 1,9240,03

Наименьшие значения коэффициента упитанности были у самок IV, IV-V стадии зрелости, отловленных в районе ст. Должанской и Таманском заливе в 2011 г. Согласно литературным данным у рыб (в особенности у самок), находящихся в IV, IV-V стадии зрелости, происходит снижение Ку в связи с увеличением энергетических затрат на созревание половых продуктов (Atobatele et al., 2011; Osman et al., 2011). Корреляционный анализ выявил наличие отрицательной зависимости между значениями коэффициента упитанности и

гонадосоматическим индексом (rs=-0,9, р<0.05) и положительной связи между Ку и гепатосоматическим индексом (rs=0,87, р<0.05),

Гепатосоматические индексы самцов И стадии зрелости были достоверно выше ГПСИ самцов с III и III-IV степенью зрелости гонад. Подобные различия наблюдались и у самок (например, у самок Темрюкского порта). Была обнаружена отрицательная корреляционная связь между показателями ГПСИ и ГСИ (rs=-0,76, р<0.05). В преднерестовый период печень значительно увеличивается в размерах, в особенности у самок, так как в ней идут процессы обеспечения вителлогенеза для последующего нереста (Arnott et al., 2000). В период нереста происходит снижение ГПСИ из-за расходования энергетических запасов печени на созревание половых продуктов (Osman et al., 2011).

Гонадосоматический индекс определялся у рыб в период нереста в июне 2011 г. В ряде районов отлова рыб встречались не готовые к нересту особи с половыми продуктами II стадии зрелости. В районе с. Весело-Вознесеновка в улове присутствовали самцы II стадии зрелости с очень низкими показателями ГСИ. В районе п. Ачуево и в Темрюкском порту в уловах присутствовали самки II стадии зрелости, не готовые к нересту, со средними значениями гонадосоматического индекса 0,05% и 1,04% соответственно. По некоторым литературным данным (Кошелев, 1965; Шихшабеков и др., 2006) присутствие в нерестовом стаде особей с половыми продуктами 1-Й стадии зрелости является специфичным для видов рыб с непрерывным икрометанием и несет приспособительной характер, так как позволяет молоди лучше использовать кормовые ресурсы. С другой стороны, недозрелость половых продуктов может быть связана с недостаточностью питания в преднерестовое время (Ращеперин, 1967).

Основная масса отловленных в июне 2011 г. самцов была III, III-IV, IV стадии зрелости ГСИ таких самцов варьировал от 0,57 % (самцы с III-IV СЗГ в пос. Ачуево) до 1,38 % (самцы с IV СЗГ в районе порта г. Таганрога). ГСИ самок IV, IV-V стадий зрелости были достоверно выше ГСИ самцов. Наименьшее среднее значение гонадосоматического индекса наблюдалось у самок IV стадии зрелости из Темрюкского порта (5,31 %), наибольшее - у самок IV-V стадии зрелости побережья г. Тамань (18,2%). Наблюдаемые величины ГСИ у бычка-кругляка согласуются с данными, полученными при изучении органосоматических индексов бычка-кругляка Среднего Каспия (Шихшабеков и др., 2006).

Несмотря на значительную зависимость величины органо-соматических индексов от репродуктивного статуса, нами были выявлены корреляционные связи этих показателей с уровнями персистентных ксенобиотиков в печени рыб (таблица 4).

Таблица 4

Корреляционные связи между органо-соматическими индексами и маркерами биоаккумуляции в печени бычка-кругляка

Показатель Концентрация нефтяных углеводородов в печени Коэффициент донной биологической аккумуляции ХОП Коэффициент накопления ХОП

Коэффициент упитанности -0,85 -0,76 Н.Д.

Гепатосоматический индекс Н.Д. н.д. -0,72

Гонадосоматический индекс Н.Д. -0,76 н.Д.

Примечание: н.д. - корреляция недостоверна

Снижение Ку при высоких концентрациях персистентных ксенобиотиков (НУ и ХОП) в организме может быть связано с потерями запасов резервного жира, так как выведение токсикантов из организма энергозатратный процесс (Feist et al., 2005). В тоже время, высокие концентрации органических токсикантов в организме рыб способны оказывать негативное влияние на их пищевое поведение (Chuiko et al., 2007). Можно предположить, что присутствие незрелых особей в нерестовом стаде и низкие значения Ку у бычков в районе пос. Ачуево и Темрюкского порта связаны с негативным влиянием нефтяных углеводородов и хлорорганических пестицидов на организм рыб.

Уменьшение ГПСИ при увеличении КН ХОП в печени рыб, с одной стороны, может свидетельствовать о потерях гликогена печени при расходовании его в качестве источника энергии для выведения ксенобиотиков из организма (Bainy et al., 1996). С другой стороны, снижение ГПСИ может быть связано с гистопатологическими изменениями в печени, включающими разрушение и дегенерацию гепатоцитов (Ram, Singh, 1988). ХОП могут запускать в печени процессы перекисного окисления липидов, в результате образующиеся свободные радикалы нарушают работу ферментов эндоплазматического ретикулума, что приводит к снижению детоксикационной функции печени и к увеличению накопления ксенобиотиков (Recknagel, Ghoshal, 1966).

Наличие у самцов отрицательной корреляционной связи между накоплением ХОП в организме рыб и величиной гепатосоматического индекса объясняет низкие величины ГПСИ у самцов бычка III, III-IV, IV стадии зрелости в 2011 г. в районах Таганрогского порта, ст. Должанской и к. Долгой. Накопление хлорорганических пестицидов может влиять на гормональный статус рыб, изменяя соотношение эстрогенов и андрогенов, а также может вызывать снижение ГСИ через истощение энергетических запасов организма (Feist et al., 2005). Принимая во внимание обнаруженные корреляционные взаимодействия, можно объяснить минимальные значения ГСИ у самцов кругляка IV стадии зрелости, отловленных в районах п. Ачуево и Темрюкского порта.

Таким образом, использование морфометрических показателей в качестве биомаркеров загрязнения и репродуктивного статуса бычка-кругляка в комплексе с данным химического анализа вьмвило негативное влияние биоаккумуляции хлорорганических пестицидов и нефтяных углеводородов на организм гидробионтов. Результаты показали, что процессы накопления персистентных органических ксенобиотиков находятся в прямой взаимосвязи со снижением репродуктивного потенциала бычка-кругляка.

3.3. Оценка информативности некоторых молекулярных биомаркеров печени бычка-кругляка в развитии ответных реакций на воздействие загрязнения

3.3.1. Активность системы биотрансформации в печени разных видов рыб Азовского

моря

Биохимические исследования гидробионтов позволяют выявить негативное влияние неблагоприятных факторов на начальных этапах их воздействия, так как на молекулярном уровне организмы способны очень быстро реагировать на изменения факторов среды обитания.

Результаты многолетнего исследования динамики уровня микросомальных цитохромов и активности глутатион-8-трансферазы в печени рыб позволили выявить некоторые различия в функционировании компонентов системы биотрансформации печени бычка-кругляка в сравнении с другими видами рыб Азовского моря (Карапетьян и др., 2010; Карапетьян и др., 2011;Карапетьян, 2011).

На активность ферментов биотрансформации способны оказывать влияние как экзогенные, так и эндогенные факторы различной природы, в связи с чем даже в пределах одного вида может наблюдаться значительная вариабельность исследуемого показателя. Отбор проб осуществлялся в мае-июне каждого года, то есть в разгар нерестового хода для исследуемых видов. Исследуемые особи находились в сходном физиологическом состоянии.

Для бычка-кругляка вариабельность уровня и активности компонентов первой и второй фаз биотрансформации в печени в большей степени была заметна между разными районами исследования и годами (таблица 5).

Таблица 5

Показатели системы биотрансформации печени бычка-кругляка Азовского моря,

2005-2007 гг.

Период Район отбора Кол-во особей Содержание Р420+Р450, нмоль/мг белка микросом Активность TST, мкмоль/мг белка фракции S9*mmi.

2005 г. Вост. СМ 4 3,00±1,07 2,88±1,0б

Западн. СМ 12 1,87±0,33 4,22±0,58

Северн. СМ 6 3,95±1,3 4,60±0,94

Центр. СМ 6 1,03±0,22 3,58±1,10

Продолжение таблицы 5

Период Район отбора Кол-во особей Содержание Р420+Р450, нмоль/мг белка микросом Активность ГБТ, мкмоль/мг белка фракции 89*мин.

2006 г. Вост. СМ 28 1,29+0,21 1,56+0,21

Запади. ТЗ 25 1,06+0,14 3,85+0,34

2007 г. Центр. СМ 9 1,27+0,13 1,89±0,33

Северн. СМ 10 4,44+0,92 2,23+0,30

Вост. СМ 10 4,32+0,51 2,59±0,40

Западн. ТЗ 7 4,27+1,03 2,20+0,31

Примечание: СМ - собственно Азовское море, ТЗ - Таганрогский залив

В 2005 и 2007 гг. для кругляка центрального района моря были характерны более низкие значения уровня микросомальных цитохромов по сравнению с другими районами отбора (при уровне значимости р<0.05). Активность ГБТ в печени бычка-кругляка была достоверно ниже в центральном районе моря в 2007 г. (р<0.05).

Можно предположить, что центральные районы Азовского моря характеризуются меньшей биодоступностью загрязнения вследствие особенностей глинистой составляющей основы грунтов, при этом побережье Азовского моря характеризуется наибольшей интенсивностью прямого поступления приоритетных токсикантов (Кленкин и др., 2007). В течение всего периода исследований наблюдались значительные колебания исследуемых показателей в печени кругляка. В то же время нельзя говорить о нарушении внутреннего гомеостаза рыб в связи с гиперактивацией ферментов биотрансформации в некоторых районах исследования. Полученные результаты, скорее всего, свидетельствуют о широких адаптационных возможностях ферментных систем печени данного вида рыб. Такое свойство, в свою очередь, может благоприятно влиять на выживаемость вида в условиях загрязнения, так как уровень и активность ферментов биотрансформации определяет степень негативного влияния ксенобиотиков на организм (Юрин, 2002).

Так как достоверных различий в исследуемых показателях между особями с разным репродуктивным статусом у всех исследуемых видов обнаружено не было, на рисунках 3 и 4 приведены средние величины по каждой выборке без учета пола и стадии зрелости. При сравнении суммарного содержания цитохромов Р450 и Р420 в печени разных видов рыб, наиболее высокие значения обнаруживались в печени камбалы-калкан.

2005 г. Центр. СМ 2006 г. Вост. СМ 2007 г. Центр. СМ

период п район отбора

I В Пиленгас »Кругляк »Осетр Камбала калкаТі в Севрюга я Судак

Рис. 3. Суммарное содержание цитохромов Р450 и Р420 в печени разных видов рыб в период 2005-2007 гг.

В 2005 г. в центральном районе моря содержание микросомальных цитохромов в печени осетра и севрюги достоверно не отличалось от таковых пиленгаса и бычка-кругляка. В 2006 г. достоверных различий не было обнаружено для показателей кругляка и судака.

Таким образом, кругляк демонстрирует уровни микросомальных цитохромов в печени сопоставимые с таковыми других важных промысловых видов. Данное наблюдение подтверждает возможность распространения результатов, полученных на бычке-кругляке, на другие виды рыб, имеющих более важное промысловое значением, но добыча которых для лабораторных исследований представляет определенные трудности. В тоже время при интерпретации результатов необходимо учитывать степень миграционной активности осетра и судака.

Картина динамики изменения активности Г8Т в печени разных видов рыб отличалась большей неоднородностью, чем для предыдущего показателя. На рисунке 4 показано, что для кругляка были характерны более высокие значения этого показателя в печени, чем для пиленгаса, осетра, севрюги, судака и камбалы-калкан. В тоже время, показатели кругляка и осетра достоверно не отличались друг от друга. Наименьшие величины активности определялись в печени камбалы-калкан (0,05-0,15 мкМоль/мг белка фракции 89*мин.).

I 4-5

ЕПшекпк ШКругаяк вОсехр ШКаыботякгишж исеврютл в Судак

Рис. 4. Активность глутатион-Б-трансферазы в печени рыб Азовского моря в период 2005-2007 гг.

На примере камбалы-калкан и судака видно, что нагрузка на ферменты первой и второй фазы биотрансформации в пределах вида может весьма различаться. Видимо, микросомальная система печени камбалы-калкан и судака Азовского моря играет более превалирующее значение в детоксикационных процессах по сравнению с ферментом второй фазы - глутатион-8-трансферазой. Подобная закономерность прослеживалась нами и при исследованиях черноморских камбал.

Корреляционный анализ не выявил наличия корреляционных взаимосвязей между ферментами первой и второй фазы биотрансформации ни для одного вида рыб.

Таким образом, выявленные внутривидовые и межвидовые различия в функционировании ферментов первой и второй фазы биотрансформации в печени рыб, прежде всего, связаны с их генетическими, физиологическими особенностями, а также со спектром адаптационных возможностей. У бычков основная часть жировых отложений располагается в печени, где и происходит концентрирование основных групп приоритетных токсикантов - индукторов системы биотрансформации. Высокое содержание и активность ферментов системы биотрансформации у бычка-кругляка по сравнению с рыбами других видов, очевидно, позволяет ему лучше адаптироваться к обитанию в условиях загрязнения за счет активного метаболизма и выведения ксенобиотиков.

3.3.2. Оценка показателей микросомальной гидроксилирующей системы в печени бычка-кругляка в 2010-2011 гг.

Результаты биохимических исследований в 2010-2011 гг. показали, что уровень содержания микросомальных цитохромов печени бычка-кругляка, выловленного в выбранных точках Азовского моря, Таганрогского и Таманского заливов, не превышал значения прошлых

лет (Карапетьян, 2010). В таблице б приведены данные по содержанию микросомальных цитохромов в печени кругляка Таганрогского залива в разные периоды исследования.

Таблица 6

Содержание микросомальных цитохромов в печени бычка-кругляка Таганрогского залива в мае-июне 2006-2011 гг., нМоль/мг белка микросом

Период Ь5 Р450 Р420 Р450+Р420

2006 г. 0,22±0,03 0,33±0,06 0,71±0,12 1,04±0,14

2007 г. 0,72±0,1 1,36±0,33 2,9±0,71 4,27±1,03

2011 г. 0,15±0,01 0,37±0,03 0,85±0,04 1,21 ±0,07

Из таблицы 6 видно, что уровень цитохрома Р420 в печени бычка-кругляка во все периоды исследования был выше содержания цитохрома Р450. Такое соотношение активной и неактивной форм может быть вызвано несколькими причинами. Первая причина, возможно, связана с накоплением в печени тяжелых металлов, металлов переменной валентности и других' ксенобиотиков, способных инициировать свободнорадикальные процессы, нарушать фосфолипидное микроокружение цитохрома Р450 и вызывать его конверсию в каталитически инертную форму Р420 (Sigel et al., 2007). Также частичная инактивация Р450 может происходить в период между отбором проб и проведением измерений (Porte et al., 2000).

В процессе анализа результатов не было выявлено достоверных половых различий в уровнях содержания компонентов микросомальной гидроксилирующей системы. Достоверные отличия отсутствовали и между особями разной стадии зрелости.

В тоже время, согласно данным литературы (Andersson, Forlin, 1992), активность компонентов микросомальной гидроксилирующей системы и отдельных изоформ цитохрома Р450 может различаться у особей с различным репродуктивным статусом. Другие авторы указывают на наличие половых различий только на уровне отдельных изоформ цитохрома Р450. Они отмечают, что эстрогены, уровень которых резко возрастает в крови нерестящихся самок, способны ингибировать некоторые изоформы цитохрома Р450 (в частности, CYP1A1) (Andersson, 1990). Для самок IV, IV-V стадии с помощью корреляционного анализа была выявлена зависимость между морфометрическими показателями особей и уровнем ферментов биотрансформации (таблица 7).

Корреляция (г5, р<0.05) показателей печени с морфометрическими показателями самок бычка-кругляка IV, IV-V стадии зрелости

Показатель ГПСИ ГСИ Ь5 Р420 Р450

Ь5 0,62 -0,63 - 0,83 0,87

Р420 0,56 -0,66 0,83 - 0,93

Р450 0,72 -0,78 0,87 0,93 -

TST 0,47 -0,44 0,77 0,62 0,63

Данные таблицы 7 подтверждают наличие взаимосвязи между полом и стадией зрелости, с одной стороны, и уровнем исследуемых биохимических показателей с другой. С возрастанием гонадосоматического индекса, то есть с увеличением степени зрелости, у самок происходит снижение содержания ферментов I фазы биотрансформации в печени.

В 2010 г. у бычков из района Таганрогского порта содержание микросомальных цитохромов в печени рыб было несколько ниже ожидаемого (рис. 5), поскольку в тканях, в том числе и в печени, у рыб данного района были обнаружены аналитически значимые уровни полихлорбифенилов, хлорорганических пестицидов, нефтяных углеводородов - известных индукторов I фазы системы биотрансформации.

с Вес -Вочн Таганрог-порт г Тамань

■ Ь5 SP420 вр.150 OP-I50+P-I20 Место отбора

Рис. 5. Содержание микросомапьных цитохромов в печени бычка-кругляка в разных районах Азовского моря в 2010 г.

В 2011 г. содержание компонентов микросомальной гидроксилирующей системы в печени бычка-кругляка колебалось в незначительных пределах (рис. 6).

Среднее содержание цитохрома Ь5 в печени рыб в 2011 г. варьировало в пределах от 0,07 нМоль/мг белка микросом (к. Долгая) до 0,36 нМоль/мг белка микросом (п. Ачуево). Более высокий уровень цитохрома Ь5 в печени рыб в п. Ачуево может быть связан с аномально высоким уровнем нефтяных углеводородов в печени бычков, выловленных в этом районе. Имеются литературные данные, свидетельствующие о том, что уровень цитохрома Ь5 возрастает в печени некоторых видов рыб, подвергшихся воздействию сырой нефти (АИоказ е!

Мести отлова

Elb? ВР-12П Ш'1:м| SР-15CH--120

Рис. 6. Содержание микросомальных цитохромов в печени бычка-кругляка в разных районах Азовского моря в 2011 г.

В 2011 г. наименьшие значения цитохромов Р450 и Р420 были обнаружены в печени бычков, выловленных в Таманском заливе и у к. Долгой, они были достоверно ниже значений этих показателей в печени бычков из других районов.

Результаты корреляционного анализа показали наличие значимых связей между уровнем ХОП в воде (ts=0,62, р<0.05) и содержанием цитохрома Р450. Увеличение содержания печеночного цитохрома Р450 у разных видов рыб в ответ на воздействие ХОП, а также других классов персистентных ксенобиотиков, было обнаружено во многих исследованиях (Van der Oost et al., 2003). Можно предположить, что накопление хлорорганических пестицидов в печени бычков прибрежных районов Азовского моря вызывает адаптивное увеличение содержания

микросомальных цитохромов. Увеличение количества микросомальных цитохромов ускоряет процессы биотрансформации и выведения токсикантов из организма. В то же время некоторые метаболиты ХОП (например, метаболиты ДЦТ) обладают высокой степенью устойчивости к биодеградации и выведению из организма, а в ряде случаев приобретают еще более высокую токсичность в ходе биотрансформации.

Наиболее высокие концентрации ХОП в воде и в печени бычка-кругляка обнаруживались в районе с. Весело-Вознесеновка, Таганрогского и Темрюкского портов. Очевидно, относительно высокое количество компонентов микросомальной гидроксилирующей системы в печени бычков этих районов является ответной реакцией данного вида на воздействие ХОП.

В то же время, ряд авторов отмечают, что присутствие высоких концентраций персистентных органических ксенобиотиков в организме рыб в некоторых случаях может приводить к подавлению их метаболизма в печени и к снижению содержания и активности цитохрома Р450 (Stegeman, Hahn, 1994; Wepener et al., 2005). Такое предположение подтверждают результаты корреляционного анализа между уровнем цитохрома Р450 в печени бычка и концентрацией НУ в его организме: коэффициент корреляции между данными показателями составил -0,69 (р<0.05).

При анализе корреляционных связей с тяжельми металлами была обнаружена отрицательная зависимость между компонентами микросомальной гидроксилирующей системы и концентрацией кадмия в печени бычков (таблица 8).

Таблица 8

Значения коэффициентов корреляции между концентрацией кадмия в печени бычка-кругляка и содержанием компонентов микросомальной гидроксилирующей системы

Показатель Ь5 Р420 Р450 Р450+420

Концентрация кадмия в печени -0,84 -0,80 -0,65 -0,77

Коэффициент донной биологической аккумуляции кадмия -0,71 -0,80 -0,83 -0,83

Согласно данным литературы тяжелые металлы способны нарушать процессы синтеза различных микросомальных цитохромов (Strydom et al., 2006). Ионные формы кадмия индуцируют гемоксигеназы, которые вызывают снижение количества цитохрома Р450 (Moore, 2004). Также было показано, что кадмий является специфическим ингибитором различных изоформ цитохрома Р450 (в частности, CYP2E, CYP3A и др.) (Strydom et al., 2006).

В нашем исследовании концентрации кадмия в печени рыб разных районов не превышали принятые нормативы. То есть, обнаруженное снижение содержания микросомальных цитохромов в печени бычков под влиянием кадмия свидетельствует о наличии негативных эффектов на организм рыб даже при действии сравнительно низких концентраций данного токсиканта.

Вероятно, низкие значения исследуемых показателей у бычков к. Долгой и Таманского залива связаны именно с негативным влиянием кадмия, так как в печени рыб этих районов были найдены наиболее высокие концентрации данного металла (на фоне низких значении накопления хлорорганических пестицидов).

Таким образом, использование в качестве биомаркеров загрязнения компонентов микросомальной гидроксилирующей системы позволило выявить некоторые взаимозависимости между уровнями ксенобиотиков и содержанием исследуемых показателей в печени рыб. Но в то же время, оценка влияния загрязнения на гидробионтов только по величине микросомальных цитохромов в печени (без привлечения данных химического анализа) может оказаться малоинформативной, так как на величину исследуемых показателей оказывают влияние и другие эндогенные и экзогенные факторы. Повышение информативности биомаркера может быть достигнуто путем определения отдельных изоформ CYP.

3.3.3. Оценка активности глутатион-в-трансферазы печени бычка-кругляка в качестве молекулярного биомаркера загрязнення среды обитания

Анализ полученных в 2010-2011 гг. данных показал, что значения активности ГвТ в печени бычка-кругляка не превышали результаты прошлых лет, полученные для данного вида рыб (Карапетьян и др., 2011).

В сентябре 2010 г. не было обнаружено достоверных различий активности ГБТ в печени рыб двух районов исследования: с. Весело-Вознесеновка и Таганрогского порта. Активность ГБТ в печени бычков у побережья Таманского залива в 2010 г. была достоверно ниже значений, полученных в Таганрогском порту (таблица 9).

В акваториях у побережья Таганрогского морского порта, ст. Должанской и к. Долгой показатели активности П5Т в печени рыб достоверно не отличались друг от друга. Достоверных различий не было обнаружено и среди показателей бычков, отловленных в районах с. Весело-Вознесеновка, п. Ачуево и в Таманском заливе. Наибольшие значения активности ГБТ в 20102011 гг. были в печени бычков, обитающих в акватории Таганрогского порта.

Таблица 9

Активность TST в печени бычка-кругляка в 2010 и 2011 гт.

Период Район отлова TST, мкмоль/мг белка фракции S9*mhh.

Сентябрь, 2010 г. с. Весело-Вознесеновка 3,44±0,37

г. Таганрог, порт 3,93±0,22

г. Тамань 2,98±0,33

Июнь, 2011 г. с. Весело-Вознесеновка 2,19+0,34

г. Таганрог, порт 4,98±0,42

ст. Должанская 3,74±0,37

к. Долгая 4,38±0,66

ст. Камышеватская 2,95±0,37

пос. Ачуево 2,14±0,3б

г. Темрюк, порт 3,25±0,22

г. Тамань 2,75±0,19

У самок IV, IV-V стадии зрелости (таблица 7) была выявлена отрицательная корреляционная зависимость активности FST печени от величины гонадосоматического индекса. Данные корреляционного анализа позволяют предположить, что существует определенное влияние репродуктивного статуса рыбы на активность TST печени. В литературе есть сведения, согласно которым воздействие 17-Р-эстрадиола может значительно снижать активность TST (Mdegela et al., 2006).

Корреляционный анализ активности FST с уровнями токсикантов в тканях самцов бычка-кругляка выявил наличие положительной корреляции между активностью TST и концентрацией ХОП в печени (rs=0,81, р<0.05).

Большое количество работ посвящено исследованию влияния ХОП на активность FST в печени разных видов рыб (Rodriguez-Ariza et al., 1994; Gadagbui, Goksoyr, 1996; Van der Oost et al, 2003). В них приводятся экспериментальные данные, подтверждающие увеличение активности фермента в ответ на воздействие персистентных ксенобиотиков данного класса.

В процессе обработки данных была обнаружена положительная связь между уровнем свинца в печени и в мышцах рыб и активностью FST в печени (таблица 10).

Высокая активность TST в печени бычков Таганрогского порта наблюдалась на фоне высоких концентраций указанных токсикантов в печени и мышцах рыб.

Таблица 10

Значения коэффициентов корреляции между уровнем свинца в организме самцов бычка-кругляка с активностью ТЭТ в печени рыб в 2010-2011 гг. (р<0.05)

Показатель TST

свинец в печени 0,62

свинец в печени и мышцах рыб 0,82

КН свинца 0,77

Участие TST в элиминации последствий воздействия металл-индуцированного окислительного стресса было показано у многих видов рыб (Борвинская и др., 2009). В других исследованиях была показана способность свинца вызывать значительное повышение активности FST в печени (Barata et al., 2005).

Исходя из данных литературы, можно предположить, что увеличение активности глутатион-Б-трансферазы в печени бычка-кругляка при воздействии тяжелых металлов происходит вследствие интенсификации свободнорадикальных процессов в организме рыб и опосредованной этим индукции генов фермента.

Таким образом, использование активности глутатион-8-трансферазы печени бычка-кругляка в качестве биомаркера показало степень реагирования ферментов второй фазы детоксикации на воздействие таких поллютантов как ХОП и свинец. Повышение активности FST в ответ на действие данных токсикантов (в особенности в печени бычков Таганрогского порта в 2010-2011 гг.) может свидетельствовать о том, что организм бычка-кругляка адаптируется к обитанию в загрязненной среде. Адаптация достигается за счет более высокой активности ферментных систем, которые выводят вредные вещества из тканей и нейтрализуют неблагоприятные эффекты, вызванные их воздействием.

3.3.4. Оценка биомаркерной роли восстановленного глутатиона в печени бычка-кругляка Азовского моря

При исследовании уровня TSH в печени бычка-кругляка в 2010-2011 гг. были выявлены значительные колебания этого показателя.

В 2010 г. содержание восстановленного глутатиона в печени самцов II стадии зрелости, отловленных из района порта г. Таганрога и у с. Весело-Вознесеновка, достоверно не отличались друг от друга и колебались в пределах 35,34 - 37,24 мкг/мг белка фракции S9. У бычков Таманского залива значения исследуемого показателя были выше в два раза (рис. 7).

Рис, 7. Средние концентрации восстановленного глутатиона в печени бычка-кругляка из разных прибрежных районов Азовского моря в 2010 г.

В 2011 г. средняя концентрация глутатиона в печени самцов варьировала от 24,85 мкг/мг (с. Весело-Вознесеновка) до 67,85 мкг/мг белка фракции 89 (ст. Камышеватская). Были выявлены достоверные различия между уровнем глутатиона в печени самцов и самок (рис. 8).

Уровень ГвН в печени самок IV, IV-V стадии зрелости гонад был максимальным и отрицательно коррелировал с массой гонад и ГСИ (г5=-0,бб, р<0.05). Учитывая тот факт, что нерест - это своеобразный стресс для организма, можно предположить, что в этот период в печени резко возрастает продукция восстановленного глутатиона, а затем глутатион транспортируется в развивающиеся гонады и предотвращает развитие свободнорадикальных процессов. В литературе имеются данные, подтверждающие это предположение на других видах рыб (81ш1тап, 1999; РЛЬо е( а1., 2001; Гостюхина и др., 2010).

Корреляционный анализ выявил связь между уровнем глутатиона и концентрациями цинка и свинца в печени. Коэффициент корреляции Спирмана между уровнем глутатиона и Ъп в печени самок составил -0,80, глутатионом и КДБА свинца в печени самок -0,90 (р<0.05). Коэффициент корреляции между уровнем глутатиона и КДБА свинца в печени самцов составил -0,74 (р<0.05).

Полученные корреляционные связи согласуются с литературными данными, так как известно, что восстановленный глутатион наряду с металлотионеинами является цитоплазматическим лигандом для катионов металлов ОшНо, 2008). Таким образом, обнаружение отрицательной корреляционной связи между уровнем глутатиона и накоплением ряда металлов в печени (в особенности у самок) подтверждает защитную роль глутатиона в период нереста рыб.

Место ОТЛОВ.1

е» Самцы ■ Самки

Рис. 8. Средние концентрации восстановленного глутатиона в печени бычка-кругляка в

2011г.

В целом, исследование уровня глутатиона в печени бычка-кругляка в период 2010-2011 гг. показало наличие зависимости этого показателя от пола и репродуктивного статуса рыб. Было выявлено, что увеличение продукции глутатиона в печени нерестящихся самок позволяет им справиться с окислительным стрессом в период нереста. В тоже время, отрицательная корреляция с некоторыми металлами подтверждает возможность использования данного показателя в качестве биомаркера антропогенного загрязнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наличие токсиканта в воде само по себе еще не означает токсичность. Токсические вещества должны быть биологически доступны, поскольку токсичность - характеристика биологическая. Бывают случаи, когда токсичность не может быть определена, а вода токсична. И наоборот, химический анализ показывает наличие токсикантов, а токсичность не проявляется (Флеров, 1989).

Комплексный подход, включающий использование разных методов анализа гидробионтов и среды их обитания, способен дать наиболее полную и адекватную оценку состояния водных

экосистем, а также прогнозировать последствия кратковременного и долговременного антропогенного воздействия на качество среды и пригодность ее для нормальной жизнедеятельности гидробионтов (Руднева и др., 2004).

Многосторонний эколого-биохимический анализ функционального состояния бычка-кругляка из прибрежных районов Азовского моря с использованием маркеров биоаккумуляции, морфометрических и молекулярных биомаркеров позволил оценить отклик гидробионтов на неблагоприятное воздействие загрязнения.

Сравнение данных химического анализа воды и донных отложений с маркерами биоаккумуляции показало высокую способность печени бычка-кругляка к накоплению ксенобиотиков. Обнаружено, что данный вид рыб, являясь звеном трофических цепей собственно моря и заливов, обладает высокими биоаккумулятивными способностями, несмотря на сравнительно высокую активность ферментов биотрансформации. При этом маркеры биоаккумуляции (коэффициенты накопления и концентрации токсикантов в тканях) позволяют выявить взаимосвязь между ксенобиотическим составом среды обитания и химическим составом тканей рыб.

На рисунке 9 представлен предполагаемый механизм воздействия загрязнения приоритетными токсикантами на популяцию бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря, составленный на основе результатов исследования.

Таким образом, несмотря на то, что корреляция морфометрических и молекулярных биомаркеров с маркерами биоаккумуляции в большинстве случаев отражала процессы адаптации вида к обитанию в условиях загрязнения, из схемы на рисунке 9 видно, что действие приоритетных токсикантов в прибрежных районах Азовского моря превосходит адаптационные возможности бычка-кругляка. Накопление неблагоприятных эффектов при действии ксенобиотиков на молекулярном уровне приводит к возникновению морфологических отклонений и к снижению репродуктивного потенциала особи. Нарушение репродуктивной функции отдельных особей в конечном итоге сказывается на воспроизводстве всей популяции и приводит к снижению эффективности размножения на популяционно-видовом уровне.

Важно отметить, что данное исследование подтверждает несовершенство принятых в настоящее время санитарно-эпидемиологических нормативов. Отсутствие превышения допустимых уровней по содержанию загрязняющих веществ в рыбе не может быть использовано в качестве доказательства благополучия рыбной популяции. Биоиндикационный поход с использованием биомаркеров вида-биоиндикатора позволяет более полно оценить эффекты загрязняющих веществ на гидробионтов и выявить негативное воздействие на рыбную популяцию даже при воздействии нормативных концентраций токсических веществ.

Токсиканты в воде и донных отложениях

Передача токсикантов по пищевой цепи

Биоаккумуляция токсикантов в теле бычка

Транспорт токсикантов

1 і і ■

гп

ГЕПАТОЦИТ

I фаза биотрансформации Цитохромы Р450 и Ь5

II фаза биотрансформации ГЭТ

Усиление токсичности. Сохранение токсиканта в клетке и организме

III фаза. Выведение менее токсического вещества из клетки и организма

—.— —-

АТФ АДФ

Г8Н и др. нефермент, антиоксидан -ты.

Истощение энергетических ресурсов печени и организма в целом, нарушение метаболических путей, мутагенез, канцерогенез и т.д.

Морфологические изменения. Снижение соматических индексов и репродуктивного потенциала особи. Гибель организма.

.....................................

Снижение воспроизводства популяции вида

Рис. 9. Предполагаемый механизм воздействия загрязнения приоритетными токсикантами на популяцию бычка-кругляка в прибреясных районах Азовского моря.

ВЫВОДЫ

1. Высокие значения маркеров биоаккумуляции в печени бычка-кругляка свидетельствуют о высокой биоаккумулятивной способности данного вида. В то же время химический состав тканей бычка-кругляка не вполне соответствует ксенобиотическому профилю среды его обитания. Это обусловлено частичной недоступностью ряда химических форм токсикантов среды для бычков, различной способностью токсикантов к миграции по пищевым цепям, видовыми особенностями процессов биотрансформации и выведения токсических веществ из организма рыб.

2. При увеличении стадии зрелости у самцов и самок бычка-кругляка происходит снижение величины коэффициента упитанности и гепатосоматического индекса, значения гонадосоматического индекса возрастают. Зависимость морфометрических показателей от репродуктивного статуса особи в наибольшей степени выражена у самок.

3. Снижение репродуктивного потенциала бычка-кругляка происходит при увеличении накопления персистентных ксенобиотиков в печени. Присутствие незрелых особей в нерестовом стаде и низкие значения коэффициента упитанности у бычков в районе п. Ачуево и Темрюкского порта связаны с накоплением нефтяных углеводородов и хлорорганических пестицидов в печени рыб. Низкие значения гепатосоматического индекса у самцов бычка-кругляка, отловленного в районах Таганрогского порта, ст. Должанской и к. Долгой в 2011 г. связаны с накоплением хлорорганических пестицидов в печени. Низкие значения гонадосоматического индекса у самцов IV стадии зрелости п. Ачуево и Темрюкского порта также обусловлены негативньм влиянием накопления хлорорганических пестицидов.

4. Высокое содержание и активность ферментов системы биотрансформации у бычка-кругляка по сравнению с рыбами других видов (пиленгаса, осетра, камбалы-калкан, севрюги, судака), позволяют ему лучше адаптироваться к обитанию в условиях загрязнения за счет активного метаболизма и выведения ксенобиотиков.

5. Межгодовая динамика уровня микросомальных цитохромов и активности глутатион-Б-трансферазы в печени бычка-кругляка Азовского моря характеризуется значительными колебаниями и зависит от изменений в ксенобиотическом профиле среды обитания рыб.

6. При увеличении гонадосоматического индекса у самок бычка-кругляка IV, IV-V стадии зрелости в печени происходит снижение содержания микросомальных цитохромов и активности глутатион-5-трансферазы. Снижение содержания цитохромов незначительное и нивелируется влиянием множества других факторов.

7. Существуют половые различия в содержании глутатиона в печени бычка-кругляка с разным репродуктивным статусом. Содержание восстановленного глутатиона у самок бычка-кругляка достоверно выше, чем у самцов. У самок уровень ГШ в печени возрастает с увеличением степени зрелости гонад. Предполагается, что глутатион печени самок IV-V стадии зрелости участвует в предотвращении развития свободнорадикальных процессов в гонадах. Снижение содержания восстановленного глутатиона в печени самок бычка-кругляка прибрежных районов Азовского моря обусловлено влиянием накопления Тл\. и РЬ в печени.

8. Накопление нефтяных углеводородов и кадмия угнетает ферменты микросомальной гидроксилирующей системы печени бычков. Накопление кадмия в большей степени вызывает снижение микросомальных цитохромов в печени бычков Таманского залива и к. Долгой. Поступление хлорорганических пестицидов из воды и их накопление в печени, напротив, вызывает увеличение содержания цитохрома Р450 в печени бычков районов с. Весело-Вознесеновка, Таганрогского порта, ст. Должанской и Темрюкского порта.

9. Высокая активность глутатион-51-трансферазы в печени рыб из района Таганрогского порта в 2010-2011 гг. является адаптационным ответом на комплексное воздействие хлорорганических пестицидов и свинца. Адаптация достигается за счет высокой активности фермента, который способствует более быстрому выведению вредных токсикантов из организма и нейтрализует неблагоприятные эффекты, вызванные их воздействием.

10. Совокупность использованных в исследовании морфометрических и молекулярных биомаркеров позволяет оценить эколого-биохимический статус и благополучие популяции бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря. При этом необходимо учитывать внутривидовые особенности варьирования биомаркеров и их зависимость от репродуктивного статуса особи.

11. Действие приоритетных токсикантов в прибрежных районах Азовского моря превосходит адаптационные возможности бычка-кругляка. Накопление неблагоприятных эффектов при действии ксенобиотиков на молекулярном уровне приводит к возникновению

морфологических отклонений и к снижению репродуктивного потенциала особи. Нарушение репродуктивной функции отдельных особей в конечном итоге сказывается на воспроизводстве всей популяции бычка-кругляка Азовского моря и приводит к снижению эффективности размножения на популяционно-видовом уровне.

12. Результаты исследований молекулярных и морфометрических биомаркеров бычка-кругляка доказывают возможность использования данного вида рыб в качестве биоиндикатора загрязнения Азовского моря.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Список работ, опубликованных в изданиях из перечня ВАК:

1. Карапетьян О.Ш. Особенности функционирования микросомальной гидроксилирующей системы печени у некоторых рыб Азовского моря // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - Ростов-на-Дону, 2010. №4. - С. 89-91 (100%, 0,42 пл.).

2. Карапетьян О.Ш., Цема Н.И., Дудкин С.И. Молекулярные биомаркеры антропогенного загрязнения в печени бычка-кругляка Neogobius melanosotomus из Таганрогского залива // Вопросы рыболовства. - Москва, 2011. Т. 12, №4 (48). - С. 747-759 (0,62 п.л., 60 %).

3. Карапетьян О.Ш., Павленко Л.Ф., Короткова Л.И., Кораблина И.В., Цема Н.И. Влияние накопления приоритетных токсикантов в печени бычка-кругляка Neogobius melanostomus Азовского моря на морфометрические и молекулярные биомаркеры данного вида рыб // Современные проблемы науки и образования: Электронный журнал. - Москва, 2012. № 1. -URL: http://www.science-education.ru/101-5429 (0,44 п.л., 60 %).

Статьи и тезисы в других изданиях:

4. Карапетьян О.Ш., Дудкин С.И. Система микросомального окисления в печени рыб как показатель уровня антропогенного загрязнения Азовского моря // «Комплексные гидробиологические базы данных: ресурсы, технологии и использование»; «Адаптации гидробионтов»: Материалы молодежных школ. - Ростов-на-Дону, 2005. - С. 182-184 (0,16 пл 80%).

5. Карапетьян О.Ш., Дудкин С.И. Биомониторинг загрязнения Азовского моря по показателям микросомального окисления в печени рыб // Материалы IX Съезда Гидробиологического общества РАН. - Тольятти, 2006. Т. I. - С. 143 (0,04 п.л., 80 %).

6. Карапетьян О.Ш. Ферменты первой фазы детоксикации у рыб как биомаркеры загрязнения водных экосистем // Сборник материалов 5-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Молодежь XXI века — будущее российской науки». - Ростов-на-Дону, 2007. Т. I. - С. 17-19 (0,16 п.л., 100 %).

7. Карапетьян О.Ш., Дудкин С.И. Физиологические и экотоксикологические аспекты изучения микросомальных монооксигеназ на примере рыб Азовского и Черного морей // Материалы международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем». - г. Ростов-на-Дону, 2006. - С. 166-169 (0,24 п.л., 80 %).

8. Карапетьян О.Ш. Содержание цитохромов Р-450 и Ь5 в печени бычка-кругляка Азовского моря как критерий оценки его физиологического состояния и условий среды обитания // Материалы международной научной конференции «Современное состояние водных биоресурсов и экосистем морских и пресноводных вод России: проблемы и пути решения». -г. Ростов-на-Дону, 2010. - С. 167-168 (0,16 п.л., 100 %).

9. Карапетьян О.Ш., Дудкин С.И., Внуков В.В. Микросомальные цитохромы печени бычков Азовского моря как биомаркеры степени загрязнения водной среды // Современные наукоемкие технологии. - Москва, 2010. №7. - С. 182-183 (0,04 п.л., 70%).

10. Карапетьян О.Ш. Активность глутатион-8-трансферазы в печени бычка-кругляка Азовского моря в условиях хронического загрязнения // Тезисы VII международной научно-практической конференции молодых ученых по проблемам водных экоситем «Pontus Euxinus -2011», посвященной 140-летию Института биологии южных морей Национальной академии наук Украины. - Севастополь, 2011. - С. 121-122 (0,04 п.л., 100 %).

11. Карапетьян О.Ш. Зависимость состояния системы биотрансформации печени пиленгаса Азовского моря от физиологического состояния вида и степени антропогенного загрязнения водоема // Сборник материалов V Международной студенческой научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания». Часть 1. - Новосибирск, 2011. - С. 22-25 (0,16 п.л., 100 %).

12. Карапетьян О.Ш., Гаврицков В.Ю., Дудкин С.И. Активность глутатион-Б-трансферазы в печени рыб из различных районов Азовского моря // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы водной токсикологии: матер, конф. 17-19 мая 2011 года, г. Петрозаводск». - Петрозаводск, 2011. - С. 67-69 (0,16 пл., 70 %).

13. Карапетьян О.Ш., Цема Н.И., Дудкин С.И. Использование показателей детоксикационной и антиоксидантной систем печени бычка-кругляка Neogobius melanostomus для биоиндикации хронического загрязнения Таганрогского залива // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы водной токсикологии: матер, конф. 17-19 мая 2011 года, г. Петрозаводск». - Петрозаводск, 2011. - С. 70-73 СО 16 п л 60%).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГЭН - восстановленный глутатион

ГБТ - глутатион-8-трансфераза

ГПСИ - гепатосоматический индекс

ГСИ - гонадосоматический индекс

ДЦТ - 1,1-ди(4-хлорфенил)-2,2,2,-трихлорэтан

КДБА - коэффициент донной биологической аккумуляции

КН - коэффициент накопления

Ку - коэффициент упитанности

НУ - нефтяные углеводороды

ПХБ - полихлорбифенилы

СЗГ - стадия зрелости гонад

ТМ - тяжелые металлы

ХОП - хлорорганические пестициды

СУР - цитохром Р450

Сдано в набор 15.02.2012 г. Подписано в печать 15.02.2012 г. Заказ № 29.

Тираж 100 экз. Формат 60*84 1/16. Печ. лист 1,2. Усл. печ. л. 1,2. Копировально-множительный отдел Южного федерального университета 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, тел. (863) 263-82-91

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Карапетьян, Ольга Шаваршевна, Ростов-на-Дону

61 12-3/1314

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Южный федеральный университет»

На правах рукописи

Карапетьян Ольга Шаваршевна

БИОМАРКЕРНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОПУЛЯЦИИ БЫЧКА-КРУГЛЯКА ШОСОВШЗ МЕ1АЛЮ8ТОМ1\Ъ В ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНАХ АЗОВСКОГО МОРЯ

03.02.08 - экология (биологические науки) 03.01.04 - биохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор В.В. Внуков кандидат биологических наук, доцент С.И. Дудкин

Ростов-на-Дону - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................................13

1.1. Краткая характеристика Азовского моря..........................................13

1.2. Основные источники загрязнения экосистемы Азовского моря............................................................................................15

1.3. Воздействие загрязнения морских акваторий на состояние гидробионтов...............................................................................18

1.3.1. Биоаккумуляция ксенобиотиков у рыб.........................................18

1.3.2. Биотрансформация и детоксикация ксенобиотиков у рыб.................20

1.3.2.1. Первая фаза биотрансформации у рыб. Реакции окисления, восстановления и гидролиза..............................................................22

1.3.2.2. Микросомальная гидроксилирующая система, содержащая цитохром Р450: состав..................................................................................23

1.3.2.3. Микросомальная гидроксилирующая система, содержащая цитохром Р450: механизм действия..................................................................29

1.3.2.4. Суперсемейство белков цитохрома Р450 у рыб............................32

1.3.2.5. Вторая фаза биотрансформации у рыб. Реакции конъюгации...........34

1.3.2.6. Семейство глутатион-8-трансфераз у рыб...................................36

1.3.2.7. Факторы, влияющие на метаболизм ксенобиотиков у гидробионтов...............................................................................41

1.3.2.8. Антиоксидантная система рыб. Глутатион: синтез и функции.........43

1.4. Использование морфометрических и молекулярных биомаркеров для оценки функционального состояния гидробионтов при биомониторинге загрязнения водоемов......................................................................46

1.4.1. Морфометрические показатели рыб - показатели уровня антропогенной нагрузки на организм......................................................................47

1.4.2. Цитохромы Р450 как биохимические маркеры водного загрязнения...51

1.4.3. Глутатион-8-трансферазы рыб как эколого-биохимические индикаторы воздействия ксенобиотиков на гидробионтов........................................53

1.4.4. Восстановленный глутатион - информативный биомаркер в биомониторинге загрязнения водных экосистем.....................................55

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ...........................................................58

2.1. Районы работ...........................................................................58

2.2. Характеристика объекта исследования...........................................61

2.2.1.Общая характеристика биологии вида...........................................61

2.2. 2. Линейно-массовые показатели бычка-кругляка в 2010-2011 гг.........65

2.3. Методы исследования................................................................70

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ...................................................78

3.1. Характеристика ксенобиотического профиля среды в районах

исследования. Маркеры биоаккумуляции в тканях рыб..............................79

3.1.1 Комплексная оценка экологической ситуации в районах исследования материала......................................................................................79

3.1.2. Загрязнение хлорорганическими пестицидами и полихлорбифенилами воды, донных отложений и тканей рыб...............................................80

3.1.3. Загрязнение нефтепродуктами воды, донных отложений и тканей рыб............................................................................................83

3.1.4. Загрязнение тяжелыми металлами воды, донных отложений и тканей рыб.............................................................................................86

3.2. Оценка изменений морфометрических показателей бычка-кругляка в районах исследования в 2010-2011 гг.................................................92

3.2.1. Изменения коэффициента упитанности бычка-кругляка в районах исследования....................................................................................92

3.2.2. Изменения гепатосоматического индекса бычка-кругляка в районах исследования...............................................................................97

3.2.3. Изменения гонадосоматического индекса бычка-кругляка в районах исследования..............................................................................102

3.3. Оценка информативности некоторых молекулярных биомаркеров печени бычка-кругляка в развитии ответных реакций на воздействие загрязнения ..............................................................................................106

3.3.1. Активность системы биотрансфомации в печени разных видов рыб

Азовского моря...........................................................................106

3.3.2. Оценка показателей микросомальной гидроксилирующей системы в печени бычка-кругляка в 2010-2011 гг..............................................112

3.3.3. Оценка активности глутатион-8-трансферазы печени бычка-кругляка в качестве молекулярного биомаркера загрязнения среды обитания............123

3.3.4. Оценка биомаркерной роли восстановленного глутатиона в печени

бычка-кругляка Азовского моря.......................................................130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................137

ВЫВОДЫ..................................................................................142

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................145

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..............................................................182

ВВЕДЕНИЕ

В свете существующей проблемы, ведение экологического мониторинга только с применением химических методов анализа становится недостаточным, так как оно не позволяет выявить все разнообразие химических соединений в море, а главное, - не позволяет оценить отклики живых организмов на комплексное воздействие загрязнения. Поэтому в экологическом мониторинге Азовского моря важно все большее внимание уделять методам биоиндикации с использованием биомаркеров, в основе которых лежит оценка качества водной среды по состоянию ее биоты (Патин, 1979). Этот подход позволяет исследовать направленность и динамику биологических процессов в популяциях гидробионтов под воздействием всего комплекса присутствующих в среде обитания компонентов хронического загрязнения.

В нашем исследовании в качестве биоиндикатора загрязнения был выбран широко распространенный в Азовском море вид - бычок-кругляк

Neogobius melanostomus (Pallas, 1814), соответствующий всем основным требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам.

Работа была выполнена на базе отдела генетико-биохимического мониторинга Федерального государственного унитарного предприятия «Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства» в 20052007 гг. и в 2010-2011 гг.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

Положения, выносимые на защиту.

3. Действие приоритетных токсикантов в некоторых прибрежных

районах Азовского моря превосходит адаптационные возможности бычка-

кругляка. Накопление неблагоприятных эффектов при действии

ксенобиотиков на молекулярном уровне в некоторых исследованных районах

приводит к возникновению морфологических отклонений и к снижению репродуктивного потенциала особи. Нарушение репродуктивной функции отдельных особей в конечном итоге сказывается на воспроизводстве всей популяции бычка-кругляка Азовского моря и приводит к снижению эффективности размножения на популяционно-видовом уровне.

Результаты исследований внедрены и используются при проведении мониторинговых исследований Азово-Черноморского бассейна в отделе генетико-биохимического мониторинга ФГУП «АзНИИРХ». Исследования 2010-2011 гг. проводились в рамках календарного плана работ по государственным контрактам ФГУП «АзНИИРХ» с Федеральным агентством по рыболовству № 4-01/2010 и № 4-01/2011 «Биоресурсы и рыболовство», п/п 08.04.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации

были представлены и обсуждены на IV Всероссийской школе по морской

биологии «Комплексные гидробиологические базы данных: ресурсы,

технологии и использование» (Азов, 2005); на IX Съезде

Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006); на Международной

научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и

наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006); на 62-ой Международной

научной конференции биолого-почвенного факультета Южного

федерального университета (Ростов-на-Дону, 2006); на 5-й Всероссийской

научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых

ученых: «Молодежь XXI века - будущее российской науки» (Ростов-на-

Дону, 2007); на Международной научной конференции «Современное

состояние водных биоресурсов и экосистем морских и пресноводных вод

России: проблемы и пути решения» (Ростов-на-Дону, 2010); на VII Международной научно-практической конференции молодых учёных по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus-2011», посвященной 140-летию Института биологии южных морей Национальной академии наук Украины (Севастополь, 2011); на V Международной студенческой научно-практической конференции «Интел

Информация о работе

Карапетьян, Ольга Шаваршевна
кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Биомаркерная оценка состояния популяции бычка-кругляка Neogobius melanostomus в прибрежных районах Азовского моря - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы