Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Характеристика процессов пищеварения у рыб Европейского Севера

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Характеристика процессов пищеварения у рыб Европейского Севера"

РОССИЙСКАЯ академия наук Уральское отделение Институт физиологии

На правах рукописи

ПОНОМАРЕВ ВАСИЛИЙ ИВАНОВИЧ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ У РЫБ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Лг/.

г?/.-

Сыктывкар 1993

Работа выполнена в Институте .биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель

доктор биологических наук В.В.Кузьмина

Официальные оппоненты

доктор биологических наук заслуженный деятель науки и техники Коми АССР П.Н.Шубин

доктор биологических наук Ю.Г.Юровицкий

Ведущее учреждение

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук

Защита состоится "М" . С'ЛТл^.^. ... 1993 г. в . т. . час. на заседании диссертационного совета Д 200.25.01 в Институте физиологии Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 167610, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Первомайская, Д.48.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Коми научного центра УрО РАН.

Автореферат разослан . . . 1993 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Н.А.Чермных

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ • Актуальность темы. Исследование процессов расщепления входящих в состав пищи'биополимеров, осуществляющихся в пищеварительном тракте гетеротрофов под действием гидролитических ферментов, относится к фундаментальной проблеме ассимиляции пищи в организме животных (Уголев, 1985). С}собкй интерес для сравнительной физиологии имеет изучение закономерностей процессов пищеварения у рыб - одной из древнейших групп позвоночных животных, характеризующихся широким спектром занимаемых ими экологических ниш.,.

Общие закономерности пищеварения у рыб, а также влияние -на различные характеристики пищеварительных гидролаз факторов абиотической и биотической природы охарактеризованы достаточно подробно (обзоры: Barring-ton, 1957; Phillips, 1969; Уголев, 1972; Кароог et al., 1975; Кузьмина, 1978, 1981; Сорвачев, 1982; Фандж, Гроув, 1983 и др.). При этом'выявлена чрезвычайно высокая адаптируемость пищеварительной функции и, прежде всего, реализующих ее ферментных систем. Однако до последнего времени, как правило, исследовались рыбы южных и умеренных географических зон. Сведения о" процессах пищеварения у рыб в условиях высоких широт практически отсутствуют. Вместе с тем процесс расщепления биополимеров в пищеварительном тракте рыб является температурно зависимым. При этом для-рек Севера характерен короткий вегетационный период и низкая среднемесячная температура -воды. Это дает, возможность предположить существование особен- -ностей пищеварительной функции и наличие адаптивных механизмов, позволяющих пищеварительной системе рыб эффективно функциониро---вать в сложных климатических и гидрологических условиях. В связи с этим представляется важным исследование основных закономерностей процессов пищеварения и адаптивных возможностей ферментных систем, осуществляющих начальные этапы усвоения пищевых субстратов у рыб рек Севера. _ _

Цель и задачи исследования, работа посвящена изучению, процессов пищеварения у рыб, обитающих в условиях. Севера, выявлению механизмов температуркой, компенсации гидролитических функ-' цкй и оценке возможности перестройки характеристик пищеварительных гидролаз у различающихся по таксономии и экологии'' рыб Европейского Севера на примере ихтиофауны бассейна р.Печоры. 3 соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи: I. Охарактеризовать основные закономерности гидролитических.процессов

в пищеварительном тракте у рыб региона. 2. Определить направленность и 'амплитуду сезонных и возрастных изменений уровня актиа- . ности пищеварительных гидролаз у массовых видов рыб. 3. Исследовать влияние температуры на характеристики ферментов, обеспечивающих полостной и мембранный гидролиз белковых и углеводных компонентов пищи. Выявить особенности функционирования пищеварительной системы у рыб региона и адаптации гидролаз к условиям Севера.

Научная новизна -работы, ее теоретическая и практическая -значимость. Впервые в идентичных методических условиях исследованы процессы пищеварения у различающихся по систематическому положению, происхождению и экологии рыб Европейского Севера.

Установлена зависимость между уровнем активности пищеварительных гидролаз и характером питания рыб. Впервые высказано предположение о большей роли в реализации нутритивньЬс адаптации у рыб собственно кишечных ферментов ( -амилаза, мальтаза, оли' госахаридазы). и механизма мембранного гидролиза, пищевых субстратов по сравнению с адаптациями панкреатических по происхождению гидролаз, о чем было известно ранее.

Выявлены особенности сезонных и возрастных изменений интенсивности гидролиза белков и углеводов, а также соотношения актив-кости ферментов, обеспечивающих процессы полостного и мембранного пищеварения. Показано, что изменения активности ферментов связаны с варьированием в онтогенезе рыб, а также в разные периоды годового цикла состава пищи, процессами полового созревания, температурным режимом водоемов, климатическими особенностями года, выключением экзогенного \ питания и другими особенностями экологи рыб высоких широт.

Установлено, что адаптивные перестройки пищеварительных гидролаз рыб в значительной степени реализуются путем изменения-их температурных характеристик. В.частности, выявлены видовые и широтные смещения положения температурного оптимума пищеварителькьга ферментов,, уровня ферментативной активности в зонах низких, фи, зиологических и постмаксимальных температур. В ряде случаев продемонстрировано повышение эффективности ферментативных процессов-при физиологических температурах, в том числе адаптивные изменения величин Еакт пищеварительных гидролаз рыб в разные периоды года.

Выявленные факт# позволяют охарактеризовать некоторые закономерности функционирования пищеварительных гидролаз у рыб, эбитащих -в северных водоемах. Полученные результаты способствуют 5олее глубокого/ пониманию адаптивных возможностей пищеварительной системы рыб и могут быть полезными при разработке теоретических основ управления трофическими циклами в водных экосистемах Севера.

На основании результатов работы выработан ряд рекомендаций, зажных для разработки мероприятий, связанных с ведением в водоемах Севера интенсивного рыбного хозяйства. Полученные данные также могут быть использЬваны в качестве фоновых при изучении . злияния на пищеварительные функции рыб различных токсикантов 1 вторичного загрязнения, в связи с возрастанием антропогенной нагрузки на внутренние водоемы.

' Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и •¡редставлялись на 4-ом совещании гидробиологов Урала. (Оренбург, 19&9), 7-ой Всесоюзной конференции по экологической физиологии и 5иохимии рыб (Ярославль, 198У), Всесоюзной конференции "Физиология морских животных" (Мурманск, 198У), 4-ом Всесоюзном симпозиуме' "Проблемы мембранного пищеварения и всасывания" (Юрмала, 1990), П-ой Коми республиканской молодежной научной конференции [Сыктывкар, 199и), Всесоюзном симпозиуме по атлантическому лососю [Сыктывкар, 1990;, ГЗ-ой сессии Ученого Совета по проблеме "Био-тогические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера" (Сыктывкар, 1990;, Всесоюзном симпозиуме по экологи-

*еской биохимии рыб (Ростов, 1990), 6-ом съезде Всесоюзного гидробиологического общества (Мурманск, 1991), молодежной научной <онференцли, посвященной Зи-летию Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Сыктывкар, 1992) и 8-ой ручной конференции по экологической физиологии и биохимии рыб [Петрозаводск, 1992).

, Публикации. По теме диссертация опубликовано 16 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, эбзора литературы, описания материала, и методов исследования, 3 ""лав, содержащих результаты исследования, общего заключения, эы-юдов, списка литературы и приложения. Работа содержит 213 стр. машинописного текста, из которых 43 стр. занимают рисунки и таб-ищы,- 4и стр. - список литературы, включающий 214 работ отечест-

- 4 - '

венных wI2& - зарубежных авторов. • :

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

. Работа вьшолнена в лабораторных и экспедиционных условиях на 1691 экз. II видов.рыб, относящихся к 5 отрядам. Отр. сельдеобразные Clupeiformes: сем.'лососевые SalEonidae - семга Salmo salar L., сиг. Coregonus lavaretus piaschian Gnu, сем. xa- риусовке Thymallidae - хариус Thymallus tbymallus Ь. Отр. . щукообразные Esociformes: сем- щуковые Esocidae - щука Esox lucius Ь. Отр.' карпообразные Cypririifornes: сем. карповые Сур-rinidae - язь leuciscus idus L., гольян Phoxinus phoximis L., сем. вьюновые Cobitididae. - голец Hoemacheilus barbatulos L. Отр. трескообразные Gadiformes: сем. тресковые Gadidae - налим Lota lota L. Отр. окунеобразные Perciformes: сем.- окуневые Fercidae - окунь Perca fluviatilis L., ерш Gymnocephalus cernuus ¿.-i сем. подкаменщики Cottidae - подкаменщик Coitus gobio Ъ. , -

. Экспериментальный материал собран в 1985-1990 гг. в среднем течении p.liiyrop .(типичный уральский приток р.Печоры). Кроме того, в работе использованы карп C-y^rinus -caxpio Ь. и форель Salmo gairdneri Rich, из рыбопосздкового хозяйства при Печорской ГРЭС,

Отлов рыбы производили в летнее время тягловыми неводами, ставными сетями, крючковыми снастями^и сачнаш, зимой - удочкой. Рыб,- исследуемых в зимний период, а такае часть особей из летних сборов обрабатывали сразу по.сла отлова. Остальных рыб в течение нескольких днейсодержали в садках, установленных в русле реки, при небольшой плотности посадки. Препарирование и замораживание кишечников в термосе" (температура - I8-j¿0°C) произведши в поле--авых.условиях. Дальнейшую обработку материалов Осуществляли в лаборатории. ^ '

'' В качестве ферментативно активных препаратов^ использовали гомосенаты слизистой желудка и кишечника, гомогенаты всего кишеч, ника '(у Небольших рыб и молоди), а такие смыцы кишечника. Гомоге ^наты и смывы готовили на растворе Рингера дл^ холоднокровных животных (рН 7ч.4). Для устранения различий, связанных спроксимо-диста'льными градиентами активности пищеварительных ферментов", исс довали всю слизистую кишечника и хелудка.

Изучение процессов гидролиза пищевых субстратов в желудочнс .кишечном"тракте рыб производили в условиях in vitro. Активность -амилазы (КЗ '3.2.1.I.) определяли in убыли крахмала модифи-

цированным-методой'Смита и Роя (Уголев, .1969), обцуя вдилолити-ческу» 'активность и активность сахаразы - по приросту гексоз модифицированным методом Нельсона (Уголев, йезуитова, 1559;-, обшук протеолитическую активность - по приросту тирозина модифицированный методом' Ансон-Ку-нитца (Кузькина, Егорова, 1936). Инкубацию субстратоз и ферментативно активных препаратов осуществляли при постоянном перемешивании, при стандартной температуре а так-

же температуре среды обитания.рыб. При изучении влияния температуры

на активность гидролаз -инкубацию проворили в диапазоне температур от 0 до 7С°, с интервалом 1С0. Величину кажущейся энергии активации ) рассчитывали графическим методом Аррениуса. По-

лученные данные обрабатывали статистически с использованием стандартных программ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЯЭДОЗАЖЯ

I. Общая характеристика гидролитических процессов в желудЬчно-кишечном тракте у рыб разных видов Сопоставление уровня активности пищеварительных гидролаз у разных видов рыб осуществляли при стандартной температуре инкубации (табл. ).. Были выявлены определенные видовые различия в уровне активности ферментов, в ряде случаев коррелирующие со спектром питания рыб.

Максимальный уровень общей протеолитической активности слизистой желудка (у ерша) превосходит минимальный (у налима) в 6 раз". Аналогичные параметры для кишечных протеиназ различаются в 8 раз (сиг и язь)При этом активность протеолитических ферментов . не позволяет обнаружить связь с особенностями питания рыб.

В то же время'уровень активности гидролаз, осуществляющих различные этапы расщепления полисахаридов, в значительной мере коррелирует с составом их пищи. Действительно, уровень активности оС -амилазы у преимущественно фитофага гольяна, выше, чем у хищников (щука, семга), в 6-7 раз, а сахаразы - соответственно в 5.5 раза. Особый интерес представляет- то обстоятельство, что наиббльшие видовые различия обнаружены для общей амилолитической активности' (показатели у гольяна выше, чем у щуки и семги в 80-90 раз). Этот факт может свидетельствовать о большей роли в реализации нутритивных адаптации не оС -амилазы, а собственно кишечных ферментов, таких^ как $ -акте лаза, мальтаза и, возможно, олигоса-харйдазы. Рыбы*, потребляющие преимущественно бентосные организмы,

Таблица

Уровень активности пищеварительных ферментов в слизистой желудочно-кишечного тракта . у половозрелых рыб в летний период .

1 . 1 ■ ' Ф и е р м е.н тати в н а я а к т и в н о с т ь

[" Слиэис-гая 1 1

/ втд ! желудка : 1 1 Слизистая - к и ш е ч н и к а

{общая протеоли-тическая актив- 1 ' X •ность 4общая протеоли-- тическая актив-" I X • ностьА '.общая омилолити-! !ческая актив- ! 1 X 1 ность 1 - амилазахх | сахараза

€емга 5.04*0.58 2.16*0.93 . , 0.15^.03 0.75*0.02 0.40*0.06

Сиг 4.36*0.79 6.08*0.37 1.58*0.18 2.04*0.20 0.31*0.02

Хариус .. 3^60*0. 56 3.00*1.30 1.73*0.08 1.85*0.18 0.23*0.04 .

Щука 5.98*1.1,6 • - - ,0.16*0.06 - -

Гольян - - ' > ' 4.63*0.^38 13.50*4.25 4.76*0.15 0.55*0.18

Голец 1 • -' ' 2.64*1.41 '1.67*0.26 2.57*0.26 -

Налим 1.19*0.19'- 1.85*1.13 . 0.35*0.07 0.7.0*0.19 0.10*0.01

'О^сунь • 3.73-0.51 2.87*1.02 ~ 0.66*0.15 1.81*0.51 0,48*0.04

Ерш 7.35*0.96 ■ 2.59*0.32 2.49*0.52- 1.89*0.25' 0.40*0.07

Подкаменщик 5.40-1:02 4.07-0.95 1.81-0;02 4.00-0,63.' ' ' -

х - -I -I - мкмоль-г. -мин , , хх мг-г^1 • мин"* -

эбнаруживают близкие значения активности разноименных-карбогид-раз. Эти данные хорошо согласуются с результатами работ, выполненных на рыбах южных и-умеренных широт (Barrington, 1957; Phillips, 1969; Kapoor et aL., 1975; Кузьмина, 1986 и др.).

При исследовании соотношения активности ферментов, осуществляющих полостное (П)чи мембранное (М) пищеварение, установлено, что распределение активности гидролаз у рыб бассейна р.Печоры не зависит от особенностей экологии питания. Так, у гольяна коэффициент П/М общей амилолитической активности <1, в то враля как для эврифагов - преимущественно бентофагов или < I (ерш, экунь), или > I (сиг, хариус).

Таким образом, сопоставление уровня активности некоторых тащеварителькых гидролаз у разных видо'в рыб свидетельствует об ix значительной адаптированное™ к характеру питания. При этом заявлены .видовые особенности соотношения гидролитических процессов в полости и слизистой кипечника, отражающие специфику реализации Начальных этапов усвоения пищевых веществ у рыб в условиях Севера.

2. Сезонные и возрастные изменения активности ^пищеварительных гидролаз

Характер обнаруженных сезонных изменений активности пищеварительных ферментов в значительной мере связан как с температурой среды обитания рыб, так и с температурой инкубационной сме-

что соответствует данным других авторов ( Hofer, 1979; Кузьмина, 1986). Гидролиз пищевых субстратов при стандартной температуре 20° может проходить интенсивно не только в летний, ко и в зимний период (рис. I). Общая протеолитическая активность слизистой кишечника у'гольяна летом выше, чем зимой в 1.7 раза (р<0.05). ктивкость щелочных протеиназ у налима, напротив, з 1.9 раза выше холодное время года. Уровень ферментативной активности у подка-екщика, молоди семги и хариуса на протяжении годового цикла из- -еняется слабо. При температуре, близкой природной, уровень 'ак-ивности гидролаз, как правило, максимален-в летний период. Ранее ри исследовании рыб волжского бассейна была показана значитель-ая сезонная вариабельность ферментативной активности у "мирных'' ыб и незначительная - .у хищников (Кузьмина, .I9E61. Анализ наших анных свидетельствует о том, что у рыб бассейна р.Печоры, неза-исимо от характера питания, в холодное время года сохраняется от-осительно высокий уровень активности пищеварительных йдролаз.

1

1 &

р

% ш

У/

У/,

КС

(И

а_

141

га

А

1

ту

Уровень общей протеодатической активнооУги слизистой кишечника'у рыб р-.Щугор в летний (I) и. зумний-' (.2) ■ периоды'. Пе горизонтали - сезоны года, по 'зертикали-• ферментативная активность _(мкмоль-г-"-мин-^). -А -■ ■ гольян, Е - подкаменщик, В - молоть.семги, Р - хаг 'риус, Д - калим: Незаштрихованные' столбики - температура инкубации'-?.0°, заштрихованные — (5лизкйяприродной (лето - 10°,'зима - сколо'б0)..

При'этом перестройки ферментативного-аппарата- шеЪт характер'тем-пегзатушсй компенсации.

межсезонная и межгодавая изменчивость'характеристик ферментов связана с' соответствующими.изменениями соотношения актквност! полостных и мембранных гидролаз. Так, при«20° уровень"Общей амилс литической активности слизистой кишечника у гольяна выше, чем полости летом в 1.У, -зимой б 2 раза, (рис.2). У хариуса, -напротив, активность полосткьтс карбогидраз выше,.мембранных• в ¿.о .и '¿.ь разг у молоди семги - в 1.5,и 1.3 'раза .соответственно. Таким образом^ в'зимний период наблюдается некоторое усиление.рбли преобладающего механизма пищеварения (полостное или-мембранное)'. "

Изучение активности некоторых карбогидраз в слизистой кишечника производителей семги з равные периоды полового цикла показа-_ло, что уровень активности -амилазы 'у.преднерестовых рыб 61

лее,.чем в '3 -раза превосходит показатели кеоестящихся особе.й. При расчете .тотальной активности каросгидраз,'функционирующих в

■слиз.истой кишечника, а также относительной тотальной активности различных ферментов выявлено "достоверное понижение их активности

— —

Рис. 2. Уровень обдеи амнлолитической активности полости

(незаштрихованные столбики) и слизистгй [ заштрихованные столбики) кишечника у рыб р:1угер*в летний (I) и зимний (2) периоды. По горизонта;::: - сезоны-года-, по вертикали - ферментативная активность при температуре инкубации 20° (мкмоль. v'1 ♦ ми--:-" !. А -гояьян. -i - хариус, В - молодь сек:-;.

г рыб, достигших фу;;>-:;.!.::■ иьной половой зредо'.-ти ,р 4 v'.ui -) <0.001). Периоды пов'.-ж-знйой ферментативной' активности совяада-зт со сроками появления в пищеварительном тракте проходкой семги >ечной пищи (Кучина, 1935; Владимирская, 1957; Мартынов, Iv-J..

На,примере хариуса показано, что характер сезонн;_;х изменений активности карбогидраз у неполовозрелых и половозрелых р„:3 ¡ходньгх возрастных групп близок. Так, при стандартной температу-)е 20°' отмечены два максимума активности . aL -амилазы - з зимни;: ! осенний периоды. При температуре инкубации, близкой природной, тгавень активности c¿ -амилазы достигает наибольших величин юенью, снижаясь зимой з I.3-I.4 раза. Уровень активности т-зрме:-:-'а всегда вьете у половозрелых особей, причем поел-? ;;ер{ ••та и з ;ередине лета - статистически достоверно ;р < C.-.'Oi). При от^м ажио отметить несовпадение максимума уровня обкзй .милолитиче1:-:ой активности слизистой кишечника у нЬполовозрелух ;i ¿толоворсе-ь:хч<Зсоое;"г хариуса. Помимо отого выявлены можгсдовыо изменения арахтера сезонной динамики общей амило.-итич'-пкой -ыстнвности,'

ссг.ровсккджшкеся смещением пиков ферментативной активности и пс~ :» :шем после нереста у половозрелых рыб при температуре инку-Сашг.!, о'лизкой природной,' второго максимума активности.

Связь мекду особенностями питания рыб VI уровнем ферментатетв-г.ой активности обнаружена также при анализе возрастной динамики -".гхзносги разноименных пищеварительных ферментов. При этом ус-г-: жилено, что с возрастом уровень активности карбогидраз у хариуса после некоторого повышения (до пяти лет) снижается. Противоположная тенденция характерна для полостных протеиназ. Так, уровень общей протеолитической активности полооти кишечника минимален у трех^одовиков хариуса и выше у неполовозрелых двух-ч-з-тирехгодовиков в 1.5-2.6 раза, у половозрелых - 0 3.1-4.5 раза (рис.3). Вместе с тем активность щелочных протеиназ, связанных

А

!0,0

■ 5.0

./>.0

IV

Й

Ш

I

I

Рис.3, Уровень' общей протеолитической активности"кишечника»у-; хариуса- различных возрастных групп. Ло.горизонтали -возрастные группы1 по вертикали - ферментативная активность (мкмоль* п"А«мин~{/'.' 1-2-, 2-3 .3-4., 4-5., 5-б:, б-?-. А -неполовозрелые рыбы^ В - ", ; половозрелые рыбы. Незаштрихованнке столбики 7 йолость. кишечника, заштрихованные столбики -слизистая' ккечнгкс

со слизистоГ: кга;-зчнккг. близка у неполовозрелых рыб :: заметно зкгаэ у половозрелых. При исследовании молоди семги столь значительные возрастные изменения не найдены.

Уровень активности карбогидраз у взрослых* производителен семги, напротив, в разные сезоны года достоверно ниже соответствующих параметров молоди (р < 0.05 - р < 0.001). Это подтверждает установленную ранее возможность перестроек характеристик мембранных гидролаз при возрастных изменениях типа питания (Кузьмина, .1985).

ТадСим образок, установлено, что характер сезонной и возрастной динамики пищэзарительных ферментов в наиболее общих чертах соответствуем выявленным•ранее закономерностям. Вместе с тем у рыб бассейна р.Печоры наблюдаются значительно менее выраяеннке", чем в средних широтах (Кузьмина, 1966), сезонные изменения уровня ферментативной активности, что обеспечивает эффективное функцио-

л . ^ V"

нирование гидролитических систем пищеварительного тракта рыб в хо-лодноводных водоемах.

3. Влияние температуры на некоторые характеристики пищеварительных ферментов ..

Кай известно, температура злияет1 не только на интенсивность синтеза и деструкции, гидролаз, но и на характеристики фермент-мембранных комплексов .(Уголев, 1972; 19И5; Егорова и др.,- 1974; Хочачка,'"Сомеро, 1977, 1988 и др.). Ранее при анализе температурных адаптации пищеварительных гидролаз у различных видов.го-мойогермн-лх и пойкитготермных кивотных была продемонстрирована значительная зависимость -функции одноименных фермёнтов от температуры среды- обитания рыб в настоящем и, далеком .прошлом ^ (Уголев'и'др., 1955). . . ' •

лри изучении у. рь;б бассейна р.Печоры температурной зависимости. активности пищеварительных гидролаз отмечено, что как и у Уаб других климатических, зон (Кузьмина, 1966), в ббльшей степени гоояйляктся' различия' кривых "Ь0 -функции разноименных ферментов, гем видовые особенности одноименных гидролаз% Вместе с тем нами >ылй выявлены различия, касающиеся зоны-низких и физиологических 'емлератур, а такяе положения температурного оптимума, которые в-1 >яд6. случаев коррелировали с экологией и филогенией рыб..

.'■Так, величина температурного, оптимума «С -амилазы у ерша,

- -

гольца, окуня, подкаменщика, гольяна, нилима и семги соответствует 50°, у'скга и хариуса - 40-50° (рис.4}/ Эти данные свидетельствуют, о сходной термостабильности молекул фермента у рыб„ разных видов. Однако а зоне низких'и.физиологических температур обнаружена значительная вариабельность показателе:*:. Минимальная относительная актизность. ^ -амилазы при 1С0 (у ерша) составляет. 25/о, максимальная (у хариуса) - 645=.

Интересно, что уровень активности оС -амилазы -в температурном интервале 0-20° у молоди семги различен, причем'по этому показателю выделяются две четкие группы рыб. Ферментативная активность у пестряток первой группы составляет в летнее время при температуре инкубации 20° 1.9С-0.21 у.е.,'у рыб второй группы -0.55-0.11 у.е. Бо-видимому, дифференциация молоди лосося обусловлена функционированием различных молекулярных форм оС -амилаз-.:, которые могли сформироваться з связи со сменой в филогенезе атлан-тичесцсого лосося среды1обитания.

Ранее было показано, что для/хищных раб бассейна р.Волги характерна чрезвычайно высокая относительная активность при низких ■температурах не только -амилазы, но к кислых протеинаы слизистой желудка (Кузьмина, 1990). при исследовании соответствующих показателей у рыб Севера подобные закономерности не обнаружены. Вместе- с тем в работе установлено, что у арктических и предгорных видцз величина температурного ..-нмума кислых протенназ (40-50°) уступает таковой рыб равнинь.. о бореального фаунистического комплекса (50-60°/. , ' -

( - Сходная -закономерность обнаружена и при исследовании влияния температуры на активность сахаразы. Термостабильностъ фермента оказалась наименьшей у арктических видов рыб - семги и сига. При этом у производителей семги выявлен наиболее высокий уровень относительной активности сахаразы в зоне низких и физиологических температур (при 10° Ъ%, У других видов' рыв - лишь 13-2И£). Последнее может рассматриваться как.результат комплексных адаптивных перестроек пищеварительной системы; включающих, по-видимому, не только изменения характеристик белковых глобул фермента, но, и ллпидного матрикса_ мембран, энтероцитов..

Характер температурной зависимости гидрвлаз в целом устойчив и не претерпевает существенных изменений на протяжении годового никла рыб. Вместе с тем выявлены 'перестройки теютературнь" харак-

Рис.4. Влияние температуры на активность '-амилазы'(I А, й) и сахаразы (П А, В) в слизистой кишечника некоторых видов рыб р.Щугор.

По вертикали - ферментативная активность {% от максимальной, принятой за 100); по горизонтали - температура (°С). I- - хариус, 2 - ерш, 3 -'молодь семги, (а - Группа А, .6 - группа Б), 4 - производители семги, 5 - окунь,. 6 - гольян (сплошная линия - летний период; Прерывистая - зимний период).

\

Рцс.5.. График Аррениуса для ¡>С -амилазы в слизистой кишеч-'ника рыб р.Шугор. По вертикали - ХеО-Ю )где_ V -скорость ферментативной реакции (мг-г~'',>мин~"1); по горизонтали-- 1/Т.(10 ) - величина, обратная абсолютной температуре. I •- молодь семги группы Б, 2 - на лим,. 3 -. производители семги, 4 - ерш, 5 - голец, 6 - окунь, 7 - сиг, 8 - хариус, 9 - молодь семги , - группы А, 10 - подкаменщик, II - гольян. Числа на гра шике показывают'значения, соответствующие кажущейся . энергии активации. . .

теристик пищеварительных фермен.тов,, имеющие компенсаторную направленность. Так, в зимний период отмечено смещение положения температурного оптимума сахаразы в сторону высоких температур у молоди семги и в зону низких температур - у гольяна; Зти данные хорошо согласуются с представлениями о возможности адаптивных сезонных сдвигов положения температурного оптимума гидролаз у рыб (Уголев и др., 1976; Гельман, 1575').

Для некоторых'ферментов выявлена зависимость величины Еакт от типа питания рыб. Так, начальные этапы расщепления полисахаридов в 4-8 раз эффективнее у хищных рыб по сравнению с^бентофага-ми (рис.5). При этом для большинства исследованных вйдов характерны изломы на графиках Аррениуса, в ряде случаев свидетельствующие о повышении в 1.5-2 раза эффективности ферментативного процесса -в зоне физиологических для анализируемого сезона температур.'

- Таким образом, полученные данные свидетельствуют.,о том, что одним из путей компенсации отрицательного температурного воздейст-. вия на гидролитические-функции пищеварительной системы рыб является адаптивная регуляция температурньдс характеристик пищеварительных ферментов, обеспечивающая оптймальное протекание процес-: сов деградации пищевых субстратов в пищеварительном тракте рыб холодноводных -рек. - ' •

■ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют о наличии общих закономерностей процессов пищеварения у рыб разных широт. Действительно, процессы последовательной деградации' различных компонентов пищи в желудочно-кишечном тракте рыб происходят .при участии идентичных ферментных сиотем, участвующих в полостном и. мембран-, ном гидролизе пищи. Важнейшим свойством пищеварительной, функции рыб-является'адаптируемость к постоянно меняющимся условиям среды. В частности,' пищеварительные ферменты адаптированы -к харак- ^ теру питания рыб и температурному режиму водоемов. Характеристики гидролаз, будучи связанными с-особенностями экологии рыб, прояв- ' ляют индиввдуальную и видовую, а-.также возрастную и сезонную изменчивость. Принципиальное сходство основных закономерностей гидролитических процессов у далеккх по району распространения, таксономии, филогенезу'и экологии видов рыб хорошо согласуется с представлениями о единстве, фундаментальных процессов в пищевари-

. -тельной системе животных (Уголев, 1985). Именно на универсальности функциональных основ пищеварительных' процессов" базируется , способность рыб к'потреблению широчайшего спектра кормовых организмов,'а также разнообразие ниш, занимаемых рыбами в водных , экосистемах. <- •

, " Помимо этого, установлено существование ряда особенностей функциональных характеристик пищеварительной системы, связанных со спецификой реализации"процессов,, гидролиза пищевых, субстратов -в северных водоемах. Выявленные перестройки характеристик пищева— . рительных' ферментов (особенно на уровне их активности) направлены'на оптимиЗацикупроцессов Пищеварения. При этом формирование нутритивных и температурных адаптация пищеварительных гидролаз рыб цроисдодит' как путем,изменения интенсивности синтеза и дест-.рукции ^ферментов,' так *и за сч^т изменения их свойств, а также изменения функциональной нагрузки меж|цу разными типами пищеваре- -ния (полостным и мембранным). Особо следует отметить важную роль , •процессов мембранно'го Пищеварения.. Эти Данные соответствуют современной концепции о гомеостатировании метаболизма эвритермных животных за'счет трех-основных-механизмов биохимической адаптации: . I) изменения типа молекул; 2) изменения концентрации молекул; 3) адаптивной регуляции функции макромолекул (Хочачка, Сомеро, 1977). ■ ; . - ' * - ^ ■

■Совокупность дцаптивных перестроек исследованных характеристик различных ферментов обеспечивает конденсацию отрицательного -воздействия температуры на функционирование пищеварительной сис-' темы, осуществляющей начальные ,этапы усвоения пищевых веществ, у рыб в условиях Севера. '

. ВЫВОДЫ

1. При исследование процессов полостного и мембранного.пищеварения у рыб, входящих в 'юстиофа'уну бассейна р.Печоры, отмечен известный консерватизм ферментных .систем, реализующих пищева-ч ритедьную функцию, выражающийся в наличии общих закономерностей для рыб разных широт.1'В то же время установлена существенная лабильность характеристик гидролаз, проявляющаяся в изменении уровня активности ферментов и их свойств

2. Обнаружены, видовые различия в уровне активности кислых и щелочных протеиназ,- а также ряда карбогидраз в слизистой желудочно-ки-

е

. - I? -

щечного тракта рыб, различающихся по таксономическому положению, происхождению и экологии. Для карбогидраз установлена корреляция со спектром питания рыб. Наиболее значительно /в 80-90' раз) различаются значения общей амилолитицеской активности у преимущественно фитофага (гольянЬи типичных хищников (щука и семга).'

3. Соотношение■активности пищеварительных гидролаз, функционирующих в полости и слизистой, различно: у гольяна и ерша коэффициент П/М < I, "у сига и хариуса - > I. Связь между' величиной П/М и типом' питания рыб не обнаружена^ В зимний период отмечено некоторое увеличение ролй доминирующего механизма пищеварения (полостное или мембранное).

4. Сезонная динамика активности пищеварительных гидролаз, оцениваемая при температуре среды обитания рыб, в большинстве случаев характеризуется максимумом в летний или осенний период. Независимо от вида рыб и типа гвдролизуемого субстрата, максимальные значения активности превышают минимальные, как правило, не'более, чем в 1.5-2.5 раза.. Интенсивность процессов гидролиза у рыб разных видов при стандартной температуре 20° изменяется незначительно, причем в ряде-случаев (семга, хариус, 'гольян, налим, подкаменщик) пик наблюдается в зимний период.

5. Выявлены возрастные изменения активности полостных и мембранных ферментов, связанные со сменой в онтогенезе рыб спектра и типа питания. На примере хариуса показано, что .при увеличении в, рационе доли рыбной пищи происходит значительное (в 4.5 раза) увеличение активности полостных протеиназ и "не столь существенное увеличение активности мембранных протеиназ.

6. Температурные характеристики разноименных ферментов у рыб одного вида различаются в большей степени, чем характеристики одноименных гидролаз у рыб разных видов.'В ряде случаев установлена зависимость -функции пищеварительных ферментов от особенностей экологии и происхождения рыб.'Наиболее значительные изменения характерны для'сахаразы - величина Темйературного оптимума фермента у арктических видов (семга и сиг) соответствует 30°, у остальных видов рыб - 40-50°.

7. Значения кажущейся энергии активации исследованных гидролаз, как правило, при температуре питания рыб в 1.5-2 раза ниже (следовательно, 'эффективность процесса гидролиза пищевых субстратов

. - 18 -

в 1.5-2 раза выше), чем при более низкой или высокой температуре. 8. Характеристики пищеварительных гидролаз в ряде случаев отражают специфику функционирования пищеварительной, системы рыб в условиях северных водоемов и могут рассматриваться как адаптивные. Нутритивные и температурные адаптации пищеварительных гидролаз у рыб разных видов реализуются не только за счет изменения интенсивности синтеза и деструкции ферментов, входящих в анализируемые цепи протеаз и карбогидраз, но и за счет изменения их свойств, а также изменения соотношения механизмов полостного и мембранного пищеварения. " . ■ '

' СПИСОК РАБОТ,.ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '

1. Пономарев В.И. Активность некоторых пищеварительных гидролаз печорской семги в период нерестовой миграции-// Тезисы конф. "Водные экосистемы-Урала, их охрана и рациональное использование". - Свердловск, 1389. - СЛОЗ.

2. Пономарев В. И. Влияние температуры на гидролиз -углеводов в слизистой кишечника у некоторых видов рыб бассейна р.Печоры //Тезисы 7-ой Всес. конф. по экол. физиологии и биохимии рыб. -Ярославль, 1989. - Т.2. - С.У4-96. •

3. Пономарев В.И. Температурная зависимость гидролиза' белков . и углеводов в пищеварительном тракте у молоди семги р.Щугор//

Тезисы конф. "Физиология морских животных". - Апатиты, 198У. -С.ЬО.

4. Пономарев В.й. Особенности характеристик гидролаз' слизистой кишечника рыб бассейна р.Печоры // Тезисы 4-го Всес. симп. "Проблемы мембранного пищеварения и всасывания". - Рига, 19У0..-СЛ07-108.

£>, Пономарев В.И. Температурные характеристики пищеварительны протеаз рыб бассейна р.Печоры // Тезисы П-ой Коми респ. молод. ,, научн. конф. - Сыктывкар, 1990. -'0.129.

6. Пономарев В.И. Уровень активности пищеварительных ферментов у рыо бассейна р.Печоры // Тезисы 13-ой конф. "Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера". -Сыктывкар, 1990. - С.79.

. 7. Пономарев В.И. Возрастные особенности распределения активности карбогидраз и протеаз в кишечнике у молоди семги // Тезисы

- . - 19 -

Всес. .симп. по■атлантическому лососю. - Сыктывкар, 1990. - С.75.

8. Пономарев В.И. Сравнительное изучение^характеристик пищеварительных гидролаз производителей и молоди атлантического лосося // Тезисы Всес. симп. по атлантическому лососю. - Сыктывкар, 1990. - С.76.

9. Пономарев В.И. Активность пищеварительных ферментов семги р.%гор в речной период жизни Сна примере карбогйдраз) // Биология атлантического лосося на Европейском Севере СССР С Тр. Коми НЦ УрО 'АН СССР, !? 114). - Сыктывкар, 1990. - СЛ04-П4.

10. Пономарев В.И. Сезонные изменения активности пищеварительных гидролаз европейского хариуса // Тезисы 2-го симп. по зкол. биохимии рыб. - Ярославль, 1990. - СЛ96-197.

11. Пономарев В.И. Влияние температуры на обпило амилолити-ческую активность слизистой кишечника у некоторых видов рыб бассейна р.Печоры У/ Вопр. ихтиологии..- 1991. - Т.31. - № 2. - С. 292-299.

12. Пономарев В.И. Характеристика гидролитических процессов в желудочно-кишечном тракте у рыб в условиях Севера // Тезисы 4-го съезда ВГБО. - Мурманск, 1991. - ЧЛ. - С.99-100.

13. Пономарев В.К. Межгодовая изменчивость общей амилоли-тической активности слизистой кишечника у хариуса // Тезисы молод, научн. конф., поев. 30-летию Института биологии Коми НЦ. -Сыктывкар, I992. - С.32-33.' -

14. Пономарев В.И. Возрастные изменения активности пищеварительных гидролаз европейского хариуса // Тезисы 8-ой научн. конф. по зкол. физиологии и биохимйи рыб. - Петрозаводск, 1992. -С. 44-45. ''

15. Пономарев В.И. Температурная зависимость активности кишечной сахаразы у рыб реки %гор: Серия препринтов "Научные доклады", вып. 300.-- Коми НЦ УрО РАН, 1992. 12 с.

16. Пономарев В.И. Влияние температуры- и особенностей питания на характеристики ^ -амилазы рыб Севера // Экология. -1992. - № 5. - С.50-55.

»