Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Метаболические реакции у рыб при токсических воздействиях и их использование в биотестировании вод

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Метаболические реакции у рыб при токсических воздействиях и их использование в биотестировании вод"

9 3

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГИДРОБИОЛОГИИ

На правах рукописи

КОВАЛЕНКО Виталий Феодосьевич

УДК: [597—11:574.64] (28)

МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ У РЫБ ПРИ ТОКСИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В БИОТЕСТИРОВАНИИ ВОД

03.00.18 — гидробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Киев — 1993

РО«***!*-Г*су*С*СТМЧН1Г

б*вшст«*а ИМ ГЯСичА*^

Работа выполнена в Институте гидробиологии АН Украины Научный руководитель: академик АН Украины РОМАНЕНКО В. Д.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук БРАГИНСКИЙ Л. П.

кандидат биологических наук ВЕСЕЛЬСКИЙ С. П.

Ведущая организация: Харьковский НИИВО

Защита диссертации состоится « 1993 г. в /ь' часов

на заседании специализированного совета Д 016./9.01 при Институте гидробиологии АН Украины по адресу: 252210, Киев-210, пр. Героев Сталинграда, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан «

¿г/ » __'_ 1993 г.

Ученый секретарь

ПРОТАСОВ А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях токсические вещества различного происхождения стали /мощным, постоянно действующим экологическим фактором, существенно трансформирующим твчеше гидробиологических процессов. Нарастающее антропогенное загрязнение естественных водоемов Еедет к значительному изменении физических и химических сеойсте води, к нарушению биологического равновесия и процессов самоочищения, и, если не препятствовать этому, то приведет в конечном итоге к серьезному экологическому кризису. Это подчеркивает острую необходимость разработок элективных и надежных методов оценки биологической опасности загрязненных вод.

Применяемая в настоящее время система контроля качества пресных вод базируется в основном на гидрохимических методах и нормативах (ЩК). Но дате самый точный химический анализ веществ-загрязнителей не дает объективной оценки их совместного токсического действия на гидробионтов. Для решения этой проблемы успешно могут применяться метода биологического тестирования, основанные на анализа ответных реакций водных организмов, подвергающихся воздействию неблагоприятных Факторов средн. Биотестирование, осуществляя интегральную оценку степени опасности исследуемой воды, узе по' сути своей обеспечивает учет действия всех компанентов, их езаллодэ2 с твие _ между собой, включая моменты химических реакций, синергизма а антагонизма.

Внедрение методов биотестирования диктуется также экономическими и природоохранительны!,ш причинами. Замена трудоегких и дорогих аналитаческих определений в условиях все возрастающих в числе загрязняющих веществ биотестами, при сохранении основных обязательных химических анализов, существенно уточнит, ускорит и удепивит контроль качества водной среды. Часто не возможно определить химический состав загрязнения, и тогда биоте старовато является единственным методом оценки его токсичности.

В токсикотогнческих и гидробиологических исследованиях сдо.тз-лась парадоксальная ситуация, в которой на фоне очень быстрого роо-та числа работ, посвяйеяных изучении влияния на гидробионтов заведома летадышх концентраций токсикантов, предпринимается малочис-ленныэ исследования действия пороговых, сублетальннх концентраций в ходе хронического, длительного эксперимента, т.е. в условиях максимально прябяияешшх к условия?! загрязненных естественных водоемов, В частности, практически отсутствует работа, а которых быю бы

исследовано влияние токсического пресса на параметры, характеризующие интенсивность и направленность обменных процессов в организме гидрсбнонтов.

Общеизвестно (Веселов,1959; Скадовский,1955), что реакция гидр баоктов на воздействия различных физических и химических факторов водной среды довольно четко проявляется в изменениях общего уровня обменных процессов, которые часто измеряются интенсивностью потребления кислорода .(Омелянская, Исаакян,1959; Рынков,19БЗ). Изменения этого показателя являются наиболее ранней и чувствительной реакцией организма гидробионтов на действие токсических веществ (Бурая, 1976; Помазовская,1988; Хьюз,1985), но широкое использование его в качестве тест-функции затрудняется отсутствием соответствующего методического подхода.

Дель работы. Целью настоящей работы явилось исследование влияния сублетальных концентраций некоторых раопостравенннх. загрязнителей естественных водоемов (тяжелых металлов, алюминия и аммиака), на показатели газообмена и.экскреции аммиака у рыб при разных температурных условиях, и уровнях кальция в воде и разработка метода биотестирования загрязненных вод по изменению интенсивности потреб ления кислорода тест-объектами;

В задачи исследований входило: установить особенности действия сублетальных концентраций меди, цинка, алшиния и аммония на интенсивность потребления кислорода, скорость выделения углекислого газа и экскрецию аммиака у сеголеток карпа; провести анализ динамики изменений днхателъного и аммонийного коэффициентов и дать оценку направленности протекания обменных процессов у рыб при влиянии эти: Ееществ; провести двухфакторный дисперсионный анализ влияния урова токсического вещества и температуры на исследуемые показатели у рыб; разработать и опрабировать экспресс-метод биотестирования вод выбрав в качестве тест-пункции исследуемые показатели газообмена;

Научная новизна результатов исследований.

I, Изучены особенности влияния сублетальннх концентраций меди, цинка, алшиния и аммония на показатели газообмена и экскреции аммиака у сеголеток карпа.

2,. Установлены закономерности изменения токсического действия этих веществ на рыб в зависимости от температурных условий и еодер ернпя ка.рция в воде.

3. Простелена динамика изменений исследуемых показателей обмен;

под воздействием токсических веществ в ходе хронического эксперимента.

4.Разработан метод биотестирования природных и сточных вод с использованием в качестве тест-функции показателя интенсивности потребления кислорода гидробионтами:

5. Определены пороговые концентрации ряда неорганических и органических веществ для трех видов рыб (карп, белый амур и гуппи).

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные о токсическом влиянии тяжелых металлов, алшиния и аммония на обменные процессы у рыб в условиях разных температурное режимов и уровней кальция в воде могут использоваться. в регламентации поро^-говых концентраций этих веществ в рыбохозяйственной практике и водной токсикологии:

На разработанную установку для биологического контроля качества вод получено авторское свидетельство, она -апробирована и внедрена в практику. Ее можно использовать.дата биотестироЕания загрязненных вод, для оценки остаточной токсичности очищаемой сточной .воды и возможности ее сброса в природные водоемы, а такие для проведения гидробиологических исследований'.

Апробация работы. Основные положения диссертация долозены на:

1. Всесоюзной конференция "Еноивдикадая и биотестирование природных вод" (Ростов-на-Дону, 1986 г.).

2. Первом Всесоюзном симпозиуме по методам пхтиотоксикологичес-ких исследований (Ленинград, 1987 г.).

3. Всесоюзной конференции молодых ученых "Актуальные ' вопросы водной экологии" (Киев, 1989 г.К

4. Второй Всесоюзной конференции по рыбохозяйственной токсикологии (Санкт-Петербург, IS9I г.).

Научные публикации. По материалам диссертации опубликовало 16 работ.

Обт.ем и структура табота. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследований, пяти глав экспериментальных исследований, захлпчения и выводов. Список литературы включает источников, из которых зарубежные. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит таблиц и . рисунков.

1х-зоз*

3

МАТЕБШН 1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились на сеголетках карпа {Cypn'ins carpió Z.), искуственно разведенных и подрощенных в условиях акварл-альиого комплекса Института гидробиологии Украины. Дш опытов отбирались одноразмерные особа (массой от 12 до 20 грамм), внешне здоровые и подвижные;

Подопытные рыбы помещалисьв респирационные камеры специальной конструкции (Коваленко,IS86),с помощью которой у них в течении 1530, суток регзстрировшш интенсивность потребления кислорода, скорость выделения углекислого газа и уровень экскреции аммиака. На основана полученных данных рассчитывали значения дыхательного и аммонийного коэффициентов.

В водной среде респирационных камер создавалась требуемая концентрация исследуемого' вещества, которая контролировалась и поддерживалась на одном уровне до окончания опыта; Ддя этих целей использовали расчетные количества химически чистых (выпускаемых промышленностью) ссшшй тяжелых металлов (сульфатов меди и цинка), ищрок сшеторвда алюминия и экскретируемый рыбами аммиак; Контрольной шш эталонной считали отстоянную водопроводную воду со следующими параметрами: кесткость 4-6 мг экв/л, величина рН 7,2-8,1, концентрация растворенного кислорода 7,8-8,2 мг/л;

Бо время опытов контроль за активной реакцией воды (рН) проводился электронеграческим методом Шривезенцев,1973) с помощью рНг мэтра (рН-340), определение содержания аммиака в воде - колориметрическим методом с реактивом Неслера (Алекан и др., 1973), используя фотоэлектрохолораметр ФЭК-56.

Заданный температурный реяим в респирационных камерах обеспечивался, погружением их в воду заданной температуры (20-30°С) или помещением в "холодные комнаты"'аквариального комплекса (5-15°С);

Опыты по биотестированию проводились с помощью разработанной установки (Коцарь, Коваленко,1989), позволяющей в "полуавтоматическом режиме регистрировать разность скоростей потребления кислорода контрольной й опытной груш твдробионтов и по ней оценивать степень токсичности исследуемой воды; В качестве тест-объектов использовались три вида рыб: сеголетки карпа, белого амура и половозрелые особа гуппи. Процедура биотестироЕания осуществлялась на искуственно приготовленных растворах неорганических (медь, цинк, натрий, адшкшй и аммоний) и органических (хлороформ, этанол, датчан и рогор) веществах и сточных водах гальванического и цэлплозно-буматс-кого производств.

Цифровой материал, полученный в эксперименте, статистически обрабатывался. При этом использовался критерий-бтьидента и метод двухфакторного дисперсионного анализа (Зайцев,1984).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОИШИЙ И ИХ ОБСУЕДЕЕИЗ

I. Влияние сублетальных концентраций тяжелых металлов на ' газообмен и экскрецию аммиака у рыб.

Анализ результатов исследования показал, что изучаемые концентрации меди (0,03 и 0,1 от/л) 'н цинка (0,3 и 1,0 мг/л) в зависимости от условий эксперимента изменяют характер газообмена у сеголеток карпа. Если рассматривать полученные данные по мере возрастания температуры воды, то следует отметить, что интенсивность потребления кислорода у подопытных рыб при 5°С не имеет достоверных отличий от показателей контрольной группы, но ухе при 15°С наблюдалось заме^у-ное достоверное снижение этого показателя у рыб, находящихся под воздействием 0,01 мг Си/л и 1,0 itrZn/л. При температуре воды 25°С этот процесс усиливался, и особенно показателен в опытах с медью, где концентрация металла, 0,03 мг/л такие вызывала снижение интенсивности потребления Og у подопытных животных в среднем на 22,1%, а при концентрации 0,1 мг/л на 25,6$ от контрольных величин.

Установлено, что у рыб,подвергающихся действию сублетальннх концентраций меда и цинка повыпается скорость выделения углекислого газа. Уне при температуре воды 5°С наблвдалось изменение этого показателя при уровнях металлов 0,1 мг Си/л а 1,0 MrZn/л. При повышении температуры это? процесс ещэ более усиливался и при 25°С концентрация меди.0,03 мг/л вызывала увеличение скорости выделения С0£ на 10,3/1 по1 сравнению с контрольными величинам. Концентрация цинка 0,3 мг/л не приводила к достоверным изменениям параметров газообмена у сеголеток карпа при всех температурных рояимах и, следоза-тельно, не являлась критической для оказания токсического воздействия на рыб в условиях наших экспериментов.

Направленность наблюдаемых изменений показателей газообмена у опытной грушш рыб вызывала, как следствие, значительные увеличения дыхательного коэффициента,1 значения которого достигали единицы и превышали ее. И если при низкой температуре (5°С), характерной дта условий зимовка рыб, этот показатель бал соизмерим с довольно высокими его значениями у контрольной группы, то при 25°С значения ДК у подопытных рыб находились в пределах 1,15-1,45 при средних контрольных величинах - 0,82¿0¿04í

2-303»

8

Анализ влияния исследуемых концентраций меди и цинка на урове: экскреции аммиака сеголетка® карпа показал, что на фоне общего у лачения этого показателя, связанного с ростом температуры водной среды, прослеживалась тенденция к увеличению скорости экскреции а] миака подопытными животными. Наибольшие отклонения от контроля на блвдались при температуре воды 5°С и концентрациях металлов: меди 0,1 мг/л и цинка 1,0 иг/л; При этих ке уровнях металлов в воде зарегистрированы наксимальные отклонения ашошйнаго'коэффициента, значения которого у подопытных рыб в 1,5-2 раза превышали контрол: при всех температурных: режимах. Это указывало на то, что токсичос-кое действие тяжелых металлов стимулировало использование белка организмом рыб в качестве окислительного субстрата.

Если рассматривать динамику изменений исследуемых показателей обмена у рыб по временным интервалам, то молено отметивь, что поел: внесения в опытные респирационныо камеры солей тяжелых металлов ц и'йходало резкое изменение ("всплеск") показателей газообмена и экскреции аммиака. Вполне вероятно это явление вызывалось стрессовым состоянием рыб на первичное токсическое действие меда и цинка Его продолкительность составляла обычно 5-6 суток, а амплитуда зависела от концентрации токсического вещества. В наших опытах м.акс; мальная реакция была у подопытных рыб, находящихся в водной среде с содержанием меда 0,1 мг/л и цинка 1,0 иг/л. В последующие 7-10 суток опыта анализируемве показатели стабилизировались, приближая! к контрольным значениям, однако в течении всего опыта оставались" отличными от них." В этот период очевидно активно включаются адапт! ционннэ процессы организма, направленные на снижение поврездающеп действия токсиканта." '

'. Результаты проведенного двухфакторного дисперсионного анализа показала, что при.совместном влиянии теотературы воды и содержала! в ней тяжелых металлов на изменение показателей газообмена у сеголеток карпа именно последний гактор оказывал существенное влияние на исследуемые процессы. Так, долевое участие тяжелых металлов составило: для меди - 64,(дата температуры -16,15?), для цинка.-58,35? (доля температуры - 25,0/0. Таким образом, на фоне общего повышения обменных процессов, вызванных изменением температуры во; кой сроды, наблюдалось достоверное существенное изменение показателей газообмена у рыб под модулирующим воздействием токсическою Фактора.

2. Влияшз сублетальнлх концентраций алжштя па показателя газообмена и экскреции аммиака у рыб.

Исследования проводились с гадроксихлорвдом алюминия (AICKC^) в концентрациях 5 п 30 мг AI/л. Это соединение применяется в практике еодоподготовки и очистки сточных вод. В интервале рН от 6 до 8, характерном для среды обитания водных организмов, соединения алюминия в основном представлены нерастворимой формой - гидроокисью, содержание растворимых форм не превышает 30$ (Волхов и др.,1971); Предполагается, что концентрация остаточного (растворенного) алшн-ния в водной среде относится к числу основных факторов, определяющих степень возможного биологического и токсического воздействия на гидробионтов. Для гидроксихлорида алюминия характерна параболическая зависимость концентрации остаточного алшштя от температуры: при 20°С его- концентрация минимальна, а далее возрастает при , изменении температуры в ту или иную сторону (Кнпццс,1989);

Анализ результатов исследований показал, что влияние сублетальных' концентраций алюминия на интенсивность потребления кислорода подопытными рыбами в зависимости от температуры воды характеризуется следующим образом. При 20°С наблюдалась достоверная стимуляция уровня потребления 02 у рыб - при содержании алюминия 5 г.т/л на 20^ и 30- мг/л на 28J» от контроля; при 25°С увеличение этого показателя было несколько меньшим и превышало при 5 мг AI/л на 14,8/5 н 30 мгА1/л» на 11,2$ контрольные величины."Однако при более высокой температуре боды (30°0) у подопытных .тавотных наблюдались уровни потребления . кислорода близкие к контрольным значениям, а в некоторых случаях и ниже, чем последние;

В наших опытах сублетальные концентрации алюминия в воде повышали скорость выделения углекислого газа сеголетками карпа при всех температурных реяимах. Но если при 20°С этот показатель у подопытных рыб при Б мг AI/л более чем в 1,5 раза, а при 30 мг AI/л почти в 2 раза превышал контрольные величины, то при температуре 25°С опытные значения были только на 34,и на 45,7% соответственно ны-шэ, чем у контрольной группы рыб. При 30°С разница шдщг уровняг.и ввделения С02 контрольной а опшгной группами животных становилась еще меньше."

■ Величина дыхательного коэффициента у подопытннх рыб при всех исследуемых концентрациях алшпния в воде и температурных режимах достоверно превышала контрольные значения. Максимальные отклонения

2*^303®

7

от контроля наблэдались при 30 мг А1/л; В отдельных случаях ДК равнялся 1,4-1,6, что указывало, как и в опытах о тяжелыми металлами, на подключение анаэробных процессов дая энергообеспечения кизнеде-. ятельностн организма.'

В наших опытах наибольшие изменения скорости экскреции аммиака подопытными рыбами зарегистрированы при температуре воды 20°С, где этот показатель превышал контрольные значения при 5 мг А1/л на 87,4 и при 30 мг А1/л на 107,5$. Однако при 25 и 30°С только концентрация алюминия 30 ыг/л достоверно вызывала повышенную экскрецию аммиака подопытными кивотными: на 21,2 и 20,2$$ соответственно больше, чем у контрольной группы. Как следствие, в этих условиях увеличивалось значение аммонийного коэффициента у рыб, особенно при 30°С где этот показатель на 26$ превышал контрольные величины. Это указывает на'возрастание расхода белка в метаболистических процессах организма;

^ При содеркании алюминия в воде 5 мг/л и тешературах 25 и 30ВС замечен обратный процесс: скорость экскреции аммиака, и ашонийный коэффициент у подопытнйх рыб несколько снижались по отношению к контролю. Можно предположить, что данная концентрация алмлиния в исследуемом диапазоне температур играет положительную биологическую роль, повыпая устойчивость надмолекулярных структур организма? По всей видимости, совместное действие адшиния и повышенных температур па гидробионтов носит сложный характер и требует дополнительных исследований для его объяснениям -Результаты проведенного двухфакторного дисперсионного анализа (температура - концентрация алюминия) показали, что содержание металла в воде оказывало достоверное существенное влияние на исслэду( мне параметры газообмена - 71,9$ от суммарного влияния ^акторов ср< •да; Доля влияния темнературы составляла'всего 18,9$, а остальных неучтенных Докторов -9,2$,* •

При рассмотрении повременной динамики изменений показателей газообмена к азотистого обмена отмечено, что при тешературе воды 20°С после момента введения в опытные камеры соединения алюминия наблвдалось резкое повыиение скоростей потребления О2 и ввделения С02 ("всплеск") у подопытных рыб с максимумом на 4-5 сутки, а зате! некоторое снижение этих показателей, которые, однако, на протяжение опыта так и не достигли среднего контрольного уровня. Аналогично изменялась и скорость экскреции аммиака: первые 5 суток этот показатель превапал исходный уровень в 2 и более раз, затем происходил«

его снижение, не доходящее до значений контрольной группы;

Отличные временные процессы зарегистрированы при более высоких температурах водной среды (25 и 30°С). В этих случаях динамика исследуемых: показателей зависила от концентрации алюминия в воде. При 5 мг А1/л интенсивность потребления О2 и скорость выделения СО2 в течении первых 4 суток опыта незначительно превышали исходный уровень, а затем на протяжении последующих 8-10 суток становились меньше контрольных величин. При 30 от А1/л уровни потребления 02 и выделения СО2 у подопытных животных в первые 4-5 суток опыта были ниже, чем у контрольной группы рыб, а в последующие 7-8 суток превышали контрольные величины.' Схожая динамика изменений наблвдалась при анализе показателей скорости экскреции аммиака у сеголеток карпа;

3. Влияние сублетальных концентраций аммония на показатели газообмена и экскреции аммиака у рыб.*

В опытах для создания повышенных концентраций аммония в водной среде использовались экзометаболиты, выделяемые подопытными рыбами; Для этого в респирационные камеры, заполненные отстоянной водопроводной- водой, помещались группы сеголеток карпа, которые выдергивались до тех пор, пока в воде не накапливалась заданная концентрация аммония, которая поддерживалась на постоянном уровне разбавлением. Концентрация аммония в воде определялась по азоту и состантала 10, 20 и 30 г.тг А^л. Токсичность аммиака зависит от соотношения его не-иоЕизированвой и ионизированной форм, которые определяются •Тизико— хжшчёсиима свойствами водной срецы и прежде всего величиной рН. В наших опытах при Есех температурных условиях (20, 25 и 30°С) значения рНколебались от 7,8 до 8,6 и, следовательно, концентрация не-ионизярованного аммиака составляла 2-А% от суммарного его количества (Метелен и др;',1971) или 0,33-1,29 мгЛ^л при наибольшей концентрации общего аммиака в опытах;

За период иабяадений (14-18 суток) устаноалено, что содержание аммония а воде, но превышающее 10 мг/У/л, не вызывало каких-либо" изменений параметров газообмена и азотистого обмена у сеголеток карта и поэтому такой уровень аммония в вода принимался за условный контроль. Опытные группы животных находились в воде с содержанием экзоматаболитов 20 и 30 мгЛ/л."

Полученные данные свидетельствуют о том, что сублеталышэ концентрации аммония в водной среде несколько снижали интенсивность потребления киморода подопытными рыбами. Максимальные изменения этого показателя наблюдались при 30 мг^/л.

На фоне снижения кислородадотребдяэдей функции органнэда у подопытных рыб при повышенных концентрациях аммония в воде отмечалось достоверное увеличение скорости выделения углекислого газа при всех температурных режимах, кроме 25°С и 20 кгИ/Д, где прирост этого показателя был незначительным; Наибольшие изменения зарегистрированы при 30°С: скорость экскреции С0% у подопытных рыб превышала на 21 и 21,8/% контрольные величины соответственно при 20 и 30 мг-У/л;

Такие изменения показателей газообмена у подопытных жиеотных, как следствие, приводили к заметному достоверному увеличению значений дыхательного коэффициента. Максимальный прирост величины ДК наблюдался при уровне аммония в воде 30 мгЛ/л, где он бшг на 25, 28,2 и 30,4.%% больше, контрольных значений соответственно при температурах водной среда 20, 25 и 30°С, При этом дыхательный коэффициент достигал значений единицы и превышал.ее, что указывает на определенные изменения метаболистических процессов энергообеспечения организма. .

Анализ показателей азотистого обмена у рыб, подвергащихся воздействиям сублетальных концентраций аммония,выявил характерную особенность их изменения - значительное снижение скорости экскреции * аммиака, которая при всех уровнях экзоыетаболитов в воде и температурных режимах в 1,5 и более раз (р< 0,001) бшга меньше контрольных показателей. Аналогичные достоверные изменения происходили со значениями аммонийного коэффициента у подопытных рыб, которые при повышенных концентрациях аммония е воде были на 40-70$ ниже, чем у контрольной группы рыб. Таким образом, с одной стороны, наблюдалось уменьшение долевого участия белка как окислительного субстрата в энергетических процессах, а с другой - это уменьшение, возможно, компенсировалось увеличением расхода гликогена организмом рыб в этих условиях;

При рассмотрении динамики изменений исследуемых параметров обмена у сеголеток карпа при повшеннкх уровнях экзометаболитов в воде можно отметить, что она характеризуется (особенно для скоростей потребления 0£ и экскреции аммиака) относительно большим латентным периодом (5—6 суток), во время которого не наблвдалось четких отличий от показателей контрольной группы животных; После этого наступало прогрессирующее изменение исследуемых показателей в последующие 7-10 суток эксперимента.. : , • .

¡'.сходя из этого, можно сделать предположение, что кратковременное действие изучаемых концентраций аммония не оказывало на карпа

резко выраженного токсического влияния. По всей видимости, у данного вида рыб имеются возможности подключать сиззолого-блохимичес-кпе компенсаторные механизмы на различных уровнях организма и тем самим какой-то период поддерживать жизненнонеобходимый внутренний гомеостаз. Однако при длительном воздействии аммония организм рыб вынужден перестроить обменные процессы таким образом, чтобы противодействовать нарастающей интоксикации, которая обусловлена ингиби-рованием выделения аммиака организмом с последующи»,! развитие« аннексии в тканях;'

Что касается совместного действия повышенных уровней аммония в воде и температуры, то проведенный двух^^акторный дисперсионный анализ показал преимущественное влияние концентрации токсиканта на исследуемые параметра газообмена у рыб - 71,3% от общего влияния факторов. Доля влияния тестера туры водной среды составила только 18,15« а остальных неучтенных факторов - 10,6$; Возможно, что совместное действие аммиака и повышенной температуры на рыб носит синергичес-кий характер. В пользу этого свидетельствуют данные (Виноградов, 1987) о том, что коны аммония угнетают транспорт транспорт ионов кальция из еоды в организм рыб, а кальций уменьшает влияние температурного пресса на гидробионтоя.' В наших опытах температура 30°С являлась для карпа дополнительной функциональной нагрузкой, что в определенной степени усиливало токсический эффект аммиака*;

4. Роль ионов кальция в повышении резистентности рыб к действию тяталых металлов и аммония;

Кальций среди неорганических компонентов гидросферы занимает особое место. Его концентрация в водных организмах значительно выше, чем других металлов. Благодаря своим химическим свойствам кальций легко образует прочные соединения с белками, Л°с.][ютаппдами, органическими кислотами и другими веществами (Роианенко,1975; Рома-ненко и др.,1982), что позволяет ему принимать активное участие во многих физиологических и биохимических процессах, постоянно протекающих в организме животных.*

Нами проводились исследования влияния суйлетальных концентраций тяжелых металлов (медь 0,1 мг/л и цинк 1,0 мг/л) и аммония 15 it'У/л на газообмен и экскрецию аммиака у сеголеток карпа при различном содержании кальция э воде - 60 от/л (соответствовало концентрации Са в водопроводной воде) и 150 мг/л (добавление раствора СаСХз 'в экспериментальную среду). Опыты проводились при постоянной теотера-

туре водной среды 20°С, с величиной рН в пределах от 7,8 до 8,3?

Анализ полученных данных показал, что при повышенной концентрации ионов калыда в воде у подопытных рыб наблюдалась определенная нормализация исследуемых показателей обмена на фоне их достоверных изменений при 60 ыг Са/л; Так, при 150 мг Са/л интенсивность потребления кислорода и скорость выделения углекислого газа у опытной группы зшвотнех привлекались к контрольным значениям, а величина дыхательного коэффициента хоть и превышала контроль на 23,7%, но находилась в пределах физиологической нормы (0,7—1,0)^ Скорость экскреции аммиака и аммонийный коэффищюнт у подопытных рыб, содержавшихся в среде с повышенным уровнем кальция, превышали контрольные значения на 19,9 и 32,6$$ соответственно, но это отклонение . бшго значительно меньшим, чем у группы животных при 60 ит Са/л -на 33,6 и 75,7$$.

Аналогичный, но еще более выраженный "восстановительный" эффект повышенной .концентрации кальция в воде, прослеживался у сеголеток карла, подвергающихся воздействии сублевалыгай концентрации цинка. 3 этих условиях у подопытных рыб не зарегистрировано достоверных изменений исследуемых показателей по сравнении с контрольными замера•..'-"'.'•''

Повышение содержания кальция в воде до 150 мг/л стабилизировало уровни потребления кислорода, наделения углекислоты и аммиака у рыб, находящихся в условиях действия сублетальной концентрации аммония, и приближало их. к контрольпш значениям. Это указывало на то, что характер в направленность процессов метаболизма у этой группы ни-вотных ЕормализовыЕались, снималось ингибирование ввделения аммиака из организма, и, следовательно, изучаемая концентрация ашония в данник условиях не оказывала выраженного токсического влияния на сеголеток карпа.

На основании вышеиатотенного можно заключить, что увеличение концентрации ионов кальция в воде до 150 мг/л повышает устойчивость органсзга ряб к повреждающим деГвтнняы исследуемых уровней аммония z тяк&тых металлов. Что касается механизмов благотворного вчияния кальция на рыб, находящихся в условиях токсической нагрузки, го они скорее всего косят биологический характер. В этом аспекте заслужите! шатания регуяягоряая функция ионов каяьция проницаемости кдо-точнкзс мембран - его высокое содержание в еодной среде блокирует поступление катионов через яабернкэ мембраны у рыб. :

Одним. S3 объяснений роли кальция в повышении токсЕкорезистент-

ности карпа к аммонию монет служить его способность активировать фермент глутамансинтетазу (Грубинко,1988), которая отвечает за синтез глутамина, а он свою очередь связывает и выводит из организма накапливающийся в его тканях аммиак^'

Следует тайке отметить, что повышение содержания кальция в водной среде (до 200 мг/л) при температуре 20°С в тканях рыб активирует реакции трикарбонового цикла (Романенко и др.,1991), стимулируя окислительные процессы в клетках. Такое действие является антагонистическим по отношению к воздействиям токсических веществ, угнетающих кисяородопотребляющую функцию оргаяизгла а стимулирующих анаэробные процессы энергообеспечения у рыб;

5.Использование методов прижизненного определения газообмена у рыб для биотестирования водной среды.

Процедура биотестирования проводилась в следующем порядке. В респирационнне камеры, заполненные отстоянной водопроводной водой ("эталонной*), помещались две равные по численности и массе группы тест-объектов. В этой роли нами использовались сеголетки карпви и белого амура, взрослые особи гуппи. После аклимацял рыб к условиям камер и проведения фоновой регистрации показателей газообмена производилась смена водной среды: в контрольной камере на воду того яэ качества, а в опытной - на иоследуемый раствор вещества или разбавленную сточную воду.' Вначале тестировался раствор с минимальной концентрацией гаи о максимальным разбавление (для сточных вод). Если ответной реакции у тест-организмов не возникало в течении б часов, то процедура биотестирования повторялась, но с раствором большей концентрации, й так до тех пор, пока на предъявляемую концентрации химического вещества пли комплекса веществ опытная группа .тавотных отвечала стойким увеличением (стамулядая) или уменьшением (угнетение) исследуемой тост—функции;

В опытах по биотестированию респирационные камеры термостати-ровались погружением в воду заданной температуры (20-25°С);'

Определены пороговые концентрации ряда неорганических и органических веществ для трех видов рыб. Результаты исследований занесены в сводную таблицу (табл.1), где также представлены данный о пороговых концентрациях этих веществ, полученные другими автора!,а (Метеяев г др. ,1971), которые при сравнении оказались более высокими. Это указывает на достаточно высокую чувствительность предлагаемого метода биотестирования";

Таблица I.

Пороговые концентрации некоторых веществ для рыб различных видов (20°С).

Вещество

Пороговая концентрация, мг/л

каря : б.амур : гушш : для рыб по . _j_ ;_ ; Метелеву и др. .1971

Кедь 0;04 0,04 0,03 0,08 - 0,8

Цикк 0,'6 : 0,5 0,3 0,1 - 2,0

Натрий 40 . 30 30 70 - 150

Алюминий 10 8 5 -

Алмоний 10 . 5 .5 —

Хяороформ ; 4 2 2 40

Этанол 5 5 3 70

Дикофан 0,01 0,005 . 0,005 0,02 - 0,01

Рогор__0.02 0.01 0.005 . -_'

Сравнивая уровни проговых концентраций для разных видов подопкт-•ных рыб, мы придщи к выводу, что наиболее чувствительной к действии исследуемых веществ является гушш, а наименее чувствительной - . карп. Белый екур занимает в этом ряду промежуточное место, и в отдельных случаях для некоторых веществ его чувствительность совпадает с другими видами: например, для меди и этанола с карпом, для аммония и дико^ана с гушш; Йсрользованные нами в качестве тест-.обьектов карп и г ути рекомендованы и усяешо применяются в различных странах мира для определения степени токсичности пресных вод (Хамбургор, IS65):

Ответная реакция у подопытных рыб наступала через 20-45 минут после внесения токсического вещества в водную среду ресяирацаонной камеры, что указывает на оперативность метода. Латентный период pea: цин мажет зяеисить от многих факторов: от химических свойств исследуемого вещества, от функционального состояния организма тест-объек та и от ФизЕко-хиютеских параметров среды.

Так как природа исследуемо: веществ различна, то в одних случаях наблвдалось ттяетеяие кнстородопотреблящвй функции организма (например, зяжачке металла), а в других - интенсивность потребления кислорода рыбами возрастала, Tie; стимуляция (Еетнол, хлороформ).

Анализ исследований влияния температуры бреда (5, 15 и 25°С) е содержания кальция в вода (50 и 100 мг/л) на уровни пороговых концентраций меди, цинка и аммония для сеголеток карпа установил, что

действия этих факторов имеют противоположные направления. Если температура однозначна сникала величины критических концентраций, то повышенная концентрация ионов кальция в воде увеличивала их значения при всех температурных режимах. Так при 100 мг Са/л пороговые уровни меди превышали в 1,9; 1,4 и 2,5 раза концентрации, полученные при 50 мг Са/л, соответственно при температурах еодн 5, 15 и 25°СГ; Аналогичные данные получены для цинка (в 1,7; 1,8 и 2,7 раза) и аммония (1,8; 1,5 и 2,0 раза). Максимальные изменения отмечались при наиболее высокой температуре среды - 25°С для всех исследуемых веществ;'

Пра апробации установки биотестирования исследовались сточные воды Клайпедского завода сухих элементов (Литва) и Обуховского кар-тонно-бумаяного комбината (Киевская область). В первом случае вода содержала продукты гальванического производства - тяжелые металлы (ртуть, меда, цинк и кадмий) и имела щелочную реакцию (рН =10,2-10,8), во втором случае воды были насыщены органическими веществами - продуктами целлюлозно-бумажного производства (р0 = 7,6). Отбор проб производился на выходе очистных сооружений, перед сбросом в естественные-водоемы. В качестве тест-объектов использовались сеголетки карпа, температура воды в опытах находилась в пределах 20-21°С.

Результаты биотестарования показали, что сточные воды гальванического производства недостаточно очищены. Их разбавление в 4-5 раз уже вызывало ответные реакции у рыб. Перед сбросом в естественные водоемы такие стоки необходимо подвергнуть дополнительной очистке пли разбавлению. При тестировании вод целлшознобумажного производства не обнаружено изменений тест—функции у подопытных рыб» Следовательно стоки прошли достаточную очистку и могут быть сброшены в природные водоемы.

ВЫВОДЫ

1. Хроническое воздействие сублетальных концентраций вещэств-полютащюв (медь,, цинк, атшиний а аммоний) изменяет интенсивность и напрааленность обменных процессов у сеголеток карпа в исследуемом температурном диапазоне (5-30°С).

2. Характерны.! действием на рыб тяжелых металлов (0,03; 0,1

мг Си/л и 0,3; 1,0 да п/л) является снижение интенсивности потребления кислорода и стимулирование выделения углекислого газа и аммиака. Увеличивается расход белка н качестве окислительного субстрата и усиливаются анаэробные процессы в организме - величина дыхательного коэффициента превышает единицу;

3. Повышенный уровень алюминия в воде (30 кг/л), на изменяя существенно кислородопотреблявдей функции организма рыб, вызывает увеличение скорости экскреции углекислоты и ачмиака. Концентрация алюминия 5 мг/л снижает уровень распада белка у сеголеток карпа при температуре воды 25 и 30®С - снижаются выделение аммиака и аммонийный коэффициент.

4.Характерной особенностью действия сублетальных концентраций аммония (20 и 30 итА//л) на рыб являегя значительное (в 2-3 раза) снижение скорости экскреции аммиака у подопытных |гивотных, что указывает на угнетение процессов ввделения аммиака из организма и на его накопление в ткалях.

5. При совместной влиянии на рыб температуры и токсических веществ растворенных в воде, более существенное действие на показатели газообмена оказывает последний фактор, доля которого составляет 65-7С$ от общего влияния.

6. Увеличение содержания кальция в воде (100-150 мг/л) повышает . токсихорезистентность у сеголеток карпа к действию тяжелых металлов и аммония и поднимает уровень пороговых концентраций этих веществ.

7. Подтверждено, что изменение показателей газообмена у водных животных под действием неблагоприятных факторов среда является ранней и чувствительной реакцией организма, которая ысает использоваться при разработке экспресс-методов биотестирования вод;

8. Для процедур биотестирования на карпах наиболее пригодна температура водной среда 20-25°С (физиологический оптимум). Низкая температура (5-Ю°С) "маскирует" действие токсиканта, а 30°0 является дополнительной функциональной нагрузкой для организма.'

9. Измерены пороговые концентрации рада неорганических и органических веществ для трех видов рыб. Установлено, что наиболее чувствительной к действию токсикантов является гудим, затем белый амур а наименее чувствительным - карп;

5^атериалн диссертации опубликованы в следущих ре ботах:

1. Коваленко Б.Ф. К методике определения газообмена у водных зеивотных // Гидробиат.гурн.- 1985.- 22, ТА,- С Л02-104.

2. Коваленко Особенности обмана у рыб при адаптации к пороговым концентрациям тяжелых металлов.в воде // Первый Всесоюзный сиигсзиуи по экологической биохимии рыб (Ярославль, опт.1987 г.): Тез.докл.- Ярославль, 1987,- С.86-87;

3. Коцарь "ЕЛ. г Романеико Б.С., Коваленко В.5. ИЕСГрумепталь-нкй экспресо-иетад оценка токсичности природных а сточных вод по

4-3 ОЗЕ

газообмену гидробионтов//Методы биотестирования вод.— Черноголовка,

1988.—С. 121—125.

4. Коваленко В. Ф., Ко царь Н. И. Влияние алюминия на интенсивность газообмена у карпа//Экологическая физиология и биохимия рыб: Тез. докл. VII Всесоюз. конф. (Ярославль, май 1989 г.).— Рыбинск,

1989,—С. 198—199.

5. Коцарь Н. И., Коваленко В. Ф. Определение токсичности природных и сточных вод по изменению газообмена у гидробионтов //Гидробиол. журн,— 1989,—25, № 4,—С. 86—91.

6. Коваленко В. Ф., Коцарь Н. И. Влияние собственных экзометаболи-тов на газообмен у карпа при различных температурных условиях//Гидробиол. журн,— 1991.—27, № 2,—С. 72—75.

7. Домашлинец В. Г., Коваленко В. Ф. Особенности общего метаболизма и газообмена у сеголеток карпа при токсической нагрузке в процессе зимовки//VIII научная конференция по экологической физиологии и биохимии рыб: Тез. докл. (Петрозаводск, сент.-окт. 1992 г.).— Петрозаводск, 1992,—Т. 1.—С. 89—90.

Подписано в печать 22.01.93. Формат 60х84'Лб- Бумага тип. Офсетная печать. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 120 экз. Зак. ЗОЗв.

ППП корпорации УкрНТИ, 252171, Киев-171, ул. Горького, 180.