Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-морфологическая характеристика и особенности репродуктивной функции байкальского омуля (COREGONUS AUTUMNALIS MIGRATORIUS (GEORGI)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-морфологическая характеристика и особенности репродуктивной функции байкальского омуля (COREGONUS AUTUMNALIS MIGRATORIUS (GEORGI)"

О-.

О

® На правах рукописи

со ^ о>

а- ,

КУГ1ЧИНСКИЙ Александр Борисович

ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ РЕПРОДУКТИВНОЙ ФУНКЦИИ БАЙКАЛЬСКОГО ОМУЛЯ СОЯЕООТЧШ АНТИЛРШЛБ МТСНАТОШИв (ОЕОКСТ)

03.00.16. - экология

Автореферат диссергшщи на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск - 1997

Работа выполнена в лаборатории чкотки ической фитологии Научнс исследовательского института оиолопга при Иркутском госуниперы

} 1аучный руководитель:

доктор биологичеа профессор О

Официальные оппоненты:

доктор бпологичес; профессор С

мшдида! биологичеа с.н.с Осш

Ведущая организация

Бурятский институт £ Сибирского с Российской Акадеь

Защита состоится "25" июня 1497 г в 15?0 часов на з< диссертационного соне] а Л 063 32.06. Иркутского государе университета по адресу: г Иркутск, ул. (у?о-Нагора, 5, биолого-по факультет ИГУ. ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться б научной библиотеке Ир ; сч-.у дарственного унитарен га а.

Лвюрефер.-п разослан "24'1 м;о) ! 997г.

Ученный секретарь

диссерт ационного сонета, я б н

] peчa^

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важнейшей задачей экологии и современной рыбохозяйственной гидробиологии является разработка мероприятий по снижению воздействия отрицательных антропогенных нагрузок на водоемы и повышению их рыбопродуктивности.

Расширение работ по интенсификации рыбоводства на внутренних водоемах, акклиматизация ценных промысловых рыб, а также охрана их от воздействия загрязняющих веществ, требует научного обоснования проводимых мероприятий.

Особенно возрос интерес к исследованиям физиологических реакций рыб на экстремальные воздействия среды. Влияние человека на водные экосистемы постоянно увеличивается, в связи с чем необходимо знать реакцию рыб на эти воздействия, пределы их экологической устойчивости.

Любой организм отвечает на изменившиеся условия жизни множеством реакций различного характера. Значимость их для особи и сохранения вида различна Изучение их необходимо для понимания слаженности физиологических процессов в норме, а также тех изменений, которые приводят к глубоким патологическим изменениям, имеющим катастрофическое значение для отдельной особи, вида, или экосистемы в целом.

В этой связи несомненно актуально исследование как туводных, так и акклиматизируемых видов рыб в сравнении с исходными формами по различным показателям, (морфологическим, экологическим, биохимическим). Особенно важно изучение репродуктивной функции рыб (плодовитость, гормональный батане в норме и при действии на них неблагоприятных экологических факторов), которая в значительной степени определяет численность их популяций.

Основная цель работы состояла в изучении влияния условий обитания на эколого-морфологическую характеристику и особенности физиологических и биохимических механизмов репродуктивной функции байкальского омуля. В качестве главных задач были выдвинуты:

1. Проследить влияние условий обитания на морфо-экологическую изменчивость рыб на примере байкальского омуля (Согедотк ацйдтпаДк пидгаЬпш (веог^)) в Братском водохранилище по истечении более 3-х десятилетий после его вселения в этот водоем.

2. Изучить динамику уровня некоторых стероидных гормонов в плазме крови омуля в зависимости от пола, стадии зрелости и места обитания.

3. Изучить особенности метаболизма стероидных гормонов у рыб в Байкале в норме и при действии на них загрязняющих веществ (таких как полициклические ароматические углеводороды и полихпорированные бифенилы ) в зависимости от вида, пола, репродуктивного периода.

Научная новизна. В результате наших исследований была установлена направленность изменений морфологического облика посольской популяции байкальского омуля, вселенного в Братское водохранилище более 30 лет назад. Нами было показано, что омуль в Братском водохранилище с течением времени характеризуется особенностями, сформировавшимися под влиянием меняющихся во времени экологических условий его обитания , сохранив черты вида Со^опия аШитпаЙБ пи^аКшщ (Оеогр).

Нами впервые изучен гормональный статус байкальского омуля в зависимости от стадии зрелости и места обитания и метаболизм стероидов у омуля и других байкальских рыб в норме и при действии на них загрязняющих веществ.

Практическое значение. Результаты работы могут быть использованы в рыбоводной практике для оценки функционального состояния репродуктивной системы рыб и определения сроков начала стимуляции производителей, а также при организации мониторинга водных экосистем.

На основании полученных данных возможно создание тест-системы для оценки содержания полициклических ароматических углеводородов и полихлорированных бифенилов в водоемах.

Апробация работы. Основные положения работы были обсуждены на XXIX Всесоюзной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс (Новосибирск, 1991), международной конференции "Проблемы экологии Прибайкалья" (Иркутск,! 994), конференции "Актуальные проблемы биологии" (Иркутск, 1994), конференции "Задачи и проблемы развития рыбного хозяйства на внутренних водоемах Сибири" (Томск,1996).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Работа содержит 128 страниц машинописного текста, в том числе 10 рисунков, 24 таблицы. Она состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов. Список использованной литературы содержит 153 работы, из которых 45 работ иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1.Материалы и методы исследований.

Объекты исследований: байкальский омуль (Соге§опш аийяппаНБ пи^аШпиБ (Оеог^)) из оз.Байкал (посольская и северобайкальская популяции) и из Братского водохранилища (посольская популяция), черный байкальский хариус ТЬутаНш агсйсш; Ьака1еп51$ (Е>уЬ). и три вида байкальских бычков: желтокрылка СоПосотерИогш (ОуЬ.),

песчаная СоШв кеввкп (ОуЬ.) и каменная Рагасойив кпеп (Е)уЬ.) широколобки.

Лов омуля производился ставными и дрифтерными сетями с ячеей 3045 мм. в оз.Байкал в районах Больших Котов, Верхней Ангары, Посольском соре и в Братском водохранилище в 1990-1995 гг. Часть материалов для изучения морфологии омуля была взята на рыбоводном пункте Вельского рыборазводного завода на р.Белой в октябре 1994 г. из садков.

Общая морфологическая характеристика байкальского омуля, акклиматизированного в Братском водохранилище, дается по 6 меристическим и 29 пластическим признакам. Плодовитость определена счетно-весовым методом у рыб на IV стадии зрелости.

Хариуса отлавливали ставными сетями с ячеей 32-36 мм. в районе Б. Котов. Отлов бычковых производился ставными сетями с ячеей 12-22 мм. и ставным вентерем с ячеей в мотне 12 мм. в районе Б.Котов и на Малом Море.

Исследовано из Братского водохранилища 395 экз. омуля, из Байкала -280 омулей, 450 бычков, 70 хариусов.

Пробы крови омуля для отслеживания сезонных изменений половых стероидных гормонов в плазме брали из хвостовой артерии и через 15-20 минут центрифугировали при 1600g и температуре 4° С. Плазму хранили в замороженном состоянии при-18-20° С.

Высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) фракций основных стероидных гормонов плазмы крови рыб выполняли на аналитическом хроматографе "Милихром-1" на колонке 62x2, заполненной сорбентом "Nucleosil С18" (Macherey Nagel, Germany), 5 мкм. Детекцию проводили в УФ - диапазоне с длинами волн 240 и 280 нм.

Для проведения экспериментов по метаболизму андростендиона в клетках печени и выявлению действия на него некоторых загрязнителей окружающей среды (полициклических ароматических углеводородов и полихлорированных бифенилов) отловленных рыб адаптировали в течение 10-14 дней в бассейнах с проточной водой. Затем проводили индукцию монооксигеназной системы печени раствором 3-метилхолантрена (20 мг\кг массы); совала и арохлора (200 мг\кг массы) в растительном масле однократным введением в брюшную полость. Выделение микросомальной фракции из клеток печени у контрольных и экспериментальных рыб проводили через 7 суток после инъекции.

Выделение микросомальной фракции из печени рыб проводили методом дифференциального центрифугирования (Де Пьер, 1979).

Содержание белка с помощью биуретового реактива определяли по методу Кочетова (1971).

Содержание цитохрома Р-450 выявляли методом Омура и Сато (Omura Т., Sato R., 1964).

Определение 7-этоксирезоруфиндеэтилазной активности проводили прямым флуориметрическим методом (Klotz et al, 1984).

б

Определение 4-андросген-3,17-дион гидроксилазной активности вели по методу Ваксмана (Waxman, 1984).

Продукты микросомальных гидроксилаз анализировали на колонках 4,6x250 мм с носителями "Silicagel Rp-I8" (ЧСФР) и "Lichrosorb С-18", 5 мкм, на хроматографе LKB (Shweden). Детекция при 254 нм. В качестве элюента использовали смесь тетрагидрофуран : вода (1:3). Скорость элюции 0,8-0,53 мл/мин.

Характеристика используемых реактивов. В работе использовали реактивы производства "Союзреактив" (СССР) квалификации "хч" и "осч", 7-этоксирезоруфин и 7-оксирезоруфин фирмы "Sigma" (USA); трис - HCl, дитионит фирмы "Serva" (Germany); стероиды и оксипроизводные андростендиона фирм "Mering" (Austria) и "Sigma" (USA).

Статистическая обработка данных проводилась по стандартным формулам с использованием персонального компьютера IBM PC AT. При изучении морфологических признаков вычисляли среднюю арифметическую, ошибку, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, коэффициент достоверности различий (Плохинский, 1978). Результаты выражены в процентах от длины тела и длины головы (Прав дин, 1966). Числовые значения, определякшще биохимические признаки являются средними значениями из 3-5 параллельных измерений, разброс между которыми не превышал 5%.

Глава 2. Эколого - морфологические особенности исследуемых рыб.

2.1. Экологическая характеристика исследуемых рыб Байкала, (приводится краткая характеристика по литературным данным).

2.2. Морфологическая характеристика байкальского омуля, акклиматизированного в Братском водохранилище, и особенности его экстерьера в сравнении с исходной посольской популяцией.

Сведения по эколого-морфолотческим особенностям байкальского омуля, акклиматизируемого в Братском водохранилище имеются в ряде работ (Олифер, 1970; Пушкина, 1975; Башаров, Башарова, 1978, 1984; Поляков, 1989; Купчинская и др., 1988, 1991,1992, и др.)

Однако, исследования морфологических особенностей байкальского омуля в Братском водохранилище спустя более 30 лет после его акклиматизации с целью установления направленности морфологических изменений были проведены нами впервые.

Условия обитания байкальского омуля в Братском водохранилище отличаются от привычных для него в Байкале. Братское водохранилище в многоводные годы - мезотрофный со склонностью к эвтрофированию, в маловодные - эвтрофный водоем, экосистема которого функционирует в

условиях интенсивного антропогенного воздействия (Кожова, Башарова, 1984,Кожоваи др., 1996).

В составе рыбного населения Братского водохранилища насчитывается 35 видов рыб (Купчинский, 1987). По видовому составу и запасам рыб Братское водохранилище - плотвично-окуневый водоем, хотя рыбоводно-акклиматизационные работы проводились с первых лет формирования его режима. Байкальский омуль вселялся в водохранилище с 1962 года. В водохранилище сформировались маточные стада омуля. Создание промысловых запасов проблематично в связи с нестабильностью условий обитания и воспроизводства, что не может не сказываться на его экологических и морфологических особенностях.

Изучая морфологию рыб, многое авторы отмечают, что изменчивость морфологических признаков связана, в первую очередь, с условиями жизни популяций (Никольский, Пикулева, 1958; Абдуллаев и др., 1968; Кунин, 1975). Чем разнообразнее условия жизни, тем изменчивее признаки, характеризующие особей данной популяции (Иоганзен, 1959; Никольский, 1965; 1974). Установлено (Решетников, Амундсен, 1994), что простое повышение трофности водоема вызывает асимметрию меристических признаков, увеличивает степень их изменчивости, приводит к асимметрии гонад (что отмечалось нами в Братском водохранилище). Загрязнение водоемов вызывает появление более специфических признаков: аномалии в форме и строении плавников, отклонений в числе лучей в плавниках, в числе жаберных тычинок, явлений сколиоза (единичные случаи последнего отмечаются в водохранилищах Ангары) и др.

В связи со сказанным актуальны наблюдения по морфологической изменчивости байкальского омуля, вселенного в Братское водохранилище, что позволит выявить направление изменений его экстерьера в этом водоеме с течением времени.

Первые данные по морфологическим особенностям байкальского омуля в Братском водохранилище приводятся Н.С.Башаровым, Н.И. Башаровой (1984) по материалам НИИБиологии, собранным в семидесятых годах. В 1981-1985 гг. подобные исследования проведены О.А.Поляковым (1989) в период нерестовых миграций омуля на р.Белой. В связи с усиливающимся антропогенным воздействием на водоем, нами такие исследования проведены через очередное десятилетие - в 1994 году, также на реке Белой.

Проанализированы особи в возрасте от 4+ до 9+ лет, 80% из которых было семи-девятилеток, длиной тела от 340 до 465 мм. (средняя 400±5,5) и массой от 430 до 1110 г. (средняя 717±32,3), близкие по физиологическому состоянию (IV стадия зрелости).

Общая морфологическая характеристика дается по 6 меристическим и 29 пластическим признакам. К наиболее существенным диагностическим показателям вида относятся жаберные тычинки на первой жаберной дуге: не

только их количество, но и частота встречаемости различных значений числа тычинок. При колебании их количества от 37 до 45 в ряд по отдельным классам от 40 до 43 укладывается 68% рыб. Доминирующая часть пробы (80%) была представлена особями с 87-94 чешуями в боковой линии. Отмечено преобладание рыб с 2-мя жесткими лучами (89%) в брюшном и анальных плавниках. По количеству мягких лучей в спинном плавнике наблюдается явное превалирование группы с 10 лучами (72% рыб). В сопредельных классах с величиной признака 9 и 11 насчитывалось соответственно 8 и 28% особей. Модальную группу по числу мягких .лучей в анальном и вентральном плавниках составляли рыбы с 11 лучами, в пекгральном - с 16. Достоверных различий по меристическнм признакам у самцов и самок не отмечено.

Более значимыми пластическими признаками для байкальского омуля, по К.И.Мишарину (1958), являются длина головы в процентах длины тела, ширина лба в процентах длины головы, длина хвостового стебля в процентах длины тела Относительные размеры головы у омуля из р. Белой в среднем составляли 20,07+0,14, причем 84% рыб укладывались в ряд со значениями этого признака от 19,28 до 21,24. У самцов длина головы больше (21,04+0,19), чем у самок (19,94+0,20).

Относительные размеры ширины лба (в % длины головы) 26,65±0,3 (у самок 26,60±0,56, у самцов 2б,66±0,23), причем у 80% особей этот признак укладывается в ряд 24,92-28,28. Длина хвостового стебля у большей части пробы (85% рыб) варьирует от 11,17 до 13,49 при среднем значении 12,50+0,16 (у самок 12,23±0,22, у самцов 12,7410,20).

Высота спинного плавника (в % к длине тела) колеблется от 12,07 до 16,27. У 84% особей этот признак изменяется от 13,47 до 16,27, в среднем 14,4410,20 (у самок 14,6210,29, у самцов 14,4410,26).

Ярко выраженного полового диморфизма у сиговых рыб практически нет (Решетников, 1980). Сравнивая самцов и самок омуля из Братского водохранилища, надо отметить, что половой диморфизм по меристическим признакам у них выражен слабо. Различия самцов и самок по пластическим признакам выражены по 5 из 29 изученных признаков. У самцов омуля по отношению к длине тела больше длина головы, больше постдорсальное расстояние, более длинные брюшные плавники и больше диаметр глаза по отношению к длине головы. У самок значительно больше наибольшая высота тела. Известно (Никольский, 1944; 1961), что самцы во многих случаях имеют обычно относительно более длинные парные плавники, в этом, быть может, прямая связь с их большей подвижностью во время нереста У тех видов рыб, у которых нерестовое поведение самцов и самок примерно одинаковое, такого различия длины плавников не наблюдается (Решетников, 1980).

За период около двух десятилетий омуль в Братском водохранилище в связи .с нестабильностью условий обитания и возрастающей антропогенной

нагрузкой изменился, в сравнении с данными Н.С.Башарова, Н.И.Башаровой (1984) по 16 из 27 морфологических признаков: у него увеличилась длина рыла, диаметр глаза, высота головы у затылка (в % длины головы и длины тела), длина верхней челюсти, ширина лба, высота головы у глаза, заглазничный отдел головы, наибольшая и наименьшая высоты тела, антедорсальное расстояние, длина основания и высота спинного плавника, длина брюшных плавников; уменьшилось расстояние от грудных до брюшных плавников и длина хвостового стебля.

Наши исследования показывают, что в последние годы, в сравнении с данными О.АЛолякова (1989), отличий в экстерьере омуля стало несколько меньше - он различается по 11 из 28 признаков. По отношению к длине тела увеличились расстояния между грудными и брюшными, грудными и анальным плавниками. антедорсальное расстояние. Уменьшились наибольшая высота тела, антеанальное расстояние, высота спинного и анального плавников, длина грудного плавника. По отношению к длине головы увеличилась длина рыла и уменьшилась длина верхней челюсти. Отмечены различия и по количеству жаберных тычинок. В какой-то мере эти различия могут быть связаны с индивидуальным подходом к измерению рыб разными исследователями. В целом же, сравнивая особенности экстерьера омуля за более чем тридцатилетний период его акклиматизации в водохранилище можно отметить тенденцию к некоторому закономерному изменению признаков: у него увеличивается размер глаза, высота головы у затылка, анте- и постдорсальное расстояния и уменьшается длина хвостового стебля. Это вероятно связано с особенностью условий обитания в водохранилище - меньшей прозрачностью вод и небольшой проточностью.

Если у тресковых и сельдевых рыб комплекс основных морфологических признаков связан в основном с движением (Световидов, 1948; 1952), то у сиговых - с питанием и размножением. По Ю.С.Решетникову (1963) причина большой изменчивости и пластичности сиговых - в специфике питания. По данным Н.С.Башарова и Н.И.Башаровой (1984), омуль в шестидесятые - семидесятые годы в Братском водохранилище питался преимущественно зоопланктоном, в 80-е годы, по данным Е.С.Купчинской и др. (1991) - более рыбной пищей, что характерно для посольской придонно-глубоководной популяции омуля в Байкале (Волерман, Конторин, 1983), что возможно и объясняет некоторые изменения в его экстерьере в водохранилище в последние годы.

В новых водоемах у сиговых возрастает изменчивость морфологических признаков, увеличивается темп роста и часто раньше наступает половая зрелость (Попков, 1977). По нашим данным это характерно и для байкальского омуля в Братском водохранилище. Сравнительная характеристика байкальского омуля из водохранилища и Байкала дается по 2-м меристическим и 18-ти пластическим признакам. Для сравнения взяты морфологические характеристики омуля посольской

популяции, полученные К.И.Мишариным (1958), В.В.Смирновым и И.Г1.Шумиловым (1974), М.А.Стерлиговой (1980). Наши исследования показали, что число жаберных тычинок у омуля в Братском водохранилище несколько уменьшилось в сравнении с таковым из Байкала (данные КИ.Мишарина), хотя по материалам других вышеназванных авторов по этому признаку достоверных различий не отмечается. Нет различий и по числу чешуй в боковой линии.

Наши работы свидетельствуют, что по большинству пластических признаков омуль из Братского водохранилища отличается от такового из Байкала. 'Гак, у омуля в водохранилище в процентах длины головы больше длина рыла, высота головы у затылка и ширина лба. В процентах длины тела уменьшились длина головы, длина хвостового стебля, длина грудных плавников, увеличились антедорсальное и постдорсальное расстояния, высота спинного и анального плавников. По мнению Б.Г.Иоганзена (1959) высота спинного плавника зависит от степени подвижности рыб, среды обитания, условий нагула. Изменения пластических признаков - пропорций тела - чаще всего связаны с темпом роста и аллометрией (Решетников, 1980), которые, в свою очередь, в значительной степени определяются условиями обитания. У сиговых морфологический облик в большей степени контролируется условиями жизни, чем передается по наследству от родителей, однако общий экстерьер все же наследуется и может долго сохраняться в потомстве (Решетников, 1980), как это и наблюдается у байкальского омуля в Братском водохранилище.

Таким образом , литературные данные и наши исследования дают основание полагать, что с течением времени байкальский омуль в Братском водохранилище приобретает черты, обусловленные особенностями условий обитания, сохраняя исходный видовой статус.

2.3. Экологические особенности байкальского омуля в Братском

водохранилище (возрастной, половой состав, рост, упитанность, плодовитость).

Анализ возрастного состава наших контрольных уловов и литературных данных (Башаров, Башарова, 1984; Купчинский и др., 1992; Поляков, 1987) позволяет говорить, что возрастной ряд омуля в водохранилище состоит из 10 групп.

Соотношение самцов и самок в годы исследований было с небольшим преобладанием самцов, а в 1990 и 1993 годах - старшевозрасгных самок.

Растет омуль в водохранилище относительно быстро. Рост самцов и самок несколько различается - младшевозрастные самцы опережают в росте самок, половозрелые самки (с 6+) крупнее самцов. Рост особей в пределах одного поколения неравномерен. Размах колебаний как длины, так и массы

рыб в пределах возрастных групп значителен - у самок до 89 мм и 589 г; самцов - 82 мм и 540 г. Отмечаются небольшие различия в показателях роста и упитанности омуля в разные годы, что связано с особенностями условий нагула, определяемыми колебаниями уровня воды.

Упитанность омуля в водохранилище выше, чем в Байкале. Коэффициенты по Фультону и Кларк значительно варьируют (соответственно от 1,07 до 1,56 и от 1,08 до 1,33).

Жирность у отнерестовавших особей 0-2 балла, у рыб в III - IV стадии зрелости высокая - 3-5 баллов.

Нерестовые миграции на верхний участок водохранилища и его притоки наблюдаются в августе. В основной нерестовый приток р.Белую омуль начинает заходить при температуре воды 18-20° С, в то время как ход омуля на нерестилища северного Байкала отмечается при температуре 6-9° С, Селенгу -10-13° С, в реки Чивыркуйского залива и Посольского сора, где нерестилища расположены недалеко от устья - в сентябре - октябре, когда температура снижается до 4-6° С. (Мишарин, 1953; Смирнов, Шумилов, 1974; Черняев, 1982). Н.С.Смирнова (1983) отмечает, что время нерестовых миграций омуля в Байкале более связано со средними сроками климатических сезонов, чем с конкретным температурным фактором.

Плодовитость рыб, как известно, является важнейшим фактором, оказывающим влияние на их численность и находится в прямой зависимости от темпа роста и возрастного состава популяции.

Исследованные нами производители омуля были в возрасте от 4+ до 9+ лет, причем 79% было в возрасте 6+ - 8+ лет. O.A. Поляковым (1989) отмечены впервые созревающие самки в возрасте 3+.

Установлено, что абсолютная индивидуальная плодовитость омуля увеличивается от 19,2 тыс. икринок у пятилетних самок до 48,9 тыс. у десятилетних; в основном подчиняясь известной закономерности -увеличивается с массой тела рыб, размерами и возрастом.

Как уже отмечалось, в новых водоемах у сиговых возрастает темп роста и часто раньше наступает половая зрелость. Растет омуль в Братском водохранилище быстрее, созревает раньше и у него выше плодовитость, чем в Байкале, в чем, вероятно, проявляется его приспособляемость к выживанию при неблагоприятных условиях размножения его в водохранилище.

В ходе исследований гамето- и гонадогенеза омуля в Братском водохранилище не отмечено дегенерационных процессов (Захарова, 1994). Не найдены генетические отличия у вселенных в водохранилище омулей от исходной посольской популяции (Мамонтов, Яхненко, 1987). В связи с этим представляют интерес сравнительные исследования особенностей его репродуктивной функции в условиях Байкала и Братского водохранилища.

Глава 3. Функциональные признаки репродуктивной системы омуля из Байкала и Братского водохранилища.

3.1. Общие свойства гормонов.

3.2. Динамика уровня некоторых стероидных гормонов в плазме крови омуля в Байкале и Братском водохранилище.

В результате проведенных исследований установлено, что у омуля в Байкале во все периоды годового цикла уровень тестостерона у самцов был выше, чем у самок (табл.).

Таблица.

Содержание некоторых стероидных гормонов в плазме крови омуля (нг\мл) в Байкале и Братском водохранилище _в зависимости от стадии зрелости._

Пол Стадия зрелости Тестостерон Прогестерон Эстрадиол

Байкал

II 0,29±0,26 2,11±0,25 0,20±0,28

Самки III 0,46±0,53 2,87±0,20 0,42±0,28

IV 1,89±0,38 2,83±0,31 1,46±0,22

V-II 0,41±0,60 1,32±0,19 0,17±0,35

И 0,45±0,48 2,05*0,20 -

Самцы III 0,71 ±0,5 6 2,05±0,35 0,066±0,35

IV 2,08±0,54 2,83±0,40 0,051 ±0,20

V-II 0,44±0,35 0,89±0,18 0,064±0,22

Братское водохранилище

Самки IV 1,81±0,20 2,84±0,35 1,5±0,44

Самцы IV 2,08±0,34 2,88±0,35 0,05±0,28

Наиболее низкие уровни тестостерона наблюдались у рыб II - III стадии зрелости и после нереста. Во время активизации процессов вителлогенсза и сперматогенеза количество этого гормона возрастает. Обнаруженное изменение уровня тестостерона у рыб обоих полов в разные периоды их жизни совпадает с данными авторов для других видов рыб (Lamba et al, 1983; Maiming, Kirne, 1984; Scott et al, 1984; Shimizu et al, 1985, Fitzpatrick et al, 1986; Greeley et al, 1987; Tamaru et al, 1991).

Количество прогестерона у самок и самцов омуля в преднерестовый период находится на довольно высоком уровне, который у самцов перед нерестом еще более возрастает. Постепенное снижение уровня этого гормона начинается сразу после нереста и его количество достигает наименьших значений в межнерестовый период. В целом, уровень

прогестерона у самцов был выше. Из литературных данных известно, что у лососевидных рыб уровень прогестерона у самок бывает низким к началу созревания половых продуктов, но быстро возрастает ко времени нереста (Барашшковаи др., 1989; К^а\уаега1, 1983; 11ес1аега1,1984).

При вителлогенезе уровень эстрадиола постепенно увеличивается, достигая максимума незадолго до нереста и резко снижается в период овуляции. У самцов омуля уровень эстрадиола на протяжении всего времени исследования был низким. Подобные изменения уровня этого гормона наблюдаются и у других видов рыб (2оЬаг, вогсИп, 1991 и др.).

Отсюда можно сделать выводы, что овуляция у омуля происходит при высоком уровне тестостерона и эстрадиола, а спермиация - тестостерона

Предполагается (Т'^аЬата, 1987), что возрастание количества тестостерона незадолго до завершения вителлогенеза приводит к изменению активности ферментов, вовлекаемых в стероидогенез, в то время, когда фолликул дифференцируется для синтеза прогестинов. Кроме того, повышение уровня тестостерона может служить важным гормональным сигналом, обеспечивающим участие центральных структур мозга в созревании гонад.

Нами показано, что содержание основных стероидных гормонов (тестостерон, прогестерон, эстрадиол), определенных у омуля (IV стадия зрелости) из мезотрофного со склонностью к эвтрофированию Братского водохранилища не имеет сколько-нибудь заметных отличий от таковых из олиготрофного Байкала (см. табл.).

Вышеизложенные биохимические исследования свидетельствуют, что в ходе годового репродуктивного цикла у омуля изменяются не только концентрация стероидных гормонов, но и соотношения их значений в разные периоды цикла, что дает возможность использовать эти параметры для оценки функционального состояния репродуктивной системы рыб и может быть применено в практике рыбоводных хозяйств.

Глава 4. Метаболизм ст ероидных гормонов в микросомах печени омуля и других рыб Байкала

4.1. Монооксигеназная система эндоплазматического ретикулума клеток печени рыб (к истории вопроса).

Монооксигеназная система эндоплазматического ретикулума клеток печени, терминальным компонентом которой является цитохром Р-450, является одной из нескольких систем организма, отвечающей за метаболизм чужеродных соединений, попадающих в организм из окружающей среды, и некоторых эндогенных субстратов, таких как стероидные гормоны и др.

4.1. Метаболизм 4-андростен-3,17-диона в микросомах печени омуля \ других рыб Байкала.

Эти исследования проводятся нами на рыбах Байкала впервые Акгуально познание этих вопросов у разных видов рыб и в связи с усиливающимся антропогенным воздействием на водоем.

В результате наших исследований установлено, что основным* метаболитами 4-андросген-3,17-диона в микросомах печени байкальской: омуля являются 7a-, 6ß-, и 16-гидроксиандростендионы. Соответственно были определены активности 7a-, 6ß-, и 16-гидроксилаз. 7а-гидроксилазна} активность была выше в микросомах печени самок, в сравнении с самцами Причем у самок одинаковой стадии зрелости гонад наиболее высокая 7а-гидроксилазная активность наблюдалась у рыб посольской популяции 0,454±0,020 - у особей 1П стадии зрелости и 0,688±0,028 - у рыб IV стадт зрелости (у северобайкальской популяции эти показатели бьип соответственно 0,40±0,026 и 0,484±0,020). В то же время, 16-гидроксилазная активность была выше у омуля посольской популяции -j самок 0,112+0,026, у самцов - 0,204±0,05, у северобайкальской соответственно, 0,048±0,02 и 0,04±0,01б.

бр-гадроксилазная активность у самок обеих популяций был? достаточно высока: у рыб в III стадии зрелости северобайкальско* популяции - 0,334+0,022; IV стадии - 0,320+0,026; соответственно у особей посольской популяции - 0,228±0,030 и 0,335±0,035.

У самцов же бр-гидроксилазная активность практически полностьк отсутствовала. Удалось зарегистрировать ее лишь у самцов III стадш: зрелости посольской популяции (0,056±0,04).

На основании проведенных исследований можно сказать, что не наблюдается закономерных особенностей в метаболизме 4-андростен-3,17диона в микросомах печени омуля разной стадии зрелости разного поле и разных популяций.

В связи с этим в сравнительном аспекте было интересно посмотрел особенности метаболизма 4-андростен-3,17диона у других видов рыб i одном и том же водоеме.

Основными метаболитами 4-андростен-3,17-диона в микросомаа печени хариуса являются 7а- и 16-гидроксиандростендионы. Присутствие бр-гидроксиандростендиона не обнаружено. Установлено, что в норме 7а-гидроксилазная активность у контрольных рыб не выявлялась. У особей, предварительно обработанных 3-метилхолантреном (ПАУ) отмечало« увеличение 7а-гидроксилазной активности, причем у самцов она была более интенсивной. 16-гадроксилазная активность у индуцированных 3-мегилхолантреном рыб также увеличивалась. При индукции рыб арохлором

происходило подавление метаболизма 4-андростен-3,17-диона, гидроксилазные активности отсутствовали.

Показано, что основными метаболитами 4-андростен-3,17диона в микросомах печени байкальских бычков являются 7а- и 16-пидроксиандростендионы. бр-гидроксилазная активность была зарегистрирована только у песчаной широколобки. У желтокрылки 16-гидроксилазная активность в норме была выше у самок, а у каменной широколобки - у самцов. У песчаной широколобки в норме 16-гидроксилазная активность не обнаружена у самок. После индукции монооксигеназной системы микросом печени песчаной и каменной широколобок полициклическими ароматическими углеводородами (ПЛУ) и полихлорированными бифенилами (ПХБ), происходит резкое уменьшение 1б-гидроксилазной активности, в некоторых случаях даже до нулевого уровня. Противоположная картина наблюдается у бычка-желтокрылки, где происходит увеличение 16-гидроксилазной активности, бр-гидроксилазная активность была измерена только у контрольных самцов песчаной широколобки. У индуцированных ПАУ и ПХБ эта активность также подавлялась.

Из полученных результатов можно заключить, что метаболизм 4-андростен-3,17-диона у исследуемых вида рыб имеет свои видовые особенности, вместе с тем следует отметить, что во всех сериях экспериментов индукция монооксигеназной системы микросом печени ПАУ и ПХБ приводит к уменьшению андростендионгидроксилазных активностей, причем в наибольшей степени это характерно для преднерестовых и нерестовых рыб (IV-V стадия зрелости.). Полученные результаты по выявлению зависимости метаболизма 4-андростен-3,17-диона от стадии зрелости, пола а также после индукции ПАУ и ПХБ близки к данным, полученным и для радужной форели (Нэшбоп е1 а1., 1980). Предполагается, что наблюдаемые различия действия индукторов на рыб в зависимости от стадии зрелости и пола, объясняются действием гормональных факторов, г.к известно, что изменения в стероидном балансе могут влиять на метаболизм стероидов и эндогенных субстратов (Натяоп, 1980; 1981). По видимому, синтез форм цитохрома Р-450 в микросомах печени рыб, кммунохимически родственных форме Р-450с крыс, приводит к «нгибированию синтеза форм, метаболизирующих стероидные гормоны, гаких как цитохром Р-450а скала или Р-450И крыс.

Проведенные исследования по изучению метаболизма одного из важных стероидных гормонов - 4-андростен-3,17диона показали, что гидроксилазная активность различается у рыб разных стадий зрелости, пола, 1 также экологических особенностей вида. Кроме того, в модельных экспериментах установлено, что продукты промышленных производств классов ПАУ и ПХБ подавляют метаболизм 4-андростен-3,17диона, зоздействуя на репродуктивную функцию рыб. Эти данные могут иметь

важное значение для понимания молекулярных механизмоЕ функционирования репродуктивной системы рыб в норме и при действии на нее факторов, загрязняющих окружающую среду.

Заключение

Исследование морфологических особенностей байкальского омуля £ Братском водохранилище спустя более 30 лет после его акклиматизации V. анализ литературных данных по этому вопросу позволили установил тенденцию к некоторому изменению признаков его экстерьера: увеличил« диаметр глаза, высота головы у затылка, анте- и постдорсалыюе расстоянш и уменьшилась длина хвостового стебля, что связано с особенностьк условий обитания его в мезотрофном со склонностью к эвтрофированик Братском водохранилище.

Растет омуль в Братском водохранилище быстрее, чем в Байкале созревает раньше и у него выше плодовитость.

Неблагоприятны условия его естественного воспроизводства, чтс сдерживает создание промысловых запасов омуля в водохранилище.

Изучение обмена веществ имеет своей конечной целью не просгук констатацию тех или иных фактов, а раскрытие механизмов обуславливающих сдвиги обменных процессов и, в конечном итоге возможность направленно вызывать подобные сдвиги. Особенно важно I этом плане значение эндокринной системы, регулирующей метаболически! процессы.

В нашей работе была предпринята попытка провести комплексно« исследование рыб, переселенных в новые места обитания с точки зренш морфологической изменчивости и физиолого-биохимических процессов связанных с репродуктивной функцией рыб, а также проанализировал влияние на последнюю некоторых веществ, являющихся загрязшггелям! окружающей среды.

В результате проведенных исследований установлено, что овуляция 3 омуля происходит при высоком уровне тестостерона и эстрадиола, ; спермиация - тестостерона Нами не выявлено сколько-нибудь значимы? различий в содержании половых стероидных гормонов у омуля из озер! Байкал и Братского водохранилища Это указывает на то, что несмотря Н1 значительную изменчивость в экстерьере, а также на изменившиеся показатели плодовитости, с биохимической, эндокринной позиции омуш как вид достаточно стабилен.

Известно, что сезонные изменения половых стероидных гормонов 1 плазме крови рыб тесно связаны со сроками созревания половы? продуктов. Так, резкое снижение концентрации некоторых стероидо! (эстрадиол, андростендион) непосредственно перед нерестом тесно связан«

; процессами вителлогенеза и, в частности, с синтезом вителлогенина -основного белка желтого тела.

Изучение метаболизма одного из стероидных гормонов -шдростендиона показало, что активности гидроксилаз значительно различаются у рыб разного пола, популяций и видов рыб. Некоторые ¡агрязнители окружающей среды классов ПАУ и ПХБ подавляют метаболизм, 4-андростен-3,17-диона воздействуя на репродуктивную функцию рыб.

Выводы

!. Омуль в Братском водохранилище с течением времени характеризуется особенностями, сформировавшимися под влиянием меняющихся во времени экологических условий его обитания, сохранив черты вида Согедотк аЩитпаНз гш^акют; (веог^)/ ¡.Показатели роста, упитанности, жирности выше у омуля в Братском водохранилище, чем в Байкале. Это позволяет говорить о благоприятных условиях нагула омуля в Братском водохранилище. I. Абсолютная индивидуальная плодовитость омуля в Братском водохранилище выше, чем в Байкале, и в среднем для возрастных групп составляет от 19,2 тыс. икринок у пятилетних самок до 48,9 тыс. у десятилетних, при колебании от 18,6 до 71,1 тыс. икринок, к В ходе годового репродуктивного цикла у байкальского омуля изменяются концентрация стероидных гормонов в крови (тестостерон, прогестерон, эстрадиол), и их соотношения. Установленные их значения дают возможность использовать эти параметры дня оценки функционального состояния репродуктивной системы рыб в практике рыбоводных хозяйств. >. В содержании половых стероидных гормонов у омуля из оз.Байкал и Братского водохранилища значимых различий не выявлено, что дополнительно свидетельствует о стабильности вида Уровень 4-андростен-3,17-дион-гидроксилазных активностей в микросомах печени байкальского омуля значительно выше, чем у бычковых и хариуса, различается у рыб разной стадии зрелости, пола, что вероятно связано с особенностями их экологии.

. Индукция монооксигеназной системы микросом печени рыб в преднерестовый и нерестовый периоды 3-метилхолантреном, арохлором или соволом приводит к подавлению метаболизма 4-андростен-3,17-диона, воздействуя тем самым на репродуктивную функцию рыб. Эти данные могут иметь важное значение для понимания молекулярных механизмов функционирования репродуктивной системы рыб в норме и при действии на нее факторов, загрязняющих окружающую среду. Нарушение естественного метаболизма стероидных гормонов у рыб

может служить показателем загрязнения вод веществами классо полициклических ароматических углеводородов и полихлорированны бифенилов с выраженными канцерогенными и ксенобиотическим свойствами.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Винер Р.И., Купчинский А.Б. Метаболизм 4-андростен-3,17-диона i vitro в микросомах печени некоторых видов байкальских бычко! эндемиков в норме и при индукции монооксигеназ : метилхолантреном и Арохлором 1254 // Биологические науки. - M 1993.-№1.-с.118-125.

2. Купчинский А.Б., Валеев Р.Б. Изучение метаболизма 4-андростен-3,П диона в печени байкальских бычков-подкаменщиков. // Оценк состояния водных и наземных экологических систем: Экологически проблемы Прибайкалья. - Новосибирск: ВО "Наука"., 1994. - с. 102 104.

3. Купчинская Е.С., Купчинский Б.С., Ананьина JI.E., Купчинский A.I Влияние уровенного режима на рыбное население Братског водохранилища / Оценка состояния водных и наземных экологически систем: Экологические проблемы Прибайкалья. - Новосибирск: В< "Наука"., 1994.-с. 70-74.

4. Купчинский А.Б., Валеев Р.Б. Метаболизм 4-андростен-3,17-диона микросомах печени некоторых видов байкальских рыб. "Актуальные проблемы биологии". Тез. докл. - Иркутск, 1994. - с 11

5. Купчинский Б.С., Купчинский А.Б., Купчинская Е.С., Тютрина JI.PÎ Морфологические и биохимические показатели омуля в нерестовы период в Братском водохранилище. // Проблемы экологии. Чтени памяти профессора М.М.Кожова. Материалы V международно конференции, т.2. - Новосибирск: ВО "Наука"., 1995. - с.241-247.

6. Купчинская Е.С., Купчинский А.Б. Влияние антропогенных факторо на состояние ихтиофауны водохранилищ Ангары // "Задачи проблемы развития рыбного хозяйства на внутренних водоема Сибири". Материалы конференции по изучению водоемов Сибирр Тез. докл. - Томск, 1996. - 24-25.