Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфофункциональные изменения в гонадах морских ежей и двустворчатых моллюсков при действии кадмия

ВАК РФ 03.00.17, Цитология

Автореферат диссертации по теме "Морфофункциональные изменения в гонадах морских ежей и двустворчатых моллюсков при действии кадмия"

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ МОРЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕДЕШЯ АН СССР

На правах рукописи

СЯСИНА Ираида Гермогеновна

Уда 591.46 + 593.9 + 594.1 + 574.64

МОРФОФУНКЩОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНИЛ В ГОНАДАХ МОРСКИХ ЕЖЕЙ И ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ КАДМИЯ

03.00.17 - цитология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток 1963

Работа выполнена в Институте биологии моря Дальневосточного отделения АН СССР

Научный руководитель: доктор медицинских наук,

профессор П.А. Мотавхин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

A.A. Максимович кандидат биологических наук C.U. Дзюба

Бедущая организация: Институт биологии развития АН СССР

Защита состоится " 1983 года на заседании

Специализированного совета К 002.06.08 при Президиуме Дальневосточного отделения АН СССР (690022, г.Владивосток,22, проспект 100-летия Владивостока, 159, ИБМ ДВО АН СССР).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВО АН СССР.

Автореферат разослан "Ж"¿£^^£1968 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук ^ ^ Гнездилова

- з -

' -с^-Актуальность проблемы. Тяжелые металлы относятся к группе широко распространенных загрязняющих ве^сс^в, которые уже при реально существующих сейчас уровнях загрязнения морей и океанов нарушают жизнедеятельность и биопродуцирование всех основных группировок морских организмов. Для оценки состояния гидробион-тов в условиях антропогенного загрязнения следует выполнять экспериментальные работы по изучению реакции организмов на действие токсикантов (Цыбань, 1980; Бурдин, 1985).

В настоящее время имеется большое число работ по изучению накопления кадмия в органах морских беспозвоночных, влиянию на этот процесс экологических и физиологических факторов, механизмам детоксикации, ответным реакциям на воздействие сублетальных концентраций, тем не менее, действие кадмия на важнейшую функция организмов - репродуктивную - остаётся малоизученным. Имещиеся сведения касаются в основном вопросов кратковременного влияния больших концентраций токсиканта на эмбриональные и личиночные стадии развития морских животных. Данные о длительном воздействии сублетальных концентраций кадмия на процессы развития и созревания половых клеток и качество образущегост из них потомства у морских организмов немногочисленны и касаются лишь ограниченного числа видов.

Недостаточная изученность влияния кадмия на репродукцию морских беспозвоночных свидетельствует о необходимости дальнейших экспериментальных работ в этом направлении. Бурдин (1965) считает, что такие показатели как плодовитость и жизнеспособность гамет являются полезными в некоторых программах Сиомонигоринга.

Цель настоящего исследования состояла в установлении действия кадмия на процесс гаметогенеэа морских ежей, приморского гребешка, мидии съедобной при длительном выдерживании животных в во-

дэ с различными концентрациями металла. Данные животные является типичньыи представителями прибрежных биоценозов, в ряде стран искусственно разводятся в хозяйствах марикультуры, а также повсеместно используются в качестве тест-объектов в токсикологических работах и программах биомониторинга.

В ходе работы реиались следующие задачи:

1. Исследовать накопление кадмия в гонадах морского.ежа Strongylooentrotus interaedius, ЫИДИИ Hytilus edulis, гребешка И-?' ^opeoten yeosoensis при фоновых и повышенных уровнях токсиканта в морской воде.

2. Установить локализацию кадмия в гонадах морских ежей, мидии и гребешка при пребывании аивотных в воде с сублетальными концентрациями металла.

3. Изучить морфологии гонад и половых клеток морских ехей, ыидии и гребешка при действии различных концентраций кадмия.

4. На прииара морского esa Strongylocentrotua intennediuo установить способность к развитии половых клеток, образующихся

у взрослых особей при воздействии на них сублеталькых доз кадакя.

Научная новизна л практическая ценность работы. Проведено многостороннее исследование воздействия йадкия на половую систему морских ежей, мидии съедобной и приморского гребенка. В ходе работы изучено накопление кадмия в гонадах данных видов при фоновом уровне металла и высоких концентрациях в экспериментально загрязненной среде. Впервые описано распределение кадмия в клетках гонад исследованиях видов, показано, что металлсодержащие гранулы участвуют в детоксикации металла в этом органе только у иоллюсков.

Установлено, что в ответ на кадмиевое воздействие первоначально наблюдается стимулирование размножения гоний; дистро^и-

ческие и дегенеративные изменения гамет и вспомогательных клеток при длительной экспозиции животных с сублетальными дозами токсиканта. Обсуждается механизм гонадотоксического действия кадмия как следствие преимущественного накопления металла в соматических элементах и его наличия во многих клеточных органеллах. Для типа иглокояие на примере морского еза s. interaediu3 впервые показано, что воздействие кадмия на половозрелые особи приводит к образованию качественно неполноценных половых клеток, которые не обеспечивают развития потомства.

Полученные данные позволяют дать сравнительную оценку повреждаемости гонад и гаметогенеза исследованных видов морских беспозвоночных при кадмиевой интоксикации, что представляет собой важную практическую задачу, поскольку морские ежи, приморский гре-Сепок и мидия съедобная являются ценными промысловыми видами. Изученные процессы способствуют раскрытия механизма реакции организма на действие токсикантов и делают возможным прогнозирование отдаленных биологических последствий. Сс тояние гонад половозрелых особей является чувствительным индикатором уровня загрязнения морской среды тяжелыми металлами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научном семинаре Отдела цитологии Института биологии поря (Владивосток, 1982), на научном семинаре Отдела биохимии Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова (Ленинград, 1533), на Всесоюзной конференции по водной токсикологии (Рига, 1233), на конференции молодых ученых Института биологии моря (1935), на Международном симпозиуме по тялелым металлам (Венгрия, 1935), на III Региональной конференции молодых ученых Дальнего Востока (£кко-Сахалинск, 1936), на IX Всесоюзном совещании по оэо-люционной экологии (Ленинград, 1986), на f учном семинаре Отдела i цитологии Института биологии моря (Владивосток, I98ö).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ.

Объём диссертации. Диссертация состоит из б разделов, включая введение, обзор литературы, материал и методы исследования, результаты и обсуждение, заключение, выводы и список цитируемой литературы. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 14 таблиц.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальную работу выполняли на морской биологической станции "Старк" ИБМ ДВО АН СССР и на морской экспериментальной базе "Витязь" ТОЙ ДВО АН СССР в залива Петра Великого Японского моря. В качестве объектов исследования использовались морские ежи Stronsylocentrotus nuduaH Strongylocentrotus interaediua, приморский гребегчк Kicuhopecten yessoensis, МИДИЯ btytilus edulia. В течение 1982-1985 гг. проведено 12 экспериментов. В опытах с морскими ежами использовали концентрации кадмия I, 5, 10, 40; 80, 100 и 500 мкг/л, с моллюсками - 100 и 500 мкг/л. Ин-тактных животных делили на равные по количеству группы и помечали в аквариумы или ванны с непроточной морской водой. В ёмкости с подопытными животными добавляли определенное количество маточно-.го раствора хлористого кадаия до получения исследуемой концентрации металла. Воду в аквариумах меняли ежедневно. В длительном эксперименте 1963 г.. с морскими ежами применили метод температурной стимуляции гамегогенеза (Евдокимов, 1974; Мотавкин, Евдокимов, 1975). После экспонирования животных брали кусочки гонад для исследования. Световая микроскопия. Материал фиксировали в смеси спирт-уксусной кислоты, заливали в парафин по общепринятой методике. Срезы окрашивали гематохсилином Караччи и I % эозином.

Морфометрия. Для морфометрического анализа определяли площади 50 ацинусов по соответствующим формулам (Хесин, 1967). У самок подсчитывали количество оогоний, пристеночных и свободнолежащих ооцитов, яйцеклеток и резорбирующихся гамет на единицу площади ацинуса, у самцов - соотношение площади зоны роста и зрелых спер-миев к общей площади ацинуса. Достоверность отличий определяли по критерию Стыодента при 0,05 уровне значимости. Электронная микроскопия. Кусочки гонад фиксировали раствором глютаральдеги-да и четырехокиси осмия (Уикли, 1980). Эпоновые срезы контрастировали обычным способом. Гистохимическое выявление кадмия. Локализации кадмия в половых железам экспериментальных животных устанавливали на световом и ультраструктурном уровнях с помощью реакции сульфид-серебра. Фиксацию и обработку материала проводили по Тимму ( Tima , 1958). Атомная абсорбция. Для определения . концентраций кадмия и кальция в тканях пробы гонад высушивали до постоянного веса. Навески 300-500 мг помещали в кварцевые биксы с крышками и озоляли в муфеле при 450°С в течение 48 часов. Золу растворяли в 10 мл 0,1 n HCl. 3 полученном растворе измеряли концентрации исследуемых элементов. Эмбриологические наблюдения. Последствия воздействия кадмия на половозрелых морских еяей и качество гамет оценивали в эмбриологической исследовании. Развитие проводили по методике Бузкикова, Подмарова (1975). Через определенные промежутки времени отбирали часть суспензии для под счета нормально и аномально развивающихся эмбрионоз и личинок.

- 8 -

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Накопление кадмия в гонадах морских ежей, мидии и гребешка при Зоновых и повышенных уровнях металла в морской воде В гонадах контрольных морских ежей S. intermedius содержание кадмия составляет от 0,4 до 0,7 ыкг/г сухой массы тяани. Выдерживание животных в течение 130 суток в воде с 0,1 мг/л кадмия приводит к незначительному накоплении металла в гонадах самок -7,1 мкг/г и самцов - 12 мкг/г сухой массы. Полученные данные соответствуют концентрациям, приведенным для природного накопления кадмия в гонадах морских ежей других видов ( Coombs, 1979; shiber, 1979).

Моллюски в отношении кадмия обладают большей аккумулирующей члюсобностью, чем морские ежи. Содержание кадмия в гонадах мидии и гребешка при фоновых уровнях металла (контрольные особи) составляет 2,0^0,4 1. 1,5±0,25 мкг/г сухой массы, соответственно, и значительно возрастает при повышенных концентрациях элемента в среде (табл. I). У мидии Ы..edulis оно достигает 277 мкг/г сухой массы после 40 суток пребывания животных в растворе с 500 ккг/л кадмия. Гребешок накапливает данный металл в половой железе eqe в большей степени, чем мидия.

Двустворчатые моллюски, по сравнению с иглокожими и другими беспозвоночными, обладают наибольшими коэффициентами накопления кадмия ( Taylor, 1983). Однако в исследованиях используются мягкие ткани животных в целом или органы пищеварительной и экскреторной систем. Содержание кадаик в гонадах моллюсков определяется редко из-за трудности выделения этих органов: они срастаются с пищеварительной яелезой и плохо развиты на некоторых стадиях репродуктивного цикла.

При определении накопления кадмия в половых железах

Таблица I

Влияние концентрации кадмия в водных растворах и продолжительности экспонирования в них моллюсков на содержание кадмия и кальция в гонадах мидии и гребешка

Животные Условия опыта Содержание

концентра- продолжи- кадмий, мкг/г кальций,

ция кадмия тельность сухой массы мгэке/г су-

в воде, экспони- хой массы мкг/л рования,

сутки

Мидия контроль 30 2,0 + 0,4 51,0 + 2,4

Мидия 100 30 26,3 + 3,7 45,1 + 6,5

Мидия 500 15 26,1 + 3,0 61,0 + 0,0

Мидия 500 40 277,0 + 32,0 69,4 + 6,6«

Гребешок контроль 10 1,5 + 0,7 43,1 + 6,4

Гребешок 500 10 21,7 + 3,2 37,1 + 5,7

Гребешок 500 20 132,0 + 14,0 85,6 + 8,2К

к0тличия достоверны при уровне значимости 0,05

исследованных видов параллельно измеряли содержание кальция. У мидии и гребешка большие дозы кадмия (500 мкг/т) приводят к изменению тканевого содержания кальция, оно достоверно увеличивается. У морских ежей отличий в концентрациях кадмия в гонадах подопытных и контрольных животных не обнаружено.

Распределение кадмия в половых железах морских ежей, мидии и гребешка при пребывании животных в воде с сублетальными концентрациями металла Поступая в гонады морских ежей и двустворчатых моллюсков кадмий неравномерно распределяется среди клеток этого органа. Локализацию металла определяли по наличию и положению осадка -продукта гистохимического осаждения кадмия. У контроль«,? морс-

ких ежей в цитоплазме половых и вспомогс дельных клеток отмечаются единичные зерна. После б суток выдерживания животных в морской воде с добавками кадмия осадок выявляется в стенке гонада на поверхности эпителия, в мышечносоединительнотканном слое и базаль-ной мембране. Позднее осадок определяется внутри ацинусов в межклеточных пространствах, на поверхности мембран ооцитов, глобулах вспомогательных клеток. При длительном действии кадмия он выявляется в большом количестве во вспомогательных клетках в составе различных кле.очных органелл.

Установление локализации кадмия в гонадах моллюсков с помощью реакции сульфид-серебра осложняется тем, '"то и у контрольных животных присутствует осадок. Это объясняется более высокими концентрациями металла в гонадах по сравнению с морскими ежами. Однако при анализе распределения осадка в гонадах контрольных и подопытных животных оказалось, что о местах аккумуляции кадмия можно судить, если учитывать одновременно наличие осадка, ого обильность и характер распределения.

У шдий и гребеикоз, экспонированных и кадмиевых растворах, обильный осадок образуется в эпителии стенки гонады в составе апикально расположенных электронносветлых пузырьков ресничных и микровилляркых клеток. 3 метках выводных протоков и сосудистой системе осадок присутствует в двух видах: в первом случае отдельно лежащие зерна наблюдаются в цитоплазматическом матриксе, ядрах, ресничках; во втором - наблюдается концентрация осадка в некоторых участках цитоплазмы, что приводит к образованию электронно-плотных конгломератов неправильной формы. Среди клеток соединительнотканной стремы наибольшей способностью к накоплению и изоляции кадмия обладают амебоциты. Распределение и количество ос;.дка резко отличается у разных клеток зтого типа. Осадок р^спо-

лагается в цитоплазматическом матриксе, концентрируется в структурах, представляющих собой третичные лизосомы (металлсодержащие гранулы), обилен в ядре, где приурочен к области эухроматина.

В ооцитах подопытных животных обнаруживаются вакуоли с положительной реакцией сульфид-серебра, но в данном случае трудно установить соответствует ли распределение- осадка локализации кадмия, так как и в ооцитах контрольных моллюсков присутствуют такие же структуры. В мужских половых клетках осадок выявляется на поздних стадиях дифференцировки на поверхности акросомы, редко жгутиков.

У морских беспозвоночных установлены два основных способа де-токсикации тяжелых металлов: включением металлсодержащие гранулы или везикулы (Simkias, 1976; Coomba, George, 1978) и связывание с металлотионеинами или другими цитоглазматическими белками ( Hosl-Lanbot et al. , 1980; Engel, 1983).

Исследовав распределение кадмия в гонадах морских ежей, мидии и гребешка мы установили его локализацию в составе различных клеточных органелл и электронносветлых вез! ул, что, по мнению ряда авторов ( Marshall, Talbot, 1979; George et al., 1980; Jeantet et al. , 1985), характеризует морфологию детоксикации металла с помощью металлсвязывающих белков. Лукьяновой (1986) удалось выделить металлотионеиш в гонадах и кишечнике морских ежей з. in-temedius гонадах, пищеварительной железе, почках гребешка м. yeasoensis. Обобщив собственные и литературные данные по распределению и связываний кадмия в гонадах исследованных видов, мы пришли к выводу, что детоксикация кадмия в этом органе осуществляется путем связывания с органическими лигандами. У мидий и гребешка существует и второй способ инактивации металлов с помощью металлсодержащих гранул, которые обнаружены в амёбоцитах соединительнотканной стромы гонад. Механи; образования внутри-

клеточных неорганических гранул пока не ясен, но многие авторы отмечают, что они встречаются чаще в органах с пищеварительными и экскреторными функциями. В частности у мидии Mytilus edulia и гребеика Argopecten irradians гранулы обнаружены в пищеварительной железе и почках (Carmichael, Fowler, 1981; George et al. 1982).

Moo£oметрический анализ состояния гонад контрольных и экспонированных с кадмием морских ежей s. intermedins проведен на материале длительного эксперимента, поставленного в апреле-августе 1933 года. Животных содержали в кадмиевых растворах с концентрациями 50 и 100 мкг/л, .кусочки гонад фиксировали через 15, 40, 72 и 130 суток.

Содержанке морских ежей в загрязненной среде в течение 15 су ток привело к увеличению числа оогоний и уменьшению количества пристеночных ооц!"-ов (рис. I). В ацинусах появились резорбирую-циеся половые клетки. После 40 суток экспонирования животных процессы резорбции гамет усилились (рис. 2). На 130 сутки экспонирования яичники подопытных морских ежей продолжали оставаться на стадии активного гаметогекеза, в то время как у контрольных особей третья часть полс^х клеток уже созревала. По сравнению с контролем количество пристеночных ооцитов было в 3,0 - 3,5

п о

раза больше, объём их составлял 173x10 мкм°, а у контрольных -216хЮ3 мкм3.

Состояние семенников контрольных и подопытных животных сравнивали после 72 су. ж опыта. У контрольных самцов вдоль стенок ацинусов располагалась зона роста, представленная сперматогония-ми, сперматоцитами I и II порядка, что составляло 29 - 30 % общей площади ацинуса. Зрелые спермии занимали около 9 % общей площади. В семенниках подопытных морских ежей клеточный состав

15 сут

контроль

40 сут

I

1

контроль 50 100

130 сут

А

ГШ

ж

контроль 50 100

Рис. I. Количество половых клеток в яичнике морского ежа Э1;гопйу1осеги,го'Шз 1г^егтссИиз в зависимости от концентрации кадмия в воде и времени экспозиции животных, мкг/л

По вертикали - количество половых клеток на единицу площади ацинусов. I - оогонии, 2 - пристеночные ооциты, 3 - свободнолежащие ооциты, 4 - зрелые яйца. Звёздочкой обозначены достоверные отличия при уровне значимости 0,05.

30

Рис. 2. Количество резор-

§?Ю

о га

о

К

о н

0)

л Га ¿г

130 0,05

бирующихся клеток в яичниках морского ежа Б. 1пгепаес11из в зависимости от концентрации кадмия в воде и времени экспозиции животных, сутки I - контроль, 2-50 мкгса/л, 3 - 100 мкгса/л. Звёздочкой обозначены достоверные отличия при уровне значимости

15 .40 72

остался прежним, но изменилось соотношение клеток, находящихся на разных этапах дифференцировки. При концентрации кадмия 50 мкг/л отмечалось увеличение площади зоны роста и уменьшение площади, занятой спермиямк.

Результаты настоящего корфоыетрического анализа показали, что в условиях продолг-.тельной кадмиевой интоксикации в гонаде морских ежей 3. о-п'-егаесНиз происходят качественные и количественные изменения. С одной стороны происходит увеличение количества оого-ннГ; и пристеночных ооцитов у самок, расширение зоны роста у самцов, а с другой - замедляется рост ооцитов, изменяется динамика клеточного состава, резо^ируется часть гамет.

{.?ор-5:ологичес;:'ле изменения головых и вспомогательных

С помощью гистологических и электронномикроскопических методов установлено, что в гонадах морских е:кей б. гпгегтесииз, а. пи айв при воздействии кадмия отмечаются некоторые морфологические изменения. В строении стенки ацинусов наибольшему изменению подвергаются клетки наружного целомического эпителия. В них уплотняется цитоплазма, конденсируется хроматин е ядре, исчезают отростки. Эти изменения приводят к отмиранию клеток, в результате

плеток в гонадах ыорских елей, паи действии кадмия

чего теряется целостность эпителиального слоя. Назальные мембраны становятся более рыхлыми. В гемальньк синусах присутствует большое количество деструктурированных остатков и пигментированного материала.

В семенниках подопытных животных наиболее чувствительным к действию металла оказались сперматоциты. Характерными нарушениями ядер этих клеток является возрастание степени конденсации хроматина, его неравномерное распределение по ядру, в частности, поляризация и смещение к одному из полюсов, разрыв ядерной оболочки. Сперматоциты с такими изменениями дегенерируй?.

При действии кадмия в яенских половых клетках ультраструктурные изменения претерпевают цитоплазматические структуры и ядро. Изменения ядер ооцитов аналогичны таковым, наблюдаемым в спер-матоцктах. В цитоплазме более подвержен воздействия токсиканта эндоплазматический ретшсуяум. Отмечается фрагментация его канальцев, поэтому в ооцитах подопытных морских ежей он имеет вид пузырьков. При более выраженном токсическом воздействии наблвдает-ся расширение канальцев эндоплазматического ретикулума, исчезновение с его поверхности рибосом, вакуолизация. Вакуоли, сливаясь друг С другом, образуют 3-4 гигантских пузирл, занимающих почти всю цитоплазму.

Установлено, что в гонадах подопытных 5*орских е:-:ей резорб^-руются крупные пристеночные ооциты, вступизаие з фазу зитсллзге-неза, яйцеклетки и в меньшей степени - презителлсгешше ооцнтп. Разрушение клеток наблюдалось на стадии активного I аметогенеэа и преднерестовой, для которых в нормальных условиях ото являясь не характерно. Поэтому мы полагаем, чтз разрушение части гьтое-ших и преэителлогенных ооцитсз в гонаде морских е--':е;\ произошло под влиянием кадмия.

- 16 -

Резорбция половых клеток в гонадах юдопытных морских ежей происходит в более ранние сроки, чем отмечаются патологические нарушения во вспомогательных клетках, но разрушение последних приводит к дегенеращк ацинусов. Поэтому началом необратимых изменений в гонадах морских ежей следует считать нарушение функционирования вспомогательных клеток. Именно в этих клетках, как показано при исследовании распределения кадмия в гонаде, первоначально появляется и в большей степени накапливается данный металл.

Исходя из полученных данных мы пришли к выводу, что механизм повреждающего действия кадмия на половые ¿слетки будет различным на разных стадиях гаметогенеза. Если половая железа находится на ранних стадиях развития, то кадмий, поступая по гемальной системе, прямо воздействует на половые клетки и вызывает массовую резорбцию гамет. На стадии активного гаметогенеза механизм гонадо-токсического действия кадмия связан с физиологическим состоянием вспомогательных клеток. При этом нарушается функция депонирования и передачи трофического материала в половые клетки. Воздействие высокотоксичных концентраций кадмия приводит к разрушению самих вспомогательных клеток и последующему лизису гамет. В том случае, если токсикант воздействует на половые клетки, завершившие рост и вителлогенез, то дегенеративные процессы менее выражены или совсем отсутствуют. Этот факт доказывает, что металлы поступают в половые клетки вместе с метаболитами, обеспечивающими их формирование.

Защитная реакция целомоцитов при развитии деструктивных процессов в гонадах морских ежей

Несмотря на гистопатологические изменения при действии сублетальных доз кадмия гонады продолжают функционировать, происхо-

дит рост гамет, хотя отмечается отставание от такового у контрольных животных. Это предполагает наличие защитных механизмов, направленных на поддержание нормального функционирования половой железы. К ним следует отнести: а) фагоцитарную активность вспомогательных клеток, обеспечивающую детоксикацию кадмия и очистку гонада от детрита разрушающихся клеток; б) пролиферацию гоний, как ответ на дегенерацию половых клеток; в) реакцию целомоцитов на повреждение гонад, направленную на восстановление морфологии и функций органа.

Клетки целомической жидкости образуют скопления около ациьу-сов с признаками нарушений, затем с поверхности ацинусов проникают во внутрь и формируют обширные пролифераты. Целомоциты небольшими группами располагаются в межклеточных пространствах и центре ацинусов, при этом они перегружены детритом и желтым пигментом. Ь тех случаях, когда повреждения особенно обширны, целомоциты, по-видимому, выделяют вещества, способствующие образованию плотных сгустков.

Основными защитными реакциями клеток целомической жидкости морских ежей являются фагоцитоз и участие в иммунных реакциях (Smith, 1981; Karp, Coffaro, 1982). В большинстве случаев данные о функциях целомоцитов получены in vitro. 3 настоящей работе установлена реакция целомоцитов морских ежей S. nudus, S. intermedins in vivo на повреждение гонад при кадмисс^я интоксикации.

Морфологические изменения в половой железе мидии и гребешка при действии кадмия

Действие кадмия на гонады молнюсков и -ледовано на стадиях активного гаметогенеза и преднерестовой. У самцов мидии и гре-

бешха, экспонированных в течение 15-20 суток в воде с концентрациях» кадмия 100 и 500 ыкг/л, морфологических изменений в половых клетках не выявили. У самок эффект действия был двояким. В ацинусах большинства подопытных животных наблюдается резорбция ооцитов, а у некоторых мидий в ооцитах отмечены деления созревания, которые в обычных условиях в гонаде не происходят. Ооциты с делениями созревания находятся на стадиях мета- и анафазы. Встречается неравномерное расхождение хромосом к полюсам веретена дел тая. Причины прекращения роста ооцитов и блокирования делений созревания у беспозвоночных животных пока ещё не определены. Установлено, что созревание не зависит от синтеза макромолекул, а регулируется на посттрансляционном уровне в результате модификации специфических ферментов, которые активируются внутриклеточными изменениями концентраций ионов ( Guerrier et al., 1984). Особая роль в этих процессах отводится кальция. Использовшшый в напой работе метод атомной абсорбции позволил установить, что у экспонированных с кадмием мидий увеличилось содержание кальция в яичниках, что, возможно, стимулировало созревание ооцитов.

После 40 суток вцдераиванмл мидий в среде с добавками кадмия резорбция ооцитов усиливается. В быводных протоках наблюдаются изменения в эпителиальных клетках. Они приобретают кубическую или.плоскую форму вместо призматической в гонадах контрольных животных, при этом теряют реснички. В ходе опыта у некоторых животных происходил нерест. .

Таким образом, у моллюсков, содержавшихся в морской воде загрязненной кадмием, отмечаются лишь некоторые морфологические изменения, характерные только для отдельных клеток или ацинусов и не отражасциеоя в целом на росте и созревании галет.

- 19 -

Последствия воздействия кадмия на гонады морского ежа 3. 1гПегае(Ииз

Для выяснения последствий воздействия кадмия на гонада морских ежей мы наблюдали за эмбриональным развитием половых клеток, полученных от половозрелых особей в течение 9 суток содержавшихся в воде с концентрацией кадмия I иг/л. Установлено, что при 97-98 % оплодотворении в подопытной группе отмечается некоторая задержка в развитии и появление аномалий. На стадии плутеуса количество аномальных личинок в подопытной группе до'-стигает 58,5 % по сравнению с 25 % в контроле. Следовательно, изменения в половых клетках и гонадах морских ежей приводят к образованию яйцеклеток и спермы низкого качества, которые не обеспечивают полноценного развития потомства.

вывода

1. Экспериментально установлено, что при концентрациях кадмия, превышающих ПДК в десятки и сотни раз, отмечается его накопление в гонадах МИДИИ Mytll.ua ес1и11в , гребешка Ш.2иЪорес*еп уеавоопа10 и в значительно меньшей степени - морского ежа З'^апЕуЗ.осеп'ЬгоШв 1*^егяе(Цив.

2. Впервые описано распределение кадмия в гонадах морских ежей, мидии съедобной и приморского гребешка. Показано, что накопление металла в этом органе происходит за счёт соматических элементов, а не гамет. В половых и вспомогательных клетках металл определяется в электронносветлых везикулах и других клеточных органеллах. Металлсодержащие гранулы участвуют в детоксикации кадмия только в гонадах моллюсков.'

3. Действие кадмия на гонады чсследов ных видов 1ависит от концентрации металла а воде, продолжительности эксперимента,

температуры, стадии зрелости половой железы. Сублетальные дозы металла стимулируют образование большего, по сравнению с контроле:.;, количества оогоний и сперматоцитов у морских ежей при короткой экспозиции и оказывает поврекдающее действие при длительном содержанки нивотных в загрязненной Еоде. Повышение температуры усиливает гонадотокскческий эффект кадмия.

4. В половых клетках морских ежей е. 1пгогто<Ииа, Э. nud.ua Еыявлены морфологические изменения: конденсация и поляризация хроматина, разрыв ядерной оболочки, нарушение структуры цитоплазмы, вакуолизация. Наблюдаемые изменения приводят к резорбции гзмет, образованию спермы к яйцеклеток низкого качества, что неблагоприятно сказывается ка развитии потомства.

5. ¡¿оханизы воврекдехцего действия кадмия на половые клетки зависит от стадия зге-ости гонад;.:. Ка ранних стадиях развития полосой келогы хс.слл оказывает прямое воздействие на гаметы че-' роз гемальную систему. На стадии активного гаметогенеза действие металла опосредовано через ьспсмсгатвлыше клетки, зависит от их (¡ункционалыюго состояния. На более поздних стадиях зрелости гонад дзгензратиенце процессы менее и;разеки пли совссм отсутствуют.

5. У исследованшк ьидоа существует защитный механизм, направ-лсишй ка обеспечение нормального санкционирования половой ¡голоси, устранение разрушающегося материала и токсических веществ. Па уровне организма защитную роль выполняют клетки гемальной системы, на уровне органа - вспомогательные клетки гонады.

7. У морских е;г.ой £1гопсу1осегЛгоги& 1п1х>:гае<31ин состояние гонад половозрелых особей является чувствительным индикатором загрязнения морской среды тягяелкми металлам!, в связи с чем этот показатель следует использовать при оценке длительного воздействия низких концентраций токсикантов на репродуктивную функцию

морских организмов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СВДУЩИХ РАБОТАХ:

1. Липина И.Г.., Гнездилова С.М. Распределение кадмия в гонадах морских ежей Strongylosentro-tua nudus К S. intermedius // Биол. моря - 1985. - № 4. - С.50-53.

2. Гнездилова С.М., Липина И.Г., Дуркина В.Б., Карасёва E.Ü. Нарушение репродукции морских ежей и мидий при загрязнении среди кадмием // IV Всесоюзная конференция по промысловым беспозвоночным: Тез. докл. - Севастополь, IS86, - 4.II. - С.330-331.

3. Буровина И.В., Васильева В.'5., Гнездилова С.!,';., Гусев Г.П., Липина И.Г., Ыотавкин П.А., Скульский ¡i.A., Уханов К.Ю. Особо;-:-ности распределения кадмия в органах и тканях морских моллюсков различной экологии // IX Всесоюзное совещание по эволюционной экологии, посвященное памяти академика Л.А. Орбели: Тез. докл. -Ленинград, 1936, С.63.

4. Карасёва Е.М., Липина И.Г. Накопление к распределение кг.г,-мия и цинка в гонадах двустворчатых моллюсков // III Региональная конференция молодых ученых и специалистов Дальнего Востока. L'kho-Сахалинсх, 1986, С.26.

5. Липина И.Г., Карасёва Е.М. Гаметогенсз у съедобной мидии в условиях повышенного содержания тяяелых металлов // III Региональная конференция молодых ученых и специалистов Дальнего Востока. Гкно-Сахалинск, 1986, C.4I.

6. Гнездилова С.Ы., Липина И.Г., Христофором Н.К. Поступление кадо-.'ия з гонаду морского е;*а и его действие на годагогсиаэ эмбриогенез // Зкспериментальная водная токсикология. Рига: сн-натне. - 1987. - Еьгп. 12. - 0.68-72.

7. Липина И.Г., Евтушенко З.С., Гнездилова 0.15. Морфс^ун-лпу-

ональные изменения в яичниках морского rsa Strongylocentrotus intermedium при действии кадмия // Онтогенез - 1967. - Т.18. -# 3. - С.269-276.

8. Гнездилова С.М., Сясина И.Г., Ващенко М.А., Дуркина В.Б., Карасёва Е.М. Действие токсических веществ на репродуктивную функцию иглокожих и двустворчатых моллюсков // Всесоюзная конференция по водной токсикологии: Тез. докл. - Одесса, 1988, CJ09.

9. Гнездилова С.М., Липина И.Г., Дуркина В.В., Буровика И.В., Уханов К.Ю. .¿держание кадмия в гонадах морского ежа strongylocentrotus intermedius и его действие на гаметы и потомство // Биол. моря - 1988. - № 2. - C.46-5I.

10. Gnezdilova S.M., Khriatoforofa U.K., Lipina I.G. Oona-dotoxic and embriotoxic effects of cadmium in веа urchins // Symposia Biologica Hungarica , 1985« - Vol.29. - Р.2Э9-251.

11.Gnezdilova S.M., Lipina I.G., Khristoforova U.K. Morphological changes in the ovaries of the eea urchin Strongylocentrotua intermedius exposed to cadmium // Die. aquat. Org. - 1987. - Vol.2. - P.127-133*

12. Lipina I.G., Gnezdilova S.U., Khristoforova И.К. Cadmium distribution in gonads of the sea urchin Strongylocentrotus in-teraodius // liar. Ecol. Progi Ser. - 1987. - Vol.36. - P.263-266.

Соискатель {&J'ict.'t'f{- Сясина У.Г.

/