Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Тяжелые металлы в промысловых беспозвоночных залива Петра Великого в связи с условиями существования

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы в промысловых беспозвоночных залива Петра Великого в связи с условиями существования"

РГ6

! 1

ОД

ОК1 '333

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПРЕЗИДИУМ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ

Ня правах рукописи

КОВЕКОВДОВА Лидия Тихоновна

УДК 5 77.41/46:577.170:594.1.593.9

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПРОМЫСЛОВЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО В СВЯЗИ С УСЛОВИЯМИ СУЩЕСТВОВАНИЯ

Специальность 03.00Л 6 - экология

Автореферат диссертация на соисханиг ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток 1993

Работа выполнена в Тихоокеанском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства н океанографии (ТИНРО)

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор Н.Х. Христофорова

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор ВЛ.Касьянов Доктор биологических наук, профессор В.П.Шунтов

Ведущее учреждение - Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН

Защита диссертации состоится "//-¿¿></¿$¿01'_1993 г.

в/*? часов на заседании Специализированного Совета Д 002. 06. 03 при Президиуме ДВО РАН по адресу: 690022, Владивосток, пр-кт 100 лет Владивостоку , 159, Биолого-почвенкый институт ДВО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в центральной библиотеке ДВО РАН

Автореферат разослан 993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совста,

К.6.Н.

И.В.Каргавцева

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последние десятилетия идет непрерывное загрязнение морей тяжелыми металлами, обладающий токсичными свойствами. Поступление загрязняющих веществ особенно сказывается на изменении содержания элементов в прибрежных акваториях, отличающихся в то же время высокой продуктивностью. Поэтому, для экологической оценки морской среды необходимо исследование уровней содержания металлов в воде и грунтах. Изменение концентраций элементов в среде оказывает влияние на организмы. Морские беспозвоночные способны накапливать металлы в количествах, намного превышающих их содержание в воде. Поэтому возникает проблема контроля уровня содержания токсичных элементов, в том числе кадмия, ртути, цинка и меди, в промысловых моллюсках и иглокожих, используемых в пищу человеком и при изготовлении медицинских препаратов. Понимание основных закономерностей формирования микроэлементного состава организмов_предполагает наряду с необходимостью изучения современного диапазона концентраций металлов в органах и тканях промысловых беспозвоночных, выявление причин, обусловливающих характерный набор и уровень металлов в гидробионтах. Этой актуальной проблеме и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи работы. Цель данной работы - изучение уровней содержания ряда элементов - железа, марганца, цинка, меди, кадмия и ртути в промысловых беспозвоночных - мидии Грея, тихоокеанской мидии, приморском гребешке, гигантской устрице, морских ежах и дальневосточном трепанге, в связи с условиями существования. Для достижения данной цели необходимо было решить несколько задач:

1. Сделать химико-экологическую оценку условий существования организмов, по содержанию тяжелых металлов в воде и грунтах, используя как прямой анализ, так и косвенное определение с примене-

нием зоегеры.

2. Установить диапазоны концентраций железа, цинка, марганца, меди, кадмия и ртути в органах и тканях мидии Грея, тихоокеанской мидии, приморского гребешка, гигантской устрицы, в морских ежах и дальневосточном трепанге - и сравнить их с санитарно-гигиеническими нормативами.

3. Выявить видовые особенности морских беспозвоночных относительно состава и концентраций металлов.

4. Рассмотреть формирование состава и уровней содержания микроэлементов морскими беспозвоночными в процессе эволюции.

Научная новизна. Впервые для существующих морских хозяйств и перспективных для марикультуры районов в зал. Петра Великого установлены уровни содержания железа, цинка, кадмия, марганца, меди и ртути в среде - морской воде и грунтах. Отмечены места с повышенным содержанием элементов. С помощью зостеры выделены акватории с наибольшей долей биодоступных форм элементов в грунтах. Показано, что в районах длительного выращивания приморского гребешка происходит увеличение концентраций кадмия в донных отложениях.

Установлены диапазоны концентраций металлов в органах и тканях мидии Грея, приморского гребешка, гигантской устрицы, морских ежей и дальневосточного трепанга. Впервые определен уровень содержания ртути в промысловых беспозвоночных залива.

Показано изменение порядка следования элементов в рядах убывания концентраций для морской воды и некоторых видов: приморского гребешка, мидии Грея, гигантской устрицы, что обусловлено особенностью минерального обмена данных организмов.

Рассмотрен микроэлементный состав организмов в связи с эволюцией биосферы.

Таким образом, научная новизна состоит в развитии предетавле-

ний о существующем уровне металлов в тканях и органах промысловых беспозвоночная, как сложившемся в процессе эволюции и отвечающем видовым особенностям организмов.

Практическая значимость работы. Полученные результаты представляют собой новую информацию и могут быть использованы при решении многих конкретных задач. Уровни концентраций металлов в морской воде и грунтах необходимы для экологической оценки качества среды при выборе районов размещения марикультурных хозяйств.

Проведенная санитарно-гигиеническая оценка содержания токсичных металлов в промысловых моллюсках и иглокожих зал. Петра Великого, которые используются в пишу человеком и в медицинских препаратах, показала, что уровни металлов в тихоокеанских мидиях, морских ежах и трепангах не превышают ЦЦК элементов, установленных для моллюсков и ракообразных. Однако, принятые нормы для моллюсков вообще превышены по цинку в устрицах и кадмию в отдельных органах мидии Грея и приморского гребешка.

Результаты исследований микроэлементного состава организмов являются базой для научного обоснования ЦЦК токсичных элементов в промысловых гидробионтах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на III съезде океанологов (Ленинград, 1987), на Всесоюзных совещаниях по проблемам марикультуры (Владивосток, 1988, 1989), на 2-ом Тихоокеанском симпозиуме по морским наукам (Находка, 1988), на III Всесоюзной конференции по морской биологии (Севастополь, 1988), на III Всесоюзной .конференции по рыбохозяйственной токсикологии (Санкт-Петербург, 1991), на Всесоюзной конференции по экологическим проблемам охраны живой природы (Москва, 1990), на научных семинарах ТИНРО, ДВГУ, ГИГ И ИБМ ДВО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе-

ния, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы, включающего 212 источников, из которых 121 иностранных, и приложения. Общий объем работы 128 страниц. Диссертация иллюстрирована 8 рисунками и 17 таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В основу работы положены результаты, полученные автором по материалам, собранным в 3986-1991 гг. Объектами исследования были морская вода, грунт, морская трава зостера Zostera marina и промысловые беспозвоночные - мидия Грея Crenomytilus grayanus, тихоокеанская мидия Mytilus trossulus, гигантская устрица Crassostrea g'igas, приморский гребешок Mi zuhopecten yessoensis, морские ежи Strongylocentrotus nudus, Strongylocentrotus internedi us и дальневосточный трепанг Stichopus japonicus. Основными районами работ были акватории марикульгурных хозяйств, расположенных в Амурском и Славянском заливах, еаливе Посьета, входящих в зах Петра Великого (рис.1).

Отбор проб проводился с использованием водолазного оборудования с борта судна типа ВРД. Растворенные формы элементов выделяли из морской воды методом экстракции, применяя систему ДЦК-Na-хлороформ (Еременко, 1969). Концентрирование ртути проводили 0.1 Z раствором перманганата калия (Прокофьев, Степанченко, 1981). Грунты обрабатывали кислотами в соответствии с принятой методикой (Iskander, 1974).

Пробы моллюсков.и иглокожих подвергали минерализации азотной кислотой в печи "Электроника" по разработанной нами методике.

Все пробы на содержание железа, цинка, марганца, кадмия и меди проанализированы автором самостоятельно методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (в пламени) на приборе "Nippon JarrelL Ash" модель АА-855. Ошибка не превышала 5 %. Концентрацию ртути

'Hi:, i . >Й1'ГМ-ГХ»'МЯ <>»:» 'ИНЫХ рнйг.цоь i i.tViT (•)

определяли беспламенным атомно-абсорбционным методом на микроанализаторе ртути "Шгапигла" модель Н£-1, ошибка не превышала 3 %.

Всего проанализировано свыше 100 проб морской воды, около 100 проб грунтов, 400 проб морской травы и 1200 проб органов и тканей беспозвоночных. Число элемент-определений составило 1600.

Для анализа полученных результатов применены методы одномерной статистики. Использован пакет статистических программ

Автор приносит свою глубокую благодарность руководителю работы д. б. н. , профессору Н. К. Христофоровой за искреннее внимание, чуткое отношение и постоянную помощь при выполнении и написании диссертации. Автор весьма признателен В. В. Щеглову, Е. Л. Вейдеману, М. В. Симоконю, Л. Н. Лучшевой, Н. К. Диганковой - сотрудникам Лаборатории прикладной экологии и токсикологии ТИНРО за помощь при отборе и анализе материала.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Химико-экологическая оценка районов работ Картина распределения металлов в воде обследованных акваторий представлена в табл. 1. Как видно, области повышенных концентраций элементов наблюдались в районах с наибольшим антропогенным влиянием. Так, максимальные содержания железа, цинка и кадмия отмечены в бухтах Славянка, Алексеева, Западная и Новгородская. Количества ртути в водах акваторий довольно низки, но их минимальные величины вдвое превышают средние концентрации для океанических вод, что обусловлено береговым характером акваторий.

Дли марикультурных хозяйств вал. Петра "Пи.никого характерно повышенное по сравнению с водами Петра Великого оод^римниг* рнетиорен ных форм во^х, кроме марганца, аж'Ментоь.

В таб.п/ " иррдотинлннн концентрации м^таплии н нпье-рхноотиом

Таблица 1

Диапазоны концентраций металлов в воде йал. Петра Великого, мкг/л

Место отбора проб Время отбора. 7, г. Си Сс1 Не

Славянский 1У - IX

залив: 1987

б. Славянка 10. 0- 2. 5- 0. 50- 0. 80- 0. 12- 0. 05-

СО. 0 11.0 0.95 7. 2 0. 35 0. 03

б. Миноносок 5. 0- 3. 5- 0. 50- 0. 85- 0. 04- 0. 05-

ло ОЛ. 0 9.5 0. 60 5. 2 0. 07 0. 06

б. Наездник •15. 0- 2. 5- 0. 40- 1. 00- 0. 02- 0. 04-

38. 0 7. 3 1. 60 6. 00 0. Об 0. 06

Амурский зал. : 1У - IX

о. Попова, 1987 10. 0- 6.0- 0. 50- 1.75- 0.20- 0.05-

б. Западная 80. 0 16.5 0.70 6.50 0. 25 0. 07

о. Попова, 5. 0- 6.0- 0.55- 1.15- 0.14- 0. 05-

б. Алексеева 55. 0 10. 0 0.65 8. 00 0. 20 0. 07

о. Рейнеке, 13. 5- 1.0- 0. 60- 0. 85- 0. 05- 0. 04-

20. 5 5. 2 0. 65 6. 00 0. ОЙ 0. 06

Паи. Посърта: 1У - 1Х

б. Новгород- 1909 6. 0- 5. 0- 0. 50- 1. Г.0- 0. 0. 05-

ский 70. П 17. Г. 0. Г,4 Г>. 30 0. 30 0. ОП

б. ПК0П^/!,ИН,ИИ Г« 0- 4. Г, - П. 43 - 0. Р0- П. 04 0. 04-

'1Ч . о П . Г, 0. 50 П. ОП П. ГГ. 0. ОП

Г). МйН'Ж' ч 1'К Г ( 0 П П. 50 п. ;:ГР 0. 04 ■ 0. 04

(1 И . 5 0. г,4 5. 0 п. гг. 0. ПГ,

(3-4 см) слое донных отложений района. Если в воде убывающий ряд концентраций элементов выглядит так: Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Hg, то в донных отложениях марганец с четвертого места переходит на второе, что соответствует распределению элемента в литосфере, остальная последовательность сохраняется. Самые высокие концентрации железа и марганца найдены в бухтах Наездник, Новгородская и Экспедиции, цинка - в бухтах Западная и Новгородская, меди и ртути в бухтах Славянка и Алексеева. Значимое увеличение содержания кадмия в донных отложениях из бухт Миноносок Славянского залива, Алексеева Амурского залива, Миноносок зал. Посьета происходит на наш взгляд в результате жизнедеятельности гребешка, плантации которого в течении нескольких лет располагались именно в этих бухтах. Сравнение суммарных количеств металлов в пробах грунта из ма-рикулътурных хозяйств зал. Петра Великого с различными районами шельфовых зон Мирового океана свидетельствует об относительно большом содержании железа и марганца, среднем - цинка, меди, кадмия и низком - ртути.

Убывающий ряд концентраций элементов в зоетере аналогичен ряду металлов в донных отложениях. Анализ пространственной изменчивости уровней металлов в морской траве свидетельствует о приуроченности их повышенных содержаний к локальным районам техногенного загрязнения. Сравнение концентраций металлов в грунте« и зоетере да«т основание думать не только о разных уровнях обогащения грунтов тяжелыми, металлами, но и о разном уровне нахождения в них биодостунных форм металлов. Так, грунты в б. Славянка содержат в больших количествах доступные для ирганиьмн «|«>|>мы марганца, миди, цинки, и Г». Миноногои кадмия, н в fi. lW-ндник - жкл.-ип.

T.'KÜM H'ijia.'.oM, Ml Mlii.ilr.^yvi 0|i)>erHt',ii!JIHU г.чдержиний Mi-T.'UUUil; И

Mopi'K'Ml | I >Д" . i 'Л*' "Ни H .'!'•• «ДИТОй И .ПНбИ.ПМИ'й li* 'l>Wt\ Г|»унтях. ГД"

- и -

Таблица 2

Концентрации металлов в донных отложениях зал. Петра Великого, мкг/г сух. массы ( в числителе - среднее, в знаменателе - стандартное отклонение,)

Место отбора проб Ге Ъх\ Мп Си С<:1

Славянский залив:

б.Славянка 10750 47.5 85. 0 12.5 0.10 0.076

104 4.2 8.2 0.8 0.01 0.002

б. Миноносок 13500 45.0 80.0 10.5 0.37 0. 030

118 5.1 7.8 1.0 0.02 0.002

б. Наездник 16000 50.0 105.0 11.0 0.10 0. 048

158 5.0 9. 0 0. 7 0. 01 0. 001

Амурский залив:

о. Попова, 7900 70.5 85.3 5.4 0.10 0. 048

б. Западная 68 6. 2 7.8 0. 3 0. 01 0. 001'

о. Попова, 8600 42.8 70.9 30.5 0. 36 0. 043

б.Алексеева 60 4.0 6.8 1.2 0. 04 0. 002

о.Рейнеке, 8500 25.0 110.0 6.5 0.10 0. 032

сев. - запад. 60 3.4 9.4 0.2 0.01 0. 002

Зая. Посьета:

б. Новгородская ппищ ОС !•->/ 02.1 1 35. 3 12.0 0.19 0. 082

210 5.8 12. Г. 0. 9 0.01 0. 002

б. Экспедиции 18203 «1С. 9 120. 4 3. 8 0.18 0. 032

17Г> 3. Я 11.9 0. 7 0. 01 0. 001

6. Миноносок ! Г ГШ 34. -1 Г". Л П. 4 0. 31 П. 04 П

1 20 Г. 2 Г- 1 > П. 4 П. о;; П. 001

они стабильны, и зоегере, которая ассимилирует доступные для организмов формы, мы выявили особенности химико-экологической ситуации в обследованных районах.

Тяжелые металлы в мягких тканях беспозвоночных Мидия Грея. Независимо от природы тканей убывающий ряд концентраций выглядит так: Ре, 1п, Сс1, Мп, Си, Н&", т.е. .железо и цинк обнаруживайся в органах и тканях в максимальных концентрациях, а ртуть - в минимальных. Наблюдается несоответствие положения кадмия в рядах концентраций металлов для морской воды и тканей моллюсков: в воде кадмий по уровню содержания находится на пятом месте, в моллюсках он перемещается на третье.

Исследование распределения элементов по органам и тканям мидии Грея проводили на примере мидий, взятых из относительно чистого (о.Рейнеке) и более загрязненного (б. Славянка) районов (рис. 2).

Все металлы в мидиях у о. Рейнеке в наибольших количествах находились в пищеварительной железе, и в наименьших - в мускуле. Наблюдалось нетипичное распределение металлов в районах, подверженных антропогенному воздействию. У мидий из б. Славянка меньшие концентрации железа, цинка и меди замечены не в мускуле, а в мантии животных. Данные о содержании ртути в мидиях Грея из зал. Петра Великого ранее отсутствовали, поэтому мы остановимся на этом элементе более подробно. Наибольшие концентрации ртути отмечены в пищеварительной железе. Они достоверно выше концентраций ялементн в мантии, мускуле и гонадах моллюсков, неяавиоимо от места сбора. Повышенное содержание р-тути в жабрах и ииириарит^льнпй ж?ле»е отражает пути поступления И выведения ЯЛнМеНТН из ОрГННИММН мол лкюкоь. В отличие от кадмии, накопление которого моллюсками происходит ненавидимо от <-ти ко.нич1'гтн;> ь «•¡н-'дк, ртуть ь г юлыпих

-1 *"> - 1 О -

мкг/г

10

9 8 7 6 5

3 2 1

0,150,05

Си

3 Ц

Мп-

12 3^5

Нет

то-100

70 60 50 АО 30 20 10

70 60 50 40 30 20 10

Ре

я

1 2 2, г* 5

Т'ир. Средние концентрации металлов в органах мидии Гр^я ив бол^н ЧИСТ«Ч'О ( <>. Рнйн^к^-) и бол**» ММГрЯЯНИШОГО (»НЙОНОЬ

1 мускул, Г мантия, з лиГ>рн, -1 - гонмдн, г' пии>-иармт.-льная СО с», »'ливян»«», Е23 - «>. ГИ»ннк»%

концентрациях в организмах обнаруживается только ь случае ее повышенного содержания в воде и грунтах. Найденная положительная корреляция между концентрациями ртути в мягких тканях мидии Грея и ее содержанием ь грунтах подтверждает зависимость уровня элемента в организме от его количества в преде. Таким образом, низкие концентрации ртути в мидиях Грея из зал. Петра Великого обусловлены низким уровнем ртутного фона в морской воде и грунтах.

Тихоокеанская мидия. Результаты определения металлов в мягких тканях тихоокеанской мидии из пяти районов зал. Петра Великого представлены в табл. 3. Максимальные количества железа с наибольшим же разбросом данных обнаружены в моллюсках б. Новгородской, минимальные - в б. Анны и у о. Рейнеке. В мидиях из б. Новгородской отмечались также самые высокие содержания цинка и меди. Большие количества меди в моллюсках выделяют эту бухту среди других акваторий как район с наибольшим техногенным прессом. Мидии из б. Анна отличаются довольно высокими концентрациями кадмия, что видимо связано с локальным загрязнением. Впервые полученные нами данные по ртути в тихоокеанской мидии зал. Петра Великого свидетельствуют о довольно низком уровне содержания металла в моллюсках.

Порядок убывания концентраций металлов в тихоокеанской мидии выглядит так: Ре, Ъп, Си, Мп, Сс1, Не, что соответствует распределению этих металлов в морской воде.

Гигантская устрица. Рядом авторов проведены исследования по выявлению уровней концентраций металлов в гигантской устрице из отдельных районов зал. Петра Великого (Христофорова, Чернова, 1991). Наши данные но распределению ал^ментол ь органах и тканях устрицы позволяют также судить о том, что характерным для ?>того вида яьля ется практически равное содержание металлов ь жабрах и мантии. Дин

- ]Г, -

Тнблииа 3

Средние концентрации металлов в мягких тканях тихоокеанской мидии из нал. Петра Великого, мкг/г сыр. массы

Место сбора Год Ре 2х ] Си Мг. С.1 Ну

В. Миноносок 1989 197 67. гЧ 1 3. ?.5 7. 4 0. 73 0.013

ЗГ, В. 0. ВО 1.1 0. 08 0.014

Б. Новгородская 1939 898 ! 0. гч 1 Б. 40 14.8 0. 41 0. 009

497 о О. 4 1. 81 3.7 0. 09 0. 003

Б. Экспедиции 1989 553 70. 9 4. 17 16.1 0.38 0. 010

134 9. 5 1. 40 3.3 0.03 0. 007

Б. Анны 1989 124 59. 4 2.80 4.6 1.36 0. 014

•13 5. 5 0. 49 0.3 0.11 0. 008

0. Рейнеке 1989 132 62. 7 1.89 3.5 0. 40 0. 023

13 8. 5 0.85 0.2 0.10 0. 012

пазоны концентраций металлов в устрицах, собранных в разных местах, невелики. Тем не менее, жлеза в моллюсках на ст. Санаторная значимо больше, чем в устрицах из других районов. Если сравнить ряды убывания концентраций металлов для морской воды и тканей устриц, то следует отметить несоответствие положения цинка: в воде он находится на втором месте, в устрице перемещается на первое.

Приморский гребешок. В наибольших количествах в органах и тканях гребешков содержится железо и цинк, в наименьших - ртуть. Несмотря на изменчивость содержания металлов в гребешке, убывающий ряд концентраций элементов в моллюсках выглядит так: Ге, 7п, СМ, Си, Мп, Не. Если сравнить порядок, элементов в морской воде и в тканях гребешка, то следует отмстить несоответствие положения кадмия в рядах концентраций металлов для морокой воды и тканей мол-

; г,

./¡¡ЛЖИ: Ь ЪОДг- КаДМИЙ ННХОДИТ*:^ НН 1ЮТОМ МеС;Ч'е, Ь МОЛЛНЖаХ ОН Нв" рНМеЩнеТОН Н.'-1 тр»"ГЫ*. Как ВИДНО ИН р'ИС. 3, самые ЬЫСОКИе КОНЦеНТрации жгл^-яа, м>-ди, кадмия, мнргчнц* и ртути находятся в пищеварительной Желе:4(4, НеяаЬИСИМО ОТ МеСТН отбора животных. Количества цинка максимальны в жабрах, велики они также в гонндах моллюсков, г.'ч.мыё низкие концент{»ации металлов характерны для мускулов гребешков. Минимальна также концентрация ртути в гонадах. Для меди и чзргннця характерно равномерное I «с пределе нив в мускулах, мантии, жабрах и гонадах. Самые высокие концентрации железа отмечены в гребешке из бухт Алексеева, Славянка и Наездник. Наибольшие концентрации цинка и кадмия характерны для тканей моллюсков из бухт Западная и Алексеева. Повышенное, по сравнению с животными из других бухт, содержание марганца имело место в б. Наездник. Значимое увеличение концентрации ртути в органах гребешков отмечено в б.Алексеева. Если вернуться к картине распределения металлов в морской воде и грунтах исследованных акваторий, то наблюдавшиеся повышенные концентрации железа в б. Славянка, цинка в б. Западная, марганца в б. Наездник, ртути в б. Алексеева соответственно отражались как в органах и тканях гребешков, тек и мидий Грея.

Морские ежи. Морские ежи, их эмбрионы и личинки являются тест-объектами в токсикологии, однако данных по содержанию металлов в этих видах беспозвоночных, но сравнению с моллюсками, немного, а сведения о концентрациях металлов в гонадах ежей из исследуемых районов отсутствуют. Различия концентраций металлов в гонадах ежрй о. I пьегпкм! П1Я и о. гкк1и5 были не значимы.

Содержание металлов в гонадах серого морского ежа,мидии Грея, приморского гребешка и гигантской устрицы представлены на рис. 4. Концентрации дмде.чн, цинка, марганца, меди в гонадах ежей, мидий

"(»-ДНИ- •С0Н(»гНТ1>МНИИ М<;Т?1ЛЛЧЬ мягких ч кянмх гигантской Устрицы, мкг/г гЫЕ>. МЩч'К

М=»<:ТО споря Ге 7п Гц Ми СИ Не

В. Шьгому.ок.чм 4Я." 4СП. 7 12.1 4.0 1.13 0.04г'

I Л . "'I П Р , 5 <—1 ГУ \ !

I > I. '1 III >. ,-. . I. л . >. I и. /'.гГ О. 1Л1

• !. ге/теК^ 1.) 'ПЛ.'..и 1.1. ') 1.о4 О. I'.:« •

20.1 150.3 П. 9 3.9 0.00 0.014

Ст. Санаторная 70.3 500.8 18.0 5.0 1.76 0.050 24.8 1 32.3 5.3 3.2 0.80 0.017

Грея и приморских гребешков значимых различий не имеют. Однако, на фоне сходства микрозлемеятного состава тканей половых желез беспозвоночных, гонады устриц, как и их мягкие ткани целиком, отличаются повышенным содержанием цинка, а гонадв! гребешка - повышенным содержанием кадмия. Таким образом, более высокий уровень элемента, характерного для организмов определенного вида,отражается и на гонадах особей данного вида .

Содержание ртути в гонадах морских ежей ввшк, чем в гонадах мидий и гребешков. Морские ежи, менее продвинуты в эволюционном плане-, то есть более примитивные организмы но сравнению с моллюсками. Их минеральный состав В больший степени следует :*н Средой. Распределение концентраций металлов к гонадах .-щрй <'С'ОТ"

iO 9 3 7 6 5 it 3 2 i

МКГ/Г

Jj

II III

Hill

dffi

Ca

IV

dD

3401

270

2В О

НОГ

W 120 100 80 £0

J 1)0 20

12345 12315 12J15 12545 12545 12&45

Fe

J]

Ш

4

IV

Dj

A

H

51 4

' 3-1 2 1

0,09 0,05.

0,03 0,02 00 i

M n

li ГП ri/

Ifl

ii

1201 loa

70 60

so

30 20-1 10

12315 12315 1Й315 12315 12315 12345

Zn

IFi IV V VI

12345 12345 12S45 123Ц5 12315 12345 12345 12345 12S45 12345 12345 123A5

2д

m

1/

V VI

751

10 6: 5 4 3 2 1

Cd

red

IHJ

ш

ШЧВ 12345 12315 «J45 123*5 12345 12Ц512345 12345 12345 15345

Рис. 3. Средние концентрации металлов в органах приморского гребешка ив зал. Петра Великого. [ - мускул, ?. - мантия, 3 - жабры, 4 - гонада, 3 -пищеварительная железа; I - б. Западная, II -б. Алексеева, III - о.Рейнеки, IY - О. Славянка, V б. Миноносок, YI - б. Наездник.

14 13 2 I

мкг/г

к 3 2 1

0,080,06' 0,04 0,02

Си

12 3 4 М П.

ПИ

12 3 4

Нё

гт

I 2 3 4

100

50

570 560

30 20 10

3,5

2,5 1,5 ОД

005

Ре

П

12 3 4

Д

12 3 4

Сс£

ДЙ

[1

12 5 4

Рис. 4. Средние концентрации металлов в гонадах беспозвоночных.

1 - серый морокой еж, ?. - мидия Грея, 3 .- приморский гребешок, 4 - гигантская устрица.

- яо -

ветствует их распределению в среде.

Даль н е в ос т о чн ый трепанг.Содержание металлов в дальневосточном трепанге ранее не изучалось. Концентрации элементов в мышечной ткани трепанга представлены в табл. 5. Порядок убывания их концентраций аналогичен распределению элементов в морской воде. Несмотря на то, что трепанг грунтоед и живет обычно на грунтах с небольшим заилением, для которых характерно повышенное содержание металлов, ни один элемент в его тканях не находился в больших количествах. Диапазоны концентраций металлов в трепангах, собранных ь восьми бухтах трех заливов были невелики. Увеличение концентраций металлов в тканях животных из бухт, где многие годы функционируют марикультурные хозяйства, очевидно происходит за счет увеличения в грунтах доли доступных форм металлов из поступающих биоотложений.

Оценка качества промысловых беспозвоночных из вал. Петра Великого. Среди многих вопросов экологии есть один, решение которого предопределяет здоровье и продолжительность жизни человека. Это вопрос безопасности пищевых продуктов. Учитывая, что промысловые беспозвоночные из зал. Петра Великого используются в пишу и для медицинских препаратов, провели санитарно-гигиеническую оценку содержания в них токсичных элементов . Концентрации токсичных металлов в мягких тканях тихоокеанской мидии, гонадах ежей и тканях трепанга не превышают ПДК, установленных для моллюсков и ракообразных. Вместе с тем, количества кадмия в пищеварительной железе мидии Грея и гребешков из всех районов, а также в мантиях и мускулах этих моллюсков из отдельных мест превышает' нормируемую неличину. Не (':по'ги>"ь'Г1'вунт санитарно гигиеническим нормативам для мол-люскок концентрация цинка н устриц«-, однако Г1Д11 цинка непосредственно ДЛЯ устриц Ь нашей стране не !>.' !.'-1| ки'игг: >ни

Таблица Г)

Средние концентрации металлов в мышечных тканях дальневосточного трепанга, мкг/г сыр. массы

Место сбора проб Fe Zn Mn Cu Cd ilg

Амурский залив: б.Западная

4.1

0. 16 0. 16 0. 005

G. 7 1.3 0.09 0.09 0.004

б. Алексеева

о. Рейнеке

Славянский залив: б. Миноносок

и. 7 2.1 0.7 0.29 0. Об 0.005

г. 2 0.5 0Л1 0.03 0.003

5.1 3.2 0.2 0.28 0.18 0.006

4.2 З.б 0.3 0.22 0.18 0.002

14.4 2.6 0.6 0.22 0.21 0.007

7.5 4.2 0.3 0.11 0.18 0.003

б. Наездник

Зал. Посъета: б. Новгородская

3. 7 G. 3

3.4 5.2

12.7 п.:

0.3 0.2

О. 22 0. 19 0. 005

0.18 0. 08 0. 003

4. У. !>. -i

1.5 1.60 0.10 0.005 О. 8 О. 50 0. 03 0. 002

б. Миноносок

I 9. О 1 5. 3

m

1. 8 ГГз

0. с.о 0. 40

0. 22 0. 005 0. 08 0. 002

б. : Экспедиции

ю. п о.о

Г. 4 1. 8

П. СО О. 1 4 О. 005

О. I О П. 08 О. ОПГ

Особенности формирования элементного состава морскими беспозвоночными В. И. Вернадский, основоположник учения о биосфере, утверждал, что химический состав любого организма неразрывно связан с химическим составом земной коры и долзкен изучаться в тесной связи с последним. Автономного организма вне связи с земной корой не существует (Вернадский, 1940).

Получив представление о распределении элементов в воде, грунтах и организмах, мы выяснили, в каких из видов гидробионтов сохраняется порядок распределения металлов, характерный для среды. Порядок убывания концентраций металлов в среде и организмах имеет следующий вид:

1. Ге Ъп Си Мп Сс1 для морской воды

2. Ре Мп Ъп Си СсЗ Не для грунтов

3. Ре М-1 Ъс\ Си С6 не для зостеры

4. Ре 2п Сй Мп Си для мидии Грея

5. Ре 7х\ Си Мп Сс1 не для тихоокеанской мидии

б. Ре Ъл Сс1 Си Мп Не для приморского гребешка

7. 2п Си Мп Сс! не для устрицы

8. Ре 2п Си Мп С<1 Не для морских ежей

9. Ре 2п Си Мп Сс1 не для дальневосточного трепанга

Сохранение последовательности элементов происходит в рядах концентраций металлов в грунтах и зостере. Последовательность сохраняется для морской воды и следующих организмов: тихоокеанской мидии, морских ежей и дальневосточного трепанга. Порядок следования нарушается в приморском гребешке и мидии Грея - кадмий с пятого места перемещается нн третье, а также в гигантской устрице - цинк становится на парное место. Таким образом, элементный состав животных не только отражает минеральный сосчав среды, а за ВИСИТ также ОТ специфических особенностей ЬИДОЬ. Своеобразие хими

ческого состава организмов проявляется в содержании и локализации элементов в тканях и органах. Наименьший уровень элементов характерен для тканей трепанга. Мягкие ткани устриц содержат на порядок больше цинка по сравнению о другими животными. Количество кадмия в гребешке на порядок выше, чем в устрицах и морских ежах. Таким образом, полученные результаты подтверждают известное обобщение А. П. Виноградова о том, что химический состав организма есть его признак - видовой, родовой и др. (Виноградов, 1933).

Микроэлементный состав беспозвоночных в связи с условиями возникновения видов и их эволюцией

Согласно данным о возникновении отдельных групп организмов семейство Рес1лтс1ае известно с силура, семейство МуиПс1ае - с девона, а семейство 0зЬге1е1ае - с карбона. Разница во времени появления в биосфере семейств незначительна, и если представить длительность всего исторического развития современной морской фауны, то период с начала кембрия до наших дней должен рассматриваться только как последний короткий этап.

Литературные данные о химическом составе океанических вод в кембрии свидетельствовали об обогащенности вод металлами в растворимой форме и способности ее удовлетворить потребность организмов в элементах. Поскольку со времени кембрия в морской среде, как и в биосфере в целом, существенных изменений не произошло, химический состав беспозвоночных, сформировавшийся во времена возникновения определенных групп организмов, сохранился почти неизменным.

Морские бнспозноночные, как И самые первые организмы биосферы, содержат большое КОЛИЧЕСТВО Же.ИРЧЯ. Яго обусловлен" тем, что только железо, благодаря споим фиьико химич-ским еиойстьнм л>'гко от да-

вать и принимать электроны в восстановительной среде с низки окислительно-восстановительным потенциалом, могло обеспечить пот I ребности первичных организмов. Это свойство было унаследовано все

ми одноклеточными и передано многоклеточным, несмотря на изменен» условий в биосфере.

Уровни содержания цинка в организмах близки к уровням содержания железа, а в устрице количество этого элемента значительно выше. Первичные организмы окисляли органические вещества, которым: питались, в процессах брожения, катализируемых дегидрогеназами содержащими до 0.2 X цинка. Таким образом, цинк так же, как железо, был первейшим элементом обмена первичных организмов. В ход« эволюции биосферы многообразие реакций, в которых участвовал цинк, постоянно возрастало. Сегодня он является участником всех классга ферментов и обнаружен в более чем двухстах из них.

Уровень концентрации марганца в беспозвоночных, как и во всех животных, низок. Это обусловлено тем, что беспозвоночные, избегаю! накопления этого истинного биоактивного элемента из-за его высокого окислительно-восстановительного потенциала.

Ртуть присутствует в среде в нанограммовых количествах, пс своим физико-химическим свойствам она не сопоставима с железом, цинком и не относится к биоэлементам. По-видимому, в процессе эволюции организмы выработали механизмы защиты от этого токсичногс металла. Этим объясняются низкие концентрации ртути в тканях и органах беспоэвоночных в обычных условиях средн. Таким образом, химический состав организмов не только оьяннн с составом среды и> обитании, но и отражает эволюционно сложившийся обмен веществ.

вытдн

¡.Сделана оценки среды обитании бмсповьоночннх зап. петра ре.нп к|>!м: ( >преде-л1-*ны урОННИ № -и Це цт| мций ж-'.иеза, цинка, меди, ммрг.'ж

ца, кадмия и ртути , растворенных в морской воде и содержащихся в донных отложениях акваторий марикультурных хозяйств.

Установлено, что и вода и грунты обследованных районов мало загрязнены такими металлами как цинк, медь и кадмий и почти не загрязнены ртутью, концентрации железа и марганца повышены.

2. Показано, что использование зостеры для оценки грунтов позволяет выделить из суммарного количества металлов в донных отложениях долю геохимически подвижных и усвояемых биотой форм элементов.

Установлено, например, что при разнице уровней общего содержания железа - наименее подвижного элемента - в грунтах бухт Наездник и Славянка в 1.5 раза, доступное для зостеры его количество в донных отложениях обеих бухт оказалось одинаковым, С помощью зостеры подтверждено, что кадмий в донных отложениях б. Миноносок Славянского залива находится в легко усвояемой организмами форме.

3. Определены диапазоны концентраций металлов в органах и тканях промысловых беспозвоночных.

В мидии Грея они составляют: для Бе - 14-240; 7.п - 13-70; Мп - 0.8-5.3; Си - 0.4-4.4; С<1 - 0.5-8.2; Нё - 0.01-0.23 мкг/г сыр. массы.

В тихоокеанской мидии: для Ре - 124-898; 7л\ - 25-77; Мп -5-16; Си - 1. 3-Г). 4; СМ - 0.3-1.4; Не - 0.01-0.02 мкг/г.

В гигантской устрице: для Р* ~ 1Г.-В7; 7.п - 390-700; Си -12-53; Мп - 4-0; Г\1 - 1.1-2.3; Не - 0.04-0.05 мкг/г.

В приморском гребешке: для Ре - 9--Я40; Ъ\ 17-61; Пи -0.2-8.4; Мп П. 4-?..,",; 0,1 - 0.5-74.4; Нц' - 0.П1-0. 08 мкг/г.

При мтом м.-нмице значении относятся к мускулам, большие - к

НИЩеКЧрИ'Ре.'Н.НММ *е.(!е:-(; |М Мо.Л./Ш »> КО И.

Г. ГчПОДЧУ Морских смей !1[»М(е,/|Ы1Ые релИЧИШ.1 ООСТПНЛИЮГ: ДЛЯ Гё

- 27-311; 7.П - 16-33; Мп - 0.6-1.4; Си - 0.6-1.2; Сс1 - 0.1-0.5; Нц

- 0. 01-0. 04.

В дальневосточном трепанге: для Ре - 5.19; 1г\ - 3-16; Си -0.2-0.6; Мп - 0. 2-Й. 4; Сг! - 0.1-0.2; Но- - 0.005-0.007 мкг/г сыр. массы.

4. Санитарно-гигиеническая оценка промысловых беспозвоночных из всех обследованных районов зал. Петра Великого показала, что концентрации токсичных металлов в мягких тканях тихоокеанской мидии, гонадах ежей и тканях трепанга не превышают ПДК, установленных для моллюсков и ракообразных. Превышают нормируемые величины уровни концентраций кадмия в пищеварительной железе мидии Грея и гребешка из любых районов, а также в мускулах и мантии гребешков из отдельных районов (бухты Наездник, Миноносок Славянского залива, Алексеева и Западная Амурского залива). Не соответствуют санитарно-гигиеническим нормативам для моллюсков концентрации цинка в устрице, однако ПДК цинка непосредственно для устриц в нашей стране не разработана.

5. Анализ рядов убывания концентраций металлов в воде, грунтах и тканях организмов показал несоответствие порядка следования элементов в некоторых видах организмов по сравнению со средой.

Следование за средой, а именно, сохранение порядка убывания концентраций элементов, наблюдается в тканях тихоокеанской мидии, гонадах морских ежей и мышечной ткани трепанга. Последовательность элементов нарушается в устрице (цинк стоит на первом мест-, в то время как в среде - на втором}, в гребешке и мидии Гре* (кадмий находится ни третьем месте. а в среде на пятом}, в чем проявляется вид1'специфичность микроз.яемецтного 'чи-тава организм' >в.

О. Г> ||орМИриЬН»!ИИ минерального состава Ьеех Hee.il«-д, Гц, >ниы> ни дг,}, бес [II .г.Г'Н! .ЧНЫ- отразилась чИМИЧеОКаЯ ЗЬ» (ЛИНИЯ 1||1, ,31^-] >|4 : »-M.il и.

Железо, бывшее доступным в условиях восстановительной биосферы и концентрируемое первичными организмами как специфический катализатор важнейших обменных процессов, продолжает накапливаться многоклеточными организмами и в условиях современной окисленной биосферы. В то же время марганец, второй после железа элемент литосферы, несмотря на его биофильность, из-за высокого окислительно-восстановительного потенциала животными не концентрируется.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Черкаашн С. А. , Щеглов В. R , Вейдеман Е. JI , Ковековдова JLT. , Терновенко В. А. Мониторинг загрязнения прибрежных вод одного из заливов Японского моря // Тез. докл. III Съезда сов. океанологов. Ленинград, 1987. С. 221-223.

2. Ковековдова Л. Т. Исследование уровня накопления ртути в тканях гидробионтов // Тез. докл. III Всес. конф. по морской биологии. Севастополь, 1988. С. 167.

3. Ковековдова Л. Т,, Симоконь М. R Исследование уровней накопления металлов мидией Грея и приморским гребешком // Тез. докл. Всес. конф. по сырьевым ресурсам и биол. основ, рацион, использ. прошел, беспозвоночных. Владивосток, 1988. С. 58-59.

4. Лучшева JL Е , Ковековдова JL Т. Содержание ртути в мидии Грея и грунтах Амурского залива Японского моря // Биология моря, 1988, N 4. С. 47-49.

5. Ковековдова Л. Т., Лучшева Л. Е Содержание ртути в тканях мидий Грея из залива Петра Великого // Деп. ВНИЭРХ 12.09. 88-N 972- рх88-11 с.

6. Shcheglov V. V., Cherkashin S.A., Veideman E. L. , Kovekovdova L. T. Field investigations of the state and consequences оГ sea inshore pollution // The 2nd Symp. on Marine Sciences. Nakhodka, 1988. P. 77-78.

7. Ковековдова Л Т. , Симоконь М. В. , Цыганкова Н. А. Исследование накопления железа, марганца, меди, цинка и кадмия беспозвоночными из зал. Петра Великого // Тез. докл. Всее. конф. по науч. -техн. проблемам марикульгуры. Владивосток, 1989. С.. 96-9?.

8. Щеглов В. В., Иойсейченко Г. В. , Ковековдова Л. Т. Влияние меди и цинка на эмбрионов, личинок и взрослых особей морского ежа 5Ьгоп£у1осеп1гоЬиз ШЬегтес^ив и трепанга ЗисИориз зарогисиэ // Биология моря. 1990. N 3. С. 55-58.

9. Щеглов В. В., Черкашин С. А. , Вейдеман Е. Л. , Ковековдова Л Т. Экологический мониторинг загрязнения прибрежных морских вод: опыт, проблемы, особенности // Тез. Всес. конф. по экологич. пробл. охраны живой природы. Москва, 1990. С. 187-188.

10. Вейдемал В. Л. , Ковековдова Л Т. Тяжелые металлы в морских травах семейства зостеровых из зал. Петра Великого // Океанология. .1991. Т. 3, вып. 5. С. 749-753.

11. Вейдемал В..К , Ковековдова Л. Т. , Щеглов В.В. Тенденции распределения тяжелых металлов в воде, грунте и гидробионтах в зоне смешения морских и пресных вод // Тез. докл. 11 Всес. конф. по рыбохозяйств. токсикологии. Санкт-Петербург, 1991. С. 80-81.