Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние кадмия на рыб при различных путях его поступления в организм

ВАК РФ 03.00.10, Ихтиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Рылина, Ольга Николаевна, Санкт-Петербург



Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской федерации

Государственный научно-исследовательский институт озерного

Влияние кадмия на рыб при различных путях, сроках и количествах его поступления в организм.

03.00.10- Ихтиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

и речного рыбного хозяйства (ГосНИОРХ)

На правах рукописи

Рылина Ольга Николаевна

Научный руководитель; зав. лаб. э котокси ко л оги и

к.б.н. Перевозников М.А.

Санкт-Петербург-1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................4

ГЛАВА I. Обзор литературы

1.1 .Качество воды в современных условиях.....................................6

1.2.Нормирование загрязняющих веществ........................................7

1.3.Биотестирование как метод выявления антропогенного загрязнения воды..................................................................................9

1.4.Рыба как тест-объект....................................................................11

1.5.Методы и экспресс-методы диагностики изменений, возникших при хронических и острых токсикозах..............................................13

1.6.Токсичность кадмия для: гидробионтов......................................19

ГЛАВА II. Материал и методы.............................................................24

ГЛАВА III.Исследование влияния антропогенного загрязнения водоема

на рыб.

3.1.Анализ воды и грунта Шекснинскош водохранилища.........35

3.2.Накопление тяжелых металлов в органах и тканях рыб...............37

3.3 Латоморфологическое исследование рыб......................................42

ГЛАВА IV .Влияние кадмия на рыб при различных путях, сроках и

количествах его поступления в организм:.

4.1. Влияние кадмия на рыб в подостром эксперименте при экспозиции их в воде, содержащей 1,25 и 2,25 MrCd/л....................................................46

4.2. Воздействие кадмия на рыб в остром эксперименте при экспозиции их в воде, содержащей 6,25 мг/л токсиканта..............................................68

4.3. Влияние кадмия в сочетании с другими тяжелыми металлами на рыб, содержавшихся в воде сбросного канала ГРЭС с добавлением ионов этого металла...................................................................................................77

4.4. Влияние кадмия на карпа в хроническом эксперименте при экспозиции их в воде, содержащей 0,05 и ОД MrCd/л.....................................88

ГЛАВА У.Влияние кадмия на рыб, получавших металл с кормом.

5.1. Влияние кадмия на рыб, получавших металл с гранулированным

кормом (3,33 мкгСсЬт)............................................................................114

5.2. Влияние кадмия на рыб, получавших металл с живым кормом

(личинки хирономид), содержащим 2, 123 мкг/г кадмия............................119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................126

ВЫВОДЫ.............................................................................................132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................... 134

ПРИЛОЖЕНИЕ....................................................................................156

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенное воздействие приводит к поступлению в водоем огромного количества токсических веществ. Одной из распространенных групп высокотоксичных и долгосохраняющихся веществ в водоемах являются тяжелые металлы. В связи с этим, актуальность проблемы загрязнения металлами природных вод не вызывает сомнений. Для тяжелых металлов в принципе не существует механизмов самоочищения - они лишь перераспределяются из одного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов, и повсюду оставляя видимые и невидимые нежелательные последствия этого взаимодействия (Мур, Рамамурти 1987; Никаноров, Жулидов, 1991; Сайфулин, Валеев, 1991).

Тяжелые металлы представляют серьезную опасность, так как в сравнительно малых дозах оказывают токсическое воздействие на водные организмы, накапливаясь в воде, донных отложениях и биоте приводят к снижению продуктивности водных экосистем и к потенциальной опасности для человека.

Среди тяжелых металлов кадмий принадлежит к числу приоритетных загрязняющих веществ природных вод суши. Обладая выраженным канцерогенным свойством, кадмий имеет высокий уровень кумуляции в связи с чем возникает реальная угроза неблагоприятного воздействия на биоценозы даже при низких уровнях загрязнения (Лукьяненко, 1979; Сухачев и др., 1989; Курашвили и др., 1989).

В настоящее время существует необходимость в объективной информации о состоянии окружающей среды и экологических последствиях деятельности человека, что стимулирует активное развитие отраслевых мониторинговых исследований, в том числе ихтаотоксикологического мониторинга водных экосистем, понимаемого как всесторонний контроль состояния гидробионтов. Исследование содержания различных поллютантов, в том числе и кадмия, в тканях рыб и ответные реакции организма могут

оказаться достаточно чувствительными параметрами для оценки влияния загрязняющих веществ, нежели другие характеристики экосистем.

Полученные в работе данные могут быть использованы в дальнейшем в экологической регламентации, при диагностике кадмиевой интоксикации в рыбохозяйственной практике, а также при биотестировании сточных вод.

Целью работы является исследование степени воздействия солей кадмия на ткани рыб и выявление закономерных реакций организма на токсикант.

Задачи исследований:

1.Изучить закономерности уровня распределения кадмия в органах и тканях рыб в зависимости от форм поступления, продолжительности во времени, уровня концентрации;

2.Оценить состояние рыб по основным физиологическим показателям во время хронических и острых экспериментов при интоксикации кадмием;

3.Дать характеристику изменения состояния отдельных органов и систем при различных уровнях содержания кадмия в воде аквариумов, различной длительности экспериментов;

4.Выявить изменения клеток периферической крови при острых и хронических отравлениях кадмием;

5.Провести сравнение экспериментальных данных, полученных при острых и хронических интоксикаций рыб кадмием, с естественными условиями жизни рыб.

6.Определить и рекомендовать к внедрению наиболее чувствительные и доступные ихтиогоксикологические критерии мониторинга для данного типа загрязнений.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Качество воды в современных условиях.

Среди многих экологических проблем современности центральное место по праву занимает проблема качества воды. Эта сложная, многоплановая проблема возникла в результате повсеместно нарастающего загрязнения рек, озер, водохранилищ, внутренних морей, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами (Ласкорин, Лукьяненко, 1990Д991; Строганов, 1969).

Развитие индустрии привело к тому, что в гидросфере и особенно в пресноводных поверхностных водоемах стали обнаруживать вещества, воздействие которых гидробионты или никогда ранее за всю миллионную историю не испытывали, или испытывали, но в очень малых концентрациях. Нефть и нефтепродукты, многочисленные соли тяжелых и легких металлов, огромное количество органических соединений с включением металлов и металлоидов, пестициды и др. - все это резко изменяет среду обитания водных организмов (Строганов, 1969).

Первые признаки ухудшения среды обитания рыб и других гидробионтов под влиянием загрязнения промышленными сточными водами были отмечены еще в середине прошлого столетия. В настоящее время антропогенное давление на водные экосистемы достигло достаточно высокого уровня. Ежегодно в реки и водоемы сбрасываются несколько десятков миллиардов тонн промышленных и бытовых сточных вод, содержащих большое количество загрязняющих веществ (нефтепродукты, пестициды, гербициды, тяжелые металлы и др.) (Семенов и др., 1988). Эти вещества в той или иной степени токсичны для гидробионтов, сельскохозяйственных животных и человека (Лукьяненко, 1979; Львович, 1977; Сенявин, 1977).

Несмотря на значительное сокращение объемов промышленного производства в России за последние годы не произошло заметного

улучшения качества природных водных объектов. В районах сброса сточных вод продолжается интенсивное загрязнение и накопление промышленных поллютантов, потенциально опасных веществ (Жмур, 1997; Андреев, Федорова, 1990; Чуйков, Кизина, Фильчаков, 1989; Чуйков, Жданов и др., 1989).

Следовательно в современных условиях единственный конструктивный пугь предотвращения дальнейшего загрязнения водоемов, а затем и снижение имеющегося чрезвычайно высокого уровня - резкое ограничение на основе биологической регламентации поступления в водоемы различных групп токсических веществ. Вполне понятно, что решение этой грандиозной по масштабам и значению актуальнейшей проблемы современности возможно только на основе значительной активизации и координации токсикологических исследований на гидробионтах, как в различных странах, так и в лабораториях различных ведомств одной страны (Методы ...,1985).

1.2 Нормирование загрязняющих веществ.

ПДК многих веществ (соли тяжелых металлов, инсектициды, гербициды, фенолы и др.), удовлетворяющие гигиенистов, не обеспечивают чистоту водоемов с общебиологических и рыбохозяйственных позиций. В связи с этим возникла необходимость биологического нормирования вредных веществ путем экспериментального определения в опытах на рыбах и других гидробионтах ПДК этих веществ с целью сохранения в них нормального хода биологических процессов и высокой биологической продуктивности. Решение этой задачи невозможно без обстоятельного изучения характера и путей влияния вредных веществ на жизнедеятельность различных гидробионтов (Быкова, 1981).

Все это требует проведения комплексных исследований, направленных, как на разработку и совершенствование нормативных показателей, характеризующих качество воды, так и на оценку состояния водных животных в условиях все усиливающихся антропогенных нагрузок. В основе таких исследований должен лежать ихтиотоксикологический биомониторинг, предусматривающий, наряду с традиционными гидробиологическими методами оценки качества поверхностных вод, включение интегральных биологических показателей, адекватно отражающих отрицательное действие загрязняющих веществ, на организм гидробионтов, в том числе рыб (Евтушенко, 1991).

Оценка качества воды в водоеме в принципе возможна с помощью химического, бактериологического и биологического методов. Система биологического (гидробиологического) контроля имеет ряд преимуществ перед другими (химическими, бактериологическими), поскольку дается непосредственная оценка биогидроценозов. При антропогенном воздействии на гидробионтов, в том числе на рыб, происходят разнообразные изменения в видовом составе биоценозов. При этом, изменения обнаруживаются при слабом загрязнении воды, выявить которые с помощью химического или бактериологического метода не всегда удается (Котова, 1988).

В настоящее время весьма актуальны вопросы, связанные с разработкой систем для мониторинга экологического состояния различных акваторий. Существует два основных подхода к этой проблеме : оценка состояния среды по реакциям живых сообществ и изучение действия отдельных ксенобиотиков на живые организмы (Калинин, 1990).

Задачей рыбохозяйственной науки является не только разработка ПДК, но и проведение более широких исследований по проблеме охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнения. Это достигается в результате использования комплексного метода исследований при сочетании описательных методов с экспериментальными, полевых и лабораторных

исследований (Быкова, 1981; Гераскин, Лагунова, 1993). Одной из задач является создание количественных характеристик изменений органов и систем гидробионтов, подвергшихся влиянию токсиканта.

В связи с этим, все большее значение приобретают методы прямой оценки токсичности водной среды, то есть биотестирование качества воды с помощью чувствительных гидробионтов. Задачи биотестированния, в первую очередь, сводятся к контролю токсичности производственных сточных вод. Однако, наряду с этим не меньшее значение имеет применение биотестов для выявления степени токсичности загрязненных природных вод, что, фактически, уже является биоиндикацией их качества (Брагинский, 1978; Израель и др., 1984). Именно это обуславливает возможность использования биотестирования в системе биомониторинга качества природных вод, как это делается в нашей стране и за рубежом. Биотестирование открывает возможности для индикации качества воды на количественной основе, так как оно дает возможность получать конкретные цифры, характеризующие степень токсичности водной среды для гидробионтов (Бейм и др., 1984).

1.3.Биотестирование как метод выявления антропогенного

загрязнения воды.

Основоположник теории и практики биотестирования в США П.Дудоров (1979) неоднократно указывал на практическую невозможность определения полного состава многокомпонентных токсикантов сточных вод и бесполезность установления концентрации химических агентов загрязнения без знания отклика живых компонентов системы (Брагинский, 1993).

На изменение внешней среды организм реагирует множеством реакций, каждая из которых может быть использована как основа методики для изучения изменения в организме (Строганов, 1969).

Изучение механизмов действия: токсических веществ на гидробионтов имеет большое значение для практической реализации

ихтиотоксикологических исследований, для ранней и дифференциальной диагностики отравлений, прогнозирования санитарно-гигиенической ситуации, а также для разработки научных основ токсикометрии, т.е. системы принципов и методов определения токсичности (Сабуров, Пушкова, 1988; Рыжков, 1991).

Оценка токсичности воды предполагает анализ различных реакций организмов как в краткосрочных, так и в хронических опытах с использованием самых разнообразных тест-объектов (Власенко и др., 1988).

Использование рыб в качестве индикатора отдаленных последствий антропогенных экологических нарушений, должно внести существенный вклад в решение проблемы качества водной среды и биосферы в целом (Худолей, 1991).

Так как рыбы являются завершающим звеном трофических путей в водоеме, то они аккумулируют в своем организме информацию о наличии токсических веществ и, поэтому, именно рыбы являются четкими биоиндикаторными организмами для оценки уровня загрязнения водоемов и качества природных вод (Кизильштейн и др., 1987; Ласкомб, 1988; Лукьяненко 1983, 1989; Keck, Raff en of, 1978).

Изучение механизмов и закономерностей, определяющих аккумуляцию токсикантов рыбами, представляет интерес, как с точки зрения воздействия накапливаемых веществ на рыб, так и в отношении влияния на человека, потребляемого этих рыб (Сгрубицкая, Струбицкий, 1989).

Ответная реакция рыб на качественные изменения среды обитания отчетливо прослеживается на разных уровнях организации - клеточном, организменном, популяционном, зооценотическом (Федий, 1984; Брагинский, 1971).

Рыба, являясь накопителем негативной информации, идеальный объект для оценки различных групп веществ и их смесей, и поэтому должна обязательно использоваться в практике биотестирования при оценке качества природных и, особенно, сточных вод, поступающих в рыбохозяйственные водоемы (Лукьяненко, 1983, 1987; Перевозников, 1995).

1.4 . Рыба как тест-объект.

Для целей биотестирования используются многие виды рыб, как из природных водоемов, так и разводимые в искусственных условиях - в прудах и аквариумах. Избранные тест-объекты должны отвечать ряду условий: быть широко представлены в ихтиофауне водоема куда поступают сточные воды, быть в достаточном количестве в течение круглого года, обладать средней устойчивостью к недостатку кислорода, токсичным влияниям, перепадам температуры и величины рН, иметь небольшие размеры и не слишком быстрый темп роста; не предъявлять высоких требований к величине объема занимаемого пространства (Лукьяненко, Карпович 1989; Райхенбах-Клинке, 1985).

Общеизвестно, что работать можно только с массовыми видами, которые легко развиваются в культуре или разводятся в прудовых хозяйствах и рыбхозах (карп, форель и некоторые другие рыбы) (Веселов, 1978; Унифицированные методы.., 1975).

Наряду с этим, приходится учитывать пригодность тех или иных видов организмов к аквариумным и садковым условиям. Далеко не все виды хорошо переносят искусственные условия (Веселов, 1984).

Вполне понятно, что найти один или даже несколько видов рыб, удовлетворяющих всем этим требованиям чрезвычайно трудно. Однако, в каждом отдельном случае необходимо выбирать такой вид рыб, который бы удовлетворял по возможности большему количеству отмеченных выше условий (Лукьяненко, 1967; Лукьяненко, Карпович, 1989).

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что в качестве тест-объектов чаще других используют радужную форель - Salmo gairdneri (США, Англия, Франция, Италия, Швецария, Канада, Россия) и карпа - Cyprians carpió (США, Канада, Япония, ФРГ, Россия). Кроме того, в качестве тест-объектов используются другие виды рыб, в частности, плотва - Rüíil