WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

Воробьев Дмитрий Владимирович

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА МЕТАЛЛОВ У РЫБ В СОВРЕМЕННЫХ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ДЕЛЬТЫ р. ВОЛГИ

03.00.13 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Астрахань, 2008

Работа выполнена на кафедре физиологии и морфологии человека и животных Астраханского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Давид Львович Теплый

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор Александр Николаевич Неваленный

доктор медицинских наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Вячеслав Федорович Киричук

Ведущая организация: Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского

Защита состоится «___» «____________» 2008г. в ___ часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна 1. Естественный институт АГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГУ по адресу: 414000, Астрахань, пл.Шаумяна, 1.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Ю.В. Нестеров

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Возрастающее влияние антропогенных факторов на континентальные водоемы привело к повышению уровня металлов в водных экосистемах, в т. ч. в воде Волго-Каспийского бассейна, где в последние годы, например, содержание цинка увеличилось и достигло 2-3 ПДК (Сокольский, 1995; Костров, 1999; Щербакова, 2004; Шипулин, 2006; Воробьев и др., 2007 и др.)

С одной стороны цинк, медь, марганец, кобальт, железо и другие элементы относятся к жизненно важным факторам, необходимым в определенных количествах для нормального функционирования порядка 90 ферментов, части гормонов, витаминов, биосинтеза РНК и ДНК, влияющим на все виды обмена веществ в организме (Войнар, 1960; Ковальский, 1974; Школьник, 1974; Воробьев, 1979, 1982, 1993; Абдурахманов и др.,2003; Скальный, 2004; Кузьмина, 2005; Неваленный, 1998 и др.), а с другой - находясь в больших количествах в воде и корме, они могут оказывать отрицательное (токсическое) влияние на рыб (Лукъяненко, 1967, 1980; Сокольский, 1995; Абдурахманов и др., 2003; Абдурахманов, Зайцев, 2004; Bury et al., 2003; Calta, Cappolat, 2006; Buzy, Grosell, 2003; Fahzenfort et al., 2006; Wirum et al., 2006; Крючков, 2004, 2007 и др.).

В связи с повышенным уровнем металлов в воде возникает необходимость исследования физиологического состояния рыб в естественных водоемах Нижней Волги и, в первую очередь, определить динамику металлов в органах и тканях производителей различных видов, исследовать их гематологические параметры, аминокислотную картину, выяснить пути поступления и выведения микроэлементов из организма, а также изучить влияние различного уровня кальция, цинка и температуры воды на физиологическое состояние рыб Волго-Каспийского региона, где в последнее десятилетие произошло катастрофическое снижение численности осетровых и других ценных видов рыб в естественных водоемах, в то время как естественный нерест белуги, осетра и севрюги на р.Волге почти прекратился (Иванов, 2000, 2001, 2002; Иванов и др., 1995, 1999; Власенко и др., 2003; Распопов, 2001).

Таким образом, актуальность исследований предопределена необходимостью изучения влияния различных дозировок металлов, условий среды на рыб, получения данных о физиолого-биохимических параметрах различных видов половозрелых особей в современных биогеохимических условиях, а также разработкой новых методов и подходов, физиологических тестов с целью функциональной оценки производителей при искусственном воспроизводстве различных видов рыб (осетровые, карповые и другие) для восполнения рыбных запасов Волго-Каспийского бассейна.

Цель исследования:

Изучить функциональные особенности динамики металлов в органах и тканях осетровых, карповых и окуневых рыб, а также исследовать влияние ионных и температурных факторов среды на метаболические процессы в организме белого амура, выращиваемого в поликультуре в рыбоводных хозяйствах западно-подстепных ильменей дельты р. Волги, где ежегодно наблюдается широкий диапазон концентраций цинка, кальция в воде и ее значительные температурные колебания.

Для достижения этой цели были поставлены задачи:

1) Изучить динамику распределения различных физиологически важных элементов – железа, марганца, цинка и меди (в отдельных случаях – алюминия, кобальта и др.) в органах и тканях производителей белуги, осетра, севрюги, стерляди, сазана, леща, жереха, красноперки, белого амура, пестрого толстолобика, судака и их физиолого-биохимические параметры на фоне биогеохимической обстановки, сложившейся в последние десятилетия XX – и начале XXI веков, - повышенного уровня отдельных металлов в воде дельты р.Волги.

2) Исследовать толерантность белого амура к различным концентрациям цинка в воде, а также в эксперименте при его введении per os рыбам, определить пути поступления и выведения цинка из организма растительноядных рыб. Выяснить роль пищеварительной системы и жабр в выделении металла и обмена цинка в организме.

3) Изучить влияние температуры воды и различного уровня кальция в ней на тканевый и органный обмен цинка в организме белого амура.

Научная новизна:

На единой методологической (физиолого-биогеохимической) основе комплексно рассмотрены физиологические особенности содержания микроэлементов в органах и тканях различных семейств рыб: осетровые, карповые и окуневые, их физиологические показатели; выяснены пути поступления и выведения цинка у растительноядных рыб.

Впервые изучено влияние различных уровней цинка и его антагониста - кальция, а также температурного фактора на обменные процессы белого амура. Установлено, что повышение температуры воды при широком диапазоне концентрации в ней цинка влечет за собой не только утилизацию, но и выведение цинка из организма белого амура.

Показано, что рыбы могут регулировать обмен цинка в организме за счет изменения интенсивности всасывания металла кишечной стенкой и абсорбции жабрами, депонирования элемента кожей и костной тканью, и путем выведения его выделительными органами, в основном пищеварительной системой, жабрами, и, отчасти, почками.

Впервые, на примере белого амура обнаружена обратная связь между абсорбцией цинка из воды и концентрацией в ней кальция на фоне тканевого перераспределения металла в организме.

Впервые разработан физиологический тест- содержание цинка в форменных элементах крови- для определения обеспеченности им организма различных рыб.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Обмен железа, марганца, цинка и меди в органах и тканях у осетровых, карповых и окуневых рыб предопределяется биогеохимической обстановкой экосистем и существенно зависит от вида, пола и физиологического состояния гидробионтов.
  2. Увеличение уровня кальция в воде (до известных пределов) снижает утилизацию цинка органами и тканями растительноядных рыб.
  3. Температура воды, концентрация в ней цинка и пероральное введение его белому амуру обуславливают и утилизацию, и выведение металла из организма рыб, в основном, с помощью пищеварительной системы и жабр, и, отчасти, почками.
  4. Повышение уровня цинка в воде и пероральное его введение белому амуру вызывает увеличение количества металла в форменных элементах крови, что позволяет использовать этот показатель метаболизма в качестве физиологического теста оценки функционального состояния растительноядных рыб в условиях аквакультуры.

Теоретическая значимость определяется установлением общих тенденций, видовых особенностей и полового диморфизма динамики физиологически важных металлов в органах и тканях производителей различных рыб и их физиолого-биохимических показателей, выяснением уровня тканевого и органного метаболизма и изучением путей поступления и выведения цинка у растительноядных рыб под влиянием различных концентраций цинка, кальция и колебаний температуры воды.

Практическое значение состоит в рекомендации определения содержания конкретного химического элемента в форменных элементах крови, как объективного и методически легко доступного физиологического теста обеспеченности организма рыб металлом, при их выращивании в различных биогеохимических условиях; применения исследованных нами физиологических параметров различных видов рыб, взятых из естественных водоемов, в качестве ориентира «нормального» функционального состояния производителей, при их выращивании и содержании в биогеохимических условиях рыбоводных предприятий и многократном (осетровые, карповые) использовании для получения молоди и товарной продукции. Материалы диссертации используются в лекционных курсах по физиологии и этологии животных, токсикологии, экологии и охране окружающей среды в Астраханском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодые ученые: новые идеи и открытия» (г.Курган, 14-16 июня 2006г.); III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде», Семипалатинск, 2006г.; Международной научно-практической конференции. «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования», Астрахань, 2007г.; I Международной интерактивной конференции «Современные аспекты экологии, физиологии и физиолого-экологического образования», 16-19 мая, Москва-Астрахань, 2007 г.; II Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий», Астрахань, 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, 6 из которых – в изданиях перечня ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах, включает 11 таблиц и 63 рисунка. Состоит из введения, литературного обзора, 6-ти глав, заключения, выводов, списка используемой литературы, включающего 216 источников, в т. ч. 150 зарубежных.

Материал и методы исследования.

Исследования проведены в 2003-2008 гг. на различных видах рыб, находящихся в биогеохимических условиях субрегиона дельты р.Волги. Анализу были подвергнуты 4 экземпляра белуги – Huso huso L., 5 - осетра – Acipenser queldenstaedtii Brant, 5 – севрюги – Acipenser stellatus pallas, 12 – стерляди – Acipenser ruthanus L., 192 - белого амура – Ctenopharyngodon idella Val., 36 - пестрого толстолобика – Aristichtus nobilis Rich, 41- леща – Abramis brama L., 42 – сазана – Cyprinus carpio L., 32 – жереха– Aspius aspius L., 145 - красноперки – Scardinius eritrophal L., 39 - судака – Lucioperca Cucioperca L.

Рыбу и других гидробионтов, а также грунты и воду отбирали на тонях «9-я Огневка» и «Чкаловская» Главного банка (ВКК) р.Волги, а также (растительноядных) в пресных западно-подстепных ильменях (Кара-булак, Власов, Б. Лата) Лиманского района Астраханской области. Модельные опыты на двухлетках белого амура проводили в аквариумах емкостью 80л. с водой, взятой из лиманских ильменей. Критерием оценки физиологического состояния рыб служили гематологические параметры, определяемые по общепринятым методикам, и аминокислотный спектр рыб, который оценивался с помощью автоматического анализатора 1200Е (Чехословакия). Металлы в грунтах (180 проб), воде (212 проб), в планктоне (81 проба), бентосе (69 проб), макрофитах (257 проб), органах и тканях рыб (2898 проб) определялись атомно-абсорбционным методом (Прайс, 1976; Брицке, 1982) на спектрофотометрах AAS-1 и «HITACHI» -180-50. Анализ результатов исследований проведен с использованием программного пакета по стандартной программе обработки статистического материала «D\STAT», Microsoft Excel 97 Pro, Statqraf, Statistica. Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента (при уровне значимости 0.01-0.05).

Результаты исследований и их обсуждение

Функциональные особенности динамики Fe, Zn, Cu, Mn в органах и тканях различных видов рыб в биогеохимических условиях дельты р.Волги.

Микроэлементы в водных экосистемах являются одним из регуляторов метаболизма рыб, и только комплексное физиолого-биогеохимическое исследование, включающее в себя изучение содержания микроэлементов в грунтах, воде, планктоне, бентосе, макрофитах и органах и тканях рыб, позволяет сделать выводы об обеспеченности водных экосистем микроэлементами, физиологическом состоянии рыб и их метаболизме в конкретных биогеохимических условиях (Ковальский, 1974; Воробьев, 1982, 1993, 2007).

В настоящее время металлы в грунтах водоемов дельты р.Волги выстраиваются в следующий убывающий ряд: Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, V, Cd, Hg, а в воде-Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, V, Со, Cd. В грунтах водоемов р.Волги установлены сезонные колебания элементов, а наибольшее количество металлов обнаружено в слоях 0-5см и 15-20см. Нами выявлена тенденция увеличения микроэлементов от весны к осени, что объясняется не только обогащением илов отмирающими организмами, но и повышением активности грунтовых вод к осеннему периоду. Количество цинка в волжской воде значительно выросло относительно 60х -70х гг. ХХ века (Зайцев,1979, Андреев, 1980, Воробьев, 1982) и колеблется от 3 до 140мкг/л, в среднем – 32,1±2,6мкг/л, а в водоемах западно-подстепных ильменей дельты р.Волги – соответственно: 8,2-151мкг/л и 30,9±2,8мкг/л, что в несколько раз превышает ПДК. Количество меди – от 2,0 до 40мкг/л, а в среднем – 9,3±0,4мкг/л, причем, весной оно было выше, чем летом. Марганца обнаружено, в среднем, 9,8±0,7мгк/л, что в 1,5-2 раза выше средних величин для рек России (Патин, Морозов, 1981; Воробьев, 1993). В зоопланктоне металлы располагаются так: Fe>Mn>Zn>Co>Cu. Как правило, организмы планктона и бентосной фауны содержат исследуемые элементы, в зависимости от их количества в грунтах и воде (r=+0,87), обладая при этом видовой дифференциацией и хорошей способностью утилизации элементов из окружающей среды. Количество металлов у макрофитов зависит от биогеохимической обстановки водоемов, их физиологического состояния и вида растений - пищи белого амура.

Осетровые.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»