Анализ показателей обмена веществ карповых рыб, как одного из способов оценки загрязнений водных экосистем

Проблема загрязнения водных экосистем на сегодняшний день является актуальной. Так во многих районах Дальнего Востока широко наблюдается антропогенное воздействие на водоемы. Значительное загрязнение вод вызывают промышленность, сельское хозяйство, морской и автомобильный транспорт, кроме того необходимо отметить негативную роль трансграничного переноса загрязняющих веществ с территории КНР [2, 14].

В последние годы наибольшее внимание уделяется изучению состояния водоемов Российской Федерации. В настоящее время в рамках государственной программы «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 гг. (распоряжение Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2012 г. № 2552-р), направленной на снижение общей антропогенной нагрузки на сохранение и восстановление биологического разнообразия России, разрабатывается технология экотоксикологической оценки водных объектов с помощью комплекса биологических маркеров молекулярного, клеточного, тканевого, органного и организменного уровней организации живых систем.

Таким образом, цель данной работы - осуществить анализ показателей обмена веществ рыб, как дополнительного критерия при использовании комплексной экотоксикологической оценки водных экосистем с помощью биологических маркеров.

Материалы и методика исследований

Оценку способа проводили на примере леща Рыбинского водохранилища, так как изучение загрязнения воды и грунтов плесов Рыбинского водохранилища ведется в течение ряда десятилетий. Так, на протяжении 1990-1993 гг. Козловская и Герман исследовали распространение органических загрязнителей в экосистеме Рыбинского водохранилища [10]. Чуйко с коллегами с девяностых годов по сегодняшний день занимается изучением влияния загрязняющих веществ на гидробионтов водоема [11, 22]. Содержание тяжелых металлов в водохранилище изучали Бисеров [1], Флеров [19], Гапеева [3]. Степень накопления и влияния загрязняющих веществ на гидробионтов в Рыбинском водохранилище определяли Герман [6], Кузьмина [12], Голованова [7], Заботкина [9].

Отбор проб проводился на лещах, выловленных тралом во время экспедиции по Рыбинскому водохранилищу на судне «Академик Топчиев» в 2013 году. Рыбу отбирали на стандартных станциях Рыбинского водохранилища, расположенных в разных плесах, различающихся по степени загрязнения (рис. 1).

Рисунок 1 - Станции траления в Рыбинском водохранилище

Для проведения исследований было отобрано 80 половозрелых, примерно одноразмерных особей леща по 10 с каждой станции (табл. 1).

Таблица 1 – Биологические показатели лещей

Станция траления	Количество особей, шт.	Длина, см	Масса рыбы, г	Масса порки, г
Первомайка	10	35,64±0,71	793,10±55,50	703,10±48,06
Ягорба	10	35,74±0,60	740,70±61,65	701,70±42,04
Городок	10	36,12±0,56	828,30±48,87	719,60±40,81
Волково	10	36,67±0,47	913,20±32,91	810,50±29,39
Коприно	10	35,89±0,65	790,70±48,19	701,10±40,20
Брейтово	10	36,8±0,7	857,50±47,63	753,60±40,18
Мякса	10	32,7±1,2	621,80±63,17	548,70±60,17
Любец	10	29,05±1,19	397,90±63,55	374,00±57,34

Непосредственно после поимки производилось определение длины и массы рыбы, зрелости гонад, массы порки. Мышцы рыб вырезали вдоль позвоночника, определяли их массу и замораживали. Образцы хранились при температуре -8°С до проведения анализов.

В мышечной ткани леща определяли количество воды, сухого вещества, жира, белка, золы, безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ).

Для определения количества воды и сухого вещества использовали двухступенчатый метод определения влаги: количество свободной воды определяли путем высушивания до постоянной массы навески при температуре 60°С. После пробу измельчали и высушивали при температуре 105°С также до достижения постоянной массы навески. Количество общей воды и сухого вещества получали расчетным путем [21].

Количество белка определяли методом Кьельдаля. Для вычисления количества сырого белка процентное количество азота в пробе умножали на коэффициент преобразования белка 6,25 [25, 32].

Количество жира получали в аппарате Сокслета по методу обезжиренного остатка экстрагированием петролейным эфиром [21].

Для определения зольных веществ использовали гравиметрический метод сжигания навески в муфельной печи при температуре 550°С до белого цвета золы [21].

Количество БЭВ вычисляли по разнице между 100% и суммой процентов общей воды, сырого протеина, сырого жира, золы [21].

Данные статистической обработки были получены с помощью программы Excel 2007 и представлены в таблицах виде средних значений и их ошибок (M±m). Для оценки достоверности различий использован t-критерий Стьюдента при P≤0,05.

Результаты и обсуждение

В мышечной ткани всех исследованных особей наибольшее значение имеет содержание воды 78,8%, соответственно сухое вещество достигает 21,2%. Из среднего количества сухого вещества белок составляет 17,1%, жир – 1,5%, БЭВ – 1,4%, зольные вещества – 1,2%.

При сравнении показателей обмена веществ в мышечной ткани леща, отобранных на станциях с разным уровнем загрязнения были выявлены следующие особенности (табл. 2).

В мышечной ткани лещей на станции Любец выявлено наибольшее количество общей воды (79,6%), а наименьшее на станции Волково (77,31%) и на станции Первомайка (77,89%). Соответственно, сухого вещества максимально содержится в мышечной ткани лещей станции Волково (22,69%) и Первомайка (22,11%), минимально – на станции Любец (20,40%).

В мышцах лещей, отобранных на более благополучных по экологической обстановке станциях Волково и Городок выявлено наибольшее количество жира в мышечной ткани 2,11% и 1,85% соответственно. На станциях Шекснинского плеса Любец, Ягорба и Мякса – наименьшее: 0,92%, 1,36% и 1,38%, соответственно.

Таблица 2 – Химический состав мышечной ткани лещей, отобранных на станциях

Станция траления	Общая вода	Сухое вещество	Жир	Белок	Зольные вещества	БЭВ
Любец	79,60±0,211,5,6,7	20,40±0,211,5,6,7	0,92±0,091,2,3,4,5,6	17,24±0,19	1,05±0,031,3,4,6	1,20±0,23
Мякса	78,87±0,266	21,13±0,266	1,38±0,116	16,99±0,30	1,09±0,055,7,8	1,67±0,28
Ягорба	79,05±0,354	20,95±0,354	1,36±0,165	17,05±0,40	1,41±0,125,6	1,14±0,19
Волково	77,31±0,212,3,4,5,6,7	22,69±0,212,3,4,5,6,7	2,11±0,244,5,6	17,67±0,361	1,81±0,293,4	1,10±0,34
Городок	78,89±0,603	21,11±0,603	1,85±0,223	16,75±0,53	0,89±0,072,3,5,7	1,61±0,49
Коприно	79,16±0,272	20,84±0,272	1,57±0,202	16,32±0,551	0,91±0,031,4,6,8	2,04±0,50
Брейтово	78,70±0,215	21,30±0,215	1,70±0,301	17,21±0,17	1,33±0,111,2	1,07±0,21
Перво-майка	77,89±0,651	22,11±0,651	1,40±0,154	18,03±0,72	1,48±0,167,8	1,21±0,31

Примечание:  в табл. 2 одинаковыми числовыми индексами обозначены достоверно различающиеся результаты

Максимальный показатель белка был обнаружен в мышцах лещей на станциях Первомайка (18,03%) и Волково (17,67%), его минимальное значение (16,32%) выявлено в мышцах лещей со станции Коприно.

На станциях Волково и Первомайка количество минеральных веществ достигло наибольших значений – 1,81% и 1,48% соответственно. На станциях Городок и Коприно отмечены наименьшие значения данного показателя, составляющие 0,89 и 0,91%, соответственно.

Максимальное количество безазотистых экстрактивных веществ выявлено у лещей на станции Коприно (2,04%) и Мякса (1,67%), наименьшее – на станциях Брейтово (1,07%), Волково (1,10%) и Ягорба (1,14%).

Ряд ученых отмечал, что загрязняющие вещества оказывают негативное влияние на пищевое поведение рыб. Так, Флёров [20] выявил, что рыба отказывается от пищи в из-за подавления локомоторной реакции. В настоящее время появляется информация о влиянии загрязнений непосредственно на аппетит гидробионтов. Кузьмина [13] отмечала уменьшение пищевой привлекательности различных аминокислот и экстракта мотыля при воздействии на карпа медью и цинком (1 мкмоль/л). Sabullah [28] приводил данные о том, что под влиянием тяжелых металлов рыба начинает избегать корм, полностью отказываясь от питания. Кроме того, в литературе встречались сведения, что у рыбы, подверженной влиянию ПХБ и метилртути изменялось пищевое поведение: из-за уменьшения аппетита она отказывалась от питания [30].

Попадая в организм лещей с пищей, органические загрязнители и тяжелые металлы оказывают влияние на пищеварение и усвояемость питательных веществ. Голованова указывала, что при действии тяжелых металлов, помимо снижения иммунитета и темпа роста, ухудшается эффективность ассимиляции пищи [7]. В наших исследованиях выявлено, что на станциях, имеющих высокую концентрацию загрязняющих веществ (Любец, Мякса, Ягорба) количество сухого вещества, являющегося результатом усвояемости пищи, минимально.

Рассматривая конечные продукты обмена веществ, в наибольшей степени от места обитания леща зависит накопление жира в мышцах особей. Так в самых загрязненных участках Рыбинского водохранилища (ст. Любец, Мякса, Ягорба) выявлены минимальные значения содержания липидов в рыбе, а максимальные – на относительно благоприятных ст. Волково, Брейтово, Городок.

Место обитания лещей оказывает влияние и на показатели минерального обмена. В литературе встречались данные, что тяжелые металлы препятствуют биологическим функциям зольных веществ, вытесняя их из тканей (J. Abah, 2016).

Наименьшие значения минеральных веществ обнаружены на загрязненных станциях Городок, Любец, Мякса, наибольшие – на чистых Волково и Первомайка.

Микроэлементы, в том числе металлы влияют на выполнение белками разнообразных функций. В зависимости от природы и концентрации металла воздействие на протеины в организме гидробионтов может быть как нейтральным или стимулирующим, так и негативным (Сеник, Ляврин, 2014). Органические загрязнители также влияют на белковый обмен в рыбах (Célie Dupuy, 2015). Зависимость содержания белка в мышцах леща от места его обитания в нашем исследовании была выявлена в наименьшей степени. Максимальные показатели наблюдались у особей с благополучных станций Первомайка и Волково, минимальные – на ст. Коприно и Городок. В наиболее загрязненных участках Рыбинского водохранилища количество белка в мышцах леща были средним.

Медь и цинк могут оказывать воздействие на активность ферментов пищеварительного тракта рыб, изменяя углеводный обмен (Голованова, Филиппов, 2014). Органические загрязнители оказывают влияние на метаболизм гликогена в печени рыб, снижая его (Mathilakath M Vijayan, 2006, Steve Wiseman, 2011). В результате нашего исследования взаимосвязи углеводистой части мышечной ткани леща, представленной БЭВ, и местом обитания рыб обнаружено не было.

На станциях Шекснинского плеса, донные отложения которого обладают наиболее токсическим эффектом, в мышечной ткани леща обнаружено наименьшее количество сухих веществ, в том числе жира. На станциях Волково и Первомайка, являющихся условно чистыми станциями, в мышцах лещей содержится минимальное количество общей влаги и наибольшие величины конечных продуктов обмена веществ – жира, белка, золы.

В результате нашего исследования выявлено, что загрязняющие вещества оказывают негативное влияние на накопление и усвояемость питательных веществ. В загрязненных районах в наибольшей степени выражено сокращение накопления жира и зольных веществ, в наименьшей – белка. Взаимосвязи углеводистой части мышечной ткани леща и факторами среды обнаружено не было.

Таким образом, анализ показателей обмена веществ рыб может использоваться как дополнительный критерий при комплексной оценке экологического состояния водных систем, в том числе водоемах Дальневосточного региона, так как рыбное население отряда карпообразные в них велико и имеет промысловое значение.