Сравнительный анализ содержания экотоксикантов в репродуктивных органах рыб различных семейств (на примере реки Уй)

Сравнительный анализ содержания экотоксикантов в репродуктивных органах рыб различных семейств

Е.А. Галатова, к.б.н., Уральская ГАВМ

Ключевые слова: анализ, экотоксиканты, органы рыбы, семейства, микроэлементы, концентрация.

Неоспоримая истина настоящего времени состоит в том, что экологические проблемы являются лимитирующим фактором и одним из основных условий развивающейся цивилизации. Для осуществления этой стратегии необходимо нахождение такого способа развития человечества, который позволил бы установить баланс между потребностями людей и возможностями биосферы сохранять основные параметры. Причем темпы изменений в окружающей среде столь велики и стремительны, что за ними не поспевают научно-технические знания и существующие возможности оценивать и осмысливать сложившуюся ситуацию [1].

Практика свидетельствует, что со строительством крупных предприятий тяжелой и цветной металлургии, энергетики, животноводческих и птицеводческих комплексов и ферм произошло резкое увеличение нагрузки на биосферу как в зоне деятельности предприятий, так и на значительном расстоянии от последних. Повсеместно наиболее опасными загрязнителями окружающей среды признаны соединения химической природы, в том числе и тяжелые металлы [2—5].

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли, при этом пресные воды традиционно служат основным источником питьевого водоснабжения. Большинство отечественных систем крупных и средних населенных пунктов проектировалось и создавалось в России на базе доступных водозаборов из открытых водоисточников.

Экстенсивное развитие хозяйства привело к тому?, что качество воды большинства природных источников в настоящее время уже не соответствует нормативным требованиям [6]. Особенно это касается региона Южного Урала, в котором по гидрохимическому состоянию поверхностных вод Челябинская область относится к наиболее напряженной группе территорий Российской Федерации.

Известно, что даже в одной рыбоводной зоне наблюдается различная обеспеченность микроэлементами грунтов, вод и организмов гидроби-онтов. Тесно связанные со средой обитания водные организмы поглощают из нее доступные химические элементы, дающие растворимые соединения, или активно превращают нерастворимые в доступные соединения. При этом в пищевых цепях водоемов происходят одновременно два процесса — уменьшение количества одних элементов и концентрация в отдельных звеньях цепей других [7].

Содержание микроэлементов: кобальта, никеля, марганца, меди, цинка и др. — наряду с биогенными элементами, существенно влияет на развитие живых организмов в водоемах, особенно растительных, являющихся первым звеном в цепи органической жизни.

Следует отметить, что такие микроэлементы, как марганец, медь, цинк, молибден, кобальт, находятся в илах преимущественно в труднорастворимых соединениях. Растворимость этих соединений зависит от гидрохимического режима водоема, и в частности, от количества кислорода, рН и других факторов. От концентрации кислорода в воде зависит жизнедеятельность рыб. При его уменьшении в содержании снижается

интенсивность питания и использования пищи на рост, в результате чего замедляется рост рыбы. Только подвижные формы микроэлементов усваиваются фито- и зоопланктоном, бентосом и, в конечном счете, рыбой. Тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель, цинк, медь и другие) обладают выраженной мутагенной и канцерогенной активностью. Попав в водоем или реку, металл-токсикант распределяется между компонентами этой водной экосистемы: растворяется в воде, сорбируется и аккумулируется фитопланктоном, удерживается донными отложениями, находится в адсорбированной форме на частицах взвеси.

В связи с тем, что распределение металлов в организме рыб зависит от геохимии среды обитания, функционального состояния организма и характера пищевых цепей водоемов, объединяющих в единую систему миграции элементов растительного и животного мира конкретных регионов, выявление особенностей накопления и распределения тяжелых металлов в организме рыб вызывает несомненный интерес. Рыбы, являясь ключевыми видами гидробионтов, и выступающие, как правило, в качестве одного из последних звеньев в трофических цепях, обладают способностью накапливать сверхкритические концентрации загрязняющих веществ [8—10].

Методика и условия проведения исследований. Исследования посвящены изучению степени загрязненности природных вод промышленными экотоксикантами. Отдельным фрагментом работы явилось определение содержания тяжелых металлов в гонадах рыб реки Уй, отбор которых проводился в среднем ее течении по территории г. Троицка Челябинской области.

С учетом вышеизложенного нами, наряду с определением органолептических и гидрохимических показателей речной воды, содержания тяжелых металлов в донных отложениях и водорослях, было проведено изучение распределения тяжелых металлов в гонадах рыб четырех семейств. Для анализа были выбраны следующие семейства рыб: окуневые — окунь, ерш, судак (Percidae); карповые — плотва, пескарь, верхов-ка (Cyprinidae); щуковые — щука (Esocidae); сомовые — сом (Siluridae).

Содержание тяжелых металлов в подготовленных таким образом пробах определялось методом атомной абсорбции при атомизации в пламени и контролируемом температурном режиме (атомноабсорбционный спектрофотометр АА8-30, ГОСТ 26929-94). Всего было отобрано 80 проб мышечной ткани рыбы.

Результаты исследований и их анализ показали: максимальная аккумуляция цинка была выявлена в гонадах у рыб семейства карповых и щуковых, составившая у пескаря 22,80±0,25 мг/кг, а у щуки — 30,73±0,14 мг/кг соответствен-

но. Низкое содержание цинка в гонадах отмечено у судака, составившее 6,39±0,03 мг/кг, что в 4,8 раза больше, чем у рода щуки (Esocidae) 30,73±0,14 мг/кг (Р<0,001). Сравнение с допустимыми остаточными концентрациями не выявило достоверных различий.

Наибольший уровень накопления железа отмечен в гонадах верховки (34,55±0,19 мг/кг), что превысило ДОК в 1,15 раза. Самое низкое содержание железа наблюдалось у рыб семейства сомовых. Так, у сома этот показатель составил 5,63±0,01 мг/кг, а у щуки содержание железа в сравнении с сомом было в 1,86 раза больше. Аналогичная закономерность прослеживалась у рыб семейства карповых. Так, у верховки содержание железа было больше в 1,76 и 2,34 раза в сравнении с пескарем (19,62±0,25 мг/кг) и плотвой (14,71±0,59 мг/кг) (Р<0,001). Кроме того, наблюдается превышение ДОК в гонадах у верховки на 115%.

У рыб семейства окуневых содержание железа в гонадах находилось практически на одном уровне и составило 19,05±0,05 мг/кг (окунь), 18,58±0,19 мг/кг (ерш) и 18,40±0,07 мг/кг (судак).

Самая высокая концентрация меди в гонадах изучаемых рыб установлена у рыб семейства карповых (род пескарь), составившая 0,21± 0,01 мг/кг. У ерша и верховки содержание меди в гонадах составило 0,16±0,01 мг/кг и 0,15± 0,01 мг/кг соответственно. Самая низкая концентрация меди наблюдалась у судака и сома, составившая 0,05±0,01; 0,06±0,11 мг/кг соответственно, что в 4,2 раза больше, чем у пескаря (0,21± 0,01 мг/кг).

У представителей семейства карповых максимальное содержание марганца было выявлено в гонадах у верховки, составившее 10,18±0,01 мг/кг. У плотвы содержание марганца находилось на уровне 4,98±0,03 мг/кг, а у пескаря — 3,72±0,22 мг/кг. Также достоверно отличались между собой по содержанию марганца в гонадах представители семейства сомовых (8,06±0,07мг/кг — у сома); окуневых (5,65±0,11 мг/кг — у окуня и 4,14±0,02 мг/кг — у ерша).

Таким образом, цинк, железо, марганец и медь имеют сходные тенденции распределения в жизненно важных органах и тканях верховки. Кроме того, эти элементы активнее концентрируются преимущественно гонадами. Вероятно, что накопление меди, как и цинка, гонадами связано с присутствием в этих органах высокоактивных комплексов, содержащих медь и цинк, необходимых для нормального созревания половых продуктов дальнейшего эмбриогенеза [6].

Из данных рис. 1 и 2 видно, что накопление кобальта в гонадах рыб всех изучаемых семейств также имело различия. Наиболее высокое содержание кобальта отмечено в гонадах у рыб семей-

Гонады

Химический Ч Виды рыб

элемент

Рис. 1 - Содержание цинка, железа, марганца и меди в гонадах рыб

ства карповых, составившее 0,20±0,01 мг/кг — у пескаря и 0,18±0,01 мг/кг — у верховки и находящееся на уровне допустимых концентраций.

Наибольшее содержание свинца в гонадах было выявлено у рыб семейства сомовых и щу-ковых: у верховки и щуки — 0,30±0,01 мг/кг, у сома — 0,32±0,02 мг/кг. При этом у пескаря и верховки из семейства карповых содержание свинца в гонадах составило 0,28±0,05 мг/кг и 0,30±0,01 мг/кг соответственно. И только у плотвы из этого изучаемого семейства показатель был ниже в среднем в 2,42 раза в сравнении с пескарем и верховкой, хотя и не выявлено статистически достоверных различий. У окуня концентрация свинца составила 0,05±0,01 мг/кг и оказалась в среднем в 2,7 раза ниже, чем у других представителей этого семейства.

Необходимо отметить, что у рыб всех изучаемых семейств установлено наличие кадмия в гонадах, составившее в среднем 0,05±0,01 мг/кг, что не превысило рекомендуемого уровня допустимых остаточных концентраций. Высокое содержание никеля в гонадах было установлено у окуня и ерша, составившее в среднем 0,15±0,01 мг/кг. Минимальное содержание никеля отмечено у рыб семейства щуковых (род щука), которое составило 0,06±0,01 мг/кг и соответствовало допустимым концентрациям. Однако следует отметить, что этот показатель был в 2,5 раза ниже в сравнении с представителями семейства окуневых.

Гонады

элемент

Рис. 2 - Содержание свинца, никеля, кобальта и кадмия в гонадах рыб

Таким образом, определение содержания тяжелых металлов в мышечной ткани рыб показало, что в наибольшей концентрации выявлены те элементы, которые являются типичными экотоксикантами, обладающими канцерогенными и мутагенными свойствами.

Литература

1. Асонов, А.М. Водоохранные системы в сельском хозяйстве / А.М. Асонов, О.Р. Ильясов. Екатеринбург: УрГУПС, 2003. 156 с.

2. Воробьев, В.И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве / В.И. Воробьев. М.: Пищевая промышленность, 1979. 183 с.

3. Бессонов, Н.М. Рыбохозяйственная гидрохимия / Н.М. Бессонов, Ю.А. Привезенцев. М.: Агропромиздат, 1987. 159 с.

4. Алимов, А.Ф. Основные положения теории функционирования водных экосистем / А.Ф. Алимов // Гидробиологический журнал. 1990. Т. 26. № 6. С. 3-12.

5. Трапезников, А.В. Радиоэкология пресноводных экосистем (на примере Уральского региона): автореф. дис.... докт. биол. наук / А.В. Трапезников. Екатеринбург, 2001. 48 с.

6. Михеев, Н.Н. Обеспечение населения России питьевой водой / Н.Н. Михеев, С.В. Яковлев, А.П. Нечаев, Е.В. Мяс-никова // Водоснабжение и санитарная техника. М., 1997. № 4. С. 2-4.

7. Попов, П.А. Содержание и характер накопления металлов в рыбах Сибири / П.А. Попов // Сибирский экологический журнал. 2001. № 2. С. 237-247.

8. Богданов, В.Д. Экологическое изучение системы реки Маньи / В.Д. Богданов, Л.А. Добринская, А.В. Лугась-ков. Свердловск, 1982. 66 с.

9. Большаков, В.Н. Экологический подход к проблемам развития крупного промышленного региона (на примере Урала) / В.Н. Большаков // Продовольственная безопасность XXI век: эколого-экономические аспекты: сб. научн. тр. / УрГСХА, 2000. Т. 1. С. 29-45.

10. Моисеенко, Т.И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши / Т.И. Моисеенко, Л.П. Кудрявцева, НА. Гаш-кина. М.: Наука, 2006. С. 115-217.