Эколого-физиологическое состояние ихтиофауны малых рек Южного Урала

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 574:556.5

Н.Г. Курамшина, Э.Э. Нуртдинова, А.Ю. Матвеева

ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ИХТИОФАУНЫ МАЛЫХ РЕК ЮЖНОГО УРАЛА

Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ № 12-16-02005.

С целью изучения экологического состояния водотока р. Дёмы оценено содержание тяжелых металлов (2п, Си, №, Мп) в мышечных тканях рыб и проведен анализ гематологических показателей их крови с использованием анализатора «Гемоскрин», биохимических характеристик с применением анализатора «Епюг-П» (2013-2014). Определение концентрации тяжелых металлов - методом атомно-абсорбционной спектрофотомет-рии. Содержание цинка в мышечной ткани рыб р. Дёмы изменялось от 8,78 до 20,37 мг/кг (это допустимый уровень концентрации). Однако превышение физиологической нормы содержания 2п (17,80 мг/кг) отмечено у рыб, выловленных выше впадения р. Мияки. Показатели присутствия меди в мышечной ткани исследованных рыб варьировались незначительно (от 0,35 до 0,50 мг/кг), существенно уступая предельно допустимому уровню (ПДУ). Концентрация никеля изменялась в интервале 0,11-0,28 мг/кг и соответствовала нормативным показателям. Установлено, что количество эритроцитов, уровень гемоглобина, холестерина и креатинина в крови леща и судака согласуется с нормативными физиологическими параметрами. Патологий печени и интоксикации у изученных рыб не выявлено. Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о нормальном физиологическом состоянии рыб водотока р. Дёмы, указывая на удовлетворительное качество природных вод, их пригодность для обитания и развития ихтиофауны.

Ключевые слова: ихтиофауна, тяжелые металлы, физиология крови рыб, малые реки.

Введение

Загрязнение водоемов негативно влияет на состояние гидробионтов, особенно это актуально для рыб, которые замыкают пищевую цепь [1, 2]. В современных условиях малые реки Башкортостана, протекая по территории с жилой и производственной застройкой, испытывают сильнейшее антропогенное воздействие. Интенсивная хозяйственная деятельность, связанная с вырубкой лесов в верховьях рек, незаконной выборкой песчано-гравийной смеси из русел в их нижнем течении, приводит к уменьшению водности и ухудшению формирования стока. В результате техногенного загрязнения поверхностных вод в р. Дёме исчез пескарь -основа питания хищных рыб: окуня, судака, щуки и других. Это привело к нарушению трофических связей и уменьшению биомассы ихтиофауны [3-5].

Рыбы завершают трофические цепи водоема и накапливают тяжелые металлы (ТМ), содержащиеся в воде, донных осадках, в фито- и зоопланктоне, в фито- и зообентосе, отражая гидрогеохимические условия и степень загрязнение водоемов [1-4, 6, 7].

При оценке состояния рыб важное место занимают гематологические и биохимические исследования крови. Это чувствительный и информативный индикатор состояния защитных сил организма животных [6, 8, 9]. Кровь быстро реагирует на действие различных неблагоприятных факторов и может служить одним из ранних показателей нарушения состояния

© Курамшина Н.Г., Нуртдинова Э.Э., Матвеева А.Ю., 2015

рыб при загрязнении среды обитания. Это позволяет не только оценивать и прогнозировать экологические последствия нарушения качества водной среды, но и разрабатывать методы оптимизации рыбной продукции в водоемах [3-5].

Целью работы являлось изучение уровня содержания тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Mn) в мышечных тканях и физиологических показателей крови рыб на различных участках р. Дёмы для оценки экологического состояния водотока (рисунок).

Объекты и методы

Объектом исследования являлись рыбы р. Дёмы (левый приток р. Белой), выловленные на участках верхнего, среднего течений и устья реки (рисунок). Для исследования была выбрана щука (Esox Lucius L. - рыба с хищным типом питания). Определение тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Mn) в ее мышечной ткани проведено в аттестованной лаборатории Центра ФГУЗ «ЦГЭ в РБ» методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе «Квант-2А» согласно требованиям ГОСТ 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов». Для характеристики уровня содержания ТМ в тканях рыбы полученные концентрации сравнивали с соответствующими санитарно-гигиеническими нормативами по СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов». Гематологические и биохимические характеристики крови изучали на примере мирной рыбы - леща (Abramis brama) и хищной - судака (Lucioperca lucioperca) по стандартным методикам [8-10].

2 - ниже впадения р. Мияки; 3 - ниже Давлекановской МГЭС;

4 - ниже п. Чишмы; 5 - устье реки

Результаты и обсуждение

В организм рыб загрязняющие вещества проникают осмотически - через жабры и кожу. Однако для устойчивых токсикантов с низкой растворимостью в воде пищевой путь накопления является основным. Отметим, факторы окружающей среды и биологические характеристики организма влияют на активность накопления в нем загрязняющих веществ [1-2, 7].

Результаты исследования содержания тяжелых металлов ^п, Си, №, Мп) в щуке р. Дёмы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани

Пункт вылова рыбы Концентрация ТМ в мышечной ткани рыбы, мг/кг

Цинк Медь Никель

M ± m К* M ± m К* M ± m К*

1 20,4 ± 5,3 0,51 0,41 ± 0,3 0,04 1,10 ± 0,1 2,2

2 8,8 ± 2,7 0,22 0,35 ± 0,2 0,03 0,28 ± 0,2 0,5

3 11,2 ± 3,4 0,28 0,50 ± 0,3 0,05 0,18 ± 0,1 0,3

4 12,3 ± 3,6 0,31 0,50 ± 0,3 0,05 0,12 ± 0,1 0,2

5 14,4 ± 4,1 0,35 0,42 ± 0,3 0,04 0,11 ± 0,1 0,2

ПДУ*, мг/кг 40,0 10,0 0,5

Физиологическая 17,80 0,30 0,34

норма, мг/кг

* К - коэффициент накопления (М/ПДУ);

** ПДУ - предельно допустимые уровни концентраций металлов в мышцах рыб по СанПиН 2.3.2.560-96.

Характер распределения концентрации ТМ в образцах рыб в большинстве участков вылова рыбы практически совпадает. Лишь в пунктах 1, 2 (выше и ниже впадения р. Мияки) имеются различия по марганцу и меди. Содержание цинка в мышечной ткани рыб р. Дёмы изменяется от 8,78 до 20,37 мг/кг и не превышает допустимый уровень концентрации металла (40 мг/кг). Максимальное значение концентрации цинка выше физиологической нормы (17,80 мг/кг) отмечено в рыбах, выловленных выше впадения р. Мияки. Во всех местах р. Дёмы содержание меди в мышечной ткани щуки варьировало незначительно (от 0,35 до 0,50 мг/кг), существенно уступая величине ПДУ (10 мг/кг), и было близким к физиологической норме (0,3 мг/кг) [6, 7]. Концентрация никеля в мышечной ткани щуки в большинстве пунктов изученного участка р. Дёмы изменялась в интервале 0,11-0,28 мг/кг и соответствовала нормативным показателям. В образцах рыб, выловленных в верховье р. Дёмы (пункт 1), содержание никеля (1,1 мг/кг) значительно превышало соответствующие значения ПДУ (0,5 мг/кг) и физиологическую норму (0,34 мг/кг) [7, 8]. Последовательный ряд убывания содержания ТМ в мышечных тканях рыб р. Дёмы имеет следующий вид: выше впадения р. Мияки - Zn > Mn > Ni > Cu; ниже впадения р. Мияки - Mn > Zn > Cu > Ni; ниже Давлека-новской МГЭС - Zn > Mn > Cu > Ni; ниже п. Чишмы - Zn > Mn > Cu > Ni; устье р. Дёмы -Zn > Mn > Cu > Ni.

Физиологические особенности реакции организма рыб использованы для оценки ее состояния. В связи с этим исследованы гематологические и биохимические показатели крови мирных и хищных рыб (лещ - Abramis brama, судак - Lucioperca lucioperca, соответственно), отловленных у г. Давлеканово (табл. 2).

Таблица 2

Гематологические и биохимические показатели крови леща

Показатель Вид рыб Физиологическая норма*

лещ судак

Число эритроцитов, п • 1012/л 1,1 ± 0,1 2,3 ± 0,2 1,5-2,5

Скорость осаждения эритроцитов (СОЭ), мм/ч 4,0 ± 0,3 2,0 ± 0,2 3,6-4,5

Гемоглобин, г/л 82,3 ± 3,4 91,3 ± 2,8 70-120

Число лейкоцитов, п • 109/л 44,0 ± 1,4 60,0 ± 1,2 20-60

Общий белок, г/л 24,3 ± 1,8 45,7 ± 2,1 25-70

Холестерин, ммоль/л 3,5 ± 0,1 8,7 ± 0,2 7,5-10,5

Глюкоза, ммоль/л 1,9 ± 0,1 1,9 ± 0,3 2,0-11,0

Креатинин, мкмоль/л 26,3 ± 2,4 30,6 ± 2,7 26-30

* Физиологическая норма по данным [6, 9-10].

Кровь рыб мало отличается по составу от других позвоночных животных. Форменными элементами крови являются эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. По объему эритроциты занимают 41-43% по отношению к плазме крови. Для разных видов рыб количество эритроцитов изменяется в широких пределах: у пресноводных - (0,7-3,5) • 10/л [5]. Установлено, что количество эритроцитов в крови леща и судака составляет 1,1 • 1012 и 2,0 • 1012/л соответственно и согласуется с нормативными физиологическими параметрами (табл. 2). Содержание гемоглобина также является одним из индикаторов физиологического состояния рыб. Его высокой уровень обеспечивает более интенсивные обменные процессы и широкие возможности для выживания в неблагоприятных условиях. Исследования показали: уровни гемоглобина в крови леща и судака (82,3 и 91,3 г/л) соответствуют нормативным показателям (70-120 г/л). Лейкоциты рыб отличаются большим разнообразием. У большинства видов рыб в крови имеются зернистые (нейтрофилы, эозинофилы) и незернистые (лимфоциты, моноциты) формы лейкоцитов. Преобладают лимфоциты, на их долю приходится до 80-95%, содержание нейтрофилов не превышает 20%, моноцитов - 0,5-10%, эозинофилы встречаются редко. Количество лейкоцитов зависит от сезона, летом оно повышается и понижается зимой в связи со снижением интенсивности обменных процессов [4]. Число лейкоцитов у исследованных рыб - (44,0 и 60,0) • 109/л. У хищного судака лейкоцитов больше на 36%, но соответствует физиологическим нормам (20-60) • 109/л (табл. 2) [9, 10]. Белки плазмы выполняют многообразные функции: обеспечивают оптимальную вязкость крови и водный баланс организма, являются резервом для построения тканевых белков, осуществляют перенос биологически активных веществ, участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия, играют защитную роль [9, 10]. В исследовании установлено: содержание общего белка в плазме крови различается (24,3 и 45,7 г/л) у леща и судака. Возможно, это обусловлено разницей в пищевой обеспеченности этого вида и скоростью метаболизма, но в целом результаты согласуются с физиологическими нормами (25-70 г/л) (табл. 2). Снижение содержания холестерина в крови часто происходит вследствие уменьшения кормовой базы животного происхождения или в результате ухудшения работы печени из-за токсического действия загрязнителей. В проведенном исследовании отмечено различие уровня холестерина в крови мирных и хищных рыб: лещ - 3,5; судак - 8,7 ммоль/л. Результаты не выходят за пределы нормативных показателей (7,5-10,5 ммоль/л). Патология печени и интоксикация у изученных рыб не наблюдались. Один из информативных биохимических показателей физиологического состояния живых организмов - содержание глюкозы. У исследованных рыб эти значения близки к нижней границе физиологической нормы (2,0-11,0 ммоль/л). Повышение концентрации креатинина в крови является свидетельством почечной недостаточности, а снижение может быть следствием нарушения кормовой базы. Отклонений данного показателя у рыб (лещ - 26,3 и судак - 30,6 мкмоль/л) от физиологических нормативов (26-30 мкмоль/л) не обнаружено.

Выводы

Таким образом, исследования по содержанию ряда тяжелых металлов в мышечной ткани, а также совокупность полученных гематологических и биохимических показателей крови рыб, выловленных на различных участках р. Дёмы (приток р. Белой), свидетельствуют об удовлетворительном физиологическом состоянии и возможности самоочищения природных вод.

Список литературы

1. Попова, Н.В. Комплексная оценка качества воды Нижней Лены и содержание тяжелых металлов в мышечной ткани промысловых рыб / Н.В. Попова, Л.Н. Маркова // Роль аграрной науки в развитии сельскохозяйственного производства Якутии : сб. материалов науч.-произв. конф. - Новосибирск : Агрос, 2007. -С. 225-228.

2. Курамшина, Н.Г. Биоаккумуляция ТМ в рыбе водных объектов РБ / Н.Г. Курамшина, Э.М. Курамшин, С.В. Николаева // Сб. науч. тр. Междунар. НПК «Экологическая безопасность и охрана природной среды» в рамках экологического форума и специализированной выставки «Уралэкология. Промышленная безопасность -2012». - Уфа, 2012. - С. 91-94.

3. Курамшина, Н.Г. Современное состояние промышленного рыболовства в Республике Башкортостан / Н.Г. Курамшина, Ф.Х. Бикташева, Ф.А. Аминева // Рыбное хозяйство. - № 5. - 2008. - С. 54-56.

4. Курамшина, Н.Г. Геохимическое, эколого-социальное состояние основных техногенных зон Башкортостана / Н.Г. Курамшина, У.Б. Имашев. - Уфа : Гилем, 2013. - 236 с.

5. Строганов, Н.С. Экологическая физиология рыб / Н.С. Строганов. - М., 1962. - Т. 1. - 427 с.

6. Рудницкая, О.А. Использование гематологического метода для определения нарушений физиологического статуса производителей судака и тарани / О.А. Рудницкая, Л.Д. Житенёева, С.Г. Сергеева // Эколог. пробл. Кубани. - 2001. - № 12. - С. 198-201.

7. Назыров, А.Д. Биоаккумуляция тяжелых металлов, диоксинов и их влияние на гематологические, биохимические показатели гидробионтов р. Уфа / А.Д. Назыров, Н.Г. Курамшина // Биологические науки в XXI в. : сб. науч. тр. II Междунар. НПК. - Бирск, 2008. - С. 133-137.

8. Аминева, Ф.А. Биоаккумуляция тяжелых металлов (Cu, Cd, Zn, Pb) в мышцах и органах плотвы (Rutilusrutilus) / Ф.А. Аминева, Н.Г. Курамшина // Сб. науч. тр. IV Междунар. НПК «Актуальные экологические проблемы». - Уфа : Изд-во БирГСПА, 2009. - С. 7-8.

9. Кудрявцев, А.А. Гематология животных и рыб / А.А. Кудрявцев, Л.А. Кудрявцева, Т.И. Привольнев. -М. : Колос, 1969. - 320 с.

10. Яржомбек, А.А. Справочник по физиологии рыб / А.А. Яржомбек. - М. : Агропромиздат, 1986. - 428 с.

Курамшина Наталья Георгиевна, доктор биол. наук, профессор, Уфимский государственный университет экономики и сервиса (УГУЭС), тел. (347) 235-06-13, e-mail: n-kuramshina@mail.ru; Нуртдинова Элеонора Энсовна, магистрант, УГУЭС, e-mail: nurtdinova.71@mail.ru; Матвеева Алевтина Юрьевна, кандидат биол. наук, докторант, УГУЭС, e-mail: alevt.matveeva@yandex.ru.

SUMMARY

N.G. Kuramshina, E.E. Nurtdinova, A.Yu. Matveevа

Ecological and physiological state of fish fauna small rivers of the Southern Urals

For the purpose of studying of an ecological state of a waterway of river of Demadang the content of heavy metals (Zn, Cu, Ni, Mn) in muscular tissue of fishes is estimated and the analysis of hematologic indicators of blood of fishes with use of the Gemoskrin analyzer, biochemical characteristics with use of the Ensor-II analyzer is carried out. Researches were conducted during 2013-2014. Determination of concentration of heavy metals was carried out by method of a nuclear and absorbing spectrophotometry. The content of zinc in muscular tissue of fishes of the Dyoma River changed from 8.78 to 20.37 mg/kg and doesn't exceed the admissible level of concentration of metal, however the maintenance of Zn (17.80 mg/kg) exceeding physiological norm was noted in the fishes caught above a confluence of river of Miyaki. Indicators of presence of copper at muscular tissue of the studied fishes varied slightly (from 0.35 to 0.50 mg/kg), significantly conceding to maximum permissible limit. Concentration of nickel changed in the range of 0.11-0.28 mg/kg and corresponded to standard indicators. It is established that the quantity of erythrocytes, level of hemoglobin, cholesterol and creatinine in blood of the bream and a pike perch will be coordinated with standard physiological parameters. Pathologies of a liver and intoxication at the studied fishes it isn't revealed. The data obtained during research testify to a normal physiological state of fishes of a waterway of the Dyoma River and indicate satisfactory quality of natural waters, their suitability for dwelling and development of a ichthyofauna.

Keywords: ichthyofauna, heavy metals, blood physiology of fishes, small rivers.

Kuramshina Natalya Georgievna, Dr. Bio. Sci., Prof, Ufa State University of Economics and Services (USUES), ph. (347) 235-06-13, e-mail: n-kuramshina@mail.ru; Nurtdinova Eleonora Ensovna, Undergraduate, USUES, e-mail: nurtdinova.71@mail.ru; Matveeva Alevtina Yurevna, Cand. Bio. Sci., Doctoral Degree Applicant, UGUES, e-mail: alevt.matveeva@yandex.ru.