Роль биохимических исследований в селекции рыб

Роль биохимических исследований в селекции рыб

Н.И.Маслова, д.б.н., Г.И. Пронина, к.в.н., А.О. Ревякин,

к.б.н., ГУ НЦБМТ

Биохимическая оценка имеет большое значение для определения состояния жизненно важных процессов у карпов в сравнительно сложных экологических ситуациях.

Уровень метаболических реакций, в т.ч. активность ферментов, выделительных процессов, существенно меняется от ряда внешних и внутренних факторов. Особенно важно изучить эти процессы в зависимости от методов селекции и условий выращивания, в частности от питания.

Исследование содержания белка в крови рыб показывает, что количество его колеблется в значительных пределах. Так, по данным С.И. Волковой [1], концентрация сывороточного белка у сеголетков карпа зависит от условий жизни: в прудах под плёнкой его значение составляет 4,93+0,15 г%, а в обычных прудах — 3,73+0,10 г%, альбумины — соответственно 45,4+2,28 г% и 45,63+2,31 г%. Общий белок у карпов-двухлетков осенью колеблется в пределах 3—4,5 г% [2]. По данным К.Ф. Сорвачёва [3], разное количество белка, а также соотношение альбуминов и глобулинов сыворотки крови зависят от питания, причём зеркальные карпы имеют несколько меньше белка и глобулинов, чем чешуйчатые. Содержание белка в сыворотке крови также зависит от пола и происхождения. Так, у самок карпов из прудов опытной базы ВНИИР, названных храпуновскими, содержание белка в сыворотке крови составило 3,94+0,23, а у осташковских (из другого хозяйства той же 2-й зоны рыбоводства) — 2,05+0,19 г%. У самцов эти различия были минимальными: 4,04+0,17 и 4,47+0,39 г% соответственно [4].

В последние годы оценку подбираемых производителей в животноводстве проводили по активности аминотрансфераз и фосфатаз [5]. Использование указанных тестов представляется более перспективным, поскольку связь амино-трансфераз с продуктивностью более прямая, чем индексов экстерьера. Исследованиями подтверждается тесная взаимосвязь между активностью аминотрансфераз сыворотки крови и продуктивностью животных, что позволяет использовать их в качестве биологического теста при отборе и подборе для формирования племенного стада. В литературе есть сведения, что ферменты имеют более высокие коэффициенты наследуемости (28,8—39,4%), чем хозяйственно полезные признаки. Установлена прямая достоверная связь активности аминотрансфераз с плодовитостью

и абсолютным привесом молодняка. Высокая активность аминотрансфераз у родителей положительно влияет на среднюю массу потомства не только в возрасте [5, 6, 7, 8, 9].

В рыбоводстве проверка активности аланин-аминотранферазы проводилась во всех возрастных группах, а также в зависимости от пола и происхождения [9].

При проверке вариантов подбора карпов-производителей с разным уровнем АЛТ (низкий уровень активности АЛТ — ниже 20 единиц Умрайт-Пасхиной, до 30 — средний уровень, выше 30 единиц — высокий уровень) установлена прямая связь продуктивности производителей и их потомков с активностью АЛТ Наблюдаемые фенотипические связи являются результатом комбинирования генетических корреляций с таковыми, обусловленными факторами среды. Изучение связей АЛТ с обхватом тела у производителей в рыбхозяйстве Храпуново (ОПХ ВНИИР) показало положительную зависимость последней от АЛТ (табл. 1). При оценке качества спермы у самцов карпа из рыбосовхоза «Карамышевский» получены результаты, также свидетельствующие о сильной зависимости количества жизнеспособных сперматозоидов от уровня активности АЛТ С увеличением активности АЛТ количество живых сперматозоидов возрастает (г=+0,5 у зеркальных и г=+0,4 у чешуйчатых).

Качество половых продуктов (спермы и оплодотворённой икры) у проверяемых самцов и самок карпа находилось в прямой зависимости от уровня активности АЛТ. Так, качество спермы у самцов с разным уровнем активности существенно различалось. Установлено, что качество икры, полученной в естественных условиях ОПХ ВНИИР от самок с высокой активностью АЛТ, было достоверно лучшим по массе и плотности, чем от самок с низкой активностью АЛТ. Существенная разница в качестве половых продуктов у производителей обусловила, в свою очередь, характерные особенности роста и развития потомства на всех этапах развития. У производителей карпа с АЛТ выше 25 единиц нерест проходил бурно, выметанная икра обладала хорошей клейкостью, процент оплодотворённой икры превышал таковой от пары с низкой активностью АЛТ на 11%, отход икры и процент выклюнувшихся личинок с пороками — наименьший. Продуктивность выростных прудов увеличивалась на 15—25% за счёт повышения жизнеспособности молоди и скорости роста. В генетической структуре (по ТГ) потомства от подбора производителей с разной активностью

1. Коэффициент корреляции обхвата тела с АЛТ сыворотки крови

Чешуйчатый покров и уровень АЛТ Самки Самцы

с массой тела с обхватом с массой тела с обхватом

ОПХ ВНИИР

Зеркальные: высокий низкий +0,99 +0,01 +0,41 +0,78 -0,02 +0,40 +0,40-0,59

Чешуйчатые: высокий низкий +0,80-0,50 +0,61 +0,60 -0,06-0,70 +0,60-0,20

«Карамышевский»

Зеркальные: высокий +0,40 +0,37 +0,37 -0,16

Чешуйчатые: высокий +0,50 +0,53 +0,53 -0,05

АЛТ отмечены определенные сдвиги, особенно в соотношении гомо- и гетерозигот. Однако количество фенотипов трансферрина у потомства сохраняется. В группе сеголетков от подбора производителей с высокоактивной АЛТ возрастает количество гетерозиготных особей, а в группе от производителей с низкоактивной АЛТ — гомозиготных. Следовательно, можно полагать, что жизнеспособность потомства от производителей с высоким уровнем АЛТ генетически обусловлена и повышается за счет увеличения гетерозигот. В группе сеголетков, полученных от гомогенного подбора с высокой АЛТ, ведущую роль занимает фенотип ТГ ВС — 30,4%, а в группе от производителей с низкой активностью — ТГ АА — 50%.

Щелочная фосфатаза обеспечивает костную систему рыб фосфорными ионами, необходимыми для её быстрой минерализации, а её активность в чешуе и костях изменяется в течение года и тесно связана с изменением скорости линейного роста рыб [10, 11]. В рыбоводной науке исследование щелочной фосфатазы проводилось на разных видах рыб. Н.К. Сенкевич [12] изучала активность щелочной фосфатазы чешуи барабули и бычков, а также чешуйчатых и зеркальных карпов. У всех изучаемых рыб уровень активности щелочной фосфатазы в чешуе связан с линейным ростом. У карпов обеих групп отмечается значительная зависимость от условий выращивания; с улучшением условий активность фермента повышалась (от 50 до 90 ед. у зеркальных с крупной чешуей). По мнению Г.Е. Шуль-мана [10], активность щелочной фосфатазы можно использовать при оценке интенсивности роста, улавливать его колебания, связанные с изменением среды обитания, определять время начала и прекращения снижения скорости роста. Чешуя — удобный объект для исследования, поскольку её минеральный состав в значительной степени зависит от минерального обмена рыбы и факторов внешней среды.

Краткая информация о роли биохимических показателей, взятых для оценки состояния обмена веществ у карпов, позволяет дать объяснение ряду явлений, имевших место при выращивании племенных двухлетков. В данной статье рассматриваются биохимические параметры карпов-двухлетков, потомков от производителей, отбираемых по высокой степени активности АЛТ на фоне нормального физиологического состояния (по эритропоэзу и лейкоцитарной формуле крови) в течение двух поколений.

Рыбоводное хозяйство «Ергенинский» расположено в Волгоградской области (5-я зона рыбоводства) с количеством эффективных температур (выше 15 °С) от 121 до 135 дней. В сезон 2009 г. две группы годовиков карпа (зеркальные и чешуйчатые, F5 и F6) выращивались в одном пруду при высокой плотности посадки (примерно с начала августа) за счёт массового развития карасей, проникших через сетки в стадии эмбриогенеза, и личинок. Добавочного кормления не проводилось в течение всего сезона, что, естественно, повлияло на метаболизм рыб в связи с отсутствием кормовых ресурсов. Однако относительная скорость роста, несмотря на трудные условия питания, была очень высокой: 2341,8% у чешуйчатых и 1513,9% у зеркальных. Очевидно, что интенсивный рост шёл в первой половине сезона, когда естественная пища была на достаточном уровне. Для высокопродуктивных рыб (как и любых животных) это является главным. Отбор крови у рыб осуществлялся прижизненно из хвостовой вены.

Биохимическая оценка двухлетков карпа со сплошным и разбросанным покровом чешуи позволила выявить различия в их обмене веществ (табл. 2, 3) как в зависимости от происхождения, так и от пола. Так, у карпов чешуйчатой группы, имеющей наиболее высокую скорость роста, уровень активности щелочной фосфата-зы оказался также большим, чем у зеркальных. По креатинкиназе закономерность обратная: её

показатели у чешуйчатой группы были ниже, чем у зеркальной. Это связано с меньшими энергетическими тратами у зеркальных и более высоким потенциалом энергии наращивания мышечной массы, что подтверждено синтезом креатинфосфата у двухлетков, у чешуйчатых.

Кроме того, процессы гаметогенеза у чешуйчатых протекали активнее, на что тоже требуются питательные вещества, которые организм начинает перерабатывать для синтеза половых продуктов. У чешуйчатых карпов активность щелочной фосфатазы связана с повышенными потребностями в кальцинации костной и чешуйчатой систем, участвующих в минеральном обмене.

В соответствии с этим соотношение креатин-кеназы и щелочной фосфатазы резко различалось, что и указывает на значительные различия в обмене веществ у рыб разного генотипа (как по гену чешуи, так по Tf-трансферинам).

Гематологические показатели свидетельствуют также о различиях в системе кроветворения у двух групп рыб. Так, активность нейтрофилов

(цитохимический показатель) выше у зеркальных (2,17+0,11 ед.), чем у чешуйчатых (1,49+0,18 ед.), что соответствует тенденции увеличения кроветворных органов. Направленность к уменьшению индекса селезёнки у чешуйчатых карпов может быть связана с большим выбросом элементов красной и белой крови. Количество молодых клеток эритроидного ряда, содержание моноцитов, палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофилов свидетельствует о повышенном уровне фагоцитоза.

Для зеркальных карпов характерным является повышение индексов печени, почек (кроветворные и выделительные функции) и селезёнки (кроветворные функции) и уменьшение значений обхвата тела и индекса зрелости, т.е. реакция на факторы среды у рыб была неодинаковой. Обе группы относятся к высокопродуктивным (в течение 2-х поколений шла селекция на белковый рост), уровень общего белка и альбуминов в сыворотке крови не имел различий по группам.

Значительные различия проявились в активности ферментов. Так, установлено, что

2. Биохимическая характеристика двухлетков карпа

Показатели Чешуйчатые Зеркальные

M±m Cv M+m Cv

Масса, г 994±45,3 13,7 909+51,3 16,9

Скорость роста,% 2341,8 — 1513,9 -

Обхват,% 85,9+0,85 4,1 84,2+0,87 4,5

Индексы,%

Почки 0,53+0,030 18,4 0,58+0,031 15,8

Печень 2,55+0,100 11,4 3,06+0,166 16,3

Селезёнка 0,22+0,020 21,8 0,23+0,011 14,6

Гонады 1,72±0,300 52 3,49+0,208 70,0

Биохимическая характеристика

Общий белок, г/дл 17,2+1,03 16,8 17,4+1,18 18,0

Альбумины, г/дл 8,2+0,50 17,4 8,2+0,70 22,4

% общего 47,5+1,84 11,0 47,1+1,30 7,3

АЛТ, Ед/л 37,8+4,46 33,4 32,0+3,14 25,9

КК, Ед/л 4026+426,1 29,9 4586+375,9 21,7

ЩФ, Ед/л 27,9+4,85 49,1 14,6+2,81 50,8

Соотношение: КК/ЩФ 144,0 - 382,6 -

Гематологические показатели

Зрелые и полихроматофильные эритроциты 87,9+2,96 6,7 85,4+1,58 3,7

Молодые формы эритроцитов 12,1 14,5

Лейкоцитарная формула,%

Лимфоциты 80,5+3,51 8,7 84,7+2,21 5,2

Моноциты 6,2+3,03 97,7 2,6+1,79 137,9

Метамиелоциты 2,6+1,24 94,2 1,8+1,34 149,1

Палочкоядерные нейтрофилы 3,7+2,62 142,2 4,52+2,59 114,5

Сегментоядерные нейтрофилы 6,7+2,46 72,9 5,8+1,77 61,0

Активность нейтрофилов, ед. 1,49+0,18 24,7 2,17+0,11 9,8

М/МК 2,4 - 2,9 -

Хол/ЩФ 3,3 - 5,8 -

3. Морфологическая и биохимическая оценка двухлетков разного пола чешуйчатой и зеркальной групп (рыбхоз «Ергенинский»), 2009 г.

Показатели Чешуйчатые M±m Зеркальные M±m

Самцы Самки Самцы Самки

Масса, г 924±66,0 1023+62,1 862±70,2 928+71,5

Индексы,%

Селезёнка 0,25+0,027 0,21+0,015 0,22+0,029 0,24+0,013

Почки 0,53+0,052 0,52+0,045 0,59+0,120 0,58+0,022

Печень 2,60+0,043 2,52+0,169 3,08+0,412 3,06+0,208

Гонады 2,09+0,354 1,43+0,393 1,19+0,682 0,76+0,187

Биохимические показатели в сыворотке крови

Общий белок, г/дл 17,4+1,33 17,9 18,8+1,87 17,1+0,78

Альбумины, г/дл 8,5+0,58 7,2 8,8+1,16 8,4+0,60

Альбумины,% общего белка 49,3+1,82 40,2 46,4+1,60 48,9+2,18

АЛТ, Ед/л 38,4+5,42 45,7 37,3+4,53 27,9+2,75

КК, Ед/л 4139+547,1 4100 4879+404,1 3964+657,9

ЩФ, Ед/л 24,4+4,68 53,0 16,3+6,24 13,7+3,18

соотношение фермента АЛТ и общего белка у зеркальных ниже (1,7), чем у чешуйчатых (2,1). Отношение креатинкиназы к щелочной фосфата-зе, наоборот, как можно было предвидеть, более высокое у зеркальных, чем у чешуйчатых, имеющих повышенный уровень фосфатазы (очевидно, это характерно для чешуйчатых групп). Кроме того, у чешуйчатых карпов отмечено низкое соотношение холестерина и щелочной фосфатазы за счёт снижения расходования холестерина и выброса в кровь щелочной фосфатазы для усиления процессов минерализации костей. Соотношение мочевины и мочевой кислоты у рыб мало различалось. Однако оно было несколько меньше чешуйчатой группы из-за участия в усиленном минеральном обмене.

Оценивая развитие внутренних органов, можно отметить прямую связь индекса почек и индекса: мочевина/мочевая кислота; индекса печени и индекса: холестерин/щелочная фосфатаза. Анализ обмена веществ у самцов и самок (начальная, II стадия зрелости половых продуктов) показал на различия в зависимости от пола (табл. 3).

Как следовало ожидать, индексы зрелости у самцов выше, чем у самок. Активность ферментов АЛТ, ЩФ, КК, уровень белка в сыворотке крови не имеют строгой закономерности. У чешуйчатой группы уровень АЛТ, ЩФ и общего белка самок выше, чем у самцов, а у зеркальных — наоборот.

Данные показатели получены впервые. Провести полный анализ и тем более сделать выводы пока нет возможности, поскольку нет сравнительной базы в доступной литературе.

Исследование роли АЛТ в селекционном процессе ещё раз подтверждает вывод, сделанный нами еще 10 лет назад, о целесообразности

использования активности этого фермента в качестве ведущего признака в селекционных программах. Использование показателей активности ферментов КК и ЩФ также даёт возможность в приближённом значении оценивать племенной материал по минеральному и энергетическому обмену.

Приведённые данные и полученные выводы могут быть использованы для составления ориентировочных нормативов по обмену веществ при оценке генетически неоднородных карпов при длительной селекции.

Литература

1. Волкова С.И. Физиолого-биохимические показатели молоди карпа, выращенных в прудах различного назначения: автореф. дисс... к.б.н. М., 1988. 19 с.

2. Мартемьянов В.И. Стресс как источник ошибок при экологофизиологических и биохимических исследованиях рыб // Труды ИБВВ АНСССР, 1982. Вып. 49 (52). С. 124-134.

3. Сорвачев К.Ф. Изменение белков сыворотки крови карпа во время зимовки // Биохимия. 1967. №22. Вып. 5. С. 872-878.

4. Маслова Н.И., Кудряшова Ю.В. Физиолого-биохимическая характеристика состояния самцов и самок перед нерестом // Селекция в прудовом рыбоводстве. М.: Колос, 1979. С. 34-44.

5. Смирнов О.К. Раннее определение продуктивности животных. М.: Колос, 1974. 112 с.

6. Жебровский Л.С., Митютько В.Е. Использование полиморфизма белковых систем в селекции. Л.: Колос, 1979. 184 с.

7. Никонова В.Г. Возрастная изменчивость и половые различия в активности аминотрансфераз сыворотки крови свиней украинской породы // Вопросы технологии получения свинины, 1969. Вып. 14.

8. Эктов В.А., ЛисицынА.П., Гришин В.Н. Развитие внутренних органов у молодняка кроликов от разных родительских пар, подбираемых по активности аминотрансфераз сыворотки крови. М.: Колос, 1980. Вып. 1. С. 145-149.

9. Маслова Н.И., Петрушин А.Б., Загорянский К.Ю. Зависимость продуктивности карпа от уровня активности АЛТ у производителей // Вестник РАСХн. 1994. №5. С. 41-44.

10. Лавровская Н.Ф. Современные исследования по биохимии рыб. М., 1973. 99 с.

11. Шульман Г.Е. Физиолого-биохимические особенности годовых циклов рыб. М.: Пищевая промышленность, 1972. 367 с.

12. Сенкевич Н.К. Связь активности щелочной фосфатазы чешуи некоторых азово-черноморских рыб с темпом и сроками их линейного роста //Обмен веществ и биохимия рыб. М.: Наука, 1967.