CC BY
70
УДК 597.554.3-1.05:577.118
Э. И. Мелякина Астраханский государственный технический университет
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА ОРГАНИЗМ КАРПОВЫХ РЫБ В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ
Целью исследования явилось изучение особенностей развития сазана и белого амура в эмбриональном и личиночном периодах при различных уровнях содержания микроэлементов в водной среде и определение диапазона концентраций меди, цинка и марганца, оказывающих стимулирующее и токсическое влияние на развитие рыб в раннем онтогенезе.
Результаты воздействия на икру сазана сернокислого цинка, меди и марганца показали, что на первых этапах эмбрионального развития (до этапа дробления бластодиска) соли металлов в большинстве случаев не оказывали заметного действия на процессы эмбриогенеза. Достоверно стимулирующее действие (р < 0,05) на всех остальных этапах эмбрионального периода развития сазана оказывают медь и марганец в концентрации 0,5 мг/л и цинк в концентрации 0,1 мг/л. Выраженный токсический эффект наблюдался при концентрации меди и цинка выше 5,0 мг/л. Проявления токсического действия меди начинались на этапе гаструляции, а цинка -лишь на этапах начала активных движений выклева личинок (У-У1 этапы).
Прежде чем перейти к экспериментам с икрой белого амура, мы изучили исходное содержание микроэлементов в икре и затем проследили за её развитием, т. е. установили зависимость качества развивающейся икры от концентрации в ней микроэлементов. Для этого оплодотворенную икру делили на группы со следующим уровнем оплодотворения: 1) 90-100 %; 2) 80-90 %;3) < 80 %. Установлено, что больше всего меди и цинка в высококачественной икре, а марганца и железа - в икре низкого качества. Это позволяет предположить, что одним из определяющих факторов хорошего рыбоводного качества половых продуктов рыб является достаточно высокий уровень исходного содержания в икре цинка и меди.
Развитие высококачественной икры белого амура с уровнем содержания меди в воде 0,5 мг/л приводит к повышению выхода икры. Начиная с концентрации меди равной 1,0 мг/л проявляется её токсическое действие на икру. Резко выраженный токсический эффект оказывает медь в количестве 5,0 мг/л, а при уровне меди в воде 10,0 мг/л икра полностью прекращает свое развитие.
Несколько иная картина наблюдается при влиянии различных концентраций меди на икру низкого качества. Под действием в воде меди концентрацией 0,05-1,0 мг/л количество нормально развивающейся икры было в 2-4,5 раза выше, чем в контроле. Токсическое влияние на икру низкого качества медь начинает оказывать в концентрации 10,0 мг/л.
Неоднозначность полученных результатов в опытах с разнокачественной икрой объясняется исходным содержанием меди в икре, т. к. икра низкого качества содержит медь в меньших количествах, чем высококачественная икра, и добавление этого элемента в опытный раствор, по-видимому, коррелировало содержание микроэлемента в овулировавшей икре, выравнивая исходное содержание меди с её содержанием в икре высокого качества.
Развитие икры высокого качества в растворах сернокислого цинка приводит к увеличению выживаемости икры и выхода личинок. Наиболее эффективной при этом оказалась концентрация цинка 0,05 мг/л. Положительное влияние продолжалось с увеличением концентрации цинка до 0,5 мг/л.
Для икры низкого качества стимулирующим развитие оказалось применение цинка в концентрации 0,1 мг/л.
Токсическое влияние цинка начинается с его концентрации в воде 1,0 мг/л и значительно усиливается при развитии икры в среде с концентрацией 5,0 и 10,0 мг/л.
Нам представляется, что реакция икры на изменение солевого состава окружающей среды зависит как от исходного содержания элемента в яйцеклетке, от формы связей металлов в эмбрионе, так и от состояния физиологических барьеров в развивающемся организме.
Стимулирующие дозы марганца в воде при развитии икры высокого качества находились в диапазоне 0,05-1,0 мг/л, что объясняется относительно малой токсичностью марганца по сравнению с медью и цинком. Наиболее выраженный эффект от влияния марганца проявился на стадии выклева личинок, т. е. в момент снижения прочности оболочек яиц [1-3].
Согласно исследованиям В. И. Воробьева [4], механизм положительного действия цинка и меди на развивающуюся икру при их низком содержании в окружающей среде связан с тем, что кратковременное применение биотических доз цинка и меди положительно влияет на нуклеиновый, белковый и липидный обмен в процессе эмбрионального периода развития рыб.
Установлено, что токсическое действие на икру проявилось при воздействии меди и цинка в концентрации 5,0 мг/л. Икра после кратковременного влияния высоких концентраций металлов развивалась нормально до этапа выклева личинок, но жизнестойкость личинок была ниже жизнестойкости контрольных.
Следует отметить, что даже кратковременное действие цинка и меди в высоких концентрациях приводит к снижению диаметра яйцевой оболочки икры. Так, в контроле диаметр развивающейся икры равен 4,6 мм, а после кратковременного влияния цинка и меди - соответственно 3,3 и 3,0.
Применение микроэлементов даже в течение очень незначительного периода времени (5 минут) показало, что выход личинок связан отрицательной корреляционной зависимостью с концентрацией элемента в воде. При этом для цинка коэффициент корреляции составил 0,885, для меди - 0,763 и для марганца - 0,724. Оплодотворяемость зависит от концентрации металла только в опытах с марганцем (г = -0,79), а повышение концентрации цинка и меди приводит к снижению жизнестойкости личинок (г = -0,864 и -0,394).
Икра белого амура, обработанная в период набухания растворами микроэлементов, была взята на анализ в конце II этапа, на стадии бластулы. Анализ опытной и контрольной икры белого амура после экспериментов позволил установить изменения, которые произошли в микроэлемент-ном составе развивающейся икры после её кратковременного пребывания в воде с различным содержанием меди, цинка и марганца. Кратковременное влияние стимулирующей дозы цинка (0,5 мг/л) привело к повышению количества в икре железа, меди, цинка и висмута соответственно в 1,5; 1,3; 1,3 и 2 раза. Концентрация марганца и никеля при этом снизилась в 2 раза по сравнению с контрольной икрой. Под влиянием 1,0 мг/л цинка способность опытной икры утилизировать железо и медь была в 1,5 раза, марганец - в 1,2 раза, а цинк и висмут почти - в 3 раза выше, чем способность контрольной икры. Токсическая доза цинка (5,0 мг/л) приводит к увеличению количества всех изученных микроэлементов. При этом концентрация висмута превышала таковую у контрольной икры в 6 раз, цинка - в 3 раза, железа и меди - в 2 раза и марганца - в 1,5 раза. Концентрация никеля в опытной икре почти не отличалась от концентрации в контрольной (р > 0,5). Таким образом, с увеличением концентрации цинка в воде возрастает способность развивающейся икры утилизировать прежде всего висмут, затем цинк, железо, медь и марганец. Полученные нами данные хорошо согласуются с исследованиями В. И. Воробьева [4], согласно которым ионы цинка, проникая через мембраны зародыша, способствуют поступлению в развивающуюся икру и других микроэлементов.
При воздействии меди в концентрации 0,5 мг/л на развивающуюся икру повышается утилизирующая способность эмбрионов по отношению к железу, меди, висмуту и никелю в 1,3—1,8 раза по сравнению с контрольной икрой, а концентрация цинка при этом снижается на 40 %. При дальнейшем повышении уровня меди в воде до 1,0 мг/л развивающаяся икра усваивает медь и висмут в 3,5 раза интенсивнее, чем контрольная. Способность опытной икры утилизировать марганец и цинк снижается соответственно на 23 и 38 %. Кратковременное пребывание развивающейся икры в воде с концентрацией меди 5,0 мг/л (токсическая доза) приводит к увеличению в эмбрионах меди и висмута соответственно в 4 и 6,6 раза по сравнению с контрольной икрой. Концентрация марганца при этом еще более снижается и составляет всего 37 % его концентрации в контрольной икре. Следовательно, при влиянии меди на икру белого амура, с увеличением её концентрации в воде, пропорционально возрастает количество меди, цинка и висмута в эмбрионах. Содержание марганца при этом снижается, а утилизация железа и никеля развивающейся икрой не зависит от концентрации меди в окружающей среде.
Изменения в микроэлементном составе развивающейся икры белого амура под действием кратковременного влияния марганца было следующим: утилизация железа опытной икрой была выше в 1,8-2 раза, чем контрольной, но не зависела от дозы марганца в воде (р > 0,5). Накопление меди при влиянии марганца в дозе 0,5 мл/л снизилось на 30 % по сравнению с контрольной икрой. Дальнейшее повышение уровня марганца в воде (1,0-5,0 мг/л) приводит к повышению концентрации меди до контроль-
ных значений. Утилизация марганца и висмута опытной икрой повышается с увеличением уровня марганца в воде до 5,0 мг/л и превышает значения этих элементов в контрольной икре в 3 раза. Концентрация цинка в развивающейся опытной икре достоверно не отличается от её значений в контрольной икре и не зависит от дозы марганца в воде. Для никеля характерно уменьшение его количества в опытной икре в 2 раза с повышением дозы марганца в воде до 1,0—5,0 мг/л.
Таким образом, развитие икры карповых рыб в экстремальных условиях, характеризующихся загрязнением водной среды ионами цинка, меди и марганца (при концентрации их в воде 1,0—5,0 мг/л), приводит к аккли-мации организма (физиологической приспособляемости), когда проявляется максимальная пластичность организма, позволяющая некоторое время переносить сублетальные (экстремальные) условия [5]. Ответной реакцией организма на резкие изменения условий внешней среды в данном случае является изменение уровня минерального обмена. Повышение количества меди и цинка в воде до 5,0 мг/л приводит к усилению утилизации развивающейся икрой висмута и способствует выведению из организма марганца (при влиянии меди) и никеля (при влиянии марганца).
Кратковременное влияние меди, цинка и марганца в дозах, оказывающих стимулирующее действие на развитие икры (0,1-0,5 мг/л), также приводит к изменениям в химическом составе развивающейся икры, которые заметны даже на более поздних стадиях развития эмбрионов.
Обобщая данные по изучению особенностей развития карповых рыб в раннем онтогенезе под влиянием различных уровней содержания микроэлементов в воде, можно заключить, что повышению рыбоводного качества развивающейся икры карповых рыб в значительной степени способствовало кратковременное создание в воде уровня меди и марганца 0,5 мг/л, а цинка - 0,1 мг/л. При концентрации в воде меди и цинка выше 0,5 мг/л ионы металлов оказывают отрицательное влияние на развивающуюся икру, которое выражается прежде всего в снижении диаметра яйцеклетки. Кроме того, происходят значительные изменения в способности эмбрионов утилизировать изученные микроэлементы из окружающей среды.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Зотин А. И. Физиология водного обмена у зародышей рыб и круглоротых. -М.: Изд-во АН СССР, 1961.
2. РавенХ. Оогенез. - М.: Мир, 1964. - С. 58-60.
3. Голиченков В. А., Иванов Е. А., Никерясова Е. Н. Эмбриология. - М.: Изд. центр «Академия», 2004. - 224 с.
4. Воробьев В. И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве. - М.: Наука, 1983. - 455 с.
5. Карпевич А. Ф. Теория и практика акклиматизации водных организмов. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. - 432 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06, в окончательном варианте - 21.04.06
THE ECOLOGICAL PECULIARITIES OF MICROELEMENTS INFLUENCE ON CARPS’ ORGANISMS AT EARLY ONTOGENY
E. I. Melyakina
The paper describes the results of different microelements influence on the growing hard-roe of the carp and grass carp (Cteno-pharyngodon idella). The urgency of the research is due to the established low level of the studied microelements in the environment. The author of the article has found out the positive reaction of embryos on short-term creation of high concentration of copper and zinc in the environment that helps to increase the development rate and vital capacity of the posterity. It was established that growing hard-roe is more resistible to high metal concentration in the water in comparison with other ontogeny periods. Embryos reaction on the influence of microelements overdoses in the water is mainly revealed by the reduction of egg membrane diameter.
