CC BY
13
РАЗДЕЛ II. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК [ 597.552.511:591.465.31 ](265.53) «2014»
С.Б. Городовская, А.С. Сушкевич
ГАМЕТОГЕНЕЗ МОЛОДИ КЕТЫ В ПЕРИОДЫ РАННИЙ МОРСКОЙ И ОСЕННЕЙ МИГРАЦИИ В ОХОТСКОМ МОРЕ И НЕКОТОРЫЕ ГИСТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЯИЧНИКАХ В 2014 ГОДУ
На основании гистологического анализа яичников молоди кеты в ранний морской и осенний периоды жизни показан темп развития яичников в 2014 г.
Наличие ооцитов с начальной фазой вителлогенеза говорит об ускоренном темпе развития половых желез у молоди кеты в открытых водах Охотского моря. Впервые выявлены нарушения в воспроизводительной системе у самок молоди кеты: встречались ооциты с признаками амитотического делении, деформацией половых клеток и изменениями в желточных оболочках. Отклонения в развитии и функционировании яичников молоди служат критерием уровня антропогенного воздействия и постепенно приведут к сокращению плодовитости и, как следствие, к снижению эффективности нереста, уменьшению уровня естественного воспроизводства вида.
Ключевые слова: молодь кеты, ооциты, темп развития гонад, ранний морской и осенний периоды жизни, гистоморфологические изменения.
S.B. Gorodovskaya, A.S. Sushkevich
GAMETOGENESIS OF JUVENILE CHUM SALMON DURING THE PERIODS OF EARLY SEA AND AUTUMN MIGRATION IN THE SEA OF OKHOTSK AND SOME OVARY HISTOMORPHOLOGIC CHANGES IN 2014
Based on the histological analysis of ovaries of juvenile chum salmon during the early period of feeding at sea and the autumn period, the development rate of ovaries in 2014 is shown.
The presence of oocytes with the initial phase of vitellogenesis demonstrates accelerated development gonads of juvenile chum salmon in open waters of the Sea of Okhotsk. Anomalies in the female reproductive system of juvenile chum salmon are revealed for the first time: there are oocytes with holoschisis, gamete deformation and changes in the vitelline membrane. Ovary abnormality of juvenile chum salmon serves as a criterion of the level of anthropogenous impact and gradually will lead to reducing fertility and as a result decreasing spawning efficiency, reducing the level of natural reproduction of the species.
Key words: juvenile chum salmon, oocytes, ovary development rate, early period of feeding at sea and the autumn period, histomorphologic changes.
DOI: 10.17217/2079-0333-2017-39-46-54
В течение последнего десятилетия Камчатка находится в зоне интенсивной промышленной деятельности. Водоемы полуострова, а также прикамчатские морские воды подвержены значительному антропогенному влиянию. Кета является ценным видом среди тихоокеанских лососей, поэтому является предметом интенсивного промысла и искусственного разведения. Для оценки состояния популяции кеты большое значение имеет мониторинг воспроизводительной системы молоди в разные периоды жизни.
Цель работы - используя гистологические показатели, оценить состояние развивающихcя яичников молоди кеты 2014 г. из Охотского моря. Важной задачей является нахождение, описание спектра и частоты гистоморфологических изменений в развитии и функционировании воспроизводительной системы.
Материал и методика
Материалы для работы собраны в ходе научно-исследовательских экспедиций на МРТК 316 и НИС «Профессор Кагановский» в 2014 г. Молодь кеты была поймана в камчатском прибрежье Охотского моря с 20 по 28 августа 2014 г. (рис. 1), а также с 4 по 31 октября в открытых водах Охотского моря (рис. 2). В работе использованы результаты гистологического анализа гонад молоди кеты, отловленной в данные периоды морских миграций. Общее количество молоди, взятой на гистологический анализ яичников, - 90 шт.
155° 156°
Рис. 1. Распределение молоди лососей (без видового деления) в прибрежных
водах западной Камчатки 20-28 августа 2014 г., экз./траление
57° 56°
55° 54° 53° 52° 51°
50° 49°
47° 46° 45° 44°
48°
■п*
142° 143° 144° 145° 146° 147° 148° 149° 150° 151° 152° 153° 154° 155° 156° 157°
Рис. 2. Уловы молоди кеты при траловой съемке НИС «Профессор Кагановский» 4-31 октября 2014 г., экз./траление
Сбор и обработка проб проводились стандартными методами. Пробы гонад для гистологического анализа фиксировали в жидкости Буэна. Кусочки половых желез заливали в парафин с воском, далее подвергали проводке через спирты возрастающей концентрации. После абсолютного спирта яичники проводили через хлороформ и парафин-хлороформ. Срезы изготавливали толщиной 5-7 мкм и окрашивали железным гематоксилином по методике Гейденгайна [1].
При изучении гистологических препаратов самок молоди кеты под микроскопом Olympus просчитывали и измеряли ооциты разных ступеней развития. Проведено 1020 измерений диаметра ооцитов и их ядер на 300 препаратах. Препараты каждой стадии развития ооцитов оцифровывались и фотографировались.
Результаты и обсуждение Гаметогенез молоди кеты в ранний морской период
Молодь кеты, выловленной в прибрежье Охотского моря в июле - августе 2014 г., имела среднюю длину и массу тела 14,2 см и 30,2 г. В яичниках молоди присутствовали ооциты 1-й и 2-й ступеней превителлогенеза (рис. 3). В гонадах также встречалось значительное количество ооцитов 3-й ступени (рис. 4). Средний диаметр ооцитов кеты 2-й ступени превителлогенеза в этот период равен 68,0 ± 0,11 мкм, 3-й ступени - 80,4 ± 0,13 мкм. Ооциты 3-й ступени встречались до 67% от всех просчитанных клеток.
По гистологическим показателям темп созревания яичников в этот период значительно не отличался от скорости развития гонад предыдущих лет исследования.
Рис. 3. Ооциты 2-й ступени превителлогенеза в яичниках молоди кеты в июле 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*20
Рис. 4. Ооциты 3-й ступени превителлогенеза в яичниках молоди кеты в августе 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*40
Гаметогенез молоди кеты в период осенней миграции
В открытых водах Охотского моря в октябре 2014 г. средняя длина и масса тела проанализированной молоди самок кеты были 24,1 см и 154,6 г. Яичники кеты характеризовались ускоренным развитием, что подтверждается наличием ооцитов заканчивающихся 3 -й и 4-й ступеней превителлогенеза, а также начальной фазой вителлогенеза. В ооцитах 3-й ступени периферическое кольцо темно окрашенной цитоплазмы представляет собой нитевидное образование вокруг большого ядра (рис. 5); клеток с таким развитием в некоторых яичниках насчитывалось до 65%. Во многих ооцитах в цитоплазме наблюдалось «желточное ядро» (овальное, светлое включение) признак 4-й ступени превителлогенеза (рис. 5). На гистологических препаратах ооциты на 4-й ступени превителлогенеза встречались до 32% от общего числа развивающихся половых клеток.
Рис. 5. Ооциты завершающейся 3-й с признаками 4-й ступени превителлогенеза в яичниках молоди кеты
в октябре 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*40
Средний диаметр ооцитов кеты 3-й ступени превителлогенеза в этот период равен 98,0 ± 0,08 мкм. У клеток с признаками 4-й ступени развития превителлогенеза средний диаметр 103,8 ± 0,09 мкм. Незначительное количество ооцитов (13% от общего числа просчитанных клеток) перешло в начальные фазы вителлогенеза. На этом этапе желточное ядро иногда сохранялось, а главное морфологическое изменение - накопления желтка и жировых вакуолей в ооци-тах. Самые зрелые ооциты в яичниках кеты имели начальные фазы накопления жировых вакуолей, которые располагались по периферии ооцитов (рис. 6). Такое строение ооцитов у молоди кеты в открытых водах Охотского моря говорит об ускоренном темпе развития половых желез в 2014 г. [2].
Рис. 6. Ооциты в начальной фазе вителлогенеза в яичниках молоди кеты в октябре 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*20
Гистоморфологические изменения ооцитов молоди кеты в 2014 г.
В результате гистологических исследований в некоторых яичниках кеты из уловов в ранний морской и осенний периоды 2014 г. в Охотском море впервые были обнаружены гистоморфоло-гические изменения.
Патологические отклонения в развитии и функционировании репродуктивной системы рыб могут вызвать серьезные нарушения в естественном воспроизводстве и, соответственно, сокращение численности. В условиях интенсивной хозяйственной деятельности при ухудшении условий обитания для оценки состояния популяций рыб большое значение имел мониторинг развития и функционирования их половой системы. Многие авторы занимались изучением репродуктивной системы рыб, от состояния которой зависит сохранение и восстановление запасов популяций [3-6].
Исследуемые нами в 2014 г. отклонения в строении развивающихся яичников у морской молоди тихоокеанской кеты походили по описанию на гистоморфологические нарушения созревающих гонад осетровых. Поэтому мы приводим в работе данные по нарушениям в развивающихся гонадах осетров и также причины их возникновения.
Исследования проводились на территории России, как в Волго-Каспийском районе, так и в Сибири и на Дальнем Востоке. Ухудшение состояния запасов в частности осетровых, при котором лишь небольшое количество рыб способно достичь зрелого состояния и отнереститься, наблюдалось на рр. Волга, Урал, Енисей, Обь, Лена, Индигирка, Колыма. В результате гистологического анализа в их половых продуктах обнаружены нарушения в гамето- и гонадогенезе. В течение нескольких последних десятилетий численность осетровых рыб (сибирского осетра Аарешег Ьаеги и сибирской стерляди А. гиШепш marsiglii), обитающих в водоемах Сибири и Дальнего Востока, значительно снизилась как за счет интенсивного промысла, так и за счет других антропогенных факторов [6-8]. Например, в условиях интенсивной хозяйственной деятельности в бассейне р. Амур, результатом которой является ухудшение условий обитания рыб. Для оценки обитания популяций калуги Н. dauricus и амурского осетра А. schrenckii из рек бассейна р. Амур, как и других водоемов, большое значение имело систематическое изучение состояния их репродуктивной системы.
В результате гистологического анализа репродуктивной системы обнаружены гистоморфологические изменения в гонадах многих осетровых рыб. К ним относятся [6]:
1) изменения толщины яйцевых оболочек, выраженные в утолщении студенистой и желточной оболочек из-за их набухания;
2) фрагментация (разрушение) оболочек ооцитов;
3) увеличение высоты клеток фолликулярного эпителия;
4) расслоение желточной оболочки и отслоение от нее студенистой оболочки;
5) у некоторых ооцитов отмечено истончение и даже прерывистость оболочек;
6) неоднородность окраски желточной и студенистой оболочек;
7) отмечены ооциты неправильной формы (деформация), что обусловлено нарушением прочности оболочек;
8) обнаружены икринки с признаками амитотического деления;
9) в семенниках, в генеративной части находилась жировая ткань;
10) утолщение оболочек семенников и прорастание соединительной ткани вовнутрь семенника;
11) в местах перерождений значительное сокращение объема зрелой спермы.
Изучение репродуктивной системы осетровых рыб имело большое значение, так как от состояния половых желез зависит эффективность работ по сохранению и восстановлению запасов осетров. Причиной неблагополучного состояния репродуктивной системы осетровых рыб рек Сибири и Дальнего Востока являлось превышение уровня по цинку, меди, марганцу, азоту аммонийному, общему железу, свинцу, азоту нитритному [5]. В период вскрытия русла Нижнего Амура среднее содержание фенолов находилось в пределах 4-7 ПДК с превышением для рыбо-хозяйственных водоемов. Отмечалось превышение ПДК по фосфатам, сульфатам и фенольным соединением [6]. Многие реки, находящиеся в зоне интенсивной промышленной и хозяйственной деятельности, подвержены значительному загрязнению. Поэтому исследования процессов развития и функционирования воспроизводительной системы рыб с целью выяснения отклонений и нарушений являются актуальными при современном антропогенном воздействии на окружающую среду.
По данным Г.И. Рубан [9], появление ранее не отмеченных нарушений гаметогенеза и постепенное увеличение частоты их встречаемости у рыб рек Дальнего Востока обусловлено загрязнением этих водоемов в процессе интенсификации хозяйственной деятельности человека. Анализ влияния на организм рыб нефтепродуктов и тяжелых металлов свидетельствует об их многокомпонентном отравлении токсичными веществами - политоксикозе, следствим которого является изменение структуры соединительной ткани в организме рыб [10].
В ранний морской период в Охотском море у самок кеты впервые нами были встречены ооциты с признаками амитотического деления ядра (рис. 7).
Рис. 7. Амитотически разделенное ядро превителлогенного ооцита молоди кеты в июле 2014 г. в прибрежье Охотского моря. Ув.: 20*40
Амитоз - прямое деление клеточного ядра, при котором ядро не изменяет своей структуры, но разделяется, образуя складки или перетяжки на ядре, а затем делится и сама клетка. Клетки делятся без предшествующего удвоения молекул ДНК, и дочерние клетки содержат разное ее количество. Большинство исследователей считают амитотическое деление ядер результатом нарушения развития половой клетки [11-13]. Амитоз является одной из первых форм проявления защитных реакций организма для сохранения вида путем увеличения количества половых клеток в ответ на ухудшение условий обитания.
Амитоз в ооцитах молоди кеты встречался на стадии превителлогенеза. На рис. 8, а и 8, б представлены ооциты на ранних ступенях превителлогенеза с амитотически разделяющимся ядром.
а б
Рис. 8. Превителлогенный ооцит с «амитозом» в ядре: а - ув.: 20*20; б - ув.: 20*40
В осенний период в вителлогенных ооцитах молоди кеты выявлены нарушения в морфологии желточных оболочек (рис. 9). У нескольких самок отмечено расслоение и фрагментация (разрушение) желточных оболочек ооцитов (6,1%). Также на гистологических препаратах найдено истончение и даже прерывистость оболочек (5,2%). Нарушение в строении оболочек является первым признаком дегенерации ооцитов [13, 14]. У лососевых рыб при развитии яичников происходит значительная атрезия половых клеток. По данным Грачёва [15], массовая резорбция ооцитов у кеты и нерки происходит на втором году жизни в море. У особей с гонадами на превителлогенных ступенях и в начальных фазах вителлогенеза в нормально развивающихся половых клетах на первом году морской жизни количество ооцитов долгое время остается стабильным.
Рис. 9. Расслоение желточной оболочки ооцита начальной фазы вителлогенеза в яичниках молоди кеты в октябре 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*40
У нескольких особей молоди кеты на препаратах яичников отмечена деформация ооцитов (2,8% от всех просмотренных клеток), это ооциты неправильной конфигурации (рис. 10). Такие же гистоморфологические отклонения обнаруживала Н.Н. Шевелева [16] у осетровых р. Амур. Изменение формы ооцитов обусловлено нарушением тургора в оболочках и уменьшением их прочности [6].
Рис. 10. Деформация вителлогенных ооцитов у молоди кеты в октябре 2014 г. в Охотском море. Ув.: 20*40
Отклонения в развитии и функционировании репродуктивной системы рыб, по мнению Г.И. Рубан [9], могут служить надежным критерием уровня антропогенного воздействия и вследствие этого падения естественного воспроизводства. Нарушение гонадогенеза снижает
индивидуальную и абсолютную плодовитость самок рыб. Количество молоди кеты с отклонениями в развитии яичников равно 8% от всех исследованных нами особей. Встреченные гистоморфологические изменения в ооцитах молоди требуют более внимательного отношения к данной проблеме и дальнейшего изучения. Аномалии половых клеток могут быть связаны с антропогенным воздействием на окружающую среду, в частности с разного рода загрязнениями.
Заключение
В ранний морской период (август 2014 г.) в яичниках кеты присутствовали ооциты 2-й и 3-й ступеней превителлогенеза. Ооциты 3-й ступени составляли до 67% от всех просчитанных клеток. Средний диаметр ооцитов 3-й ступени равен 80,4 ± 0,13 мкм.
В открытых водах Охотского моря в октябре яичники кеты характеризовались наличием ооцитов заканчивающейся 3-й ступени превителлогенеза (65%), а также встречались половые клетки на последней - 4-й ступени превителлогенеза (средний диаметр 103,8 ± 0,09 мкм до 32%). Некоторое количество ооцитов перешло в начальные фазы вителлогенеза (13%). Такое строение ооцитов у молоди кеты в первый год нагула в Охотском море 2014 г. характеризуется ускоренным темпом развития яичников.
Впервые выявлены различного рода нарушения в воспроизводительной системе у самок молоди кеты (8% от всех исследованных особей). У самок с гонадами стадии превителлогенеза наблюдались ооциты с признаками амитотического деления, а вителлогенные половые клетки -с деформацией ооцитов и большим количеством изменений в желточных оболочках.
Незначительны патологические отклонения в гонадогенезе рыб не будут препятствовать участию в нересте, но постепенно приведут к существенному сокращению плодовитости и, как следствие, снижению эффективности нереста, численности зрелых производителей и уменьшению уровня естественного воспроизводства данного вида.
Литература
1. Волкова О.В., Елецкий Ю.К. Основы гистологии с гистологической техникой. - М.: Медицина. 1982. - 304 с.
2. Городовская С.Б., Сушкевич А.С. Темп оогенеза молоди тихоокеанских лососей в Охотском море осенью в 2011-2013 гг. // Сб. науч. трудов. - Петропавловск-Камчатский: Камчат-НИРО, 2015. - Вып. 36. - С. 33-48.
3. Акимова Н.В., Рубан Г.И., Михалев Ю.В. Анализ репродуктивной системы сибирского осетра центральной Сибири // Экосистемы Севера: структура, адаптации, устойчивость: материалы общероссийского совещания (26-28 октября 1993 г., Петрозаводск). - М.: Изд-во МГУ, 1995. - С. 93-98.
4. Иванов С.А., Кошелев В.Н., Галаган В.А. Подращивание молоди амурского осетра на Анюйском лососевом рыбоводном заводе // Аквакультура осетровых рыб: достижения и перспективы развития: материалы докл. III междунар. науч.-практ. конф. - Астрахань, 2004. -С. 121-122.
5. Хованский И.Е., Антипова О.Н. Искусственное воспроизводство в Хабаровском крае и Еврейской автономной области: история, современное состояние и перспективы развитии // Современное состояние биоресурсов: материалы науч. конф., посвящ. 70-летию С.М. Коновалова. - Владивосток: ТИНРО-Центр, 2008. - С. 811-817.
6. Гистологические нарушения репродуктивной системы амурских осетровых / Б.В. Кошелев, Т.В. Евтешина, Ж.С. Литовченко, А.В. Хлопова // Амурский зоологический журнал, 2009. -Вып. I (3). - С. 258-264.
7. Егоров А.Г. Перспективы воспроизводства осетровых рыб в водоемах восточной Сибири и Дальнего Востока // Исследования рыб Восточной Сибири. - Иркутск, 1988. - С. 7-18.
8. Кирилов Ф.Н. Рыбы Якутии. - М.: Наука, 1972. - 360 с.
9. Рубан Г.И., Акимова Н.В. Состояние репродуктивной системы и причины снижения численности сибирского осетра Acipenser baeri реки Оби // Вопр. ихтиол. - 2001. - Т. 41. - Вып. 2. -С. 278-282.
10. Кондратьева Л.М., Чухлебова В.Л., Рапопорт В.Л. Экологические аспекты изменения органолептических показателей ихтиофауны р. Амур в зимний период // Чтения памяти В.Я. Ле-ванидова. - Владивосток: Дальнаука, 2003. - Вып. 2. - С. 311-318.
11. Фалеева Т.И. Сравнительный и экспериментальный анализ нарушений оогенеза у рыб: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Л.: ЛГУ, 1979. -26 с.
12. Акимова Н.В. Гаметогенез и половая цикличность сибирского осетра в естественных и экспериментальных условиях // Особенности репродуктивных циклов у рыб в водоемах разных широт. - М.: Наука, 1985. - С. 111-122.
13. Романов А.А., Шевелева Н.Н., Алтуфьев Ю.В. Нарушение гонадо- и гаметогенеза осетровых Каспийского моря // Физиолого-биохимический статус Волго-каспийских осетровых в норме и при расслоении мышечной ткани (кумулятивный политоксикоз). - Рыбинск: Институт биологии внутр. вод АН СССР, 1990. - С. 92-100.
14. Фалеева Т.И. Анализ атрезии ооцитов у рыб в связи с адаптивным значением этого явления // Вопр. ихтиол. - 1965. - Т. 5. - Вып. 3. - С. 455-470.
15. Грачев Л.Е. Изменение количества ооцитов в морской период жизни у некоторых представителей тихоокеанских лососей рода Oncorhynchus в процессе формирования их плодовитости: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М., 1971. -25 с.
16. Шавелёва Н.Н. О нарушении гаметогенеза каспийских осетровых в современных условиях // Экологические и морфофункциональные основы адаптации гидробионтов: тез. докл. симп., посвящ. 90-летию со дня рождения проф. Н.Л. Гербильского (1900-1990). - Л.: ЛГУ, 1990. -С.107-108.
Информация об авторах Information about the authors
Городовская Софья Борисовна - Камчатский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (КамчатНИРО); 683000, Россия, Петропавловск-Камчатский; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник; Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; [email protected]
Gorodovskaya Sofya Borisovna - Kamchatka Research Institute of Fisheries and Oceanography (KamchatNIRO), 683000, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher; Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-KamchatskY; [email protected]
Сушкевич Анастасия Сергеевна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; младший научный сотрудник
Sushkevich Anastasiya Sergeevna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropav-^s^^m^ts^; Junior Researcher
