CC BY
90
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2010 БИОЛОГИЯ Вып. 2
ЭКОЛОГИЯ
УДК 597+574.5
К СОДЕРЖАНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ РЯДА ПОПУЛЯЦИЙ ПЕСКАРЯ GOBIO GOBIO ^.) БАССЕЙНА Р. КАМЫ
Т. А. Гилева, Н. В. Костицына, Е. А. Зиновьев, М. А. Бакланов
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; zoovert@psu.ru; (342)2396228
Изучено содержание ряда тяжелых металлов (10) в воде, грунте, органах и тканях обыкновенного пескаря из 4 водоемов Прикамья. Описаны закономерности накопления преимущественно в костях и чешуе.
Ключевые слова: тяжелые металлы; органы и ткани обыкновенного пескаря; закономерности накопления.
Общеизвестно, что тяжелые металлы относятся к группе приоритетных поллютантов, наблюдения за которыми ведутся во всем мире в разных средах как обязательная часть экомониторинга. Обычно к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы с атомной массой свыше 50 единиц, хотя, по мнению Н. Реймерса, ими следует считать лишь металлы с плотностью более 8 г/см3: РЬ, Си, 2п, №, С4 Со, Sb, Sn, В^ ^ (Вредные ..., 1989). Следовательно, даже в определении объема группы тяжелых металлов имеются противоречия, а в категориях степени токсичности учитываются: их высокая опасность для живых организмов даже в низких концентрациях, способность к биоаккумуляции, биомагнификации и другие параметры. Интересно, что большинство солей тяжелых металлов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов, т. е. служат катализаторами позитивных физиологических и биохимических функций (Воробьев, 1979), в иных же концентрациях и состояниях оказывают резко отрицательное воздействие на гидробионтов, нарушая гомеостаз на всех уровнях - от молекулярного до организменного (Алобастер, Ллойд, 1984; Линник, Набиванец, 1986 и др.).
Источником загрязнения природных экосистем тяжелыми металлами служат сточные воды предприятий горнодобывающей, химической промышленности, металлургических, машиностроительных заводов, а также стоков сельскохозяйственных угодий и предприятий. Выпадение кислотных дождей способствует переходу солей металлов из сорбированного состояния в свободное (Мур, Ра-мамурти, 1987). Анализ воздействия тяжелых металлов на водные организмы, а также влияние органического загрязнения (эвтрофикации) являются основными проблемами ихтиотоксикологии. В ор-
ганизм рыб тяжелые металлы попадают через органы дыхательной и пищеварительной систем, реже через кожные покровы, обычно в форме гидратированных катионов либо комплексов. Часть катионов циркулирует в крови, часть связывается анионами оболочек клеток крови или с анионными компонентами белков, жирных кислот и аминокислот плазмы. Частично тяжелые металлы из крови попадают в межклеточную жидкость, связываются на поверхности клеточных мембран и переносятся внутрь клетки. Наиболее высокой токсичностью обладают свободные гидратированные ионы, меньше неорганические соединения и металлоорганические комплексы. По способности к аккумуляции большинство тяжелых металлов (кроме Hg) располагается в следующей последовательности: печень - селезенка - почки - кишечник
- мозг - гонады - сердце - мышцы, совпадая в общих чертах с интенсивностью метаболизма в этих органах (Попов, Андросова, Аношин, 2002). Установлено, что рыбы чувствительнее к тяжелым металлам, чем высшие позвоночные, а повышенная концентрация в воде ионов цинка, ртути, кадмия, меди, помимо прочих эффектов, приводит к уменьшению титра антител в крови, концентрации лимфоцитов, подавлению фагоцитарной активности клеток (Dethloff, Bailey, Maier, 2001). У обыкновенного пескаря отмечено наибольшее накопление тяжелых металлов в печени, нежели в почках или жабрах (Campenhont, Bervoets, Blust, 2003).
В связи с указанным и попытками найти корреляции накопления металлов с изменениями картины крови были взяты 36 проб тканей пескаря из четырех разнотипных популяций (Мотовилихинский пруд, Верхензырянское водохранилище, реки Сылва и Бабка), в июне - июле 2006-2008 гг., а также 9 проб воды и 9 проб грунта из указанных
© Гилева Т. А., Костицына Н. В., Зиновьев Е. А., Бакланов М. А., 2010
31
водоемов. Использован метод атомной сорбции на базе Уральской аналитической лаборатории. Про-боподготовку вели в лаборатории леса ЕНИ ПГУ по типовой методике, также как и озоление в муфельной печи (400°С), взвешивание тиглей на электронных весах и пересчет первичных данных по формуле С2 = С1хКз/10, где С1 - концентрация тяжелых металлов в зольном остатке (мг/100 г), Кз
- коэффициент зольности, С2 - концентрация ионов тяжелых металлов в грунте, тканях и органах в мг/кг сухой массы. В каждой из четырех популяций пескаря исследовалось по 25-30 экз. в пробах (4 в пруду, 3 в р. Сылве и по 1 в р. Бабке и Верхне-зыряновском водохранилище).
Анализ результатов
Размеры пескарей были в среднем 90-94 мм, соотношение полов близко к равному.
Содержание тяжелых металлов в воде четырех исследованных водоемов было в рамках нормы для никеля, кобальта (не обнаружен), ванадия, цинка и свинца, тогда как хрома было больше ПДК в 2-4 раза во всех водоемах, кроме р. Бабки, количество титана было в пределах 1,5-2 ПДК в Мотовилихинском пруду и р. Сылве, марганец превышал ПДК в 1,5-15 раз во всех водоемах, особенно в р. Сылве. Для меди констатируется также повсеместное превышение ПДК в 3-3,5 раза (табл. 1). Если стронция вдвое больше ПДК в Мотовилихинском пруду, то в реках Сылве и Бабке в 5-5,5 раз (табл. 1).
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в воде исследованных водоемов (мг/л)
Химический элемент ПДК Мотовилихинский пруд, 7.07, 14.07.2006; 11.07.2007; 29.06.2008 Верхнезыряновское водохранилище, 2008 Р. Сылва, 02.07.2006; 30.06.2007; 05.07.2008 Р. Бабка, 2008
№ 0,01 0,002-0,003 0,00225 0,001 0,00-0,002 0,0013 0,002
Со 0,01 0 0 0 0
Сг 0,001 0,00-0,003 0,002 0,004 0,003 0
Мп 0,01 0,036-0,17 0,084 0,028 0,048-0,458 0,146 0,028
V 0,1 0,003-0,006 0,004 0,004 0,002-0,005 0,0033 0,006
ТС 0,06 0,034-0,272 0,12 0,084 0,048-0,132 0,091 0,055
Си 0,001 0,002-0,005 0,0035 0,003 0,002-0,004 0,003 0,003
2п 0,01 0-0,011 0,005 0 0 0
РЬ 0,01 0-0,001 0,0005 0,001 0-0,001 0,003 0
Sr 0,4 0,39-1,208 0,80 0,843 0,763-3,36 2,108 2,197
Количество проб 4 1 3 1
Несколько иная картина распределения загрязнителей в грунтах исследованных водоемов. Лишь для кобальта и титана не обнаружено концентраций выше ПДК. Никеля оказалось несколько больше ПДК в грунте р. Бабки (94,6 мг/кг сухого вещества; табл. 2), хрома в 1,7-2,8 раз ПДК больше во всех водоемах, кроме Мотовилихинского пруда, где количество Сг близко к норме. Марганца немного больше ПДК лишь в Верхнезыряновском водохранилище (табл. 2). Количество ванадия почти в 2 раза выше ПДК в водохранилище и в 11 раз больше в р. Бабке. Медь повсеместно превышает ПДК, особенно в
Верхнезыряновском водохранилище (в 11 раз). Цинка больше в этом же водоеме и р. Бабке (табл. 2). Накопление свинца в грунте выше нормы отмечено лишь в обоих малопроточных водоемах. Стронция больше всего содержится в грунте р. Сылвы. Следует отметить довольно невысокое накопление тяжелых металлов в грунтах четырех разнотипных водоемов.
Относительно загрязнения указанных водоемов следует указать на органические вещества для Мотовилихинского пруда и в меньшей мере р. Бабки (Экологическое обследование ..., 1999; Холостов, Вертгейм, 2008), а для Верхнезырянов-
К содержанию тяжелых металлов в органах и тканях ряда популяций пескаря
33
ского водохранилища - сильно минерализованные подземные воды (Отчет по НИР., 2007). Реку Сылву в пределах заказника «Предуралье» можно было бы признать условно чистым водо-
емом, однако количество марганца и стронция даже в воде здесь больше, чем в других обследованных объектах.
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в грунте исследованных водоемов (мг/кг сухой массы)
Химический элемент ПДК Мотовилихинский пруд, 7.07, 14.07.2006; 11.07.2007; 29.06.2008 Верхнезыряновское водохранилище, 2008 Р. Сылва, 02.07.2006; 30.06.2007; 05.07.2008 Р. Бабка, 2008
№ 85 39,6-65,6 52,05 138,9 56,3-82,4 68,4 94,6
Со 50 9,4-13,5 10,6 18,5 16,5-17,1 16,8 17,0
Сг 100 54,2-148,4 98,2 166,6 183,2-189,9 186,9 283,7
Мп 1500 281,3-1805,7 1079,4 1851,5 656,4-1424,6 998,9 945,7
V 150 16,3-140,7 78,4 277,7 137,1-171 149,7 1702
ТС 5000 1979,2-3750,8 3058,5 4628,7 4578,7-5626,2 4984,5 4728,3
Си 55 36,1-93,8 61,7 555,4 46,9-82,44 65,3 85,7
2п 70 27,1-187,5 61,7 138,9 46,9-95,0 65,3 94,6
РЬ 30 9,9-90,3 48,7 37 14,1-27,5 19,6 17,0
Sr 350 93,8-541,7 329,9 277,7 457,9-656,0 561,2 283,7
Количество проб 4 1 3 1
По накоплению микроэлементов в органах и тканях пескаря выделяются 2п, Мп, Sr и Т^ особенно высоки концентрации этих металлов в костных тканях (позвоночник, чешуя; табл. 3), они намного превышают таковые в воде и грунте. При этом концентрации близки в загрязненном Мотовилихинском пруду и сравнительно чистой р. Сылве. Однако в локализации тяжелых металлов небольшие различия есть. Так, в первом водоеме наибольшее количество Мп, 2п, №, Со, Сг содержится в чешуе, тогда как титан, стронций более приурочены к скелетной ткани (табл. 3), а медь и свинец больше концентрируются в печени, нежели в костных образованиях и мышцах. Мускулатура отличается обычно минимальным накоплением тяжелых металлов и лишь марганца и цинка здесь обнаружено больше, чем в печени. Превышение ДОК зафиксировано у всех тяжелых металлов (кроме Си, не считая разовых проб из Бабки и Верхнезыряновского водохранилища).
В популяции пескаря из р. Сылвы максимум
содержания 6 элементов приходится на скелет (Мп, Т^ 2п, Sr, V, Со), лишь РЬ и Си несколько больше в чешуе, а Сг в печени, тогда как № распределен во всех указанных тканях, причем выше ДОК (табл. 3). Содержание выше уровня ДОК характерно практически для всех металлов, кроме меди. Интересно отметить, что даже разовые пробы подтверждают приведенные выше закономерности распределения тяжелых металлов в органах и тканях пескарей из пруда и р. Сылвы. Выделяются лишь высоким содержанием титана в печени пескарь Нижнезыряновского пруда и хрома в печени - пескарь р. Бабки. Вместе с тем токсическое действие определяется не столько накоплением одного элемента, сколько их комплексом и нуждается в специальном исследовании. Для уточнения этих данных и возможного вывода о более быстром выведении или большей динамике тяжелых металлов у рыб в проточных условиях необходимы дополнительные анализы.
£
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в органах и тканях пескаря (мг/кг сухой массы), 2006-2008 гг.
Хим. элемент (ДОК) Мотовилихинский пруд Верхнезыряновское водохранилище Р. Сылва Р. Бабка
Скелет Чешуя Печень Мышцы Скелет Чешуя Печень Мышцы Скелет Чешуя Печень Мышцы Скелет Чешуя Печень Мышцы
N1 (0,5) 0-1,8 0,7 0.8-6.6 3,2 0,25-0.8 0,5 0,1-0,8 0,4 0 0,6 0,7 1,7 0-1,3 0,8 0,4-2,3 1,2 .0,1-2,9 1,2 0,1-1,8 1,2 0,9 1,4 0,3 0,2
Со (0,5) 0-1,0 0,2 0-1,5 0,8 0-0,6 0,2 0 0 0,6 0,4 0.2 0-1,5 0,5 0-0,8 0,3 0-0,6 0,2 0-0.4 0,2 0 0,6 0,2 0,1
Сг (0,5) 0-2,4 0,6 1,6-1,9 1,7 03-1,0 0,7 0-0,4 0,2 0 0 3,9 0,4 0-1,6 0,5 0-1,5 0,8 0,4-4,3 2,9 0-0,5 0,3 0 1,0 1,3 0,2
Мп (10) 58.3-370,4 149.1-3352 2,5-10.1 7,2 7,4-37.7 363 297 23,2 12,8 205-620 46,3-392 8,5-10,6 26,6-31,1 317,9 348,2 21,8 20,1
206,2 223,4 28,4 371,1 208,8 9,8 22,9
V 2.5-16.2 8,7 1.8-8,4 5,1 0,3-5,95 2,8 0,2-2.0 1,0 1,8 3,0 2,3 0,4 2.2-11,7 5,7 1.9-6,2 3,4 0.4-4,0 3,4 0,3-2.0 0,9 1,6 1,9 0,7 0,2
П 174.6-671.4 55.6-671.4 24,8-340 12,3-80,9 145 59.5 387 21,3 128-528 109-463 21,3-230 11.4-75,5 47,7 77,4 21,8 6,0
401,8 288 145,7 45,4 276,1 235,3 121,5 36,6
Си (10) 3,1-5,6 4,3 1,7-13,0 5,5 2,5-15,2 7,1 2,4-2,7 2,5 3,6 13,9 19,4 3,0 2.8-10^3 5.4 1,5-19,6 9,6 5,7-9,6 8,0 2,5-3,1 2,8 2,2 13,5 13,1 2,8
гп (40) 224-649.2 303.5-1117 14.9-18,2 12,2-29,6 109 793 12,9 17,1 264-1378 154-1308 9,6-33.9 15,2-20,1 318 1161 13,1 12,0
373,9 568,7 16,5 21,8 654 602,5 33,7 17,7
РЬ (1,0) 1.0-2,2 1,4-5,1 0,4-30,5 0-0,4 0 1,4 1,3 0,1 1,0-1,7 1,7-3,3 0.2-1,7 0-0,4 0 3,5 26,2 0
1,5 3,5 8,7 0,2 1,2 2,4 0,9 0,3
вг(100) 148-224 74.1-167.6 118,9 14.9-42,5 16,3-37,7 18.1,4 -99,1 38.7 4,3 288-517 154-327 28,5-53,2 50,3-68,6 127 290 8,7 7,2
194 31,8 25,8 4 і 5 224 38,7 61.7
Число проб 4 ■ 4 4 ч 4 і 1 1 1 ! 3 3 3 3 1 1 1 1
Т. А. Гилева, Н. В. Костицына, Е. А. Зиновьев, М. А. Бакланов
К содержанию тяжелых металлов в органах и тканях ряда популяций пескаря
35
В целом, по представленным материалам следует: 1) превышение ДОК большинства тяжелых металлов в рыбе больше, чем ПДК в воде и грунте, что делает эти живые объекты лучшим индикатором загрязнения водоема, особенно в хроническом плане; 2) накопление тяжелых металлов максимально в скелете и чешуе, меньше в печени, мышцах, наибольшими концентрациями выделяются цинк, титан, марганец и стронций, наименьшими -кобальт, хром, ванадий; 3) локализацией в печени характеризуются медь и свинец.
Получение дополнительных материалов по наличию тяжелых металлов в тканях пескаря позволит уточнить вышеприведенные данные и наметить корреляции с параметрами периферической крови вида, описанными ранее (Гилева, Костицы-на, 2007, 2009), и с величиной загрязнения водоемов, которые неоднозначно результируются в накоплении элементов (Костицына, Бакланов, 2008).
Библиографический список
Алабастер Дж., Ллойд Р. Критерии качества воды для пресноводных рыб. М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1984. 344 с.
Аршаница Н.М., Гулюкин В.Ю. Рыбы как индикаторы загрязнения донных отложений рыбохозяйственных водоемов // Науч.-техн. симпозиум «Современные средства воспроизводства и использования водных биоресурсов»: тез. докл. СПб., 2000. Т. 4. С. 46-48.
Воробьев В.И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве. М.: Пищевая пром-сть, 1979. 183 с. Вредные химические вещества. Неорганические соединения 1-1У групп: справ. изд. / под ред. В.А. Филова и др. Л.: Химия, 1989. 326 с.
Гилева Т.А., Костицына Н.В. Гематологические показатели периферической крови обыкновенного пескаря Gobio gobio (Ь.) в водоемах с различной антропогенной нагрузкой // Фундаментальные и прикладные иссл. в биологии и экологии: материалы регион. науч. конф. студ., асп. и молодых ученых 2006-2007 гг. Пермь, 2007. С. 195-197. Гилева Т.А., Костицына Н.В. Изменчивость гематологических показателей периферической крови обыкновенного пескаря в водоемах с различным загрязнением // «Симбиоз Россия-2009»: материалы II Всеросс. с междунар. участием конгресса студ. и асп.-биологов. Пермь, 2009. С. 103
- 104.
Костицына Н.В., Бакланов М.А. Характеристика накопления и распределения микроэлементов в теле некоторых видов рыб из городских водоемов // Рыбные ресурсы Камско-Уральского региона и их рациональное использование: материалы науч.-практ. конф. / Перм. ун-т. Пермь, 2008. С. 63-68.
Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 271 с.
Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987. 273 с.
Отчет по НИР «Оценка возможного влияния предприятий калийной промышленности ОАО «Уралкалий» на поверхностные водные объекты и разработка комплекса мероприятий по минимизации этого воздействия» / науч. рук. проф. А.Е. Красноштейн [Рукопись]. Пермь, 2007. 116 с.
Отчет по НИР «Оценка экологического последствия снижения уровня воды Нижнезыряновского водохранилища в рамках реализации мероприятий по организации жизнедеятельности г. Березники» / науч. рук. Н.Г. Максимович [Рукопись]. Пермь, 2007. 231 с.
Попов П.А., Андросова Н.В., Аношин Г.Н. Накопление и распределение тяжелых и переходных металлов в рыбах Новосибирского водохранилища // Вопр. ихтиол. 2002. Т. 42, № 2. С. 264-270.
Холостов С.Б., Вертгейм А.Г. Ранжирование муниципальных образований края по уровню антропогенной нагрузки // Состояние окружающей среды Пермского края в 2007 году. Пермь, 2008. 112 с.
Экологическое обследование малых рек г. Перми. Р. Б. Мотовилиха. Пермь: Пермгипроводхоз, 1999. 51 с.
Campenhout K., Bervoets L., Blust R. Metallothionein concentrations in natural populations of gudgeon (Gobio gobio): relationship with metal concentrations in tissues and environment // Environmental toxicology and chemistry. 2003. № 7. P. 15481555.
Dethloff G.M., Bailey H.C., Maier K.J. Effects of dissolved copper on select hematological, biochemical and immunological parameters of wild rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Arch. Environ. Con-tam. Toxicol. 2001. P. 371-380.
Поступила в редакцию 18.05.2010
The content of heavy metals in organs and tissues of some populations minnow Gobio gobio (L.) Kama river basin
T. A. Gileva, student
N. V. Kostitsyna, candidate of biology, associate professor
E. A. Zinovjev, doctor of biology, professor, head of cathedra
M. A. Baklanov, candidate of biology, associate professor
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia,614990; zoovert@psu.ru; (342)2396228
The content of some heavy metals (10) in water, soil, tissues and organs of an ordinary minnow pond of 4 Perm region. Describes the patterns of accumulation mainly in the bones and scales.
Key words: heavy metals; organs and tissues of an ordinary minnow; patterns of accumulation.
Гилева Татьяна Александровна, студентка
Костицына Наталья Вячеславовна, кандидат биологических наук, доцент Зиновьев Евгений Александрович, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой Бакланов Михаил Алексеевич, кандидат биологических наук, доцент ГОУВПО «Пермский государственный университет»
