Научная статья на тему 'К вопросу об идентификации партеногенетических популяций артемии в Сибирском регионе'

К вопросу об идентификации партеногенетических популяций артемии в Сибирском регионе Текст научной статьи по специальности «Биология»

121
44
Поделиться

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Егоркина Галина Ивановна, Павлова Екатерина Константиновна, Верещагин Александр Леонидович, Бычин Николай Викторович, Кириллов Владимир Викторович, Романова Наталья Станиславовна

Приведены оригинальные данные кариологического анализа и электронной микроскопии поверхности оболочки цист партеногенетических рас артемии, обитающих в гипергалинных водоемах Западной Сибири. Показано, что с повышением общей минерализации воды увеличивается частота полиплоидных клеток у рачков. В популяции, обитающей в оз. Большое Яровое, установлен клон с новым для артемии основным числом хромосом 18. Выделено три типа поверхности оболочки цист. Изученные признаки могут использоваться для идентификации рас артемии.

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Егоркина Галина Ивановна, Павлова Екатерина Константиновна, Верещагин Александр Леонидович, Бычин Николай Викторович, Кириллов Владимир Викторович, Романова Наталья Станиславовна,

On identification of artemia parthenogenetic populations in Siberian region

Chromosome sets of Artemia from parthenogenetic populations of Siberian region were investigated. It is shown that the higher water mineralization, the higher ploidy level of Artemia and variability of chromosome set. Scanning electron microscopy of cysts chorion surface demonstrated that surface topography can be categorized into 3 types.

Текст научной работы на тему «К вопросу об идентификации партеногенетических популяций артемии в Сибирском регионе»

УДК 574.52 Г.И. Егоркина,

Е.К. Павлова,

A.Л. Верещагин, Н.В. Бычин,

B.В. Кириллов, Н.С. Романова

К ВОПРОСУ ОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ АРТЕМИИ В СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ

Введение

Рачок артемия (класс Crustacea, подкласс Bran^iopoda, отряд Anostraca, семейство Artemiidae, род Artemia) населяет гиперга-линные водоемы и широко распространен на всех континентах, кроме Антарктиды. Биомасса рачка обладает высокой кормовой ценностью и незаменима при искусственном разведении рыб и ракообразных. В связи с развитием аквакультуры спрос на цисты артемии постоянно растет, периодически возникает их дефицит, что является стимулом для поисков новых источников. В степи и частично в лесостепи Западной Сибири расположено значительное количество артемие-вых озер. Акватория только исследованных водоемов составляет более

2,1 тыс. км2. В Алтайском крае сосредоточены основные российские ресурсы рачка [1].

Промысловое значение артемии обусловило интенсивное изучение ее географического распространения, экологии, морфологии, кариологии, генетического полиморфизма по митохондриальным и ядерным маркерам, физиологических механизмов адаптации. В настоящее время достаточно хорошо разработана систематика бисексуальных видов Artemia franciscana, A. persimilis (Новый Свет),

A. urmiana, A. tibetiana и A. sinica (Старый Свет). Гораздо менее изучены партеногене-тические популяции рачка, обитающие, в основном, на Азиатском континенте. Все они отнесены к виду A. partheno-genetica и идут поиски критериев, по которым была бы возможна их классификация. Ряд авторов [2, 3] считают, что для характеристики партеноге-нетических популяций необходим междисциплинарный подход. Информация о морфологии рачка, числе хромосом, составе ионов в водоеме, климатических условиях в регионе, данные о генетике ферментов и спектре жир-

ных кислот необходимы для точного описания изучаемых популяций. В Западной Сибири гидрология, гидробиология, продуктивность артемиевых озер достаточно хорошо изучены, а данные по биологии рачка единичны. В связи с этим целью нашего исследования явилось изучение популяций артемии из озер сибирского региона по двум параметрам - уровню плоидности и морфологии поверхности хориона.

Материал и методы

Материалом для исследования послужили цисты артемии озер Кулундинское, Кучукское, Малое Яровое, Большое Яровое и Эбейты. Для подсчета числа хромосом готовили временные давленые препараты из науплиусов на первой личиночной стадии (іпвіаг I), предварительно зафиксированных в ацетоалкоголе с последующей окраской водным раствором фуксина. Препараты анализировали на световом микроскопе ЛЮМАМ ИЗ при увеличении 90х7. Анализируемая выборка науплиусов для каждого озера была не менее 100. У каждой особи подсчитывали хромосомы в 1-5 и более клетках.

Морфология поверхности и строение хориона изучали на изображениях, полученных с помощью электронного сканирующего микроскопа ^М-840 при увеличении х3000, х4000.

Результаты и обсуждение

Кариология. Для артемии показано, что бисексуальные виды являются диплоидами с основным числом 21, за исключением А. регвітШв, гаплоидное число у которого равно 22 хромосомам. Для партеногенетических популяций характерна полиплоидия - редкий для царства животных феномен. Партеноге-нетические популяции имеют 42, 63, 84, 105 хромосом. Популяции часто гетероплоидны,

а особи миксоплоидны. Анеуплоидия, по крайней мере, на первой личиночной стадии, довольно обычный факт [4, 5, 6].

В нашем исследовании мы также установили широкий спектр чисел хромосом в клетках артемии - от гаплоидного до пентаплоид-ного. Причем часто с повышением уровня плоидности особи представляли собой миксо-плоиды с двумя-тремя и более наборами хромосом. Таких науплиусов трудно было отнести к какому-либо классу по плоидности клеток, что затрудняло анализ популяций артемии на организменном уровне. Поэтому мы объединили все клетки изученных науплиусов и проанализировали популяции клеток из различных озер, как это сделано в работе Ю.А. Митрофанова с соавторами [6]. Результаты этого анализа приведены в таблице. Хромосомы артемии мелкие, и достаточно трудно точно определить отклонение чисел на 1-2 хромосомы. По этой причине уклоняющиеся варианты объединили с числами хромосом, кратными основному числу. В таблице также приведены границы многолетних колебаний минерализации воды и тип засоления [7].

В структуре клеточных популяций, полученных из цист оз. Кулундинское, преобладало диплоидное число хромосом, незначительная доля клеток имела число хромосом меньше чем 42 в образце 2002 г. и несколько шире спектр уклоняющихся от диплоидного чисел хромосом в образце 2003 г. Структура клеточной популя-

ции, полученной из цист оз. Эбейты, была сходна по своим параметрам с последней.

Науплиусы, полученные из цист оз. Большое Яровое, имели только половину клеток с диплоидным набором хромосом. Значительную долю составили клетки с числом хромосом 36, а среди полиплоидных встречались 54- и 72-хромосомные клетки. Это позволяет предположить существование в оз. Большое Яровое кроме клонов с основным числом 21, клона с основным числом 18.

В озерах с высоким уровнем минерализации - Малое Яровое и Кучукское - установлен широкий спектр хромосомных чисел. Клеточные популяции характеризуются высокой долей полиплоидов. В оз. Кучукское число их преобладает над диплоидами. В этих озерах встречались клетки с пентаплоидным набором хромосом (105). Линейный коэффициент корреляции между уровнем минерализации и процентной долей полиплоидов составил г = 64,4, что указывает на несомненную взаимосвязь признаков. Значение коэффициента корреляции, по-видимому, лишь приблизительно характеризует эту взаимосвязь, так как взяты усредненные значения минерализации воды. Повышение уровня плоидности и кариотипического разнообразия в популяциях клеток, по-видимому, является механизмом адаптации артемии к комплексу экстремальных факторов обитания, связанных с высоким засолением (вязкость среды, температура, количество растворенного кислорода, состава и количества пищи).

Таблица

Распределение клеток по числу хромосом у науплиусов артемии в различных местах обитания, %

Озеро Соленость, г/л, тип засоления Год сбора цист Число х эомосом

21 36 42 63 84 105

Кулундинское 40-132 хлоридный 2002 0 2,4 97,6 0 0 0

2003 2,1 0,7 93 2,1 2,1 0

Эбейты 150-229 сульфатный 2003 0 0,7 92,6 0 6,7 0

Большое Яровое 135-204 хлоридный 2003 7,2 23,4 57,7 10,8 0,9 0

Малое Яровое 202-280 хлоридный 2006 4,6 5,4 73,7 13,2 2,3 0,8

Кучукское 216-320 хлоридный 2006 2,0 0 21,0 20,0 51,0 6,0

б

а

в г

Рис. Поверхности оболочки цист (сканирующая электронная микроскопия): 5732 - 1-й тип; 5717 и 5720 - 2-й тип; 3915 - 3-й тип

Морфология поверхности хориона цист. Изучена поверхность оболочки цист артемии из всех исследованных озер, за исключением оз. Эбейты. Топографию поверхности оболочки цист можно разделить на три типа:

1) почти гладкая ровная поверхность (рис.

а);

2) шероховатая поверхность с близко расположенными округлыми разной

величины несливающимися бугорками (рис.

б, в);

3) поверхность, выпуклости на которой -удлиненные и изогнутые, образуют причудливый рисунок (рис. г).

Аналогичная работа была выполнена китайскими исследователями. Были изучена поверхность цист из семи озер [8]. Авторам удалось классифицировать морфологию поверхности шестью типами, два из которых совпадают по рисунку представленными нами типами 1 и 2. Описанный нами тип 3 не встречается в образцах из китайских озер. Этот тип поверхности характерен только для цист оз. Кучукского, тогда как 1-й и 2-й типы встречаются во всех остальных изученных озерах. Частоту встречаемости того или ино-

го типа поверхности хориона цист в различных озерах в зависимости от комплекса абиотических факторов предстоит установить в будущем.

Заключение

Проведено первое для региона популяционное исследование изменчивости чисел хромосом у науплиусов и топографии поверхности хориона цист в зависимости от условий обитания артемии. Показано, что с повышением общей минерализации воды увеличивается частота полиплоидных клеток у рачков. В популяции, обитающей в оз. Большое Яровое, установлен клон с новым для артемии основным числом хромосом х = 18. Выделено три типа поверхности оболочки цист. Изученные признаки могут быть использованы для характеристики отдельных рас артемии, населяющих гипергалинные озера Западной Сибири с различным уровнем минерализации и ионным составом рапы.

Библиографический список

1. Соловов В. П. Триады малого гидрокос-ма. Артемия, гаммарус и другие обитатели

сибирских водоемов / В.П. Соловов. Новосибирск: Наука, 2003. 174 с.

2. Triantaphyllidis G.V. International Study on

Artemia XL 9. Salinity effects on survival, maturity, growth, biometrics, reproductive and lifespan characteristics of a bisexual and a parthenogenetic population of Artemia / G.V. Triantaphyllidis, K. Poulopoulou,

T.J. Abatzopoulos et. al. // Hydrobiologia. 1995. Т. 302. P. 215-227.

3. Triantaphyllidis G.V. International Study on

Artemia L4. Morphological study of Artemia with emphasis to Old World strains. 2. Parthenogenetic populations /

G.V. Triantaphyllidis, R.J. Criel, T.J. Abatzopoulos, P. Sorgeloos // Hydrobiologia. 1997. Т. 357. P. 155-163.

4. Barigozzi C. Artemia: A survey of its significance in genetic problems / C. Bari-gozzi // Evolutionary Biology. 1974. № 7. C. 221-251.

5. Митрофанов Ю.А. Кариотип Artemia salina / Ю.А. Митрофанов, В.В. Отрадова,

А. А. Вальвач // Цитология. 197б.

Т. 18. № 2. С. 233-237.

6. Митрофанов Ю.А. Число хромосом и

кариотипы некоторых популяций Artemia salina / Ю.А. Митрофанов, Ю.А. Ивановский, Л.Н. Лесникова, А.М. Макарычева // Цитология и генетика. 1982. № 4.

С. 11-14.

7. Литвиненко Л.И. Биогеография и характеристика природных мест обитания сибирской артемии / Л.И. Литвиненко, А.И. Литвиненко, В.П. Соловов, Л.С. Визер, Л.В. Веснина, Т.Л. Ясюченя // Биоразнообразие артемии в странах СНГ: современное состояние ее запасов и их использование: матер. Между-нар. науч.-исследов. семинара (17-19 июля 2002 г., г. Москва). Тюмень, 2004. С. 3-28.

8. Sufeng Wang, Shichun Sun Compa-rative observations on the cyst shells of seven Artemia streins from China // Wiley InterSience Journal. 2007. V. 70. I. 8. P. бб3-б70.

+ + +

УДК 54:б3:б31.95 В.А. Шин,

В.В. Рудченко, Л.П. Кожевина

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Познание окислительно-восстановительных процессов чрезвычайно важно вследствие их значительной практической роли, так как большинство явлений природы и жизнедеятельности организма (прежде всего, дыхание и пищеварение) обусловлены реакциями окисления и восстановления. С их помощью клетки организма удовлетворяют свои энергетические потребности, поскольку при окислении органических веществ происходит высвобождение энергии, необходимой не только для работы мышечных и нервных тканей, но и для синтеза новых химических компонентов протоплазмы.

При разработке рациональных режимов кормления животных целесообразно введение однодневного голодания, так как пост ускоряет окислительно-восстанови-тельные реакции обмена, синтез белка в печени [1]. В

качестве консерванта кормов неоценима роль муравьиной кислоты, которая предотвращает процессы гниения и, являясь восстановителем, не нуждается в добавках -ингибиторах цепных реакций свободнорадикального окисления органических соединений. В бассейны при разведении рыбы следует добавлять окислители (перманганат калия или перекись водорода) для превращения Ре+2, выделяемого из железобетона и накапливающегося в жабрах рыб, в Ре+3, так как под действием Ре+2 происходит свободнорадикальное окисление липидов, сопровождающееся гибелью рыб [2]. Многообразие и значимость процессов окисления-восстановления в жизнедеятельности биологических объектов обусловливает необходимость всестороннего изучения механизма данного явления.