Научная статья на тему 'Селен в гидробионтах водно-болотных угодий бассейна реки Амур'

Селен в гидробионтах водно-болотных угодий бассейна реки Амур Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
172
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕЛЕН / ГИДРОБИОНТЫ / МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ / ВОДНО-БОЛОТНЫЕ УГОДЬЯ / SELENIUM / HYDROBIONTS / MASS SPECTROMETRY / WETLANDS

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Никитина Ирина Александровна

Определено содержание селена в органах и тканях карася серебряного индикаторного вида ихтиофауны водно-болотных угодий бассейна р. Амур и в одном из видов пресноводных моллюсков. Первичные данные содержания селена в гидробионтах и природных водах этого района указывают на низкий селеновый статус водно-болотных экосистем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Никитина Ирина Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SELENIUM IN HYDROBIONTS OF WETLANDS OF AMUR RIVER BASIN

The content of selenium in organs tissues of silver crucian an indicator type of fish fauna of wetlands of Amur river basin and in one of kinds of fresh-water mollusks is defined. Primary data of selenium contents in hydrobionts and natural waters of this area indicate the low selenic status of wetlands ecosystems.

Текст научной работы на тему «Селен в гидробионтах водно-болотных угодий бассейна реки Амур»

УДК574: [52+24]

СЕЛЕН В ГИДРОБИОНТАХ ВОДНО-БОЛОТНЫХ УГОДИЙ

БАССЕЙНА РЕКИ АМУР

© 2014 И.А. Никитина

Государственный заповедник «Болоньский»

Поступила в редакцию 30.04.2014

Определено содержание селена в органах и тканях карася серебряного - индикаторного вида ихтиофауны водно-болотных угодий бассейна р. Амур и в одном из видов пресноводных моллюсков. Первичные данные содержания селена в гидробионтах и природных водах этого района указывают на низкий селеновый статус водно-болотных экосистем.

Ключевые слова: селен, гидробионты, масс-спектрометрия, водно-болотные угодья

Вводная часть и новизна. Интерес к селену в последние десятилетия возрос в связи с подходом в его оценке как важного элемента, обладающего карциностатическим и радиопротекторными свойствами. Этот микроэлемент, являясь условно токсичным, в тоже время включен в число биологически активных (эссенци-альных) элементов [1] и является одним из важнейших компонентов антиоксидантной защиты организма человека и животных от свободных радикалов. У рыб, имеющих большее разнообразие селеносодержащих белков, чем у наземных организмов [12], селен стимулирует синтез гормонов и выполняет совместно с йодом антистрессовые функции. Отмечается высокая степень аккумуляции микроэлемента в мышечной массе рыб по сравнению с наземными животными. С другой стороны присутствие селена в воде в больших количествах представляет опасность в связи с его биоаккумуляцией в разных звеньях пищевых цепей и возникновением в дальнейшем репродуктивных нарушений у рыб и водных птиц. Антропогенными источниками поступления селена в водную среду являются, прежде всего, процессы сгорания ископаемого топлива, сельскохозяйственная ирригация, горнодобывающая промышленность и другие. Исследователями отмечена дискретность распределения селена в биосфере, выделяются континентальные участки Se-дефицита. В России селеновая недостаточность проявляется, например, в зоне Нечерноземья. Ее связывают с интенсивным выносом селена из супесчаных и интенсивно культивируемых почв и аккумулированием его на различных барьерах (торфяники, глинистые почвы,

Никитина Ирина Александровна, заместитель директора по научной работе. E-mail: [email protected]

почвы с преобладанием восстановительных условий). Кроме того, в современный период развития биосферы существуют общие тенденции уменьшения аккумулирования этого микроэлемента живым веществом [4].

Данных по содержанию селена в водных объектах дальневосточного региона крайне мало. Распределение и накопление селена в гидро-бионтах естественных пресноводных экосистем, какими являются водно-болотные угодья (ВБУ) «Болонь» в бассейне р. Амур, вызывает интерес, прежде всего, в связи с тем, что этот район выполняет функцию важнейших кормовых стаций водоплавающих птиц на миграционных путях и промысловых рыб Амурского ихтиокомплекса.

Цель исследования: оценка содержания селена в органах и тканях серебряного карася (Carassius auratus gibelio), одного из основных промысловых видов рыб в бассейне Амура и индикаторного вида ихтиофауны ВБУ «Болонь», на территории которых расположен заповедник «Болоньский».

При проведении исследований решались задачи по определению уровней содержания и выявлению особенностей распределения селена в органах и тканях карася серебряного, а также в одном из видов пресноводных брюхоногих моллюсков (сем. Viviparidae). Проводилось сравнение уровней накопления селена в мышечных тканях серебряного карася и моллюсков из различных мест обитания, характеризующихся различным селеновым статусом.

Методика исследования. Образцы серебряного карася отбирали в 2009-2012 гг. в нескольких точках водных объектов заповедника «Болоньский», в изолированном оз. Волна, в основном русле р. Амур (рис. 1), сериями не менее 5 экземпляров рыб, в пруде-аэраторе г. Амурска (выловлены 3 экз.). На анализ отбирались ткани

и органы, контактирующие с водной средой -чешуя и жабры, мышечная ткань и органы выведения - почки и печень. У моллюсков, отобранных в устье р. Симми, были отобраны мягкие ткани без разделения. Образцы тканей и органов

гидробионтов замораживали и хранили до проведения анализов при температуре -12°С. В основных точках исследования также были отобраны пробы природных вод.

Рис. 1. Схема отбора образцов карася серебряного и проб воды

Определение селена в пробах проводили в лаборатории Хабаровского информационно-аналитического центра ИТиГ ДВО РАН методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на ICP MS фирмы Perkin Elmer (США). Пробоподготовку мягких тканей рыбы и моллюсков выполняли способом [9], который основан на полном разрушении органического вещества пробы при нагревании с азотной концентрированной кислотой с добавлением перекиси водорода. Подготовку проб природных вод проводили с использованием систем микроволновой пробоподготовки для разрушения ме-таллоорганических комплексов. Обработку результатов выполнили при помощи программы

Stat Plus 2007.

Анализ и обобщение полученных данных. Накопление тяжелых металлов в организмах гидробионтов определяется сложными процессами их поглощения, распределения, деток-сикации и выведения, поэтому наблюдаются значительные различия содержания их в органах и тканях рыб одного вида, что связано с различными условиями обитания, особенностями питания и метаболизма.Результаты содержания селена в органах и тканях карася серебряного из всех точек исследования в зимне-весенний, весенний и летний периоды 2009-2012 гг. представлены в табл. 1.

Таблица 1. Концентрации селена в карасе серебряном

Место отбора проб Период лова Число особей n Концентрации селена в органах и тканях, х±8 / xmin - xmax мкг/кг сырой массы

печень почки мышцы жабры чешуя

ВБУ(р. Симми) февраль 5 53,8±27,9 34,4-94,8 20,1±10,0 3,7-45,2 9,0±2,0 6,1-10,2 66,3±27,7 41,8-105,6 36,9±12,4 25,0-54,3

май 28 236.9±169.9 15,5-807,1 285,0±179,5 8,9-81,1 61,2±2,8 7,4-129,4 146,6±46,6 56,8-237,7 118,6±47,3 38,6-35,2

июнь 21 285,1±91,9 126,8-442,4 387,1±113,8 201,2-677 72,5±9,5 7,8-114,6 156,0±9,7 88,7-210,3 114,6±45,7 29,9-167,5

оз. Волна июнь 7 372,8±75,3 292,1-481,9 266,6±159,3 124,6-505,0 108,3±34,6 56,1-155,5 185,9±57,3 111,4-71,5 147,6±18,0 120,0-67,5

р.Амур (с.Ачан) март 5 67,4±7,1 62,4-72,4 197,4±149 111,3-369,6 95,7±34,4 71,3-120 153,5±6,7 148,7-158,2 97,5±31,2 75,4-119,5

пруд- аэратор Амурск июнь 3 585,0±25,5 567,0-603,0 590,3±40,3 561,8-618,8 62,8±3,5 60,3-65,2 137,4±49,4 102,5-172,3 109,6±9,1 103,2-116,0

Примечание: S - стандартное отклонение, xmin - xmax - диапазон концентраций

Рыбы накапливают селен, прежде всего, через пищевую цепь [12], хотя при низких концентрациях его в воде очень интенсивно идет поступление селена через жабры. Уровень концентраций селена в жабрах карася серебряного во всех точках исследований выше, чем в мышечной ткани в среднем в 1,9 раз. Максимальное накопление селена наблюдается в печени и почках карасей, в 3,3 раза выше, чем в мышцах, за исключением зимнего и ранневесеннего периодов, когда при пониженных температурах водной среды замедляется скорость ферментативных реакций, а в результате и общая интенсивность обмена веществ [10]. Надо отметить, что минимальные концентрации селена во всех органах отмечены у карася, выловленного в феврале в зимовальной яме р. Симми ВБУ, где условия зимовки сопровождаются очень низким содержанием кислорода. В этих образцах максимальные уровни селена зафиксированы в жабрах, что подтверждает основное поступление этого элемента через жабры в процессе дыхания [13] в зимний период. По способности аккумулировать селен исследованные ткани и органы

карася в летний период можно расположить в следующий ряд: почки > печень > жабры > чешуя > мышцы. Данные по содержанию селена в карасе из пруда-аэратора ЦКК согласуются с общими закономерностями распределения элемента, хотя более высокий уровень концентраций в органах экскреции говорит о большей антропогенной нагрузке на гидробионты этого водоема.

Для оценки содержания селена в отдельных звеньях пищевых цепей околоводной фауны ВБУ исследован также один из видов пресноводных брюхоногих моллюсков (сем. Vivipa-ridae). Уровень содержания селена в тканях моллюсков несколько выше, чем в мышечных тканях карася, однако полученные коэффициенты накопления селена гидробионтами по отношению к содержанию в природной воде близки: 712 и 694 соответственно. Сравнение полученных результатов с данными содержания селена в мышечной ткани пресноводных гидробионтов других районов (табл. 2) указывает на низкий уровень его в карасе серебряном ВБУ.

Таблица 2. Содержание селена в мышечной ткани гидробионтов

Гидробионты Селен, мкг/кг сырой массы (n)

x±S xmin-xmax

карась серебряный (Carassius auratus gibelio) ВБУ «Болонь» 85±20 (61) 7 - 156

карась серебристый (Carassius auratus) Каспийское море [2] 184±53 (13) 73 - 293

моллюски (сем. Viviparidae) р. Симми ВБУ «Болонь» 93±56 (11) 44 - 242

моллюски, Северный Каспий [2] 349±19 -

лещ (Abramis) р. Волга [3] - 121 - 253

Показательными являются высокие уровни накопления селена морскими гидробионтами. Так, в рыбах у берегов Австралии и Канады -наиболее богатых селеном районов, содержание его составляет от 3 до 19 мкг/г сух. массы. Отмечен уровень накопления селена в рыбах Японского моря от 1,5 до 2,2 мкг/г [6], а также в водорослях и морской траве от 350 до 900 мкг 8е/г сух. массы [8], что коррелирует с уровнем накопления его в донных отложениях прибрежных районов [11]. Низкое содержание селена в мышечной ткани карася серебряного ВБУ «Бо-лонь» согласуется с низкими концентрациями его в пробах воды р. Симми и оз. Болонь бассейна р. Амур. Средняя концентрация селена в природной воде этих объектов составляла в период исследований 0,134±0,049 мкг/л, диапазон концентраций: 0,085-0,236 мкг/л, при коэффициенте вариации 0,37. Результаты согласуются с данными по интервалу содержания селена в

поверхностных водах 0,06-400 мкг/л [13, 14], но свидетельствуют о низком селеновом статусе водных объектов ВБУ. Уровень селена в морской воде значительно выше, так, в воде Каспийского моря - 0,490 мкг/л [5], что предопределяет более высокие уровни этого элемента в морских гидробионтах.

Принято считать, что селен в поверхностных водах, как и другие рассеянные элементы, связывается органическим веществом. Воды оз. Болонь характеризуются высоким содержанием органического вещества (С орг. 10-12 мг С/л) как автохтонного, так и аллохтонного характера, причем доля гумусовых кислот в воде оз. Болонь достигает (60% С) [7]. Полученные соотношения концентраций селена в фильтрованных и нефильтрованных пробах воды 1:1,5 соответственно, говорят о миграции элемента в водной среде преимущественно (67%) в растворенной форме.

Выводы: результаты проведенного исследования впервые дают картину распределения селена в органах и тканях серебряного карася, а также во внутренних органах пресноводных моллюсков ВБУ р. Амур. Максимальные концентрации селена отмечены в органах выведения. Из выявленных закономерностей надо отметить сезонные колебания уровней микроэлемента в органах и тканях серебряного карася, а также низкий уровень концентраций селена в мышечной ткани гидробионтов по сравнению с данными из других регионов. Гидробионты водно-болотных угодий «Болонь» бассейна р. Амур в целом обеднены селеном, что, наиболее вероятно, связано с низкими концентрациями селена в водной среде обитания. Данные содержания элемента-антиоксиданта в одном из основных промысловых видов рыб могут быть использованы для пополнения базы данных концентраций селена в гидробионтах и корректировки системы питания населения прибрежных сел и городов бассейна р. Амур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Авцын, А.П. Микроэлементозы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, МА. Риш, Л.С. Строчкова. - М.: Медицина, 1991. 496 с.

2. Голубкина, НА. Накопление селена в водных организмах Каспийского моря / Н.А. Голубкина, А.А. Жилкин, В. Ф. Зайцев, Е. С. Спиридонова // Вестник АГТУ. Сер. Рыбное хозяйство. 2012. № 1. С. 129132.

3. Голубкина, НА. Характеристика пищевой цепи переноса селена в условиях Чувашии / Н.А. Голубкина, Д.В. Широков // Микроэлементы в медицине. 2003. Т.4, №2. С. 11-15.

4. Ермаков, В.В. Роль биогеохимии в развитии концепции микроэлементозов / В.В. Ермаков, Ю.В. Ковальский // Биогеохимия и биохимия микроэлементов в условиях техногенеза биосферы. Мат. VIII межд. биогеохим. школы. - М.: ГЕОХИ РАН, 2013. С. 6-12.

5. Ермаков, В.В. Биологическое значение селена / В.В. Ермаков, В.В. Ковальский. - М.: Наука, 1974. 300 с.

6. Ковековдова, Л. Т. Мышьяк и селен в промысловых гидробионтах прибрежных акваторий Приморья / Л.Т. Ковековдова, Н.В. Иваненко, М.В. Симоконь, В.В. Щеглов // Известия ТИНРО. 2001. Т. 129. С. 211-216.

7. Левшина, С.И.Органическое вещество поверхностных вод бассейна Среднего и Нижнего Амура. - Владивосток: Дальнаука, 2010. 145 с.

8. Лукьянова, О.Н. Селен в морских организмах / О.Н. Лукьянова, Л.Т. Ковековдова, Н.Э. Струппуль, Н.В. Иваненко. - Владивосток: ТИНРО-Центр, 2006. 151 с.

9. МУК 4.1.1483-03. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратов и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора, 2003. 22 с.

10. Немова, Н.Н. Биохимическая индикация состояния рыб / Н.Н. Немова, Р. У. Высоцкая; отв. ред. М.И. Шатуновский; Ин-т биологии КарНЦ РАН. - М.: Наука, 2004. 215 с.

11. Струппуль, Н.Э. Аккумуляция селена гидробион-тами Японского моря в естественных и экспериментальных условиях: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Владивосток, 2003. 24 с.

12. Janz, D.M. Selenium in Homeostasis and Toxicology of Essential Metals // Fish Physiology. 2012. Vol. 314. P. 327-374.

13. Lemly, A.D. A protocol for aquatic hazard assessment of selenium // Ecotoxicol. and Environ. Safety. 1995. Vol. 32, №3. P. 280-288.

14. Selenium in Drinking-water. Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. - World Health Organization, 2011. 22 p.

SELENIUM IN HYDROBIONTS OF WETLANDS OF AMUR RIVER BASIN

© 2014 I.A. Nikitina National Park "Bolonskiy"

The content of selenium in organs tissues of silver crucian - an indicator type of fish fauna of wetlands of Amur river basin and in one of kinds of fresh-water mollusks is defined. Primary data of selenium contents in hydrobionts and natural waters of this area indicate the low selenic status of wetlands ecosystems.

Key words: selenium, hydrobionts, mass spectrometry, wetlands

Irina Nikitina, Deputy Director on Scientific Work. E-mail: bolon-zap@mail. ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.