CC BY
51
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: bolon-zap@mail.ru
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
