CC BY
46
Вестник Челябинского государственного университета. 2010. № 8 (189). Экология. Природопользование. Вып. 4. С. 59-62.
Е. А. Галатова
сравнительная характеристика содержания экотоксикантов в репродуктивных органах рыб семейства РЕЫСГОАЕ, СУРКШГОАЕ, ЕвОСГОАЕ, вШЖГОАЕ
(на примере реки Уй)
Изучено содержание тяжёлых металлов в гонадах рыб семейства окуневые, карповые, щуковые, сомовые. Сравнительный анализ элементного состава в плавниках рыб показал неравномерное распределение химических элементов и накопление экотоксикантов у представителей различных семейств.
Ключевые слова: вода, рыбы, гонады, экотоксиканты.
Экологические проблемы являются лимитирующим фактором и одним из основных условий развивающейся цивилизации. Темпы изменений в окружающей среде столь велики и стремительны, что опережают научно-технические знания и существующие возможности оценивать и осмысливать сложившуюся ситуацию.
Практика свидетельствует о том, что со строительством крупных предприятий тяжёлой и цветной металлургии, энергетики, животноводческих и птицеводческих комплексов и ферм произошло резкое увеличение нагрузки на природную среду, как в зоне деятельности предприятий, так и на значительном расстоянии от последних [2]. Повсеместно наиболее опасными загрязнителями окружающей среды признаны соединения химической природы, в том числе и тяжёлые металлы [1; 4; 6-7; 12].
Тяжёлые металлы (свинец, кадмий, никель, цинк, медь и другие) обладают выраженной мутагенной и канцерогенной активностью. Попав в водоём или реку, металл-токсикант распределяется между компонентами этой экосистемы: растворяется в воде, сорбируется и аккумулируется фитопланктоном, удерживается донными отложениями, находится в адсорбированной форме на частицах взвеси [10].
Экстенсивное развитие хозяйства привело к тому, что качество воды большинства природных источников в настоящее время уже не соответствует нормативным требованиям [9]. Особенно это касается региона Южного Урала, в котором по гидрохимическому состоянию поверхностных вод Челябинская область относится к наиболее напряжённой группе территорий Российской Федерации.
Известно, что даже в одной рыбоводной зоне наблюдается различная обеспеченность микро-
элементами грунтов, вод и организмов гидроби-онтов. Тесно связанные со средой обитания водные организмы поглощают из неё доступные химические элементы, дающие растворимые соединения, или активно превращают нерастворимые в доступные соединения. При этом в пищевых цепях водоёмов происходят одновременно два процесса: уменьшение количества одних элементов и концентрация в отдельных звеньях цепей — других.
Микроэлементы в водных экосистемах являются регуляторами метаболизма организмов гидробионтов, и недостаток их в звеньях пищевых цепей тормозит процессы превращения материи, уменьшает интенсивность фотосинтеза, что, безусловно, отрицательно влияет на рыбопродуктивность водоёмов [8].
Содержание микроэлементов: кобальта, никеля, марганца, меди и цинка и др.— наряду с биогенными элементами, существенно влияет на развитие в водоёмах живых организмов, особенно растительных, являющихся первым звеном в цепи органической жизни.
Для микроэлементов наиболее характерна высокая биологическая активность, то есть способность в малых дозах оказывать сильное биохимическое действие. Недостаток или избыток микроэлементов приводит к патологии в развитии, к отравлениям организма и нередко к гибели. Источником поступления микроэлементов в организм рыб является вода, растительность, естественный и искусственный корм. Концентрация микроэлементов в воде зависит от их формы в донных отложениях.
Следует отметить, что такие микроэлементы, как марганец, медь, цинк, молибден, кобальт, находятся в илах преимущественно в труднорастворимых соединениях. Растворимость этих
соединений зависит от гидрохимического режима водоёма и, в частности, от количества кислорода, рН и других факторов. От концентрации кислорода в воде зависит жизнедеятельность рыб. При уменьшении его содержания снижается интенсивность питания и использования пищи на рост, в результате чего замедляется рост рыбы. Только подвижные формы микроэлементов усваиваются фито- и зоопланктоном, бентосом и, в конечном счёте, рыбой.
В связи с тем что распределение металлов в организме рыб зависит от геохимии среды обитания, функционального состояния организма и характера пищевых цепей водоёмов, объединённых в единую систему миграции элементов растительного и животного мира конкретных регионов, выявление особенностей накопления и распределения тяжёлых металлов в организме рыб вызывает несомненный интерес. Рыбы, являясь ключевыми видами гидроби-онтов и выступая, как правило, в качестве одного из последних звеньев в трофических цепях, обладают способностью накапливать сверхкри-тические концентрации загрязняющих веществ [3-5; 12].
методика и условия проведения исследований. Исследования посвящены изучению степени загрязнённости природных вод промышленными экотоксикантами. Отдельным фрагментом работы явилось определение содержания тяжёлых металлов в гонадах рыб р. Уй, отбор которых проводился в её среднем течении по территории г. Троицка Челябинской области. С учётом вышеизложенного, наряду с определением органолептических и гидрохимических показателей речной воды, содержания тяжёлых металлов в донных отложениях и водорослях, было проведено изучение распределения тяжёлых металлов в гонадах рыб четырёх семейств. Для анализа были выбраны следующие семейства рыб: окуневые — род окунь (P. fluviatilis Linne, 1758); род ёрш (G. cernua Linne, 1758); род судак — (S. Lucioperca Smitt, 1893); (Percidae); карповые — род плотва (Rutilus rutilus Linnaeus, 1758); род пескарь — (Gobio gobio Linnaeus, 1758), род верхова — (Leucaspius Heckel et Kner, 1858); щу-ковые — род щука (E. Lucius Linne, 1978); сомовые — род сом (Silurus glanis Linnaeus, 1758).
Концентрация тяжёлых металлов в подготовленных пробах определялась методом атомной абсорбции при атомизации в пламени и контролируемом температурном режиме (атомно-аб-
сорбционный спектрофотометр ААS-30, ГОСТ 26929-94). Всего было отобрано 80 проб рыбы.
Результаты исследований. Результаты исследований и их анализ показали, что максимальная аккумуляция цинка была выявлена в гонадах у рыб семейства карповые и щуко-вые, составившая у пескаря 22,80±0,25 мг/кг, а у щуки — 30,73±0,14 мг/кг (таблица). Низкое содержание цинка в гонадах отмечено у судака — 6,39±0,03 мг/кг, что в 4,8 раза меньше, чем у рода щуки (Esocidae) — 30,73±0,14 мг/кг (Р<0,001). Сравнение с допустимыми остаточными концентрациями (ДОК) не выявило достоверных различий.
Наибольший уровень накопления железа отмечен в гонадах верховки (34,55±0,19 мг/кг), что превысило ДОК в 1,15 раза. Самое низкое содержание железа наблюдалось у рыб семейства сомовые. Так, у сома этот показатель составил 5,63±0,01 мг/кг, а у щуки содержание железа в сравнении с сомом, было в 1,86 раза больше.
Аналогичная закономерность прослеживалась у рыб семейства карповые. Так, у верховки содержание железа было больше в 1,76 и 2,34 раза в сравнении с пескарем (19,62±0,25 мг/кг) и плотвой (14,71±0,59 мг/кг) (Р<0,001). Кроме того наблюдается превышение ДОК в гонадах у верховки на 115 %.
У рыб семейства окуневые содержание железа в гонадах находилось практически на одном уровне и составило 19,05±0,05 мг/кг (окунь), 18,58±0,19 мг/кг (ёрш) и 18,40±0,07 мг/кг (судак).
Самая высокая концентрация меди в гонадах изучаемых рыб установлена у рыб семейства карповые (род пескарь), составившая 0,21±0,01 мг/ кг. У ерша и верховки содержание меди в гонадах составило 0,16±0,01 мг/кг и 0,15±0,01 мг/ кг соответственно. Самая низкая концентрация меди наблюдалась у судака и сома, составившая 0,05±0,01; 0,06±0,01 мг/кг соответственно, что в 4,2 раза больше, чем у пескаря (0,21±0,01 мг/кг).
У представителей семейства карповые максимальное содержание марганца было выявлено в гонадах у верховки, составившее 10,18±0,01 мг/ кг. У плотвы содержание марганца находилось на уровне 4,98±0,03 мг/кг, а у пескаря — 3,72±0,22 мг/кг. Важно отметить и то, что достоверно отличались между собой по содержанию марганца в гонадах представители семейства сомовые (8,06±0,07мг/кг — у сома); окуневые (5,65±0,11 мг/кг — у окуня и 4,14±0,02 мг/кг — у ерша).
Содержание тяжёлых металлов в гонадах рыб, мг/кг сухого вещества (п = 5)
ДОК тяжелых металлов Окуневые Карповые Щуковые Сомовые
Окунь Ёрш Судак Плотва Пескарь Верховка Щука Сом
Zn 40* 19,01±0,17 19,44±0,04 6,39±0,03*** 24,55±0,66 22,80±0,25 21,80±0,40 30,73±0,14 19,22±0,02
Fe 30 19,05±0,05 18,58±0,19 18,4±0,07 14,71±0,59** 19,62±0,25*** 34,55±0,19 10,52±0,32 5,63±0,01***
Си 10 0,16±0,01 0,16±0,01 0,05±0,01 0,06±0,01 0,21±0,01 0,15±0,01 0,06±0,01 0,06±0,11
Со 0,5 0,13±0,01 0,10±0,01 0,15±0,01 0,10±0,01 0,20±0,01 0,18±0,01 0,15±0,01 0,15±0,01
РЬ 1 0,05±0,01 0,14±0,02 0,13±0,03 0,12±0,05 0,28±0,05 0,30±0,01 0,30±0,01 0,32±0,02
Мп 10 5,65±0,11*** 4,14±0,02*** 1,56±0,01*** 4,98±0,03*** 3,72±0,22*** 10,18±0,01 0,84±0,01 8,06±0,07
Cd 0,2 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01
№ 0,5 0,15±0,05 0,15±0,01 0,07±0,01 0,11±0,02 0,07±0,01 0,08±0,01 0,06±0,01 0,07±0,01
Mg 40,25±0,09 32,55±0,02 40,10±0,04 40,30±0,09 33,51±0,41 30,60±0,25 40,58±0,02 35,19±1,07
Примечание: * Р<0,05; ** Р<0,01; *** Р<0,0001.
Таким образом, цинк, железо, марганец и медь имеют сходные тенденции распределения в жизненно важных органах и тканях верховки. Кроме того, эти элементы активнее концентрируются преимущественно гонадами. Вероятно, что накопление меди, как и цинка, гонадами связано с присутствием в этих органах высокоактивных комплексов, содержащих медь и цинк, необходимых для нормального созревания половых продуктов дальнейшего эмбриогенеза [6].
Из данных таблицы видно, что накопление кобальта в гонадах рыб всех изучаемых семейств также имело различия. Наиболее высокое содержание кобальта отмечено в гонадах у рыб семейства карповые, составившее 0,20±0,01 мг/кг — у пескаря и 0,18±0,01 мг/кг — у верховки и находящееся на уровне допустимых концентраций. Наибольшее содержание свинца в гонадах было выявлено у рыб семейства сомовые и щуковые: у верховки и щуки — 0,30±0,01 мг/кг, у сома — 0,32±0,02 мг/кг. При этом у пескаря и верховки из семейства карповые содержание свинца в гонадах составило 0,28±0,05 мг/кг и 0,30±0,01 мг/ кг соответственно. Так, у плотвы из этого изучаемого семейства показатель был ниже в среднем в 2,42 раза в сравнении с пескарём и верховкой, хотя и не выявлено статистически достоверных различий.
У окуня концентрация свинца составила
0,05±0,01 мг/кг и оказалась в среднем в 2,7 раза ниже, чем у других представителей этого семейства. Необходимо отметить, что у рыб всех изучаемых семейств установлено наличие кадмия в гонадах, составившее в среднем 0,05±0,01 мг/ кг, что не превысило рекомендуемого уровня допустимых остаточных концентраций.
Высокое содержание никеля в гонадах было установлено у окуня и ерша, составившее в среднем 0,15±0,01 мг/кг. Минимальное содержание никеля отмечено у рыб семейства щуковые (род щука), которое составило 0,06±0,01 мг/кг и соответствовало допустимым концентрациям. Однако следует отметить, что этот показатель в 2,5 раза был ниже в сравнении с представителями семейства окуневые (Р<0,01).
Выводы. 1. Определение содержания тяжёлых металлов в гонадах рыб показало, что в наибольшей концентрации выявлены те элементы, которые являются типичными экотоксикантами, обладающими канцерогенными и мутагенными свойствами.
2. Изучение накопления и распределения экотоксикантов в гонадах рыб изучаемых семейств показало неравномерность его содержания, что, обусловлено, вероятно, в значительной степени межвидовыми различиями.
Список литературы
1. Алимов, А. Ф. Основные положения теории функционирования водных экосистем / А. Ф. Алимов // Гидробиол. журн. 1990. Т. 26, № 6. С. 3-12.
2. Асонов, А. М. Водоохранные системы в сельском хозяйстве / А. М. Асонов, О. Р. Ильясов. Екатеринбург : УрГУПС, 2003. 156 с.
3. Берман, Ш. А. Микроэлементы в организме рыб и птиц / Ш. А. Берман, И. К. Гозит. Рига, 1968. С. 5-18.
4. Бессонов, Н. М. Рыбохозяйственная гидрохимия / Н. М. Бессонов, Ю. А. Привезенцев. М. : Агропромиздат, 1987. 159 с.
5. Большаков, В. Н. Экологический подход к проблемам развития крупного промышленного
региона (на примере Урала) / В. Н. Большаков // Продовольственная безопасность - XXI век: Эко-лого-экономические аспекты : сб. науч. тр. Челябинск : УрГСХА, 2000. Т. 1. С. 29-45.
6. Воробьёв, В. И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве / В. И. Воробьёв. М. : Пищевая пром-сть, 1979. 183 с.
7. Кощелев, С. Н. Экотоксиканты в растительных и пищевых цепях Северо-Запада Урала : ав-тореф. дис. ... д-ра биол. наук / С. Н. Кощелев. Екатеринбург, 2007. 41 с.
8. Малчевски, Ч. Значение меди в карповод-стве : пер. с пол. / Ч. Малчевски // Рыб. хоз-во. 1966. № 1. С. 18.
9. Михеев, Н. Н. Обеспечение населения России питьевой водой / Н. Н. Михеев, С. В. Яковлев,
A. П. Нечаев, Е. В. Мясникова // Водоснабжение и санитар. техника. 1997. № 4. С. 2-4.
10. Моисеенко, Т. И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши / Т. И. Моисеенко, Л. П. Кудрявцева, Н. А. Гашкина. М. : Наука, 2006. С. 115-217.
11. Попов, П. А. Оценка экологического состояния водоёмов методами ихтиоиндикации : авто-реф. дис. ... канд. биол. наук / П. А. Попов. Томск, 2003. 31 с.
12. Трапезников, А. В. Радиоэкологическая ситуация в Уральском регионе / А. В. Трапезников,
B. Н. Трапезникова // Научные основы профилактики и лечения болезней животных. Екатеринбург, 2005. С. 563-566.
