CC BY
60
Экология
УДК 661.162.2:597:591.434
ВЛИЯНИЕ ГЕРБИЦИДА РАУНДАП НА АКТИВНОСТЬ ГЛИКОЗИДАЗ В КИШЕЧНИКЕ МОЛОДИ РЫБ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ pH И ТЕМПЕРАТУРЫ
А. И. Аминов
Исследована амилолитическая активность в кишечнике молоди некоторых видов рыб при действии in vitro гербицида Раундап при различных значениях температуры и pH.
Ключевые слова: гербицид, Раундап, рыба, гликозидазы, pH, температура.
effect of herbicide roundup on activities of glycosidase in the intestines of juvenile fish for different values of ph and temperature
A. I. Aminov
In the article it is explored amylolytic activity in the intestine juvenile fish species under the influence of in vitro herbicide Roundup at different temperatures and pH.
Keywords: herbicide, Roundup, fishes, glycosidase, pH, temperature.
Общеизвестно, что продуктивность водоемов в значительной мере зависит от эффективности питания рыб, которая определяется не только количеством, но и качеством корма. Углеводы, несмотря на их относительно низкое содержание в естественной пище большинства видов рыб, играют важную роль в энергетическом и пластическом обмене организма. Об эффективности гидролиза углеводов можно судить по активности гликозидаз - ферментов, осуществляющих гидролиз ди- и полисахаридов.
Температура является одним из основных абиотических факторов среды, определяющих основные параметры жизнедеятельности эктотермных животных. Изменение
температуры среды приводит к значительным изменениям скорости основных метаболических процессов, темпа роста, интенсивности питания, скорости переваривания пищи и активности различных ферментов рыб [1; 9].
Как правило, характеристики ферментных систем рыб хорошо адаптированы к температурным условиям среды обитания. При этом ферменты пойкилотермных животных способны функционировать при температуре, близкой к 0 °С, тогда как ферменты теплокровных утрачивают активность [9]. С увеличением температуры активность большинства ферментов возрастает, при этом происходит изменение
© Аминов А. И., 2013
ряда температурных и кинетических характеристик (topt, Q10, Е^, VmaI и Km) ™-
щеварительных гидролаз рыб. Наибольшей адаптационной пластичностью обладают гидролазы, находящиеся в начале ферментативной цепи. Существует зависимость относительной активности ферментов в зоне низких температур от биологии вида. Так, активность а-амилазы у рыб, не питающихся в зимний период, при t 0° С составляет 10-15 % от максимальной активности, у питающихся - 50-70 % [Там же].
Значения рН воды, в которой живут рыбы, варьируют в пределах 3,5-10,0. Большинство видов рыб живет в воде с рН от 6,0 до 8,0, отдельные виды (щука, окунь) могут жить при рН воды меньше 5,0 [6]. Значения рН в пищеварительном тракте рыб колеблются от 1,6 до 10,5 [8]. Для ферментов цепи гликозидаз у большинства видов рыб оптимальные значения рН отмечены в диапазоне 6,0-8,0. Оптимум рН амилолитической активности, активности мальтазы и a-амилазы у пресноводных рыб находится в зоне 7,0-8,0, сахаразы у бенто-фагов - 7,0-8,0, у щуки - 6,0 [9].
Изменение температуры может влиять на рН-функцию ферментов. Так, в зоне оптимальных значений рН - 7,4 для «мирных» и рН - 8,0 для хищных рыб, максимальный уровень активности кишечных гли-козидаз отмечен при t 20 °С, а низкие значения температуры снижают тормозящее действие кислых рН на активность a-амилазы, мальтазы и сахаразы в слизистой оболочке кишечника плотвы, щуки и леща [Там же].
Среди антропогенных факторов, влияющих на функционирование водных экосистем, важная роль принадлежит ксенобиотикам, количество которых увеличивается с ростом уровня антропогенного загрязнения. Одним из них является высокотехнологичный системный гербицид глифосат (N-(phosphonomethyl) glycine), широко используемый в мире с середины 70-х гг. ХХ в. На основе его действующего вещества изопропиламиновой соли глифосата создано много гербицидов, самый известный из которых - Раундап. Это неспецифический гербицид широкого спектра действия, пред-на-значенный для борьбы с однолетними и многолетними сорняками. Механизм дейст-
вия Раундапа заключается в ингибировании ферментного пути с участием шихимовой кислоты, что препятствует синтезу аминокислот: фенилаланина, тирозина и триптофана [11; 14]. Попадая в организм гидробионтов, гербицид включается в метаболизм и может вызвать нарушение различных функций. За последние годы накопилось много сведений о токсичности Раундапа [3; 5; 7;11—16], а Европейский Союз признал глифосат опасным для окружающей среды и токсичным для водных организмов. Тем не менее он широко используется в Южной Америке, странах Восточной Европы для борьбы с зарастанием водохранилищ, прудов и каналов, а также в коллекторно-дренажных системах оросительного земледелия. Ранее при исследовании in vitro активности ферментов (амилолитическая активность и активность сахаразы), гидро-лизующих углеводы в кишечнике и в целом организме молоди рыб, при действии Раунда-па в широком диапазоне концентраций 0,1— 50,0 мкг/л установлен тормозящий эффект гербицида при t 20 °С и рН 7,4 [4]. Выявлено, что Раундап оказывает больший эффект на активность гликозидаз в тканях реальной жертвы (извлеченной из желудка хищника) по сравнению с потенциальной. Эти результаты позволили предположить зависимость эффектов гербицида от рН среды.
В процессе изучения влияния Раунда-па на амилолитическую активность в слизистой оболочке кишечника рыб при различных значениях pH и температуры использовалась молодь трех видов пресноводных рыб: тюлька Clupeonella cultriventris (Nord.) (масса тела 0,55±0,03 г), речной окунь Perca fluviatilis L. (0,63±0,05 г) и карп Cyprinus carpió (L.) (1,33±0,15 г). Окунь и тюлька были выловлены в летний сезон в Рыбинском водохранилище, карп выращен в пруду. В суммарных гомоге-натах слизистой оболочки кишечника рыб определяли амилолитическую активность (отражающую суммарную активность ферментов, гидролизующих крахмал - а-амила-зы КФ 3.2.1.1, глюкоамилазы КФ 3.2.1.3 и мальтазы КФ 3.2.1.20) модифицированным методом Нельсона [10]. Инкубацию гомоге-натов и субстрата (растворимый крахмал в концентрации 18 г/л) проводили в течение 30 мин в 18 вариантах экспериментальных
условии с использованием двух концентраций Раундапа (0 и 25 мкг/л), трех значений температуры (0, 10 и 20 °С) и трех значений рН (5,0; 7,4; 8,3). Концентрация Раундапа 25 мкг/л выбрана как действующая на активность гликозидаз, исходя из результатов экспериментов, проведенных ранее [4]. За контроль была принята ферментативная активность при Ь 20 °С, рН 7,4 в отсутствие Раундапа (концентрация 0 мкг/л). Выбор диапазона температуры и рН для исследования обусловливался тем, что средние сезонные значения температу-
ры для водоемов умеренных широт России составляют 0-3 °С зимой, 10 °С - весной и осенью, 20 °С - летом, а значения рН в пищеварительном тракте рыб в зависимости от стадии пищеварения варьируют от кислых до слабо щелочных значений [8].
При t 20 °С и рН 7,4 тормозящий эффект Раундапа на амилолитиче-скую активность у карпа составил 20 % (рис. 1), у тюльки - 37 % (рис. 2) от контроля. У окуня достоверного тормозящего эффекта Раундапа отмечено не было (рис. 3).
Рис. 1. Влияние Раундапа на уровень амилолитической активности в кишечнике карпа
Рис. 2. Влияние Раундапа на уровень амилолитической активности в кишечнике тюльки
60
ВЕСТНИК Мордовского университета | 2013 | № 3-4
Рис. 3 . Влияние Раундапа на уровень амилолитической активности в кишечнике окуня
У карпа тормозящий эффект увеличивался в зоне кислых значений рН в 1,52,0 раза, особенно при низкой температуре. У окуня снижение рН не влияло на эффект Раундапа, у тюльки эффект уменьшался при t 20 °С и увеличивался при более низкой температуре. Снижение температуры при рН 7,4 нивелировало тормозящий эффект Раундапа у всех исследованных видов.
В ходе исследования максимальное снижение амилолитической активности отмечено при комплексном действии t 0 °С, рН 5,0 и в присутствии Раундапа: у окуня - на 72 % от контроля, у карпа и тюльки - на 95 и 98 % соответственно. При этом, если у окуня эффект обусловлен в основном совместным действием температуры и рН, то у тюльки и карпа статистически достоверное усиление эффекта отмечено при действии трех факторов.
Сравнительный анализ полученных данных и результатов экспериментов, проведенных на беспозвоночных [2], показал, что при комплексном действии низкой температуры, кислых рН и Раундапа амилоли-тическая активность снижалась в большей степени в слизистой оболочке кишечника рыб (на 72-98 %), чем в целом организме
беспозвоночных (на 29-88 %). Близкие результаты были получены и при щелочных значениях рН. Меньшая чувствительность гликозидаз беспозвоночных животных к действию негативных факторов среды может быть обусловлена большей лабильностью адаптивных механизмов у более простых в эволюционном плане организмов.
Таким образом, изучение амилолитиче-ской активности в слизистой оболочке кишечника молоди рыб выявило разные эффекты Раундапа в диапазоне значений температуры от 0 до 20 °С и рН от 5,0 до 8,3. Наибольшее торможение ферментативной активности в присутствии Раундапа показано при кислых значениях рН в кишечнике тюльки и карпа. Снижение температуры при кислых рН усиливает тормозящий эффект Раундапа у молоди всех исследованных видов, при щелочных рН - лишь у тюльки и карпа. Максимальное снижение амилолитической активности отмечено при комплексном действии низкой температуры 0 °С, кислых рН и в присутствии Раундапа: у окуня - на 72 % от контроля, у карпа и тюльки - на 95 и 98 % соответственно. При этом вклад Раундапа в совместный эффект статистически значим.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Алабастер Д. Критерии качества воды для пресноводных рыб / Д. Алабастер, Р. Ллойд. -М. : Легкая и пищевая пром-ть, 1984. - 344 с.
2. Аминов А. И. Влияние гербицида Раундап на амилолитическую активность у рыб и беспозвоночных при различных значениях рН и температуры / А. И. Аминов, И. Л. Голованова // Экология, эволюция и систематика животных : материалы Междунар. науч.-практ. конф. — Рязань : НП «Голос губернии», 2012. - С. 177-178.
3. Голованова И. Л. Влияние гербицида Раундап на активность карбогидраз рачкового зоопланктона и молоди плотвы / И. Л. Голованова, Г. А. Папченкова // Токсикол. вестн. — 2009. — № 4. — С. 32-35.
4. Голованова И. Л. Влияние гербицида Раундап in vitro на активность карбогидраз молоди рыб / И. Л. Голованова, А. А. Филиппов, А. И. Аминов // Токсикол. вестн. — 2011. — № 5. — С. 31—35.
5. Жиденко А. А. Изменения биохимических показателей в печени карпа в условиях действия Раундапа / А. А. Жиденко, Е. В. Бибчук // Современные проблемы теоретической и практической ихтиологии : тез. II Междунар. науч.-практ. конф. — Севастополь, 2009. — С. 50—52.
6. Комов В. Т. Природное и антропогенное закисление малых озер северо-запада России: причины, последствия, прогноз : автореф. дис. ... д-ра. биол. наук / В. Т. Комов. — СПб. : Ин-т озероведения РАН, 1999. — 45 с.
7. Папченкова Г. А. Репродуктивные показатели, размеры и активность гидролаз у Daphnia magna в ряду поколений при действии гербицида «Раундап» / Г. А. Папченкова, И. Л. Голованова, Н. В. Ушакова // Биология внутр. вод. — 2009. — № 3. — С. 105—110.
8. Сорвачев К. Ф. Основы биохимии питания рыб : эколого-биохимические аспекты / К. Ф. Сорвачев, В. В. Кузьмина. — М. : Легкая и пищевая пром-ть, 1982. — 247 с.
9. Уголев А. М. Пищеварительные процессы и адаптации у рыб / А. М. Уголев, В. В. Кузьмина. — СПб. : Гидрометеоиздат, 1993. — 283 с.
10. Уголев А. М. Определение активности инвертазы и других дисахаридаз / А. М. Уголев, Н. Н. Иезуитова // Исследование пищеварительного аппарата у человека. — Л. : Наука, 1969. — С. 192—196.
11. Toxicological responses of cyprinus carpio exposed to a commercial formulation containing glyphosate / R. Cattaneo [at al.] // Bull. Environ. Contam. Toxicol. — 2011. — Vol. 87, № 6. — P. 597—602.
12. cox С. Glyphosate / С. Cox // Journal of pesticide reform. — 2004. — Vol. 24, № 4. — P. 10—15.
13. Folmar L. Toxicity of the herbicide glyphosate and several of its formulations to fish and aquatic invertebrates / L. C. Folmar, H. O. Sanders, A. M. Julin // Arch. Environ. Contam. Toxicol. — 1979. — Vol. 8, № 3. — P. 269—278.
14. Low toxic herbicide Roundup induces mild oxidative stress in goldfish tissues / O. V. Lushchak [at al.] // Chemosphere. — 2009. — Vol. 52, № 7. — P. 932—937.
15. Sublethal effects of waterborne herbicides in tropical freshwater fish / S. C. Rossi [at al.] // Bull. Environ. Contam. Toxicol. — 2011. — Vol. 87, № 6. — P. 603—607.
16. Tsui M. T. K. Aquatic toxicity of glyphosate-based formulations: comparison between different organisms and the effects of environmental factors / M. T. K. Tsui, L. M. Chu // Chemosphere, 2003. — Vol. 52, № 7. — P. 1189—1197.
Поступила 18.09.2013 г.
62
ВЕСТНИК Мордовского университета | 2013 | № 3-4
