CC BY
23
БИОЛОГИЯ
УДК 597.442-114.7:639.375.9.041
ВЛИЯНИЕ ТИРЕОИДНОГО СТАТУСА ПРЕДЛИЧИНОК ОСЕТРА НА ЕГО РАЗВИТИЕ
© 2006 г. Н.Е. Бойко
The morphological abnormalities of the sturgeon prelarvae were registered after the thiourea or simultaneous thiourea and thyroid hormones treatment (T4 or T3) at the age of 212 days. After the thiourea treatment that is a chemical inhibitor of the thyroid hormones synthesis, retardation of the yolk resorpsion, olfactory septum nonunion, hypoplasia or shortening of the spiral gut and corpus curvature were observed in the organism against the T4 level reduction. On the assumption of the simultaneous thiourea and thyroid hormones treatment the velocity speed coincided with the control one. In the absence of derangements typical for hypo-thyroid larvae, we detected gastric unstriped muscle and mucosa thickening, disturbance of fins and pigment pattern formation. It is concluded that normal development of the sturgeon prelar-vae is ensured by fluctuating thyroid hormone level.
Считается, что дефекты эмбрионального и личиночного периода при индустриальном выращивании осетровых рыб неспецифичны и вызваны разнообразными нарушениями биотехнических норм в период получения икры и выращивания личинок, а также при антропогенном загрязнении водной среды [1]. Одновременно не вызывает возражений утверждение, что природа многих нарушений заключается в гормональном дисбалансе, возникающем у производителей потомства при негативном воздействии. У рыб, как правило, увеличение частоты встречаемости нарушений воспроизводительной системы коррелирует с разнообразными отклонениями в эндокринных и нейроэндокринных органах. Компенсационные изменения у самок рыб в ответ на неблагоприятные (стрессорные) условия приводят к снижению качества икры [2, 3], эмбриональным [4] и личиночным [1] патологиям.
В желток из материнского организма переходит широкий спектр биологически активных веществ, в том числе гормонов. Например, поступление в яйцеклетки рыб гормона стресса кортизола отрицательно сказывается на скорости развития, форме желточного мешка и величине выклюнувшихся особей [5]. В яйцеклетках осетровых рыб содержатся тиреоид-ные гормоны. Об их необходимости для развития рыб можно судить на основании того факта, что при нормальном эмбриогенезе концентрация их снижается, но там, где идут отклонения от этого процесса, траты гормонов незначительны [6]. В низкокачественной икре тиреоидных гормонов меньше, чем в рыбоводнопродуктивной, а у потомства с большим числом отклонений в развитии одновременно наблюдается снижение функции
щитовидной железы [7]. Тиреоидный статус у предличинок осетра снижается при токсическом воздействии [8], а также на фоне высоких, характерных для стресса, уровней кортизола [9].
Задача данной работы заключалась в оценке влияния тиреоидного статуса в раннем онтогенезе осетра на частоту встречаемости дефектов развития. С этой целью личинки осетра от выклева до перехода на активное питание обрабатывали 0,035%-й тиомочевиной (ТМ), принадлежащей к группе тиоамидов и блокирующей йодирование в щитовидной железе ти-реоглобулина, либо ТМ и одной из форм тиреодных гормонов: 40 нМ тироксина (Т4) или его метаболита - 5 нМ тритрийодотиронина (Т3). Работу проводили в лабораторных условиях при температуре воды 18-21 °С. Дозировки препаратов выбирали с учетом экспериментальных данных, изложенных в литературе, а также анализа собственных предварительных экспериментов. Опыты проводили в течение трех сезонов (эксперименты I—III) на трех смешанных партиях личинок (300 шт. в каждой партии), полученных от разных производителей. Контролем служили особи той же возрастной группы, взятые из той же партии, что и опытные. Из-за технических осложнений с кормлением во всех трех случаях сроки эксперимента ограничивали десятью-двенадцатью днями со дня выклева и прекращали после перехода личинок на активное питание. Их взвешивали, в пробах определяли процент дефектов развития. Оценку морфологических изменений фиксированных в 4%-м растворе формальдегида объектов проводили с помощью бинокулярного микроскопа МБС-1.
Содержание тиреоидных гормонов в тканях предличинок осетра. Дисперсионый анализ результатов трех экспериментов выявил достоверное снижение тканевого уровня Т4 (р < 0,05) после обработки ТМ. Уро -вень Т4 снизился на 16—31 % (эксперименты I—III). По данным дисперсио-ного анализа снижение Т3 недостоверно (р > 0,1): в двух случаях из трех содержание Т3 снизилось на 24 и 56 % (эксперименты I, II), а в эксперименте III уровень Т3 не изменился. Личинки обозначены в дальнейшем как «гипотиреоидные».
Обработка Т4 или Т3, проведенная одновременно с ТМ, во всех случаях вызвала увеличение их в организме предличинок. После обработки Т4 (эксперимент I) содержание его к концу опыта превысило контрольный уровень на 125 % (р < 0,01), при этом содержание его метаболита (Т3) увеличилось на 290 %. После обработки Т3 (эксперименты II—III) содержание Т4 не изменилось, а концентрация Т3 в тканях выросла соответственно на 196 и 217 % (р < 0,01) (рис. 1). Эти личинки названы «гипертиреоидными».
Морфологические изменения у «гипо»- и «гипертиреоидных» личинок. У контрольных рыб (эксперименты I и II) развитие шло нормально, без нарушений. В эксперименте III контрольные личинки оказались весьма слабыми, характеризовались относительно большим числом нарушений (таблица). У всех «гипотиреоидных» особей резорбция желточного мешка происходила с задержкой, переход на активное питание наблюдался
на 1-й день позднее контрольных личинок. У «гипертиреоидных» личинок скорость развития оказалась той же, что и в контроле. Обработанные личинки осетра в целом сохранили пропорции тела, характерные для контрольных особей. Различия в массе тела оказались недостоверны, за исключением эксперимента I, где масса «гипотиреоидных» личинок оказалась значительно ниже (таблица).
Т4, %
300 250 i 200 150 100500
Л
II
III
тз, %
500 т 400 300 200 100 0
мз
Ê
п
III
Рис. 1. Содержание тиреоидных гормонов у предличинок осетра в условиях «гипо-» и «гипертиреоза». По оси ординат — содержание гормонов в процентах к контролю. По оси абсцисс: I, II, III — номера экспериментов; темные столбцы — контроль; белые -обработка ТМ; штриховка — обработка тиреоидными гормонами (Т4 или Т3) + ТМ
Морфологические показатели предличинок осетра в условиях «гипо-» и «гипертиреоза»
№ Показатель Вариант
Контроль ТМ ТМ + Т4 (Т3)
I Навеска, мг, до начала питания, (45-я), M/m Скорость абсорбции желтка, %, ст. 41/длительность развития до ст. 45, сут. Нарушения развития, %*** 40,5/0, 47 50/8 0 37,7/0,31 40/9 30 (а), 10(в), 30№ *35,1/0,75 50/8 17(б), 30 (г)
II Навеска, мг, до начала питания, (45-я), M/m Скорость абсорбции желтка, %, ст. 41/длительность развития до ст. 45, сут. Нарушения развития, % 42,1/0,52 50/11 0 39,3/1,39 40/12 18(а), 30№ **41,58/0,16 50/11 30(г)
III Навеска, мг, до начала питания, (45-я), M/m Скорость абсорбции желтка, %, ст. 41/длительность развития до ст. 45, сут. Нарушения развития, % 41,5/0,2 50/11 10(а), 50(б), 10(в),30(г) 41,9/0,1 40/12 65(б),30(в), 30 (г),26(д) **41,5/0,15 50/11 55 (б), 25 (в), 50 (г)
Примечание. * - Т4, 40 нМ; ** - Т3, 5 нМ. *** - нарушения: недоразвитие спиральной кишки (а), деформация каймы плавников (б), искривления туловища (в), видоизменение пигментации кожи (г), несращение перемычки обонятельной капсулы (д); М, мг - среднее значение навески; т - отклонение массы навески от среднего значения.
Как обнаружено, у опытных рыб аномалии возникали в формирующихся структурах. Преобладали дефекты перегородки обонятельной капсулы, составляющие 30 % (эксперименты I и II) и 26 (эксперимент III). У 30 % в эксперименте I и у 18 в эксперименте II наблюдались аномалии развития пищеварительной системы - недоразвитие спиральной кишки или ее укорочение. У некоторого числа рыб (10 %, эксперимент I) наблюдались деформации туловища. У личинок из эксперимента III многие дефекты присутствовали в контроле; после обработки ТМ число особей с искривлениями хвостовой части туловища увеличилась на 20 %.
Если личинки обрабатывали не только ТМ, но и гормонами (Т4 или Т3), то в этом «гипертиреоидном» состоянии перечисленные дефекты (обонятельной капсулы, кишечника и формы тела) отсутствовали. Одновременно у всех рыб после обработки тиреоидными гормонами на гистологических срезах желудка обнаружены изменения структуры оболочек: утолщение слизистой и мышечной стенок, изменение формы клеток и их окраски (рис. 2), хотя у личинок, находящихся в «гипотиреоидном» состоянии, изменений не выявлено.
■ . V * L *
4
3
2
1
3
2
А Б
Рис. 2. Гистологический срез тканей желудка предличинки осетра (ст. 44).
А — контроль; Б — обработка ТМ + Т3. 1 — слизистая; 2 — мышечный слой; 3 — печень;
4 — остатки желтка. Увеличение; об. 100, ок. 10 х (иммерсия)
У некоторого числа «гипертиреоидных» рыб обнаружены дефекты развития покровных тканей: 17 % рыб имели изменения формы плавников, 30 - нарушения в распределении пигмента - косвенные показатели нарушения меланогенеза (эксперименты I и II). В эксперименте III после обработки ТМ число рыб с нарушением окраски поверхности тела увеличилась на 20 %.
Таким образом, у личинок изменение тиреоидного статуса сопровождается появлением специфических нарушений, причем одни виды характерны для «гипотиреоидного», другие - «гипертиреоидного» состояния. Общее число видов изменений относительно невелико. Каким образом тиреоидные гормоны могут принимать участие в формировании этих структур у предличинок осетра? Вероятность аномалий пищеварительно-
го отдела личинок осетровых многократно возрастает при любом воздействии, вызывающем угнетение метаболизма, например, при токсикозе. При этом замедляется резорбция желтка, а дифференцировка отделов кишечника происходит атипично [10]. Таким образом, появление аномалий пищеварительного аппарата можно объяснить снижением метаболизма, вызванного недостатком тиреоидных гормонов. Действительно, у личинок, выращиваемых в заводских условиях, многочисленные дефекты пищеварительной системы (отсутствие спирального клапана или витков, недоразвитие средней кишки), а также нарушение пищевого поведения (голодание, слабая реакция на корм) наблюдались на фоне замедленной резорбции желтка и снижения функции щитовидной железы [7].
В то же время нельзя исключить, что тиреоидные гормоны у осетровых рыб могут оказывать прямое влияние на дифференцировку кишечника. Известно, что развитие пищеварительного тракта низших позвоночных хотя и находится под мультигормональным контролем, но в основном регулируется тиреоидными гормонами на генетическом уровне [11]. Известно, что после обработки Т4 в кишечнике личинок рыб усиливается утилизация белка и липидов [12]; в пилорическом отделе ускоряется пролиферация и дифференцировка клеток [13-15]. При этом митогенный эффект гормонов четко ограничен во времени и зависит от возраста [16].
Гистологический анализ срезов желудка личинок осетра, обработанных тиреоидными гормонами, также указывают на активизацию как про-лиферативных процессов, так и процессов дифференцировки слизистой кишечного тракта (рис. 2). Следовательно, можно предположить, что у личинок осетра под влиянием тиреоидных гормонов должна увеличиться функциональная, в том числе ферментативная активность, в частности, протеаз, ферментов углеводного обмена [17], поскольку они чувствительны к тиреоидным гормонам [18]. Таким образом, гормоны, влияя специфическим образом на клеточные процессы во внутреннем слое, могут усиливать абсорбционную функцию пищеварительного отдела, создавая личинкам осетровых рыб с высоким тиреоидным статусом определенные преимущества на стадии начального питания.
Наши результаты также согласуются с исследованиями зарубежных ученых в том отношении, что хронические дозы гормона одновременно с усилением функциональной активности клеток внутренней выстилки стенки желудка неизбежно приводят и к разрастанию внешнего (мышечного) слоя, что делает желудок более «мускулистым» [19]. В норме у предличинок осетра этого не наблюдается, так как уровень тиреоидных гормонов возрастает только незадолго до начала смешанного питания [7].
Формирование перегородки обонятельной капсулы из отростка про-хондральной ткани происходит на 40-й стадии, в период оседания предли-чинок на дно [20]. При неблагоприятных условиях воспроизводства дефект строения органа обоняния может иметь массовый характер [10, 21]. В наших опытах указанный дефект выявлялся при недостатке тиреоидных
гормонов и обнаруживался у наибольшего числа рыб. Поскольку известно, что дифференцировка хондроцитов у рыб зависит от тиреоидных гормонов и блокируется антитиреоидными препаратами [22], это доказывает, что у личинок осетра формирование этой структуры находится под контролем тиреоидных гормонов.
В аквакультуре искривления туловища личинок рыб встречаются достаточно часто. Если негативное воздействие затрагивает эмбриональный период, этот вид патологии в той или иной степени может наблюдаться у всех рыб [1, 23]. Действующими факторами могут быть температура, соленость, свет, недостаток витамина С или некоторых аминокислот, малые концентрации токсических веществ. Нарушения вызывают также инфекционные агенты и паразиты. Однократное воздействие в профилактических целях на эмбрионы рыб малахитовой зеленью вызывает у зародыша разнообразные спинальные аномалии, хотя личинки в этом отношении менее чувствительны [24]. У предличинок осетровых рыб из-за того, что в этом возрасте еще не завершен процесс формирования мышечных сегментов, деформации осевых структур могут возникнуть при отклонении факторов среды за пределы оптимального диапазона [10], иногда достигая 100 % случаев [1].
У рыб тиреоидные гормоны определяют развитие всех структур, отвечающих за формирование осевого скелета - не только хрящевой [22], но и мышечной [25] тканей. Например, для каждой из трех форм миозина белой мышцы рыб существует в онтогенезе свой «критический период» чувствительности к тиреоидным гормонам или их ингибиторам [26]. В наших опытах на осетре искусственный гипотиреоз вызвал деформации туловища, хотя и в относительно небольшом количестве (10 % в эксперименте I); в эксперименте III дефект присутствовал у некоторой части (10 %) контрольных рыб и увеличился у обработанных (как «гипо-, так и «гиперти-реоидных») рыб. Это показывает, что у слабых личинок, имеющих большое число аномалий, структуры осевого скелета могут быть чувствительны к любому гормональному дисбалансу.
Видоизменение кожных покровов, зависимое от тиреоидных гормонов, характерно не только для рыб, имеющих в своем развитии стадию метаморфоза, например, камбалы [16], но и для видов, развитие которых обозначается как более плавное, «прямое». У данио рерио хроническая обработка (в течение 4 недель) тиреоидными гормонами (30 нМ) ускоряет рост и развитие плавников и наоборот, ингибиторы синтеза тиреоидных гормонов тормозят формирование чешуи, парных плавников и пигментацию кожи [27]. Как показали опыты, у предличинок осетра эти ткани также чувствительны к гипертиреоидному состоянию, а отсутствие реакции в состоянии «гипотиреоза» у осетра, очевидно, объясняется тем, что для процессов пигментации кожных покровов и трансформации плавниковой каймы на предличиночном этапе развития требуются сравнительно невысокие концентрации циркулирующего в организме гормона.
Опыты показали, что дисбаланс тиреоидных гормонов в раннем онтогенезе осетра вызывает относительно небольшое число видов структурных дефектов. При «гипотиреозе» - это (в порядке убывания) несращение обонятельной перегородки, недоразвитие или укорочение спиральной кишки, искривление формы тела. «Гипертиреоз» приводит к утолщению слизистой и мышечной оболочек желудка, усиливает пигментацию кожных покровов и вызывает деформации плавниковой каймы. При хронической обработке тиреоидными гормонами на фоне подавления функции щитовидной железы ТМ не удается полностью воспроизвести пререстройки, характерные для нормального морфогенеза, а также уменьшить число нарушений эмбрионального периода. Таким образом, подтверждается заключение, сделанное в предыдущих работах, что процессы развития осетровых рыб на начальной стадии онтогенеза обеспечиваются не постоянной, а меняющейся концентрацией тиреоидных гормонов в организме [7, 9].
Литература
1. Горюнова В.Б., Шагаева В.Г, Никольская М.П. // Вопр. ихтиологии. 2000. Т. 40. № 6. С. 804-809.
2. Романов А.А., Шевелева Н.Н., Алтуфьев Ю.В. // Физиолого-биохимический статус волго-каспийских осетровых в норме и при расслоении мышечной ткани (кумулятивный политоксикоз). Рыбинск, 1990. С. 92-100.
3. Акимова Н.В., Рубан Г.И. // Вопр. ихтиологии. 1996. Т. 36. № 1. С. 65-80.
4. РешетниковЮ.С. // Вопр. ихтиологии. 1995. Т. 35. № 2. С. 156-175.
5. McCormickM.I. // Oecologia. 1999. Vol. 118. № 4. P. 412-422.
6. Бойко Н.З., Корниенко Г.Г. // Наука Кубани. 2000. Т. 5. № 2. С. 31-36.
7. Бойко Н.Е. и др. // Журн. эволюц. биохим. и физиол. 2004. Т. 40. № 2. С. 142146.
8. Boiko N.E., Kornienko G.G. // J. Environmental Protection and Ecology. 2003. Vol. 4. № 1. P. 128-133.
9. Бойко Н.Е. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2004. Приложение. № 12. С. 38-48.
10. Детлаф Т.А., Гинзбург А.С., Шмальгаузен О.И. Развитие осетровых рыб. М., 1981.
11. Hourdry J. // Zool. Sci. 1993. Vol. 10. P. 887-902.
12. Tanaka M. et al. // Aquaculture. 1995. Vol. 135. P. 111-126.
13. Pedersen T., Falk-Petersen I.B. // J. Fish Biol. 1992. Vol. 41. P. 449-461.
14. Thorisson K. // Environ. Biol. Fish. 1994. Vol. 40. P. 23-36.
15. Miwa, S., Yamano, K, Inul Y. // J. Exp. Zool. 1992. Vol. 261. P. 424-430.
16. Soffientino B., Specker J.L. // J. Exp. Zool. 2001. Vol. 290. № 1. P. 31-40.
17. Плотников Г.К., Проскуряков М.Т. // Журн. эволюц. биохим. и физиол. 1984. Т. 20. № 1. C. 21-25.
18. Kim B.G., Brown C.L. // UJNR Technical Report. 2002. № 28. P. 47-55.
19. Huang L., Specker J.L., Bengtson D.A. // Amer. Zool. 1995. Vol. 35. № 5. P. 144150.
20. ДрагомировН.И. // Докл. АН СССР. 1953. Т. 93. № 4. С. 725-728.
21. Садов А.И. // Рыбное хозяйство. 1948. № 1. С. 38-42.
22. Alluchon-GerardM.J. // Arch. Anat. micr. Morph. Exp. 1982. Vol. 71. P. 51-70.
23. Brown C.L., Nunez J.M. // Fish Deseases and Disorders. 1998. Vol. 2: Noninfectious Disorders. P. 1-18.
24. Meyers F.P., Jorgenson T.A. // Transactions of the American Fisheries Society. 1983. Vol. 112. P. 818-824.
25. Yamano K. et al. // Gen. Comp. Endocrinol. 1991. Vol. 93. P. 321-326.
26. Moutou K.A. et al. // J. Exp Biol. 2001. Vol. 204. P. 3009-3018.
27. Brown D.D. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. Vol. 94. P. 13011-13016.
Азовский научно-исследовательский институт
рыбного хозяйства, г Ростов-на-Дону 29 марта 2006 г.
УДК 581.1
НИТРАТЫ И БЕЛОКОЧАННАЯ КАПУСТА
© 2006 г. И.А. Карова, М.А. Шаваев
The peculiarities of accumulation of the nitrates with different kinds of the heads of cabbage beginning from the degree of a mineral nourishment had been investigated during 3 years.
A content of the nitrates in the cabbage is established in depending on its kind peculiarities, a dose of the nitric fertilizer as well as weather conditions.
The greatest specific gravity of the investigated factors belongs to the weather conditions, where a contribution to forming of a quantity of the nitrates accounts 40-47,9 % according to the data of 1998-2000.
Применение необоснованно высоких доз удобрений или нарушение соотношения по азоту, фосфору и калию не только повышает урожайность овощей, но и приводит как к существенному дисбалансу химического состава получаемых продуктов, так и к снижению их биологической ценности.
Нитраты в растительной продукции - биологический признак. На накопление их, кроме избыточного азотного питания, в значительной степени влияют биологические особенности культур, сорт, фаза вегетации, температура, освещенность и другие.
В задачу наших исследований входило изучить уровень накопления нитратов в зависимости от сортовых особенностей капусты, доз и соотношений минеральных удобрений.
Опыты проводили (1998-2000 гг.) на полях МУСХП «Нальчикское» Кабардино-Балкарской Республики. Опытный участок представлен выщелоченной лугово-чернозёмной почвой со следующей агрохимической характеристикой: рН (КС1) 6,9; содержание Р2О5 и К2О (по Чирикову) - 11, 9 и 15,4 мг/кг на 100 г почвы; содержание гумуса - 3,5 %; механический состав - среднесуглинистый.
Рассматривались 6 сортов капусты белокочанной различной спелости: раннеспелый (Июньская, Номер первый Грибовский 147), среднеспелый
