УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА СОПРЯЖЕННОСТЬ УРОВНЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МЫШЦАХ И КОСТИ

УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
СОПРЯЖЕННОСТЬ УРОВНЯ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ В МЫШЦАХ И КОСТИ
СУДАКА ОБЫКНОВЕННОГО
НОВОСИБИРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Миллер Ирина Сергеевна,
Новосибирский государственный
аграрный университет, г. Новосибирск
E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрены особенности накопления кадмия,
свинца, железа, марганца, меди и цинка и их корреляция в костной и мышечной
ткани судака обыкновенного (Stizostedion lucioperca) Новосибирского
водохранилища. Установлены средние популяционные значения тяжелых
металлов в костной и мышечной ткани судака Новосибирского водохранилища.
Полученные данные могут быть использованы при оценке интерьера судака и
при экологическом мониторинге популяций.
Ключевые слова: судак, тяжелые металлы, молоки, корреляция, экология.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ №15-16-30003 «Разработка
комплексного мониторинга почв, популяций сельскохозяйственных животных и
растений в различных регионах Сибири с целью получения экологически
безопасных продуктов».
Во многих работах показана важность изучения уровня тяжелых металлов
в почвах, растительных и животных организмах [21, 22, 24]. Тяжелые металлы
имеют широкое распространение в биотических и абиотических компонентах
водных экосистем [4, 6, 13, 14, 23]. Они представляют большой интерес как из-за
своей высокой токсичности для водных организмов, так и из-за способности
аккумулировать и трансформироваться внутри биоценоза водоема [1, 5]. Для
прогнозирования и предупреждения негативных последствий загрязнения
биосферы химическими соединениями необходимо вести мониторинг уровня
загрязнения и знать о биологических эффектах загрязнителей. В пищевых цепях
водоемов рыбы – это конечное звено. При активном перемещении в водном
пространстве они накапливают тяжелые металлы и дают интегрированную и
212
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
реалистичную оценку загрязнения среды [2, 9-12, 15-17, 29].
Интенсивно изучается содержание тяжелых металлов в мышечной ткани и
скелете различных видов животных [7, 16, 20]. По мнению Э.И. Мелякиной
(1989), учитывая большую массу мышц в сравнении с другими органами,
мышцы – это орган депонирующий микроэлементы.
Опорно-двигательный
аппарат
является
точками
опоры
для
многочисленных мышц рыб, а также выполняет формообразующую функцию.
Известно, что костная ткань активно участвует в минеральном обмене [4]. В ее
сухом веществе имеется около 60% минеральных веществ, которые находятся в
состоянии подвижного равновесия. Минеральные вещества кости участвуют в
создании нормальной концентрации минеральных веществ в крови, чем
создается постоянство внутренней среды организма.
Ведется поиск маркеров у различных видов животных, позволяющих
прижизненно установить содержание тяжелых металлов в различных органах и
тканях, что позволяет получать экологически безопасные продукты [25, 28, 30].
Сведения о сопряженности уровня экополлюантов в мышцах и кости
судака обыкновенного Новосибирского водохранилища и о распределении
химических элементов в организме рыб необходимы с точки зрения определения
в наибольшей степени накопления тех или иных элементов в целях дальнейшего
наблюдения, а также для оценки полноценности рыбы как пищевой продукции.
Поэтому их исследование в настоящее время особенно актуальны.
Цель работы и методика исследований
Цель работы - изучить содержание химических элементов в костях и
мышцах судака обыкновенного Новосибирского водохранилища, определить
сопряженность уровней химических элементов в этих тканях. Работа выполнена
на базе лаборатории биохимии СибНИИЖа. Исследован судак обыкновенный в
возрасте 3-4,4 года, который был пойман в период с ноября по декабрь в
Новосибирском водохранилище. Для исследования были взяты по 30 проб
костей и мышц. Концентрации тяжелых металлов определяли по ГОСТ 30178-96
методом атомно-адсорбционной спектрометрии.
Результаты исследований
Изучено содержание тяжелых металлов (Сd, Pb, Fe, Mn, Cu, Zn) в
мышечной и костной ткани судака обыкновенного Новосибирского
водохранилища. Выявлены значительные различия между способностью тканей
судака аккумулировать микроэлементы. Содержание химических элементов в
мышцах судака уменьшается в ряду: Fe>Zn>Cu> Mn и Pb>Сd, а в костной ткани
ранжированный ряд располагается в следующем порядке: Zn>Fe>Mn>Cu и
213
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
Pb>Сd.
По концентрации тяжелых металлов в мышцах доминировало железо, цинк
и медь, а в костной ткани – цинк, железо и марганец. В мышечной и костной
тканях меньше всего содержалось Cd и Pb. В мышечной ткани содержание
железа составляло 41,5±3,9 мг/кг, цинка – 20,7±0,9 мг/кг, меди – 3,7±0,3 мг/кг, в
то время как уровень свинца был равен 0,097±0,010 мг/кг, а кадмия – 0,008±0,001
мг/кг. В костной ткани содержание цинка было 83,9±1,1 мг/кг, железа – 25,3±1,6
мг/кг, марганца – 15,1±0,4 мг/кг, при этом уровень свинца был равен 0,14±0,02
мг/кг, кадмия – 0,05±0,01 мг/кг. Наибольшей фенотипической изменчивостью
для мышц характеризовался марганец, а для косной ткани – свинец.
Установлены положительные корреляции между концентрацией цинка в
костной ткани и свинца в мышечной ткани (0,373), а также между содержанием
цинка в костной ткани и концентрацией железа в мышечной ткани (0,454).
Отрицательная корреляция обнаружена между содержанием меди в костной
ткани и цинка в мышечной (–0,407), что соответствует данным литературы [19],
так как цинк является функциональным антагонистом меди.
Выводы
Установлены средние популяционные уровни тяжелых металлов в мышцах
и костной ткани судака обыкновенного, данные о которых можно использовать в
экологии, зоотехнии и ветеринарии. Тяжелые металлы неравномерно
распределяются в организме. В мышечной ткани в наибольшей степени
накапливается железо, а в костной – цинк. Установлены положительные и
отрицательные корреляции между содержанием химических элементов в
костной и мышечной ткани.
Литература:
1. Воробьев В.И. Биохимия и рыбоводство/ В.И. Воробьев. – Саратов, 1993. –
224 с.
2. Габышева Ж.А. Тяжелые металлы в биологических объектах разных природно
-климатических территорий Якутии/ Ж.А. Габышева: дис. … канд. биол. наук. –
Новосибирск, 2001. – 129 с.
3. Глаголев П.А. Анатомия сельскохозяйственных животных с основами
гистологии и эмбриологии/ П.А. Глаголев, В.И. Ипполитова. – М.: Колос, 1977. –
450 с.
4. Даульватер В.А. Халькофильные элементы (Hg, Cd, Pb, As) в озере Умбозеро,
Мурманска область/ В.А. Даульватер, Н.А. Кашулин // Вод. ресурсы. – 2010. Том 37, № 4. – С. 461-476.
214
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
5. Зайцев В.Ф. Динамика накопления металлов в органах и тканях осетровых
рыб северной части Каспийского моря/ В.Ф. Зайцев, Н.Г. Агабабова //Вестник
Астраханского государственного технического университета. – 2006. - №6. – С.
230-235.
6. Колесник Н.Л. Распределение тяжелых металлов среди компонентов
пресноводных экосистем/ Институт рыбного хозяйства НААН: Киев. - №3 (29).
– 2014. – С. 35-54.
7. Короткевич О.С., Петухов В.Л., Стрижкова М.В., Камалдинов Е.В., Себежко
О.И., Петухова Т.В. Способ определения содержания свинца в органах крупного
рогатого скота // Патент на изобретение RUS № 2421726. 08.04.2010.
8. Мелякина Э.И. Приспособительные реакции рыб в раннем онтогенезе к
различным концентрациям металлов в воде/ Э.И. Мелякина, В.Ф. Зайцев//
Первая Всесоюз. конф. по рыбохоз. Токсикологии. – Рига, 1989. – С. 31-33.
9. Миллер И.С. Особенности накопления и корреляции тяжелых металлов в
костной ткани судака Новосибирского водохранилища / И.С.Миллер, О. С.
Короткевич, В.Л. Петухов, О. И Себежко // Современные проблемы науки и
образования. – 2015. – № 1.
10. Миллер И.С. Короткова Г.Н. Особенности содержания и распределения
тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища / Материалы
III международной конференции «Инновационные разработки молодых ученых
— развитию агропромышленного комплекса»: Сборник научных трудов. ГНУ
СНИИЖК, Ставрополь, 2014. – Том 2. – вып. 7. – С. 163–165.
11. Миллер И.С. Особенности содержания и распределения тяжелых металлов в
костной ткани судака Новосибирского водохранилища / Материалы
международной научно-практической конференции «Природа, экология и
народное хозяйство»: Сборник статей. ООО «ВЭЛБОРН», Воронеж, 2015. – Том
1. - №2 (22). – С. 15-19.
12. Миллер И.С. Содержание кадмия, свинца и цинка в мышцах судака
обыкновенного (Stizostedion lucioperca) Новосибирского водохранилища /
Материалы III международного симпозиума «Экологические проблемы
животных и человека». Сборник докладов. ФГБОУ НГАУ, Новосибирск, 2013. –
С.102-104.
13. Моисеенко Т.И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши:
Технофильность, биоаккумуляция и экотоксикология/ Т.И. Моисеенко, Л.П.
Кудрявцева, Н.А. Гашкина. – М.: Наука. – 2006. – 231 с.
14. Нюкканов А.Н. Воздействие природных экотоксикантов на гидробионты
Республики Саха (Якутия)/ А.Н. Нюкканов: дис. … докт. биол. наук. –
Красноярск, 2004. – 276 с.
215
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
15. Петухов В.Л. Содержание тяжелых металлов в мышцах судака
(STIZOSTEDION LUCIOPERCA)/ В.Л. Петухов, И.С. Миллер, О.С. Короткевич//
Вестник НГАУ, 2012.-Т.2.-№23-2.-С.49-52.
16. Петухов В.Л., Желтикова О.А., Желтиков А.И., Короткевич О.С., Камалдинов
Е.В., Себежко О.И. Способ определения содержания кадмия в органах и
мышечной ткани свиней // Патент на изобретение RUS №2342659. 28.03.2007.
17. Попов П.А. Оценка экологического состояния водоемов методами
ихтиоиндикации. – Новосибирск: НГУ, 2002. – 270 с.
18. Попова Н.В. Комплексная оценка загрязнения воды Нижней Лены и качество
рыбной продукции/ Н.В. Попова, Л.Н. Маркова// Аграрный вестник Урала, 2008.
- №1. – С. 65-66.
19. Скальный А.В. Биоэлементы в медицине/ А.В. Скальный, И.А. Рудаков. – М.:
Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. – 272 с.
20. Улитько В.Е., Лукичева Л.Н., Пыхтин Л.А. Атлас распределения тяжелых
металлов в кормах и организме сельскохозяйственных животных, птиц и рыб. –
Ульяновск, 2005. – 84 с.
21. Chysyma R.B., Bakhtina Y.Y, Petukhov V.L.,Korotkova G.N., Kochneva M.L.
Heavy metals concentration in water and soil of different ecological areas of Tyva
Republic // Journal De Physique IV: JPXII International Conference on Heavy Metals
in the Environment; Editors: C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 301–302.
22. Chysyma R.B., Petukhov V.L., Kuzminа E.E., Barinov E.Ya., Dukhanov Yu.A.,
Korotkova G.N. The content of heavy metals in feeds of the Tyva Republic // Journal
De Physique IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment;
Editors: C. Boutron, C. Ferrari. – Grenoble, 2003. – C. 297–299.
23. Hakanson L. (1980). An ecological risk index for aquatic pollution control, a
sedimentlogical approach// Water Research, 14 (8): P. 975-1001.
24. Korotkevich O.S., Petukhov V.L., Sebezhko O.I., Barinov Ye.Ya., and Konovalova
T.V. Content of 137Cs and 90Sr in the forages of various ecological zones of Western
Siberia // Russian Agricultural Sciences. – 2014. – Vol.2. – №.3. – pp.195-197(DOI)
10.3103/S1068367414030094.
25. Korotkevich O.S., Petukhov Content of 137 CS and 90SR in the forages of various
ecological zones of Western Siberia / O.S. Korotkevich V.L., O.I. Sebezhko et al. //
Russian Agricultural Science – 2014. – V.40. – №3. – P. 195-197.
26. Koval P.V., Kalmychkov G.V., GeletyV.F., Leonova G.A., Medvedev V.I.,
Andrulaitis L.D. 1999. Correlation of natural and technogenic mercury sources in the
Baikal polygon, Russia// J. Geochemical Exploration. Vol. 66. №1-2. – P. 277-289.
27. Kuznetsova A.I., Zarubina O.V., Leonova G.A. 2002. Comparison of Zn, Cu, Pb,
Ni, Cr, Sn, Mo concentrations in tissues of fish (roach and perch) from lake Baikal and
Bratsk reservoir, Russia// Environmental Geochemistry and Health. Vol. 24. P. 205213.
216
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
28. Marmuleva N.I., Barinov E.Ya., Petukhov V.L. Radionuclides accumulation in
milk and its products // В сборнике: Journal De Physique IV: JP XII International
Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors: C. Boutron, C. Ferrari.
2003. Grenoble. – P. 827-829.
29. Miller I.S., Petukhov V.L., Korotkevich O.S. et al. Accumulation of heavy metals
in the muscles of Zander from Novosibirsk water basin // ICHMET. E3S Web of
conferences 1,11007 (2013). DOI: 10.1051/C/s3 econf/20130111007.
30. Patrashkov S.A., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Petukhov I.V. Content of
heavy metals in the hair.// В сборнике: Journal De Physique. IV: JP XII International
Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors: C. Boutron, C. Ferrari.
Grenoble. – 2003. – C. 1025-1027.
217