В последнее время интенсивно нарастает число публикаций по содержанию химических элементов в тканях и жидкостях животных и человека, находящихся в непрерывной взаимосвязи с окружающей природной средой [1, 6, 24].
Многие авторы изучали содержание тяжелых металлов в воде и почве [32], кормах [25, 36], органах и тканях различных видов животных [2–4, 11, 16, 18, 21, 34, 36], в продуктах питания [11, 27–29, 34], их влияние на интерьерные параметры [8] и генетическую структуру популяций [7, 17].
Известно, что рыбы способны накапливать тяжелые металлы [10, 12, 19, 23, 29–31]. При этом количество металлов в тканях рыб зависит от степени и продолжительности их воздействия, а также от метаболизма, протекающего в их организме. Кроме того, по мнению ряда авторов, распределение токсикантов в организме рыб и других организмов зависит и от функционального состояния организма, геохимии среды обитания, характера пищевых цепей водоемов, объединяющих в единую систему миграции элементы растительного и животного мира конкретных регионов [22, 37].
Поэтому выявление особенностей накопления и распределения химических элементов в организме рыб вызывает несомненный интерес с точки зрения оценки степени загрязнения водоема этими элементами, а также при изучении их миграции в экосистеме.
Материалы и методы исследования
Работа выполнена на базе аналитической лаборатории Института неорганической химии СО РАН. Исследования были проведены на судаке обыкновенном в возрасте 3–4,4 года. Судак был пойман в период с ноября по декабрь 2011 г. в Новосибирском водохранилище. Общая площадь водохранилища равна 1082 км2, средняя глубина составляет 8,3 м, наибольшая глубина – 25 м. Для исследования были взяты 20 проб чешуи. Концентрации тяжелых металлов определялись атомно-эмиссионным спектральным методом с возбуждением спектров в двухструйной дуговой плазме (ДДП-АЭС).
Полученные данные обработаны методом вариационной статистики [13] с использованием программы Microsoft Excel. Тестирование соответствия имеющихся распределений нормальным проводили при помощи критерия Колмогорова – Смирнова. Достоверность разности между средними значениями оценивали с помощью критерия Стьюдента (td –критерий) и Фишера F (φ).
Результаты исследования и их обсуждение
Данные по содержанию тяжелых металлов в чешуе судака обыкновенного представлены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание химических элементов в чешуе, мг/кг
|
Элемент |
|
σ |
CV |
lim |
Отношение крайних вариантов |
|
Fe |
62,83 ± 9,38 |
51,37 |
81,7 |
1,4:250,0 |
1:1,78 |
|
Cu |
0,937 ± 0,062 |
0,34 |
36,1 |
0,49:1,6 |
1:3,3 |
|
Zn |
72,43 ± 4,83 |
26,48 |
36,6 |
44,0:145,0 |
1:3,3 |
|
Mn |
17,58 ± 1,49 |
8,17 |
42,0 |
6,8:34,0 |
1:5 |
|
Sr |
43,53 ± 3,18 |
17,43 |
40,0 |
10,0:77,0 |
1:77 |
Выявлены значительные различия между способностью чешуи судака аккумулировать микроэлементы. Ранее нами изучалось содержание тяжёлых металлов в мышцах судака Новосибирского водохранилища [12, 23]. Исследованиями установлено, что в чешуе судака концентрация железа больше, чем в мышцах, в 1,4 раза, цинка – в 3,5 раза, марганца – в 11,1 раза [12, 23], что сопоставимо с данными, полученными Черновой Е.Н. и др. [19]. Повышенные концентрации того или иного металла в организме рыб можно объяснить загрязнением водоема органическими и другими соединениями или ослабленным состоянием рыб при инфекционных, паразитарных и иной этиологии заболеваниях. Содержание микроэлементов в чешуе судака Новосибирского водохранилища уменьшается в ряду Zn > Fe > Sr > Mn > Cu в соотношении 77:67:46:19:1. В мышцах судака Новосибирского водохранилища ранжированный ряд был Fe > Zn > Cu > Mn, в соотношении 27,6:13:11,9:1 [12, 23]. По данным Bashir F.H. et al. [31] в мышцах рыб, отловленных около полуострова Малайзия, этот ряд выглядит так: Zn > Cu > Mn. По количеству тяжелых металлов в чешуе судака доминируют железо, цинк и стронций, а в мышцах – железо и цинк. Это связано с закономерностями распределения химических элементов в разных органах и тканях рыб. Распределение химических элементов в чешуе изучаемого вида рыбы характеризуется неоднородностью, что зависит от физико-химических свойств самих элементов и функциональных особенностей чешуи (табл. 2).
Таблица 2
Корреляция между уровнями тяжелых металлов в чешуе
|
Коррелирующие элементы |
r |
Коррелирующие элементы |
r |
|
Fe–Cu |
0,726 |
Cu–Sr |
0,749 |
|
Fe–Mn |
0,673 |
Sr–Mn |
0,699 |
|
Cu–Mn |
0,822 |
В чешуе судака выявлена высокая положительная корреляция концентраций железа и меди (r = 0,726). Уровень железа положительно коррелирован также с марганцем. Железо находится во всех органах и тканях животных и человека и входит в состав гемоглобина и нуклеопротеидов ядерной субстанции клеток. Этот металл является жизненно важным в регуляции различных уровней обмена в организме.
Высокая прямая связь установлена между медью с марганцем и стронцием. Медь входит в состав многих ферментов и биологически активных металлопротеинов. Уровень стронция положительно коррелировал с марганцем. Как марганец, так и стронций участвуют в образовании костистых структур, поэтому, очевидно, и прослеживается их высокая положительная корреляция.
Установлено, что наследственность играет определенную роль в способности аккумулировать в организме различные химические элементы [4, 5, 14].
Во многих исследованиях было установлено, что производные кожи: перо, волос, щетина – могут быть использованы как прижизненные маркеры накопления тяжелых металлов в органах и тканях животных [9, 15, 20, 25]. В наших исследованиях также показано, что между содержанием некоторых химических элементов в чешуе судака и уровнем тяжелых металлов в мышцах существует связь. Так, коэффициент корреляции между концентрацией цинка в чешуе и уровнем кадмия в мышцах был равен 0,514.
Выводы
Установлены средние популяционные значения тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища, которые могут быть использованы в экологии, ветеринарии, зоотехнии при оценке интерьера судака по элементному составу. Содержание Zn, Fe, Sr, Mn и Cu было в соотношении 77:67:46:19:1 соответственно. Высокие положительные корреляции наблюдались между содержанием меди с марганцем, стронцием и железом.
По количеству тяжелых металлов в чешуе судака доминируют цинк и железо. Концентрация цинка, железа и марганца и меди в чешуе была выше, чем в мышечной ткани.
Рецензенты:
Дементьев В.Н., д.с.-х.н., профессор кафедры разведения, кормления и частной зоотехнии Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск;
Желтиков А.И., д.с.-х.н., профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.
Работа поступила в редакцию 15.09.2014.