Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,798

CHARACTERISTIC FEATURES OF HEAVY METALS ACCUMULATION AND CORRELATION IN THE GILLS OF ZANDER FROM NOVOSIBIRSK WATER BASIN

• Authors
• Files
• Abstract
• Keywords
• References

Miller I.S. 1 Korotkevich O.S. 1 Petukhov V.L. 1, 2 Sebezhko O.I. 1

---

1 Novosibirsk State Agrarian University, Novosibirsk

2 Ltd «Institute of Veterinary Genetics and Breeding», Novosibirsk

Article in PDF

323 KB

The paper provides the data about characteristics in accumulation of iron, copper, manganese, zinc, cadmium and lead and their correlation in the gills of zander, Stizostedion lucioperca, in Novosibirsk water basin. The heavy metals concentration was determined with the method of atomic absorption spectrometry. Iron (96,93 ± 5,65 mg/kg) and zink (77,57 ± 1,03 mg/kg) dominate for the amount of heavy metals in gills. It was established that copper, manganese concentrations were 1,7 and 1,5 times greater in zander bone in Novosibirsk water basin than those in gills and iron and zink concentration were 1,5 and 1,1 times greater in zander gills than those in scales, respectively. In a gills, compared with bone tissue, the content of iron is bigger in 3,8 times, content of lead is bigger in 4,7 times. High positive correlations between the content of iron and cadmium, iron and manganese were revealed. The microelements content in the gills of Stizostedion lucioperca from Novosibirsk water basin goes down in the following range: Fe > Zn > Mn > Cu и Pb > Сd in the ratio 38,5:30,8:4,1:1 and 28:1, respectivaly. Mean population values of heavy metals were established in zander gills in Novosibirsk water basin and they can be used when evaluating zander interior for elemental composition.

zander

heavy metals

gills

correlation

Ecology

interior

1. Barannikov V.D. Raspredelenie prioritetnyh zagrjaznitelej atmosfery v organah i tkanjah selskohozjajstvennyh zhivotnyh // Veterinarnaja patologija. 2005. no. 1. рр. 81–83.

2. Biktasheva F.H. Ocenka riska po tjazhelym metallam v organizme predstavitelej ihtiofauny ozera Asylykul // Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2009. T. 4. no. 21-1. рр. 184–186.

3. Vaganov A.S. Sravnitelnaja harakteristika soderzhanija tjazhelyh metallov v promyslovyh vidah ryb Kujbyshevskogo vodohranilishha// Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2011. T.13. no. 5 (2). рр. 144.

4. Davydova N.A., Nohrin D.Ju., Gribovskij Ju.G. Osobennosti mikrojelementnogo sostava organov i tkanej ryby Magnitogorskogo vodohranilishha // Problemy veterinarnoj sanitarii, gigieny i jekologii. 2009. no. 2. рр. 1–7.

5. Esimsiitova Z.B., Nurtazin S.T., Bazarbaeva Zh.M., Reshetova O.A. Gistologicheskoe izuchenie zhabr raduzhnoj foreli, obitajushhej v reke Turgen// Mezhdunarodnyj zhurnal prikladnyh i fundamentalnyh issledovanij. 2013. no. 6. рр. 34–37.

6. Zajko O.A., Korotkevich O.S., Petuhov V.L. Osobennosti akkumuljacii makro- i mikrojelementov v miokarde svinej skorospeloj mjasnoj porody // Glavnyj zootehnik. 2013. no. 6. рр. 35–40.

7. Zajko O.A., Konovalova T.V. Harakteristika genofonda linij porody svinej SM-1 po akkumuljacii svinca v organah i tkanjah // Svinovodstvo. 2013. no. 8. рр. 11–12.

8. Zajko O.A., Konovalova T.V. Vlijanie genofonda semejstv skorospeloj mjasnoj porody na akkumuljaciju svinca v nekotoryh organah i tkanjah svinej // Mir nauki, kultury, obrazovanija. 2013. no. 4 (41). рр. 432–434.

9. Kashulin N.A., Lukin A.A., Amundsen P.A.Ryby presnyh vod subarktiki kak bioindikatory tehnogennogo zagrjaznenija. Apatity: Izd-vo KNC RAN, 1999. 142 р.

10. Kudrin A.V., Skalnyj A.A., Zhavoronkov i dr. Immunofarmakologija mikrojelementov. M.: KMK, 2003. 537 р.

11. Lepilina I.N., Romanov A.A. Gistomorfologicheskie narushenija u volzhskoj sterljadi v sovremennyh jekologicheskih uslovijah // Jekologija. 2005. no. 2. рр. 157–160.

12. Miller I.S., Korotkevich O.S., Petuhov V.L., Sebezh ko O.I. Osobennosti nakoplenija i korreljacii tjazhelyh metallov v kostnoj tkani sudaka Novosibirskogo vodohranilishha// Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2015. no. 1.

13. Miller I.S. Osobennosti soderzhanija i raspredelenija tjazhelyh metallov v kostnoj tkani sudaka Novosibirskogo vodohranilishha/ Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Priroda, jekologija i narodnoe hozjajstvo»: Sbornik statej. OOO «VJeLBORN», Voronezh, 2015. Tom 1. no. 2 (22). рр. 15–19.

14. Miller I.S. Osobennosti soderzhanija i raspredelenija tjazhelyh metallov v cheshue sudaka Novosibirskogo vodohranilishha Materialy / III mezhdunarodnoj konferencii «Innovacionnye razrabotki molodyh uchenyh razvitiju agropromyshlennogo kompleksa»: Sbornik nauchnyh trudov. GNU SNIIZhK, Stavropol, 2014. tom 2. vyp. 7. рр. 163–165.

15. Miller I.S. Soderzhanie kadmija, svinca i cinka v myshcah sudaka obyknovennogo (Stizostedion lucioperca) Novosibirskogo vodohranilishha / Materialy III mezhdunarodnogo simpoziuma «Jekologicheskie problemy zhivotnyh i cheloveka». Sbornik dokladov. FGBOU NGAU, Novosibirsk, 2013. рр. 102–104.

16. Miller I.S. Soprjazhennost urovnja tjazhelyh metallov v myshcah i kosti sudaka obyknovennogo Novosibirskogo vodohranilishha/ Unikalnye issledovanija XXI veka. 2015. no. 7(7).

17. Miller I.S., Konovalova T.V., Korotkevich O.S., Petuhov V.L., Sebezhko O.I. Osobennosti nakoplenija i korreljacii tjazhelyh metallov v cheshue sudaka Novosibirskogo vodohranilishha// Fundamentalnye issledovanija. 2014. no. 9 (Chast 11). рр. 2469–2473.

18. Narozhnyh K.N., Efanova Ju., Korotkevich O. Soderzhanie medi v nekotoryh organah i myshechnoj tkani bychkov gerefordskoj porody // Vestnik NGAU. 2013. no. 2(2). рр. 73–76.

19. Narozhnyh K.N., Efanova Ju.V., Korotkevich O.S. Soderzhanie kadmija v nekotoryh organah i tkanjah bychkov gerefordskoj porody // Mir nauki, kultury, obrazovanija. 2012. no. 4. рр. 315–318.

20. Narozhnyh K., Efanova N.Ju., Korotkevich O.S., Petuhov V.L. Soderzhanie zheleza v nekotoryh organah i myshechnoj tkani bychkov gerefordskoj porody // Molochnoe i mjasnoe skotovodstvo. 2013. no. 1. рр. 24–25.

21. Narozhnyh K.N., Konovalova T.V., Miller I.S., Strizhko va M.V., Zajko O.A., Nazarenko A.V. Mezhvidovye razlichija po koncentracii tjazhelyh metallov v proizvodnyh kozhi zhivotnyh// Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 2 (chast 26).рр. 5815–5819.

22. Perepelkin S.V. Kompleksnaja gigienicheskaja ocenka prirodnyh i antropogennyh geohimicheskih provincij v agropromyshlennom regione Juzhnogo Urala: avtoref. dis. … d-ra med. nauk. Orenburg, 2001. 41 р.

23. Petuhov V.L., Kamaldinov E.V., Korotkevich O.S. Vlijanie porody na ustojchivost krupnogo rogatogo skota k nekotorym boleznjam // Glavnyj zootehnik. 2001. no. 1. рр. 10–12.

24. Petuhov V.L., Miller I.S., Korotkevich O.S. Soderzhanie tjazhelyh metallov v myshcah sudaka (STIZOSTEDION LUCIOPERCA) // Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. T. 2, no. 2(23). рр. 49–52.

25. Reshetnikov Ju.S., Popova O.A i dr. Ocenka blagopoluchija rybnoj chasti vodnogo soobshhestva po rezultatam morfologicheskogo analiza ryb // Uspehi sovremennoj biologii. 1999. T. 119. no. 2. рр. 165–177.

26. Skalnyj A.V., Rudakov I.A. Biojelementy v medicine. M.: Izdatelskij dom «ONIKS 21 vek»: Mir, 2004. 272 р.

27. Sposob opredelenija soderzhanija kadmija v myshechnoj tkani krupnogo rogatogo skota / Petuhov V.L., Korotkevich O.S., Petuhova T.V. i dr. Patent na izobretenie RUS 2426119 24.03.2010.

28. Sposob opredelenija soderzhanija svinca v organah krupnogo rogatogo skota / Korotkevich O.S., Petuhov V.L., Strizhkova M.V., Kamaldinov E.V., Sebezhko O.I., Petuho va T.V. Patent na izobretenie RUS 2421726 08.04.2010.

29. Sposob ocenki kadmija v pecheni i legkih krupnogo rogatogo skota / Korotkevich O.S., Narozhnyh K.N., Konovalova T.V., Petuhov V.L., Sebezhko O.I., Zajko O.A., Kupcov A.V., Grevcov D.S., Miller I.S., Strizhkova M.V. Patent na izobretenie RUS no. 2548774. 25.03.2014.

30. Sposob opredelenija soderzhanija medi v myshechnoj tkani ryby / Korotkevich O.S. Miller I.S. Konovalova T.V. Petuhov V.L. Narozhnyh K.N. Sebezhko O.I. Rudoj E.V. Patent na izobretenie RUS no. 2555518. 28.07.2014.

31. Sposob opredelenija soderzhanija kadmija v organah i myshechnoj tkani svinej / Petuhov V.L., Zheltikova O.A., Zheltikov A.I., Korotkevich O.S., Kamaldinov E.V., Sebezh ko O.I. Patent na izobretenie RUS no. 2342659. 28.03.2007.

32. Strizhkova M.V., Petuhova T.V., Korotkevich O.S. Soderzhanie svinca v organah i tkanjah bychkov cherno-pestroj porody // Glavnyj zootehnik. 2011. no. 6. рр. 66–68.

33. Tairova A.R. Galatova E.A. Osobennosti nakoplenija i raspredelenija tjazhelyh metallov v zhabrah ryb razlichnyh semejstv // Agrarnyj vestnik Urala. 2009. no. 11(65). рр. 116–118.

34. Ulitko V.E., Lukicheva L.N., Pyhtin L.A. Atlas raspredelenija tjazhelyh metallov v kormah i organizme selskohozjajstvennyh zhivotnyh, ptic i ryb. Uljanovsk, 2005. 84 р.

35. Chysyma R.B., Bakhtina Y.Y., Petukhov V.L. et al. Heavy metals concentration in water and soil of different ecological areas of Tyva Republic // Journal De Physique. IV: JP XII International Conference on Heavy Metals in the Environment; editors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble, 2003. рр. 301–302.

36. Chysyma R.B., Petukhov V.L., Kuzmina E.E. The content of heavy metals in feed of the Tyva Republic // Journal De Physique. IV: JP XII International Conference on Heavy Metals in the Environment; editors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble, 2003. рр. 297–299.

37. Korotkevich O.S., Petukhov V.L., Sebezhko O.I. et al. Content of 137 Cs and 90 Sr in the forages of various ecological zones of Western Siberia // Russian Agricultural Sciences. 2014. Vol. 4. no. 3. pp. 195–197 (DOI) 10.3103/S1068367414030094.

38. Marmuleva N.I., Barinov E.Ja, Petukhov V.L. Radionuclides accumulation in milk and its products // Journal De Physique IV: JP XII International Conference on Heavy Metals in the environment. Editors C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. 2003. рр. 827–829.

39. Everall N., Macfarlane N., Sedgwick R. The effects of water hardness upon the uptake, accumulation and excretion of zinc in the brown trout (Salmotrutta) // J. Fish. Biol., 1989. Vol. 33. рр. 881–892.

40. Ishikawa R. Strontium calcium distrimination in rainbow trout// Rec. Oceanorg. Wks Jap. 1960. Vol. 5. no. 2. рр. 120–131.

41. Khanna D.R., Sarkar P., Ashutosh Gautam, Bhutiani R. Fish scalesas bioindicator of water quality of River Ganga // Environ Monit Asscss. 2007. no. 134. рр. 153–160.

42. Narozhnyh K.N., Efanova Y.V., Petukhov V.L., Korotkevich O.S. et al. The content of lead in some organs and tissues of Hereford bull-calves // E3S Web of Conferences 1, 15003 (2013). DOI: 10.1051 /e3sconf /201301115003.

43. Korotkevich O.S. Single nucleotide polymorphism in dairy cattle populations of West Siberia / O.S. Korotkevich, M.P. Lyukhanov, V.L Petukhov et.al. // Proceeding of the 10th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production. 2014. рр. 487.

44. Miller I.S., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Korotkova G.N., Konovalov I.S. 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.

45. Miller I., Korotkevich O.S., Korotkova G.N. Heavy metals in the water supply of Novosibirsk water-basin// Proceedings of the scientific English conference to honor the 20thanniversary of scientific English conferences in biology «BIOLOGY AND THE MODERN WORLD 2». NSAU, Novosibirsk, 2011. рр. 155–157.

46. Patrashkov S.A., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Petukhov I.V. Content of heavy metals in the hair // Journal De Physique. IV: JP XII International Conference on Heavy Metals in the Environment; editors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble, 2003. рр. 1025–1027.

47. Petukhov V.L. Cs-137 and Sr-90 level in diary products / V.L. Petukhov, Yu.A. Dukhanov, I.Z. Sevryuk, S.A. Patrashkov, O.S. Korotkevich, T.S. Gorb, I.V. Petukhov // Journal De Physique. IV: JP XII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Editors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. 2003. рр. 1065–1066.

В связи с антропогенным загрязнением окружающей среды все большее внимание уделяется проведению регулярного мониторинга воды, почв, растений, животных, продуктов питания [1, 2, 9, 22, 35–38].

Наибольшее количество потенциально опасных химических веществ, включая тяжелые металлы, поступает в организм с пищевыми продуктами [1, 10, 22, 47]. Это в значительной мере связано с биологической активностью химических элементов [23, 26], которые оказывают влияние не только на интерьер живых организмов [18–20, 32, 45], но и на генетическую структуру популяций [42].

Рыбная промышленность имеет важное значение для обеспечения продовольственной безопасности страны, включая в себя вопросы добычи и переработки рыбы, морского зверя, водорослей, китов, морских беспозвоночных в пищевую, техническую, медицинскую и кормовую продукцию [3, 26]. Рыбы – это важный объект для научных исследований [13, 15, 24, 42]. Сведения о микроэлементном составе органов и тканей рыб показывают направленность биохимических процессов, протекающих в организмах гидробионтов, позволяют судить об экологическом состоянии водной экосистемы и о возможности применения данного вида продукта в пищу людей [4, 44].

Жабры рыб – это орган, непосредственно контактирующий с водой, который является наиболее уязвимым, так как обеспечивает активный транспорт растворенного в воде кислорода. Жабры рыб очень чувствительны к посторонним примесям и токсичным веществам в водной среде [5], что отражается на морфологии жабр [11, 25] и на изменении физико-химического состава [41]. Поэтому определение содержания тяжелых металлов в жабрах судака Новосибирского водохранилища с целью оценки гидрохимического состояния водоема является особенно актуальным.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена на базе лаборатории биохимии ГНУ СибНИИЖ. Исследования были проведены на судаке обыкновенном в возрасте 3,3–4,4 года, который был выловлен в Новосибирском водохранилище. Для исследования были взяты 30 проб жабр. Концентрации тяжелых металлов определялись методом атомно-абсорбционной спектрометрии (АСС) на атомно-абсорбционном спектрометре АА-7000 Shimadzu по ГОСТ 30178-96.

Полученные данные обработаны методом вариационной статистики 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(?).

Результаты исследования и их обсуждение

Данные по содержанию тяжелых металлов в жабрах судака обыкновенного представлены в табл. 1.

Выявлены значительные различия между способностью жабр судака к аккумуляции микроэлементов. Достоверно было доказано, что основной путь поступления Zn, Sr и Cd в организм рыб происходит через жабры [39, 40]. В жабрах в наибольшей степени концентрируется железо в сравнении с другими органами и тканями судака. Повышенная аккумуляция железа в жабрах объясняется тем, что оно стимулирует кроветворение и усиливает процессы дыхания в клетках. Нами также было изучено содержание тяжёлых металлов в чешуе и костной ткани судака Новосибирского водохранилища [12–14, 17]. Исследованиями установлено, что в жабрах судака концентрация меди меньше, чем в костной ткани, в 1,7 раза, марганца – в 1,5 раза. Концентрация железа и цинка превышает содержание данных микроэлементов в чешуе в 1,5 и 1,1 раза соответственно. Основной функцией железа в организме рыб является перенос кислорода и участие в окислительных процессах. Соединения железа в больших дозах вызывают гипоксию вследствие осаждения хлопьев гидроокиси на жабрах и снижения содержания кислорода в воде при окислении закисного железа. Так, при изучении накопления в жабрах железа различными семействами рыб, обитающих в реке Уй, высокая концентрация наблюдалась у представителя семейства окуневые (род судак) [33, 34]. Под воздействием цинка установлено повышение количества эритроцитов и уровня гемоглобина, увеличивается доля больших лимфоцитов и общее количество лейкоцитов. Однако соли цинка в повышенной концентрации вызывают коагуляцию слизи жабр рыб, их гибель от удушья.

Выявлен широкий размах фенотипических изменений в уровне тяжелых металлов в жабрах. Низкая индивидуальная изменчивость характерна для содержания цинка, тогда как вариация других элементов была во много раз выше. Если в жабрах и костной ткани индивидуальная изменчивость уровня Zn была одинаковой и низкой, то в чешуе она выше в 5 раз. Различия в индивидуальной концентрации химических элементов в органах и тканях обусловлены как их функцией, условиями среды, так и наследственными факторами. Это было подтверждено в ряде исследований [6, 8, 21, 23, 46].

Таблица 1

Содержание химических элементов в жабрах, мг/кг