Химические элементы в свободном состоянии, а также в виде большого количества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей живых организмов [7, 24, 25, 28, 38].

Многие авторы считают, что тяжелые металлы среди химических элементов наиболее токсичны, поэтому очень важно изучать их содержание не только в почве [32, 35], воде [2, 36, 37], растениях, но и в органах и тканях различных видов животных и продуктах питания [5, 27, 29, 40-42].

Известно, что рыбы чутко реагируют на изменение условий окружающей среды, в частности химического состава воды, донных отложений [3, 4, 20, 31, 33, 34]. Поэтому среди существующих методов индикации экологического состояния водоемов все более востребованными становятся методы биоиндикации [8-10, 17, 18, 24]. Так, при определении степени загрязнения водоемов тяжелыми металлами в качестве биоиндикаторов используют рыб, оценивая уровень содержания и характер накопления микроэлементов в тканях и органах [12-16, 21, 39].

Печень интенсивно аккумулирует химические элементы, включая металлы, и по этому показателю значительно превосходит остальные органы. Согласно исследованиям П.А. Попова [23], по способности к аккумуляции тяжелых металлов (кроме Hg) печень располагается на первом месте. Это подтверждается и исследованиями И.Н. Андрусишиной [2]. Поэтому сравнительный анализ элементного состава печени рыб очень важен.

Материалы и методы

Работа выполнена на базе аналитической лаборатории Института неорганической химии СО РАН. Исследования 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 30 проб печени. Концентрации тяжелых металлов определялись атомно-эмиссионным спектральным методом с возбуждением спектров в двухструйной дуговой плазме (ДДП-АЭС).

Полученные данные обработаны методом вариационной статистики с использованием программы Microsoft Excel. Тестирование соответствия имеющихся распределений проводили при помощи критерия Колмогорова—Смирнова. Достоверность разности между средними значениями оценивали с помощью критерия Стьюдента (td –критерий) и Фишера F (φ).

Результаты и обсуждение

Данные по содержанию тяжелых металлов в печени судака обыкновенного представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание химических элементов в печени, мг/кг

Выявлены значительные различия по аккумуляции микроэлементов в печени судака. По уровню содержания микроэлементов в печени выстраивается следующий ряд: марганец < медь ˂ цинк < железо. Их соотношение составляет 1 : 1,2 : 16,4 : 42,9. Таким образом, концентрация железа в печени судака в 2,6 раза выше, чем железа (Р<0,001), а уровни меди и марганца были одинаковы. Известно, что часть белков, депонирующих железо (ферритин, гемосидерин), находятся в гепатоцитах. При небольших запасах железа оно хранится в виде ферритина. При избыточном поступлении в клетку железо откладывается в виде гемосидерина [26]. Однако печень играет главную роль в метаболизме меди. Концентрация меди в печени показывает общий статус организма в отношении данного химического элемента и уровень усваиваемости [30].

Ранее нами изучалось содержание тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища [13]. Было установлено, что в печени судака концентрация железа больше, чем в чешуе, в 2,8, а меди – в 5,0 раз [13]. Остальные микроэлементы содержатся в чешуе в больших количествах. Концентрация марганца в чешуе больше, чем в печени, в 4,4 раза, цинка – в 1,2 раза. Чешую и другие производные кожи можно использовать в качестве маркеров накопления тяжелых металлов в органах и тканях животных [26-30, 41].

Содержание тяжелых металлов в организме рыб зависит от характера их питания, а также интенсивности обменных процессов [11]. На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. По количеству тяжелых металлов в печени, как и в чешуе судака, преобладают железо, цинк и медь.

Между изученными тяжелыми металлами в печени существуют довольно высокие положительные корреляции (табл. 2).

Таблица 2

Корреляция между уровнями тяжелых металлов в печени

В печени судака выявлена высокая положительная корреляция концентраций железа и меди (r=0,776). Уровень железа также положительно коррелирован с марганцем, цинком. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментных реакциях, в обеспечении иммунных реакций, в окислительных процессах.

Высокая положительная связь установлена между медью с марганцем и цинком. Медь – жизненно важный элемент, входящий в состав многих витаминов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ. Цинк в умеренных физиологических дозах повышает усвоение меди организмом. Уровень цинка положительно коррелировал с марганцем. Цинк и медь являются кофакторами большой группы ферментов и участвуют во многих видах обмена. По мнению ряда авторов, способность аккумулировать в организме различные химические элементы передается из поколения в поколение [6-7, 17], поэтому путем селекции можно оптимизировать их содержание в органах и тканях [5-7, 19, 20].

Выводы

Установлены средние популяционные значения тяжелых металлов в печени судака из Новосибирского водохранилища, которые можно использовать при последующих мониторингах. Содержание Mn, Cu, Zn, Fe было в соотношении 1 : 1,2 : 16,4 : 42,9 соответственно. Высокие положительные корреляции были обнаружены между содержанием железа с марганцем и цинком.

По количеству тяжелых металлов в печени, как и в чешуе судака, преобладают железо, цинк и медь. Концентрация цинка, железа в печени судака выше, чем в чешуе.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект РНФ № 15-16-30003).

Рецензенты:

Солошенко В.А., д.с-х.н., профессор, директор Сибирского научно-исследовательского и проектно-технологического института животноводства, п. Краснообск;

Желтиков А.И., д.с-х.н., профессор, профессор кафедры разведения, кормления и частной зоотехнии Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.