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
|
Элемент |
|
|
CV |
lim |
Отношение крайних вариантов |
|
Fe |
173±16,0 |
87,5 |
50,6 |
62,0-390,0 |
1:6,3 |
|
Mn |
4,03±0,31 |
1,69 |
41,9 |
1,5-8,9 |
1:5,9 |
|
Cu |
4,73±0,44 |
2,43 |
51,5 |
1,8-12,0 |
1:6,7 |
|
Zn |
66,3±4,2 |
22,9 |
34,6 |
37,0-130,0 |
1:3,5 |
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
|
Коррелирующие элементы |
r±Sr |
Коррелирующие элементы |
r±Sr |
|
Fe-Cu |
0,776***±0,073 |
Cu-Mn |
0,695***±0,095 |
|
Fe-Mn |
0,597***±0,118 |
Cu-Zn |
0,688***±0,097 |
|
Fe-Zn |
0,748***±0,080 |
Zn-Mn |
0,764***±0,077 |
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.