Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Осетровые рыбы Каспийского моря 7
1.1. Биология и экология осетровых 7
1.2. Состояние запасов и промысел осетровых 16
1.3. Пищеварительная система осетровых рыб 20
Глава 2. Материал и методы исследований. 24
2.1. Сбор материала и его ихтиологическая обработка 24
2.2. Математическая обработка результатов исследований 26
2.3. Методики сбора материала и проведения микроэлементного анализа. 28
2.4. Методики сбора материала и гистологической обработки 29
2.5. Методики сбора материала и анализа ферментативной активности 31
2.6. Ихтиологическая характеристика материала... 36
2.6.1. Русский осетр 36
2.6.2. Севрюга 38
2.6.3. Белуга 39
2.6.4. Стерлядь 40
2.6.5. Персидский осетр и шип 41
Глава 3. Содержание микроэлементов в органах и тканях осетровых 42
3.1. Вариации микроэлементного состава в органах и тканях осетровых рыб в зависимости от вида, пола и стадии зрелости гонад 47
3.1.1. Содержание микроэлементов в органах и тканях различных видов осетровых рыб 47
3.1.2. Различия в содержании микроэлементов в органах и тканях у самцов и самок 58
3.2. Анализ совокупных данных по содержанию микроэлементов в органах осетровых 61
3.2.1. Предпосылки 61
3.2.2. Анализ визуализированных данных 63
3.2.3. Кластерный анализ 73
3.2.4. Другие перспективные направления обработки данных 80
3.3. Прогноз накопления тяжелых металлов в органах пищеварительной системы осетровых 80
3.3.1. Зависимости между морфометрической характеристикой и содержанием микроэлементов в органах осетровых 80
3.3.2. Корреляции между длиной или массой тела и концентрацией микроэлемента 81
3.3.3. Форма зависимости между длиной или массой тела и концентрацией микроэлемента 85
Глава 4. Морфологические изменения в пищеварительной системе осетровых . 86
4.1. Современные адаптивные изменения различных органов осетровых рыб 86
4.2. Особенности строения желудка осетровых рыб 86
4.3. Особенности морфологии пилорической железы осетровых рыб 89
4.4. Особенности структуры пищеварительных желез осетровых рыб 92
4.4.1. Изменения клеток печени осетровых 92
4.4.2. Морфология поджелудочной железы осетровых 97
4.5. Морфология средней кишки осетровых рыб 98
4.6. Особенности строения спирального клапана осетровых рыб 102
Глава 5. Мембранное пищеварение у осетровых рыб 108
5.1. Современные представления о процесах пищеварения 108
5.2. Пищеварение у рыб 109
5.3. Пищеварение у осетровых рыб 114
5.4. Различия активности пищеварительных ферментов осетровых рыб.. 119
5.4.1. Различия в ферментативной активности в зависимости от вида рыбы 119
5.4.2. Различия в ферментативной активности в зависимости от стадии зрелости гонад 123
5.4.3. Различия в ферментативной активности в зависимости от травм и наличия паразитов в кишечнике 125
5.4.4. Различия в ферментативной активности в зависимости от содержания микроэлементов в пищеварительных органах 127
Заключение 129
Выводы 134
Список литературы 136
Приложения 159
- Пищеварительная система осетровых рыб
- Методики сбора материала и анализа ферментативной активности
- Корреляции между длиной или массой тела и концентрацией микроэлемента
- Различия в ферментативной активности в зависимости от травм и наличия паразитов в кишечнике
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения запасов осетровых в естественных водоемах с помощью применения ряда мер как по охране запасов, так и доведения их воспроизводства до необходимого уровня. С середины 50-х годов неотъемлемой частью мер по сохранению запасов осетровых стало воспроизводство молоди на осетровых рыбоводных заводах как компенсация ущерба естественному нересту, в связи со строительством ряда волжских гидроэлектростанций (Ходоревская, 2001; Распопов и др., 2002). Не менее острым является вопрос создания такого товарного осетроводства, при котором взрослые осетровые рыбы, полученные в товарном цикле, служили бы производителями, не уступающими по рыбоводным качествам рыбам, выросшим в естественных водоемах (Иванов, 2002; Васильева, 2003).
В этих условиях значимую роль приобретают морфофункциональные исследования осетровых рыб, в том числе их пищеварительной системы. Пищеварительная система является ведущей системой, обеспечивающей обмен веществ, формирующей тело рыбы, особенности компонентного состава (Кузьмина, 2000; Абдурахманов и др. 2003; Неваленный, 2002). Одновременно пищеварительная система весьма лабильна и чутко реагирует даже на незначительные изменения факторов окружающей среды, отражает физиологические особенности организмов. Изменения условий роста рыбы, рационов её кормления, применение методик, ускоряющих достижение половой зрелости рыбой, оказывают значительное влияние на состоянии пищеварительной системы организма (Строганов, 1968). Выполнявшиеся ранее исследования затрагивают, прежде всего, проблемы формирования и функционирования пищеварительной системы у молоди осетровых (Гершанович и др., 1987), хотя не менее важным представляется изучение пищеварения и пищеварительной системы у взрослых осетровых рыб. Таким образом, в современных условиях актуальны исследования особенностей состояния пищеварительной системы осетровых в период нерестовой миграции.
Цель и задачи работы. Целью исследования являлось изучение морфофизиологического состояния пищеварительной системы осетровых рыб во время совершения ими нерестовой миграции в р. Волгу в связи с изменением содержания в тканях и органах рыб минеральных веществ.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
1. Исследовать уровень содержания микроэлементов в органах
осетровых рыб (русского осетра Acipenser gueldenstaedtii, севрюги A stellatus,
стерляди A. ruthenus, белуги Huso huso) - в печени, пилорической железе,
кишечнике, а также жабрах, почках, селезенке, мышцах и гонадах;
2. Методами кластерного анализа выявить сходство и различия между
отдельными видами осетровых по уровню содержания микроэлементов в
органах;
3. Изучить особенности процессов мембранного пищеварения у
осетровых в период нерестовой миграции;
Проанализировать связь между физиологическим состоянием особи и особенностями структуры и функций пищеварительных органов;
Установить связь между величиной концентрации микроэлементов в органах пищеварительной системы осетровых и их морфометрическими характеристиками;
Выявить отклонения в функциях пищеварительной системы в связи с изменением содержания минеральных веществ в органах и тканях осетровых;
7. Оценить влияние отклонений концентраций микроэлементов от
средних значений на ферментативную активности энзимных комплексов,
ассоциированных в гликокаликсе эпителия желудочно-кишечного тракта.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное исследование состояния пищеварительной системы половозрелых осетровых, включающее в себя накопление различных микроэлементов в стенках желудочно-кишечного тракта и других органов, прослежены связанные с этим изменения морфологии и функции пищеварительной системы. Впервые использован кластерный анализ для изучения уровня содержания микроэлементов в органах осетровых, в том числе пищеварительной системе. Впервые представлены сведения о количественных характеристиках содержания микроэлементов в ряде органов. Исследованы патологические изменения в них в связи с повышенным содержанием микроэлементов. Изучены функциональные особенности пищеварительной системы осетровых на примере исследования активности пищеварительных ферментов. Полученные результаты значительно дополняют и расширяют представления о морфо-функциональном состоянии пищеварительной системы разных возрастных групп осетровых.
Практическая значимость работы - состоит в том, что показана адаптивная пластичность пищеварительной системы каспийских осетровых. На основе результатов исследования предложена возможность прогнозирования содержания некоторых микроэлементов в исследованных органах осетровых рыб. Материалы диссертационной работы включены в лекционные курсы по водной токсикологии, гистологии, энзимологии в Астраханском государственном техническом университете.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на межвузовской научной конференции молодых ученых и студентов "Белки-маркеры патологических состояний крови" в 1999 г., Астрахань, 4-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», 1999 г., Санкт-Петербург, International conference AQUA, 2000 г., Италия, международной конференции «Биологические ресурсы окраинных и внутренних морей России и их рациональное использование», 2000, 4* International Sturgeon Symposium, 2001 г., США, международной конференции «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов», 2004 г., Петрозаводск, а также на конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ в 1998-2006 гг.
Пищеварительная система осетровых рыб
В XVII в. добыча осетровых составляла 50 тыс. т, в XIX в. - 32-37 тыс. т. С 1865 г., наряду с речным, начал развиваться и морской промысел, сначала в прибрежных водах, затем - на пастбищах Северного Каспия, а в конце XIX -начале XX в. осетровых стали добывать также в Среднем и Южном Каспии (Очерки рыболовства..., 1856; Бэр, 1860; Meek, 1916; Бабушкин, Борзенко, 1951) . Уловы осетровых в начальный период развития морского промысла (1901-1903 гг.) достигали 35-39 тыс. т., но чрезмерная интенсификация промысла отрицательно сказалась на запасах. К 1914-1915 гг., несмотря на прежнюю вооруженность промысла, добыча осетровых снизилась до 27,7-28,7 тыс. т. Наиболее сильно пострадала белуга, самый крупный и долгоживущий вид осетровых. В 1902-1907 гг. ее уловы достигли максимума (10,8-14,8 тыс. т.), что подорвало запасы, которые в дальнейшем уже не восстановились (Киселевич, 1926; Коробочкина, 1964). Были изъяты старшие возрастные группы, и произошло омоложение стада. Предельный возраст белуги в уловах постепенно снизился с 100-120 лет в начале века, до 50-55 лет в современных условиях.
Ослабление промысла в годы первой мировой и гражданской войн (1914-1924 гг.) дало положительные результаты. В это время запасы осетровых возросли, что позволило в последующий период увеличить их уловы. В 1931-1940 гг. добыча осетровых по количеству экземпляров достигла максимального уровня, но по массе они были ниже предвоенных, что связано с тем, что масса рыб резко уменьшились. Уменьшился выход икры, составляя в 1936-1940 гг. 2,6 % от массы осетровых, тогда как за десять лет до этого - 8,3 % (Кувшинников, І937; Бабушкин, Борзенко, 1951).
При морском промысле в большом количестве вылавливались неполовозрелые экземпляры белуги, русского и персидского осетров и севрюги. Это привело к истощению запасов и потребовало введения ряда ограничений. Были установлены лимиты на добычу осетровых в Среднем и Южном Каспии, повышена промысловая мера, запрещено применение некоторых орудий лова. Несмотря на принятые меры и на ослабление рыболовства в военный период 1941-1945 гг., полного восстановления запасов не произошло и уловы не поднялись до уровня прошлых лет (Бердичевский, 1958).
В 50-е годы на численность и запасы осетровых стало оказывать влияние применение более уловистых сетей из капрона при добыче судака, леща и других рыб. Особенно много молоди осетровых вылавливалось при добыче сельдей закидными неводами и дрифтерными сетями (Бердичевский, 1958, 1961; Марти, 1972).
В 1962 г. были введены новые правила рыболовства, по которым был полностью запрещен морской лов осетровых и добыча их перенесена в дельты и низовья рек. Запрещены были орудия лова и способы рыболовства, приводившие к массовому вылову молоди осетровых и других ценных рыб. Промысел осетровых в реках позволял осуществлять некоторые мероприятия по его регулированию: лимитированию вылова, определению времени лова, пропуск оптимального количества производителей на естественные нерестилища (Коробочкина, 1964; Казанчеев, 1965). В результате значительно увеличились длина и масса добываемых русского осетра, севрюги и белуги, в несколько раз повысился выход икры, возросли запасы рыб. Уловы осетровых стали быстро увеличиваться и к середине 70-х годов достигли уровня, близкого к периоду 1914-1915 гг. (25-27 тыс. т). При этом на Волге брали почти весь улов осетра, более 60-80 % белуги и около 30 % севрюги, остальную часть улова белуги и севрюги брали в дельте Урала. Морской промысел осетровых остался только у побережья Ирана и составлял от 5 до 10 % общих уловов (Бабушкин, Борзенко, 1951; Бердичевский, 1961; Легеза, Воинова, 1967).
Высокие уловы конца 70-х годов обеспечивались, в основном, за счет рыб от естественного нереста, родившихся в условиях незарегулированного стока Нижней Волги, когда все экологические группировки всех видов осетровых находили оптимальные условия для размножения. Однако именно в этот период времени остро встает вопрос о существенном загрязнении рек бассейна Каспия; неблагоприятная экологическая обстановка определила проблемы с добычей осетровых в 80-е годы (Легеза, 1978; Лукьяненко, 1984, 1989; Водохранилища..., 1986).
После зарегулирования стока, преобладающие по численности озимые формы были отрезаны от своих нерестилищ (Распопов, Дубинин, 1990). При высокой плотности кладок икры на ограниченной площади эффективность нереста уменьшилась. Яровые формы осетровых оказались в условиях более благоприятных для естественного размножения, но они более интенсивно изымались речным промыслом, и численность яровых рыб сократилась (Расповов и др., 1994; 1995; Распопов, 2001а, 20016).
В российских водах Каспия уловы осетра достигали при морском промысле 8,0 тыс. т., после его запрета возросли почти до 14,0 тыс. т. Увеличение уловов с конца 70 -х годов до 1988 года обусловлено повышением выживаемости поколений осетра после запрета морского промысла, а также выпуском молоди рыбоводными заводами. В начале 90-х годов наблюдается сокращение запасов осетра и снижение его промысловых уловов. Вызвано это вступлением в промысел малоурожайных поколений 1973 -1977 гг. и резким увеличением неучтенного вылова на морских пастбищах (Распопов и др., 1995). Возобновление в 90-х годах несанкционированного морского лова привело к стремительному сокращению запасов осетровых и снижению промысловых уловов (Иванов и др., 1995; Иванов, 2000). В в водах Казахстана вылов осетра не превышал 2,5 тыс. т.
В водах России вылов севрюги в море был не более 3,0 тыс. т. После запрета морского промысла уловы севрюги в р. Волге находились на уровне 3,5- 4,0 тыс. т. Стремительное сокращение количества севрюг в уловах, стало наблюдаться с 1991 г., что объясняется открытием незаконного морского промысла в море и увеличением браконьерского вылова в реках бассейна. На р. Урал максимальный вылов севрюги наблюдался в конце 70-х годов после запрета .морского промысла в Урале и достигал 10,0 тыс. т. Впоследствии уловы ее снижаются (Власенко и др., 2003) и не превышают сотен тонн.
Промысел белуги велся в Северном Каспии, у западного побережья и восточного побережий Среднего и Южного Каспия и в реках бассейна (Бабушкин, Борзенко, 1951). Объемы вылова в российских водах были относительно стабильны, максимальные уловы отмечены в конце 40-х и начале 50-х годов (до 2,0 тыс. т). После запрета морского промысла уловы белуги в России достигали 1,8-2,0 тыс. т. Резкое падение запасов белуги вызвано постройкой каскада волжских электростанций (Французов, 1960). Снижение ее вылова в р. Волге началось с 1985 г. и объясняется сокращением численности рыб от естественного воспроизводства, недостаточными масштабами пополнения от промышленного разведения, а также наличием незаконного промысла. В Казахстане в начале 30-х годов вылов белуги не превышал 1,4 тыс, т. После запрета морского промысла уловы ее в Урале составляли 0,4-0,6 тыс. т. С 1987 г. сократилась численность нерестовой части популяции с уменьшением вылова белуги в Урале.
Неудовлетворительное состояние промысловых запасов нерестовых частей популяций производителей, мигрирующих в реки бассейна, характерно для всех видов осетровых (Распопов, 20016; Ходоревская и др., 2001).
Методики сбора материала и анализа ферментативной активности
Приготовление препаратов. После фиксации в смеси с пикриновой кислотой используется 70-80 % спирт. Обезвоживание производится в чистых и сухих банках с притёртыми пробками объёмом 150-200 мл. Уровень спирта в них должен быть выше объекта на 1 -2 см.
Промывка и обезвоживание производится в спиртах возрастающих концентраций (70-1, 70"- II, 80, 90, 96, 1-й и 2-й абсолютный). Для приготовления спиртов возрастающих концентраций используется абсолютный спирт, получаемый с помощью медного купороса. Обыкновенно используется 20 г обезвоженного прокаленного медного купороса и 200 мл 96 спирта. После 1-2 суток (в течение которых емкость встряхивают) нахождения в одной емкости, жидкость переливают в другой сосуд с новым обезвоженным купоросом. Процесс продолжают до тех пор, пока купорос не перестанет приобретать голубой цвет от соприкосновения со спиртом. Выдерживание в каждом спирту продолжается около 24 часов, в последнем спирту материал находится 3-4 часа. При перекладке кусочков в спирты более высоких концентраций, кусочки обсушивают на фильтровальной бумаге.
Заливка используется для уплотнения материала, необходимого для дальнейшей резки на микротоме. Использовалась заливка в парафин. Большое его преимущество, в сравнении с другими способами - возможность получения весьма тонких срезов.
Для заливки употреблялся парафин белый, с температурой плавление около 55-60 С. В качестве промежуточных сред между спиртом и парафином использовались хлороформ и его смеси с парафином. Окончательная заливка проводилась в металлические ванночки с расплавленным парафином путём помещения в них кусочков материала. После чего форма осторожно переносилась в холодную воду для обеспечения большей гомогенности парафиновой массы. Необходимо с особой тщательностью добиваться получения однородной парафиновой массы. Заливки с молочной, зернистой структурой выбраковываются. Из затвердевшего парафина вырезают прямоугольные блоки с залитыми кусочками, прикрепляемые далее к деревянному кубику. Далее следовала резка на микротоме, выбор удачных срезов, размещение их на предметном стекле, окрашивание и приготовление постоянных препаратов. Изучение препаратов. Препараты изучались в видимом спектре на световом микроскопе «Биолам» при увеличениях 90,600,900. При необходимости интересные участки фотографировались с помощью «Olympus U-STV ВХ 40» с увеличением 40, 100, 400 раз. Сбор материала. У изучаемой рыбы изымался весь желудочно-кишечный тракт. Для определения активности ферментов из него выделялись следующие части: часть кишечника, примыкающая к анальному отверстию; часть, включающая в себя участок после второй петли кишечника; часть кишечника, расположенная сразу за желудком, желудок (у белуги кардинальный и пилорический отделы, у остальных - преимущественно пилорический)), пилорическую железу (совокупность пилорических придатков) и печень. Количество этих органов подбиралось с учётом потребностей конкретной методики. Часть материала анализировалась в свежем виде. Другая часть хранилась в морозильной камере при -18 С. При этом органы рыбы помещались в полиэтиленовый пакет и этикировались. На общую амилолитическую активность проведено 1250 анализов, активность альфа-амилазы - 1150, общая протеолитическая активность определялась 1450 раз.
Приготовление препаратов. В случае использования замороженных проб, пакет с пробами размораживается. Содержимое этикетки переносится в лабораторный журнал. Части кишечника и желудок вскрываются вдоль. Содержимое их промывается 40-50 мл дистиллированной воды, остатки содержимого и избыток влаги удаляется фильтровальной бумагой. При получении препарата слизистой оболочки желудка или кишечника орган помещается на охлаждаемое стекло и с его внутренней части соскабливается гликокаликс и верхний слой клеток при помощи мягкой пластмассовой лопаточки. Если исследуемый орган - печень, то берётся её небольшой фрагмент (навеской 0,3-0,5 г) и тщательно измельчается скальпелем. По возможности отделяют твёрдые, негомогенизируемые прослойки соединительной ткани.
При приготовлении гомогенатов из пилорической железы, отделяют небольшой кусочек пилорической железы и, после промывания его снаружи небольшим количеством дистиллята, творожистое содержимое пилорической железы тщательно извлекается.
Масса полученного вещества определяется, затем оно переносится в гомогенизационную пробирку, куда добавляется 1,5-3 мл воды. Вещество гомогенизируется 3 минуты механическим способом. При необходимости более длительной гомогенизации, гомогенизационная пробирка помещалась в стакан воды со льдом во избежание нагрева.
После этого разведение гомогената доводится до необходимого, обыкновенно десятикратного, и он помещается в обыкновенные пробирки, в холодильник. Перед анализом концентрацию гомогената доводят до рабочей. Как правило, при определении а-амилолитической активности рабочее разведение составляло 300 раз, при определение общекарбогидразнои активности - 50 раз, протеолитической активности - 100 раз.
Определение общей амилолитической (суммарной карбогидразной) активности. Общую амилолитическую активность определяли методом Нельсона в модификации А. М Уголева и Н. Ы. Иезуитовой (1969). Принцип метода основан на окислении редуцирующих Сахаров медным реактивом с последующим восстановлением мышьяково-молибденового реактива в присутствии образовавшейся закиси меди. Субстрат: 2% раствор растворимого крахмала или 2% раствор сахарозы. Изотонический раствор: 9,6 г Na2S04 10Н2О и 2,1 г CuS04 5Н20 доводятся водой до 350 мл. Медный реактив для окисления гексоз, состоящий из двух растворов — А и Б. Раствор А: 13 г CuS04 5Н20 доводятся водой до 1 литра. Раствор Б: 50 г ШНСОз растворяются при перемешивании в 700 мл fLjO; затем прибавляется 40 г №2СОз и 36,8 г щавелевокислого калия, предварительно растворенных в 100 мл подогретой воды и 24 г сегнетовой соли, так же растворенной в 100 мл подогретой воды. Объем смеси доводят до 1 литра.
Корреляции между длиной или массой тела и концентрацией микроэлемента
Исследования микроэлементного состава тела осетровых рыб проводятся давно. В последние годы особую актуальность этому направлению придает, с одной стороны, общеизвестное катастрофическое снижение численности осетровых в естественных водоемах; длительное время ведущим фактором, приводившим состояние популяций осетровых к упадку, было загрязнение водных бассейнов, в том числе загрязнение бассейна р. Волга, солями тяжелых металлов (Костров, 1997), С другой стороны, в связи с одновременным расширением спроса на мировых рынках на продукцию, получаемую из осетровых, исследователями проявляется большой интерес к возможностям товарного выращивания осетровых в течение длительных промежутков времени, измеряемых многими годами. А значит, возникают задачи такого содержания осетровых в преимущественно индустриальных условиях, которое обеспечивало бы адекватный природному состав их тел.
Первые исследования микроэлементного состава окружающей среды следует отнести к началу двадцатого века. Эти исследования связаны со становлением таких наук, как геохимия и биогеохимия и именем такого выдающегося ученого, как В. И. Вернадский (1922, 1934, 1940, 1980), показавшего единство живой и неживой природы, указавшего на планетарную роль живых организмов в движении косного вещества.
Одновременно с этим формируется новая дисциплина - биологическая химия. Большой вклад в развитие представлений о роли химических процессов для жизни, в функционировании живых организмов, внесли такие ученые как К. Оппенгеймер (1934), А. Н. Бах (1936). Приходит осознание важности знания компонентного, биохимического состава биологических объектов для понимания законов их жизнедеятельности. Появляются данные о важной роли некоторых элементов в ведущих биологических процессах: магния, участвующего в фотосинтетических процессах, железа, занятого в переносе кислорода от органов дыхания к тканям, вырабатывается представление о вхождении микроэлементов в состав ферментативных комплексов.
Значительная работа по установлению элементного состава объектов окружающего мира была проделана в Геохимической лаборатории А.П.Виноградовым и его сотрудниками (1935, 1944). Получены первые сведения по микроэлементному составу «морских» организмов, включая русского осетра. Характерно было определение содержания элементов сразу во всем объекте целиком, по преимуществу без выделения отдельных частей, подразумевалось исследование взрослых, сформировавшихся особей. Индустриализация СССР и восстановление экономики страны после разрушительной войны вызвала необходимость проектирования и возведения плотин гидроэлектростанций; осознается необходимость искусственного пополнения рыбных запасов, получают поддержку работы, направленные на исследование возможностей выращивания осетровых рыб в созданных человеком условиях (Державин, 1947; Дрягин, 1949; Мантейфель, 1959). Наряду с формированием концепции пастбищного осетроводства, появляются работы по выращиванию осетровых в пресноводных водоемах, прудах -отметим здесь работы Н.И. Николюкина (1962), 1-І. С. Строганова (1957, 1968). Последний глубоко занимается изучением содержания микроэлементов в органах и тканях осетровых. Впервые поднимается вопрос, каким образом состав среды и корма в пресноводных водоемах, существенно отличающихся от привычных осетровым условий моря, окажет влияние на состав тел рыб, насколько выражено будет это влияние, и как оно отразится на физиологическом состоянии рыб, на её потребительских качествах. Обозначается роль микроэлементного состава тела осетровых как адекватного способа отражения «нормального» состояния организма, делается попытка исследований связи между солевым составом воды, микроэлементым составом пищевого рациона и формированием определенного химического состава отдельных частей тела осетровых (Аринушкина, 1952; Строганов, 1962, 1967; Braithwaite, McEvoy, 2005). В сравнении с предшествующими исследованиями значительно расширен спектр изучаемых элементов, однако выделяемые в исследовании части еще трудно назвать анатомически выделеными, за исключением, может быть, внешних сторон - исследования микроэлементов проводятся в таких частях тела осетровых, как «голова», «тело» (Кизеветтер, 1942; Клейменов, 1952, 1962; Войнар, 1953). Появляются указания на вариабельность микроэлементного состава осетровых, связанную с многообразием действующих биотических и абиотических факторов, Основным объектом изучения остаются крупные особи осетровых.
Успехи в сравнительной анатомии, физиологии и эмбриологии рыб (Алявдина, 1951; Васнецов, 1953; Гербильский, 1957) стимулируют работы по определению химического состава отдельных органов и тканей осетровых (Махмудов, 1965, 1966), формируя интерес к изучению ранних этапов индивидуального развития, закономерное развитие получают исследования, связанные с уточнением микроэлементного состава отдельных тканей и органов у осетровых на разных этапах онтогенеза (Клейменов, 1962).
Важное значение приобретали работы по установлению микроэлементного состава именно молоди осетровых. Работы по взрослым осетровым проводятся, поскольку состояние производителей осетровых оказывает влияние на состояние потомства (Андреев, Смирнов, 1971; Воробьев и др., 1972; Воробьев, Зайцев, 1975; Воробьев, Зайцев, 1976; Мелякина, Зайцев, 1989). Продолжает расти список изучаемых элементов. Их определение производится в различных органах и тканях - мышцах, органах пищеварения, в том числе печени, плавательном пузыре, в почках, сердце, хрящевой ткани, жабрах, коже, плавниках и пр. Изучаемые объекты характеризуются различным возрастом, полом, стадией зрелости гонад. Исследования проводятся для особей осетровых, принадлежащих различным популяциям, пойманным в различных частях ареала обитания, в различные сезоны года. Исследуется микроэлементный состав не только самих осетровых, но и их кормовых объектов, закладываются основы для комплексных экосистемных исследований (Воробьев, Сокольский, 1980; Зайцев и др., 1990).
Уточняются границы биогеохимических провинций применительно к целям рыбного хозяйства, вырабатываются меры реагирования на дефицит микроэлементов в воде рыбоводных прудов (Зайцев, 1992), в кормах с помощью микроэлементных добавок (Воробьев, 1980, Воробьев, Шкодин, 1980). Материальная база позволяет осуществлять опыты по изучению влияния отдельных микроэлементов, внесенных исследователем в среду в отличных от обычной концентрациях, на возникновение и развитие патологий отдельных органов и тканей, клеток и их структур, процессы реализации органами и тканями присущей им функции (Берман, Ильзинь, 1968; Романов, Алтуфьев, 1981, 1989; Евтушенко, 1983; Лукьяненко, 1983, 1984; Гераскин, 1989). Пристально изучаются микроэлементы, имеющие токсическое действие, и физиологические микроэлементы, исследуется роль отдельных органов и тканей в обмене микроэлементами между организмом и средой. Тем самым предвосхищаются проблемы, связанные с экологической ситуацией, сложившейся к 80-м годам (Розенберг, Краснощеков, 1996), что постепенно смещает акцент исследований в область защиты окружающей среды и биоценологии (Гусев, 1975; Капков и др., 1984).
Следующий этап исследований развертывается в 80-е годы и продолжается, с некоторыми оговорками, до настоящего времени. Процесс развития хозяйственной деятельности страны не прекращается, что отражается на экологическом состоянии бассейнах р. Волга и р. Урал (Altufiev, Romanov, 1989; Физиолго-биохимический..., 1990; Зайцев и др., 1997; Зайцев и др., 1998), являющихся основными местами нереста осетровых в связи интенсивным развитием различных отраслей народного хозяйства (Андреев и др., 1989).
Различия в ферментативной активности в зависимости от травм и наличия паразитов в кишечнике
Содержание отдельных микроэлементов в органах и тканях различных видов рыб хорошо изучено многими исследователями. В том числе хорошо изучено и содержание микроэлементов у осетровых (Строганов, 1968; Воробьев, Зайцев, І976, 1977, 1978, 1979; Воробьев, 1993). В большинстве случаев внимание исследователя сосредотачивается на проблеме избыточного или недостаточного содержания отдельного микроэлемента в окружающей среде или теле рыбы, что вызывает определенные физиологические последствия, токсический эффект для отдельных систем органов, отдельных тканей (Скадовский, 1955; Горовая и др., 1979; Лукьяненко, 1983; Гапеева и др., 1990) . Реже связывается повышенное содержание одного или немногих микроэлементов в окружающей среде, обусловленное деятельностью человека, с теми или иными неблагоприятными последствиями для отдельных изучаемых видов рыб в целом (Albrecht, 1977; Лукьяненко, 1989, 1990; Алтуфьев и др., 1992,1997). Работы, где исследователи пытались охватить сколько-нибудь широкий спектр исследуемых органов и тканей и одновременно изучался бы большой набор микроэлементов, редки.
Если в работах представлены данные по содержанию микроэлементов в ряде органов, то данные чаще представлены или в виде обширных таблиц (Воробьев, Зайцев, 1975), или в виде разнородных столбчатых гистограмм (Воробьев, 1993), или в виде рядов, показывающих расположение элементов по содержанию их в органе и ткани в порядке убывания или возрастания концентрации элемента (Горден, 2001). Изложенные в подобном виде данные, на наш взгляд, трудны для восприятия и нелегко поддаются анализу, поскольку исследователь либо вынужден удерживать в памяти большой количество многозначных чисел, нередко в таких исследованиях представленный несколькими десятками для только одного вида рыбы или даже органа (Hinton, 1998), либо запоминать значительное количество изображений столбчатых гистограмм, упорядоченных рядов элементов. Эффективность методов спектроскопического анализа растет, увеличивается сопряженность микроэлементных исследований с другими научными изысканиями, а значит, появляется необходимость обработки больших наборов данных. Касается это многих научных дисциплин (Frumin et al., 1992), но в том числе исследователи сталкиваются с такими проблемами, занимаясь осетровыми рыбами. В последних работах по содержанию микроэлементов в организме осетровых рассматривается химический и биохимический состав икры (Wirth et al., 2000) в 22-х экземплярах, пойманных в естественных условиях, и в 2-х, выращенных в искусственных условиях, особей. Результаты включают помимо углеводов, белка и жиров, кислотного состава триглицеридов и фосфолипидов, так же концентрации тяжелых металлов и хлоруглеводородов. Концентрации меди и цинка изменялись между 1,20 и 1,69 и 10,3 и 12,4 мг/кг на влажный вес соответственно. Содержание свинца изменялось между 0,06 и 0,15 мг/кг. Концентрации кадмия были меньше, чем 5 микрограммов/кг, что заставило авторов прийти к заключению, что накопление кадмия в икре не имело место. Концентрации поллютантов были высоки в икре белуги по сравнению с другими видами, в этом авторы видят последствия различных способов добычи пищи, что ведет для белуги к увеличенному биоаккумулированию.
Концентрации 21-го (!) элемента были определены в мускулатуре белуги, персидского осетра, русского осетр, шипа и севрюги, пойманных в прибрежных областях Азербайджана, Ирана, Казахстана и Туркмении в течение 2000-2001 (Agusa et al., 2004), Концентрации марганца, кобальта, меди, молибдена, олова, ртути, свинца и висмута в мышцах были различными у всех пяти представителей осетровых. Белуга показала самые высокие концентрации ртути, свинца и марганца среди исследованных видов. Больше чем у половины индивидуумов белуги превышен уровень норматива по содержанию ртути в продовольствии в Великобритании, Концентрация ванадия, хрома, цинка, галия, рубидия, циркония и бария были схожи среди всех пяти видов. Все виды осетровых из Азербайджана показали самую высокую концентрацию циркония и самую низкую концентрацию рубидия, в то время как осетровые из Ирана показали противоположную тенденцию. Концентрация ванадия (который присутствует в нефти) в осетровых рыбах Каспийского моря, была значительно ниже, чем у рыбы из Кувейта, но была сопоставима по уровню содержания элементов рыбам из Камбоджийского залива и Оманского залива. По мнению авторов, это исследование обеспечивает первые обширные данные относительно мультиэлементаого накопления в осетрах Каспийского моря, что, по-видимому, говорит о недостаточном знании авторами работ советских и российских исследователей. Признавая значимость этой работы, мы бы отметили удручающее отсутствие информации, объясняющей формирование различного микроэлементного состава осетровых из разных районов Каспийского моря, несмотря на выраженные сезонные миграции этих рыб по всей его акватории.
Подобное количество данных, охватывающее много видов и ряд микроэлементов, затруднительно обрабатывать, используя рассмотренные в начале раздела 3.2.1. традиционные средства (Purdey, 2000), Попробуем представить имеющиеся в нашем распоряжении наборы данных по содержанию микроэлементов в органах и тканях нескольких видов осетровых на трехмерных графиках. Общность картины распределения микроэлементов такими трехмерными графиками иллюстрируется достаточно хорошо, по оси X будет представлен набор изученных органов, по оси Y - набор изученных микроэлементов, а по оси Z - логарифм среднего значения концентрации определенного микроэлемента в соответствующем органе или ткани (Рис 3,1, Рис 3.2, Приложение Б, Рис 1,2).
На таких графиках очень четко проявляется сходство и различия, как в в распределении экстремумов содержания микроэлементов, так и в целом в характере распределения изучаемых микроэлементов по тканям и органам. Логарифмическое преобразование средних значений концентрации микроэлемента используется для обеспечения представления на одном графике всего диапазона данных по содержанию микроэлементов, поскольку концентрации микроэлементов в абсолютном выражении могут различаться на несколько порядков.
Наилучшим образом схож характер распределения микроэлементов в органах и тканях у самцов и самок одного вида осетровых, например, у самцов (Рис 3.26) и самок (Рис 3.2а) осетра. Однако схожий характер распределения микроэлементов в органах и тканях осетровых со всей очевидностью прослеживается и у разных видов осетровых, например, у самцов осетра (Рис 3.26) и самцов белуги (Рис 3.16). Такая схожесть показывает близость или тождественность закономерностей, которые обусловили формирование подобного рода распределения микроэлементов.
