zaeto.ru

В прибрежных районах азовского моря

Другое
Экономика
Финансы
Маркетинг
Астрономия
География
Туризм
Биология
История
Информатика
Культура
Математика
Физика
Философия
Химия
Банк
Право
Военное дело
Бухгалтерия
Журналистика
Спорт
Психология
Литература
Музыка
Медицина
добавить свой файл
 

 
страница 1 страница 2 страница 3 страница 4




на правах рукописи
карапетьян ольга шаваршевна


БИОМАРКЕРНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОПУЛЯЦИИ

БЫЧКА-КРУГЛЯКА NEOGOBIUS MELANOSTOMUS

В ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНАХ АЗОВСКОГО МОРЯ

03.02.08 – экология (биологические науки)

03.01.04 – биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону – 2012

Работа выполнена на кафедре биохимии и микробиологии Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону) и в отделе генетико-биохимического мониторинга Федерального государственного унитарного предприятия «Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства» (г. Ростов-на-Дону)

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Внуков Валерий Валентинович

кандидат биологических наук, доцент



Дудкин Сергей Иванович
Официальные оппоненты: Бакаева Елена Николаевна, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник Южного отдела Института водных проблем РАН
Чуйко Григорий Михайлович, доктор биологических наук, заведующий лабораторией физиологии и токсикологии водных животных Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр» (ФГУП «ТИНРО-Центр»), г. Владивосток

Защита диссертации состоится 30 марта 2012 г. в 17-00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, ЮФУ, ауд. 304, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723).


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).
Автореферат разослан « » февраля 2012 г. и размещен в сети Интернет на сайте ЮФУ www.sfedu.ru и на сайте Минобрнауки России www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук Т.В. Денисова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Азовское море   уникальный водоем, отличающийся высокой биопродуктивностью. В то же время, благодаря значительной площади водосбора, охватывающей густонаселенные районы с развитым промышленным производством и сельским хозяйством, Азовское море подвержено хроническому загрязнению антропогенными токсикантами различного химического состава. Присутствие в водной среде разнообразных по природе химических веществ, комбинация их синергических, антагонистических и маскирующих эффектов оказывает существенное влияние на жизнедеятельность и выживание гидробионтов (Лукьяненко, 1987; Руднева и др., 2004).

В свете существующей проблемы, проведение экологического мониторинга только с применением химических методов анализа становится недостаточно эффективным, так как оно не позволяет выявить все разнообразие токсических соединений в море, а главное,   не позволяет оценить отклики живых организмов на комплексное воздействие загрязнения. Поэтому в экологическом мониторинге Азовского моря важно все большее внимание уделять методам биоиндикации с использованием биомаркеров, в основе которых лежит оценка качества водной среды по состоянию ее биоты (Патин, 1979). Этот подход позволяет исследовать направленность и динамику биологических процессов в популяциях гидробионтов под воздействием всего комплекса присутствующих в среде обитания компонентов хронического загрязнения.

В качестве биоиндикатора обычно выступает определенный биологический вид, по наличию, поведению или состоянию которого судят об особенностях среды обитания и происходящих в ней естественных и антропогенных изменениях (Реймерс, 1990). Как правило, для оценки влияния загрязнения на рыбные популяции в качестве биоиндикаторов используются малоподвижные донные виды, биологические характеристики которых находятся в тесной взаимосвязи с окружающей средой.

Важное значение имеет поиск и изучение биологических маркеров у рыб-биоиндикаторов, которые позволяют эффективно оценить степень нарушений биологических функций гидробионтов, адаптивный или токсический ответ организма на качество среды обитания (Руднева и др., 2011).

В современной литературе под термином «биомаркер» подразумевают биохимические, физиологические или другие типы изменений в тканях и биологических жидкостях организма, которые происходят под воздействием токсиканта, а также наследственные или приобретенные характеристики организма, определяющие его способность реагировать в ответ на вредное воздействие токсиканта (National Research Council, 1987). В то же время, количество в организме ксенобиотика, его метаболитов или продуктов его взаимодействия с биологическими молекулами обозначают термином «маркеры биоаккумуляции» (Van der Oost et al., 2003).

Как правило, исследования с использованием биомаркеров биоиндикаторных видов дают более полную информацию о неблагоприятных эффектах на гидробионтов со стороны среды обитания. В тоже время, использование данных химического анализа воды, донных отложений в комплексе с маркерами биоаккумуляции и биомаркерами вида-биоиндикатора в мониторинге водоемов позволяет не просто определить количество и класс токсических соединений в экосистеме, но и оценить биологический ответ сообщества или популяции гидробионтов на воздействие определенных групп токсикантов.

Выделение биоиндикаторных видов рыб в Азовском море и исследование изменений их биомаркеров под влиянием комплексного загрязнения является актуальным и представляет собой важнейший этап в разработке программ хозяйственного использования водоема и мероприятий по его охране.

В нашем исследовании в качестве биоиндикатора загрязнения был выбран широко распространенный в Азовском море вид – бычок-кругляк Neogobius melanostomus (Pallas, 1814), соответствующий всем основным требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам.



Цель работы состояла в биомаркерной оценке состояния популяции бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря с разным уровнем загрязнения приоритетными токсикантами.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Сравнить ксенобиотические профили районов исследования, используя маркеры биоаккумуляции тканей рыб и данные химического анализа воды и донных отложений. Определить взаимосвязь между уровнем приоритетных токсикантов в среде обитания и их накоплением в печени и мышцах бычка-кругляка.

2. Определить взаимосвязь между маркерами биоаккумуляции печени бычка-кругляка и биомаркерами разного уровня, используя корреляционный анализ.

3. Провести сравнительный анализ молекулярных биомаркеров системы биотрансформации ксенобиотиков в печени бычка-кругляка с таковыми других видов рыб Азовского моря.

4. Установить зависимость показателей органо-соматических индексов и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени от физиологического состояния и репродуктивного статуса бычка-кругляка.

5. Охарактеризовать межгодовую динамику молекулярных биомаркеров системы биотрансформации печени бычка-кругляка.

6. Показать информативность морфометрических и биохимических биомаркеров для характеристики эколого-биохимического состояния бычка-кругляка Азовского моря и среды его обитания.

7. Используя биомаркеры разного уровня, дать комплексную оценку влияния загрязнения приоритетными токсикантами на состояние популяции бычка-кругляка в прибрежных районах Азовского моря.

8. Показать перспективность использования бычка-кругляка в качестве биоиндикатора загрязнения Азовского моря.



Научная новизна. Впервые исследованы органо-соматические индексы и биохимические показатели печени бычка-кругляка прибрежных акваторий Азовского моря, Таганрогского и Таманского заливов во взаимосвязи с маркерами биоаккумуляции печени и ксенобиотическим профилем среды обитания. Установлена зависимость морфометрических биомаркеров и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени бычка-кругляка от пола и репродуктивного статуса особей. Выявлены межвидовые различия показателей молекулярных биомаркеров печени разных видов рыб Азовского моря. Доказана перспективность использования морфометрических и молекулярных биомаркеров бычка-кругляка при мониторинге состояния водных экосистем.

Положения, выносимые на защиту.

1. Величина органо-соматических индексов (морфометрических биомаркеров) и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени бычка-кругляка Азовского моря находится в тесной взаимосвязи с репродуктивным статусом рыб и уровнем накопления в печени приоритетных токсикантов.

2. Широкий диапазон изменений содержания микросомальных цитохромов и глутатион-S-трансферазы в печени бычка-кругляка Азовского моря позволяет ему легче адаптироваться к обитанию в условиях загрязнения за счет активного метаболизма и выведения ксенобиотиков из организма.

3. Действие приоритетных токсикантов в некоторых прибрежных районах Азовского моря превосходит адаптационные возможности бычка-кругляка. Накопление неблагоприятных эффектов при действии ксенобиотиков на молекулярном уровне в некоторых исследованных районах приводит к возникновению морфологических отклонений и к снижению репродуктивного потенциала особи. Нарушение репродуктивной функции отдельных особей в конечном итоге сказывается на воспроизводстве всей популяции бычка-кругляка Азовского моря и приводит к снижению эффективности размножения на популяционно-видовом уровне.

4. Анализ изменений морфометрических и молекулярных биомаркеров бычка-кругляка Азовского моря и их корреляционная взаимосвязь с маркерами биоаккумуляции приоритетных токсикантов позволяют оценить степень благополучия популяции данного вида в среде его обитания.

5. Использование бычка-кругляка в качестве вида-биоиндикатора позволяет не только получить интегральную оценку качества среды его обитания, но и отследить изменения, происходящие в экосистеме моря в результате антропогенного воздействия.



Научно-теоретическое и практическое значение результатов исследования. Выполненное исследование раскрывает некоторые механизмы негативного влияния антропогенного загрязнения Азовского моря на биологическую продуктивность бычка-кругляка.

Результаты исследований внедрены и используются при проведении мониторинговых исследований Азово-Черноморского бассейна в отделе генетико-биохимического мониторинга ФГУП «АзНИИРХ». Исследования 2010-2011 гг. проводились в рамках календарного плана работ по государственным контрактам ФГУП «АзНИИРХ» с Федеральным агентством по рыболовству № 4-01/2010 и № 4-01/2011 «Биоресурсы и рыболовство», п/п 08.04.

Результаты работы могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований также и других водоемов России с целью оценки воздействия загрязнения на промысловые виды рыб и прогноза продуктивности популяций промысловых видов при антропогенной трансформации водных объектов.

Результаты работы могут найти применение при разработке ПДК загрязняющих веществ для рыбохозяйственных водных объектов.



Полученные результаты используются в учебном процессе при преподавании общих и специальных курсов: «Биохимия», «Ферментология», «Основы патобиохимии», «Свободные радикалы в живых системах» на кафедре биохимии и микробиологии факультета биологических наук Южного федерального университета и могут быть использованы в учебном процессе в других вузах.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением результатов исследований автора, проведенных в 2005-2011 гг. Тема, цель, задачи, объекты, методы и программа исследования определены автором совместно с научными руководителями. Все биохимические и морфометрические методы исследования освоены автором, и все из них применялись в диссертационной работе им лично. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично автором при направляющем и корректирующем участии научных руководителей.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации были представлены и обсуждены на IV Всероссийской школе по морской биологии «Комплексные гидробиологические базы данных: ресурсы, технологии и использование» (Азов, 2005); на IX Съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006); на Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006); на 62-ой Международной научной конференции биолого-почвенного факультета Южного федерального университета (Ростов-на-Дону, 2006); на 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Молодежь XXI века – будущее российской науки» (Ростов-на-Дону, 2007); на Международной научной конференции «Современное состояние водных биоресурсов и экосистем морских и пресноводных вод России: проблемы и пути решения» (Ростов-на-Дону, 2010); на VII Международной научно-практической конференции молодых ученых по проблемам водных экосистем «Pontus Euxinus-2011», посвящённой 140-летию Института биологии южных морей Национальной академии наук Украины (Севастополь, 2011); на V Международной студенческой научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (Новосибирск, 2011); на Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы водной токсикологии» (Петрозаводск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, объемом 2,8 п.л., из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 81,5 % (2,28 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения и выводов. Список цитируемой литературы содержит 321 источник, в том числе 237 иностранных. Общий объем работы составляет 183 страницы. Диссертация включает 22 таблицы и 34 рисунка.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям: зав. кафедрой биохимии и микробиологии, д.б.н., профессору Внукову В.В. и зам. директора по научной работе ФГУП «АзНИИРХ», к.б.н., доценту Дудкину С.И. за всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации; зав. отделом генетико-биохимического мониторинга, д.б.н., профессору Корниенко Г.Г. за помощь в организации работы, конструктивные замечания и предложения; зам. директора по научной работе ФГУП «АзНИИРХ», д.б.н., профессору Корпаковой И.Г. за проявленный интерес к работе, помощь и полезные замечания; старшему научн. сотр. отдела генетико-биохимического мониторинга ФГУП «АзНИИРХ» Цеме Н.И. за постоянную поддержку, помощь в отборе проб и проведении лабораторных исследований; сотрудникам лаборатории аналитического контроля водных экосистем Аналитического центра ФГУП «АзНИИРХ»: к.б.н. Коротковой Л.И., к.б.н. Павленко Л.Ф. и Кораблиной И.В. за проведение химического анализа отобранного материала; зав. лабораторией регламентации пестицидов ФГУП «АзНИИРХ» Бугаеву Л.А. за помощь в организации научных экспедиций; к.б.н., зав. лабораторией разработки ОБУВ и токсикометрии ФГУП «АзНИИРХ» Левиной И.Л. за ценные методические советы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В главе охарактеризовано экологическое состояние Азовского моря и указаны основные источники антропогенного загрязнения данного водоема. Дана характеристика процессов биоаккумуляции, биотрансформации и детоксикации ксенобиотиков в организме рыб. Обсуждена роль использования морфометрических и молекулярных биомаркеров системы биотрансформации и антиоксидантной защиты печени рыб в мониторинге загрязнения водоемов и при оценке функционального состояния гидробионтов в условиях комплексного загрязнения среды их обитания.


2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе дана краткая характеристика объекта исследования бычка-кругляка.

В 2005-2007 гг. с целью выявления динамики активности ферментов биотрансформации в печени разных видов рыб Азовского моря было исследовано 258 особей рыб 6 различных видов: пиленгаса Liza haematocheilus, осетра Acipenser gueldenstaedtii, камбалы-калкан Psetta maeotica torosus, бычка-кругляка, севрюги Acipenser stellatus, судака Sander lucioperca. Отбор опытного материала производился в различных районах собственно Азовского моря и Таганрогского залива. Станции отбора были равномерно расположены на акватории разных районов моря. Границы каждого района Азовского моря и Таганрогского залива приняты постоянными, доли площадей отдельных районов и объемов их водных масс в общей морфометрии моря тоже постоянны (Кленкин и др., 2007). Это позволило получить среднеарифметические значения исследуемых показателей у рыб отдельных районов. Районы исследования в 2005-2007 гг. представлены на рисунке 1.

Информация о выборках разных видов рыб районов исследования в период 2005-2007 гг. представлена в таблице 1.



Рис. 1. Районы отбора материала исследований в период 2005-2007 гг.

Примечание: Районы Таганрогского залива: 1 – восточный; 2 – центральный; 3 – западный; и собственно моря: 4 – северный; 5 – западный; 6 – южный; 7 – центральный; 8 – восточный.


Таблица 1

Количество исследованных особей разных видов рыб Азовского моря, отобранных



в период 2005-2007 гг.


Период

Вид рыбы

Район отбора

Кол-во особей

Определяемые показатели

Май-июнь 2005 г.


Пиленгас

Центр. СМ

16

Активность глутатион-S-трансферазы, содержание цитохромов P450, P420 и b5 в печени, концентрация белка постмитохондриальной и микросомальной фракций

Южный СМ

53

Осетр

Центр. СМ

21

Камбала калкан

Центр. СМ

3

Продолжение таблицы 1


Период

Вид рыбы

Район отбора

Кол-во особей

Определяемые показатели

Май-июнь 2005 г.


Бычок-кругляк

Вост. СМ

4

Активность глутатион-S-трансферазы, содержание цитохромов P450, P420 и b5 в печени, концентрация белка постмитохондриальной и микросомальной фракций

Западн. СМ

12

Северн. СМ

6

Центр. СМ

6

Севрюга

Центр. СМ

4

Май-июнь 2006 г.

Пиленгас

Вост. СМ

17

Осетр

Вост. СМ

4

Бычок-кругляк

Вост. СМ

28

Западн. ТЗ

25

Судак

Вост. СМ

12

Май-июнь, 2007 г.

Пиленгас

Центр. СМ

11

Бычок-кругляк

Центр. СМ

9

Северн. СМ

10

Вост. СМ

10

Западн. ТЗ

7

В основе настоящей работы лежат результаты, полученные в исследованиях 2010-2011 гг. В течение 2010-2011 гг. осуществлялся отлов бычка-кругляка в прибрежных частях Таганрогского залива, Азовского моря и Таманского залива (рис. 2).



Рис. 2. Карта-схема района работ и расположения точек отбора проб


Примечание:   точка отбора материала исследования

На исследование было отобрано 206 самцов и 50 самок с различной стадией зрелости гонад (таблица 2). Одновременно в каждом районе проводили отбор проб воды, грунта и рыб для определения в них уровня приоритетных токсикантов.
Таблица 2

Характеристика исследованных выборок и показателей бычка-кругляка Азовского моря в 2010 и 2011 гг.




Период

Кол-во особей

Определяемые показатели

Сентябрь 2010 г.

94

Гонадосоматический, гепатосоматический индексы, коэффициент упитанности, содержание основных классов ксенобиотиков в печени и мышцах, активность глутатион-S-трансферазы, содержание цитохромов P450, P420 и b5 в печени, содержание восстановленного глутатиона, концентрация белка

Июнь 2011 г.

162

Стадии зрелости гонад оценивали визуально по шестибалльной шкале (Сакун, Буцкая, 1963). Величину ГПСИ рассчитывали как отношение массы печени к массе рыбы, выраженное в процентах (Htun-han, 1978). ГСИ вычисляли как отношение массы гонад к массе рыбы, выраженное в процентах (Шевелев, 2001). Для определения упитанности рыб пользовались формулой Кларк (Мина, Клевезаль, 1976).

Печень рыб после извлечения из тела немедленно помещали в пробирки Эппендорф и замораживали в жидком азоте при -196°С в сосуде Дьюара. Навеску образцов замороженной ткани печени гомогенизировали при скорости 2000 об./мин. с добавлением ледяного раствора хлорида калия (1,15 %). Для выделения постмитохондриальной фракции (фракция S9) полученный гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 20 мин. в условиях охлаждения до +4°С.

Выделение общей микросомальной фракции производили методом низкоскоростного центрифугирования (Albro et al., 1987).

Содержание микросомальных цитохромов b5, Р450 и Р420 определяли по методу Omura и Sato (1964), активность глутатион-S-трансферазы (ГSТ) постмитохондриальной фракции (фракция S9)   по методике Sen и Kirikbakan (2004), содержание восстановленного глутатиона по методу Ellman (1959), содержание белка   методом Bradford (1976).

Исследования на наличие приоритетных токсикантов проводились автором совместно с сотрудниками лаборатории аналитического контроля водных экосистем ФГУП «АзНИИРХ» в 2010 и 2011 гг. согласно календарному плану работ по государственным контрактам ФГУП «АзНИИРХ» с Федеральным агентством по рыболовству № 4-01/2010 и № 4-01/2011 «Биоресурсы и рыболовство», п/п 08.04.

Автором лично осуществлялось планирование работы, отбор образцов проб воды, донных отложений и бычков производился совместно с участниками комплексной экспедиции.

Аналитическое определение содержания токсикантов выполнялось сотрудниками лаборатории аналитического контроля водных экосистем. В воде, донных отложениях и тканях рыб (печени и мышцах) проводилось определение содержания нефтяных углеводородов (НУ), хлорорганических пестицидов (ХОП), полихлорбифенилов и некоторых тяжелых металлов (ТМ). Все методики внесены в Федеральный реестр.

Анализ, обобщение, статистическая обработка и сопоставление с литературными источниками результатов, полученных сотрудниками лаборатории, осуществлялись автором лично.

На основании полученных данных производилась оценка загрязненности воды комплексом приоритетных токсикантов с использованием показателя комплексной загрязненности воды (КЗВ) (Кленкин и др., 2007).

На основании аналитических данных рассчитывались следующие коэффициенты (Брагинский, 2004): 1) коэффициент накопления печени (КН); 2) коэффициент донной аккумуляции (КДА); 3) коэффициент донной биологической аккумуляции печени (КДБА).

Статистическую обработку полученных данных проводили, используя стандартный пакет программ MS Office Excel 2007 и STATISTICA 8. Достоверность различий между выборками оценивали по U-критерию Манна-Уитни. Различия считали достоверными при уровне значимости p<0.05. С целью выявления зависимости между исследованными параметрами рассчитывали коэффициент корреляции Спирмана (rS) (Лакин Г.Ф., 1990). Корреляционную связь считали достоверной при уровне значимости p<0.05.



страница 1 страница 2 страница 3 страница 4


Смотрите также:





      следующая страница >>

скачать файл




 



 

 
 

 

 
   E-mail:
   © zaeto.ru, 2018