EFFECT OF WATER ON THE FISH OVUM OF DIFFERENT ECOLOGICAL GROUPS
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biology; Leading Researcher of the Research Laboratory of Biotechnologies of Conservation and Reproduction of Valuable Fish Species)
2.
Astrakhan State Technical University; Federal Research Centre the Southern Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences
(Laboratory Assistant of the Laboratory of Aquaculture and Fisheries; Researcher of the Department of Aquatic Biological Resources of South Seas Basins)
Type:
Article
Pages:
from 129
to 132
Status:
Published
Received:
05.09.2013
Accepted:
25.09.2013
Published:
25.09.2013
Subject area:
UDK [597-146.5:57.086.13]:[639.3.034:556.114]
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK [28.693.32-6:28.071.24]:[28.082.1:47.285]
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK [28.693.32-6:28.071.24]:[28.082.1:47.285]
Language:
Russian
Keywords:
eggs, water, internal reorganizations, carp, silver carp, beluga, ovular vacuoles, fatty vacuoles, cryopreservation, ecological groups of fish
Abstract (English):
The researches of the authors about the structure of female sexual products of the fishes belonging to different ecological groups (lithophile, phytophile, and pelagophile) are generalized. The analysis of influence of water on ova of fishes and also its role in their vital activity is given. It is established that an ovum of fishes of different ecological groups significantly differ among themselves in the external structure. However, their internal structure is in many respects similar. So all three types of eggs have fatty vacuoles on the periphery and there are ovular vacuoles in the center. It is shown that during the contact with water impregnated ova start changing the structure. Externally these changes are shown differently in different types of fishes: some eggs (beluga, carp) have glutinosity, and others become swelled and increased in size in several times (silver carp). Occurring internal reorganizations of organoids and further crushing in all cases are similar. Thus, it is possible to take for granted that water at contact with ova of the studied species of fish is a source of activation of internal reorganizations, as a result of which fatty vacuoles are displaced to a micropyle, and ovular vacuoles, merging, are integrated.
The researches of the authors about the structure of female sexual products of the fishes belonging to different ecological groups (lithophile, phytophile, and pelagophile) are generalized. The analysis of influence of water on ova of fishes and also its role in their vital activity is given. It is established that an ovum of fishes of different ecological groups significantly differ among themselves in the external structure. However, their internal structure is in many respects similar. So all three types of eggs have fatty vacuoles on the periphery and there are ovular vacuoles in the center. It is shown that during the contact with water impregnated ova start changing the structure. Externally these changes are shown differently in different types of fishes: some eggs (beluga, carp) have glutinosity, and others become swelled and increased in size in several times (silver carp). Occurring internal reorganizations of organoids and further crushing in all cases are similar. Thus, it is possible to take for granted that water at contact with ova of the studied species of fish is a source of activation of internal reorganizations, as a result of which fatty vacuoles are displaced to a micropyle, and ovular vacuoles, merging, are integrated.
Keywords:
eggs, water, internal reorganizations, carp, silver carp, beluga, ovular vacuoles, fatty vacuoles, cryopreservation, ecological groups of fish
eggs, water, internal reorganizations, carp, silver carp, beluga, ovular vacuoles, fatty vacuoles, cryopreservation, ecological groups of fish
Введение Вода – неотъемлемый источник жизни. Это вещество обладает уникальными свойствами, благодаря которым обеспечивает деятельность всего живого на Земле. Вместе с тем не всегда вода является благом. Так, при кристаллизации вода, как метастабильная система, разрушает животные и растительные клетки [1]. Из основ биологии клетки известно, что клетки на 70–90 % состоят из воды, однако это неверно. Необходимо понимать, что вода, как «универсальный» растворитель, не может существовать в клетках отдельно, она создает так называемые биологические суспензии, которые в твердом состоянии ведут себя иначе, чем чистая вода. И тем не менее, согласно А. Н. Невзорову [1], в некоторых животных и растительных клетках существует небольшое количество (до 15 %) «свободной незамерзающей» воды, необходимой для обеспечения окислительно-восстановительных реакций при их жизнедеятельности. Вот эта вода и является источником разрушения мужских половых клеток рыб при криоконсервации. Для защиты последних разработаны составы криозащитных сред, которые успешно применяют при создании коллекций генофонда рыб. Однако задача глубокой заморозки яйцеклеток рыб до сих пор не решена, т. к. криобиологи считают, что в икринках рыб также находится «свободная незамерзающая» вода. Однако они не оценивают роль воды в их жизнедеятельности, которую необходимо учитывать при разработке методов криоконсервации икринок. С. Г. Крыжановский [2], на основании изучения особенностей эмбрионального и постэмбрионального развития рыб, а также характера нереста, установил следующие экологические группы рыб: литофилы (откладывают икру на каменистых и гравийных грунтах), фитофилы (на растительном субстрате), пелагофилы (выметывают икру в толщу воды, и весь период эмбрионального развития икра находится в плавающем состоянии), псаммофилы (нерестятся на участках с песчаным дном, откладывая икру на подмытые корни растений по краям зарослей), остракофилы (откладывают икру в мантийную полость двустворчатых моллюсков). С. Г. Крыжановский выделяет также несколько промежуточных форм. Несмотря на существующее разнообразие способов оплодотворения у рыб, связанное с их биологией и адаптациями к условиям окружающей среды, мы выделяем и рассматриваем действие воды на икру трех типов рыб, культивируемых в России: литофилы, фитофилы и пелагофилы. Целью исследований являлось изучение и сравнение строения женских половых продуктов рыб, принадлежащих к разным экологическим группам, а также изучение роли воды в их жизнедеятельности, что является основой для разработки методики криоконсервации. Материал и методы исследований Работы проводили в лаборатории «Криотехнологии в аквакультуре» Астраханского государственного технического университета в 2012–2013 гг. в периоды нерестовых кампаний. Заготовку икры белуги (литофильный тип) осуществляли на ООО «Астраханская рыбоводная компания «Белуга», яйцеклетки карпа (фитофильный тип) и белого толстолобика (пелагофильный тип) – на Волжском рыбоводном заводе ООО «Биоресурсы». Половые продукты от производителей белуги получали прижизненно, путем подрезки яйцеводов, икру от карпа и толстолобика – методом сцеживания. Строение нативных яйцеклеток регистрировали под бинокуляром с верхней подсветкой и фотографировали с использованием видеоприставки «Микро-Viev» TCA-5K на всех стадиях работ. Пробы с икрой (по 100–150 шт.) помещали в чашки Петри и заливали их технологической водой из рыбоводных бассейнов. Контрольные партии оплодотворяли спермой соответствующих видов рыб. Через 15 минут вновь регистрировали состояние яйцеклеток. За выходной показатель принимали количество приклеенных икринок после активации, согласно методике Е. М. Коханской [3]. Исследования всех видов рыб проведены в трех повторностях. Различия между результатами опытных и контрольных партий оценивали с применением t-критерия Стьюдента. Результаты исследований и их обсуждение Икра белуги имеет округлую форму диаметром до 4 мм. Цвет яиц коричневато-серый. Яйцеклетка одета тремя оболочками – двумя желточными и поверхностной студенистой [3, 4]. Икра карпа имеет зеленоватый цвет, очень клейкая, т. к. в природе она прикрепляется на корни растений или другие предметы, расположенные под водой. По сравнению с икрой осетровых икра карпа мелкая. Зрелые икринки имеют диаметр 1,0–1,5 мм [4]. Толстолобик нерестится на течении в местах с водоворотами. Икра пелагическая, в воде набухает и увеличивается в размерах. Икринки белого толстолобика не имеют определенного цвета, они, скорее, прозрачные. Диаметр неоплодотворенной яйцеклетки 1,0–1,2 мм, после набухания увеличивается до 5 мм [2]. Таким образом, изучив внешнее строение яйцеклеток рыб разных экологических групп, можно сделать вывод о том, что их яйцеклетки существенно различаются между собой по цвету и размеру. Однако их внутреннее строение во многом сходно. Так, по периферии у яйцеклеток рыб всех трех групп располагаются жировые вакуоли – энергетические депо, роль которых – обеспечение эмбриогенеза. В центре находятся желточные вакуоли, обеспечивающие энергетические затраты при развитии свободных эмбрионов. Можно заметить, что вакуоли заполняют всю клетку равномерно (рис. 1). а б в Рис. 1. Нативная икра: а – белуга; б – карп; в – толстолобик По истечении 10–15 минут после помещения опытной и контрольной партий икры в воду наблюдали, что икринки белуги и карпа становятся клейкими. Среднее количество приклеенных икринок составило 95 ± 0,5 % в опытной группе, 97 ± 0,5 % – в контрольной. Икра толстолобика находилась в чашке Петри в плавающем состоянии. Достоверные различия в опытных и контрольных партиях отсутствуют. В то же время во всех партиях яйцеклеток происходят перестройки органелл. Жировые вакуоли смещаются к одной из сторон клетки – к месту нахождения микропиле, а желточные вакуоли сливаются и укрупняются (рис. 2). а б в Рис. 2. Яйцеклетки после контакта с водой: а – белуга; б – карп; в – толстолобик Возможно, это происходит в результате того, что вода является активатором и дает начало для подготовки икринки к оплодотворению. Жировые вакуоли, высвобождая воду, обеспечивают таким образом прохождение биохимических процессов, необходимых для оплодотворения клетки, вследствие чего им необходимо переместиться в район микропиле до оплодотворения [4]. Спустя еще 24 часа было зарегистрировано, что неоплодотворенные икринки начинают дробиться, а затем погибают. Это означает, что хотя яйцеклетки изучаемых нами видов рыб относятся к разным экологическим группам, действие воды на них оказалось одинаковым. Таким образом, вода провоцирует перестройку органелл внутри яйцеклеток. Заключение Таким образом, в ходе исследований показано, что неоплодотворенные яйцеклетки всех экологических групп при контакте с водой начинают изменять свое строение. Внешне эти изменения проявляются по-разному у разных видов рыб: у некоторых икринки становятся клейкими (белуга, карп), у других набухают и увеличиваются в размерах в несколько раз (толстолобик). Происходящие внутренние перестройки органелл и дальнейшее дробление во всех случаях сходны. Таким образом, можно считать доказанным, что вода при контакте с яйцеклетками исследованных видов рыб является источником активации внутренних перестроек, в результате которых жировые вакуоли смещаются к микропиле, обеспечивая энергетические затраты эмбриогенеза, а желточные вакуоли, сливаясь, укрупняются и становятся энергетическим депо на стадии свободного эмбриона. Результаты исследований позволяют выдвинуть следующую гипотезу: для защиты яйцеклеток рыб от разрушений при криоконсервации нельзя использовать традиционные составы криопротекторов, т. к. это водные растворы, а при заморозке необходимо предотвратить контакт икры с водой.
1. Nevzorov A. N. O vnutrennem mehanizme kristallizacii metastabil'noy zhidkoy vody i ob ego effektah, vliyayuschih na vnutrioblachnye processy / A. N. Nevzorov // Izv. AN RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2006. T. 42, № 6. S. 830-838.
2. Kryzhanovskiy S. G. Ekologicheskie gruppy ryb i zakonomernosti ih razvitiya / S. G. Kryzhanovskiy // Izv. Tihookean. nauch-issled. in-ta rybn. hoz-va i okeanografii. 1948. T. 27. S. 3-114.
3. Mil'shteyn V. V. Osetrovodstvo / V. V. Mil'shteyn. M.: Legkaya prom-st', 1982. 152 s.
4. Detlaf T. A. Razvitie osetrovyh ryb (sozrevanie yaic, oplodotvorenie, razvitie zarodyshey i predlichinok) / T. A. Detlaf, A. S. Ginzburg, O. I. Shmal'gauzen. M.: Nauka, 1981. 224 s.
