COMPARATIVE ANALYSIS OF THE PECULIARITIES OF THE INFLUENCE OF INCUBATION TEMPERATURE ON THE LEVEL OF THE ACTIVITY OF THE Α-AMYLASE OF RUSSIAN STURGEON, SIBERIAN STURGEON AND THEIR HYBRID - ROLO
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Professor; Rector)
Russian Federation
Russian Federation
2.
Astrakhan State Technical University
3.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biological Sciences; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
Type:
Article
Pages:
from 104
to 109
Status:
Published
Received:
05.09.2014
Accepted:
25.09.2014
Published:
25.09.2014
Subject area:
UDK 519.237:[597-1.044:597.423-113.32]
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
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
Language:
Russian
Keywords:
sturgeons, hybrids, membrane digestion, digestive enzymes, temperature, cluster analysis
Abstract (English):
The article is devoted to the research of the incubation temperature on the α-amylase of the intestinal mucous tunic of Russian sturgeon, Siberian sturgeon and their hybrid ROLO. The objects of the research were yearlings of the above-named species and hybrid obtained and grown in the artificial conditions. During the work, the standard physiological and biochemical methods were used. Subsequently the comparative analysis of the enzyme reactions on the changes of incubation temperature was executed. The method of hierarchical clustering was used as the main instrument of the comparative analysis. The result of the data processing was the construction of the hierarchically organized classifications, graphically displayed in the form of dendrograms, which can be analysed in order to judge about the extent of similarities and differences of the compared sets of elements. As a method of determining the distance between the objects the distance of city districts was taken, the unification of the clusters was made with the unweighted pair-group average method. While analyzing the clustering dendrogram, it has been revealed that within the whole range of the studied temperatures, the proximity of the data relating to the Russian sturgeon and the data on hybrid is clearly seen, basically, such a neighborhood is observed in identical temperature conditions. At the second stage of the analysis, the data relating to the end points of the researched temperature range were excluded, after this, the algorithm grouped the data into three clusters, corresponding to three objects of the study. As a result it was established that the enzymes of hybrid in responsive reactions show maximum similarity with the same enzymes of the Russian sturgeon. This similarity of the adaptive reactions was registered in the temperature range from 10 to 40 °С.
The article is devoted to the research of the incubation temperature on the α-amylase of the intestinal mucous tunic of Russian sturgeon, Siberian sturgeon and their hybrid ROLO. The objects of the research were yearlings of the above-named species and hybrid obtained and grown in the artificial conditions. During the work, the standard physiological and biochemical methods were used. Subsequently the comparative analysis of the enzyme reactions on the changes of incubation temperature was executed. The method of hierarchical clustering was used as the main instrument of the comparative analysis. The result of the data processing was the construction of the hierarchically organized classifications, graphically displayed in the form of dendrograms, which can be analysed in order to judge about the extent of similarities and differences of the compared sets of elements. As a method of determining the distance between the objects the distance of city districts was taken, the unification of the clusters was made with the unweighted pair-group average method. While analyzing the clustering dendrogram, it has been revealed that within the whole range of the studied temperatures, the proximity of the data relating to the Russian sturgeon and the data on hybrid is clearly seen, basically, such a neighborhood is observed in identical temperature conditions. At the second stage of the analysis, the data relating to the end points of the researched temperature range were excluded, after this, the algorithm grouped the data into three clusters, corresponding to three objects of the study. As a result it was established that the enzymes of hybrid in responsive reactions show maximum similarity with the same enzymes of the Russian sturgeon. This similarity of the adaptive reactions was registered in the temperature range from 10 to 40 °С.
Keywords:
sturgeons, hybrids, membrane digestion, digestive enzymes, temperature, cluster analysis
sturgeons, hybrids, membrane digestion, digestive enzymes, temperature, cluster analysis
Введение Из факториальных воздействий, значимых для процессов пищеварения холоднокровных гидробионтов, важнейшую роль играют воздействия температурные [1, 2]. Температурные воздействия на процессы пищеварения, и в частности на уровень активности пищеварительных ферментов рыб, подробно исследованы в [2-4]. На протяжении последних двух десятилетий данные аспекты физиологии и экологии пищеварения были изучены для большинства хозяйственно ценных видов рыб, искусственно выращиваемых и промысловых, и в частности для ряда представителей осетровых [4-6]. Однако к настоящему времени остается практически неизученным влияние факторов среды, в том числе температуры, на особенности процессов мембранного пищеварения искусственно выращиваемых в хозяйственных целях гибридов осетровых. Такое исследование, помимо выяснения особенностей факториальных воздействий как таковых, потенциально может выявить характер наследуемости адаптивных реакций гибридов. Целью наших исследований являлось изучение особенностей влияния температуры среды на уровень активности α-амилазы слизистой оболочки кишечника русского осетра, ленского осетра и их гибрида РОЛО. Материал и методы исследования Объектами исследования служили годовики двух видов осетровых - русского и ленского осетров и их гибрида - РОЛО в количестве 306, 318 и 340 особей соответственно. Исследование проводилось с помощью стандартных физиолого-биохимических методик [7, 8]. Гомогенат слизистой оболочки кишечника, содержащий исследуемый фермент, инкубировался с субстратом в диапазоне значений температуры от 0 до 60 °С, а также при температуре 25 °С. В качестве инструмента обработки данных экспериментов для последующего сравнительного анализа использовался метод автоматической классификации - кластерный анализ. Результат работы данного метода заключался в построении иерархически организованных классификаций, графически отображаемых в виде дендрограмм, анализируя которые можно судить о степени сходства и различий элементов сравниваемых множеств [9]. Способы расчета расстояния между отдельными элементами и кластерами данных, а также способ объединения кластеров на каждом этапе работы алгоритма настраивались предварительно. При кластеризации в качестве способа определения расстояния между объектами было выбрано расстояние городских кварталов, определяемое как где dst - расстояние; xsj, xtj - координаты объектов s и t. Объединение кластеров осуществлялось методом невзвешенного попарного среднего в соответствии с формулой Результаты исследований Для анализа полученной совокупности данных был использован метод автоматической классификации, относящийся к группе методов иерархической кластеризации. С помощью данного метода совокупность экспериментальных данных была представлена в виде иерархически структурированной схемы, отражающей взаимное расположение данных и степень их сходства. Результаты кластеризации данных об изменении уровня активности α-амилазы под воздействием температуры иллюстрируют дендрограммы на рис. 1 и 2. Рис. 1. Результаты кластеризации, полученные для α-амилазы при разных значениях температуры инкубации (для 24 переменных) Экспериментальные данные по ленскому осетру образовали отдельный кластер, расположенный на значительном расстоянии от прочих данных. Данные по русскому осетру и РОЛО в целом располагаются достаточно близко друг к другу. На небольших расстояниях происходит объединение данных сходного диапазона значений температуры инкубации. Анализ структур сформированных кластеров при выбранном расстоянии 10 показывает, что данные иссследований РОЛО при умеренных значениях температуры формируют единый кластер, аналогичным образом сформирован кластер данных по ленскому осетру, включающий показатели по низким, средним и высоким температурным воздействиям, за исключением 60 °С. Данные по русскому осетру разнесены по разным кластерам, что еще более отчетливо видно при анализе дендрограммы на расстоянии 7. Отметим, что на всем диапазоне исследуемых значений температуры хорошо просматривается соседство данных, относящихся к русскому осетру, с данными по гибриду, в основном такое соседство наблюдается для одинаковых температурных условий. Переменные ROs, LOs и ROLO содержат результаты по исследованию воздействия температуры инкубации на уровень активности α-амилазы русского осетра, ленского осетра и РОЛО соответственно, в конце наименования переменных цифрами обозначена соответствующая температура инкубации. После исключения данных, относящихся к крайним точкам исследуемого диапазона значений температуры, все данные были сгруппированы в три кластера, соответствующие трем объектам исследования. При анализе структур кластеров более существенное сродство к данным по гибриду выявлено для результатов по русскому осетру. Данные по гибриду, так же как и в предыдущем случае, формируют отдельный кластер на значительном удалении. Русский осетр и РОЛО при этом группируются в отдельные кластеры (за исключением объединившейся с кластером РОЛО переменной по 30-градусному температурному воздействию на фермент русского осетра). Кластеры русского осетра и РОЛО расположены на расстоянии примерно равном 10, тогда как данные по ленскому осетру удалены как от кластера русского осетра, так и от кластера РОЛО на расстояние примерно 37. Рис. 2. Результаты кластеризации, полученные для α-амилазы при разных значениях температуры инкубации (для 15 переменных). Обозначения как на рис. 1 Данная картина вполне согласуется с полученными ранее результатами с использованием методов неметрического многомерного шкалирования [10]. Заключение В целом сравнительный анализ результатов воздействия температуры на уровень активности α-амилазы слизистой оболочки кишечника русского осетра, ленского осетра и РОЛО показывает, что гибридная форма сочетает адаптивные особенности обоих родительских видов. Однако более существенно сходство реакций гибрида с реакциями материнского вида, особенно в диапазоне значений температуры от 10 до 40°С (рис. 2). Соответственно, с учетом ранее полученных результатов для данных видов [10], можно сделать предварительный вывод о том, что характер и особенности адаптивных реакций мембранного пищеварения у гибрида, по крайней мере на уровне элементарных физиолого-биохимических функций, наследуется в большей степени от русского осетра, в первую очередь для такого фермента, как α-амилаза.
1. Kuz'mina V. V. Fiziologo-biohimicheskie osnovy ekzotrofii ryb / V. V. Kuz'mina. M.: Nauka. 2005. 300 s.
2. Kuz'mina V. V. Fiziologiya pitaniya ryb. Vliyanie vneshnih i vnutrennih faktorov / V. V. Kuz'mina. Borok: Izd-vo IBVV RAN, 2008. 276 s.
3. Kuz'mina V. V. Temperaturnye adaptacii fermentov, osuschestvlyayuschih membrannoe pischevarenie u presnovodnyh kostistyh ryb / V. V. Kuz'mina // Zhurnal obschey biologii. 1985. T. XLVI, № 6. S. 824-837.
4. Kuz'mina V. V. Vliyanie temperatury na aktivnost' α-amilazy u presnovodnyh kostistyh ryb / V. V. Kuz'mina, E. N. Morozova // Voprosy ihtiologii. 1977. T. 17, № 5. S. 922-929.
5. Kuz'mina V. V. Uroven' aktivnosti pischevaritel'nyh fermentov karpa pri akklimacii ryb k vysokim temperaturam / V. V. Kuz'mina, E. A. Poddubnaya // Biologiya vnutrennih vod. 1986. № 71. S. 35-38.
6. Levchenko O. E. Vliyanie temperatury inkubacii na uroven' aktivnosti nekotoryh pischevaritel'nyh fermentov lososevyh vidov ryb / O. E. Levchenko, A. N. Nevalennyy, S. G. Korostelev // Estestvennye nauki: zhurnal fundamental'nyh i prikladnyh issledovaniy. Astrahan': Izd. dom «Astrahanskiy universitet». 2004. № 3 (9). S. 8-12.
7. Nevalennyy A. N. Funkcional'naya organizaciya i adaptivnaya regulyaciya processov pischevareniya u ryb: monogr. / A. N. Nevalennyy, A. V. Tuktarov, D. A. Bednyakov. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2003. 152 s.
8. Nevalennyy A. N. Enzimologiya: ucheb. posobie / A. N. Nevalennyy, D. A. Bednyakov, I. S. Dzerzhinskaya. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2005. 84 s.
9. Shitikov V. K. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody sistemnoy identifikacii / V. K. Shitikov, G. S. Rozenberg, T. D. Zinchenko. Tol'yatti: IEVB RAN, 2003. 463 s.
10. Bednyakov D. A. Sravnitel'nyy analiz vozdeystviya temperatury inkubacii na aktivnost' kompleksa pischevaritel'nyh fermentov russkogo osetra, lenskogo osetra i ih gibrida metodom mnogomernogo shkalirovaniya / D. A. Bednyakov, A. S. Mart'yanov // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2013. № 1. S. 118-123.
