Journal
OIL AND GAS TECHNOLOGIES AND ENVIRONMENTAL SAFETY SERIES: MARINE ENGINEERING AND TECHNOLOGIES SERIES: FISHING INDUSTRY SERIES: MANAGEMENT, COMPUTER SCIENCE AND INFORMATICS SERIES: ECONOMICS

VESTNIK OF ASTRAKHAN STATE TECHNICAL UNIVERSITY (ARCHIVAL)
History Links News Contacts
Submit manuscript
Home / Journals / Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Fishing industry / Issue 3 / BIOACCUMULATION OF MERCURY AND SELENIUM IN THE BODY OF THE RUSSIAN (ACIPENSER GUELDENSTAEDTII) AND THE PERSIAN (ACIPENSER PERSICUS) STURGEONS
BIOACCUMULATION OF MERCURY AND SELENIUM IN THE BODY OF THE RUSSIAN (ACIPENSER GUELDENSTAEDTII) AND THE PERSIAN (ACIPENSER PERSICUS) STURGEONS
Submit manuscript Download PDF
Text
To cite
Citations:

BIOACCUMULATION OF MERCURY AND SELENIUM IN THE BODY OF THE RUSSIAN (ACIPENSER GUELDENSTAEDTII) AND THE PERSIAN (ACIPENSER PERSICUS) STURGEONS
Golubkina Nadezhda Aleksandrovna 1
Hursanow Alisher Saidovich 2
Ershova Tatiyana Sergeevna 3
Zaitsev Vyacheslav Fedorovich 4
Chaplygin Vladimir Aleksandrovich 5
Authors:
1.  Agrochemical Research Center of Institute of Vegetable Breeding and Seeds Production;

2.  Volga-Caspian Branch of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography (Senior Specialist, Laboratory of Water Problems and Toxicology)

3.  Astrakhan State Technical University (Candidate of Sciences in Biology, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)

4.  Astrakhan State Technical University (Doctor of Agricultural Sciences, Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)

5.  Astrakhan State Technical University (Candidate of Sciences in Biology; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)

Type:
Article
DOI:
https://doi.org/10.24143/2073-5529-2017-3-122-127
Pages:
from 122 to 127
Status:
Published
Received:
05.09.2017
Accepted:
25.09.2017
Published:
25.09.2017
Subject area:
UDK 574.2
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:
mercury, selenium, Russian sturgeon, Persian sturgeon, Caspian Sea, bioaccumulation
Abstract and keywords
Abstract (English):
The purpose of the research was to study accumulation of mercury and selenium in muscles and liver of Russian and Persian sturgeons caught in the Caspian Sea. Analysis of the data revealed preferential accumulation of mercury and selenium in liver compared to muscle tissues of both species. The article shows that the degree of mercury accumulation in the liver and muscles of the Persian sturgeon was higher than of the Russian. Correlation analysis of data showed that mercury content in the sturgeon liver and muscles statistically significantly depended on age, length and weight of the fish. In the course of these studies there has been identified a direct correlation between selenium content in muscle tissue and body weight of fish. The results of the analysis indicate that the accumulation of mercury and selenium in Persian and Russian sturgeon species is stipulated by their physiological characteristics and properties of the chemical elements. Mercury concentration in liver and muscles of the tested species is little, which corresponds to the standards adopted in Russia. The level of selenium in the liver increases with the concentration of mercury in it, which confirms the defensive function of selenium against heavy metals.

Keywords:
mercury, selenium, Russian sturgeon, Persian sturgeon, Caspian Sea, bioaccumulation
Text
Publication text (PDF): Read Download
Введение Каспийское море - один из наиболее продуктивных водоемов планеты со своеобразными условиями среды и уникальным составом гидробионтов. Основным богатством Каспийского моря являются 6 видов осетровых рыб: белуга (Huso huso), русский осетр (Acipenser gueldenstaedtii), персидский осетр (Acipenser persicus), шип (Acipenser nudiventris), севрюга (Acipenser stellatus). К сожалению, в конце ХХ столетия они потеряли промысловое значение [1]. Для водных экосистем, из всех содержащихся в них тяжелых металлов, наиболее опасна ртуть [2]. Экологическая опасность ртути в гидросфере заключается в ее непосредственном токсичном влиянии на водных обитателей, способности включаться в биогеохимические циклы с тенденцией к биоаккумуляции в трофической структуре водных экосистем, длительно циклировать и накапливаться в организмах в количествах, представляющих опасность для человека [3]. В организм рыб ртуть поступает преимущественно с пищей и может накапливаться в различных тканях и органах [4, 5]. В настоящее время численность осетровых видов рыб поддерживается в большей степени за счет искусственного воспроизводства. В связи с существенной оптимизацией условий искусственного воспроизводства возникает необходимость изучения роли микроэлементов в обменных процессах водных организмов. Среди микроэлементов особый интерес представляет селен. Являясь эссенциальным элементом, селен обладает большим разнообразием белковых форм [6]. Селен необходим для нормального роста и развития организма рыб. Проявляя антиоксидантные свойства, селен поддерживает иммунитет и защищает организм от токсического действия тяжелых металлов. Входя в состав активного центра трийодтирониндеиодиназы, селен стимулирует синтез тиреоидных гормонов у рыбы [7], участвуя, таким образом, в процессах метаморфоза рыбы и, совместно с йодом, осуществляя антиоксидантную функцию [8]. На основании вышесказанного целью исследования являлось определение уровня содержания ртути и селена в печени и мышцах русского и персидского осетров (Acipenser gueldenstaedtii и Acipenser persicus) в морской период их жизни. Материалы и методы исследования Выбор объектов исследования был определен двумя обстоятельствами. Во-первых, осетровые - ценнейшие реликтовые виды, находящиеся на грани исчезновения и чувствительно реагирующие на загрязнение окружающей среды. Во-вторых, русский и персидский осетры являются бентофагами. В водных экосистемах селен интенсивно аккумулируется в донных отложениях с детритом, частичками глины, гуминовыми кислотами и в виде элементарного селена, легко образующегося в восстановительных условиях [9]. Включение этой части селена в биологический кругооборот осуществляется с помощью микроорганизмов, фитопланктона, моллюсков и ракообразных и опосредованно - бентосными видами рыб. В то же время бактериальные процессы приводят также к биотрансформации неорганической ртути в метилртутные соединения, накапливающиеся в пищевой цепи. Наиболее интенсивно они протекают в донных отложениях водоемов [10]. Отбор проб органов и тканей осетровых осуществлялся из траловых уловов в Северном Каспии (в зоне ответственности Российской Федерации) в период проведения тралово-акустических съемок по стандартной сетке станций Каспийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства (КаспНИРХ) в июне - августе 2014 г. Образцы проб были изъяты у осетров, вес особей которых варьировал: от 2 до 5,9 кг у персидского и от 1 до 9 кг - у русского осетра. Образцы тканей и органов на содержание ртути были исследованы на анализаторе ртути А-915М с пиролитической приставкой ПИРО-915+. Содержание селена устанавливали флуорометрически (Alfthan, 1984). Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием критерия Стьюдента и компьютерной статистической программы Excel. Результаты исследований и их обсуждение Ртуть. Анализ полученных нами данных (табл.) позволил выявить более высокие концентрации ртути в печени как у русского, так и у персидского осетра по сравнению с показателями в мышцах, что соответствует данным других авторов [11]. Механизм токсического действия ртути связан с ее взаимодействием с сульфгидрильными группами белков. Таким образом, блокируя белки, ртуть изменяет их свойства или инактивирует ряд жизненно важных ферментов, тем самым нарушая белковый обмен. При этом именно печень выполняет функцию детекторов, фильтров и трансформаторов веществ и несет ответственность за содержание ртути в организме [12]. Содержание ртути и селена в печени и мышцах осетров Объект исследования Содержание, мг/кг ртути селена Русский осетр Персидский осетр Русский осетр Персидский осетр Печень 0,137 ± 0,026 0,224 ± 0,070 2,071 ± 0,314 2,148 ± 0,251 Мышцы 0,064 ± 0,014 0,088 ± 0,012 1,059 ± 0,292 0,922 ± 0,187 Содержание ртути в мышцах исследованных рыб, по сравнению с ее содержанием в печени, небольшое, однако до 90-99 % ртути в мышечной ткани находится в наиболее токсичной - метилированной форме [11]. Необходимо отметить, что в нашем случае у персидского осетра, который имеет более высокий темп линейного и весового роста [13], степень аккумуляции ртути в печени и мышцах у персидского осетра была выше, чем у русского. Возможно, это связано с тем, что накопление ртути имеет видовую специфичность. Результаты, полученные ранее Т. Б. Камшиловой при исследовании окуня (Perca fluviatilis) [4], также свидетельствуют о том, что высокий темп линейного и весового роста у рыб способствует большему накоплению этого металла. Селен. Результаты нашего исследования, а также данные о селенном статусе белого и тупорылого осетров [14] показывают, что осетр, как бентофаг, характеризуется способностью накапливать такое количество селена в мышечной ткани, которое для других видов рыб является токсичным. Содержание селена в мышечной ткани осетров оказалось в 1,4-2 раза выше содержания селена в мышечной ткани различных видов килек, воблы и бычков Каспийского моря [15] и более чем в 2 раза выше средних значений содержания селена в мышцах других видов морских рыб [10]. Согласно данным таблицы, печень осетров аккумулирует селена существенно больше, чем мышечная ткань, что обусловлено способностью этого элемента накапливаться в органах, участвующих в детоксикации (печень и почки) [16]. Корреляционный анализ. Согласно данным корреляционного анализа, проведенного в ходе исследования, содержание ртути в печени и мышцах русского осетра статистически значимо зависело от возраста рыб (r = 0,58 и r = 0,5). У персидского осетра уровень аккумуляции ртути в печени также положительно коррелировал с возрастом (r = 0,55), однако связь между концентрацией ртути в мышечной ткани с возрастом не была статистически значимой. Была выявлена также положительная корреляционная зависимость между длиной рыб и содержанием ртути в мышцах и печени персидского осетра - r = 0,8 и r = 0,99 соответственно. У русского осетра эта зависимость была несколько слабее - r = 0,57 и r = 0,58 соответственно. Сходная ситуация складывалась и при определении зависимости концентрации ртути в мышцах и печени от веса. Так, у персидского осетра показатель зависимости составлял 0,6 и 0,9 соответственно, у русского осетра - 0,6 и для мышц, и для печени. Анализ сопряженного накопления ртути органами и тканями персидского осетра показал, что ее содержание в печени и мышцах находится в тесной корреляции (r = 0,86), тогда как у русского осетра данная зависимость была слабой (r = 0,34). Сопряженная аккумуляция ртути в печени и мышцах является установленным фактом [16]. Различия, полученные в результате анализа, еще раз свидетельствуют о различных системах накопления микроэлементов, в частности ртути, у осетров, относящихся к разным видам. Значительный разброс значений концентрации селена в мышечной ткани русского осетра связан с большим дапазоном значений массы исследованных особей и выявленной прямой корреляцией между содержанием селена и массой тела (r = 0,9). Ранее Н. А. Голубкина и Т. Т. Папазян [17] отмечали, что у дельфина накопление селена и ртути органами и тканями взаимосвязано. Однако взаимосвязи показателей аккумулирования селена и ртути, согласно литературным данным, весьма противоречивы [10]. В то же время D. Wang [18] установил прямую корреляцию между концентрацией селена и ртути в мышечной ткани окуня. Отсутствие взаимосвязи между уровнем накопления селена и ртути для отдельных видов рыб может быть обусловлено разным содержанием водорастворимых форм этих микроэлементов [9]. Заключение Таким образом, различия в уровне накопления ртути и селена органами и тканями персидского и русского осетров обусловлено их видовыми физиологическими особенностями. Следует отметить, что значения концентрации ртути в печени и мышцах исследованных рыб невелики и соответствуют нормам, установленным в России (допустимый уровень содержания ртути в морских рыбах составляет 0,5 мг/кг (СанПин 2.3.21078-01 (http://base.garant.ru/4178234/)). Возможно, это связано с тем, что с повышением солености воды снижается интенсивность метилирования ртути в результате образования устойчивых ковалентных соединений с ионами хлора, которые в первую очередь поглощаются различными гидробионтами [19], а также со способностью селена снижать уровень аккумулирования ртути. В ходе нашего исследования также было показано, что уровень содержания селена в печени увеличивается с возрастанием в ней концентрации ртути, что является подтверждением защитной функции селена в отношении тяжелых металлов. Именно поэтому при искусственном разведении рыб применение селенсодержащих премиксов позволит обеспечить повышение их иммунитета, увеличить выживаемость и ускорить прирост массы. Однако целесообразность применения водорастворимых форм селена в искусственных водоемах требует подтверждения в ходе дополнительных исследований.
References

1. Ivanov V. P. Biologicheskie resursy Kaspiyskogo morya. Astrahan': Izd-vo KaspNIRH, 2000. 100 s.

2. Vorob'ev V. I., Zaycev V. F., Scherbakova E. N. Biogennaya migraciya tyazhelyh metallov v organizme russkogo osetra (Acipenser gueldenstaedtii, Brandt). Astrahan': Izd-vo OOO «CNTEP», 2007. 115 s.

3. Moiseenko T. I. Rtut' v gidrosfere // Rtut' v biosfere: ekologo-geohimicheskie aspekty: materialy Mezhdunar. simpoz. (Moskva, 7-9 sentyabrya 2010 g.). M.: GEOHI RAN, 2010. S. 14-19.

4. Kamshilova T. B., Komov V. T., Gremyachih V. A. Soderzhanie rtuti i skorost' rosta okunya Perca fluviatilis iz ozer Vologodskoy oblasti // Rtut' v biosfere: ekologo-geohimicheskie aspekty: materialy Mezhdunar. simpoz. (Moskva, 7-9 sentyabrya 2010 g.). M.: GEOHI RAN, 2010. S. 277-281.

5. Nemova N. N., Komov V. T. Pokazateli biohimicheskogo metabolizma u presnovodnyh ryb s povyshennym soderzhaniem rtuti // Rtut' v biosfere: ekologo-geohimicheskie aspekty: materialy Mezhdunar. simpoz. (Moskva, 7-9 sentyabrya 2010 g.). M.: GEOHI RAN, 2010. S. 297-300.

6. Janz D. M. Selenium in Homeostasis and Toxicology of Essential Metals // Fish Physiol. 2012. Vol. 314. P. 327-374.

7. Ribeiro A. R. A., Ribeiro L., Saele O., Hamre K., Dinis M. T., Mjren M. Selenium supplementation changes glutathione peroxidase activity and thyroid hormone production in Senegalese sole (Soleasene galensis) larvae // Aquaculture Nutrition. 2012. Vol. 18, iss. 5. P. 559-567.

8. Nimta G., Valsa S. P., Subhas M. C. P. Physiologic implications of inter-hormonal interference in fish: Lessons from the interaction of adrenaline with cortisol and thyroid hormones in climbing perch (Anabas testudineus Bloch) // General Comp. Endocrinol. 2013. Vol. 181. P. 122-129.

9. Kekina E. G., Golubkina N. A., Kuz'mina V. V., Baranov V. I., Hotimchenko S. A. Soderzhanie yoda i selena v myshcah nekotoryh promyslovyh ryb Rybinskogo vodohranilischa // Mikroelementy v medicine. 2009. T. 10, vyp. 3-4. S. 31-36.

10. Kekina E. G., Golubkina N. A., Baranov V. I., Hotimchenko S. A. Morskaya ryba kak istochnik dieticheskogo yoda i selena // Mikroelementy v medicine. 2008. T. 9, vyp. 3-4. S. 67-72.

11. Golovanova I. L. Vliyanie rtuti na pischevarenie u zhivotnyh razlichnyh sistematicheskih grupp // Rtut' v biosfere: ekologo-geohimicheskie aspekty: materialy Mezhdunar. simpoz. (Moskva, 7-9 sentyabrya 2010 g.). M.: GEOHI RAN, 2010. S. 263-268.

12. Pastuhov M. V., Epov V. N., Cheshel'skiy T. M., Alieva V. I., Grebenschikova V. I. Raspredelenie i akkumulyaciya rtuti v baykal'skoy nerpe // Izv. Irkutsk. gos. un-ta. Ser.: Biologiya. Ekologiya. 2011. T. 4, № 1. S. 56-66.

13. Ivanov V. P., Komarova G. V. Ryby Kaspiyskogo morya (sistematika, biologiya, promysel). Astrahan': Izd-vo AGTU, 2008. 256 s.

14. Huang S. S-Y., Strathe A. B., Wang W-F., Deng D-F., J. G., Fadel. J. G., Hung S. S. O. Selenocompounds in juvenile white sturgeon: Evaluating blood, tissue and urine selenium concentrations in juvenile sturgeon after a single oral dose // Aquatic Toxicology. 2012. Vol. 109. P. 158-165.

15. Munkueva S. D., Golubkina N. A. Nakoplenie selena ryboy Buryatii // Voprosy pitaniya. 2003. № 3. S. 56-62.

16. Gashkina N. A., Moiseenko T. I., Kudryavceva L. P. Bioakkumulyaciya rtuti v organizmah ryb v vodoemah Evropeyskoy chasti Rossii // Rtut' v biosfere: ekologo-geohimicheskie aspekty: materialy Mezhdunar. simpoz. (Moskva, 7-9 sentyabrya 2010 g.). M.: GEOHI RAN, 2010. S. 258-263.

17. Golubkina N. A., Papazyan T. T. Selen v pitanii // Rasteniya, zhivotnye, chelovek. M.: Pechatnyy gorod, 2006. 256 s.

18. Wang D. The Environmental Biogeochemistry of Selenium in Natural Water Ecosystem. Publ. Nat. Public Health Inst., Helsinki, KTL A3, 1994. 244 p.

19. Komov V. T., Gremyachih V. A., Ershov P. N. Sravnitel'noe soderzhanie rtuti v myshcah ryb vodoemov severa Evropeyskoy Rossii (Kandalakshskiy zaliv Belogo morya) // Biologicheskie resursy Belogo morya i vnutrennih vodoemov Evropeyskogo Severa: materialy XXVIII Mezhdunar. konf. (Petrozavodsk, 5-8 oktyabrya 2009 g.). Petrozavodsk: Karel'skiy nauch. centr RAN, 2009. C. 289-292.

This work is licensed under Creative Commons Attribution 3.0 Unported

© "Редакция научных журналов"
Support Powered by Editorum,  Instructions
Login or Create
* Forgot password?