EFFECT OF DIETHANOLAMINE ON SURVIVAL OF EMBRYOS AND LARVAE OF STELLATE STURGEON (ACIPENSER STELLATUS PALLAS)
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Professor; Professor of the Department of Applied Biology and Microbiology)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 80
to 85
Status:
Published
Received:
05.06.2019
Accepted:
25.06.2019
Published:
25.06.2019
Subject area:
UDK 597.442-13: [597-1.044:665.6]
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:
stellate sturgeon (Acipenser stellatus Pallas), diethanolamine, toxicant, roe, embryos, larvaе, concentration, survival, morphometric characteristics
Abstract (English):
The article presents the experimental data on the toxic properties of one of the main components of sewage waters of gas processing enterprises - diethanolamine. Diethanolamine is a highly toxic organic compound, its negative effect on the embryonic development of fish in the Volga-Caspian basin becomes apparent at minimal concentrations.The object of study was the developing caviar of stellate sturgeon ( Acipenser stellatus Pallas) put into diethanolamine solutions at the stage of eight blastomeres. The experiment lasts 15 days. The toxicity level and mechanism of the toxicant activity were determined by the degree of changes in morphometric parameters, behavioral reactions (general symptom complex of poisoning), physiological state and survival of organisms. It has been stated that diethanolamine causes significant changes in morphological and functional parameters of developing stellate sturgeon embryos and larvae. The greater is the toxicant concentration, the greater are the changes. There has been found the dependence of the degree of negative impact on the fish physiological state on the time of their staying in diethanolamine solutions, as well as on the stage of ontogenesis. Using the integrated approach combining toxicological, ichthyological, and physiological areas of research has revealed uneven development of embryos, decrease in their physical activity, impaired pigmentation of the integument, slowdown in growth and development, and a decrease in survival. In experimental reservoirs there was found an increase of the duration of the hatching process, as well as the growing number of individuals developing with deviations from the standard indices. The increasing concentration of the toxicant and residence time of the planting material in its solutions led to an increase in the total waste of the roe, prelarvae, and larvae of stellate sturgeon in the experimental reservoirs in comparison with the control ones.
The article presents the experimental data on the toxic properties of one of the main components of sewage waters of gas processing enterprises - diethanolamine. Diethanolamine is a highly toxic organic compound, its negative effect on the embryonic development of fish in the Volga-Caspian basin becomes apparent at minimal concentrations.The object of study was the developing caviar of stellate sturgeon ( Acipenser stellatus Pallas) put into diethanolamine solutions at the stage of eight blastomeres. The experiment lasts 15 days. The toxicity level and mechanism of the toxicant activity were determined by the degree of changes in morphometric parameters, behavioral reactions (general symptom complex of poisoning), physiological state and survival of organisms. It has been stated that diethanolamine causes significant changes in morphological and functional parameters of developing stellate sturgeon embryos and larvae. The greater is the toxicant concentration, the greater are the changes. There has been found the dependence of the degree of negative impact on the fish physiological state on the time of their staying in diethanolamine solutions, as well as on the stage of ontogenesis. Using the integrated approach combining toxicological, ichthyological, and physiological areas of research has revealed uneven development of embryos, decrease in their physical activity, impaired pigmentation of the integument, slowdown in growth and development, and a decrease in survival. In experimental reservoirs there was found an increase of the duration of the hatching process, as well as the growing number of individuals developing with deviations from the standard indices. The increasing concentration of the toxicant and residence time of the planting material in its solutions led to an increase in the total waste of the roe, prelarvae, and larvae of stellate sturgeon in the experimental reservoirs in comparison with the control ones.
Keywords:
stellate sturgeon (Acipenser stellatus Pallas), diethanolamine, toxicant, roe, embryos, larvaе, concentration, survival, morphometric characteristics
stellate sturgeon (Acipenser stellatus Pallas), diethanolamine, toxicant, roe, embryos, larvaе, concentration, survival, morphometric characteristics
Бассейн р. Волги является регионом с высоким уровнем развития промышленного и сельскохозяйственного производства, оказывающего существенное влияние на состояние природной среды, особенно в нижнем ее течении. Технологические выбросы газоперерабатывающего предприятия, содержащего сероводород, оксиды азота, серы, углерода и других веществ, соединяясь с атмосферной влагой, выпадают в виде кислотных осадков на поверхность почвы и воды, что приводит к изменению их физико-химических свойств в результате закисления. Кроме того, в сточных водах, поступление которых в рыбохозяйственные водоемы не исключено, в результате фильтрации и аварийных утечек содержится большой набор компонентов органической природы [1, 2]. Среди них особое место занимает диэтаноламин (ДЭА), широко применяемый в нефте- и газоперерабатывающей промышленности в качестве адсорбента газообразных соединений. Сведения о токсических свойствах ДЭА на рыб в литературе немногочислены. Имеется сообщение [3] о влиянии этого соединения на выживаемость рыб, согласно которому в 50 % их гибель наступала в концентрации ДЭА 560 мг/л за 144 ч, а доза 320 мг/л по этому показателю была нетоксичной. По результатам других исследований ДЭА вызывает токсический эффект в организме представителей семейств карповых и осетровых рыб на ранних стадиях эмбрионального развития [4-7]. Установлена предельно допустимая концентрация (ПДК) диэтаноламина для водоемов общего водопользования - 0,8 мг/л, лимитирующий фактор - органолептический и ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов - 0,01 мг/л [8]. Изучение воздействия ДЭА на санитарный режим водоемов и органолептические свойства воды выявило, что наиболее чувствительным показателем степени этого влияния является биохимическое потребление кислорода, по которому определена пороговая концентрация ДЭА - 1 мг/л [9]. В связи с этим исследование воздействия ДЭА на различные стадии онтогенеза рыб представляет несомненное и теоретическое, и практическое значение. Материал и методы исследований Материалом для исследований служила икра севрюги (Acipenser stellatus Рallas), доставленная с Бертюльского осетрового рыбоводного завода. Экспериментальные исследования по выяснению степени влияния препарата на икру и личинок проводились общепринятыми в водной токсикологии методами исследований с некоторыми модификациями для конкретных условий [10, 11]. Основной метод работы - постановка эксперимента с контролем. Критериями токсичности препарата служили такие показатели, как жизнедеятельность организмов и их выживаемость в зависимости от концентрации и времени интоксикации (продолжительности действия), общий симптомокомплекс отравления (по поведенческим реакциям), физиологическое состояние рыб (частота дыхания и сердечного ритма), морфометрические показатели. Эксперименты с икрой севрюги, оплодотворенной в заводских условиях при температуре 15,8 °С, проведены в стеклянных двухлитровых кристаллизаторах при плотности посадки 200 экз. в растворах ДЭА 0,5; 1; 5; 10; 50 и 100 мг/л при температуре воды 21-22 °С в лабораторных условиях. Эксперимент был заложен на стадии 8 бластомеров (2-й этап, 6-я стадия), через 3 ч после оплодотворения. Длительность эксперимента составила 15 суток. Развитие рыб - этапы и стадии - определяли по классификации А. С. Гинзбург и Т. А. Детлаф [12]. Полученный цифровой материал был подвергнут вариационно-статистической обработке [13]. Результаты исследований Результаты экспериментов с развивающейся икрой севрюги, заложенной в растворы ДЭА на стадии восьми бластомеров, свидетельствовали, что через сутки от начала эксперимента в контрольных водоемах и в дозах токсиканта от 0,5 до 10 мг/л более 95 % оплодотворенная икра была на стадии сближения нервных валиков (стадия 21). В то же время в концентрациях токсиканта, превышающих 10 мг/л, наблюдалось неравномерное развитие эмбрионов - как на стадии ранней нейрулы (стадия 19), широкой нервной пластинки (стадия 20), так и на стадии сближения нервных валиков (стадия 21). В этот период - как в опыте, так и в контроле - видимых нарушений в развитии эмбрионов и их гибели не наблюдалось. Спустя двое суток в контрольных емкостях большая часть посадочного материала находилась на стадии изгиба сердечной трубки (стадия 29), эмбрионы совершали интенсивное движение, пульсация сердца их составляла 67 ± 3 удара в минуту. В растворах ДЭА 0,5-1 мг/л различий в развитии эмбрионов между этими вариантами опыта и контролем не наблюдалось, но у эмбрионов в данных концентрациях отмечалось увеличение частоты сердцебиения до 81 ± 6 - 84 ± 8 ударов в минуту. В больших дозах ДЭА (5-100 мг/л) развитие эмбрионов продолжалось также неравномерно. Встречались икринки на различных этапах эмбрионального развития, начиная со стадии слияния боковых пластинок и начала обособления хвостового отдела зародыша (стадия 26) до стадии образования изгиба сердечной трубки (стадия 29), у эмбрионов отмечалось снижение двигательной активности и - в ряде случаев - сердечного ритма. В этот период в вышеуказанных вариантах опыта установлена наибольшая гибель икры, общий отход ее к моменту выклева личинок составлял 10-20,5 %. В меньших дозах ДЭА (0,5-1 мг/л) этот показатель не превышал 1,5-4,9 %, а в контроле - 2,0 % (табл. 1). Таблица 1 Выживаемость севрюги на ранних стадиях онтогенеза в растворах диэтаноламина Концентрация ДЭА, мг/л Уродливые эмбрионы, % Гибель эмбрионов, % Общий отход икры, % Время выклева, ч Уродливые предличинки, % Гибель предличинок, % Общий отход предличинок, % Выживаемость, % Контроль (0,0) 0,7 1,3 2,0 20,0 1,3 0,0 3,3 96,7 0,5 0,8 0,7 1,5 21,0 1,9 8,1 11,5 88,5 1,0 2,7 2,2 4,9 24,5 4,0 15,6 19,6 74,9 5,0 4,6 5,4 10,0 23,3 7,3 17,8 25,1 64,9 10,0 3,3 7,6 10,9 30,5 6,9 21,3 28,2 60,9 50,0 8,9 10,4 19,3 31,5 12,5 16,7 29,2 58,5 100,0 4,6 15,9 20,5 36,0 11,5 11,2 22.7 49,8 К концу третьих суток (через 72 ч) от начала эксперимента как в опытных, так и в контрольных водоемах начался выклев (стадия 35), максимум которого пришелся на 77-80 ч с момента оплодотворения. В контрольных емкостях выклев закончился через 20 ч с момента появления первых предличинок. В водоемах с концентрациями ДЭА более 10 мг/л этот процесс был более продолжителен и закончился через 30,5-36,0 ч (см. табл. 1). В водоемах без ДЭА в период выклева эмбрионы совершали интенсивные движения и достаточно быстро освобождались от оболочек. После выклева эти личинки были очень подвижны и периодически совершали «свечки». В опытных водоемах, в отличие от контрольных, выклюнувшиеся предличинки были менее подвижными и меньших размеров (табл. 2). Таблица 2 Изменение сердечного ритма и морфометрических показателей севрюги на ранних этапах развития при интоксикации диэтаноламином Концентрация ДЭА, мг/л Пульсация сердца, уд./мин Масса личинок, мг Длина личинок, мм эмбрионы предличинки личинки Контроль (0,0) 67,0 ± 3,0 113,0 ± 6,0 93,0 ± 5,0 25,1 ± 0,03 28,4 ± 0,07 0,5 81,0 ± 6,0 127,0 ± 5,0 107,0 ± 6,0 25,2 ± 0,12 20,3 ± 0,05 1,0 84,0 ± 8,0 122,0 ± 6,0 92,0 ± 9,0 24,8 ± 0,10 20,0 ± 0,07 5,0 73,0 ± 6,0 137,0 ± 9,0 81,0 ± 7,0 24,0 ± 0,90 19,8 ± 0,09 10,0 62,0 ± 4,0 132,0 ± 8,0 83,0 ± 7,0 23,8 ± 0,13 20,0 ± 0,09 50,0 65,0 ± 5,0 137,0 ± 11,0 71,0 ± 6,0 23,8 ± 0,16 19,7 ± 0,15 100,0 55,0 ± 6,0 147,0 ± 13,0 69,0 ± 8,0 22,8 ± 0,19 19,6 ± 0,13 Среди них отмечалось до 12 % уродливо развивающихся предличинок (см. табл. 1), которые находились на дне емкости и периодически совершали движения «волчка». Основная масса выклюнувшихся предличинок в опытных емкостях имели внешние патологические признаки в виде искривления туловища и хвостового отдела, диспропорции отдельных частей туловища и аномальной формы желточного мешка. Кроме того, в емкостях с дозой ДЭА 50 и 100 мг/л встречались единичные экземпляры предличинок с чрезмерным увеличением и обводнением околосердечной полости и нарушениями морфологии сердца. Часть эмбрионов в опытных водоемах не смогла освободиться от оболочек и погибла. В результате общий отход икры в кристаллизаторах с концентрацией ДЭА более 1 мг/л был в 2,7-13,7 раза выше, чем в контрольных вариантах, а в минимальной концентрации токсиканта (0,5 мг/л) данный показатель практически не отличался от контроля. В ходе дальнейших наблюдений была зафиксирована гибель выклюнувшихся, но аномально развивающихся предличинок в последующие трое суток эксперимента, а гибели внешне нормально развивающихся предличинок в этот период во всех вариантах опыта не наблюдалось. Через 5 суток с момента выклева во всех водоемах личинки достигли 40-й стадии развития, характеризующейся переходом на смешанное питание и выбросы пигментных пробок. В этот период в опытных водоемах, особенно с максимальной дозой ДЭА (50 и 100 мг/л), отмечались постепенное снижение двигательной активности и интенсивности питания, увеличение частоты сердцебиения и гибель личинок. На 12-е сутки после выклева отход в емкостях с концентрацей ДЭА 100 мг/л составил около 22,7 %, а выживаемость - 49,8 %. В опытных водоемах с концентрациями ДЭА от 0,5 до 5 мг/л отход личинок был в 3 (до 7,9 раз) выше, а выживаемость подопытного материала на 8,9-32,9 % ниже контрольного варианта (см. табл. 2). Проведенный в конце эксперимента макроскопический анализ подопытного материала, выращенного при максимальных концентрациях ДЭА, выявил слабую пигментацию кожных покровов личинок, снижение размерно-весовых показателей и частоты сердцебиения личинок. У личинок в водоемах с 0,5 и 1,0 мг/л токсиканта показатели частоты сердцебиения были значительно выше (см. табл. 2). Таким образом, инкубация икры севрюги, помещенной в растворы ДЭА на ранних стадиях развития, характеризовалась неравномерностью в развитии эмбрионов, снижением их двигательной активности и нарушением пигментации покровов тела, замедлением роста и развития, изменением физиологических показателей жизнедеятельности и снижением выживаемости. Установлено увеличение продолжительности процесса выклева, количества особей, развивающихся с отклонениями от нормативных показателей, что в конечном итоге приводило к повышению общего отхода икры, предличинок и личинок севрюги в опытных водоемах в сравнении с контрольными. При этом степень и глубина нарушений в развитии возрастала с увеличением концентрации токсиканта и времени пребывания посадочного материала в его растворах. Заключение В настоящей работе представлены экспериментальные данные о токсических свойствах диэтаноламина - одного из основных компонентов сточных вод предприятий газоперерабатывающей промышленности. Использование комплексного подхода (включающего токсикологические, ихтиологические, физиологические направления исследований) в изучении интоксикации рыб этим органическим веществом позволило изучить механизм его воздействия на организм севрюги и выявить изменения в развитии на ранних этапах. Под влиянием диэтаноламина происходят нарушения морфофункциональных показателей эмбрионов, предличинок и личинок севрюги, степень и глубина которых возрастают с увеличением концентрации токсиканта, времени пребывания рыб в его растворах, а также зависят от стадии онтогенеза.
1. Grushko Ya. M. Vrednye organicheskie soedineniya v promyshlennyh vybrosah v atmosferu: sprav. L.: Himiya, 1986. 207 s.
2. Lazarev N. V., Levina E. N. Vrednye veschestva v promyshlennosti // Spravochnik dlya himikov, inzhenerov i vrachey. L.: Himiya, 1976. S. 242-247.
3. Metelev V. S., Kanaev A. I., Dzasohova N. G. Vodnaya toksikologiya. M.: Kolos, 1971. S. 247.
4. Kanieva N. A. Narushenie funkciy tkanevogo bar'era ryb pri intoksikacii dietanolaminom // Kratkie rezul'taty nauchnoy deyatel'nosti instituta. Astrahan': Izd-vo ATIRPIH, 1990. S. 78-79.
5. Kanieva N. A. Morfofunkcional'nye narusheniya u karpovyh i osetrovyh ryb Volgo-Kaspiyskogo basseyna pri deystvii toksicheskih agentov na primere dietanolamina: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. Astrahan', 1992. 23 s.
6. Kozlova N. V. Morfofiziologicheskie izmeneniya u osetrovyh ryb na rannih etapah razvitiya pod vozdeystviem toksicheskih veschestv: dis. … kand. biol. nauk. Astrahan', 2009. 159 s.
7. Kozlova N. V., Kanieva N. A. Vozdeystvie kaspiyskoy nefti i dietanolamina na rannie etapy razvitiya sevryugi // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. 2007. № 1 (36). S. 174-178.
8. Filenko O. F. Vodnaya toksikologiya: ucheb. posobie. M.: Izd-vo MGU Chernogolovka, 1988. 154 s.
9. D'yachkov V. I. Promyshlennoe zagryaznenie vodoemov: sb. tr. M.: Medicina, 1969. Vyp. 9. S. 105-118.
10. Stroganov N. S. Metodika opredeleniya toksichnosti vodnoy sredy. M.: Nauka, 1971. S. 14-60.
11. Luk'yanenko V. I., Karpovich T. A. Biotestirovanie na rybah: metod. rekom. Rybinsk: Izd-vo In-ta biologii vnutr. vod im. I. D. Papanina, 1989. 96 s.
12. Ginzburg A. S., Detlaf T. A. Razvitie osetrovyh ryb. M.: Nauka, 1969. 134 s.
13. Plohinskiy I. A. Biometriya. M.: Izd-vo MGU, 1970. 367 s.
