Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The objects of research are Beluga (Huso huso, Linnaeus), sturgeon spike (Acipenser nudiventris, Lovetsky) and their interspecific hybrids of artificial generation grown on the Research and Experimental Base BIOS (the Astrakhan region) by using the basin method. To assess the physiological status of fish, a set of morphophysiological indicators (absolute and relative weight of gills, heart, liver, and gonads) were used. The dynamics of the indices of the corresponding viscera of Beluga and sturgeon spike and their interspecific hybrids in the second year of cultivation was studied. The necessity for the research is explained by the fact that most work performed was carried out on land vertebrates and on fish of natural generation. There have been presented the average values of morphophysiological indices for each of the four groups of unmixed sturgeon species and their hybrids. The obtained values of the studied parameters of sturgeon species can be used for further monitoring of the fish growing conditions using the basin method.
beluga, sturgeon spike, interspecific hybrids, indices of viscera, gills, liver, heart, gonads
Введение Метод морфофизиологических индикаторов как один из методов оценки адаптивной ре-акции организмов большую популярность в исследованиях приобрел в 60-е гг. прошлого века в связи с развитием идей С. С. Шварца [1–3] об экологических закономерностях микроэволю-ции. Работы по экологии рыб связаны с изучением изменчивости индексов органов в различных условиях [4–7]. В соответствии с концепцией С. С. Шварца любое изменение условий жизни животных прямо или косвенно связано с изменением энергетического баланса, что неизбежно приводит к соответствующим морфофункциональным сдвигам (увеличению относительных размеров внутренних органов и пр.). В связи с этим целью исследования было сравнение сезон-ного изменения индексов внутренних органов чистых линий осетровых видов рыб (белуга, шип) и их межвидовых гибридов (белуга × шип и шип × белуга). Материалы и методы исследований Исследование проводилось в период второго года выращивания чистых линий осетровых видов рыб (белуга, шип) и их межвидовых гибридов (белуга × шип и шип × белуга) (рис. 1) на Научно-экспериментальном комплексе аквакультуры «БИОС» Волжско-Каспийского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии. Годовики содержались в пластиковых бассейнах ИЦА-2 на прямоточной воде из водо-источника (рукав р. Бахтемир) с естественным ходом температур и постоянным водообменом для поддержания оптимального кислородного режима [8]. В течение всего периода выращивания проводился контроль гидрохимических показате-лей водной среды [9]. Процесс кормления осуществляли автоматически с использованием лен-точных автокормушек с 12-часовым механизмом. а б в г Рис. 1. Исследуемые группы чистых видов рыб и их межвидовых гибридов: белуга (а); белуга × шип (б); шип (в); шип × белуга (г) Для кормления использовали сухой продукционный корм марки ALLER с размером гра-нулы 3 мм и содержанием протеина 48 %, жира – 13 %. Суточная норма сухих кормов изменя-лась от 1,8 до 2,6 %, в зависимости от температуры воды и прироста биомассы рыб, и в среднем за отчетный период составила 2,5 %. У исследуемых рыб в конце каждого сезона (весна, лето, осень) определяли морфометри-ческие показатели: массу (m, г), длину (L, см), абсолютную массу жабр, печени, сердца, гонад (г), рассчитывали относительную массу (индекс, ‰) органов (рис. 2). а б Рис. 2. Исследуемые органы экспериментальных групп рыб: вскрытие рыбы (а); органы (б) Длину рыб измеряли с помощью мерной доски с точностью до 0,5 см. Взвешивали рыбу и органы на весах марки ScoutPro с точностью до 0,001 г. Индексы внутренних органов рыб (I, 0/00) рассчитывали по формуле I = x / y •1 000, где х – вес органа, у – общий вес рыбы. Суммарное количество исследованных особей из 4-х экспериментальных групп составило 60 экз. Для оценки уровня развития половых желез молоди чистых видов осетровых и их гибри-дов и возможности выявления их половой дифференциации проводился гистоморфологический анализ. В каждой из групп в весенний и летний периоды было отобрано по 5 экз. рыб. Ткани фиксировали жидкостью Буэна с последующей проводкой через серию спиртов возрастающей концентрации и заливкой в парафин. Срезы гонад окрашивали кислым фуксином с докраской по Маллори и железным гематоксилином по Гейденгайну [10, 11]. Уровень развития половых желез оценивали на основании общепринятой периодизации раннего гамето- и гонадогенеза рыб [12]. Использовали также детализированную шкалу этих процессов у осетровых [13, 14]. Про-смотр препаратов проводился под микроскопом OLYMPUS с увеличением ×40. Статистическую обработку результатов исследований (индексы жабр, печени, сердца и го-над) проводили согласно общепринятым методам математической обработки c использованием программы Microsoft Exсel. При этом использовали элементы статистического анализа с опреде-лением средней ошибки. Уровень различий оценивали с помощью критерия достоверности Стьюдента [15]. Результаты исследования и обсуждение Для определения межвидового и сезонного изменения размерно-весовых показателей ис-следуемых групп рыб было проведено сравнение их средних значений (рис. 3). а б Рис. 3. Изменения размерно-массовых показателей рыб в экспериментальных группах: средняя длина (а); средняя масса (б) В начале исследования отмечены максимальные значения длины и массы тела у чистых видов (шип, белуга) с небольшим преимуществом у шипа. Из экспериментальных групп гибри-дов лидером является шип × белуга. В конце экспериментального периода выращивания макси-мальные значения размерно-весовых показателей зафиксированы у чистого вида (белуга), а сре-ди гибридных форм отмечен резкий рост у формы шип × белуга. За исследуемый период выращивания (9 мес) максимальный прирост длины наблюдался у гибридной формы шип × белуга, в среднем он составил 20,12 см, в то время как наибольший прирост массы тела отмечен у чистого вида белуги (519,8 г). Самые высокие размерно-массовые показатели регистрировали у шипа в весенне-летний период, осенью – у белуги. При выборе органов для исследования в соответствии с поставленной задачей учитыва-лась их чувствительность к условиям среды. Для оценки условий содержания и выявления межвидовых отличий годовиков чистых линий осетровых видов рыб (белуга, шип) и их межвидовых гибридов (белуга × шип и шип × белуга) было проведено анатомическое исследование экспериментальных групп рыб и использовались следующие органы: жабры, сердце, печень, гонады. Жабры. Играют в организме рыб важную физиологическую роль как орган дыхания. Од-нако, к сожалению, в литературе данные по относительному весу этого органа встречаются ред-ко [6]. Защитная функция жабр проявляется в разрастании и утолщении дыхательного эпителия, что отражается на их относительной массе. Воздействие стрессоров приводит к учащению ритма дыхания, гипервентиляции жабр и повышению потребления рыбами кислорода [16–20]. Ускорение метаболизма, повышение потребления кислорода приводят к возрастанию физиоло-гической роли жабр, что создает дополнительную нагрузку на орган, и в результате увеличива-ется их относительная масса. Максимальное значение индекса массы жабр на всех этапах выращивания наблюдалось у годовиков белуги (рис. 4). Рис. 4. Изменения индексов массы жабр рыб в экспериментальных группах В период летних температур (максимально 26,2 °С) абсолютная масса жабр относительно общего веса экземпляров была минимальной у шипа, но минимальные размерно-весовые харак-теристики отмечены у гибридной формы белуга × шип. На осеннем этапе выращивания нагрузка на орган сократилась (снижение температуры воды до 16,2 °С). Более высокие индексы жабр в экспериментальных группах рыб наблюдались в летний период в связи с возросшей нагрузкой на этот орган, связанной с более низким насыщением воды кислородом (70–80 %). Минималь-ные сезонные колебания индекса зафиксированы у гибридной формы шип × белуга, это позво-ляет сделать вывод, что данная гибридная форма имеет более высокую устойчивость к изменениям гидрохимического режима. Сердце. В условиях повышенных нагрузок учащается ритм дыхания, появляется тахикар-дия и увеличивается потребление кислорода, что создает нагрузку на сердце и может быть при-чиной наращивания его массы. Величина индекса может изменяться до 40 %. В [2] С. С. Шварц подчеркивал, что интенсификация обмена веществ ведет к увеличению размеров сердца, и эта закономерность характерна для рыб, подвергающихся действию токсичных веществ. В условиях экологического оптимума индекс сердца рыб наименьший. Значения массы сердца у годовиков 4-х опытных групп достоверно не различались, но от-носительно общего веса исследуемых рыб наибольший показатель отмечен у чистого вида белу-ги и у гибридной формы шип × белуга (рис. 5). Рис. 5. Изменения индексов массы сердца рыб в экспериментальных группах Кардиосоматический индекс близок у всех форм. Не исключено, что результаты по ин-дексу массы сердца могут быть обусловлены ошибкой измерения вследствие небольшой массы этого органа по отношению к весу исследуемой рыбы и подлежат дополнительной проверке. Печень. Печень в организме играет большую роль в детоксикации вредных веществ, и при повышении нагрузки относительная масса этого органа может увеличиваться до 2 раз. Тепловой фактор не оказывает столь высокого влияния на серьезные перестройки данного органа, хотя достоверное увеличение массы печени у рыб при повышении температуры может также свидетельствовать об интенсификации обмена веществ в условиях теплового стресса. Бесспорно, что на относительную массу печени могут влиять и патологические изменения органа. Способность этого органа к регенерации ткани как защитная функция организма широко известна [21]. По сравнению с весенним этапом выращивания у всех видов в начале летнего этапа отме-чено снижение значений индекса массы печени в 1,5–1,8 раз, с максимальным значением в опытной группе белуги (рис. 6). Рис. 6. Изменения индексов массы печени рыб в экспериментальных группах В начале осеннего этапа выращивания зафиксировано увеличение до 2 раз относительной массы этого органа во всех экспериментальных группах, что связано с повышением уровня кормления во время летнего этапа до 2,8 % от биомассы рыб. Гонады. Определение гонадосоматического индекса особенно актуально и результативно в период дифференцировки пола и полового созревания. Максимальное значение индекса массы гонад наблюдалось у шипа, что связано с наибольшими размерно-весовыми показателями вида (рис. 7). Рис. 7. Изменения индексов массы гонад рыб в экспериментальных группах Высокие показатели индекса гонад для шипа и гибридной формы шип × белуга на первом этапе выращивания (7,49 и 4,35 соответственно) не находят четкого объяснения с известных позиций. Не исключено, что результаты по индексу гонад могут быть обусловлены ошибкой измерения вследствие неравномерности выборки и подлежат дополнительной проверке. При визуальном осмотре гонад пол молоди не был определен ни у одной из рыб. Для уточнения полового различия был проведен гистологический анализ. В весенний период гистологический анализ половых желез белуги показал, что все особи находились в состоянии до дифференцировки пола. Значительную часть площади гонады зани-мала жировая ткань. Хорошо развиты сосуды. Число половых клеток (гонии) было незначи-тельным (рис. 8, а). а б в г Рис. 8. Гистоморфологическая картина половых желез молоди рыб экспериментальных групп в весенний период: а – половая железа белуги, окраска кислым фуксином с докраской по Маллори (увеличение: окуляра 22×, объектива 10×); б – половые клетки в половой железе гибрида белуга × шип, окраска железным гематоксилином по Гейденгайну ( ув.: ок. 22×, об. 10×); в – половые клетки в половой железе шипа, окраска кислым фуксином с докраской по Маллори (ув.: ок. 22×, об. 10×); г – половая железа гибрида шип × белуга, окраска железным гематоксилином по Гейденгайну (ув.: ок. 22×, об. 10×) В группе молоди гибрида белуга × шип гонады исследованных рыб, судя по гистоморфо-логической картине, находились на этапе преанатомической сексуализации (рис. 8, б) [14]. По-ловые клетки более многочисленны, чем у белуги. Исходя из состояния герминативного эпите-лия, по аналогии с русским осетром [13], можно предположить, что развитие трех из пяти рыб шло в направлении самок. Эпителий при этом был высоким, столбчатым и часто имел много-численные впячивания в строму железы. В его складках и непосредственно под ним находились половые клетки. На отдельных участках они расположены группами. У одной из рыб имелись признаки дальнейшего развития в сторону самца, что проявилось наличием ровного и более низкого, кубического, эпителия. При этом половые клетки располагались в глубине хорошо раз-витой соединительнотканной стромы. У молоди шипа также зафиксированы признаки, характерные для этапа преанатомической сексуализации гонад (рис. 8, в). На отдельных участках срезов гонад видны довольно многочис-ленные гонии. Гистоморфологическая картина у двух особей позволяет предположить возмож-ное развитие в сторону самок. Группа молоди гибрида шип × белуга представлена особями, половые железы которых так-же находились на этапе преанатомической сексуализации (рис. 8, г). На препаратах гонад видны половые клетки. У двух особей с наиболее развитой генеративной тканью их скопления наиболее многочисленны. Признаки возможного развития в сторону самок отмечены у двух рыб группы. В летний период выращивания у молоди белуги половые железы были наименее развиты (рис. 9, а). При сравнении с предыдущей фиксацией, они получили развитие. Половые клетки на срезах гонад еще немногочисленны. а б в г Рис. 9. Гистоморфологическая картина половых желез молоди рыб экспериментальных групп в летний период: а – половая железа белуги, окраска кислым фуксином с докраской по Маллори; б – половая железа гибрида белуга × шип, окраска кислым фуксином с докраской по Маллори; в – половая железа шипа. Начало формирования яйценосных пластинок. Окраска кислым фуксином с докраской по Маллори; г – половая железа гибрида шип × белуга. Начало формирования семенных канальцев. Окраска кислым фуксином с докраской по Маллори (ув.: ок. 22×, об. 40×) Половые железы рыб в группе молоди гибрида белуга × шип (рис. 9, б) были более разви-ты в сравнении с фиксацией во время весеннего этапа, а также в сравнении с белугой как весен-ней, так и летней фиксации. Увеличилась площадь генеративной ткани, выросло количество половых клеток. При этом большинство рыб находилось еще на этапе преанатомической сексуа-лизации гонад. Однако у одной особи, наряду с характерным состоянием герминативного эпителия, выявлены участки с наметившимися границами будущих яйценосных пластинок, что свидетельствовало о начале перехода к этапу анатомической дифференцировки пола в сторону самки. Молодь шипа характеризовалась дальнейшим развитием половых желез и началом пере-хода к этапу анатомической дифференцировки пола (рис. 9, в). Три особи имели явные признаки дифференцировки пола в сторону самок, с наметившимися границами яйценосных пластинок, что особенно хорошо проявилось у одной из них. На препарате половой железы была видна щель-борозда, наличие которой является у осетровых характерным признаком анатомической дифференцировки в направлении самки [12]. Половые клетки по обе стороны от нее группируются, формируя будущие яйценосные пластинки. Гистоморфологическая картина половой железы одной из рыб свидетельствовала о начале дифференцировки пола в направлении самца, на что указывало формирование семенных канальцев. Половые железы молоди гибрида шип × белуга (рис. 9, г) были более продвинуты в разви-тии как относительно фиксации во время весеннего этапа, так и в сравнении с белугой летней фиксации. При этом у одной особи отмечено начало перехода к этапу анатомической дифферен-цировки пола в сторону самки, а у другой наблюдалось начало формирования семенных каналь-цев. Гонады других рыб этой группы находились на этапе преанатомической сексуализации го-над. В таблице представлены сезонные и видовые показатели индексов внутренних органов белуги и шипа и их межвидовых гибридов. Сезонные и видовые показатели индексов органов исследуемых рыб Вид Средняя масса Индексы органов, ‰ Жабры Сердце Печень Гонады Весна Белуга 93,0 ± 5,92 37,34 ± 3,37 3,03 ± 0,38 30,17 ± 3,16 2,21 ± 0,15 Шип 115,8 ± 4,73 36,08 ± 1,26 2,39 ± 0,17 21,23 ± 2,10 7,49 ± 1,53 Белуга × шип 69,8 ± 5,42 33,28 ± 3,76 2,45 ± 0,16 25,29 ± 2,49 1,74 ± 0,36 Шип × белуга 83,4 ± 6,07 32,84 ± 3,05 2,70 ± 0,11 25,83 ± 1,11 4,35 ± 0,92 Лето Белуга 132,0 ± 11,64 44,76 ± 2,41 2,22 ± 0,06 17,40 ± 1,54 1,77 ± 0,15 Шип 152,84 ± 17,15 31,54 ± 1,46 2,54 ± 0,41 14,57 ± 1,27 3,05 ± 0,68 Белуга × шип 105,1 ± 8,17 33,90 ± 1,53 1,97 ± 0,10 13,45 ± 1,41 1,98 ± 0,24 Шип × белуга 128,14 ± 17,66 36,72 ± 2,22 2,72 ± 0,22 16,12 ± 1,82 2,20 ± 0,53 Осень Белуга 612,8 ± 34,64 36,02 ± 2,56 2,69 ± 0,14 30,49 ± 1,43 3,71 ± 0,32 Шип 436,0 ± 61,69 25,83 ± 1,64 2,22 ± 0,11 26,97 ± 3,06 7,75 ± 2,74 Белуга × шип 254,6 ± 44,00 32,11 ± 2,58 1,96 ± 0,29 18,70 ± 3,38 2,48 ± 0,63 Шип × белуга 484,8 ± 22,82 29,67 ± 2,43 2,28 ± 0,11 32,37 ± 2,67 8,64 ± 1,74 Отмеченные изменения средних показателей индексов органов рыб в зависимости от се-зона выращивания и видовой принадлежности также находятся в прямой зависимости от раз-мерно-весовых показателей, которые имеют значительный разброс как по сезонам, так и в пре-делах одного вида, согласно полученным результатам статистического анализа с определением средней ошибки. Заключение Таким образом, сезонная динамика морфофизиологических показателей исследуемых особей находилась не только в зависимости от изменений размерно-весовых показателей, но и от изменений условий среды обитания, такими как гидрохимические показатели, плотность посадки, режим кормления. Развитие половых желез белуги на обоих сроках (весна-лето) фиксации протекало мед-леннее, чем у рыб других групп, включая гибриды. По предварительным результатам, суще-ственной разницы в уровне развития половых желез шипа и гибридов не выявлено. У шипа формирование гонад протекало немного быстрее. В летний период исследований во всех груп-пах, исключая белугу, имелись особи с начавшимся процессом анатомической дифференциров-ки гонад, и у шипа доля таких рыб была выше.
1. Shvarts S. S. Metod morfofiziologicheskikh indikatorov ekologii zhivotnykh [Method of morphophysiological indicators of animal ecology]. Zoologicheskii zhurnal, 1958, vol. 37, no. 4, pp. 58-63.
2. Shvarts S. S. Ekologicheskie zakonomernosti evoliutsii [Ecological laws of evolution]. Moscow, Nauka Publ., 1980. 278 p.
3. Shvarts S. S., Bol'shakov V. N., Piastolova O. A. Novye dannye o razlichnykh prisposobleniiakh zhivotnykh k izmeneniiu sredy obitaniia [New data on different adaptations of animals to environmental changes]. Zoologicheskii zhurnal, 1964, vol. 13, no. 4, pp. 43-58.
4. Smirnov V. S., Bozhko A. M., Ryzhkov A. L., Dobrinskaia L. A. Primenenie metoda morfolo-gicheskikh indikatorov v ekologii ryb [Applying method of morphological indicators in fish ecology]. Trudy SevNIORKh. Petrozavodsk, 1972. No. 7. 168 p.
5. Dobrinskaia L. A. Vozrastnye izmeneniia otnositel'nogo vesa vnutrennikh organov ryb [Age-related changes in relative weight of fish internal organs of fish]. Zoologicheskii zhurnal, 1964 a, vol. 1, iss. 44, pp. 72-79.
6. Bozhko A. M. Opyt primeneniia morfofiziologicheskikh indikatorov v ekologii ryb. Avtoreferat dissertatsii ... kand. biol. nauk [Experience in using morphophysiological indicators in fish ecology. Diss.Abstr. ... Cand.Bio.Sci.]. Petrozavodsk, 1969. 20 p.
7. Brusynina I. N. Morfofizicheskaia kharakteristika ozernogo gol'iana i izmeneniia inter'ernykh pokazatelei v zavisimosti ot uslovii sushchestvovaniia. Avtoreferat dissertatsii ... kand. biol. nauk [Morphophysical characteristics of lake minnow and changes in interior indicators depending on conditions of existence. Diss.Abstr. .... Cand.Biol.Sci.]. Petrozavodsk, 1971. 20 p.
8. Sbornik instruktsii i normativno-metodicheskikh ukazanii po promyshlennomu razvedeniiu osetrovykh ryb v Kaspiiskom i Azovskom basseinakh [Collection of instructions and normative-methodical guidelines for industrial breeding of sturgeon fish in Caspian and Azov basins]. Moscow, Izd-vo VNIRO, 1986. 271 p.
9. Instruktsiia po khimicheskomu analizu vody prudov [Instructions for chemical analysis of pond water]. Moscow, Izd-vo VNIIPRKh, 1985. 46 p.
10. Romeis B. Mikroskopicheskaia tekhnika [Microscopic technique]. Moscow, Izd-vo inostrannoi literatury, 1954. 718 p.
11. Merkulov G. A. Kurs patologogistologicheskoi tekhniki [Course of pathologic-histological techniques]. Leningrad, Meditsina Publ., 1969. 423 p.
12. Persov G. M. Differentsirovka pola u ryb [Gender differentiation in fish]. Leningrad, Izd-vo LGU, 1975. 147 p.
13. Akhundov M. M., Fedorov K. E. Rannii gameto- i gonadogenez osetrovykh ryb. O kriteriiakh sravnitel'noi otsenki razvitiia polovykh zhelez molodi na primere russkogo osetra (Acipenser gueldenstaedtii) [Early gameto- and gonadogenesis of sturgeon fishes. On criteria for comparative assessment of development of juvenile gonads (case of Russian sturgeon (Acipenser gueldenstaedtii)]. Voprosy ikhtiologii, 1990, vol. 30, no. 6, pp. 963-973.
14. Guseinova G. G. Geterokhroniia razvitiia polovykh zhelez v rannem ontogeneze u raznykh pred-stavitelei osetrovykh ryb [Heterochrony of development of gonads in early ontogenesis in different sturgeon representatives]. Vestnik MGOU. Seriia «Estestvennye nauki», 2010, no. 4, pp. 34-38.
15. Lakin G. F. Biometriia: uchebnoe posobie [Biometrics: tutorial]. Moscow, Vysshaia shkola Publ., 1990. 352 p.
16. Veselov E. A. Izmenenie gazoobmena ryb pod vliianiem toksicheskikh zagriaznenii vod [Changes in fish gas exchange under influence of toxic water pollution]. Materialy IV Mediko-biologicheskoi konferentsii. Petrozavodsk, 1969. Pp. 255-257.
17. Maliarevskaia A. Ia. Obmen veshchestv u ryb v usloviiakh antropogennogo evtrofirovaniia vodoemov [Metabolism in fish under conditions of anthropogenic eutrophication of water bodies]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1979. 253 p.
18. Luk'ianenko V. I. Ikhtiotoksikologiia [Ichthyotoxicology]. Moscow, Agroprom, 1983. 383 p.
19. Karpovich T. A., Luk'ianenko V. I. Vliianie toksikantov na kardiorespiratornuiu sistemu ryb [Influence of toxicants on fish cardiorespiratory system]. Eksperimental'naia vodnaia toksikologiia. Riga, Zinatne Publ., 1988. Pp. 5-36.
20. Aquatic toxicology and Hazard Assessment: 10th volume. Eds. Adams W., Chapman A., Landis W. Philadelphia, 1988. 597 p.
21. Moiseenko T. I. Morfofiziologicheskie perestroiki organizma ryb pod vliianiem zagriazneniia (v svete teorii S. S. Shvartsa) [Morphophysiological rearrangements of fish organism under influence of pollution (according to S. S. Schwartz’s theory)]. Ekologiia, 2000, no. 6, pp. 463-472.
