Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The results of a study of zinc concentrations in organs and tissues (gills, liver, genitals, muscle tissue, gastroin-testinal tract) of the Caspian fish Vimba vimba persa (Pallas) sampled in the middle part of the Caspian Sea in the autumn period of 2020-2023 are presented. The results were obtained using the appropriate atomic absorption methods. The sex and age characteristics of the metal distribution have been determined. A redistribution of zinc was noted when the fish reached puberty (the gonads and liver became indicative in our case). Age-related changes in the accumulation of zinc are noted in the eggs of females upon reaching the age of 3 years and, conversely, a slight decrease in the concentration in the milk of males. The concentration of metal in the gills decreases in females and males with increasing age, in the gastrointestinal tract, on the contrary, the concentration increases with age. Despite the redistribution of metal across organs and tissues, the maximum concentration of zinc was always found in the gills. Minimal concentrations were found in muscle tissue (the exception was 3-year-old males, who showed a sharp decrease in zinc in the gonads). The average concentration of zinc in the body of females and males aged 2 years is approximately at the same level; at the age of 3 years, the concentration in the body of males decreases and reaches a difference of 1.3 times compared with the average concentration of metal in the body of females aged 3 years. Accordingly, the average zinc content in the body of females is higher (45.62 mg/kg of dry matter) compared with males (40.12 mg/kg of dry matter).
zinc, accumulation, organs and tissues, adsorption, sex differences
Введение
Строительство крупных предприятий, развитие промышленности, сельского хозяйства привели к значительному увеличению антропогенной нагрузки на экосистему и отдельные биогеоценозы. Повсеместно особое место среди загрязнителей по критериям опасности занимают химические соединения, в их число входят тяжелые металлы.
Металлы и их соединения характеризуются мутагенной активностью и способностью вызывать появление патологических образований (канцерогенная активность). При попадании в водный объект металлы и их соединения вступают в реакцию с компонентами водного биотопа: сорбируются, аккумулируются и т. д. Гидробионты, являясь частью водных биогеоценозов, также подвергаются влиянию металлов и их соединений, поглощая, аккумулируя и выводя их, участвуя тем самым в биогеохимическом цикле.
Микроэлементы выполняют роль регуляторов обменных процессов в организме гидробионтов. Их недостаток или избыток могут негативно влиять на рыбопродуктивность водоемов, вызывая различные патологические процессы, приводя к интоксикациям и летальным исходам. Содержание, например, цинка значительно влияет на развитие водных организмов [1].
Цинк является жизненно важным элементом. Он является компонентом более 40 необходимых организму ферментов, которые ускоряют реакции гидролиза пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза [2].
Опираясь на многочисленные исследования, можно утверждать, что цинк отличается высоким уровнем биофильности и способен активно аккумулироваться в тканях рыб. Его повышенные концентрации способны вызывать нарушения биохимических процессов и физиологических показателей. Кроме того, некоторые авторы отмечают, что токсичность цинка проявляется в большей степени для рыб, чем для теплокровных животных [3].
Особенности распределения металлов в организме рыб напрямую связаны с физиологическим состоянием организма, уровнем концентрации металлов в остальных компонентах водного биогеоценоза. Среди гидробионтов рыбы – преобладающая группа. Как правило, рыбы являются одним из последних звеньев в трофических цепях и отличаются более развитой способностью к накоплению загрязняющих веществ [1]. Интерес к изучению вопроса о накоплении отдельных элементов (в нашем случае цинка) обусловлен отсутствием данных об уровнях содержания их у отдельных видов рыб, а именно у имеющего промысловое значение рыбца каспийского Vimba vimba persa (Pallas).
Цель работы: исследовать концентрации цинка в некоторых органах и тканях рыбца каспийского Vimba vimba persa (Pallas).
Задачи:
– проследить динамику возрастных изменений (на примере особей 2- и 3-летнего возраста) концентрации цинка в органах и тканях объекта исследования;
– оценить закономерности распределения цинка в органах и тканях выбранного объекта.
Материал и методы исследования
В качестве объекта исследования был выбран каспийский рыбец (Vimba vimba persa (Pallas)). Пробы были отобраны в средней части Каспия в осенний период с 2020 по 2023 г. Выборка состояла из особей 2- и 3-х лет. В каждой выборке было исследовано по 50 особей. Исследования проводились в ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» на кафедре «Гидробиология и общая экология».
У выловленных рыб отбирали органы и ткани, высушивали до постоянной массы и далее обрабатывали в соответствии с ГОСТ 26929-94, деструкцию проводили мокрым методом [4].
Концентрацию цинка определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии по соответствующей методике [5]. Параллельно все манипуляции проводили с холостой пробой (реактивы без навески тканей или органов). Контроль точности результатов осуществляли методом сравнения с калибровочными растворами и методом добавок.
Конечный результат представляли в мг/кг сухой массы как среднее значение ± стандартное отклонение. Обработку данных проводили с использованием MS Excel.
Результаты исследований
Полученные данные представлены на рис. 1.
Рис. 1. Содержание Zn в органах и тканях самцов и самок каспийского рыбца 2- и 3-летнего возраста
Fig. 1. Zn content in organs and tissues of males and females of 2- and 3-year-old Caspian fish
При сравнительном анализе было выявлено, что содержание цинка в жабрах значительно превысило таковое в других тканях особей обоих полов и возрастов. Особенность повышенного накопления цинка в жабрах, вероятно, обусловлена барьерной функцией жабр и высокой абсорбцией ими этого элемента. Поступление цинка трансжаберным путем при определенных условиях может стать приоритетным по сравнению с пероральным для снабжения организма и обеспечения его потребностей в цинке [6]. Отмечено также, что содержание цинка в жабрах имеет незначительную тенденцию к снижению по достижении особей 3-летнего возраста (с 64,45 ± 2,95 до 62,97 ± 2,18 мг/кг у самок и с 78,16 ± 2,69 до 69,44 ± 2,86 мг/кг у самцов). Из вышеприведенных данных видно, что самцы обладают большей концентрацией данного металла в жабрах по сравнению с самками.
На втором месте по содержанию цинка в организме рыбца оказалась печень. Аккумуляция цинка характерна для печени, т. к. она обеспечивает обменно-депонирующие функции организма [7]. Исследования концентрации цинка в печени позволили отметить снижение содержания металла по мере достижения особями 3-летнего возраста: уровень содержания цинка в печени снизился в 1,4 раза (с 58,98 ± 2,19 до 41,64 ± 1,84 мг/кг) у самок и в 1,5 раза (с 55,23 ± 2,07 до 37,10 ± 1,58 мг/кг) у самцов. Отмечаются незначительные половые различия (концентрация цинка в печени самок выше, чем у самцов).
Накопление цинка в гонадах происходит интенсивнее у самок. Содержание цинка в гонадах самок было заметно выше, чем у самцов: в 1,7 раза для 2-летних особей (38,04 ± 1,77 и 22,97 ± 0,91 мг/кг соответственно) и в 3,2 раза для 3-летних особей (53,49 ± 1,76 и 16,90 ± 0,74 мг/кг соответственно). Из полученных данных видно, что у самок наблюдается тенденция к накоплению цинка в гонадах по достижении 3-х лет (повышение концентрации в 1,4 раза по сравнению с самками 2-х лет), в то время как в гонадах самцов 3-х лет содержание металла снижается в 1,4 раза по сравнению особями 2-х лет. Данную специфичность можно объяснить усиленной потребностью в накоплении эссенциальных элементов (в том числе цинка) в отдельных органах и тканях самок в период созревания половых желез [8, 9].
Пищеварительная система играет очень важную роль в поступлении и выведении цинка из организма рыб. Как отмечал в своих трудах Д. В. Воробьев, рыбы могут контролировать обмен цинка в организме благодаря вариации активности всасывания металла кишечной стенкой [6]. При анализе результатов было выявлено накопление цинка в ЖКТ по мере достижения 3-летнего возраста у обоих полов: у самок концентрация повысилась незначительно (с 28,75 ± 1,10 до 31,16 ± 1,19 мг/кг), у самцов – в 1,4 раза (с 21,79 ± 0,81 до 31,05 ± 1,22 мг/кг). Как видно из результатов, ЖКТ самцов аккумулирует цинк интенсивнее по мере достижения 3-х лет, однако содержание металла у 2-летних самок превысило таковое у самцов этого же возраста в 1,3 раза.
Возрастные и половые различия в накоплении цинка в мышцах были незначительными. У самок наблюдали накопление металла в мышцах (с 20,92 ± ± 0,89 до 24,43 ± 0,92 мг/кг), в то время как у самцов концентрация металла незначительно снизилась (с 21,37 ± 0,95 до 19,81 ± 0,84 мг/кг).
У самцов также отмечается перераспределение металла. Возрастающий ряд концентрации для мужских особей 2-х лет идентичен описанному ряду возрастания у самок 2-х лет, у трехлетних он имеет вид: гонады < мышцы < ЖКТ < печень < жабры.
Из полученных рядов видно, что распределение металла по органам и тканям меняется у самок и самцов при достижении возраста 3-х лет. По данным некоторых авторов [10], половой зрелости каспийский рыбец Vimba vimba persa (Pallas) достигает в возрасте 2–3 лет, и можно предположить, что перераспределение цинка в организме связано с процессом полового созревания особей.
Средняя концентрация цинка в организме самок и самцов 2-летнего возраста примерно одинакова, при достижении 3-х лет концентрация в организме самцов снижается и достигает разницы в 1,3 раза по сравнению со средней концентрацией металла в организме самок 3-х лет (45,6 у 2-летних и 45,63 мг/кг у 3-летних самок; 44,43 у 2-летних и 35,81 мг/кг
у 3-летних самцов) (рис. 2).
Рис. 2. Среднее содержание Zn в организме самцов и самок каспийского рыбца 2- и 3-летнего возраста
Fig. 2. The average Zn content in the body of males and females of 2- and 3-year-old Caspian fish
Среднее содержание цинка в организме самок составило 45,62 мг/кг, самцов – 40,12 мг/кг сухого вещества (рис. 3).
Рис. 3. Среднее содержание Zn в организме самок и самцов каспийского рыбца
Fig. 3. The average Zn content in the body of female and male Caspian fish
Также были проведены исследования пищевого комка рыбца каспийского Vimba vimba persa (Pallas). Установлено, что концентрация цинка в пищевом комке у рыбца в среднем составила 64,33 мг/кг. Концентрация металла в пищевом комке свидетельствует о достаточно высоком уровне содержания цинка в пищевых объектах рыбца, который является преимущественно бентофагом.
Заключение
Полученные данные демонстрируют некоторые особенности в содержании и распределении цинка в зависимости от возрастной и половой категорий в органах и тканях каспийского рыбца Vimba vimba persa (Pallas). Анализ содержания цинка у самок и самцов привел к обнаружению признаков полового диморфизма. Так, например, содержание цинка в организме самок выше, чем у самцов. А особое внимание привлекают разные концентрации цинка в репродуктивных железах и печени рыб. Самки содержат большую концентрацию цинка в икре, по сравнению с молоками самцов, отчетливо разница заметна у особей 3-летнего возраста (в 3,2 раза). Содержание цинка в печени характеризуется половыми и возрастными особенностями. Заметно меняется его концентрация при достижении особями 3-летнего возраста. У 2-леток (самцов и самок) концентрации отличаются незначительно, но у 3-летних рыб замечено снижение средней концентрации цинка в печени и у самцов, и у самок, а также появление половых отличий (самцы интенсивнее теряют цинк, чем самки).
К особенностям возрастных изменений следует отнести резкое увеличение концентрации цинка в икре самок при достижении 3-летнего возраста и, напротив, незначительное снижение концентрации в молоках самцов. Небольшие изменения заметны в жабрах (концентрация снижается у самок и самцов при увеличении возраста). В ЖКТ, напротив, концентрация увеличивается с возрастом.
При распределении цинка в организме рыбца каспийского Vimba vimba persa (Pallas) ведущая роль досталась жабрам, на втором месте – печень, а минимальная концентрация отмечена в мышечной ткани. Концентрации цинка разнятся по половому и возрастному признаку (отчетливо становится видна разница при достижении возраста 3-х лет особями), соответственно, возрастающие ряды концентрации цинка у самцов и самок выглядят по-разному.
1. Galatova E. A. Sravnitel'naia kharakteristika soderzhaniia ekotoksikantov v reproduktivnykh organakh ryb semeistva Percidae, Cyprindae, Esocidae, Siluridae (na primere reki Ui) [Comparative characteristics of the content of ecotoxicants in the reproductive organs of fish of the Percidae, Cyprindae, Esocidae, Siluridae families (using the example of the Uy River)]. Vestnik Cheliabinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2010, no. 8, pp. 59-62. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnaya-harakteristika-soder-zhaniya-eko-toksikantov-v-reproduktivnyh-organah-ryb-semey-stva-perci-dae-cyprindae-esocidae (accessed: 08.10.2024).
2. Sal'nikova E. V. Tsink – essentsial'nyi mikroelement (obzor) [Zinc is an essential trace element (review)]. Vestnik Oren-burgskogo gosudarstvennogo universiteta, 2012, no. 10 (146), pp. 170-172. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/tsink-essentsialnyy-mikroelement-obzor (accessed: 09.10.2024).
3. Chaplygin V. A., Ershova T. S., Zaitsev V. F. Soderzhanie nekotorykh mikroelementov v gidrobiontakh Kaspiiskogo moria [The content of some trace elements in the hydrobionts of the Caspian Sea]. Iug Rossii: ekologiia, razvitie, 2017, no. 3, pp. 138-144. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/soderzhanie-nekotoryh-mikroelementov-v-gidrobiontah-kaspiyskogo-morya (ac-cessed: 09.10.2024).
4. GOST 26929-94. Syr'e i produkty pishchevye. Podgotovka prob. Mineralizatsiia dlia opredeleniia soderzhaniia toksichnykh elementov [SS 26929-94. Raw materials and food products. Sample preparation. Mineralization to determine the content of toxic elements]. Moscow, Izd-vo standartov, 2002. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200021120 (accessed: 23.08.2020).
5. GOST 30178-96. Syr'e i produkty pishchevye. Atomno-absorbtsionnyi metod opredeleniia toksichnykh elementov [SS 30178-96. Raw materials and food products. Atomic absorption method for the determination of toxic elements]. Moscow, Izd-vo standartov, 1997. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200021152 (accessed: 23.08.2020).
6. Vorob'ev D. V. Funktsional'nye osobennosti metabolizma metallov u ryb v sovremennykh biogeokhimicheskikh usloviiakh del'ty r. Volgi. Avtoreferat dissertatsii … kand. biol. nauk [Functional features of metal metabolism in fish in modern biogeochemical conditions of the Volga River delta. Abstract of the dissertation ... cand. biol. sciences]. Astrakhan', 2008. 21 p.
7. Ishbulatova S. R., Kazachkova N. M. Zagriaznenie reki Ural tiazhelymi metallami i ikh akkumuliatsiia v organakh – misheniakh ryb [Pollution of the Ural River with heavy metals and their accumulation in the target organs of fish]. Mezhdunarodnyi studencheskii nauchnyi vestnik, 2017, no. 4-3, pp. 263-265. Available at: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=17511 (accessed: 08.10.2024).
8. Zaitsev V. F., Shipulin S. V., Shcherbakova E. N. Mineral'nyi sostav osetrovykh ryb Kaspiiskogo moria [Mineral composition of sturgeon fishes of the Caspian Sea]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Rybnoe khoziaistvo, 2010, no. 2, pp. 101-105. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/mineralnyy-sostav-osetrovyh-ryb-kaspiyskogo-morya (accessed: 08.10.2024).
9. Litvinenko A. V., Salimzianova K. R., Khristoforova N. K., Danilin D. D., Tsygankov V. Iu. Polovye razlichiia v soderzhanii mikroelementov v organakh i tkaniakh nerki iz vostochnykh zalivov poluostrova Kamchatka [Sex differences in the content of trace elements in the organs and tissues of sockeye salmon from the eastern bays of the Kamchatka Peninsula]. Vestnik Kamchatskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2023, no. 65, pp. 111-122. Available at: https://cy-berleninka.ru/article/n/polovye-razlichiya-v-soderzhanii-mikroelementov-v-organah-i-tkanyah-nerki-iz-vostoch-nyh-za-livov-poluostrova-kamchatka (accessed: 20.04.2024).
10. Guseinov A. D., Shikhshabekova B. I., Musaeva I. V., Alieva E. M. Nekotorye dannye neresta rybtsa vodoemov Kaspiia [Some data on the spawning of fish from the Caspian reservoirs]. Sostoianie i puti razvitiia akvakul'tury v Rossiiskoi Federatsii v svete importozameshcheniia i obespecheniia prodovol'stvennoi bezopasnosti strany: materialy Natsional'noi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Saratov, 04–05 oktiabria 2016 g.). Saratov, Izd-vo Sarat. GAU im. N. I. Vavilova, 2016. Pp. 31-34.
11. Gomboeva S. V., Pronin N. M. Vozrastnye izmeneniia soderzhaniia tiazhelykh metallov (Cu, Zn, Cd, Pb) v organakh i tkaniakh plotvy sibirskoi i shchuki Selenginskogo melkovod'ia oz. Baikal [Age-related changes in the content of heavy metals (Cu, Zn, Cd, Pb) in the organs and tissues of Siberian roach and pike of the Selenginsky shoal lake. Baikal]. Ekologiia, 2007, no. 4, pp. 314-316.
12. Makarova T. N., Valeeva G. B. Soderzhanie tiazhelykh metallov v organakh i tkaniakh ryb OOO «Irdiaginskoe rybovodnoe khoziaistvo» [The content of heavy metals in the organs and tissues of fish of LLC Irdyaginsky fish farming]. Vodnye bioresursy, akvakul'tura i ekologiia vodoemov: V Baltiiskii morskoi forum. Vserossiiskaia nauchnaia konferentsiia: trudy (Kaliningrad, 23–24 maia 2017 g.). Kaliningrad, Izd-vo Kaliningr. gos. tekhn. un-ta, 2017. Pp. 126-129.
