СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ИНКУБАЦИИ НА УРОВЕНЬ АКТИВНОСТИ Α-АМИЛАЗЫ ЛЕНСКОГО ОСЕТРА, РУССКОГО ОСЕТРА И РОЛО
Журнал: ВЕСТНИК АСТРАХАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Том 2014 № 3
, 2014
Рубрики: ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ГИДРОБИОНТОВ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
(доктор биологических наук, профессор; профессор кафедры гидробиологии и общей экологии)
2.
Астраханский государственный технический университет
3.
Астраханский государственный технический университет
(кандидат биологических наук; доцент кафедры гидробиологии и общей экологии)
Тип:
Статья
Страницы:
с 104
по 109
Статус:
Опубликован
Получено:
05.09.2014
Одобрено:
25.09.2014
Опубликовано:
25.09.2014
Классификаторы:
УДК 519.237:[597-1.044:597.423-113.32]
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
осетровые, гибриды, мембранное пищеварение, пищеварительные ферменты, температура, кластерный анализ
Аннотация (русский):
Исследуется воздействие температуры инкубации на α-амилазу слизистой оболочки кишечника годовиков русского осетра, ленского осетра и их гибрида - РОЛО, полученных и выращенных в искусственных условиях. Лабораторные эксперименты проводились с помощью стандартных физиолого-биохимических методик. Впоследствии выполнялся сравнительный анализ реакций ферментов на изменения температуры инкубации. В качестве основного инструмента сравнительного анализа применен метод иерархической кластеризации. Результат обработки данных заключался в построении иерархически организованных классификаций, графически отображаемых в виде дендрограмм, анализируя которые можно судить о степени сходства и различия элементов сравниваемых множеств. В качестве способа определения расстояния между объектами было выбрано расстояние городских кварталов, объединение кластеров осуществлялось методом невзвешенного попарного среднего. При анализе дендрограмм, построенных в результате кластеризации, выявлено, что во 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. На втором этапе анализа были исключены данные, относящиеся к крайним точкам исследуемого диапазона значений температуры, после чего алгоритм сгруппировал данные в три кластера, соответствующие трем объектам исследования. В результате было установлено, что ферменты гибрида в ответных реакциях проявляют существенно большее сходство с аналогичными ферментами русского осетра. Наиболее выражено данное сродство адаптивных реакций в диапазоне значений температуры от 10 до 40 °С.
Исследуется воздействие температуры инкубации на α-амилазу слизистой оболочки кишечника годовиков русского осетра, ленского осетра и их гибрида - РОЛО, полученных и выращенных в искусственных условиях. Лабораторные эксперименты проводились с помощью стандартных физиолого-биохимических методик. Впоследствии выполнялся сравнительный анализ реакций ферментов на изменения температуры инкубации. В качестве основного инструмента сравнительного анализа применен метод иерархической кластеризации. Результат обработки данных заключался в построении иерархически организованных классификаций, графически отображаемых в виде дендрограмм, анализируя которые можно судить о степени сходства и различия элементов сравниваемых множеств. В качестве способа определения расстояния между объектами было выбрано расстояние городских кварталов, объединение кластеров осуществлялось методом невзвешенного попарного среднего. При анализе дендрограмм, построенных в результате кластеризации, выявлено, что во 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. На втором этапе анализа были исключены данные, относящиеся к крайним точкам исследуемого диапазона значений температуры, после чего алгоритм сгруппировал данные в три кластера, соответствующие трем объектам исследования. В результате было установлено, что ферменты гибрида в ответных реакциях проявляют существенно большее сходство с аналогичными ферментами русского осетра. Наиболее выражено данное сродство адаптивных реакций в диапазоне значений температуры от 10 до 40 °С.
Ключевые слова:
осетровые, гибриды, мембранное пищеварение, пищеварительные ферменты, температура, кластерный анализ
осетровые, гибриды, мембранное пищеварение, пищеварительные ферменты, температура, кластерный анализ
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. Кузьмина В. В. Физиолого-биохимические основы экзотрофии рыб / В. В. Кузьмина. М.: Наука. 2005. 300 с.
2. Кузьмина В. В. Физиология питания рыб. Влияние внешних и внутренних факторов / В. В. Кузьмина. Борок: Изд-во ИБВВ РАН, 2008. 276 с.
3. Кузьмина В. В. Температурные адаптации ферментов, осуществляющих мембранное пищеварение у пресноводных костистых рыб / В. В. Кузьмина // Журнал общей биологии. 1985. Т. XLVI, № 6. С. 824-837.
4. Кузьмина В. В. Влияние температуры на активность α-амилазы у пресноводных костистых рыб / В. В. Кузьмина, Е. Н. Морозова // Вопросы ихтиологии. 1977. Т. 17, № 5. С. 922-929.
5. Кузьмина В. В. Уровень активности пищеварительных ферментов карпа при акклимации рыб к высоким температурам / В. В. Кузьмина, Е. А. Поддубная // Биология внутренних вод. 1986. № 71. С. 35-38.
6. Левченко О. Е. Влияние температуры инкубации на уровень активности некоторых пищеварительных ферментов лососевых видов рыб / О. Е. Левченко, А. Н. Неваленный, С. Г. Коростелёв // Естественные науки: журнал фундаментальных и прикладных исследований. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет». 2004. № 3 (9). С. 8-12.
7. Неваленный А. Н. Функциональная организация и адаптивная регуляция процессов пищеварения у рыб: моногр. / А. Н. Неваленный, А. В. Туктаров, Д. А. Бедняков. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2003. 152 с.
8. Неваленный А. Н. Энзимология: учеб. пособие / А. Н. Неваленный, Д. А. Бедняков, И. С. Дзержинская. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. 84 с.
9. Шитиков В. К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В. К. Шитиков, Г. С. Розенберг, Т. Д. Зинченко. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.
10. Бедняков Д. А. Сравнительный анализ воздействия температуры инкубации на активность комплекса пищеварительных ферментов русского осетра, ленского осетра и их гибрида методом многомерного шкалирования / Д. А. Бедняков, А. С. Мартьянов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. 2013. № 1. С. 118-123.
