ИНДЕКСЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ БЕЛУГИ И ШИПА И ИХ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ В УСЛОВИЯХ БАССЕЙНОВОГО ХОЗЯЙСТВА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Объекты исследования – белуга (Huso huso, Linnaeus), шип (Acipenser nudiventris, Lovetsky) и их межвидовые гибриды искусственной генерации, выращенные на научно-экспериментальном комплексе аквакультуры «БИОС» (Астраханская обл.) бассейновым методом. Для оценки физиологического статуса рыб использовался набор морфофизиологических показателей (абсолютный и относительный вес жабр, сердца, печени, гонад). Проведено исследование динамики значений индексов соответствующих внутренних органов белуги и шипа и их межвидовых гибридов на втором году выращивания. Представлены средние значения морфофизиологических индексов для каждой из четырех исследуемых групп чистых видов осетровых рыб и их гибридов. Полученные значения изученных параметров особей осетровых видов могут быть использованы при последующем мониторинге условий содержания рыб при выращивании бассейновым методом.

Ключевые слова:
белуга, шип, межвидовые гибриды, индексы внутренних органов, жабры, печень, сердце, гонады.
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

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.

Список литературы

1. Шварц С. С. Метод морфофизиологических индикаторов экологии животных // Зоолог. журн. 1958. Т. 37. № 4. С. 58–63.

2. Шварц С. С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 278 с.

3. Шварц С. С., Большаков В. Н., Пястолова О. А. Новые данные о различных приспособлениях животных к изменению среды обитания // Зоолог. журн. 1964. Т. 13. № 4. С. 43–58.

4. Смирнов В. С., Божко А. М., Рыжков А. Л., Добринская Л. А. Применение метода морфологических индикаторов в экологии рыб // Тр. СевНИОРХ. Петрозаводск, 1972. № 7. 168 с.

5. Добринская Л. А. Возрастные изменения относительного веса внутренних органов рыб // Зоолог. журн. 1964 а. Т. 1. Вып. 44. С. 72–79.

6. Божко А. М. Опыт применения морфофизиологических индикаторов в экологии рыб: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Петрозаводск, 1969. 20 с.

7. Брусынина И. Н. Морфофизическая характеристика озерного гольяна и изменения интерьерных показателей в зависимости от условий существования: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Петрозаводск, 1971. 20 с.

8. Сборник инструкций и нормативно-методических указаний по промышленному разведению осетровых рыб в Каспийском и Азовском бассейнах. М.: Изд-во ВНИРО, 1986. 271 с.

9. Инструкция по химическому анализу воды прудов. М.: Изд-во ВНИИПРХ, 1985. 46 с.

10. Ромейс Б. Микроскопическая техника. М.: Изд-во иностр. лит., 1954. 718 с.

11. Меркулов Г. А. Курс патологогистологической техники. Л.: Медицина. Ленингр. отд-ние, 1969. 423 с.

12. Персов Г. М. Дифференцировка пола у рыб. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. 147 с.

13. Ахундов М. М., Федоров К. Е. Ранний гамето- и гонадогенез осетровых рыб. О критериях сравнительной оценки развития половых желез молоди на примере русского осетра (Acipenser gueldenstaedtii) // Вопр. ихтиологии. 1990. Т. 30. № 6. С. 963–973.

14. Гусейнова Г. Г. Гетерохрония развития половых желез в раннем онтогенезе у разных представителей осетровых рыб // Вестн. МГОУ. Сер. «Естественные науки». 2010. № 4. С. 34–38.

15. Лакин Г. Ф. Биометрия: учебн. пособие. М.: Высш. шк., 1990. 352 с.

16. Веселов Е. А. Изменение газообмена рыб под влиянием токсических загрязнений вод // Материалы IV Медико-биол. конф. Петрозаводск, 1969. С. 255–257.

17. Маляревская А. Я. Обмен веществ у рыб в условиях антропогенного эвтрофирования водоемов. Киев: Наукова думка, 1979. 253 с.

18. Лукьяненко В. И. Ихтиотоксикология. М.: Агропром, 1983. 383 с.

19. Карпович Т. А., Лукьяненко В. И. Влияние токсикантов на кардиореспираторную систему рыб // Экспериментальная водная токсикология. Рига: Зинатне, 1988. С. 5–36.

20. Aquatic toxicology and Hazard Assessment: 10th volume / Eds. Adams W., Chapman А., Landis W. Philadelphia, 1988. 597 р.

21. Моисеенко Т. И. Морфофизиологические перестройки организма рыб под влиянием загрязнения (в свете теории С. С. Шварца) // Экология. 2000. № 6. С. 463–472.