Стан азотистого обміну риб в умовах забруднення нітрозамінами і токсичними елементами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний університет імені І.І. Мечникова

УДК 577.1:592.2/5/262.5

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Стан азотистого обміну риб в умовах забруднення нітрозамінами і токсичними елементами

03.00.04 - біохімія

Омельченко Світлана Олегівна

Одеса - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі біохімії Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, доцент Залевська Ірина Миколаївна, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, доцент кафедри біохімії

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Самишев Ернест Зайнуллінович Інститут біології південних морів ім. О.О. Ковалевського Національної академії наук України, завідувач відділу функціонування морських екосистем

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Сілкін Юрій Олександрович Карадазький природний заповідник Національної академії наук України, завідувач лабораторії біохімії та фізіології морських гідробіонтів

Захист дисертації відбудеться ” 19 ” червня 2009 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.051.06 Одеського національного університету імені І.І. Мечникова за адресою: 65058, м. Одеса, пров. Шампанський, 2 (біологічний факультет), ауд. 27.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Одеського національного університету імені І.І. Мечникова за адресою: 65082, м. Одеса, вул. Преображенська, 24.

Автореферат розісланий ” 15 ” травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор біологічних наук, професор Т.О. Філіпова

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Чорне море знаходиться в зоні інтенсивної господарської діяльності людини, у зв'язку з чим зазнає колосального антропогенного навантаження. Побутові, промислові і сільськогосподарські стоки, потрапляючи в морські акваторії, викликають негативні наслідки для екосистеми і, насамперед, для біоти [Самышев Э.З., 1992; Виноградов М.Е. и др., 1992; Гордина А.Д. и др., 1999; Rudneva I.I., 2001; Петренко О.А., 2003; Руднева И.И., 2005].

Риби як завершальна ланка трофічних ланцюгів у водних екосистемах є біоіндикаторами рівня забруднення морського середовища. Токсичні речовини, що попадають в організм, викликають патологічні зміни в органах і тканинах риб, при цьому деякі ксенобіотики мають канцерогенну активність [Виленчик М.М., 1977; Будников Г.К., 1998; Курант В.З., 2001]. До таких речовин належать важкі метали і нітрозаміни.

Токсичні властивості важких металів обумовлені здатністю довгостроково зберігати свою біологічну активність. Потрапляючи в організм риб з водою або їжею, важкі метали можуть накопичуватися в різних тканинах і органах, знижуючи виживаність і темп росту риб [Голиков С.Н., 1986; Будников Г.К., 1998; Кулинский В.И., 1999; Давыдов С.Л., 2002]. Нітрозаміни, не менш небезпечні токсиканти, впливаючи на живі організми, уражають різні органи, тканини і ендоплазматичний ретикулум печінки. Вони пригнічують білковий синтез на рівні трансляції. Ці токсиканти здатні викликати мутагенез, канцерогенез і, на кінець, загибель організму [Рубенчик Б.Л., 1990; Zou X.N., 1994].

Нітрозаміни і важкі метали здатні накопичуватися в печінці риб, що призводить до функціональної недостатності, зокрема, до порушення азотистого обміну. Вплив токсичних елементів і нітрозамінів на азотистий обмін риб становить значний інтерес з погляду дослідження біохімічних змін цього обміну в результаті складної взаємодії факторів середовища і процесів метаболізму.

Вивчення біохімічних параметрів у риб у мінливому екологічному середовищі під впливом антропогенного навантаження дозволить з'ясувати причини, що пояснюють нездатність ряду організмів адаптуватися до визначених змін зовнішнього середовища.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на базі кафедри біохімії Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського і Державного підприємства «Кримський науково-виробничий центр стандартизації, метрології і сертифікації» у рамках науково-дослідної програми «Молекулярно-клітинні і системні механізми дії факторів різної природи на живі системи» (№ державної реєстрації 0101U005237) і «Дослідження факторів підтримки стійкості морських екосистем» (№ державної реєстрації 0103U001048).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є вивчення впливу вмісту нітрозамінів і токсичних елементів у тканинах масових видів риб Чорного моря на показники азотистого обміну цих риб у залежності від їхнього філогенетичного положення, екологічних особливостей, сезону і рівня забруднення середовища існування.

У зв'язку з поставленою метою були визначені наступні завдання:

1. Встановити особливості показників азотистого обміну, вмісту токсичних елементів і нітрозамінів у тканинах і органах чорноморських риб у залежності від їх таксономічного положення і приналежності до різних екологічних груп.

2. Оцінити наявність кореляційного зв'язку між рівнем накопичення токсичних елементів і нітрозамінів у тканинах риб і показниками азотистого обміну досліджуваних видів.

3. Простежити сезонну динаміку вмісту показників азотистого обміну, токсичних елементів і нітрозамінів у тканинах досліджених риб.

4. Проаналізувати залежність показників азотистого обміну в тканинах риб від вмісту в м'язах токсичних елементів і нітрозамінів у різні сезони року.

5. Визначити вплив вмісту токсичних елементів і нітрозамінів на показники азотистого обміну в тканинах риб, що живуть у бухтах, які характеризуються різним рівнем забруднення.

Об'єкт дослідження - азотистий обмін у риб під впливом токсичних елементів і нітрозамінів в умовах антропогенного забруднення.

Предмет дослідження - вплив вмісту нітрозамінів, токсичних елементів на зміну показників азотистого обміну в тканинах і органах трьох видів хрящових і дванадцяти видів костистих риб Чорного моря у залежності від їхнього таксономічного положення, екологічних особливостей, сезонної динаміки і забруднення середовища існування.

Методи дослідження: колориметричний метод кількісного визначення вільного амінного азоту в сироватці крові; спектрофотометричний метод визначення нуклеотидів і нуклеозидів; метод тонкошарової хроматографії для визначення N-нітрозамінів у м'язових тканинах риб; атомно-абсорбційний і полярографічний методи з попередньою мінералізацією при визначенні вмісту токсичних елементів (мідь, свинець, кадмій, цинк); метод безполум'яної атомної абсорбції при визначенні вмісту загальної ртуті; колориметричний метод визначення вмісту миш'яку.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено взаємозв'язок таксономічних, сезонних і антропогенних факторів і основних показників азотистого обміну у чорноморських риб, що були вище в тканинах і органах придонно-пелагічних і пелагічних видів. Виявлено екологічні особливості накопичення токсичних елементів і нітрозамінів у костистих і хрящових риб і відзначена висока кореляція між показниками азотистого обміну і рівнем токсикантів у більшості досліджуваних видів. Доведено, що насичення морського середовища біогенами і токсичними елементами істотно модифікує азотистий обмін риб, тому що ці сполуки включаються в основні метаболічні шляхи і порушують їх.

Встановлено особливості відповідних реакцій параметрів азотистого обміну на накопичення токсикантів у м'язах різних видів риб із двох бухт Чорного моря. Вперше показана сезонна динаміка вмісту токсичних елементів, нітрозамінів і показників азотистого обміну у масових видів риб. Виявлено взаємозв'язок між параметрами азотистого обміну і вмістом токсичних елементів у м'язових тканинах риб, який обумовлений специфічністю дії кожного окремого металу і залежний від його концентрації і сезону. Підвищення рівня вільного амінного азоту в більшості видів спостерігається в літній період року. Зниження цього показника відбувається восени в період деструкції фітопланктону, коли вміст нітрозамінів у м'язовій тканині риб досягає максимального рівня. Одержані результати дозволяють встановити особливості утворення, трансформації і накопичення токсичних елементів і нітрозамінів у воді й у гідробіонтах, а також виявити механізми стійкості і адаптації організму до несприятливих факторів середовища, простежити відповідні реакції риб на їхню дію.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані дані, що характеризують статус морського середовища і біоти, дозволили оцінити екологічний стан акваторій Чорноморського басейну, ступінь ризику антропогенного впливу на екологію людини. Виявлені закономірності сезонної динаміки токсичних елементів, нітрозамінів і показників азотистого обміну в різних видів і екологічних груп риб Чорного моря важливі для планування промислу, для аквакультури і розробки методів і технологій переробки риби. Дані дослідження дозволили охарактеризувати стан популяції гідробіонтів в акваторіях з різним рівнем забруднення, що може бути використане в моніторингових програмах і при виявленні критеріїв екологічного нормування якості морського середовища, прогнозування ризику вживання різних видів риб у їжу людини в різні сезони. Досліджувані параметри можуть слугувати індикаторами стану організму, що піддається несприятливим впливам, у тому числі і хронічному забрудненню. Результати роботи були використані при читанні лекцій по загальному курсу «Біохімія» і спецкурсів «Біохімічні механізми дії токсичних речовин на живі організми», «Екологічна біохімія» на кафедрі біохімії Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто опрацювала наукову літературу з теорії питання, опанувала методи досліджень азотистого обміну, оцінки вмісту токсичних елементів і нітрозамінів, самостійно одержала експериментальні дані, обробила їх статистично, проаналізувала і зробила висновки. Разом з науковим керівником розробила структуру дисертаційної роботи. У спільних публікаціях участь дисертанта складає 75-80 %.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на: Міжнародній конференції «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводськ, 2004); Міжнародному симпозіумі «Біологічні механізми старіння» (Харків, 2004); Конференції молодих учених «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Астрахань, 2004); Науково-практичній конференції «Екологічна безпека продукції і навколишнього середовища - потреба суспільства» (Судак, 2004); X з'їзді мікробіологів (Одеса, 2004); International conference on isotopes in environmental studies - Aquatic forum 2004 (Моnacо, 2004); III науковій конференції «Заповедники Крыма: заповедное дело, биоразнообразие, экообразование » (Сімферополь, 2005); VI Міжнародній кримській конференції «Космос і біосфера» (Партеніт, 2005); Міжнародній конференції «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2005); IV Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих учених з проблем Чорного й Азовського морів (Севастополь, 2005); XXXIV-XXXVII науковій конференції професорсько-викладацького складу Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (Сімферополь, 2005-2008); IX Українському біохімічному з'їзді (Харків, 2006); Міжнародній практичній конференції «Проблемы иммунологии, патологии и охраны здоровья рыб и других гидробионтов» (Борок - Москва, 2007); II науковій конференції за участю країн СНД «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводськ, 2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 17 наукових праць, з яких 6 статей у фахових виданнях, які затверджені ВАК України, і 10 в матеріалах Міжнародних конференцій, симпозіумів і з'їздів.

Структура й обсяг дисертації. Роботу викладено на 162 сторінках машинописного тексту, вона складається зі вступу, огляду літератури, матеріалів та методів дослідження, 3 розділів власних досліджень, аналізу і узагальнення результатів, висновків та списку використаних джерел, що містить 212 найменувань. Роботу проілюстровано 34 таблицями і 4 рисунками.

Основний зміст роботи

В огляді літератури «Особливості азотистого обміну в риб. Вплив різних факторів на біохімічні показники риб» наведена характеристика азотистого обміну у риб, що включає: перетворення аміаку, біохімічні шляхи обміну аміаку і сечовини, роль сечовини в осморегуляції в амфібій і риб, обмін нуклеопротеїдів і нуклеїнових кислот. Розглянуто дію токсичних елементів і нітрозамінів на організм риб.

Матеріали і методи дослідження

Матеріалом дослідження слугувала м'язова тканина, печінка, зябри, сироватка крові 3 видів хрящових риб: морська лисиця (Dasyatis pastinaca L.) n=30, морський кіт (Raja clavata L.) n=30, катран (Squalus acanthias L.) n=34 і 12 видів костистих риб: звіздар (Uranoscopus scaber L.) n=88, морський минь (Gaidropsarus mediterraneus L.) n=86, морський йорж (Scorpaena porcus L.) n=84, бичок-мартовик (Mesogobius batrachocephalus Pallas) n=82, бичок-кругляк (Neogobius melanostomus Pallas) n=88, мерланг (Merlangus euxinus Nordmann) n=96, султанка (Mullus barbatus ponticus Essipov) n=86, смарида (Spicara flexuosa Rafinesque) n=110, темний обапіл (Sciaena umbra L) n=96, ставрида середземноморська (Trachurus mediterraneus Staidachner) n=108, зеленушка (Symphodus tinca L.) n=98, кефаль-сингіль (Lisa aurata Risso) n=110, що живуть в акваторіях Чорного моря (бухти Мартинова і Карантинна).

Вміст вільного амінного азоту визначали в сироватці крові риб колориметричним методом [Пустовалова Л.М., 1990]. Вміст нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах і органах риб визначали спектрофотометричним методом [Cпирин А.С., 1985]. Визначення нітрозамінів проводили методом тонкошарової хроматографії на пластинах із силікагелем відповідно з методичними рекомендаціями по виявленню, ідентифікації і кількісному визначенню N-нітрозамінів у харчових продуктах [Методические рекомендации..., 1979]. Визначення кадмію, міді, свинцю і цинку проводили полярографічним методом [Сырье и продукты..., 1998]. Визначення миш'яку проводили колориметричним методом [Сырье и продукты..., 1986]. При визначенні цих елементів попередньо проводили мінералізацію тканин. Вміст загальної ртуті визначали методом безполум'яної атомної абсорбції на ртутному аналізаторі типу «Юлія-2» [Методические рекомендации..., 1990]. Статистичну обробку одержаних результатів проводили на персональному комп'ютері з використанням прикладного програмного забезпечення Microsoft® Excel 2003 і Statistica 6.0.

Результати досліджень та їх обговорення

Вміст нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах і органах чорноморських риб. Показані закономірності розподілу нуклеотидів і нуклеозидів в органах і тканинах усіх досліджуваних видів і екологічних груп риб. Максимальних значень вміст нуклеотидів і нуклеозидів досягає в печінці, а мінімальних - у м'язах (табл. 1).

Таблиця 1. Вміст нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах і органах костистих риб різних екологічних груп Чорного моря (мг/г)

Примітки. Вірогідність розходжень: р₁ - між м'язами і печінкою; р₂ - між печінкою і зябрами; р₃ - між зябрами і м'язами; * - розходження не достовірні.

У м'язовій тканині костистих риб рівень нуклеотидів і нуклеозидів коливається в інтервалі від 1,43 до 2,49 мг/г.

У печінці костистих риб високий вміст нуклеотидів і нуклеозидів встановлений у пелагічної ставриди (9,88 мг/г). Низька кількість цих показників виявлена в печінці більшості придонних видів, придонно-пелагічних барабулі і звіздаря. Інші вивчені види займають у цьому ряді проміжне положення, концентрація нуклеотидів і нуклеозидів у печінці коливається від 4,52 до 7,62 мг/г.

У зябрах вивчених костистих риб вміст нуклеотидів і нуклеозидів коливається в інтервалі від 2,11 до 4,01 мг/г.

Отже, концентрація нуклеотидів і нуклеозидів висока в органах більшості придонно-пелагічних і пелагічних видів костистих риб.

У м'язовій тканині хрящових риб кількість нуклеотидів і нуклеозидів практично не відрізняється від рівня цих показників у тканинах костистих риб. У печінці і зябрах хрящових риб вміст нуклеотидів і нуклеозидів нижчий від показників в органах костистих риб.

Нуклеотиди і нуклеозиди відіграють велику роль в енергетичному обміні риб. Будучи вихідним матеріалом для побудови молекул нуклеїнових кислот, вони також входять до складу різних коферментів, регулюючих обмінні процеси у клітини [Хочачка П., 1988; Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1990]. Очевидно цим пояснюється більш високий вміст нуклеотидів і нуклеозидів у придонно-пелагічних і пелагічних риб, при якому в організмі здійснюється інтенсивний обмін речовин з більшою витратою енергії.

Таким чином, результати дослідження показали, що вміст нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах і органах досліджених риб залежить від таксономічного положення і приналежності їх до різних екологічних груп.

Вміст вільного амінного азоту в сироватці крові чорноморських риб. Встановлено особливості вмісту вільного амінного азоту в сироватці крові різних видів чорноморських риб.

Максимальна концентрація амінного азоту відзначена в сироватці крові придонно-пелагічної групи костистих риб, що веде більш активний спосіб життя (3,79-4,19 мг%). Далі тенденція зменшення вмісту азоту спостерігається в придонних і пелагічних груп риб.

У представників хрящових риб тенденція зменшення цього показника спостерігається в ряді: морський кіт - морська лисиця - катран. При цьому, у катрана, в порівнянні з іншими досліджуваними видами чорноморських риб, виявлені мінімальні значення вільного амінного азоту - 2,76 мг%.

Рівень вільного амінного азоту в сироватці крові хрящових риб більш низький у порівнянні з вмістом даного показника в крові більшості костистих риб.

Таким чином, вміст вільного амінного азоту в організмі риб залежить від таксономічних особливостей вивчених видів і приналежності до різних екологічних груп.

Вплив вмісту токсичних елементів у м'язових тканинах чорноморських риб на показники азотистого обміну. Результати досліджень показали, що серед представників придонних видів костистих риб найбільш високий рівень цинку і миш'яку виявлений у бичка-мартовика, свинцю і кадмію - у скорпени, ртуті - у миня (табл. 2). Мідь придонні види накопичували приблизно в однаковій кількості (0,60 -0,66 мг/кг).

Таблиця 2. Вміст токсичних елементів у м'язових тканинах костистих риб різних екологічних груп Чорного моря (мг/кг),

Примітка. *- межі виявлення на полярографі.

Серед придонно-пелагічних видів риб найбільші значення токсичних елементів відзначені у зеленушки, а найменші - у темного обапола. Найбільш висока концентрація токсикантів виявлена в пелагічної ставриди в порівнянні з кефаллю. Із усіх досліджуваних токсичних елементів протягом року, вміст цинку в тканинах різних риб максимальний, а кадмію - мінімальний. Кадмій може замінювати цинк в активних центрах металоферментів що веде до порушення функціонування ферментативних систем, що відбувається найчастіше в печінці. Саме в цьому органі кадмій накопичується найбільше, тоді як у м'язовій тканині вміст цього токсиканта незначний в порівнянні з іншими дослідженими металами.

Високий вміст токсичних елементів встановлено для представників хрящових видів риб - морського кота і морської лисиці. При цьому рівень свинцю, миш'яку і ртуті переважає у більшості костистих риб.

На підставі проведених досліджень випливає, що більш висока кількість токсичних елементів виявлена в м'язових тканинах костистих і хрящових риб, що ведуть придонний спосіб життя, основу харчування яких складають бентосні організми. Крім того, багато хто з цих видів є хижаками, їжу яких складають різні риби, ракоподібні, головоногі молюски, хробаки і т.д. Пелагічні види ведуть більш активний спосіб життя, що обумовлено інтенсивним метаболізмом та сприяє швидкому виведенню токсикантів з організму. азотистий нітрозаміна токсичний риба

При хронічному отруєнні токсичними елементами можуть відбуватись деструктивні зміни зябрового апарата і паренхіматозних органів, порушення в процесах кровотворення. Зміни в дихальної системі пов'язані з «атакою» на мітохондрії, тому що в клітинному обміні беруть участь токсичні елементи. Під впливом токсикантів відбуваються зміни екскреторної функції, як наслідок порушення азотистого балансу [Кулинский В.И., 1999; Заботкина Е.А., Лапирова Т.Б., 2003].

Механізм токсичної дії свинцю, ртуті, миш'яку і кадмію полягає в блокуванні функціональних SH-груп білків, що інгібує життєво важливі ферменти. Під впливом цих токсикантів в організмі риб відбувається порушення електролітного балансу, біосинтезу білків, гормонів і нуклеїнових кислот. Мідь є метал зі змінною валентністю, і входить до складу деяких оксідоредуктаз. У результаті віддачі електронів запускається окислювальний процес, що може негативно впливати на обмін нуклеїнових кислот, співвідношення нуклеотидів і нуклеозидів [Себах Л.К. и др., 1995; Будников Г.К., 1998; Кулинский В.И., 1999; Заботкина Е.А., Лапирова Т.Б., 2003].

Таким чином, аналіз середнього вмісту токсичних елементів у м'язовій тканині риб узгоджується не тільки з рівнем антропогенного навантаження на морські екосистеми, але і з біохімічною роллю металів у життєдіяльності організму.

Результати наших досліджень показали, що найбільш високий коефіцієнт кореляції відзначений між вмістом показників азотистого обміну і токсичних елементах у хрящових риб (r=0,68 - 0,99), а серед костистих - у багатьох риб із придонно-пелагічної і пелагічної груп (r=0,68 - 0,96). Більш слабкий зв'язок відзначений у представників придонної групи костистих риб. Рівень токсикантів у цих риб високий, тоді, як параметри азотистого обміну низькі. Високий коефіцієнт кореляції в цієй групі риб виявлений між показниками азотистого обміну і вмістом таких небезпечних елементів як свинець, миш'як і ртуть. Вплив на риб цих токсикантів, викликає реакцію, аналогічну гострому аміачному токсикозу. Це пов'язано з порушенням азотистого гомеостазу, внаслідок дисбалансу процесів утворення і виведення аміаку, що веде до його накопичення в мозку і токсичного впливу на нервову систему [Коновец И.Н. и др., 1994].

Наші дані дозволили відзначити, що вміст токсичних елементів найбільше впливає на зміну параметрів азотистого обміну в хрящових риб, показуючи при цьому значні і високі кореляції, а також у костистих риб, що ведуть активний спосіб життя.

На підставі отриманих даних можна зробити висновок, що токсичні елементи негативно впливають на азотистий обмін риб, такий вплив залежить від таксономічних особливостей вивчених видів і приналежності до різних екологічних груп.

Вплив вмісту нітрозамінів у м'язових тканинах чорноморських риб на показники азотистого обміну. Результати дослідження дозволили встановити, що серед костистих риб придонних видів рівень нітрозамінів значно вищий, ніж у придонно-пелагічних і пелагічних видів.

Максимальний вміст нітрозамінів відзначено в бичка-мартовика і бичка-кругляка (1,60 і 1,70 нг/кг). Мінімальні значення цих токсикантів відзначені у кефалі (0,25 нг/кг). В інших вивчених видів вміст цих канцерогенів у м'язових тканинах коливається в межах від 0,50 до 1,10 нг/кг.

Представники хрящових риб - скати накопичували максимальну кількість нітрозамінів (1,80 - 1,90 нг/кг). Концентрація цих канцерогенів у м'язах придонно-пелагічного катрану нижча порівняно з кількістю нітрозамінів у м'язах придонних скатів (р<0,05).

Порівняльний аналіз вмісту нітрозамінів у тканинах хрящових і костистих риб показав, що середнє значення в хрящових риб (x_сер=1,80 нг/кг) відрізняється від такого в костистих риб (x_сер=1,0 нг/кг). У хрящових риб кінцевим продуктом азотистого обміну є сечовина, концентрація якої в тканинах нерідко перевищує 2 % і слугує для осморегуляційних цілей. Крім цього, для підтримки осмотичного балансу у акул і скатів присутні й інші органічні речовини з низькою молекулярною масою - триметіламіноксид і бетаїн. Насичення тканин азотоутримуючими компонентами може сприяти залученню їх до реакції утворення нітрозамінів по специфічних метаболічних шляхах, властивих цим рибам [Хочачка П., 1988; Wood M. et al., 2005].

Міжвидові особливості вмісту нітрозамінів у досліджуваних видів риб можуть бути пов'язані з особливостями трансформації цих сполук у печінці, клітини якої дуже чутливі до нітрозамінів [Zou X.N., 1994; Rudneva I.I., 2003].

Кореляційний аналіз між вмістом нуклеотидів і нуклеозидів у печінці, нітрозамінів у тканинах риб показав значну залежність між цими показниками в багатьох видів (r=0,57 - 0,81). Особливості вмісту нітрозамінів у м'язах риб можуть бути пов'язані зі специфікою трансформації цих сполук у печінці, клітини якої дуже чутливі до нітрозамінів. Печінка - найчутливійший орган, який найбільше піддається канцерогенному впливу нітрозамінів. Саме в цьому органі здійснюються життєво важливі процеси з участю нуклеотидів і нуклеозидів. Можливо, потрапляючи в організм гідробіонтів, нітрозаміни проходять по метаболічних шляхах, де включаються в азотистий обмін, модифікують його, негативно впливають на кінцевий синтез азотистих основ і співвідношення нуклеотидів і нуклеозидів, які можуть носити адаптивний характер. Крім того, нітрозаміни пов'язані з утворенням отруйних циклічних сполук, які можуть порушувати азотистий обмін [Рубенчик Б.Л., 1990; Zou X.N., 1994; Руднева И.И., 2006].

Таким чином, результати досліджень показали чітку залежність між рівнем накопичення нітрозамінів у тканинах риб і відповідними реакціями показників азотистого обміну досліджуваних видів різних екологічних і таксономічних груп.

Сезонна динаміка вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у м'язових тканинах чорноморських риб. Відзначена загальна тенденція сезонної динаміки нуклеотидів і нуклеозидів у м'язовій тканині риб, що виражається в більш високому вмісті цих показників азотистого обміну у холодний час року, і низькому - у теплий період (табл. 3).

Таблиця 3. Сезонна динаміка вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у м'язових тканинах риб різних екологічних груп (мг/г),

Виняток складає бичок-кругляк, у якого максимальна концентрація нуклеотидів і нуклеозидів відзначена навесні (2,81 мг/г). У смариди і ставриди узимку, восени і влітку рівень цих показників найбільш високий. Слід зазначити загальну тенденцію для більшості риб, що виражається в зменшенні вмісту нуклеозидів і нуклеотидів у м'язовій тканині у весняний період. У багатьох видів нуклеотиди і нуклеозиди у період нересту витрачаються на побудову генеративної тканини. Крім того, нуклеотиди і нуклеозиди тканин відіграють значну роль в енергетичному обміні риб [Хочачка П., 1988; Эмеретели Н.В., 1994]. У період нересту відбувається велика затрата енергії, що також може впливати на сезонні зміни цих показників.

Результати досліджень дозволили встановити наявність істотних сезонних розходжень вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у риб, що пов'язані з особливостями обмінних процесів у різні періоди річного циклу.

Сезонна динаміка вмісту вільного амінного азоту в сироватці крові чорноморських риб. Встановлено сезонні коливання вмісту вільного амінного азоту у сироватці крові досліджуваних чорноморських риб (табл. 4).

Таблиця 4. Сезонна динаміка вільного амінного азоту у сироватці крові риб різних екологічних груп (мг%),

Підвищення рівня вільного амінного азоту в більшості вивчених риб спостерігається в літній період року, а зниження цього показника - у холодний час року. Виняток складає смарида, у якої цей показник досягає максимальних значень узимку - 5,51 мг% .

Підвищення температури води влітку стимулює активність риб у порівнянні з зимовою малорухомістю. У цей період з'являється надлишкова кількість аланіну і глютаміну за рахунок розпаду білків у м'язах риб. Крім того, зниження концентрації солоності морської води в холодний час викликає зниження вмісту вільного амінного азоту в сироватці крові риб, тому що недостатня секреція нейропептидних гормонів сповільнює біохімічні процеси, що відбуваються в організмі гідробіонтів [Хочачка П., 1988; Фёдоров А.С., 1996].

Таким чином, сезонна динаміка вмісту вільного амінного азоту в сироватці крові риб і залежить від екзогенних і ендогенних факторів.

Сезонна динаміка вмісту токсичних елементів у м'язових тканинах чорноморських риб. Встановлено сезонні коливання вмісту токсичних елементів у м'язових тканинах чорноморських риб. Високі концентрації міді в більшості видів риб відзначені в осінньо-зимовий період. Виняток складають мерланг, зеленушка і смарида, у яких підвищений рівень міді відзначено й у літній період року. У всіх видів риб найнижчі значення міді виявлено навесні. У холодний час кількість свинцю мінімальна, навесні підвищується, до літа досягає максимальних значень. Виняток складають бичок-кругляк і барабуля, у яких концентрація свинцю більш висока восени і навесні. У звіздаря максимальні рівні свинцю виявлено восени (0,30 мг/кг). Найбільша кількість кадмію виявлено в більшості досліджуваних риб у літньо-осінній час року. У багатьох видів (минь, звіздар і ставрида) кадмій виявлено тільки восени. У більшості риб максимальні рівні цинку встановлено влітку, при цьому, у порівнянні з зимовим періодом, кількість металу зростає в 2-11 разів. Висока концентрація миш'яку в досліджуваних видів виявлена в осінньо-зимовий період. Максимальну кількість ртуті багато видів накопичують в осінньо-зимовий період, а мінімальну - влітку. Виняток складає мерланг, у якого найбільшу кількість ртуті виявлено в літньо-осінній час року. У миня максимальні значення встановлено навесні (0,16 мг/кг).

На підставі проведених досліджень можна зробити висновок, що влітку максимальна кількість свинцю, кадмію і цинку у більшості досліджуваних видів може бути зумовлена зростанням концентрації цих елементів у морській воді в теплий період. Найбільш високі рівні ртуті, миш'яку і міді виявлено в холодний час року. У літній період відбувається більш інтенсивний метаболізм в організмі риб, що знижує ймовірність накопичення цих токсикантів і сприяє більш швидкому їх виведенню.

У багатьох досліджених видів був відзначений кореляційний зв'язок між вмістом нуклеотидів, нуклеозидів, вільного амінного азоту і токсичних елементів у тканинах цих видів і сезонністю. Навесні низькі показники азотистого обміну корелюють зі зменшенням рівня токсикантів у м'язах риб. Влітку в багатьох риб спостерігається зворотна тенденція: зі збільшенням азоту в крові зростає рівень токсичних елементів у м'язах (r = 0,63 - 0,90). Відзначена залежність між вмістом нуклеотидів, нуклеозидів і токсичних елементів у тканинах риб узимку і влітку (r = -0,62 - -0,86). У зимовий час року при підвищенні показників азотистого обміну, вміст токсикантів у багатьох видів знижується. Улітку, навпаки, коли рівень нуклеотидів і нуклеозидів у м'язових тканинах риб падає, кількість токсичних елементів - зростає.

В багатьох видів в одних випадках встановлений зв'язок, що має однакову спрямованість між загальним вмістом токсичних елементів і параметрами азотистого обміну в різні сезони, в інших - виявлена висока залежність між цими показниками. Зміна вмісту показників азотистого обміну в багатьох досліджуваних видів під впливом токсичних елементів обумовлена специфічністю дії кожного окремого металу, його концентрацією і залежить від сезону року.

Сезонна динаміка вмісту нітрозамінів у м'язових тканинах чорноморських риб. Відзначена загальна тенденція сезонної динаміки нітрозамінів, що характерна для всіх досліджуваних видів риб. Максимальну концентрацію нітрозамінів у риб виявлено в осінньо-зимовий період, а мінімальну - у весняно-літній час року. Восени відзначені максимальні рівні нітрозамінів у придонних видів - 1,80 - 2,90 нг/кг. Проте, у всіх видів риб мінімальна кількість нітрозамінів виявлена влітку (табл. 5).

Таблиця 5. Сезонна динаміка вмісту нітрозамінів у м'язових тканинах риб різних екологічних груп (нг/кг),

Примітка. «Ї» - не виявлено.

У літній період, коли процеси евтрофування підсилюють масовий розвиток фітопланктону, останній здатний утилізувати азотовмістимі речовини, розчинені в середовищі. У результаті відбувається значне зменшення концентрації нітрозамінів в організмі риб у теплий час року в порівнянні з холодним. Підвищення рівня нітрозамінів відбувається в осінній період, коли спостерігається деструкція фітопланктону, що, можливо, пояснює сезонні зміни цих канцерогенів в організмі риб.

На підставі отриманих даних можна зробити висновок, що восени вміст нітрозамінів у м'язовій тканині досліджених риб досягає максимальних значень, тоді як кількість вільного амінного азоту в сироватці крові цих видів значно знижується. Можливо, такі сезонні зміни амінного азоту в риб пов'язані з негативним впливом на цей показник метаболітів водоростей, що розклалися, якими можуть бути нітрозаміни і їхні попередники.

Результати досліджень дозволили встановити кореляційну залежність між вмістом амінного азоту в сироватці крові і нітрозамінів у м'язах досліджених риб у різні сезони року, що набуває високих значень восени (r=0,73 - 0,97). У досліджуваних видів риб в одних випадках встановлений зв'язок, який має однакову закономірність між вмістом нітрозамінів, нуклеотидів і нуклеозидів у різні сезони, в інших - виявлена висока залежність між цими показниками.

Порівняльний аналіз вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у м'язових тканинах риб, що живуть у морських акваторіях з різним рівнем антропогенного навантаження. Аналіз вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у м'язових тканинах риб бухти Карантинна показує більш високу концентрацію їх в скорпени, ставриди, зеленушки і барабулі (1,47-1,74 мг/кг) порівняно з рівнем нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах цих риб бухти Мартинова. В інших видів риб відзначена протилежна тенденція. Достовірна різниця між цими показниками в тканинах риб з різних бухт відзначена в мерланга, барабулі і звіздаря (р<0,01), у смариди (р<0,05).

Порівняльний аналіз вмісту вільного амінного азоту в сироватці крові риб, що живуть у морських акваторіях з різним рівнем антропогенного навантаження. Результати досліджень показали, що в бухті Карантинна більш високі значення вільного амінного азоту виявлені в сироватці крові мерланга і зеленушки (4,28 - 4,37 мг%), а в бухті Мартинова - у бичка-мартовика, налима, ставриди і смариди (3,54 - 5,74 мг%). Достовірна різниця між рівнем цих компонентів у сироватці крові риб з двох бухт відзначена в ставриди, бичка-мартовика, мерланга, зеленушки і смариди (р<0,01), у налима (р<0,05).

Порівняльний аналіз вмісту токсичних елементів у м'язових тканинах риб, що живуть у морських акваторіях з різним рівнем антропогенного навантаження. Вміст токсичних елементів у тканинах більшості риб, виловлених у бухті Карантинна, за винятком цинку, більший за відповідні показники у риб з бухти Мартинова. Встановлені свідчать про різний рівень поглинання токсикантів досліджуваними видами риб.

Результати досліджень дозволили встановити зв'язок між вмістом токсичних елементів у м'язах риб, що живуть у бухтах з різним антропогенним навантаженням, і рівнем досліджуваних біохімічних параметрів, коли найбільшу чутливість нуклеотиди, нуклеозиди мають до свинцю, міді і ртуті (r=0,63 - 0,83), а вільний амінний азот - до міді і кадмію (r=-0,58 - 0,86).

У багатьох досліджуваних видів з різних бухт в одних випадках встановлений зв'язок, що має однакову закономірність між кількістю амінного азоту, нуклеотидів, нуклеозидів і загальним вмістом токсичних елементів, в інших - виявлена висока залежність між цими показниками, що обумовлено модифікуючим впливом токсикантів на показники азотистого обміну в більш забрудненій бухті Карантинна.

Порівняльний аналіз вмісту нітрозамінів у м'язових тканинах риб, що живуть у морських акваторіях з різним рівнем антропогенного навантаження. Вміст нітрозамінів у багатьох досліджених видів риб з бухти Карантинна більший за відповідні показники цих видів риб з бухти Мартинова (1,0 - 1,40 нг/кг). У бухті Мартинова максимальні концентрації цих канцерогенів відзначені в скорпени, звіздаря і ставриди (0,90-1,70 нг/кг).

Між вмістом параметрів азотистого обміну і рівнем нітрозамінів у тканинах більшості досліджених видів існує кореляційна залежність, вища в риб з бухти Карантинна (r=0,53 - 0,94). При цьому вміст нуклеотидів і нуклеозидів у м'язовій тканині і вільного амінного азоту в сироватці крові вищий в багатьох риб з бухти Мартинова, рівень нітрозамінів, навпаки, вищий в м'язовій тканині риб, виловлених з бухти Карантинна.

Таким чином, виявлені нами зміни вмісту показників азотистого обміну в досліджених риб, що живуть у двох бухтах, залежать від концентрації нітрозамінів у м'язових тканинах гідробіонтів, що може бути зумовлено особливостями гідрологічних, гідрохімічних і гідробіологічних процесів, що відбуваються в бухтах, різних за ступенем антропогенного навантаження, особливостями географічного положення бухт і їх водообміну.

Висновки

В дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано й експериментально доведено взаємозв'язок впливу таксономічних, природних і антропогенних факторів на основні показники азотистого обміну в чорноморських риб. Показано комплексну дію цих факторів на накопичення токсикантів і на азотистий обмін у різних видів риб. Проаналізовано вплив рівня токсичних елементів і нітрозамінів у м'язових тканинах трьох видів хрящових і дванадцяти видів костистих риб на зміну показників азотистого обміну в їх тканинах і органах.

1. Встановлено екологічні особливості вмісту нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах і органах риб: у придонно-пелагічних і пелагічних видів відзначений більш високий вміст нуклеотидів і нуклеозидів порівняно з придонними рибами, значення яких коливається в інтервалі від 1,43 до 2,49 мг/г. Максимальна кількість вільного амінного азоту виявлена в придонно-пелагічних видів, вона знаходиться в межах 3,79 - 4,19 мг%. Вміст вільного амінного азоту в сироватці крові, а також нуклеотидів і нуклеозидів у печінці і зябрах хрящових риб більш низький порівняно з показниками в сироватці крові більшості костистих риб.

2. Встановлено високий коефіцієнт кореляції між показниками азотистого обміну і вмістом токсичних елементів у тканинах багатьох риб придонно-пелагічної і пелагічної груп (r=0,68 - 0,96). Рівень токсичних елементів і нітрозамінів вищий в м'язах хрящових риб, у яких кореляційний зв'язок між показниками азотистого обміну і вмістом токсичних елементів високий (r=0,68 - 0,99). Відзначено високий кореляційний зв'язок між вмістом нуклеотидів і нуклеозидів у печінці і нітрозамінів у м'язах більшості досліджених видів риб (r=0,66 - 0,70), що може бути пов'язане з модифікацією азотистого обміну і зміною співвідношення нуклеотидів і нуклеозидів у результаті біотрансформації нітрозамінів в організмі риб.

3. Вміст вільного амінного азоту в більшості вивчених риб вищий в літній період, восени показники знижуються, тоді як рівень нітрозамінів у м'язах риб зростає. Високі концентрації нуклеотидів і нуклеозидів у більшості риб встановлені в холодний період року (1,55 - 2,73 мг/г), а низькі - навесні (1,10 - 1,48 мг/г), що пов'язано з залученням азотистих основ і амінного азоту в процеси генеративного синтезу і формування гонад.

4. Вміст ртуті, миш'яку і міді в тканинах костистих риб вищий в холодний період. У теплий період року, з активацією метаболізму, токсиканти інтенсивно виводяться з організму. Висока кількість свинцю, кадмію і цинку в більшості видів встановлена в літній період, що обумовлено зростанням концентрації цих елементів у морській воді. У весняно-літній період рівень нітрозамінів нижчий (0,1 - 1,0 нг/кг), ніж восени, що пов'язано з насиченням морського середовища біогенами в результаті розкладання фітопланктону в осінній час року.

5. Встановлено високу кореляцію (r=-0,62 - -0,86) між вмістом нуклеотидів, нуклеозидів і токсичних елементів в тканинах риб у зимовий період. Навесні в тканинах риб відбувається зниження показників азотистого обміну й рівня токсикантів, тоді як улітку спостерігається зворотна тенденція (r= 0,63 - 0,90). Відзначена динаміка відображає прояв природних річних циклів риб у сполученні з рівнем сезонного антропогенного навантаження.

6. Сезонна динаміка вмісту нітрозамінів, нуклеотидів і нуклеозидів у тканинах різних видів риб неоднозначна й залежить від приналежності їх до різних екологічних груп. Разом з тим встановлена висока кореляція (r=0,73 - 0,97) між вмістом амінного азоту в сироватці крові й нітрозамінів у м'язах досліджених риб, особливо виражена в осінній період, коли відбувається масова загибель фітопланктону й насичення водного середовища азотутримуючими сполуками.

7. Між показниками азотистого обміну й рівнем нітрозамінів у тканинах більшості досліджених видів встановлений тісний зв'язок (r=0,53 - 0,94). Вміст нуклеотидів і нуклеозидів у м'язовій тканині й вільного амінного азоту в сироватці крові вищий в більшості риб з менш забрудненої бухти, а рівень нітрозамінів - у м'язовій тканині риб з більш забрудненої. Залежність між показниками азотистого обміну в тканинах риб і вмістом токсикантів в обох бухтах неоднозначна, що свідчить про модифікуючий вплив токсикантів на показники азотистого обміну риб, ступінь і вектор якого залежать від природних факторів, особливостей біології й екології досліджуваних видів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Омельченко С. О. Cодержание нитрозаминов в некоторых массовых видах черноморских рыб / С. О. Омельченко // Агроекологічний журнал. - 2004. - № 3. - С. 71 - 73.

2. Омельченко С. О. Сезонная динамика содержания нитрозаминов у некоторых видов черноморских рыб / С. О. Омельченко // Агроекологічний журнал. - 2006. - № 1. - С. 72 - 75.

3. Сезонные особенности азотистого обмена и содержания нитрозаминов у морского ерша / [С. О. Омельченко, И. Н. Залевская, О. Л. Мащева, И. И. Руднева] // Экосистемы Крыма, их оптимизация и охрана. - 2006. - Вып. 16. - С. 78 - 82. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 45 %).

4. Омельченко С. О. Содержание токсичных элементов в тканях бычка-кругляка, обитающего в акваториях Черного и Азовского морей / С. О. Омельченко, И. Н. Залевская // Ученые записки Таврического национального университета. - 2006. - Т. 19 (58), № 1. - С. 68 - 72. - (Серия «Биология, химия»). (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 80 %).

5. Содержание нитрозаминов в массовых видах рыб Черного моря / [И. И. Руднева, Е. Б. Мельникова, С. О. Омельченко и др.] // Рибне господарство України. - 2006. - № 5 - 6. - С. 47 - 49. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 40 %).

6. Содержание тяжелых металлов в тканях некоторых черноморских рыб и их влияние на уровень окислительной модификации белков / [С. О. Омельченко, Ю. А. Граб, И. Н. Залевская, И. И. Руднева] // Ученые записки Таврического национального университета. - 2007. - Т. 20 (59), № 3. - С. 59 - 64. - (Серия «Биология, химия»). (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 50 %).

7. Seasonal variations of nitrosamine content in some Black Sea fish species / [I. I. Rudneva, E. B. Melnikova, S. O. Omel`chenko et al.] // Turk. J. of Fish. Aquat. Sci. - 2008. - Vol. 8, № 2. - P. 283 - 287. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 45 %).

8. Омельченко С. О. Влияние загрязнения на содержание нитрозаминов у некоторых черноморских видов рыб / С. О. Омельченко, Г. В. Симчук // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов: материалы Междунар. конф. (Петрозаводск, 6 - 9 сентября 2004 г.). - Петрозаводск : Петрозаводский гос. ун-т, 2004. - С. 105. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів - 80 %).

9. Влияние антропогенного загрязнения на возрастные изменения белкового состава сыворотки крови черноморских рыб / [И. Н. Залевская, Т. Б. Вахтина, С. О. Омельченко, И. И. Руднева] // Биологические механизмы старения: материалы VI Междунар. симпозиума (Харьков, 26 - 29 мая 2004 г.). - Х. : Харьковский нац. ун-т им. В. Н. Каразина, 2004. - С. 70. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці матеріалів, формуванні деяких висновків - 45 %).

10. Омельченко С. О. Влияние содержания тяжелых металлов и нитрозаминов на некоторые морфофизиологические и биохимические показатели мерланга обитающего в районе Севастополя / С. О. Омельченко, Н. С. Кузьминова, Е. Н...