На правах рукописи ПАВЛОВСКАЯ Валерия Владимировна Диссертация на соискание ученой степени

На правах рукописи
ПАВЛОВСКАЯ Валерия Владимировна
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАКЦИИ МОЛЛЮСКОВ
DREISSENA POLYMORPHA (PALLAS, 1771) НА ДЕЙСТВИЕ
ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
03.00.16 - «Экология»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Калининград – 2007
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования «Калининградский
государственный технический университет»
Научный руководитель:
кандидат биологических наук, доцент
Залуцкая Елена Андреевна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Саускан Владимир Ильич
доктор биологических наук, профессор
Сынзыныс Борис Иванович
Ведущая организация:
Казанский государственный
университет
Защита состоится 14 ноября 2007 г. в 16.30 часов на заседании
диссертационного совета К 212.084.05 в ФГОУ ВПО «Российский
государственный университет им. И. Канта» по адресу: 236040, г.
Калининград, ул. Университетская, 2, факультет биоэкологии, аудитория 143
Отзывы на автореферат направляются по адресу: 236040, г. Калининград, ул.
Университетская, 2, факультет биоэкологии, кафедра ботаники и экологии
растений
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского
государственного университета им. И. Канта (236040, г. Калининград, ул.
Университетская, 2)
Автореферат разослан «__11__» _октября_______ 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат биологических наук, доцент
2
И.Ю. Губарева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последние десятилетия в экосистемах водоемов
наблюдаются изменения, которые происходят под влиянием естественных
факторов окружающей среды и хозяйственной деятельности человека.
Поэтому особую актуальность приобретают исследования закономерностей
реакций водных организмов на меняющиеся условия окружающей среды.
Угрозу для жизнедеятельности гидробионтов представляют тяжелые металлы
и их соединения (Кадмий:…, 1994; Челомин, 1998; Яп, 2003; Подгурская,
2006).
Высокий уровень загрязнения среды тяжелыми металлами приводит к
снижению
видового
разнообразия
гидробионтов
(Брень,
1998).
Использование гидробионтов в качестве биоиндикаторов позволяет судить о
значении этих токсикантов. Как организмы-индикаторы токсичности водной
среды исследовались многие группы гидробионтов: водоросли (бурые,
красные, зеленые) и животные (костистые рыбы, ракообразные, моллюски
полихеты и др.). Установлено (Христофорова, 1989; Киричук, 2006), что
именно моллюски являются наиболее чувствительными организмами к
содержанию ионов тяжелых металлов в воде.
Для определения действия ионов тяжелых металлов на гидробионтов
используют метод определения удельного содержания
белков металлотионеинов в тканях (Ротт, 1995; Morris, 1999; Raspor, 1999; Данилин,
2002). В качестве тест-объектов использовались морские и речные рыбы
(Hamilton, 1986; Christer, 1991), морские беспозвоночные (омар, моллюски)
(Roesijadi, 1994; Bebiano, 1999; Danilin, 2005), пресноводные моллюски
Anodonta cygnea
и Unio pictorum (Данилин, 2002). Синтез белков металлотионеинов в теле моллюсков, представляет собой ответ на действие
стрессорных факторов физической и химической природы, в том числе
тяжелых металлов (Lafontaine, 2000; Pourang, 2005). В связи с этим весьма
актуальным является изучение влияния концентрации тяжелых металлов в
воде на содержание тяжелых металлов и металлотионеинов в теле D.
polymorpha.
Цель работы – исследование особенностей накопления тяжелых
металлов (Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+) и металлотионеинов в теле D. polymorpha;
установление возможности использования моллюска D. polymorpha в
качестве тест-объекта при определении загрязнения тяжелыми металлами
водоемов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить
следующие задачи:
1.
Определить сезонную динамику накопления Zn2+, Cd2+, Cu2+
и Pb в теле D. polymorpha из оз. Форелевое.
2+
3
2.
Установить влияние сезонного содержания Zn2+, Cd2+, Cu2+ и
Pb2+ в воде и теле D. polymorpha на уровень металлотионеинов в теле
моллюсков.
3.
Изучить межвидовые отличия в содержании Zn2+, Cd2+, Cu2+
и Pb2+и металлотионеинов в теле моллюсков.
4.
Выявить влияние содержания в воде Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ на
изменение уровня металлотионеинов, рН межстворчатой жидкости и
выживаемость D. polymorpha.
5.
Оценить
возможность
использования
белков
металлотионеинов в теле D. polymorpha, как показателя содержания тяжелых
металлов в процессе биологического мониторинга.
Положения, выносимые на защиту
1. Содержание в теле D. polymorpha Pb2+, Cd2+, Zn2+ и Cu2+ , а также
накопление металлотионеинов зависит от содержания в воде тяжелых
металлов.
2. D. polymorpha способна регулировать концентрацию Zn2+ в теле
независимо от его содержания в окружающей среде.
3. При раздельном введении в воду Pb2+, Cd2+, Zn2+и Cu2+ выявлено
понижение выживаемости на фоне повышения металлотионеинов и
изменения рН межстворчатой жидкости. Наиболее токсическое действие на
организм D. polymorpha оказывает Cu2+.
4 Содержание в воде Pb2+, Cd2+, Zn2+ и Cu2+ определяет уровень
металлотионеинов в теле D. polymorpha, который можно рассматривать как
механизм защиты организма от действия тяжелых металлов среды и
использовать в качестве биоиндикатора в системе биомониторинга.
Научная новизна.
Впервые установлены зависимости между
содержанием Pb2+, Cd2+, Zn2+ и Cu2+ и уровнем металлотионеинов в теле D.
polymorpha от содержания тяжелых металлов в воде. Выявлено влияние
содержания в воде Pb2+, Cd2+, Zn2+ и Cu2+ на выживаемость на фоне
повышения металлотионеинов и изменения рН межстворчатой жидкости.
Установлено, что Cu2+ оказывает наиболее токсическое действие на организм
D. polymorpha. Показана способность D. polymorpha регулировать
концентрацию Zn2+ в теле независимо от его содержания в окружающей
среде.
Практическая значимость. Результаты, полученные при исследовании
особенностей накопления металлотионеинов в теле D. polymorpha позволяют
определить пути адаптации гидробионтов к неблагоприятным факторам
среды обитания и понять физиолого-биохимические механизмы их
4
устойчивости. Поэтому установление закономерностей накопления
металлотионеинов под действием экологических факторов (тяжелых
металлов) имеет не только теоретическое, но и большое практическое
значение для решения конкретных задач биомониторинга. Обоснована
возможность использования уровня металлотионеинов в теле D. polymorpha в
качестве биоиндикационного параметра в системе биомониторинга.
Полученные результаты можно использовать при чтении курсов по
«Гидробиологии», «Экологии», «Экологической токсикологии».
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были
представлены на 9-й Международной Пущинской школе-конференции
молодых ученых (Пущино, 2005), на 5-й и 6-й Международных научных
конференциях «Сахаровские чтения 2005, 2006 гг.: Экологические проблемы
XXI века» (Минск, Беларусь, 2005, 2006), The 2nd International Conference on
Radioactivity in the Environment & the 6th International Conference on
Environmental Radioactivity in the Arctic and the Antarctic (Nice, France, 2005),
II региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2005),
Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании 2005»
(Калининград,
2005),
Всероссийской
научно-практической
конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования»
(Москва, 2006), V съезде по радиационным исследованиям (радиобиология,
радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2006), The Сonference
«Technology Science Works in the Western Lithuania» (Klaipeda, Lithuania,
2006).
Декларация личного участия автора. Автором самостоятельно в
полевых условиях собран и обработан в лаборатории материал по D.
polymorpha; определены концентрации Pb2+, Cd2+, Zn2+ и Cu2+, а также
уровень удельного содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha;
определено влияние содержания в воде Pb2+ (0,03 мг/л), Cd2+ (0,001 мг/л), Cu2+
(1,0 мг/л), Zn2+ (1,0 мг/л) на выживаемость D. polymorpha; проведены
эксперименты по оценке возможности использования белков металлотионеинов в теле D. polymorpha, как показателя загрязнения водной
среды тяжелыми металлами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 102
страницах машинописного текста, включает 12 таблиц и 9 рисунков.
Библиографический список содержит 116 отечественных и 89 зарубежных
источников.
5
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследований
Материалом для проведенных исследований послужили двустворчатые
моллюски вида D. polymorpha, обитающие в оз. Форелевое. Исследования
проводили в течение 2004 – 2006 гг. посезонно:
- весной (апрель); - летом (июнь); - осенью (сентябрь);- зимой (декабрь).
Сбор материала осуществляли с помощью орудия «кошка-грабли». Сбор
производился с берега вручную. Моллюсков идентифицировали до вида,
используя «Определитель беспозвоночных Европейской части СССР
(планктон и бентос)» (1977), а также определитель В.И. Жадина «Моллюски
пресных вод СССР» (1952). Производили измерение высоты, длины и
выпуклости раковины, их соотношения с помощью штангенциркуля с
точностью до 1мм.
Препарирование осуществляли, ориентируясь по анатомическому атласу
внутреннего строения двустворчатых моллюсков (Цихон-Луканина, 1987).
Извлеченное тело моллюсков очищали от посторонних включений и
взвешивали на торсионных весах с точностью до 0,1 мг. Подготовленные
таким образом пробы до анализа хранили при температуре минус 40С.
Материал готовили к анализу согласно методике (Eaton, 1982, Данилин,
2004). Определение уровня металлотионеинов в теле D. polymorpha
осуществляли во ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии г.
Обнинск радиохимическим методом.
Исследования по содержанию тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd, Cu) в воде
и теле D. polymorpha были проведены в физико-химической лаборатории
ВНИИ АТЛАНТНИРО г. Калининград по следующим стандартам: ГОСТ
26929-86, ГОСТ 30178 – 96, ИСО 8288 – 86. Тяжелые металлы во всех видах
проб определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии: Zn, Cu, Pb,
Cd (спектрометр плазменно-эмиссионный Varian Liberty AX Sequential ICPAES).
Токсикологическому исследованию предшествовал период акклимации
животных, моллюсков выдерживали в аквариумах с водопроводной водой в
течение 14 дней с постоянной аэрацией.
Моделирование загрязнения водоема свинцом, кадмием, цинком и медью
проводили в лабораторных условиях. Для проведения экспериментов
моллюски были отсортированы по размеру (1,6–2,2 см). Опытных животных
разделили на пять групп по 90 особей в каждой. Первая группа животных
служила контролем и содержалась в аквариуме с водопроводной водой,
вторая группа была помещена в аквариум, содержащий Pb2+ (0,03 мг/л),
третья группа –Cd2+ (0,001 мг/л), четвертая –Cu2+ (1,0 мг/л), пятая – Zn2+ (1,0
мг/л). Все группы животных находились в примерно сходных условиях:
аквариумах одинакового объема, при одинаковом освещении, температуре и
6
аэрации, без кормления. Экспозицию опытных животных проводили в
течение 21 суток. Для экспериментов брались концентрации токсикантов,
соответствующие значениям их ПДК для водоемов рыбохозяйственного
назначения.
Для математической обработки полученных результатов использован
пакет компьютерных программ Excel 2000 (Microsoft Inc., 1999), Statistica for
Windows, v.5.0 (Statsoft Inc., 1995). Основной массив экспериментальных
данных обрабатывали с помощью программ описательной статистики с
вычислением среднего арифметического, среднего квадратического
отклонения, стандартной ошибки, коэффициента корреляции Пирсона. При
оценке достоверности различий средних данных использовали t-критерий
Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Сезонные изменения содержания тяжелых металлов в теле D. polymorpha
На биоаккумулирование металлов может влиять целый ряд
физиологических и экологических факторов, в то же время данных о влиянии
сезона на содержание тяжелых металлов в теле моллюсков недостаточно.
Полученные нами данные о влиянии содержания Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде
оз. Форелевое на динамику тяжелых металлов в теле D. polymorpha
представлены в таблице 1, а их графические зависимости представлены - на
рисунке 1.
Таблица 1 – Сезонные изменения содержания тяжелых металлов в теле D.
polymorpha (мг/кг сух. массы) и воде оз. Форелевое (мг/л)
Сезон
Cd
Cu
Pb
Zn
D. polymorpha
Весна
0,27 ± 0,02
6,2 ± 1,1
0,37 ± 0,14
37,00 ± 2,94
Лето
0,13 ± 0,02а
2,2 ± 0,71а
0,29 ± 0,09
28,16 ± 1,98а
Осень
0,39 ± 0,04а,b
7,04 ± 1,41b
1,45 ± 0,23а,b
21,97 ± 0,99а,b
Зима
0,59 ± 0,02а,b,c
9,42 ± 1,27а,b
0,43 ± 0,12с
20,73 ± 1,22а,b
оз. Форелевое
Весна
0,0007 ± 0,0002
0,021 ± 0,009
0,013 ± 0,003
0,0224 ± 0,0076
Лето
0,0006 ± 0,0001
0,032 ± 0,008
0,01 ± 0,001
0,0183 ± 0,0085
Осень 0,0013 ± 0,0001 a,b
0,04 ± 0,004a
0,039 ± 0,002a,b
0,02 ± 0,0029a
a,b,c
a,b,c
a,b,c
Зима 0,0025 ± 0,0002
0,0008 ± 0,0002
0,002 ± 0,0009
0,00539 ± 0,00015a,b,c
a – достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с данными для весны ; b достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с данными для лета; c - достоверное
отличие (р  0,05) по сравнению с данными для осени.
7
Cu y = – 1,157Ln(x)+1,110 R = 0,70
[R=0,37; P<0,05]
Cd y = 0,293Ln(x)+2,347 R = 0,98
[R=0,92; P<0,05]
10
0,7
9
0,6
8
7
Мягкие ткани
Мягкие ткани
0,5
0,4
0,3
6
5
4
3
0,2
2
0,1
1
0
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0
0,003
0,005
0,01
0,015
Zn y = 6,943Ln(x)+56,358 R = 0,62
[R=0,44; P<0,05]
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
Pb y = 0,304Ln(x)+2,032 R = 0,89
[R=0,87; P<0,05]
40
1,6
35
1,4
30
1,2
25
1
Мягкие ткани
Мягкие ткани
0,02
Вода
Вода
20
15
0,8
0,6
10
0,4
5
0,2
0
0
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0
Вода
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
Вода
По осям – Концентрация металла. Зависимость аппроксимирована
логарифмическим уравнением. В квадратных скобках – коэффициент
корреляции Пирсона (R) и уровень значимости (P)
Рисунок 1 – Зависимость между концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+
в теле D. polymorpha и в воде оз. Форелевое
Выявлено, что, начиная с апреля, содержание Pb2+, Zn2+, Cd2+ и Cu2+
в теле D. polymorpha из оз. Форелевое понижалось. Так,
в июне
концентрации Cd2+, Cu2+ и Pb2+ понизились соответственно на 48, 35 и 78%
по сравнению с апрелем. Необходимо отметить повышение к осени
концентрации Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha: так, в сентябре
концентрации Cd2+, Cu2+ и Pb2+ повысились соответственно на 33, 31 и 20%
по сравнению с июнем. При этом содержание Pb2+ в теле D. polymorpha,
8
достигнув максимума в сентябре (1,45 мг/кг), к декабрю снизилось на 30%. В
то же время концентрация Zn2+ снижалась непрерывно с апреля по декабрь: в
июне снизилась на 16, в сентябре - 59, в декабре - 56 по сравнению с
апрелем.
Регрессионный анализ зависимости концентрации Pb2+, Zn2+, Cd2+ и
2+
Cu в теле D. polymorpha и в воде оз. Форелевое показал, что значение R
логарифмических уравнений было выше для зависимостей между
концентрацией Pb2+ и Cd2+ в теле D. polymorpha и в воде оз. Форелевое, чем
для зависимостей между концентрацией Zn2+ и Cu2+ в теле D. polymorpha и в
воде оз. Форелевое (рис. 1).
Коэффициент корреляции Пирсона между концентрацией Zn2+, Cu2+,
2+
Cd и Pb2+ в теле D. polymorpha и в воде составило соответственно 0,44, 0,37,
0,92, 0,87 (рис. 1). Высокие значения коэффициента корреляции между
концентрацией Cd2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha и в воде оз. Форелевое
показывают, что концентрация этих металлов в теле моллюсков зависит от их
содержания в воде. И, наоборот, более низкие значения коэффициента
корреляции между концентрацией Zn2+ и Cu2+ в теле D. polymorpha и в воде
оз. Форелевое показывают более эффективное регулирование организмом
моллюсков аккумуляции данных металлов.
Сезонную изменчивость содержания Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ в теле
D. polymorpha можно объяснить особенностью репродуктивного цикла этого
вида. Так, в апреле происходит активное созревание гонад у моллюска, в мае–
июне начинается нерест, интенсивность которого повышается до июля, а
затем к сентябрю наступает стадия покоя (Bragina, 2004).
Во-первых, в период созревания гонад масса половых продуктов
резко возрастает и составляет от 5 до 50% ежегодного прироста у D.
polymorpha, что приводит к понижению относительного содержания тяжелых
металлов в теле моллюска (Chase, 1999). Нами показано, что созревание
гонад и последующий нерест в течение лета объясняют особенности
сезонных колебаний концентрации металлов в теле D. polymorpha. Так,
концентрация Zn2+ и Cu2+ в теле D. polymorpha снизилась к июню, когда
созревание гонад у большинства моллюсков было завершено, а нерест
находился в самой активной фазе.
Во-вторых, снижение концентрации Zn2+ в теле моллюсков во время
нерестового периода происходит за счет выноса Zn2+ вместе с половыми
продуктами (Kwan, 2003). После нереста содержание липидов в теле
моллюсков снижается, в то время как концентрация Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ в
теле моллюсков начинает увеличиваться (Kwan, 2003).
Установлено, что Zn2+, Cd2+, Cu2+, Pb2+ накапливаются моллюсками
всех крупных таксонов: пластинчатожаберными (D. polymorpha, Unio
rostratus, U. pictorum), переднежаберными (Viviparus viviparus) (Киричук,
2006) и легочными (Lymnea stragnalis, Planorbarius purpura) (Киричук, 2006).
Для оценки степени аккумуляции металлов в теле D. polymorpha
нами использован коэффициент накопления (КН), под которым понимают
9
отношение концентрации металлов в теле гидробионтов к их содержанию в
окружающей среде (Кадмий …, 1994).
Величина КН для моллюсков разных видов приведена в таблице 2.
Выявлено, что разные виды моллюсков обладают не одинаковой
способностью к аккумуляции перечисленных выше металлов в своих
организмах.
Самые высокие значения КНZn отмечены у моллюсков D. рolymorpha,
U. pictorum, A.cygnea, L. stragnalis, P. purpura, V. viviparus, при этом КНZn для
V. viviparus в 16 раз выше, чем для D. рolymorpha. Величина КНCd у D.
рolymorpha выше соответственно в 16 и 19 раз по сравнению с V. viviparus и
U. pictorum.
Коэффициенты накопления Zn2+, Cd2+, Cu2+, Pb2+
у моллюсков
разных видов отличаются, при этом, нами отмечена одна общая
закономерность: в наибольшей степени моллюски видов D. рolymorpha, U.
pictorum, A. сygnea, L. stagnalis, P. purpura, V. viviparus накапливают Zn2+, а
моллюски видов U. rostratus, C. ponderosum в большей степени - Pb2+.
Таблица 2 – Коэффициенты накопления Zn, Cu, Cd иPb в теле моллюсков
разных видов
Объект
исследования
D. рolymorpha*
**
КНZn
КНCu
КНCd
КНPb
1682
295
385
28
U. pictorum
547
48
20
-
A. cygnea**
321
156
57
-
rostratus***
6150
985
44
7284
L. stagnalis***
8893
660
111
6157
purpura***
13993
3446
87
5980
V. viviparus***
27095
* - по собственным данным;
** - по данным Минакова 2005 г.;
*** - по данным Киричук 2006 г.
1718
24
3319
U.
P.
По величине аккумуляции тяжелых металлов гидробионты
подразделяются на макро-, микро-, деконцентраторов (Никаноров, 1985). К
макроконцентраторам относятся виды у которых KН > 15000, к
микроконцентраторам – виды с KН = 10000-15000, к деконцентраторам – с
KН < 10000. По показателям KН D. рolymorpha, U. pictorum, A. сygnea, U.
rostratus, C. ponderosum, L. stagnalis относятся к деконцентраторам. По КНCu,
КНCd и КНPb виды P. purpura, V. viviparus - декноцентраторы, по КНZn вид P.
purpura - микроконцентраторы, а вид V. viviparous - макроконцентраторы.
10
Таким образом, моллюски поглощают значительные количества
тяжелых металлов. Коэффициенты накопления свидетельствуют как о
загрязнении среды Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+, так и о биологической доступности
и возможности их включаться во все физиологические и биохимические
процессы организма. Рассчитанные КН отражают, что разные виды
моллюсков обладают различной способностью к аккумуляции тяжелых
металлов.
Межвидовые различия в содержании тяжелых металлов в теле
моллюсков
Анализ содержания тяжелых металлов в теле моллюсков разных
видов и в воде позволяет выявить особенности организма накапливать
тяжелые металлы из окружающей среды (Яп, 2003).
Установлено, что содержание Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле D.
polymorpha варьирует от 0,34 до 26,96 мг/кг, при этом D. polymorpha
аккумулирует Zn2+ и Cu2+ в максимальных количествах (табл. 3).
Аналогичные данные были получены при исследовании моллюсков U.
pictorum и A. cygnea (Минакова, 2005).
Таблица 3 – Содержание Cu, Zn, Pb, Cd в теле моллюсков разных видов
(мг/кг сух. массы) и воде (мг/л)
Объект
исследования
Zn
Cu
Cd
Pb
Вода оз.
Форелевое
0,022 ± 0,008
0,021 ± 0,009
0,0007 ± 0,0002
0,013 ± 0,003
D. рolymorpha
37,00 ± 2,94
6,2 ± 1,1
0,27 ± 0,02
0,37 ± 0,14
Вода р. Урал
0,029  0,003
0,0050,001
0,0030,001
н/о
U. pictorum
15,86  3,08
0,240,08
0,060,003
н/о
A. cygnea
9,31 2,4
0,780,19
0,170,08
н/о
Примечание: уровень значимости данных р< 0,05
Показано, что концентрации Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле D.
polymorpha выше, чем у U. pictorum и A. cygnea.
Моллюски видов U. pictorum и A. cygnea, также как и D. polymorpha,
в наибольших количествах накапливают Zn2+, причем его содержание в теле
11
D. polymorpha выше соответственно в 2 и 4 раза, чем в теле U. pictorum и A.
сygnea, при одинаковом содержании Zn2+ в воде р Урал и оз. Форелевое.
При более высокой (в 4 раза) концентрации Cu2+ в воде оз.
Форелевое, чем в р. Урал, содержание Cu2+ в теле D. polymorpha выше
соответственно в 8 и 23 раза, чем в теле A. cygnea и U. pictorum. В то время
как при более низкой (в 4 раза) концентрации Cd2+ в воде оз. Форелевое, чем
в р. Урал, его содержание в теле D. polymorpha выше соответственно в 1,5 и
4,5 раза, чем у A. cygnea и U. pictorum.
В исследуемых пробах воды р. Урал и теле U. pictorum и A. cygnea
Pb2+ не был обнаружен, в то время как при концентрации Pb2+ 0,013 мг/л в
воде оз. Форелевое его содержание в теле D. polymorpha составило 0,37 мг/кг.
Установлены особенности накопления Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ у
моллюсков разных видов с учетом которого КН расположены в следующий
ряд:
- для D. рolymorpha – KНPb > KНCu > KНCd >KНZn*;
- для U. pictorum – KНCd > KНCu > KНZn **;
- для A. cygnea – KНCd > KНCu > KНZn**;
- для U. rostratus –KНCd > KНCu > KНZn >KНPb***;
- для L. stagnalis –KНCd > KНCu > KНPb >KНZn***;
- для P. purpura –KНCd > KНCu > KНPb >KНZn***;
- для V. viviparus –KНCd > KНCu > KНPb> KНZn***.
- по собственным данным;
- по данным Минакова 2005 г.;
***
- по данным Киричук 2006 г.
*
**
Наши данные согласуются с результатами о взаимодействии
«металл-металл» у других моллюсков. По токсичности тяжелые металлы для
моллюсков можно расположить в следующий ряд: Cu > Ni > Cd > Pb > Zn >
Al > V > Cr > Se > Fe = Co > Mn > Mg > Mo (Tomasik, 1995).
Межвидовые отличия в содержании тяжелых металлов в теле
моллюсков можно объяснить отличиями в содержании металлов в различных
зонах обитания моллюсков, а, во-вторых, неодинаковой способностью
данных видов к накоплению металлов.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об
отличиях в содержании тяжелых металлов в теле моллюсков разных видов,
что можно объяснить как экологическими факторами, так и физиологобиохимическими особенностями данного вида.
12
Сезонные изменения содержания металлотионеинов в теле моллюсков
D. polymorpha
Известно, что у гидробионтов, в частности у двустворчатых
моллюсков, избыток тяжелых металлов переводится в нетоксичную форму
особыми цитоплазматическими белками металлотионеинами. Содержание
металлотионеинов в биологических объектах используют в качестве
показателя загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (Данилин,
2004), при этом, необходимо отметить, что влияние сезона на содержание
металлотионеинов в теле D. polymorpha недостаточно исследовано.
Полученные нами данные о сезонных изменениях содержания
металлотионеинов в теле моллюсков D. polymorpha представлены в таблице
4.
Выявлено увеличение концентрации металлотионеинов в теле
моллюсков D. polymorpha от весны к зиме. Так, с апреля по июнь
содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha увеличилось в 2,7 раза, с
июня по сентябрь - в 1,2 раза, а с сентября по декабрь - в 2,4 раза. Таким
образом, с апреля по декабрь содержание металлотионеинов в теле D.
polymorpha из оз. Форелевое увеличилось в 8 раз.
Таблица 4 - Сезонные изменения содержания металлотионеинов в теле D.
polymorpha из оз. Форелевое
Сезон
Содержание МТ, мкг/г
Весна
2,73 ± 0,17
Лето
7,38 ± 0,41 a
Осень
9,3 ± 0,95 a,b
Зима
22,4 ± 6,41 a,b,c
a – достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с данными для весны; b достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с данными для лета; c достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с данными для осени.
Зависимость содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha и
концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое показана на рис.2.
Значение R логарифмических уравнений для зависимостей между
уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых металлов в воде
составило для Cd (R = 0,91), Cu (R = 0,89), Pb (R = 0,74), Zn (R = 0,97)
соответственно.
13
Cu y = – 4,080Ln(x) – 7,539 R = 0,89
[R=0,48; P<0,05]
Pb y = – 5,055Ln(x) – 12,792 R = 0,74
[R=0,14; P<0,05]
25
20
20
15
15
МТ
МТ
25
10
10
5
5
0
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0
0,045
0
0,005
0,01
0,015
Вода
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
Вода
Zn y = – 12,245Ln(x) – 41,371 R = 0,97
[R=0,95; P<0,05]
Cd
y = 11,741Ln(x)+90,658 R = 0,91
[R=0,92; P<0,05]
25
20
20
15
15
МТ
МТ
25
10
10
5
5
0
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0
0,025
0
Вода
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
Вода
По оси х – Концентрация металла в воде оз. Форелевое, оси у – содержание
металлотионеинов в теле D. polymorpha. Зависимость аппроксимирована
логарифмическим уравнением. В квадратных скобках – коэффициент
корреляции Пирсона (R) и уровень значимости (P)
Рисунок 2 – Зависимость между концентрацией Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ в воде
оз. Форелевое и содержанием металлотионеинов в теле D. polymorpha
Значение коэффициента корреляции Пирсона между содержанием
металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и
Pb2+ в воде составило соответственно 0,95, 0,48, 0,92, 0,14. Высокие значения
коэффициента
корреляции
между
уровнем
металлотионеинов
и
концентрацией Zn2+ и Cd2+ в воде оз. Форелевое показывают, что уровень
металлотионеинов в теле D. polymorpha зависит от их содержания в воде. И
14
наоборот более низкие значения коэффициента корреляции между уровнем
металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Cu2+ и Pb2+ в воде
оз. Форелевое показывают более эффективное регулирование организмом
моллюсков аккумуляции данных металлов.
Зависимость содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha и
концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле моллюска показана на рис.3.
y = 6,678Ln(x) –0,895 R = 0,50
[R=0,43; P<0,05]
Cu
Zn y = – 25,969Ln(x) + 85,326 R = 0,82
[R=0,63; P<0,05]
25
20
20
15
15
МТ
МТ
25
10
10
5
5
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
5
10
15
20
ТМ
25
30
35
40
ТМ
Pb y = 0,614Ln(x) + 10,885 R = 0,003
[R=0,0005; P<0,05]
Cd y = 9,019Ln(x)+21,335 R = 0,69
[R=0,70; P<0,05]
25
20
20
15
15
МТ
МТ
25
10
10
5
5
0
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0
1,6
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
ТМ
ТМ
По оси х – Концентрация металла в теле D. polymorpha, оси у – содержание
металлотионеинов в теле D. polymorpha. Зависимость аппроксимирована
логарифмическим уравнением. В квадратных скобках – коэффициент
корреляции Пирсона (R) и уровень значимости (P)
Рисунок 3 – Зависимость между концентрацией Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ и
содержанием металлотионеинов в теле D. polymorpha
15
Значение R логарифмических уравнений для зависимостей между
уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых металлов в теле D.
polymorpha составило для Zn (R = 0,82), Cd (R = 0,69), Cu (R = 0,50), Pb (R =
0,003). Значение коэффициента корреляции Пирсона между содержанием
металлотионеинов и концентрацией Cd2+, Zn2+, Cu 2+ и Pb2+ в теле D.
polymorpha составило соответственно 0,70, 0,63, 0,43, 0,0005. Высокие
значения коэффициента корреляции между уровнем металлотионеинов и
концентрацией Zn2+ и Cd2+ в теле D. polymorpha показывают, что уровень
металлотионеинов зависит от их содержания в теле D. polymorpha. И
наоборот более низкие значения коэффициента корреляции между уровнем
металлотионеинов и концентрацией Cu2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha
показывают, что уровень металлотионеинов не зависит от содержания
данных металлов в теле моллюсков.
Значение R логарифмических уравнений было выше для
зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых
металлов в воде для Cd (R = 0,91), Cu (R = 0,89), Pb (R = 0,74), Zn (R = 0,97),
чем для зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией
этих металлов в теле D. polymorpha.
Полученные нами данные согласуются с результатами Bordin
(Bordin, 1997) по определению металлотионеинов в теле M. balthica.
Концентрация металлотионеинов в теле M. balthica увеличилась в 8 раз с
апреля по декабрь, такие же результаты получены для других морских и
пресноводных беспозвоночных (Hamilton, 1986; Christer, 1991, Roesijadi,
1994; Bebiano, 1999; Danilin, 2005, Данилин, 2002).
Таким образом, установлена сезонная динамика металлотионеинов в
теле D. polymorpha достигающая минимума в апреле и максимума в декабре.
Более высокие значения коэффициентов корреляции между концентрацией
Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое, теле D. polymorpha и уровнем
металлотионеинов в теле моллюсков показывают, что содержание
металлотионеинов в теле моллюсков зависит от концентрации Zn2+ и Cd2+ как
в воде, так и в теле D. polymorpha.
Межвидовые различия в содержании металлотионеинов в теле
моллюсков
Металлотионеины - белки, участвующие в формировании ответной
реакции клетки на стресс (Sanita di Toppi, 1999; DeMoor, 2000). Они
обнаружены во всех исследованных эукариотических организмах, а также в
клетках прокариот (Kagi, 1988).
Установлено, что разные виды животных обладают различной
способностью синтезировать металлотионеины (рис. 4). Показаны
межвидовые различия в содержании металлотионеинов между моллюсками,
обитающими в водах с различной соленостью M. edulis, D. polymorpha, U.
16
pictorum (Данилин, 2004), A. cygnea (Данилин, 2004), M. balthica (Bordin,
1997). Удельное содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha
составляет 10,3 мкг/г. В среднем удельное содержание металлотионеинов в
теле M. edulis в 3,39 раза выше, чем в теле D. polymorpha. Не обнаружено
достоверных отличий в содержании металлотионеинов у U. pictorum, A.
cygnea и Lymnaea sp.
мкг/г 40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
1 – M. edulis; 2 – D. polymorpha; 3 – M. balthica (Bordin, 1997); 4 – Planorbarius
sp. (Данилин, 2002); 5 – U. pictorum (Данилин, 2004); 6 – A. cygnea (Данилин,
2004); 7 – Lymnaea sp. (Данилин, 2002)
Рисунок 4 – Содержание металлотионеинов в теле моллюсков разных видов
Уровень металлотионеинов в теле Lymnaea sp. (Данилин, 2002),
составлял 1,6 мкг/г, что в 6,4 раза ниже, чем в теле D. polymorpha, и в 22 раза
ниже, по сравнению, с M. edulis. Содержание металлотионеинов у D.
polymorpha, M. balthica и Planorbarius sp. достоверно не отличались. Различия
в индукции металлотионеинов показаны для моллюсков M. balthica и Littorina
littorea в работах Langston и Zhou (Langston,1987а, 1987b).
Полученные результаты свидетельствуют об отличиях в содержании
металлотионеинов в теле моллюсков разных видов, обусловленные, на наш
взгляд, как местами обитания, характером питания, различием занимаемых
экологических ниш, так и разной способностью к активации
контролирующих синтез металлотионеинов генов.
17
Изменение содержания тяжелых металлов в теле D. polymorpha при
действии ионов тяжелых металлов
Установлено, что в условиях эксперимента при содержании в воде
Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ на уровне 1 ПДК происходит накопление этих
металлов в теле D. polymorpha (табл. 5). За ПДК принимается наибольшая
допустимая (недействующая) концентрация токсического вещества для
наиболее слабого (чувствительного) звена среди всех тест-объектов
(Владимиров, 1991).
Таблица 5 – Концентрация тяжелых металлов (мг/кг сухой массы) в теле D.
polymorpha в условиях эксперимента
Металл
Вода, мг/л
1
Эксперим
Контроль
ент
Контроль
Cd
0,0005 ± 0,0001
0,001
Cu
н/о
1
Pb
н/о
0,03
Zn
0,001 ± 0,0002
1
Период эксперимента, сутки
9
21
Контроль Эксперимент
Контроль Эксперимент
0,27 ± 0,02 0,22 ± 0,02
0,36 ± 0,03а
0,31 ± 0,02
6,2 ± 1,11
10,03 ± 1,16a
2,13 ± 0,22 a 16,25 ± 1,1a,b
0,37 ± 0,14 0,28 ± 0,04
0,55 ± 0,04
0,12 ± 0,02 a 1,06 ± 0,15a,b
37,0 ±2,94
40,46 ± 2,68
37,17 ± 3,12
5,4 ± 0,92
36,8 ± 2,2
0,45 ± 0,04а,b
37,05 ± 2,2
Примечание: a – достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с 1 сут.; b достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с 9 сут.
На 9 сутки в эксперименте при раздельном содержании в воде с Cd 2+,
Cu и Pb2+ на уровне 1 ПДК содержание этих металлов в теле D. polymorpha
увеличилось соответственно в 1,3, 1,7 и 1,5 раза по сравнению с 1-ми
сутками.
В эксперименте на 21 сутки концентрации Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле
D. polymorpha возросли соответственно в 1,7; 2,6 и 2,9 раза по сравнению с
1-ми сутками и соответственно - в 1,3; 1,6 и 1,9 раз по сравнению с 9-ми
сутками.
Необходимо отметить, что в течение всего периода эксперимента не
происходило статистически значимого увеличения содержания Zn2+ в теле D.
polymorpha при концентрации Zn2+ в воде на уровне 1 ПДК.
В контроле на 9 сутки наблюдалось понижение содержания Pb 2+,
2+
Cd и Cu2+ в теле D. polymorpha соответственно в 1,3; 1,2; 1,1 раза по
сравнению с 1 сутками. На 21 сутки в эксперименте содержание Pb2+ и Cu2+ в
теле D. polymorpha понизилось также в 2,3 и 2,5 раза соответственно по
сравнению с 9 сутками, в то время как концентрация Cd 2+ увеличилась в 1,4
раза. При этом, в контроле в течение всего периода эксперимента не
2+
18
выявлено статистически значимого изменения концентрации Zn2+ в теле D.
polymorpha.
Выявлены отличия в динамике накопления Pb2+, Cd2+, Cu2+ и Zn2+ в
теле D. polymorpha. Различия в степени аккумуляции Zn2+, обусловлены, по
нашему мнению, более выраженной физиологической регуляцией
моллюсками аккумуляции данного металла, что согласуются с данными
Amiard (Amiard, 1987) на M. edulis. По мнению Amiard моллюски способны
регулировать концентрацию Zn2+ в теле, такая закономерность обнаружена у
всех изученных двустворчатых моллюсков (Lakshmanan, 1989; Lushibtzky,
2005), амфипод (Ahsanullah, 1991; Borgmann, 1993) и других изученных
беспозвоночных (Raindow, 1989; Smolders, 2002).
Таким образом, выявлены отличия в динамике накопления Pb2+, Cd2+,
2+
Cu и Zn2+ в теле D. polymorpha. Показана способность D. polymorpha
регулировать концентрацию Zn2+ в теле независимо от содержания его в
окружающей среде. Эти данные исключают возможность использовать D.
polymorpha для мониторинга загрязнения водной среды Zn2+.
Выживаемость моллюсков D. polymorpha при действии ионов тяжелых
металлов
Биохимические
механизмы
формирования
повышенной
устойчивости гидробионтов к воздействию тяжелых металлов разнообразны.
Одним из показателей устойчивости организма к токсическому действию
ионов тяжелых металлов является выживаемость.
Установлено влияние содержания в воде Pb2+, Zn2+, Cd2+ , Cu2 на
уровне 1 ПДК на выживаемость D. polymorpha (рис. 5).
выживаемость, %
100
90
Pb
80
Zn
70
Cd
60
Cu
50
К
40
30
20
10
0
0
3
6
9
12
15
18
21
время, сутки
Рисунок 5 – Выживаемость моллюсков D. polymorpha в опытах при
раздельном содержании в воде Pb2+ , Zn 2+, Cd2+ и Cu2+
19
На 9 день эксперимента в опыте при раздельном введении Cu2+,
Zn2+, Pb2+ и Cd2+ выживаемость снижается соответственно на 17; 15; 12 и 2%
по сравнению с контролем.
На 21 сутки эксперимента в опытах с Cu2+ , Zn2+ , Pb2+ и Cd2+
выживаемость D. polymorpha понизилась на 72, 25, 17 и 7 % по сравнению с
контролем, а по сравнению с 9 сутками - соответственно на 55, 10, 5 и 5%.
Известно, что синтез металлотионеинов в организме гидробионтов
является ответом на действие стрессорных факторов физической и
химической природы, в том числе тяжелых металлов, которым отводится
главная роль в развитии толерантности при воздействии тяжелых металлов
(Doherty,1988; Bebianno, 1991; Klaassen, 1989; Posthuma, 1993; Lafontaine,
2000; Pourang, 2005). При этом металлотионеины участвуют в метаболизме
необходимых клеткам металлов (Zn, Mn, Cu и др.) и детоксифицируют
тяжелые металлы (Pb, Cd и др.).
Полученные нами данные о влиянии содержания в воде Cu2+ , Zn2+ ,
2+
Pb и Cd2+ на содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha в
эксперименте представлено в таблице 6.
Таблица 6 – Содержание металлотионеинов (мкг/г) в теле D. polymorpha в
условиях эксперимента
Сутки
Контроль
Cd
Cu
Pb
Zn
1
2,73 ± 0,17
9
3,1 ± 0,11 7,25 ± 0,4a 7,05 ± 0,39a 6,13 ± 0,1a 5,69 ± 0,2a
21
2,8 ± 0,09 18,05 ± 2,14a,b 17,2 ± 1,9a,b 17,77 ± 1,2a,b 10,28 ± 0,91a,b
Примечание: a – достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с 1 сут.; b достоверное отличие (р  0,05) по сравнению с 9 сут.
На 9 сутки эксперимента в опыте с Pb2+, Zn2+, Cd2+ и Cu2+ отмечено
повышение уровня металлотионеинов в теле моллюсков соответственно в
2,9; 2; 2,6 и 2,6 раза по сравнению с 1 сутками. На 21 сутки эксперимента
содержание металлотионеинов в теле моллюсков возросло соответственно в
6,5, 3,8, 6,6, 6,2 раза по сравнению с 1 днем, а по сравнению с 9 днем уровень
металлотионеинов в теле D. polymorpha понизился соответственно - в 2,9;
1,8; 2,5 и 2,4 раза.
В контроле, в течение всего эксперимента, не происходило
статистически значимого изменения содержания металлотионеинов в теле D.
polymorpha (таб. 12), при снижении концентрации Cu2+ и Pb2+ в теле D.
polymorpha в 2,6 и 2,9 раза соответственно на 21 сутки. Отсутствие изменения
содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha связано с
обезвреживанием ионов исследуемых металлов и будет определяться
скоростью выведения ионов металлов из организма моллюсков.
Водородный показатель (рН) представляет собой фактор,
20
регулирующий активность организмов. Оптимальное значение рН среды для
жизни D. polymorpha лежит в пределах рН 7,0-8,0. Показатель рН оз.
Форелевое приблизительно составляет рН 7,9.
При содержании моллюсков в течение 21 дня при раздельном
введении Cd2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+ на уровне 1 ПДК отмечено изменение рН
межстворчатой жидкости в сторону увеличения кислотности по сравнению с
контролем (рис. 9). Известно, что ионы тяжелых металлов изменяют рН
межстворчатой жидкости в сторону увеличения кислотности (Шкорбатов,
1990).
7,8
рН
*
7,7
*
*
7,6
*
7,5
7,4
*
Контроль
Cd
Pb
Zn
Cu
Отличие от контроля достоверно, p<0,05.
Рисунок 9 – рН межстворчатой жидкости D. polymorpha после 21 дня
содержания в воде с ионами тяжелых металлов
Снижение рН межстворчатой жидкости отмечалось при экспозиции
моллюсков в среде с тяжелыми металлами и составило Cu2+- 7,5, Zn2+- 7,57,
Pb2+- 7,62, Cd2+- 7,65. Наибольшее влияние на изменение рН оказывали Cu2+:
отмечено самое низкое значение рН.
Установлено влияние рН на выживаемость D. polymorpha. При рН
межстворчатой жидкости 7,77 выживаемость в контроле составляла 100%,
при раздельном введении в воду Cu2+, Zn2+, Pb2+ и Cd2+ рН межстворчатой
жидкости изменилась соответственно на 0,27, 0,20, 0,15 и 0,12. Самая низкая
выживаемость D. polymorpha отмечена в воде с содержанием Cu2+ - 1,0 мг/л,
при наименьшем значении рН межстворчатой жидкости, что можно
объяснить токсическим действием Cu2+ на организм D. polymorpha
вследствие нарушения структуры медьсодержащего белка гемоцианина
21
(Стадниченко, 1998; Божков, 1991), входящего в состав гемолимфы
моллюсков.
Таким образом, выявлено отрицательное влияние Cu2+, Zn2+, Pb2+ и
2+
Cd при раздельном введении на уровне 1 ПДК на выживаемость D.
polymorpha.
Установлена прямая зависимость между снижением
выживаемости и изменением рН межстворчатой жидкости у D. polymorpha.
Одновременное увеличение уровня металлотионеинов в теле D. polymorpha и
изменение рН межстворчатой жидкости, что по нашему мнению, можно
рассматривать как механизм защиты организма от токсического действия
Cu2+, Zn2+, Pb2+ и Cd2+.
D. polymorpha как индикатор загрязнения водоема тяжелыми металлами
К преимуществам биологического мониторинга относится то, что
полученная с его помощью информация позволяет дать интегральную
картину, учитывающую всю совокупность действующих факторов, а также
синергические и антагонистические эффекты их взаимодействия, в том числе
и тех, которые не отслеживают контролирующие уровень техногенного
загрязнения службы, поскольку они ориентированы на анализ фиксированной
номенклатуры техногенных токсикантов. Данная проблема особенно
актуальна при биоиндикации разовых, залповых сбросов предприятии в
водоемы. За короткий промежуток времени в воде достигаются значительные
концентрации поллютантов токсическое действие которых будет испытывать
экосистема водоема. В этот период необходимо, что бы используемый
биоиндикатор в кратчайшие сроки дал информационный отклик, и был
специфичен к определенному типу загрязнения. После прекращения действия
загрязнителя, в результате разбавления, переноса с током воды и т.д.,
биоиндикатор должен как можно быстрее вернуться на контрольный уровень.
Однако, одним из существенных недостатков методов биологического
мониторинга является сохранения повышенных показании биоиндикатора
значительное время после прекращении действия стрессорного фактора.
Использование в целях биологического мониторинга уровня
металлотионеинов в моллюсков позволяет прямо оценить биологическое
действие физических и химических агентов окружающей среды.
Полученные нами данные показывают способность D. polymorpha
накапливать в теле тяжелые металлы. Изменение содержания МТ
свидетельствует об информативности данного биохимического показателя
как биоиндикатора токсического действия ионов тяжелых металлов.
Полученные данные позволяют предположить, что уровень белков –
металлотионеинов в теле D. polymorpha может быть использован для
экологического мониторинга действия ионов тяжелых металлов.
Действительно, показано, что при действии Pb2+, Cd2+, Cu2+ и Zn2+ индукция
металлотионеинов в теле D. polymorpha будет обусловлена в большей
22
степени поступлением ионов Cd2+ что позволяет судить об избирательности
данного показателя на действие ионов Cd2+.
Представленные результаты свидетельствуют об эффективности и
информативности использования содержания металлотионеинов в теле D.
polymorpha в качестве биоиндикационного параметра в программах
биологического мониторинга антропогенно загрязненных тяжелыми
металлами территорий.
ВЫВОДЫ
1.
Содержание Cd2+, Zn2+, Pb2+ и Сu2+ в теле D. polymorpha
имеет сезонную динамику. Концентрация Pb2+ и Cd2+ теле D. polymorpha
зависит, а Zn2+ и Сu2+ — не зависит от их содержания в воде.
2.
Постоянный уровень Zn2+ в теле D. polymorpha
свидетельствует об ее способности регулировать концентрацию Zn2+
независимо от его содержания в окружающей среде.
3.
Рассчитанные коэффициенты накопления Cd2+, Zn2+, Pb2+ и
Сu для D. polymorpha: KНPb (28) > KНCu (295) > KНCd (385) >KНZn (1682)
показывают, что моллюски обладают различной способностью к
аккумуляции тяжелых металлов.
2+
4.
Установлена
сезонная
динамика
содержания
металлотионеинов в теле D. polymorpha, которая зависит как от концентрации
Zn2+ и Cd2+ в воде, так и в теле D. polymorpha.
5.
Межвидовые различия в содержании тяжелых металлов и
металлотионеинов в теле D. polymorpha обусловлены как экологическими
факторами, так и физиолого-биохимическими особенностями вида.
6.
При содержании в воде Pb2+ (0,03 мг/л), Zn2+ (1,0 мг/л), Cd2+
2+
(0,001 мг/л), Cu (1,0 мг/л) отмечено снижение выживаемости D. polymorpha
на фоне увеличения содержания уровня металлотионеинов в теле D.
polymorpha и изменения рН межстворчатой жидкости.
7.
Изменение уровня белков - металлотионеинов в теле D.
polymorpha можно рассматривать как механизм защиты организма от
токсического действия Cu2+, Zn2+, Pb2+ и Cd2+ и может быть использован в
качестве биоиндикатора в системе биомониторинга.
23
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ
1.
Павловская В.В. К вопросу изучения видового и полового
различия содержания металлотионеинов в моллюсках Dreissena polymorpha и
Mytilus edulis обитающих в водоемах Калининградской области / В.В.
Павловская, И.А. Шестакова // 8 Московская международная
телекоммуникационная конференция молодых ученых и студентов
«Молодежь
и
наука»
МИФИ.
–
Москва,
2004.
(http://molod.mephi.ru/reports.asp?rid=598).
2.
Павловская В.В. Различия содержания металлотионеинов у
двустворчатых моллюсков разных видов / И.А. Данилин, В.В. Павловская,
Е.А. Залуцкая // 9-ая Международная Пущинская школа-конференция
молодых ученых «Биология – Наука XXI века»: Сборник материалов. –
Пущино, 2005. - с. 293.
3.
Павловская В.В. Экологический мониторинг водных объектов с
хроническим комплексным загрязнением тяжелыми металлами / И.А.
Данилин, В.В. Павловская, Е.А. Залуцкая // Материалы 5-ой международной
научной конференции Сахаровские чтения 2005.: «Экологические проблемы
XXI века», - Минск, Республика Беларусь, 20-21 мая 2005г. - С. 105-106.
4.
Pavlovskaya V.V. Assessment of Metallothionein Concentration in
Bivalve Mollusсs Tissues Monitor Freshwater Pollution by heavy metals and
radionuclides / I.A. Danilin, V.V. Pavlovskaya // The 2nd International Conference
on Radioactivity in the Environment, - Nice, France, 2-6 October 2005. P. 570573.
5.
Павловская В.В. Анализ ответной реакции моллюска Dreissena
polymorpha при действии ионов тяжелых металлов с позиции биоиндикации /
В.В. Павловская, Е.А. Залуцкая, И.А. Данилин // Материалы 6-ой
международной научной конференции Сахаровские чтения 2006 года:
Экологические проблемы XXI века.- Минск, Республика Беларусь. – 18-19
мая 2006г. - С. 197 – 200.
6.
Павловская В.В. Анализ содержания металлотионеинов у
двустворчатых моллюсков разных видов обитающих в водоемах с различной
степенью антропогенной нагрузки / И.А. Данилин, В.В. Павловская, Е.А.
Залуцкая // «Вестник РУДН» серия Экология и безопасность
жизнедеятельности. - М, - 2006. - №1 (13). - С. 16-19.
7.
Павловская В.В. Экологические аспекты реакции моллюсков
Dreissena polymorpha на действие тяжелых металлов / И.А. Данилин, В.В.
Павловская // Экологическое состояние природной среды и научно24
практические аспекты современных мелиоративных технологий: Сб. науч.
тр. Вып. 2. – Рязань: Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, - 2006. - С. 22-28.
8.
Павловская В.В. Эндоэкологические аспекты реакции моллюсков
на загрязнение водоема радионуклидами / И.А. Данилин, В.В. Павловская // V
съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология,
радиационная безопасность). - Москва, - 2006. - с. 97.
9.
Павловская В.В. Содержание тяжелых металлов в тканях
Dreissena polymorpha / В.В. Павловская, И.А. Данилин, Е.А. Залуцкая // The
Сonference «Technology Science Works in the Western Lithuania», Klaipeda
university. - Klaipeda, Lithuania, - 2006. – с. 226-227.
10.
Павловская В.В. Сезонные изменения металлотионеинов в тканях
Dreissena polymorpha / Е.А. Залуцкая, В.В. Павловская, И.А. Данилин // The
Сonference «Technology Science Works in the Western Lithuania», Klaipeda
university. - Klaipeda, Lithuania, - 2006. – с. 227-229.
11.
Павловская В.В. Удельное содержание металлотионеинов в
тканях моллюсков - биоиндикатор загрязнения водоема тяжелыми металлами
/ И.А. Данилин, В.В. Павловская // «Вестник РУДН» серия Экология и
безопасность жизнедеятельности. - М, - 2006. - №2 (14). - С. 87-92.
25
ПАВЛОВСКАЯ
Валерия Владимировна
Экологические аспекты реакции моллюсков
Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) на действие
ионов тяжелых металлов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Подписано в печать 10.10 2007г. Заказ № Объем 1,5 усл. п.л.. Тираж 100 экз.
26