ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТКАНЯХ И ОРГАНАХ

Содержание тяжелых металлов в тканях и органах промысловых рыб Куйбышевского водохранилища
25
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 597.08:628.394
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТКАНЯХ И ОРГАНАХ
ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
 2011 г.
А.С. Ваганов
Ульяновский государственный технический университет
waganovas@mail.ru
Поступила в редакцию 23.03.2011
Показаны особенности содержания и распределения тяжелых металлов (Fe, Zn, Cu, Cr, Pb) в мышцах, жабрах, чешуе, сердце, печени, гонадах леща, синца, щуки в возрасте шести лет, обитающих в
Куйбышевском водохранилище. Установлено влияние факторов (пол, тип питания) на уровень содержания тяжелых металлов в тканях и органах исследуемых видов рыб.
Ключевые слова: тяжелые металлы, промысловые виды рыб.
Введение
Проблема аккумуляции токсикантов в тканях и органах основных промысловых видов
рыб Куйбышевского водохранилища стоит очень
остро. Рыба является одним из компонентов пищевого рациона населения, и избыточное содержание тяжелых металлов (ТМ) в рыбопродуктах,
в конечном итоге, отражается на здоровье человека [1]. Поступая в избытке и превосходя индивидуальные потребности организмов, тяжелые металлы могут вызывать нарушения различных
функций гидробионтов, накапливаться в их органах, превышая нормируемые величины [2]. Известно, что накопление большой группы микроэлементов в рыбах находится в прямой зависимости от их содержания в водах. Так, загрязнение
воды в Куйбышевском водохранилище превышает предельно допустимые концентрации
(ПДК) по цинку – в 2.7, по железу – в 1.3 раза
[3, 4]. Поэтому контроль изменения уровней
содержания металлов в организмах гидробионтов актуален и необходим.
Цель работы – исследование содержания тяжелых металлов (Zn, Cu, Fe, Cr, Pb) и влияния
типа питания, пола гидробионта на их распределение между тканями и органами шестилеток
леща, синца, щуки Куйбышевского водохранилища.
Материалы и методы исследования
В период 2009–2010 гг. были организованы
экспедиции по натурному обследованию вы-
бранной акватории Куйбышевского водохранилища (Ундоровский плѐс). Сбор ихтиологического материала осуществлялся постановкой
ставных сетей на глубину от 8 до 15 м.
Для изучения микроэлементного состава выбрано три вида рыб, относящихся к различным
уровням трофической цепи: 1 – лещ (Abramis
brama (Linnaeus, 1758)), бентофаг; 2 – синец
(A. ballerus (Linnaeus, 1758)), зоопланктофаг; 3
– щука (Esox lucius (Linnaeus, 1758)), хищник.
Определение возраста леща и синца производили по спилам первого луча дорсального
плавника, щуки – первого луча вентрального
плавника. Пол рыбы и стадия зрелости определялись в ходе исследования гонад. Для установления размерных показателей измеряли
длину всей рыбы, а также длину без хвостового плавника.
Для биогеохимического исследования рыбы
использовали половозрелых жизнеспособных
особей в возрасте шести лет, длина тела (с хвостовым плавником) составляла у леща от 33 до
43, у синца – от 18 до 23, у щуки – от 37 до 50 см.
Для получения статистически достоверных результатов для каждой пробы использованы от 19
до 25 особей. Этой операцией достигалось количественное интегрирование каждой пробы.
Для физико-химического анализа использовали дифференцированные пробы различных
тканей и органов исследуемых рыб: мышцы,
жабры, чешуя, печень, гонады. После отбора
проб исследуемых гидробионтов (лещ, синец,
щука), органы и ткани рыбы были упакованы в
полиэтиленовые пакеты и хранились в моро-
А.С. Ваганов
26
Таблица 1
Накопление тяжелых металлов в тканях и органах леща Куйбышевского водохранилища,
мг/кг сырой массы (2010 г.)
Ткани и органы
Fe
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
27.65 ± 0.83
62.58 ± 1.88
19.95 ± 0.60
39.89 ± 1.20
237.48 ± 7.13
46.76 ± 1.40
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
24.77 ± 0.74
34.60 ± 1.04
18.98 ± 0.60
36.45 ± 1.09
226.33 ± 6.79
44.39 ± 1.33
Zn
Cu
Самки (n = 24, P = 0.95)
34.25 ± 1.03
0.56 ± 0.02
27.63 ± 0.83
0.21 ± 0.01
6.10 ± 0.18
0.25 ± 0.01
45.08 ± 1.35
0.43 ± 0.01
89.72 ± 2.69
0.75 ± 0.02
16.02 ± 0.48
0.11 ± 0.005
Самцы (n = 22, P = 0.95)
31.20 ± 0.94
0.54± 0.02
27.92 ± 0.84
0.21 ± 0.01
6.13 ± 0.18
0.24 ± 0.01
42.49 ± 1.30
0.52 ± 0.02
85.63 ± 2.57
0.76 ± 0.02
14.23 ± 0.43
0.10 ± 0.005
зильной камере холодильника, согласно ГОСТ
7631-85.
Валовое содержание ТМ (Fe, Zn, Cu, Ni, Cr)
в пробах биологических образцов определяли
атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Спектр-5М» по методике ПНД Ф
16.1:2.2:2.3:3.36-02. Пробоподготовку биологического материала для физико-химического
анализа проводили согласно ГОСТ 26929-94.
Результаты анализов обрабатывали с помощью
программы Microsoft Excel с вычислением среднего арифметического значения ( x ), его отклонения (d = x– x ), стандартного отклонения
(S =
 d 2 /(n  1) ) и доверительного интервала
( x    или x  S  t,K / n ). Значение заданной
доверительной вероятности α = 0.95.
Результаты и их обсуждение
Накопление ТМ в тканях и органах рыб зависит от абиотических условий, занимаемой
экологической ниши, пола и возраста. Большая
биогеохимическая роль способа питания подчеркивается во многих работах, причем, как
правило, в хищных рыбах микроэлементов содержится меньше, чем в планктофагах [5].
Зависимость аккумуляции ТМ в тканях и органах леща, связанная с половой принадлежностью, показана в табл. 1. ПДК ТМ (мг/кг) следующие: по железу – 30.0, по цинку – 40.0, по
меди – 10.0, по хрому – 1.0, по свинцу – 1.0. Во
всех исследуемых органах леща содержание
хрома, меди и свинца не превышают установленные нормативы ПДК. Превышение ПДК по
железу наблюдается у самок леща в жабрах –
2.1; в сердце – 1.3; в печени – 7.9; в гонадах –
Cr
Pb
0.26 ± 0.01
0.10 ± 0.005
0.11 ± 0.005
0.19 ± 0.01
0.02 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.03 ± 0.005
0.03 ± 0.005
1.20 ± 0.04
0.01 ± 0.005
0.20 ± 0.01
0.19 ± 0.01
0.12 ± 0.005
0.25 ± 0.01
0.02 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.03 ± 0.005
0.03 ± 0.005
0.80 ± 0.04
0.01 ± 0.005
1.6. У самцов леща нормативы ПДК по железу
превышены в сердце – 1.2; в жабрах – 1.2; в печени – 7.5; в гонадах – 1.5. Превышение ПДК по
содержанию цинка наблюдается у самок и самцов леща, в равной степени в сердце – 1.1, в печени – 2.2.
Содержание всех исследуемых ТМ в тканях
и органах самок леща (6+) выше, чем у самцов.
В распределении ТМ по организмам самок и
самцов наблюдаются одинаковые тенденции,
представленные в следующих рядах: в мышцах
и сердце – Zn > Fe > Cu > Cr > Pb, в печени – Fe
> Zn > Cu > Pb > Cr, в жабрах, чешуе и гонадах
– Fe > Zn > Cu > Cr > Pb.
Высокое содержание меди у леща отмечается в мышцах, сердце и печени. Наибольшая
концентрация хрома обнаружена в мышцах и
сердце леща. Значительное содержание этого
металла отмечено в жабрах и чешуе, которые
активно участвуют в обмене хрома между рыбой и окружающей средой. Свинец больше
всего аккумулируется в печени и мышцах;
так, его содержание в печени самок составляет 1.2 ПДК. Наряду с этим, значительное содержание свинца отмечено в жабрах и чешуе.
Данный факт, возможно, свидетельствует о
двух путях поступления этого поллютанта в
организм рыбы: трофическом и сорбционном.
Установленное повышенное содержание железа и цинка в исследуемых органах можно
объяснить активным участием этих элементов в
метаболических процессах и избыточным поступлением их в организм рыб из компонентов
окружающей среды.
Концентрация ТМ в тканях и органах синца
представлена в табл. 2.
Содержание тяжелых металлов в тканях и органах промысловых рыб Куйбышевского водохранилища
27
Таблица 2
Накопление тяжелых металлов в тканях и органах синца Куйбышевского водохранилища,
мг/кг сырой массы (2010 г.)
Ткани и органы
Fe
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
15.33 ± 0.46
3.00 ± 0.09
12.67 ± 0.38
38.75 ± 1.16
101.71 ± 3.05
40.35 ± 1.21
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
15.15 ± 0.45
2.05 ± 0.06
12.80 ± 0.38
36.53 ± 1.10
100.55 ± 3.02
40.58 ± 1.22
Zn
Cu
Самки (n = 25, P = 0.95)
3.46 ± 0.10
0.44 ± 0.01
2.45 ± 0.07
1.22 ± 0.04
20.25 ± 0.61
1.38 ± 0.04
4.12 ± 0.12
0.75 ± 0.02
5.97 ± 0.18
0.53 ± 0.02
7.97 ± 0.24
0.07 ± 0.01
Самцы (n = 25, P = 0.95)
3.02 ± 0.09
0.52 ± 0.02
2.26 ± 0.07
1.04 ± 0.03
18.75 ± 0.56
1.35 ± 0.04
4.05 ± 0.12
0.84 ± 0.03
6.05 ± 0.18
0.45 ± 0.01
7.86 ± 0.24
0.04 ± 0.005
Cr
Pb
0.32 ± 0.01
0.11 ± 0.001
0.21 ± 0.01
0.28 ± 0.01
0.01 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.03 ± 0.005
0.06 ± 0.01
0.15 ± 0.005
0
0.30 ± 0.01
0.10 ± 0.005
0.14 ± 0.005
0.27 ± 0.01
0.02 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.05 ± 0.005
0.04 ± 0.005
0.03 ± 0.005
0.06 ±0.005
0.12 ± 0.005
0
Таблица 3
Накопление тяжелых металлов в тканях и органах щуки Куйбышевского водохранилища,
мг/кг сырой массы (2010 г.)
Ткани и органы
Fe
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
26.63 ± 0.55
31.55 ± 0.83
18.35 ± 0.41
29.06 ± 0.81
53.09 ± 1.50
12.38 ± 0.45
Мышцы
Жабры
Чешуя
Сердце
Печень
Гонады
24.36 ± 0.55
30.55 ± 0.83
16.55 ± 0.41
27.16 ± 0.81
50.91 ± 1.50
10.36 ± 0.45
Zn
Cu
Самки (n = 21, P = 0.95)
22.33 ± 0.61
0.91 ± 0.03
14.27 ± 0.33
0.90 ± 0.03
17.27 ± 0.41
1.55 ± 0.04
22.18 ± 0.62
0.94 ± 0.03
15.74 ± 0.40
1.10 ± 0.04
8.05 ± 0.22
0.40 ± 0.01
Самцы (n = 19, P = 0.95)
20.23 ± 0.61
0.81 ± 0.03
12.75 ± 0.33
0.90 ± 0.03
16.02 ± 0.41
1.05 ± 0.04
20.15 ± 0.62
0.90 ± 0.03
15.00 ± 0.40
1.00 ± 0.04
7.65 ± 0.22
0.40 ± 0.01
Содержание цинка, хрома, меди и свинца во
всех исследуемых тканях и органах синца (6+)
находится в пределах ПДК. Превышение нормативов ПДК у самок и самцов синца отмечается по железу в сердце, печени и гонадах. Превышение Fe у самок: в сердце – 1.3, в печени –
3.4, в гонадах – 1.4; у самцов: в сердце – 1.2, в
печени – 3.4, в гонадах – 1.4.
Содержание определяемых ТМ в тканях и
органах самок синца (6+) выше, чем у самцов.
Характер распределения поллютантов у самок и
самцов сходен и выглядит следующим образом:
в мышцах, сердце, жабрах и гонадах – Fe > Zn >
Cu > Cr > Pb; в чешуе – Zn > Fe > Cu > Cr > Pb;
в печени – Fe > Zn > Cu > Pb > Cr.
В представленной литературе по исследуемой теме отмечается избирательное накопление
ТМ различными органами рыб, причем наиболее интенсивно накопление элементов происходит в органах, контактирующих с водой: чешуе,
жабрах [6].
Cr
Pb
0.45 ± 0.01
0.20 ± 0.005
0.20 ± 0.005
0.41 ± 0.01
1.05 ± 0.03
0.03 ± 0.005
0.20 ± 0.005
0.15 ± 0.005
0.15 ± 0.005
0.46 ± 0.04
0.62 ± 0.03
0.46 ± 0.03
0.40 ± 0.01
0.20 ± 0.005
0.20 ± 0.005
0.41 ± 0.01
1.00 ± 0.03
0.03 ± 0.005
0.20 ± 0.005
0.15 ± 0.005
0.15 ± 0.005
0.40 ± 0.04
0.60 ± 0.03
0.40 ± 0.03
Распределение меди по органам синца выглядит следующим образом: чешуя → жабры →
сердце → печень → мышцы → гонады. Наибольшая концентрация меди у синца наблюдается в чешуе и жабрах, также отмечается значительное содержание свинца в этих органах.
Установленное высокое содержание меди в печени, сердце и мышцах показывает характер еѐ
аккумуляции в организме синца. Высокое содержание хрома отмечается в мышцах, у самок
его концентрация выше. Самое высокое содержание свинца обнаружено в печени и мышцах
синца.
Содержание ТМ в тканях и органах щуки
представлено в табл. 3.
В результате исследования установлено, что
в организме щуки в пределах норматива ПДК
содержатся цинк, медь, свинец. Отмечено превышение ПДК по железу у самок и самцов в
жабрах – 1.1 в печени – 1.8. Интенсивное
накопление элементов в жабрах, видимо, явля-
А.С. Ваганов
28
ется следствием кратковременного воздействия
сточных вод.
Аккумуляция исследуемого ряда ТМ у самок
щук (6+) во всех исследуемых тканях и органах
выше, чем у самцов. Чѐтко фиксируется неравномерность накопления ТМ различными органами. В частности, распределение ТМ у самок
имеет следующий вид: в мышцах, жабрах, печени и чешуе – Fe > Zn > Cu > Cr > Pb, в гонадах, сердце – Fe > Zn > Cu > Pb > Cr. У самцов
ряд содержания ТМ по органам выглядит следующим образом: в мышцах, жабрах, чешуе –
Fe > Zn > Cu > Cr > Pb; в печени и сердце – Zn >
Fe > Cu > Cr > Pb, в гонадах – Fe > Zn > Pb > Cu
> Cr.
Высокое содержание меди отмечается у щуки в печени и сердце; свинца – в гонадах; хрома
– в мышцах. Установленные низкие значения
хрома, свинца в жабрах и чешуе щуки, возможно, свидетельствуют о трофической природе их
аккумуляции.
Выводы
1. Установлено, что содержание меди находится в пределах норматива ПДК во всех тканях
и органах исследуемых видов рыб. Превышение
предельно допустимых концентраций по железу
отмечено у леща в жабрах, сердце, печени и
гонадах; у синцов в сердце, печени и гонадах; у
щук в жабрах и печени. По цинку ПДК превышено у лещей в сердце и печени. Содержание
хрома выше ПДК в печени щук, а свинца – в
печени самок лещей.
2. Содержание определяемых ТМ (Zn, Cu,
Fe, Cr, Pb) в тканях и органах самок исследуемого ряда рыб (лещ, синец, щука) выше, чем у
самцов.
3. Распределение тяжелых металлов в организмах леща, щуки и синца характеризуется
неоднородностью, что определяется физикохимическими свойствами элементов, функциональными особенностями тканей и органов,
эколого-биологическими
характеристиками
изучаемых видов рыб. Аккумуляция ТМ у леща
наблюдается, в основном, в печени (железо,
цинк, медь и свинец); в мышцах – хрома. Установленная закономерность аккумуляции ТМ у
синца следующая: в печени – железо и свинец; в
чешуе – цинк и медь; в мышцах и сердце –
хром. Закономерность накопления металлов у
щуки определяется высоким содержанием в
печени – железа; в чешуе – меди; в мышцах –
железа, хрома, свинца и цинка.
Список литературы
1. Розенберг Г.С., Краснощеков Г.П. Волжский
бассейн: экологическая ситуация и пути рационального природопользования. Тольятти: ИЭВБ РАН,
1996. 249 с.
2. Евланов И.А., Козловский С.В., Минеев А.К.
Этапы антропогенного воздействия на ихтиофауну
Средней Волги // В сб.: Взаимодействие природы и
человека на границе Европы и Азии. Самара: Самарский гос. ун-т, 1996. С. 90–92.
3. Информационный бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов, водохозяйственных
систем и сооружений на территории Ульяновской
области за 2009 год. Ульяновск: Отдел водных ресурсов по Ульяновской области, 2010. 243 с.
4. Линник П.Н. Формы миграции тяжелых металлов и их действие на гидробионтов // В сб.: Экспериментальная водная токсикология. Рига: Знание, 1986.
С. 123–131.
5. Ваганов А.С., Ваганова Е.С., Климов Е.С. Содержание тяжелых металлов в тканях и органах щуки Куйбышевского водохранилища // Тез. докл. международной конф. XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции». Ульяновск: Изд-во
УлГПУ, 2011. С. 279–282.
6. Батоян В.В., Сорокин В.Н. Микроэлементы в
рыбах Куйбышевского водохранилища // Экология.
1989. № 6. С. 81–83.
HEAVY METAL CONTENT IN TISSUES AND ORGANS
OF COMMERCIAL FISH SPECIES IN THE KUIBYSHEV RESERVOIR
A.S. Vaganov
Some peculiarities are described of heavy metal (Fe, Zn, Cu, Cr, Pb) content and distribution in muscles, gills,
scales, heart, liver, gonads of six-year-old breams, zopes and pikes inhabiting the Kuibyshev reservoir. The influence
of factors (gender, food type) on the level of the heavy metal content in tissues and organs of the species studied has
been established.
Keywords: heavy metal content in commercial fish species, pollutant distribution over hydrocole organs.