Микроэлементный состав тканей некоторых видов

Вестник ДВО РАН. 2013. № 5
УДК 557.170.49:594.11:577.118
Н.И. СТЕБЛЕВСКАЯ, Н.В. ПОЛЯКОВА, Е.А. ЖАДЬКО, С.В. ЧУСОВИТИНА
Микроэлементный состав тканей
некоторых видов гидробионтов
залива Петра Великого (бухта Северная)
Изучено содержание некоторых микроэлементов в мышечной ткани, жабрах и печени камбалы остроголовой и наваги тихоокеанской, а также в раковине и мягких тканях сеголеток приморского гребешка и тихоокеанской мидии зал. Петра Великого (Японское море). Определены особенности распределения и накопления
микроэлементов органами и тканями гидробионтов. Показано, что содержание железа, цинка, меди в мускуле
гребешка в 2 раза больше, а кальция в 2 раза меньше, чем в мускуле мидии.
Ключевые слова: микроэлементы, гидробионты, Японское море.
Microelement composition of tissues of some species of aquatic organisms of Peter the Great Bay (Northern
Bay). N.I. STEBLEVSKAYA, N.V. POLYAKOVA (Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok), E.A. ZHAD’KO,
S.V. CHUSOVITINA (Far East State Technical Fishery University (Dalrybvtuz), Vladivostok).
The content of some trace elements in muscle tissue, gills and liver of point-headed flounder and Pacific navaga, as
well as in the shells and soft tissues of fi ngerlings of Japanese scallop and Pacifi c mussel of Peter the Great Bay (Sea
of Japan) have been studied. The features of distribution and accumulation of trace elements in organs and tissues of
aquatic organisms have been determined. It was shown that the content of iron, zinc and copper in the muscle tissue of
the Japanese scallop is two times more than in the muscle tissue of mussel, while calcium concentration is two times less.
Key words: microelements, aquatic organism, Sea of Japan.
Современное состояние прибрежных морских акваторий Дальнего Востока,
особенно Японского моря, определяется значительным антропогенным и техногенным
воздействием, приводящим к изменениям природного фона многих элементов и их содержаний в морских организмах.
К настоящему времени накоплен огромный материал о химическом составе морских
организмов. Исследования проводились на обитателях как океанической пелагиали, так
и прибрежных акваторий и эстуариев рек. Причем в последних местообитаниях колебания концентраций микроэлементов, в том числе токсичных, значительно варьируют и
непостоянны по сравнению с океаническими водами. Поэтому количественная оценка
содержания микроэлементов в морских организмах в сравнительном аспекте важна как
для практических целей, так и для выяснения причин, определяющих микроэлементный
состав.
Элементный состав организмов гидробионтов обусловлен и видовыми особенностями, и биологической значимостью элементов в их организмах. Известно, что химические
элементы в гидробионтах разных видов ведут себя по-разному: одни обнаруживают тенденцию к уменьшению концентрации, другие – к накоплению [8]. Поэтому сведения о содержании и распределении микроэлементов в органах и тканях водных организмов, в частности рыб и моллюсков, интересны как для понимания закономерностей аккумуляции
*СТЕБЛЕВСКАЯ Надежда Ивановна – доктор химических наук, ведущий научный сотрудник, ПОЛЯКОВА
Наталья Владимировна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник (Институт химии ДВО
РАН, Владивосток), ЖАДЬКО Елена Александровна – кандидат биологических наук, доцент, ЧУСОВИТИНА
Светлана Васильевна – кандидат биологических наук, доцент (Дальневосточный государственный технический
рыбохозяйственный университет, Владивосток). *E-mail: steblevskaya@ich.dvo.ru
127
и переноса микроэлементов в водной среде, так и с точки зрения их роли в процессе жизнедеятельности организмов [8, 13]. Кроме того, контроль уровня содержания микроэлементов в тканях и органах гидробионтов необходим в связи c все увеличивающимся загрязнением водной среды.
Благодаря концентрационной функции моллюски и макрофиты способны аккумулировать микроэлементы в количестве в 103–105 раз большем, чем их содержится в водной
среде. Токсичные элементы накапливаются в тканях морских организмов, что приводит к
ухудшению качества биоресурсов. Качество же пищевых продуктов, получаемых из гидробионтов, предопределяет здоровье и продолжительность жизни человека.
Исследование рыб и моллюсков зал. Петра Великого проводится уже давно, но не теряет своей актуальности в связи с постоянно меняющейся антропогенной нагрузкой на прибрежные промысловые водоемы и увеличением спроса на морепродукты. Как выяснено
[13], уровни содержания металлов в моллюсках из районов, подверженных наибольшему
антропогенному влиянию (бухта Славянка), в 2002–2004 гг. достоверно превышали концентрации элементов в моллюсках из относительно чистых районов (о-в Рейнеке). Выявлена [8] положительная корреляция между концентрациями Mn, Cr, Cd и Cо в мягких
тканях мидии Грея, Zn, As, Pb, Co и Сu в мягких тканях устрицы, Fe в мягких тканях
модиолуса и в донных отложениях с мест сбора моллюсков.
В зал. Петра Великого развито прибрежное рыболовство, функционируют марикультурные хозяйства, в промышленных объемах добываются водоросли. В частности, более
десяти лет в бухте Северная существует научно-производственная база марикультуры
Дальрыбвтуза и работает мини-завод по производству дальневосточного трепанга и товарного гребешка. В связи с этим представляется важным исследовать динамику содержания микроэлементов в тканях культивируемых организмов, в частности моллюсков.
Такие данные могут служить определенной теоретической базой при использовании
микроэлементов в качестве биостимуляторов роста личинок и молоди культивируемых
моллюсков в различных биогеохимических обстановках. Мониторинговые исследования
микроэлементного состава органов и тканей морских промысловых гидробионтов, в частности тканей рыб бухты Северная, помогут выявить индикаторы загрязнения вод бухты,
они необходимы для установления пороговых концентраций, превышение которых ведет
к необратимым физиологическим процессам в гидробионтах. Кроме того, такие данные
служат показателем качества промысловых гидробионтов.
Настоящее исследование является первым в серии работ по изучению динамики микроэлементного состава в тканях промысловых и культивируемых гидробионтов бухты
Северная.
Материал и методы исследования
Рыбы-бентофаги камбала остроголовая (Hippoglossoides (Cleisthenes) herzensteini Schmidt, 1904) и навага тихоокеанская (Eleginus gracilis (Til.), моллюски-фильтраторы мидия тихоокеанская (Mytilus trossulus) и гребешок приморский (Mizuhopecten
yessoensis) были отобраны в бухте Северная зал. Петра Великого (Японское море). Для
исследования взяты мышечная ткань, жабры и печень указанных рыб, а также мягкие
ткани и раковины моллюсков. Всего анализу подвергнуто по 60 проб органов и тканей
каждого вида гидробионтов. Пробоподготовка осуществлялась в соответствии с рекомендациями [1, 12, 16]: образцы помещали в тефлоновые автоклавы, добавляли смесь
азотной и соляной кислот (1 : 2) и разлагали в микроволновом реакторе Milestone UltraCLAVE (Италия) 60 мин при 200оС и давлении 60 атм. Элементный анализ подготовленных растворов проб проводили рентгенофлуоресцентным методом с полным внешним
отражением (TXRF) на приборе TXRF 8030 C (FEI Company, Germany). Пробу объемом
10 мкл наносили на подложку из полированного кварцевого стекла. Время измерения –
128
500 с, источники возбуждения – МоКα и WBr35. Внутренний стандарт – раствор иттрия с
концентрацией 50 мкг/мл. Предел обнаружения варьирует для различных элементов от
10-7 до 10-10 %.
Результаты и их обсуждение
Результаты микроэлементного анализа проб образцов печени, жаберной и мышечной тканей рыб, раковины и мягких тканей моллюсков приведены в табл. 1 и 2; особенности распределения и накопления микроэлементов в мышечной ткани, жабрах и печени камбалы и наваги – на рис. 1 и 2.
Очевидно, что таксономически близкие гидробионты, обитающие в одном и том же
водном объекте, должны иметь определенное сходство в микроэлементном составе в силу
сравнительной однородности среды [3, 6, 14]. Однако специфика вида, характер питания,
образ жизни, локальные загрязнения в водоемах обусловливают различия между ними в
содержании микроэлементов в тканях и других органах.
Имеются литературные данные, указывающие на наличие индивидуальной дифференциации содержания металлов в зависимости от экологической специфики рыб, а именно
на преобладание тяжелых металлов в организме бентофагов [6]. В то же время было показано, что рыбы разных видов из одного водоема обнаруживают больше сходства в картине
распределения тяжелых металлов, чем один и тот же вид из разных, особенно внутренних,
водных объектов [5, 6].
Наши исследования выявили определенные сходство и различия в накоплении органами и мышечными тканями наваги и камбалы ряда микроэлементов (табл. 1 и 2).
Жизненно важные металлы и неметаллы: фосфор, сера, калий, кальций – в сравнительно одинаковых и достаточно больших количествах содержатся и в мышечной ткани,
и в печени, и в жабрах как наваги, так и камбалы. При этом в жабрах обоих видов рыб
содержится значительное количество кальция, фосфора, железа, стронция, калия и цинка (табл. 1, рис. 1 и 2). Титан обнаружен только в пробах из жабр камбалы – 30,5 мкг/г
(табл. 1). То же характерно и для циркония, его содержание в жабрах камбалы – 2,22 мкг/г.
Тяжелые металлы свинец, хром, кадмий не обнаружены ни в одном из органов наваги и камбалы. А цинк, медь, железо присутствуют в пробах всех анализируемых
Таблица 1
Концентрация микроэлементов в тканях рыб, мкг/г сухой массы
Элемент
P
S
K
Ca
Fe
Cu
Zn
As
Se
Br
Sr
Mn
Ni
Ti
Zr
печень
4170
2480
2090
74,67
223
7,39
33,75
3,54
2,33
0,629
1,41
0
0
0
0
Камбала
мышечная ткань
2180
2330
2330
82,10
9,01
0,598
7,46
3,43
0,593
0,377
0,875
0
1,01
0
0
жабры
6590
1870
1140
7844
95,87
1,53
35,58
0
0
0
59,54
9,05
0
30,5
2,22
129
печень
2070
1800
1400
220
40,6
3,02
23,89
3,46
1,26
0,536
2,16
1,61
0
0
0
Навага
мышечная ткань
1810
2190
1690
260
6,75
0,553
9,08
3,08
0,510
0,401
2,82
1,43
0
0
0
жабры
9540
2970
2170
16600
153
3,4
48,1
0
2,07
3,61
97,3
0
4,35
0
0
частей рыб. Распределение железа в печени
и жабрах наваги и камбалы прямо противоКонцентрация микроэлементов в раковине*
положное:
у камбалы его гораздо больше в
и мягких тканях сеголеток мидии тихоокеанской
и гребешка приморского, мкг/г сухой массы
печени (223 мкг/г), у наваги – в тканях жабр
(153 мкг/г). В мышечной ткани камбалы и
Элемент
Мидия
Гребешок
наваги примерно одинаковое количество
P
2700
2800
железа – в пределах 6–10 мкг/г. Марганец
S
2900
4100
K
300
300
не обнаружен в печени и мышцах камбалы
Ca
5200
2900
и накапливается лишь в жабрах (9,05 мкг/г).
Ti
29,5
32,1
И наоборот, в жабрах наваги марганца нет,
Mn
12,9
35,6
а в печени и мышечной ткани наваги – 1,61
Fe
101
325
и 1,43 мкг/г, соответственно. Содержание
Cu
3,9
6,93
селена, являющегося биологически активZn
58,1
116
ным микроэлементом, обеспечивающим
As
0
0
нормальное функционирование ферменSe
1,94
4,2
тативной антиоксидантной системы орBr
1,78
3,86
ганизма [2, 4], в 2 раза больше в печени
Sr
42,6
51,7
камбалы,
а в мышечной ткани обоих видов
Cd
0
5,89
рыб
примерно
одинаково. Для брома проNi
0
7,6
слеживается
аналогичная
закономерность.
*
Мидия: Ca – 96000; Sr – 1100; гребешок: Ca – 92000;
Токсичный
элемент
мышьяк
не обнаружен
Sr – 800.
в жабрах ни наваги, ни камбалы, в то время
как в печени и мягкой ткани обoих видов рыб его содержание составляет 3,08–3,54 мкг/г.
Концентрация элементов Аs, Zn, Cu в органах и тканях гидробионтов не превышает ПДК,
лишь незначительно превышено содержание Zn в жабрах наваги.
Известно [7, 8, 15], что видовая специфичность моллюсков проявляется в концентрировании разных элементов в большей или меньшей степени. Например, было обнаружено, что уровень содержания железа в анадаре Броутона (Anadara broughtoni) значительно
выше, чем в остальных видах, в том числе и в мускуле тихоокеанской мидии и приморского гребешка [7]. Как видно из табл. 2 и как следовало ожидать, раковины сеголеток состоят из кальция, содержание которого в раковинах обоих видов одинаково. В раковинах
присутствует также и стронция, причем в раковине тихоокеанской мидии его в 1,5 раза
больше, чем в раковине приморского гребешка. В мягкой ткани мидии Ca содержится
почти в 2 раза больше по сравнению с гребешком. Концентрация же Sr примерно одинакова – 42,6 и 51,7 мкг/г, соответственно. Количество Р и К в мягкой ткани моллюсков одинаково и довольно значительно.
Содержание Fe в тканях изучаемых моллюсков больше, чем всех других тяжелых металлов. Это согласуется с рядами убывания концентраций тяжелых металлов, установленных для данных видов моллюсков в работе [7]:
Fe > Zn > Mn > Cu > Rb > As > Li > Se > Pb > Cd > Co > Ni > Cr – мидия тихоокеанская;
Fe > Zn > Cd > Cu > Mn > As > Se > Pb > Co = Cr – гребешок приморский.
Содержание Fe в мускуле приморского гребешка в 3 раза превышает его концентрацию
в тканях тихоокеанской мидии.
Концентрация Zn в образцах мягкой ткани мидии и гребешка превышает концентрацию Cu, что также соответствует их положению в приведенных рядах. Причем содержание как Zn, так и Cu в мягкой ткани гребешка в 2 раза больше, чем в мягкой ткани мидии,
но концентрация Zn, как видно из табл. 2, на два порядка больше, чем Cu, в мягких тканях
мидии и на три порядка – в мускуле гребешка.
Однако, в отличие от приведенных в [7] данных, в мягких тканях сеголеток мидии и
гребешка, собранных в 2011 г. в бухте Северная, не обнаружено токсичных элементов As,
Rb, Li, Сo и Pb. В мидии, по нашим данным, нет также тяжелых металлов Cd и Ni, которые
Таблица 2
130
накапливаются в мягкой ткани гребешка (5,89 и 7,6 мкг/г, соответственно). В мягкой ткани
обoих моллюсков обнаружены Ti, Br, S, P, Sr, данных о содержании которых авторы [7–10]
не приводят, что, по-видимому, связано с возможностями применяемых методов анализа.
Используемый нами рентгенофлуоресцентный метод позволяет определять микроэлементы, содержание которых ниже чувствительности применяемого ранее метода атомно-абсорбционной спектрометрии.
В мягкой ткани мидии и гребешка присутствуют также Mn и биологически активный
элемент Se. Причем, по нашим данным, содержание Mn в мягкой ткани гребешка значительно больше концентрации Cu и Cd, что не соответствует известным данным о большей
концентрации меди по сравнению с марганцем в тканях водных животных [14, 15], а также их положению в ряду концентраций для гребешка, приведенном в работе [7]. Обнаруженное нами повышенное содержания марганца в мягкой ткани гребешка по сравнению
с известными ранее данными [7, 14, 15] прослеживается для некоторых видов рыб южного Приморья [11] и указывает, по-видимому, на изменение среды обитания, а с учетом
окислительно-восстановительной роли марганца может свидетельствовать о пребывании
гребешка в условиях дефицита кислорода [11].
Как видно из табл. 2, концентрации биологически активных элементов P, S, K и Ca
в мягких тканях мидии и гребешка довольно высоки. Fe в мягких тканях гребешка больше,
чем в мягких тканях мидии, в 3 раза, S – в 1, 5 раза, что может быть объяснено видовыми
различиями.
Порядок убывания концентраций микроэлементов в мягких тканях сеголеток мидии
тихоокеанской и гребешка приморского, проанализированных нами (табл. 2), имеет следующий вид:
Ca > S > P >K > Fe > Zn > Sr > Ti >Mn > Cu > Se > Br > Cd = Ni = As – мидия тихоокеанская;
S > Ca > P > Fe > K > Zn > Sr > Mn > Ti > Ni > Cu > Cd > Se > Br > As – гребешок приморский.
Следует отметить, что концентрации тяжелых металлов в мягких тканях мидии тихоокеанской и гребешка приморского не превышают ПДК для моллюсков.
Таким образом, микроэлементный состав раковин и мягких тканей двух видов моллюсков – мидии тихоокеанской и гребешка приморского – несколько отличается от известных ранее данных, что можно связать с изменением условий среды обитания со времени
предыдущих исследований [7, 14, 15].
Изучение содержания микроэлементов в гидробионтах бухты Северная будет продолжено, в частности, в связи с проведением работ по искусственному выращиванию в ней
некоторых моллюсков. При достаточно большом охвате объектов анализа может быть
оценена экологическая ситуация в бухте и заливе в целом. Представленная в статье информация о содержании микроэлементов, в том числе токсичных, в тканях двух видов
рыб и моллюсков дополняет и расширяет сведения о химико-экологической ситуации в
зал. Петра Великого.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. М.: Химия, 1984. 432 с.
2. Голубкина Н.А., Чиженкова О.А., Зайцев В.Ф., Камакин А.М. Содержание селена в мышечной ткани
морских видов рыб в Каспийском море // Вестн. АГТУ. Сер. Рыбное хозяйство. 2009. № 2. С. 44–46.
3. Голубкина Н.А., Мункуева С.Д. Содержание селена в пресноводной рыбе России // Хранение и переработка
сельхозсырья. 2003. № 4. С. 15–20.
4. Ермаков В.В., Ковальский В.В. Биологическое значение селена. М.: Наука, 1974. 298 с.
5. Зиновьев В.А. Ихтиологический кадастр и мониторинг водоемов Краснокамского района. Пермь: Перм.
ун-т, 2006. 148 с.
6. Кашулин Н.А., Решетников Ю.С. Накопление и распределение никеля, меди и цинка в органах и тканях
рыб в субарктических водоемах // Вопр. ихтиологии. 1995. Т. 35, № 5. С. 687–697.
131
7. Ковековдова Л.Т. Микроэлементы в морских промысловых объектах Дальнего Востока России: автореф.
дис. … д-ра биол. наук / Тихоокеан. науч.-исслед. рыбохозяйств. центр. Владивосток, 2011. 40 с.
8. Ковековдова Л.Т. Оценка качества отдельных видов промысловых гидробионтов Охотского моря по
содержанию металлов и металлоидов. // Вестн. Рос. воен.-мед. академии. 2008. Т. 23, № 3. С. 106–117.
9. Ковековдова Л.Т., Симоконь М.В. Тенденции изменения химико-экологической ситуации в прибрежных
акваториях Приморья // Изв. ТИНРО. 2004. Т. 137. С. 310–320.
10. Ковековдова Л.Т., Симоконь М.В., Кику Д.П. Токсичные элементы в промысловых гидробионтах прибрежных акваторий северо-западной части Японского моря // Вопр. рыболовства. 2006. Т. 7, № 1 (25). С. 185–190.
11. Марченко А.Л. Тяжелые металлы в массовых видах рыб водоемов южного Приморья: автореф. дис. …
канд. биол. наук / Тихоокеан. ин-т географии ДВО РАН. Владивосток, 2007. 16 с.
12. Методические указания по определению ртути в объектах окружающей среды и биологических
материалах 4.1.005–4.1.008-94 16.02.94 / Госкомсанэпиднадзор РФ. – http://old.crc.ru/txt/info/2all/control.htm (дата
обращения: 20.04.2013).
13. Патин С.А., Морозов Н.П. Микроэлементы в морских организмах и экосистемах. М.: Пищ. пром-сть,
2003. 153 с.
14. Петухов С.А., Морозов Н.П. К вопросу о «видовых» различиях микроэлементного состава рыб // Вопр.
ихтиологии. 1983. Т. 23, № 5. С. 870–873.
15. Саенко Г.Н. Металлы и галогены в морских организмах. М.: Наука, 1992. 200 с.
16. Стеблевская Н.И., Полякова Н.В., Медков М.А.. Микроэлементный состав некоторых видов родов
Lespedeza, Caragana (Fabaceae) и Patrinia (Valerianaceae) флоры Дальнего Востока. // Растит. ресурсы. 2009. № 3.
С. 102–110.
Новые книги
Жирнов А.М. Металлогения золота Дальнего Востока на линеаментно-плюмовой
основе.
Zhirnov А.М. Gold’s metallogeny of the Far East lineament-plum basis.
Владивосток: Дальнаука, 2012. – 248 с. – ISBN 978-5-8044-1361-4.
Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН
682200, Биробиджан, ул. Шолома Алейхема, 4
Fax: (42622) 6-13-62. E-mail: carpi@yandex.ru
Рассматриваются вопросы генезиса и металлогении золота Дальнего Востока: история
исследований, геохимия золота, возрастные взаимоотношения рудных тел и интрузивных
пород, региональные разломы, законы металлогении. Выделены меридиональные золотоносные пояса, челночные грабеногорстовые, клиновидные и экранирующие структуры локализации концентрированного оруденения. Выполнено линеаментно-блоковое тектоническое районирование южного обрамления Сибирской платформы. Обоснована вертикальная
геодинамика ядерно-мантийных плюмов. Прогнозируются новые месторождения и рудные
поля, рекомендуется разведка гигантского Южно-Хинганского рудного поля золото-кобальт-уран-марганец-железных руд.
Представляет интерес для геологов и специалистов в области наук о Земле, студентов и
преподавателей высших научных заведений.
Sоmе рroblеms of the Far East gold deposits’genesis and metallogeny are examined: the history of the investigations, the gold’s geochemistry, age relations between ore bodies and magmatic
rocks, the regional faults, the laws of the metallogеny. Тhе longitude regional gold zones, shuttle
graben-gorsts, wedge like and screen structures are determined. Linеаment-blосks tectonics separate of the south surrounding territory near Siberian platform are done. Тhе vertical geodynamics
of the core-mantle рlumеs is proved. It was dоne forecast of the new deposits and ore fields. It is
recommending to making the geological prospecting of the giant South-Кhingan ore field of the
gold-cobalt-uranium-manganese-iron ores.
Тhе book is interesting for geologies and specialists in Earth sciences and for the Institute’s
teachers and students.
132