ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ТКАНЯХ КАРПА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ АЛЛОХТОННОГО АЗОТА В ВОДЕ И ТЕМПА РОСТА РЫБ

А.С. Потрохов

Институт гидробиологии НАН Украины, г. Киев

e-mail: alport@bigmir.net

Наиболее распространенными загрязнителями водной среды являются соединения минераль­ного азота, в первую очередь аммиак, ионы аммония и нитритов.

Известно, что РНК в живых клетках в первую очередь являются переносчиками и матрицами информации необходимыми для синтеза протеинов, поэтому по изменениям содержания этих нук­леиновых кислот возможно судить об уровнях синтетической активности белков в организме жи­вотных, в том числе и у рыб [Sharma et al., 2006]. В настоящее время показатели нуклеинового об­мена (содержание РНК, ДНК и их соотношение) в большей мере используют как индикаторы ин­тенсивности роста клеток и организма в целом, а также как характеристики суммарной активности метаболического функционирования живых существ разных систематических уровней [Fonseca et al., 2006; Gwak, Tanak, 2001; Meesters et al., 2002; Houlihan et al., 1993]. Кроме того с помощью ин­декса РНК/ДНК различных тканей возможно оценить условия питания рыб [Bergeron, 1997; Clemmesen, 1994].

Целью нашей работы было оценить, насколько адекватно изменение содержания нуклеино­вых кислот в тканях рыб отражает как токсическую нагрузку аллохтонным азотом, так и связанной с ней активностью метаболических процессов в организме.

Материал и методы

Эксперименты были проведены на Белоцерковской экспериментальной гидробиологической станции Института гидробиологии НАН Украины. В пятилетних хронических экспериментах ис­пользовали годовиков карпа, завезенные из прудового хозяйства с нормативными гидрохимически­ми показателями (1 серия), и рыбы, постоянно подвергавшиеся действию минерального азота (2 се­рия).

Содержание минерального азота в воде контрольного пруда (№ 1) составляло: аммонийный

азот - 0,088-0,243 мг N/дм³; нитритный - 0,003-0,01; нитратный - 0,1-0,28 мг N/дм³. В опытных во­доемах № 2 и № 3 концентрация аммония соответственно составляла весной - 9,1-21,5; 13,6-26,5 мг N/дм³ (9-21, 13-26 ПДК), летом - 13,7-35,7; 15,0-65,4 (14-36, 15-65 ПДК), осенью - 29,2-42,5; 27,9-62,2 мг N/дм³ (29-42, 28-62 ПДК); нитритов (в двух прудах) - весной 0,99-1,46 мг N/дм³ (12­18 ПДК), летом 1,75-3,27 мг N/дм³ (22-41 ПДК), осенью 0,32-1,83 мг N/дм³ (4-23 ПДК). Концен­трация нитратов в воде весной составляла 6,27-21,61 мг N/дм³; летом - 8,32-19,04 N/дм³.

В период исследований для кормления рыб искусственные корма не применялись.

Содержание нуклеиновых кислот определялось спектрофотометрическими методами: ДНК по Спирину, РНК по Флеку и Мунро [Методы ..., 1974].

Полученные данные обработаны статистически с помощью программы Statistica 5.5. Результаты и обсуждение

Как показали наши исследования, длительное пребывание рыб в условиях повышенного со­держания минерального азота в воде существенно сказывалось на их темпах роста. Причем в веге­тационный период, несмотря на превышение всех рыбохозяйственных норм по содержанию ионов аммония и нитритов в воде, подопытные карпы имели более высокие как линейные, так и весовые темпы роста (рис. 1). Что, по нашему мнению, связано с повышением общей трофности водоемов, в которые поступал аллохтонный азот. В данных прудах отмечались как более высокие значения био­массы фитопланктона и зоопланктона, так и бентосных организмов по сравнению с контролем. В тоже время в зимний период под воздействием токсичной среды отмечено значительное снижение массы рыб из прудов, подвергавшихся действию токсикантов.

Содержание РНК, соотношение РНК/ДНК в органах и тканях достаточно адекватно отображали темпы роста рыб или изменения активности биосинтетических процессов в их организме под воздейст­вием токсичного загрязнения, которое в свою очередь влияло на функционирование всего биотопа.

Так, отмечены прямые корреляционные зависимости между содержанием РНК в мышцах и приростом длины и массы рыб в период наиболее продуктивного вегетационного периода (с мая по июль). При этом коэффициенты корреляции между этими показатели на протяжении пяти лет ис­следований составляли от +0,61 до +1,0 для темпов линейного роста и от +0,39 до +0,78 для прирос­та массы тела рыб. При быстром росте рыб взаимосвязь между содержанием РНК в мышцах и рос­том рыб ближе, при неблагоприятных условиях (низкие температуры воды, недостаточность кормо­вой базы) меньше. Соотношение РНК/ДНК в целом повторяли отмеченные закономерности, и ко­эффициент корреляции составляли +0,39 - +0,59 (линейный рост), +0,65 - +0,91 (масса рыб).

Рис. 1. Темпы роста карпа под действием аллохтонного азота, по аммонийному азоту

С середины лета до осени в период, когда активный рост замедлялся, и рыбы начинали накап­ливать запасные, энергоемкие вещества в своем организме, корреляционная зависимость между со­держанием РНК (r = -0,57 - -1,0) и соотношением РНК/ДНК (r = -0,79 - -0,99) к темпам роста носи­ла отрицательных характер. Таким образом, в этот сезон усиливался липидный и углеводный об­мен, в мышцах активно накапливались запасные липиды и гликоген.

При сравнении темпов роста рыб и содержания РНК, а также соотношения РНК/ДНК в печени рыб отмечаются лишь корреляционные зависимости между РНК/ДНК коэффициентом и приростом рыб.

Однако, несмотря на наличие коррелятивных зависимостей между темпами роста рыб и со­держанием РНК, РНК/ДНК индексом нельзя не учитывать влияние токсичной среды на изменение показателей нуклеинового обмена. Так как в процессе адаптации рыб к действию аллохтонного азо­та активно подключаются множество биохимических процессов, усиливается активность всех ком­пенсаторных механизмов. Одним из проявлений чего и является изменение общего количества РНК в тканях и органах рыб.

При рассмотрении показателей нуклеинового обмена, особенное внимание обращает на себя цикличность в сезонной направленности изменений (отклонений от нормы) физиолого-биохимиче­ских процессов у рыб под действием избыточного поступления аллохтонного азота. Необходимо отметить, что показатель РНК/ДНК в мышцах экспериментальных и контрольных рыб имеет схо­жую сезонную изменчивость и разница между контрольными показателями и теми, что наблюда­лись в тканях у рыб, подвергающихся действию минерального азота, заключалась в амплитуде се­зонных колебаний уровня РНК/ДНК. Разница между минимальными значениями неполовозрелых особей (осень 1 года) и максимальными (лето 2 года) составляет у контрольных рыб 1,9 раз, а у рыб из загрязненных прудов № 2 та № 3 - в 6,1 и 5,7 раз соответственно (рис.

Рис. 2. Влияние избыточных концентраций аллохтонного азота на соотношение РНК/ДНК в тканях карпа

Содержание РНК в печени за весь период наблюдений, за исключением мая, было более вы­соким у подопытных рыб, находившихся под воздействием избыточного поступления аллохтонного азота в водоемы. Одним лишь увеличением или уменьшением накопления макроэргических ве­ществ в тканях печени рыб это явление объяснить не возможно, поскольку оно изменялось незави­симо от этого показателя. Достовернее все же, что благодаря усилению процессов дезаминирования

и трансаминирования, протекающие в печени, усиливается синтез белков, которые прямо принима­ют участие в уменьшении негативного влияния высоких концентраций эндогенного аммония. Лишь только весной метаболическая активность опытных рыб заметно снижена по сравнению с контроль­ными особями, вероятно, в зимний период карпы максимально изолируются от внешней токсичной среды, активность метаболизма снижается, основным поставщиком энергии становится гликолиз и катаболизм белков. Показатель РНК/ДНК в печени менее адекватно отображает физиологичное со­стояние рыб. Поскольку количество ДНК на клетку показатель стабильный, а в процессе накопле­ния или потери запасных веществ в клетках этого органа существенно изменяются. Исходя из полу­ченных данных, РНК/ДНК индекс более свидетельствует об уровне накопления липидов в тканях печени рыб, при чем годовая динамика этих изменений совпадает с характеристиками липидного обмена контрольных и подопытных карпов.

В жабрах, которые преимущественно отвечают у рыб за выведение избыточного эндогенного азота из организма, летом и осенью также наблюдается повышение содержания РНК под воздейст­вием высоких концентраций аллохтонного азота в перерасчете на массу ткани.

Активность функционирования селезенки в большей мере зависит от нитритной составляю­щей общего азотного загрязнения, а затем уже от содержания аммиака и ионов аммония. Этот узко­специализированный орган выполняет функцию эритропоэза и синтеза гемоглобина. Его метаболи­ческая активность существенно повышается, поскольку значительное количество нитритов вызыва­ет трансформацию гемоглобина в метгемоглобин [Jensen, 1990; Knudsen, Jensen, 1997; Avilez et.al., 2004], сокращается продолжительность жизни эритроцитов [Scarano et al., 1984], чем затрудняет транспорт кислорода по организму. Повышение метаболической активности в селезенке является компенсаторным механизмом в ответ на действие токсикантов. Самое заметное повышение содер­жания РНК и соотношения РНК/ДНК наблюдалось у рыб из наиболее загрязненного пруда № 3. По всей видимости, увеличение общей массы селезенки в 2-3 раза у подопытных рыб при действии минерального азота сопровождается также усилением белоксинтезирующей активности во всех клетках этого органа, что и подтверждается ростом соотношения РНК/ДНК на 22,1-114,2 % по сравнению с контролем.

При сравнении данных по изменению показателей нуклеинового обмена карпов из двух серий отмечается, что у рыб, адаптированных к действию загрязнителей, уровень прохождение метаболи­ческих процессов в мышцах и жабрах выше в сравнении с показателями карпов из 1 серии, и при поступлении минерального азота в воду оно существенно не изменяется. Менее адаптированные рыбы в противодействие токсичному влиянию аллохтонного азота активируют синтез протеинов, что проявляется в увеличении количества РНК и соотношения РНК/ДНК, особенно в печени и жаб­рах - органах, которые отвечают за процессы детоксикации и экскреции избыточного аммиака из внутренней среды. Таким образом, продолжительный отбор карпов по адаптивной способности к влиянию избыточного поступления минерального азота отражался на ходе метаболических процес­сов в их организме.

Выводы

При влиянии высоких концентраций аллохтонного азота на рыб наблюдается как прямое, так опосредованное действие токсикантов на показатели нуклеинового обмена (содержание РНК и со­отношения РНК/ДНК).

Прямое действие минерального азота проявляется в повышении активности прохождения ме­таболических процессов в организме рыб. Более высокая белоксинтезирующая функция органов и тканей карпа способствует росту устойчивости рыб к действующему фактору.

Опосредованное воздействие аллохтонного азота связано с функционированием всего биото­па, в частности с повышением трофности водоемов. При этом подопытные рыбы, для которых вы­сокий уровень прохождения метаболических процессов, находясь в более выгодных кормовых ус­ловиях, характеризуются повышенными темпами линейного и весового роста, что в свою очередь связано с увеличением содержания РНК в тканях и органах.

Изменение содержания РНК и соотношения РНК/ДНК в тканях рыб зависит от температуры воды и сезона года. И в целом данные показатели адекватно характеризует активность метаболизма рыб при действии высоких концентраций минерального азота.

Существенное значение в устойчивости рыб к влиянию минерального азота имеет предвари­тельная адаптация карпа, а также длительное их содержание в условиях действующего фактора.

Литература

Методы биологии развития. Эксперментально-эмбриологические, молекулярно-биологические и цито­логические, 1974 / М.: Наука. 1974. 619 с.

Avilez I.M., Altran A.E., Aguiar L.H., Moraes G., 2004. Haematological responses of the neotropical teleost matrinxa (Brycon cephalus) to environmental nitrite // Comparative Biochemistry and Physiolog. Part C, Vol. 139. P.

135-139.

Bergeron J. P., 1997. Nucleic acids in ichthyoplankton ecology: a review, with emphasis on recent advances for new perspectives // Journal of Fish Biology. Vol. 51 (A). P. 284-302.

Clemmesen C., 1994. Importance and limits of RNA/DNA ratios as a measure of nutritional condition in fish larvae. Survival strategies in early life stages of marine resources / Proceedings of International workshop, 11-14 October,. Yokohama, Japan.. P. 67-82.

Fonseca V. F., Vinagre C. V., Cabral H. N., 2006. Growth variability of juvenile soles Solea solea and Solea senegalensis, and comparison with RNA: DNA ratios in the Tagus estuary // Portugal. Journal of Fish Biology. Vol.

68. P. 1551-1562.

Gwak W. S., Tanaka M., 2001. Developmental change in RNA: DNA ratios of fed and starved laboratory-

reared Japanese flounder larvae and juveniles, and its application to assessment of nutritional condition for wild fish // Journal of Fish Biology. Vol. 59. P. 902-915.

Houlihan D. F., Mathers E. M., Foster A. 1993. Biochemical correlates of growth rate in fish / Fish Ecophysiology, Chapman and Hall, London. P. 45-71.

Jensen F.B., 1990. Nitrite and red cell function in carp: control factors for nitrite entry, membrane potassium ion permeation, oxygen affinity and methaemoglobin formation // Journal of Experimental Biology. Vol. 152. P. 149­166.

Knudsen P.K., Jensen F.B., 1997. Recovery from nitriteinduced methaemoglobinaemia and potassium balance disturbances in carp // Fish Physiology and Biochemistry. Vol. 16. P. 1-10.

Meesters E. H., Nieuwland G., Duineveld G. C. A., Kok A., Bak R. P. M., 2002. RNA/DNA ratios of

scleractinian corals suggest acclimatisation/adaptation in relation to light gradients and turbidity regimes Marine ecology // Progress series (Mar. ecol., Prog. ser.).Vol. 227. P. 233-239.

Scarano G., Saroglia M.G., Gray R.H., Tibali E., 1984. Haematological responses of sea bass Dicentrarchus labrax to sublethal nitrite exposures // Transactions of the American Fisheries Society, Vol. 113. P. 360-364.

Sharma J.G., Gwak W.S., Masuda R., Tanaka M., Chakrabarti R., 2006. Survival, growth and RNA/DNA ratio of Pagrus major cultured under three different feeding regimes during early development //Asian Fisheries Science. Vol. 19. P. 389-400.

CHANGE OF CONTENTS OF NUCLEIC ACIDS IN TISSUES OF CARP DEPENDING ON

CONCENTRATION OF ALLOCHTHONOUS NITROGEN IN WATER AND RATE OF GROWTH OF FISH A.S. Potrokhov

Institute of hydrobiology of NAofSci of Ukraine, Kiev

е-mail: alport@bigmir.net

At influence of allochthonous nitrogen on fishes there is as direct, so mediated action of toxins on the indexes of nucleic exchange (the contents RNA and the RNA/DNA ratio).

Direct action of mineral nitrogen shows up in the increase of activity of passing of metabolic processes in the organism of fishes. More high protein synthesizing function of organs and tissues of carp is promoted in growth of resistance of fishes to the acting factor.

The mediated influence of allochthonous nitrogen is related to functioning of all biotope, in particular with the increase of food capacity of reservoirs. Thus experimental fishes, for which is marked at high level of metabolic processes, being in more advantageous forage conditions, is characterized by the promoted rates of linear and weight growth, that in the turn is related to the increase of the contents RNA in tissues and organs.

The contents RNA of and the RNA/DNA ratio in tissues adequately characterize activity of metabolism of fishes at action of high concentrations of mineral nitrogen.