Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.02) на тему:Биоаккумуляция тяжелых металлов, диоксинов и влияние на гематологические и биохимические показатели гидробионтов р. Уфа

На правах рукописи

правах ру

Назыров Айрат Дамирович

БИОАККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, ДИОКСИНОВ И ВЛИЯНИЕ НА ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ, БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГИДРОБИОНТОВ р.УФА

16.00.02-патология, онкология и морфология животных

АВТОРЕФЕРАТ

' диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

I

Уфа - 2003

Работа выполнена в Башкирском государственном аграрном университете

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Курамшина Наталья Георгиевна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор

Кутлин Николай Георгиевич

кандидат биологических наук, доцент

Чудинова Татьяна Петровна

Институт экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита диссертации состоится «2> г. в 10 часов на

заседании диссертационного совета Д 220.003.0/ при Башкирском государственном аграрном университете (450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 2003 г.

Ученый секретарь , л

диссертационного совета,

Каримов Ф.А.

^ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность проблемы. Острота экологической ситуации в стране в первую очередь затрагивает интересы рыбного хозяйства, поскольку водоемы и водотоки являются местом обитания промысловой ихтиофауны и находятся под мощным антропогенным прессом, аккумулируя плохо очищенное промышленные и бытовые стоки, содержание загрязняющие вещества различной природы и происхождения. В этих условиях возрастают роль и значение токсикологических и эколого-физиологических рыбохозяйственных исследований (Безель B.C., Большаков В.Н., Воробейчик E.JL, 1984) это позволит не только оценивать и прогнозировать экологические последствия нарушения качества водной среды, но и разрабатывать новые методы подхода для оптимизации биопродукционных процессов в естественных водоемах (Николи-шйн ИД, 1978 и др.; Бескровная Н.И. и др., 2001; Васильев A.C., 1986; Воробьев В.И., 1993; Евтушенко Н.Ю., 1996; Гриценко Л.И. и др., 1999, Курамшина Н.Г.. 1994, 1997, 2001).

Для оценки экологического состояния водных экосистем и их загрязнения тяжелыми металлами, органическими веществами в качестве тест-объектов рекомендуется использовать гидробионты (планктон, бентос, макрофиты, органы и ткани рыб). Рыбы - перемещающиеся животные, результаты их обследования информируют об усредненной токсичности всего района нх обитания, они представляют верхнее звено пищевой цепи водоема и экотоксикатгты, передающиеся по ней, накапливаются в них. Разрушение биоценоза водоема начинается с конца пищевой цепи и рыбы страдают первыми, поскольку они - более интегральный показатель загрязнения, чем организмы нижних звеньев пищевой цепи. Среди биоиндикаторов уровня загрязнения поверхностных вод рыбы являются самыми подходящими объектами для суждения о характере возможного действия на здоровье человека веществ антропогенного происхождения, присутствующих в воде.

1.2. Цель и задачи исследований. Целью является изучение биоаккумуляции тяжелых металлов, диоксинов и влияние на гематологические, биохимические показатели стерляди (Acipenser ruthenus) и других гидробионтов р. Уфы. Для достижения данной цели в процессе работ решались следующие задачи'

1. Исследование гидрохимического состава и биотоксичности природных вод;

2. Изучение содержания микроэлементов в донных отложениях;

3. Определение концентрации микроэлементов в макрофитах;

4. Исследование биоаккумуляции микроэлементов моллюсками (Dreissena polymorpha);

5. Определение содержания микроэлементов в органах и тканях стерляди (Acipenser ruthenus):

6. Установление гематологических и биохимических показателей крови стерляди (Acipenser ruthenus).

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ { 3 БИБЛИОТЕКА j

С.Петербург ¡~f J < 03 МО^вцт Jbö\

1.3. Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование биоаккумуляции тяжелых металлов и диоксинов органами и тканями стерляди в сочетании с гематологическим и биохимическим анализом крови, свидетельствующим об ухудшении ее физиологического состояния, связанного с неблагоприятными условиями обитания, вызванными токсическим действием веществ, поступающих в поверхностные воды р. Уфы с городской территории. Осуществлено биотестирование проб поверхностных вод р. Уфы с использованием инфузорий-стилонихий в местах выпуска в реку дождевой канализации, загрязненной условно-чистыми стоками городских предприятий, установлен индекс токсичности проб, максимальное значение которого достигает 0,32.

Проведен анализ концентрации микроэлементов (Си, РЬ, Сс1, 2п, Мп,Со, N1) в донных отложениях р. Уфы установлено превышение предельных норм по содержанию меди, марганца, цинка.

Впервые исследовано содержание микроэлементов (Си, РЬ, Сс1, 2п, Сг) в макрофитах (кладофора) р. Уфы, показано, что кладофора является активным концешратом Ха, Бе, Мп, Си.

Установлена концентрация микроэлементов (ре, Си, Сг, РЬ, С<3, Хп, Мп, N1, Н£) в моллюсках (речная дрейссена) р. Уфы, обнаружена их повышенная аккумулирующая способность по отношению к железу, марганцу, меди и цинку.

Впервые подробно рассмотрена биоаккумуляция микроэлементов Си, 7л, Мп, Ре и диоксинов органами и тканями стерляди р. Уфы, найдено, что концентрации меди и цинка в мышцах стерляди близки к значениям ЦЦК, принятым для рыб, построены убывающие ряды концентраций микроэлементов в органах и тканях стерляди. Установлено наличие высоких концентраций диоксинов в стерляди р. Уфы.

Впервые изучен комплекс гематологических и биохимических показателей крови стерляди р. Уфы. При переходе от тест-объектов (стерляди) условно чистой территории к аналогам загрязненной территории наблюдается снижение эритроцитов, СОЭ, гемоглобина, общего белка, холестерина, глюкозы, кортизола; отмечено увеличение числа лейкоцитов и креатинина, что свидетельствует о патологических процессах в организме стерляди.

1.4. Теоретическая и практическая значимость работы. Промысловые гидробионгы (стерлядь) выступают источниками ценной белковой пищи, что обуславливает необходимость тщательного исследования и контроля уровней загрязнения, особенно в районах, подверженных техногенному воздействию. С эколого-физиологической точки зрения изучение обмена и концентрирования токсичных микроэлементов в гидробионтах (стерляди) является исключительно важным аспектом для понимания переноса токсикантов по пищевым цепям.

Результаты исследований дают возможность судить о прохождении супертоксикантов в растительные и животные организмы для выработки региональных нормативов содержания их в воде и использования полученных данных в экомониторинге РБ.

1.5. Основные положения, выносимые на защиту.

• Характеристика биоаккумуляции тяжелых металлов и диоксинов гидробионгами и стерлядью (Лыреп.чег гиШепиь).

• Гидрохимический состав и биотоксичность природных вод р. Уфа в зоне городского влияния.

• Содержание микроэлементов в донных отложениях р. Уфа

• Гематологическая и биохимическая характеристика крови стерляди (Ашремег ги&епив) р. Уфа.

1.6. Апробация результатов исследований. Материалы диссертации доложены на конференции молодых ученых РАН УрО в Инстшуте экологии растений и животных (г. Екатеринбург, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (г. Уфа, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» (г. Уфа, 2002 г.).

Диссертационная работа апробирована на расширенном заседании кафедры общей биологии Башкирского государственного аграрного университета 23.05.2003 г.

1.7. Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовапо 7 работ.

1.8. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания методов исследования, собствешшх данных и их обсуждения, выводов и практических предложений. Список литературы включает 175 источник. В работе содержится 46 таблиц и 18 рисунка.

2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы и методы исследований

Исследования и последовательность проведения экспериментальных работ по оценке загрязнения природных объектов р. Уфы и физиологического состояния стерляди представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Последовательность проведения исследований по оцепке загрязнения природных объектов р.Уфы

№ п/п Название природных объектов Пункты отбора проб Количество отобранных проб Перечень загрязняющих веществ

1 2 3 4 5

1. Природные воды р. Уфы Изякский городской водозабор 12 Марганец, железо, никель, медь, цинк, свинец, кадмий, хром, ртуть, нефтепродукты, СПАВ, фенол, пестициды, банз(а)пирен

Северный ковшовый водозабор 12

Южный городской водозабор 12

2. Донные отложения Изякский городской водозабор 12 Медь, свинец, кадмий, цинк, марганец, кобальт, никель

Микрорайон Сипайлово 12

Южный городской водозабор 12

3. Макрофиты. Кладофора (С1а<1ор1юга glomerata Ь. КШг) Изякский городской водозабор 9 Медь, свинец, кадмий, цинк, марганец, никель, железо, ртуть, хром

Микрорайон Сипайлово 9

Южный городской водозабор 9

4. Моллюски. Речная дрейсена (бг^ввепа ро1утогрЬа) Изякский городской водозабор 8 Железо, медь, хром, свинец, кадмий, цинк, марганец, никель, ртуть

Микрорайон Сипайлово 8

Южный городскойводозабор 8

1 2 3 4 5

5. Стерлядь р.Уфа, ниже 15 Медь, цинк,

(Acipencer Павловского марганец, железо,

ruthenus): водохранилища диоксины (ПХДД и

- мышцы Южный городской 15 ХПДФ)

- печень водозабор

- крозь

- жабры

Для определения содержания металлов использовали атомно-абсорбциошшй анализ (прибор AAS-30). Концентрацию нефтепродуктов определяли методом колоночной хроматографии с ИК-окончанием, определением оптической платности при 2926 см"1. Для количественного химического анализа полихлорироваштътх дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов использовали метод изотопного разбавления с высоразрешающей масс-спектрометрией. Регистрацию молекулярных ионов осуществляли для на-тивных и изотопно-меченых изомеров ПХДД и ПХДФ. Обработка данных с использованием специализированного пакета программ OPUS.

Биотестирование для оценки токсичности природных вод проводили по биотесту на дафниях. Показателем выживаемости служило среднее число выживающих дафний Критерий токсического действия - достоверные отличия показателей выживаемости от контроля.

Биотестирование проводили также с использованием автобиоанализа-тора на тест-организмах - инфузориях стилонихиях. Токсический эффект оценивался по проценту гибели инфузорий, который пропорционален степени токсичности. Подсчет инфузорий и оценку степени токсичности проводили на автобиоанализаторе с биодетектором, подсистемой позиционирования, компьютером и программным комплексом анализа токсичности (ВНИРО, ТОО «Биотест», 1997 г.).

Перечень анализируемых гематологических и биохимических показателей крови стерляди представлен в табл. 2.

Таблица 2

Анализируемые гематологические и биохимические показатели крови стерляди из р. Уфы

№ п/п Гематологические показатели № п/п Биохимические показатели

1. Число эритроцитов, эр- 1012/л 1. Общий белок сыворотки, г/л

2. Скорость осаждения эритроцитов, мм/ч 2. Креатинин, мкмоль/л

3. Содержание гемоглобина, г/л 3. Холестерин, ммоль/л

4. Число лейкоцитов, лейк- 109/л 4. Глюкоза, ммоль/л

5. Кортизол, нмоль/л

Форменные элементы крови изучали в камере Горява. Реакцию оседания эритроцитов проводили с помощью аппарата Панченхова (Наумова A.M., 1962). Гемоглобин определяли гемометром Сали (Наджимигдинов С.Т., 1970).

Концентрации общего белка в сыворотке крови проводили рефрактометрическим методом.

Креатинин рассчитывали по формуле Ск = 0,088 (Аоп/Аст), где Aon, Act - оптическая плотность опытной и стандартной проб. Холестерин определяли по оптической плотности окрашенного раствора на фото-электроколориметре с красным светофильтром (К = 630-690 нм) относительно контрольной пробы. Содержание холестерина определяли по калибровочному графику. Глюкозу определяли колориметрированием исследуемого раствора с использованием красного светофильтра при длине волн 590650 нм относительно контрольной пробы. Содержание глюкозы в крови (Сг, ммоль/л) находили по формуле: Сг = Сс1 (Аоп/Асг),

где: Ссг - концентрация глюкозы в стандартной пробе, ммоль/л, А<,П) АС1 - оптическая плотность опытной и стандартной проб.

Кортизол в сыворотке крови определяли используя набор реактивов для иммуноферменпюго анализа.

(Временные рекомендации по определению физиологического состояния рыб по физиолого-биохимическим данным, 1981).

Полученные цифровые данные обрабатывались методом статистики с проверкой достоверности результатов с помощью критерия Стьюдепта и уровня значимости (Лакин Г.Ф., 1973), с помощью ПЭВМ IBM-450PC.

2.2. Гидрохимический состав и биотоксичность природных вод р. Уфы в зоне городского влияния

Показатели, характеризующие качество природных вод р. Уфы, где расположены основные источники питьевого водоснабжения г.Уфы (Изяк-ский, Северный и Южный городские водозаборы), включают ряд традиционных характеристик Из полученных результатов следует, что значения рассмотренных показателей изменяются следующим образом: рН (7,4-8,6), ХГЖ (5,9-20,3 мг/дм3), жесткость (2,0-6,3 мг/дм3), взвешенные вещества (35-111 мг/дм3), нитраты (1,1-6,9 мг/дм3), хлориды ( <10 мг/дм3), сульфаты (27-142 мг/дм3), железо (0,03-0,97 мг/даг), марганец (0,01-0,20 мг/дм3). Остальные показатели значительно уступают предельным значениям, установленным СанПиН 4630-88, ГН 1.1.546-46 и ГОСТ 2761-84 для водоемов питьевого и хозяйственного назначения. Для марганца, железа, меди показано превышение соответствующих величин ПДК для водоемов рыбо-хозяйственного назначения (табл. 3).

Содержание приоритетных микроэлементов в природных водах р.Уфы в зоне влияния городской территории*

№ Показатель пдк, Городские водозаборы

п/п мг/дм" Изякский Северный Южный

М±т М ±т М ±т

1. РН 6,5-8,5 8,1±0,1 7,8±0,1 8,0+0,1

2. ХПК, мг/дм' 15,0 13,6±1,6 10,7±2,2 12,3+2,4

3. Марганец, мг/дм3 0,1 0,038±0,016 0,016+0,007 0,052±0,030

4. Железо, мг/дм3 0,1 0,22±0,015 0,19+015 0,26+0,14

5. Медь, мкг/дм3 0,001 2,6±0,5 3,1 ±0,5 5,3±0,7

6. Цинк, мкг/дм3 0,01 3,8±0,7 4,8±0,8 6,3±0,8

* Число параллельных измерений п = 12; уровень значимости Р - 0,05; критерий достоверности - 2, среднее арифметическое значение показателей М; ошибка средней т =1 • средняя квадратичная погрешность е.

Сравнение содержания микроэлементов в поверхностных водах р. Уфы выше городской черты (район Изякскою водозабора) и вблизи устья (Южный водозабор) свидетельствует о достоверном увеличении концентрации меди (1 = 6,3; п = 12), и цинка (I = 2,3; п = 12), для марганца и железа это не характерно (1 = 0,4; п = 12. Эти результаты указывают на загрязняющее действие неочищенных стоков городской территории.

2.3. Содержание тяжелых металлов в донных отложения р.Уфы в зоне городского влияния

Перемещение загрязняющих веществ в водогоках зависит ш гидрологических особенностей водного объекта. Донные отложения являются активными накопителями металлов. При избыточных концентрациях тяжелых металлов в донных осадках происходит ингибирование жизненно важных процессов в бентосных живых организмах, что часто приводит к их болезни, гибели (Воробьев В.И., 1993).

Исследование за|рязнения донных отложений в зоне городского влияния от Изякского до Южного водозаборов свидетельствует о высоком содержании в них ряда микроэлементов: меди (31-34 мг/кг), свинца (2,6-5,8 мг/кг), кадмия (0,15-0,55 мг/кг), цинка (56,1-243,0 мг/кг), марганца (446,8805 мг/кг), кобальта (10,1-14,3 мг/кг) и никеля (50,3-69,0 мг/кг) Основной вклад в загрязнение донных осадков р. Уфы вносят воды р. Шугуровки,

водосборная площадь которой охватывает северную промышленную зону г. Уфы, где действуют предприятия нефтепереработки, нефтехимии, энергетики и машиностроения, а также условно-чистые стоки некоторых предприятий.

Сравнение содержания микроэлементов в донных отложениях р. Уфы выше городской черты (Изякский водозабора) с их концентрацией вблизи устья реки (Южный водозабор) свидетельствует о достоверном увеличении концентрации: меди (1 = 37,6; п=12), кадмия (1=17,1; п=12), цинка (1 = 44,1; п=12), марганца (1 = 21,0; п=12), для кобальта 0=1,7; п=12) и никеля 0 = 1,6; п = 12) это не характерно для свинца, где обнаружено уменьшение показателя (I = 15, п = 12) (табл. 4).

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях р. Уфы в в зоне влияния городской территории*

№ Показатели, Городские водозаборы

п/п М +111, мг/кг Изякский Северный Южный

1 Медь 33,8 ± 1,0 243,0 + 7,0 294,0 ± 14,0

2 Свинец 5,2 + 0,2 4,3 ± 0,3 3,1 ±0,2

3 Кадмий 0,16 ±0,01 0,31 ±0,05 0,43 ±0,03

4 Цинк 61,3 ±2,2 180,0 ±9,0 233,0 ±7,0

5 Марганец 478,0 ± 13,0 587,0 ± 20,0 738,0 ±21,0

6 Кобальт 12,3 ±0,8 10,8 ± 0,9 11,4 + 0,7

7 Никель 62,7 ± 1,3 52,3 ± 0,9 60,0 ±3,0

* Число параллельных измерений п= 12; уровень значимости Р =0,05; критерий достоверности = 2,07; среднее арифметическое значение показателя М; ошибки средней т = I • я; х - средняя квадратичная погрешность.

Микроэлементы по степени убывания их концентрация в донных отложениях р. Уфы располагаются следующим образом: марганец, медь, цинк, никель, кобальт, свинец, кадмий. Коэффициенты накопления, характеризующие превышение концентрации микроэлементов в донных осадках по сравнению с водой р. Уфы дня марганца, цинка и меди имеют высокие значения и изменяются в интервале (1,5-6,5) ■ 104, а для железа они значительно выше (1,92- 105).

В результате сопоставления полученных данных со значениями концентраций микроэлементов, предложенных в качестве ПДК для пресноводных донных отложений (Даувальтер В.А., 2001), установлено значительное превышение в донных отложениях р. Уфы по меди (до 10 раз), марганцу (до 2 раз), цинку (в 1,2 раза). Для свинца, кадмия, никеля это не обнаружено.

2.4. Содержание тяжелых металлов в макрофитах р. Уфы в зоне влияния городской территории

К фитобентосу р. Уфы относится кладофора (С1ас1орЬога £1отега1а (Ь.) Киф, однолетняя пресноводная водоросль, представитель литорео-

фильных организмов. Микроэлементы мшрнруют из воды, грунта и аккумулируются кладофорой. Образцы растений, собранные на участках от Изякского до Южного юродских водозаборов р. Уфы содержат значительные количества: меди (5,9-11,8 мг/кг), свинца (3,0-25,6 мг/кг), кадмия (0,30-0,60 мг/кг), цинка (54,2-94,4 мг/кг), марганца (69,4-225,6 мг/кг) никеля (0,40-0,90 мг/кг), железа (841-1720 мг/кг), ртути (0,15-0,41 мг/тсг), хрома (0,8-2,2 мг/кг).

Сопоставление концентрации микроэлементов в образцах кладофоры, отобранных из р. Уфы выше черты города (Изякский водозабор, 71 км от устья), с собранными вблизи устья (Южный водозабор, 3 км от устья) » (табл. 5) свидетельствует о достоверном уменьшении содержания меди

0 = 7,0; п = 9), свинца (1 = 17,0; п = 9), марганца (I = 4,9; п = 9), никеля (I = 5,2; п = 9), железа (1 = 5,2; п = 9), цинка (I = 2,2; п = 9), во всех этих случаях значения критерия достоверности I >

Таблица 5

Содержание тяжелых металлов в макрофитах (С1ас1ор1юга glomerata) р. Уфы в зоне городского влияния*

Пункты отбора проб

№ Показатели, Изякский Микрорайон Южный

п/п мг/кг городской Сияайлово городской

водозабор водозабор

М±т М ± т М±т

1. Медь 10,6 ± 0,7 10,6 ± 0,7 7,4 ± 0,6

2. Свинец 21,4 ± 1,9 15,2 ± 1,4 5,2 ± 0,1

3. Кадмий 0,44 ± 0,02 0,52 ± 0,05 0,43 ± 0,07

4. Цинк 82,8 ± 6,2 62,5 ±4,1 73,0 ± 6,2

5. Марганец 182,0 ± 22,0 158,0 ± 20,0 104,0 ± 23,0

6. Никель 0,78 ± 0,08 0,67 ± 0,06 0,52 ± 0,04

1 1 . Железо 1629 ± 38 1369 ± 150 1203 ± 162

8. Ртуть 0,22 ± 0,04 0,33 ± 0,04 0,34 ± 0,02

9. Хром 1,5 ± 0,2 1,4 ± 0,2 1,9 ± 0,4

* Число параллельных измерений п - 9; уровень значимости Р = 0,05, критерий достоверности 1^=2,12; среднее арифметическое значение показателя М; ошибка средней т = г ■ в средняя квадратичная погрешность.

Содержание кадмия в кладофоре практически не изменяется. При этом наблюдается рост концентрации ртути 0 = 5,4; п = 9) и небольшое увеличение содержания хрома 1,8; п = 9, Р = 0,05). Характер изменения содержания микроэлементов в водных растениях и поверхностных водах р. Уфы во многом сходен:

- кладофора (Ре > Мп > 2п > РЬ > Си > Сг > С<3 > П§);

- поверхностные воды (Бе > Мп > 2п > Си).

Коэффициенты накопления, характеризующие превышения концентрации микроэлементов в макрофитах по сравнению с их содержанием в по-верхносшых водах и донных осадках р. Уфы для железа, марганца, цинка и меди, изменяются в широком интервале. Кладофора является активным концентратом цинка (К = 11586) и железы (К = 4627), в меньшей степени - марганца (К = 2080) и меди (К = 1396). Однако, ее аккумулирующая способность уступает накопительным характеристикам донных отложений.

2.5. Содержание тяжелых металлов в моллюсках р. Уфы в зоне городского влияния

Бенгосные организмы являются важными звеньями в пищевых цепях водоемов и играют огромную роль в концентрации и биогенной миграции микроэлементов. Однако, данные по содержанию тяжелых металлов, составляющих бентосвую фауну, немногочисленны. Учитывая тот факт, что моллюски являются важной составляющей частью биогеоценозов и многие их виды служат кормом для рыб, необходимо изучение их элементного состава.

Моллюски - речная дрейссена (Бге185епа ро1утогрЬа), собранные в р Уфе на участках Северного водозабора (41 км от устья), микрорайона Си-пайлово (14 км от устья), Южного водозабора (3 км от устья), содержат значительное количество железа (553-3100 мг/кг), меди (8,5-12,3 мг/кг), хрома (7,5-15,4 мг/кг), свинца (0,75-1,12 мг/кг), кадмия (0,55-0,69 мг/кг), цинка (3,518,2 мг/кг), марганца (193-925 мг/кг), никеля (2,25-5,52 мг/кг), ртути (0,0040,028 мг/кг).

Сравнение концентрации тяжелых металлов в моллюсках, собранных на условно фоновом участке р. Уфы (Северный водозабор, 41 км от устья) и в районе устья реки (Южный водозабор), показало, что имеет место увеличение содержания железа (1 = 4,0; п = 8), меди (I = 5,6; п = 8), хрома (1=11,6; п = 8), цинка (1=16,0; п = 8). Содержание свинца, кадмия, ртути ниже чувствительности анализа, при этом имело место уменьшение концентрации марганца 0= 12,1; п = 8) (табл.6).

Содержание тяжелых металлов в моллюсках (Dreissena polymorpha) р. Уфы в городской черте*

№ п/п Показатели, мг/кг Пункты отбора тест-объектов

Северный водозабор Микрорайон Сипайлово Южный водозабор

М ± m М±т М ± т

1. Железо 618 ±27 2803 ±147 1294 + 57

2. Медь 9,4 ± 0,4 9,8 ± 0,5 11,4 + 0,6

3. Хром 8,5 ±0,4 11,7 + 0,6 13,7+0,8

4. Свинец Н.Ч. 0,92 ± 0,09 н.ч.

5. Кадмий Н.Ч 0,63 ± 0,03 н.ч.

6. Цинк 4,0 ± 0,2 16,8 ± 0,8 10,4 ±0,5

7. Марганец 330,0 ± 16,8 844,0 + 36,0 212,0 ± 10,0

8. Никель Н.Ч. 5,10 ±0,28 2,42 ± 0,05

9. Ртуть Н.Ч. 0,032 ± 0,002 0,0050 ± 0,0005

* Число параллельных измерений л = 8; уровень значимости Р - 0,05; критерий достоверности t¡, = 2.14; среднее арифметическое значение показателя М; ошибка средней m = t- s; s- средняя квадратичная погрешность.

Характер изменения содержания тяжелых металлов в моллюсках, (Dreissena polymorpha), в водных растениях (Cladophora glomerata (L.) Kuts), донных отложениях и поверхностных водах р. Уфы может быть представлен следующими рядами (при уровне значимости Р<0,05):

- моллюски (Fe > Mn > Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Cd > Hg);

- макрофигы (Fe > Mn > Zn > Pb > Cu > Cr > Cd > Hg);

- донные отложения (Mn > Cu > Zn > Ni > Со > Pb > Cd);

- поверхностные воды (Fe > Mn > Zn > Cu).

Коэффициенты накопления, характеризующие превышение содержания тяжелых металлов в моллюсках (Dreissena polymorpha) по сравнению с их концентрацией в поверхностных водах и донных осадках р. Уфы для железа, марганца, цинка и меди изменяется в интервале 1650-4988. Моллюски являются активными концентраторами железа (К = 4988), марганца (К = 4077) и в меньшей степени меди (К = 2150) и цинка (К = 1650). Аккумулирующая способность моллюсков уступает таковой для донных отложений, значения коэффициента накопления изменяются в интервале 0,04-0,29 Полученная информация об аккумуляции тяжелых металлов донными осадками, водными растениями и моллюсками р. Уфы удовлетворительно согласуется с данными, характерными для объектов-аналогов фоновой территории - Воронежскою биосферного заповедника (Никаноров A.M., Жулидов А.В., 1991).

2.6. Содержание тяжелых металлов в органов и тканях стерляди р. Уфы

Ихтиологические методы позволяют выявить биотоксичность среды обитания за более продолжительный срок, чем гидробиологические методы. Рыбы - перемещающиеся животные, результаты их обследования позволяют судить о биотоксичности всего района обитания. Разрушение биоценоза водоема начинается с конца пищевой цепи и рыбы страдают первыми, поскольку они - более интегральный показатель загрязнения, чем организмы нижних звеш.ев пищевой цепи. Среди биоиндикаторов уровня загрязнения поверхностных вод рыбы - самые подходящие объекты для суждения о характере возможного действия на людей веществ антропогенного происхождения, присутствующих в воде. Результаты исследования содержания микроэлементов в органах и тканях стерляди (Аарепсег ги&епш) из р. Уфы, пойманной в черте города представлегая в табл. 7. Из этих данных следует, что количество металлов (меди, цинка, марганца) в печени выше, чем в крови, жабрах и мышцах. Больше всего железа обнаружено в крови стерляди Степень аккумуляции изучаемых тяжелых металлов органами и тканями убывает в ряду концентраций следующим образом (при уровне значимости Р < 0,05).

Таблица 7

Содержание микроэлементов в органах и тканях стерляди (Аарепсев гиШепш) из р. Уфы *

№ п/п Микроэлементы Органы и ткани М ± т, мк/кг 1

р. Уфа (Павловка) р. Уфа (устье)

1. Медь мышцы 2,5 ± 0,4 3,1 ±0,3 2,4*

печень 83,0 ± 10,0 99,0 ±9,4 2,3*

кровь 9,5 ± 1,1 15,2 ± 0,7 8,7*

жабры 8,7 ± 1,1 13,7 ±1,4 4,1*

2. Цинк мышцы 4,7 ±0,7 6,0 ±0,7 2,6*

печень 236 ±25 316 ±37 3,6*

кровь 5,2 ±0,3 6,2 ±0,6 3,0*

жабры 17,5 ± 2,2 22,3 ±2,6 2,8*

3. Марганец мышцы 4,7 ±0,6 4,6 ±0,6 0,2*

печень 60 ±5 53 ±5 2,0*

кровь 19,2 ±4,0 1-4,7 ± 1,5 2,1*

жабры 32,6 ± 4,6 29,8 ± 3,8 1,0*

4. Железо мышцы 41,7 ±3,6 23,5 ± 3,4 7,3*

печень 317 ±32 187 ±16 7,3*

кровь 1467 ±120 711 ±57 11,4*

жабры 339 ± 37 176 ±18 8,0*

*Число параллельных измерений и = 5; уровень значимости Р = 0,05; критерий достоверности 1ц - 2.05; среднее арифметическое значение показателей М; ошибка средней т = I • а; в - средняя квадратическая погрешность

- железо: кровь > печень > жабры > мышцы;

- марганец, печень > жабры > кровь > мышцы;

- цинк: печень > жабры > кровь > мышцы;

- медь: печень > кровь > жабры > мышцы.

Меньше всего тяжелых металлов на единицу веса находится в мышцах, в том числе меди 2,1-4,0 мг/кг, цинка 4,8-8,1 мг/кг. Сравнение этих данных со значениями ГЩК, установленных для рыб (медь 6,6-55,4 мг/кг; цинк 8,0-250 мг/кг), свидетельствует о их близости к нижней границе предельных значений.

Убывающие ряды концентраций тяжелых металлов в органах и тканях стерляди при уровне значимости Р < 0,05 могут быть представлены следующим образом:

- мышцы: железо > цинк > марганец > медь;

- печень: цинк > железо > медь > марганец;

- кровь: железо > медь > марганец > цинк;

- жабры: железо > марганец > цинк > медь.

При этом только характер распределения тяжелых металлов в жабрах стерляди совпадает с их распределением в поверхностных водах р. Уфы. (табл. 3).

Сравнение содержания микроэлементов в органах и тканях стерляди р Уфы в условно фоновом участке реки в районе Павловского водохранилища с таковыми, обитающими в зоне городского влияния (14 км от устья) свидетельствует о достоверном увеличении концентрации меди (1 = 2,3-8,7), цинка (1 = 2,6-3,6), марганца в печени и крови ^ = 2,0-2,1) и железа (I = 8.0-11,4). Изменение содержания марганца в мышцах и жабрах статистически недостоверно (1= 0,2-1,0; Сс^)-

2.7. Содержание диоксинов в стерляди р. Уфа

Полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДЦ) и дибензофураны (ПХДФ) являются супертоксикантами и оказывают сильное индуцирующее или ингибирующее действие на ферменты, вызывая у человека и животных повышение чувствительности к окружающим ксенобиотикам, а также приводят к подавлению клеточного иммунитета.

Для оценки последствий диоксинового загрязнения поверхностных вод р.Уфы исследована возможность перехода супертоксиканта из воды через пищевые цепи гадробионтов (рыба) (табл. 8).

Содержание ПХД/ПХДФ в гидробиоптах (стерлядь) р. Уфа (2002 г.)

ПХДЦ/Ф,ПХБ С! р§/и1 0(\¥) С1(Цр) ТЕР-XVI10 твд-\\'но

1 2 3 4 5 6

2378-ТХДД 12,74 1,274 30,08 1 30,1

12378-ПнХДЦ 10,65 1,065 25,15 1 25,1

12348-ГкХДД 11,28 1,128 26,64 0,1 2,7

123678-ГкХДД 1,56 0,156 3,68 0,1 0,4

123789-ГхХдд 2,45 0,245 5,79 од 0,6

123678-ГпХДЦ 2,40 0,240 5,67 0,01 од

охдд 5,50 0,550 12,99 0,0001 0,0

12378-ПнХДФ 80,63 8,063 190,39 0,05 9,5

23478-ПнХДФ 64,03 6,403 151,19 0,5 75,6

123478-ГкХДФ 17,95 1,795 42,38 0,1 4,2

123678-ГкХДФ 23,25 2,325 54,90 0,1 5,5

123789-ГкХДФ 5,27 0,527 12,44 0,1 1,2

234678-ГкХДФ 5,99 0,599 14,14 од 1,4

123467-ГпХДФ 12,55 1,255 29,63 0,01 0,3

1234789-ГпХДФ 2,80 0,280 6,61 0,01 од

ОХДФ 0,34 0,034 0,80 0,0001 0,0

33'44'-ТХБ(77) - - 0,0001 0,000

344'5-ТХБ(81) - - 0,0001 0,000

233'44'-Г1нХБ(105) - - 0,0001 0,000

2344'5'-ПнХБ(114) - - 0,0005 0,000

23'44'5-ПнХБ(118) - - 0,0001 0,000

2'345'5-ПнХБ(123) - - 0,0001 0,000

33'44'5-ПнХБ(126) - - од 0,000

233'44'5-ГкХБ(156) - - 0,0005 0,000

233'44'5'ТкХБ(157) - - 0,0005 0,000

23'44'55'-ГкХБ(167) - - 0,00001 0,000

33'44'55'-ГкХБ(169) - - 0,01 0,000

233'44'55'-ГпХВ(] 89) - - 0,0001 0,000

ТЕ<2 1о1а1 нг/ липидов 285,8

Таким образом, впервые проведены исследования накопления поли-хлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов в представителях гид-робионтов - стерляди в районе г. Уфы. Показано наличие особоопасных для окружающей среды и человека тетразамещенных диоксинов 2, 3, 7, 8-ТХДД в концентрациях недопустимых для р. Уфы. являющейся источником питьевого водоснабжения.

2.8. Гематологические и биохимические показатели крови стерляди

Мор фо • физиологические особенности реакции организма при негативном влиянии внешней среды могут быть использованы для оценки ее состояния. У разных видов рыб количество эритроцитов колеблется в широких пределах: (0,7-3,5) • 1012/л, для стерляди характерна величина 1,5 -1012/л (Строганов Н.С., 1962). В перечне основных физиоло1Нческих констант сельскохозяйственных животных указан диапазон изменения числа эритроцитов в крови рыб, который составляет (1,5-2,5) ■ 1012/л (Голиков А.Н., 1991).

Настоящими исследованиями установлено, что средние показатели содержания эритроцитов у стерлядей, пойманных в р. Уфе в городской черте (14-3 км от устья) и в районе Павловского водохранилища, выбранным в качестве условно фонового водоема, различаются (табл. 8). Это различие статистически достоверно, поскольку для уровня значимости Р = 0,05 и степени свободы К= 14 рассчитанные значения критерия достоверности I больше критического значения критерия Стьюденга = 2,1448). Повышенные значения концентрации эритроцитов, обнаруженные в крови стерляди условно чистого водотока в районе Павловского водохранилища (2,57 ± 0,14) • 1012/л), существенно превосходят таковые для особей из загрязненного водотока - р.Уфы (1,63 ± 0,07) • 1012/л), протекающей в зоне влияния городских стоков. Эти результаты согласуются с утверждением о том, что в здоровой среде активная рыба всегда содержит больше эритроцитов (Строганов Н.С., 1962).

В списке гематологических показателей животных для СОЭ в крови у рыб принята величина, равная 4 мм/ч (Голиков А.Н., 1991). Значения СОЭ, определенные в настоящей работе для стерлядей, пойманных в устье р. Уфы и в районе Павловского водохранилища, отличаются (Р = 0,05) (табл. 10). Наблюдается замедление СОЭ образцов крови, отобранных у стерляди из загрязненных участков р. Уфы 3,2 ± 0,2 мм/ч по сравнению с таковыми из условно фонового участка водотока (4,2 ± 0,5 мм/ч). Эти результаты указывают на патологические изменения в организме стерляди на участке р. Уфы, подверженном антропогенному прессу.

Уменьшение содержания гемоглобина - основной симптом анемии. Степень снижения этого показателя зависит- от формы анемии и тяжести заболевания. Следует иметь ввиду, что падение концентрации гемоглобина и содержания эритроцитов как правило протекают параллельно. Количество гемоглобина в крови рыб приблизительно следующее: у круглоротых 40-56 г/л, у хрящевых 17-58 г/л, у костных рыб 40-147 г/л. (Строганов НС., 1962). Содержание гемоглобина в крови рыб уменьшается при анемии; при длительном голодании. В списке физиологических констант, принятых для сельскохозяйственных животных, содержание гемоглобина в крови рыб изменяется в интервале 70-120 г/л (Голиков А.Н., 1991). Исследование со-

держания гемоглобина в крови тест-объектов (стерляди), пойманных на экологически напряженных участках р. Уфы в зоне влияния городских стоков (76,3 ±3,4 г/л) и сопоставление полученных результатов с данными по количеству гемоглобина в особях, выловленных в условно фоновом участке в районе Павловского водохранилища (90 ± 5 г/л), свидетельствует о негативном качестве природных вод в городской черте, приводящих к патологическим изменениям физиологического состояния рыб (Р = 0,05).

Таблица 10

Гематологические и биохимические показатели крови стерляди (Acipenser ruthenius)*

№ п/п Показатели Район обитания стерляди Критерий достоверности, t*

р. Уфа в черте города (М±т) р. Уфа у п. Павловка (М±т)

1. Число эритроцитов, п- 10п/л 1,63 ± 0,07 2,57 ± 0,14 12,0

2. Скорость осаждения эритроцитов, мм/ч 3,2+ 0,2 4,2 ± 0,5 4,0

3. Гемоглобин, г/м 76,3 ± 3,4 90,0 ± 5,0 4,6

4. Число лейкоцитов, п- 109/л 56,3 ± 1,2 40,0 ± 3,6 8,4

5. Общий белок сыворотки, г/л 42+4 54 ± 7 3,0

6. Креатинин, мкмоль/л 39 ± 6 26 ± 3 4,0

7. Холестерин, ммоль/л 1,0 ± 0,2 2,6 ± 0,3 8,8

8. Глюкоза, ммоль/л 0,9 + ОД 3,7 ± 0,3 17,6

9. Кортизол. нмоль/л 80 ± 3 115 ± 4 14,0

*- критерий достоверности - число параллельных измерений п-15; уровень значимости Р = 0,05; среднее значение показателей М, ошибка средней т; среднее квад-ратическая погрешность S для всех показателей I > С...

(

Лейкоциты содержатся в крови рыб в меньших количествах, чем эритроциты (в ~ 100 раз). Главная их функция - защитная, против проникновения бактерий (фагоцитоз). Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о зависимости изменений форменных элементов крови от физиологического состояния рыб и от условий их обитания. В перечне гематологических показателей, принятых в качестве основных физиологических констант сельскохозяйственных животных, значения числа лейкоцитов в крови рыб составляют (25-50) ■ 109/л (Голиков АН., 1991).

Исследование крови стерляди, выловленной из условно чистого участка р. Уфы (район Павловского водохранилища) и из загрязненного по-

верхностными стоками городской территории (14-3 км от устья) показало, что число лейкоцитов в крови тест-животных уменьшается от (56,3 ±1,2) • 10® /л до (40,0 ±3,6)- 109/л с увеличением степени загрязнения природных вод р. Уфы (табл. 10). Эти результаты свидетельствуют об ухудшении физиологического состояния рыб, связанное с неблагоприятными условиями их обитания.

Высокое содержание белка в пределах установленных норм является благоприятным признаком; значительные потери белка связаны со снижением жизнестойкости и могут сопровождаться гибелью рыб Общая концентрация сывороточного белка осетровых достигает' 50 г/л (севрюга - 50±8; осетр 47±8; 38,5 г/л) (Яржомбек A.A., Лимански В.В., Щербеня Т.В. и др., 1986). Немногочисленные исследования содержания белка в крови рыб показывают, что его количество колеблется в значительных размерах. У ослабленных особей белуги содержание общего белка в плазме крови в 2 раза ниже, чем у особей при отсутствии патологических изменений в организме (Германович А.Д., Легасов В.А., Шатуновский М.И., 1987). Сопоставление содержания белка в сыворотке крови стерляди, выловленной в р. Уфе и в районе Павловского водохранилища, условно фонового участка, показало, что у рыб, пойманных в р. Уфе, протекающей в городской черте, содержание белка существенно ниже (42 ± 4 г /л) по сравнению с таковыми из района Павловского водохранилища (54 ± 5 г/л). Это различие статистически достоверно для уровня значимости Р = 0,05. Снижение концентрации белка очевидно связано с патологическими изменениями в организме стерляди, обитающей в загрязненной части р. Уфы.

Повышение уровня креатинина в крови - очевидное свидетельство почечной недостаточности. Показатели содержания креатина в крови рыб в литературе отсутствуют. В результате проведения исследований установлено повышение показателей, характеризующих содержание креатинина в крови стерляди при переходе от условно чистого (26 ± 3 мкмоль/л) к загрязненному участку р. Уфы (39 ± 3 мкмоль/л) (это различие статистически достоверно для уровня значимости (Р = 0,05). Это свидетельствует о нарушениях физиологического состояния тест-гидробионтов, вызванных негативным влиянием веществ, загрязняющих природные воды исследуемого водотока.

Наблюдается также многократное падение концентрации холестерина (от 2,6 ±0,3 до 1,0 ±0,2 ммоль/л), что очевидно связано как со снижением кормовой базы животного происхождения в р. Уфе в зоне городского влияния, так и ухудшением работы печени стерляди, вследствие токсического действия поступающих загрязнителей.

В отличие от высших позвоночных животных, у которых количество глюкозы в крови колеблется в очень узких пределах, у рыб эти колебания могут быть значительными и сильно меняться в зависимости от интенсивности питания и вообще от характера обмена веществ, от физиологического состояния. У осетровых рыб наблюдаются значительные колебания концентрации глюкозы в крови (стерлядь 2,0-11,1 ммоль/л, Н.С. Строганов, 1962). Иссле-

дования содержания глюкозы в крови тест-гадробионтов (стерляди), обитающих в относительно чистом (р. Уфа, район Павловского водохранилища) и загрязненном участках р. Уфы (в черте города, 14-3 км от стья) показало падение этого показателя (от 3,7 ±0,3 до 0,9 ± 0,1 ммоль/л) (табл. 10). Наблюдаемое связано с ухудшением экологических условий р. Уфы в городской черте и уменьшением кормовой базы и, как следствие, изменением физиологического состояния рыб, приводящим к снижению активности рыб и концентрации глюкозы.

Кортизол - основной гормон глюкокортикоидного ряда, участвует в регуляции углеводного, белкового и жирового обмена, он усиливает образование глюкозы из белков и аминокислот и синтез гликогена. Проведенная в данной работе оценка концентрации кортизола в крови стерляди, обитающей в р. Уфе на участках с различной степенью загрязнения, позволила установить характер изменения этого показателя (табл.10). Как следует из полученных данных, наблюдается значительное снижение содержания кортизола в крови рыб, обитающих на загрязненных участках р.Уфы (от 115 ±4 до 80 ± 3 нмоль/л). Снижение уровня кортизола в крови стерляди, вызванное подавлением функции надпочечников, уменьшает образование глюкозы из белков и аминокислот.

Выводы

1. Комплексные исследования биоаккумуляции металлов и диоксинов, а также анализ гематологических и биохимических показателей стерляди (Аарепсег гиШепия), обитающих в р. Уфе, указывают на ухудшение ее физиологического состояния, связанное с неблагоприятными условиями среды обитания, вызванными токсическим действием веществ, загрязняющих природные воды в зоне влияния городской территории.

2. Гидрохимический анализ поверхностных вод р. Уфы по 28 показателям, включающий традиционные характеристики (рН, ХПК, жесткость, взвешенные вещества, нитраты, хлориды, сульфаты), отражающий содержание тяжелых металлов (Мп, Ре, N1, Си, Хп, РЬ, Сс1, Сг, Щ), нефтепродуктов, фенола и его хлорпроизводных, пестицидов, бенз(а)пирена, свидетельствуют о их соответствии нормам, установленным для водоемов питьевого и хозяйственного назначения. Однако для марганца, железа, меди и диоксинов обнаружено превышение величины ПДК для рыбо-хозяйственных водоемов.

3. Биотестирование проб поверхностных вод р. Уфы на участке от Северного ковшового водозабора (41 км от устья) до устья с использованием инфузорий-стилонихий свидетельствует о их биотоксичности, при этом выживаемость тест-объектов уменьшается от 90 до 68%, а индекс токсичности достигает 0,32 Использование в качестве тест-объектов дафний нерезультативно, поскольку они менее чувствительны к загрязнителям, присутствующим в природной воде р. Уфы, чем инфузории и указывают на нулевую биотоксичность.

4. Анализ донных отложений р. Уфы в зоне влияния городской территории (41-3 км от устья) свидетельствует о высоком содержании в них меди (31-34 мг/кг), свинца (2,6-5,8 мг/кг), кадмия (0,15-0,55 мг/кг), цинка (56,1-243,0 мг/кг), марганца (446,8-805,0 мг/кг), кобальта (10,1-14 мг/кг) и никеля (50,3-69,0 мг/кг). Установлено превышение предельных норм, предложенных доя пресноводных донных отложений по меди в 10 раз, марганцу до 2-х раз, пинку в 1,2 раза, а для свинца, кадмия, никеля превышения не обнаружено.

5. Исследование содержания микроэлементов в макрофитах р. Уфы показало, что образцы растений (кладофоры, собранные в черте города, содержат значительные количества меди (5,9-11,8 мг/кг), свинца (3,0-25,6 мг/кг), кадмия (0,30-0,60 мг/кг), цинка (54,2-94,4 мг/кг) марганца (69,4-225,6 мг/кг), никеля (0,40-0,90 мг/кг), железа (841-1720 мг/кг), ртути (0,15-0,41 мг/кг), хрома (0,8-2,2 мг/кг). Кладофора является активным концентратором цинка (К= 11586) и железа (К = 4627), в меньшей степени - марганца (К = 2080) и меди (К = 1396).

6. Моллюски (Е^вяепа ро1утогрЬа), собранные в р. Уфе на участке от Северного (41 км от устья) до Южного (3 км от устья) содержат значительные количества железа (553-3100 мг/кг, меди (8,5-12,3 мг/кг), хрома (7,5-15,4 мг/кг), свинца (0,75-1,12 мг/кг), кадмия (0,55-0,69 мг/кг), цинка

(3,5-18,2 мг/кг, марганца (193-925 мг/кг), никеля (2,25-5,52 мг/кг, ртути (0,004-0,028 мг/кг). Моллюски обладают высокой аккумулирующей способностью по отношению к железу (К = 4988), марганцу (К = 4077), меди (К = 2150) и цинку (К = 1650).

7. Стерлядь (Ас1ре1вег гКи&епш), обитающая в р. Уфе в зоне влияния городской территории содержит значительные количества меди (мышцы - 3,1; печень - 99,0; кровь - 15,2; жабры - 13,7 мг/кг), цинка (мышцы - 6,0; печень -316, кровь - 6,2; жабры - 22,3 мг/кг), марганца (мышцы - 4,6; печень - 53; кровь-14,7; жабры - 29,8 кг/кг), железа (мышцы - 23,5; печень-187; кровь -711; жабры - 176 мг/кг). Концентрации меди и цинка в мышцах стерляди близки х значениям ЦДК, установленным доя рыб.

Убывающие ряды концентраций микроэлементов в органах и тканях стерляди могут быть представлены следующим образом: мышцы: Ре >Хп > Мп > Си; печень: > Ре > Си > Мп; кровь: Рс > Си > Мп > Zn•, жабры: Бе > Мп > 2п > Си. Наблюдается идентичность распределения микроэлементов в жабрах стерляди и в поверхностных водах р. Уфы.

8. Показано накопление полихпорированных дибензодиоксинов и ди-бензофуранов стерлядью в районе г. Уфы, что составило ТЕ(5-285,8 нг/липидов.

9. Негативные факторы внешней среды оказывают влияние на организм стерляди (Аарепвег ги&епш), вызывая изменения гематологических и биохимических показателей крови. Наблюдаются достоверные отличия количественных характеристик крови у тест-объектов, обитающих в условно фоновом участке р. Уфы (район Павловского водохранилища) и в зоне влияния городской герришрии (14-3 км от устья), связанные с увеличением антропогенной нагрузки При переходе от тест-объектов условно чистой к тест-объектам загрязненной территории наблюдается уменьшение числа эритроцитов (замедление СОЭ), понижение гемоглобина, общего белка, холестерина, глюкозы, кортизола; имеет место увеличение числа лейкоцитов и креатинина.

Практическое предложения

Промысловые гидробионты (стерлядь) вьилупают ис1 очниками ценной белковой пищи, что обуславливает необходимость тщательного исследования и контроля уровней загрязнения, особенно в районах, подверженных техногенному воздействию.

1. Результаты исследований дают возможность судить о прохождении супертоксикантов в растительные и животные организмы для выработки региональных нормативов содержания их в воде и использования полученных данных в экомониторинге РБ.

2. Результаты, полученные в работе, рекомендуется использовать при проведении лекционных и практических занятий по экологии со студентами факультетов ветеринарной медицины и технологии производства и переработки продукции животноводства.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Назыров А. Д. Экологическая ситуация водоемов по биохимическому составу гемолимфы брюхоногих моллюсков. // Материалы конференции молодых ученых. - Екатеринбург. - 2002. - С. 121-123.

2. Курамшина Н.Г., Курамшин Э.М., Назыров А.Д., Байкина И.М., Садыков М.М. Оценка опасности экотоксикологаческих факторов на репродуктивное здоровье в РБ // Журнал: Экологические системы и приборы. - Москва. - 2002. - С. 30-33.

3. Курамшина Н.Г., Назыров А Д., Мартыненкова Л.Н. Оценка эколого-биохимических показателей Acipenser ruthenus р. Уфы (рациональное рыбоводство в естественных условиях)//Материалы Международной НПК Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания. - Уфа, - 2002. -С. 197-199.

4. Курамшина Н.Г., Назыров А.Д., Мартыненкова Л.II., Курамшин Э М. Оценка экологической ситуации по комплексному анализу поверхностных вод р.Уфы.//Межвузовский сборник научных трудов. - Уфа, -2001. -С. 161-165.

5. Курамшина Н.Г., Кашапов Р.Ш., Назыров АД Экология Уральского региона Башкортостана // Сборник материалов международной НПК Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России. - Уфа, -2002. - С. 330-331.

6. Курамшина Н.Г., Кашапов Р.Ш., Назыров А.Д. Оценка риска от техногенных аварий и катастроф на территории РБ. // Сборник материалов 111 Всероссийской НПК Проблемы прогнозирования и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. - Уфа, - 2002. - С. 65-67.

7. Назыров А.Д., Курамшина Н.Г., Амирова З.К., Курамшин Э.М., Мартыненкова Л.Н. Экомонигоринг р. Уфа и биоаккумуляции диоксинов на примере гидробионтов // Материалы международной НПК Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО. -Уфа. - 2003. - С 421-424.

Подписано в печать 25.06.2003 г. Бумага офсетная. Формат 60х84'/1б- Гарнитура «Тайме». Усл.печ.л. 1,34. Уч.-издл. 1,26. Печать методом ризографии. Тираж 100 экз. Заказ 03-25.

Отпечатано в типографии НИЙБЖД РБ МЧС РБ. 450005, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 8 Марта, 12/1.

»

i

«i

ri

О

f

ф

I

)

J

*13-9-9 S

i

t

4

H

Острота экологической ситуации в стране в первую очередь затрагивает интересы рыбного хозяйства, поскольку водоемы и водотоки являются местом обитания промысловой ихтиофауны и находятся под мощным антропогенным прессом, аккумулируя плохо очищенные промышленные и бытовые стоки, содержащие загрязняющие вещества различной природы и происхождения. В этих условиях возрастают роль и значение токсикологических и эколого-физиологических рыбохозяйственных исследований, призванных не только оценивать и прогнозировать экологические и рыбохозяйственные последствия нарушения качества водной среды, но и разрабатывать новые методы подхода для оптимизации биопродукционных процессов в естественных водоемах и на разных этапах промышленного рыболовства (Николишин И.Д., 1978 и др.; Васильев А.С., 1986; Воробьев В.И., 1993; Евтушенко Н.Ю., 1996; Гриценко Л.И. и др., 1999; Бескровная Н.И., 2001; Курамшина Н.Г. и др., 1994, 1997, 2001).

Для оценки экологического состояния водных экосистем и их загрязнения тяжелыми металлами, органическими веществами в качестве тест-объектов рекомендуется использовать гидробионты (планктон, бентос, макрофиты, органы и ткани рыб). Рыбы - перемещающиеся животные, результаты их обследования информируют об усредненной токсичности всего района их обитания. Они представляют верхнее звено пищевой цепи водоема. Токсиканты, передающиеся по ней, накапливаются в рыбах. Разрушение биоценоза водоема начинается с конца пищевой цепи и рыбы страдают первыми. Они - более интегральный показатель загрязнения, чем организмы нижних звеньев - пищевой цепи. Среди биоиндикаторов уровня загрязнения поверхностных вод рыбы являются самыми подходящими объектами для суждения о характере возможного действия на людей веществ антропогенного происхождения, присутствующих в воде.

Цель и задачи исследований. Целью является изучение биоаккумуляции тяжелых металлов, диоксинов и влияние на гематологические, биохимические показатели стерляди (Acipenser Ruthenus) и других гидробионтов р. Уфы.

Для достижения данной цели в процессе работ решались следующие задачи:

1. Исследование гидрохимического состава и биотоксичности природных вод р. Уфы;

2. Изучение содержания микроэлементов в донных отложениях р. Уфы;

3. Определение концентрации микроэлементов в макрофитах р. Уфы;

4. Исследование биоаккумуляции микроэлементов моллюсками (Dreis-sena polymorpha) р. Уфы;

5. Определение содержания микроэлементов в органах и тканях стерляди (Acipenser Ruthenus) р.Уфы;

6. Установление гематологических и биохимических показателей крови стерляди (Acipenser Ruthenus) р. Уфы.

Научная новизна. Впервые подробно рассмотрена биоаккумуляция микроэлементов Си, Zn, Mn, Fe и диоксинов органами и тканями стерляди р. Уфы, найдено, что концентрации меди и цинка в мышцах стерляди близки к значениям ПДК, принятым для рыб, построены убывающие ряды концентраций микроэлементов в органах и тканях стерляди. Установлено наличие высоких концентраций диоксинов в стерляди р. Уфы.

Изучен комплекс гематологических и биохимических показателей крови стерляди р. Уфы. При переходе от тест-объектов (стерляди) условно чистой территории к аналогам загрязненной территории наблюдается уменьшение числа эритроцитов, замедление СОЭ, понижение гемоглобина, общего белка, холестерина, глюкозы, кортизола; имеет место увеличение числа лейкоцитов и креатинина, свидетельствующие о патологических изменениях в организме стерляди.

Осуществлено биотестирование проб поверхностных вод р. Уфы с использованием инфузорий-стилонихий в местах выпуска в реку дождевой канализации, загрязненной условно-чистыми стоками городских предприятий, установлен индекс токсичности проб.

Проведен анализ концентрации микроэлементов (Си, Ph, Cd, Zn, Mn,Co, Ni) в донных отложениях р. Уфы в зоне влияния городской территории, установлено превышение предельных норм, предложенных для пресноводных донных осадков, по содержанию меди, марганца, цинка.

Впервые исследовано содержание микроэлементов (Си, Pb, Cd, Zn, Ni, Hg, Сг) в макрофитах (кладофора) р. Уфы, найдено, что кладофора является активным концентратом Zn, Fe, Mn, Си.

Установлена концентрация микроэлементов (Fe, Си, Сг, Pb, Cd, Zn, Mn, Ni, Hg) в моллюсках (речная дрейссена) р.Уфы, обнаружена повышенная аккумулирующая способность по отношению к железу, марганцу, меди и цинку.

Практическая значимость работы. Промысловые гидробионты (стерлядь) выступают источниками ценной белковой пищи, что обусловливает необходимость тщательного исследования и контроля уровней загрязнения, особенно в районах, подверженных техногенному воздействию. С эколого-физиологической точки зрения изучение обмена и концентрирования токсичных микроэлементов в гидробионтах (стерляди) является исключительно важным аспектом для понимания переноса токсикантов по пищевым цепям.

Результаты исследований дают возможность судить о прохождении супертоксикантов в растительные и животные организмы для выработки региональных нормативов содержания их в воде и использования полученных данных в экомониторинге РБ, а также разрабатывать мероприятия по снижению биоаккумуляции загрязняющих веществ.

Основные положения, выносимые на защиту.

• Характеристика биоаккумуляции тяжелых металлов и диоксинов гидробионтами и стерлядью (Acipenser Ruthenus).

• Гидрохимический состав и биотоксичность природных вод р. Уфа в зоне городского влияния.

• Содержание микроэлементов в донных отложениях р. Уфа.

• Гематологические и биохимические показатели крови стерляди (Acipenser Ruthenus) для р. Уфа.

Приведенные данные по биоаккумуляции тяжелых металлов в комплексе с гематологическими и биохимическими показателями крови необходимы для адекватной оценки физиологического состояния стерляди в оценке и прогнозировании рыбохозяйственных последствий.

Результаты, полученные в работе также могут быть использованы при проведении лекционных и практических занятий по курсу «Экология» со студентами факультетов ветеринарной медицины и технологии производства и переработки продукции животноводства и факультета пищевых технологий

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на конференции молодых ученых РАНУрО (Институт экологии растений и животных) (г. Екатеринбург, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (г. Уфа, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» (г. Уфа, 2002 г.).

Результаты диссертационной работы апробирована на расширенном заседании кафедры общей биологии Башкирского государственного аграрного университета 23.05.2003 г.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания методов исследования, собственных данных и их обсуждения, выводов, содержит 175 ссылок в библиографии. В работе содержится 46 таблиц и 18 рисунков.

выводы

1. Комплексные исследования биоаккумуляции металлов и диоксинов, а также анализ гематологических и биохимических показателей стерляди г

Acipencer Ruthenus), обитающих в р. Уфе, указывают на ухудшение ее физиологического состояния, связанное с неблагоприятными условиями среды обитания, вызванными токсическим действием веществ, загрязняющих природные воды в зоне влияния городской территории.

2. Гидрохимический анализ поверхностных вод р. Уфы по 28 показателям, включающий традиционные характеристики (рН, ХПК, жесткость, взвешенные вещества, нитраты, хлориды, сульфаты), отражающий содержание тяжелых металлов (Mn, Fe, Ni, Си, Zn, Pb, Cd, Сг, Hg), нефтепродуктов, фенола и его хлорпроизводных, пестицидов, бенз(а)пирена, свиде тельствуют о их соответствии нормам, установленным для водоемов питьевого и хозяйственного назначения. Однако для марганца, железа, меди и диоксинов обнаружено превышение величины ПДК для рыбо-хозяйственных водоемов.

3. Биотестирование проб поверхностных вод р.Уфы на участке от Северного ковшового водозабора (41 км от устья) до устья с использованием инфузорий-стилонихий свидетельствует о их биотоксичности, при этом выживаемость тест-объектов уменьшается от 90 до 68%, а индекс токсичности достигает 0,32. Использование в качестве тест-объектов дафний нерезультативно, поскольку они менее чувствительны к загрязнителям, присутствующим в природной воде р. Уфы, чем инфузории и указывают на нулевую биотоксичность.

4. Анализ донных отложений р. Уфы в зоне влияния городской территории (41-3 км от устья) свидетельствует о высоком содержании в них меди (31-34 мг/кг), свинца (2,6-5,8 мг/кг), кадмия "(0,15-0,55 мг/кг), цинка (56,1-243,0 мг/кг), марганца (446,8-805,0 мг/кг), кобальта (10,1-14 мг/кг) и никеля (50,3-69,0 мг/кг). Установлено превышение предельных норм, предложенных'для пресноводных донных отложений по меди в 10 раз, марганцу до 2-х раз, цннку в 1,2 раза, а для свинца, кадмия, никеля это не характерно.

5. Исследование содержания микроэлементов в макрофитах р. Уфы показало, что образцы растений (кладофоры, собранные в черте города, содержат значительные количества меди (5,9-11,8 мг/кг), свинца (3,0-25,6 мг/кг), кадмия (0,30-0,60 мг/кг), цинка (54,2-94,4 мг/кг) марганца (69,4-225,6 мг/кг), никеля (0,40-0,90 мг/кг), железа (841-1720 мг/кг), ртути (0,15-0,41 мг/кг), хрома (0,8-2,2 мг/кг). Кладофора является активным концентратором цинка (К =11586) и железа (К = 4627), в меньшей степени - марганца (К = 2080) и меди (К =1396).

6. Моллюски (Dreissena polymorpha), собранные в р.Уфе на участке от Северного (41км от устья) до Южного (Зкм от устья) содержат значительные количества железа (553-3100 мг/кг, меди (8,5-12,3 мг/кг), хрома (7,5-15,4 мг/кг), свинца (0,75-1,12 мг/кг), кадмия (0,55-0,69 мг/кг), цинка (3,5-18,2 мг/кг, марганца (193-925 мг/кг), никеля (2,25-5,52 мг/кг, ртути (0,004-0,028 мг/кг). Моллюски обладают высокой аккумулирующей способностью по отношению к железу (К = 4988), марганцу (К = 4077), меди (К = 2150) и цинку (К =1650).

7. Стерлядь (Acipenser Ruthenus), обитающая в р. Уфе в зоне влияния городской территории содержит значительные количества меди (мышцы - 3,1; печень - 99,0; кровь - 15,2; жабры - 13,7 мг/кг), цинка (мышцы -6,0; печень- 316; кровь-6,2; жабры - 22,3 мг/кг), марганца (мышцы-4,6; печень —53; кровь-14,7; жабры —29,8 кг/кг), железа (мышцы —23,5; печень -187; кровь — 711; жабры.- 176 мг/кг). Концентрации меди и цинка в мышцах стерляди близки к значениям ПДК, установленным для рыб.

Убывающие ряды концентраций микроэлементов в органах и тканях стерляди могут быть представлены следующим образом: мышцы: Fe > Zn > Mn>Cu; печень: Zn>Fe >Cu >Mn; кровь: Fe>Cu>Mn>Zn; жабры: Fe > Mn > Zn > Си. Наблюдается идентичность распределения микроэлементов в жабрах стерляди и в поверхностных водах р. Уфы.

8. Показано накопление полихлорированных дибензодиоксинов и ди-бензофуранов стерлядью в районе г. Уфы, что составило TEQ-285,8 нг/липидов.

9. Негативные факторы внешней среды оказывают влияние на организм стерляди (Acipenser Ruthenus), вызывая изменения гематологических и биохимических показателей крови. Наблюдаются достоверные отличия количественных характеристик крови у тест-объектов, обитающих в условно фоновом участке р. Уфы (район Павловского водохранилища) и в зоне влияния городской территории (14-3 км от устья), связанные с увеличением антропогенной нагрузки. При переходе от тест-объектов условно чистой к тест-объектам загрязненной территории наблюдается уменьшение числа эритроцитов, ускорение СОЭ, понижение гемоглобина, общего белка, холестерина, глюкозы, кортизола; имеет место увеличение числа лейкоцитов и креатинина.