Межвидовые различия в содержании тяжелых металлов в теле моллюсков
Анализ содержания тяжелых металлов в теле моллюсков разных видов и в воде позволяет выявить особенности организма накапливать тяжелые металлы из окружающей среды (Яп, 2003).
Установлено, что содержание Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha варьирует от 0,34 до 26,96 мг/кг, при этом D. polymorpha аккумулирует Zn2+ и Cu2+ в максимальных количествах (табл. 3). Аналогичные данные были получены при исследовании моллюсков U. pictorum и A. cygnea (Минакова, 2005).
Таблица 3 – Содержание Cu, Zn, Pb, Cd в теле моллюсков разных видов (мг/кг сух. массы) и воде (мг/л)
Объект
исследования
|
Zn
|
Cu
|
Cd
|
Pb
|
Вода оз. Форелевое
|
0,022 ± 0,008
|
0,021 ± 0,009
|
0,0007 ± 0,0002
|
0,013 ± 0,003
|
D. рolymorpha
|
37,00 ± 2,94
|
6,2 ± 1,1
|
0,27 ± 0,02
|
0,37 ± 0,14
|
Вода р. Урал
|
0,029 0,003
|
0,0050,001
|
0,0030,001
|
н/о
|
U. pictorum
|
15,86 3,08
|
0,240,08
|
0,060,003
|
н/о
|
A. cygnea
|
9,31 2,4
|
0,780,19
|
0,170,08
|
н/о
|
Примечание: уровень значимости данных р< 0,05
Показано, что концентрации Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha выше, чем у U. pictorum и A. cygnea.
Моллюски видов U. pictorum и A. cygnea, также как и D. polymorpha, в наибольших количествах накапливают Zn2+, причем его содержание в теле D. polymorpha выше соответственно в 2 и 4 раза, чем в теле U. pictorum и A. сygnea, при одинаковом содержании Zn2+ в воде р Урал и оз. Форелевое.
При более высокой (в 4 раза) концентрации Cu2+ в воде оз. Форелевое, чем в р. Урал, содержание Cu2+ в теле D. polymorpha выше соответственно в 8 и 23 раза, чем в теле A. cygnea и U. pictorum. В то время как при более низкой (в 4 раза) концентрации Cd2+ в воде оз. Форелевое, чем в р. Урал, его содержание в теле D. polymorpha выше соответственно в 1,5 и 4,5 раза, чем у A. cygnea и U. pictorum.
В исследуемых пробах воды р. Урал и теле U. pictorum и A. cygnea Pb2+ не был обнаружен, в то время как при концентрации Pb2+ 0,013 мг/л в воде оз. Форелевое его содержание в теле D. polymorpha составило 0,37 мг/кг.
Установлены особенности накопления Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ у моллюсков разных видов с учетом которого КН расположены в следующий ряд:
- для D. рolymorpha – KНPb > KНCu > KНCd >KНZn*;
- для U. pictorum – KНCd > KНCu > KНZn **;
- для A. cygnea – KНCd > KНCu > KНZn**;
- для U. rostratus –KНCd > KНCu > KНZn >KНPb***;
- для L. stagnalis –KНCd > KНCu > KНPb >KНZn***;
- для P. purpura –KНCd > KНCu > KНPb >KНZn***;
- для V. viviparus –KНCd > KНCu > KНPb> KНZn***.
* - по собственным данным;
** - по данным Минакова 2005 г.;
*** - по данным Киричук 2006 г.
Наши данные согласуются с результатами о взаимодействии «металл-металл» у других моллюсков. По токсичности тяжелые металлы для моллюсков можно расположить в следующий ряд: Cu > Ni > Cd > Pb > Zn > Al > V > Cr > Se > Fe = Co > Mn > Mg > Mo (Tomasik, 1995).
Межвидовые отличия в содержании тяжелых металлов в теле моллюсков можно объяснить отличиями в содержании металлов в различных зонах обитания моллюсков, а, во-вторых, неодинаковой способностью данных видов к накоплению металлов.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об отличиях в содержании тяжелых металлов в теле моллюсков разных видов, что можно объяснить как экологическими факторами, так и физиолого-биохимическими особенностями данного вида.
Сезонные изменения содержания металлотионеинов в теле моллюсков
D. polymorpha
Известно, что у гидробионтов, в частности у двустворчатых моллюсков, избыток тяжелых металлов переводится в нетоксичную форму особыми цитоплазматическими белками металлотионеинами. Содержание металлотионеинов в биологических объектах используют в качестве показателя загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (Данилин, 2004), при этом, необходимо отметить, что влияние сезона на содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha недостаточно исследовано.
Полученные нами данные о сезонных изменениях содержания металлотионеинов в теле моллюсков D. polymorpha представлены в таблице 4.
Выявлено увеличение концентрации металлотионеинов в теле моллюсков D. polymorpha от весны к зиме. Так, с апреля по июнь содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha увеличилось в 2,7 раза, с июня по сентябрь - в 1,2 раза, а с сентября по декабрь - в 2,4 раза. Таким образом, с апреля по декабрь содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha из оз. Форелевое увеличилось в 8 раз.
Таблица 4 - Сезонные изменения содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha из оз. Форелевое
-
Сезон
|
Содержание МТ, мкг/г
|
Весна
|
2,73 ± 0,17
|
Лето
|
7,38 ± 0,41 a
|
Осень
|
9,3 ± 0,95 a,b
|
Зима
|
22,4 ± 6,41 a,b,c
|
a – достоверное отличие (р 0,05) по сравнению с данными для весны; b - достоверное отличие (р 0,05) по сравнению с данными для лета; c - достоверное отличие (р 0,05) по сравнению с данными для осени.
Зависимость содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое показана на рис.2.
Значение R логарифмических уравнений для зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых металлов в воде составило для Cd (R = 0,91), Cu (R = 0,89), Pb (R = 0,74), Zn (R = 0,97) соответственно.
Cu y = – 4,080Ln(x) – 7,539 R = 0,89 [R=0,48; P<0,05]
|
Pb y = – 5,055Ln(x) – 12,792 R = 0,74 [R=0,14; P<0,05]
|
Zn y = – 12,245Ln(x) – 41,371 R = 0,97 [R=0,95; P<0,05]
|
Cd y = 11,741Ln(x)+90,658 R = 0,91 [R=0,92; P<0,05]
|
По оси х – Концентрация металла в воде оз. Форелевое, оси у – содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha. Зависимость аппроксимирована логарифмическим уравнением. В квадратных скобках – коэффициент корреляции Пирсона (R) и уровень значимости (P)
Рисунок 2 – Зависимость между концентрацией Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое и содержанием металлотионеинов в теле D. polymorpha
Значение коэффициента корреляции Пирсона между содержанием металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде составило соответственно 0,95, 0,48, 0,92, 0,14. Высокие значения коэффициента корреляции между уровнем металлотионеинов и концентрацией Zn2+ и Cd2+ в воде оз. Форелевое показывают, что уровень металлотионеинов в теле D. polymorpha зависит от их содержания в воде. И наоборот более низкие значения коэффициента корреляции между уровнем металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Cu2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое показывают более эффективное регулирование организмом моллюсков аккумуляции данных металлов.
Зависимость содержания металлотионеинов в теле D. polymorpha и концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в теле моллюска показана на рис.3.
Cu y = 6,678Ln(x) –0,895 R = 0,50 [R=0,43; P<0,05]
|
Zn y = – 25,969Ln(x) + 85,326 R = 0,82
[R=0,63; P<0,05]
|
Pb y = 0,614Ln(x) + 10,885 R = 0,003 [R=0,0005; P<0,05]
|
Cd y = 9,019Ln(x)+21,335 R = 0,69
[R=0,70; P<0,05]
|
По оси х – Концентрация металла в теле D. polymorpha, оси у – содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha. Зависимость аппроксимирована логарифмическим уравнением. В квадратных скобках – коэффициент корреляции Пирсона (R) и уровень значимости (P)
Рисунок 3 – Зависимость между концентрацией Zn2+, Cu2+, Cd2+ и Pb2+ и содержанием металлотионеинов в теле D. polymorpha
Значение R логарифмических уравнений для зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых металлов в теле D. polymorpha составило для Zn (R = 0,82), Cd (R = 0,69), Cu (R = 0,50), Pb (R = 0,003). Значение коэффициента корреляции Пирсона между содержанием металлотионеинов и концентрацией Cd2+, Zn2+, Cu 2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha составило соответственно 0,70, 0,63, 0,43, 0,0005. Высокие значения коэффициента корреляции между уровнем металлотионеинов и концентрацией Zn2+ и Cd2+ в теле D. polymorpha показывают, что уровень металлотионеинов зависит от их содержания в теле D. polymorpha. И наоборот более низкие значения коэффициента корреляции между уровнем металлотионеинов и концентрацией Cu2+ и Pb2+ в теле D. polymorpha показывают, что уровень металлотионеинов не зависит от содержания данных металлов в теле моллюсков.
Значение R логарифмических уравнений было выше для зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией тяжелых металлов в воде для Cd (R = 0,91), Cu (R = 0,89), Pb (R = 0,74), Zn (R = 0,97), чем для зависимостей между уровнем металлотионеинов и концентрацией этих металлов в теле D. polymorpha.
Полученные нами данные согласуются с результатами Bordin (Bordin, 1997) по определению металлотионеинов в теле M. balthica. Концентрация металлотионеинов в теле M. balthica увеличилась в 8 раз с апреля по декабрь, такие же результаты получены для других морских и пресноводных беспозвоночных (Hamilton, 1986; Christer, 1991, Roesijadi, 1994; Bebiano, 1999; Danilin, 2005, Данилин, 2002).
Таким образом, установлена сезонная динамика металлотионеинов в теле D. polymorpha достигающая минимума в апреле и максимума в декабре. Более высокие значения коэффициентов корреляции между концентрацией Zn2+, Cd2+, Cu2+ и Pb2+ в воде оз. Форелевое, теле D. polymorpha и уровнем металлотионеинов в теле моллюсков показывают, что содержание металлотионеинов в теле моллюсков зависит от концентрации Zn2+ и Cd2+ как в воде, так и в теле D. polymorpha.
Межвидовые различия в содержании металлотионеинов в теле моллюсков
Металлотионеины - белки, участвующие в формировании ответной реакции клетки на стресс (Sanita di Toppi, 1999; DeMoor, 2000). Они обнаружены во всех исследованных эукариотических организмах, а также в клетках прокариот (Kagi, 1988).
Установлено, что разные виды животных обладают различной способностью синтезировать металлотионеины (рис. 4). Показаны межвидовые различия в содержании металлотионеинов между моллюсками, обитающими в водах с различной соленостью M. edulis, D. polymorpha, U. pictorum (Данилин, 2004), A. cygnea (Данилин, 2004), M. balthica (Bordin, 1997). Удельное содержание металлотионеинов в теле D. polymorpha составляет 10,3 мкг/г. В среднем удельное содержание металлотионеинов в теле M. edulis в 3,39 раза выше, чем в теле D. polymorpha. Не обнаружено достоверных отличий в содержании металлотионеинов у U. pictorum, A. cygnea и Lymnaea sp.
1 – M. edulis; 2 – D. polymorpha; 3 – M. balthica (Bordin, 1997); 4 – Planorbarius sp. (Данилин, 2002); 5 – U. pictorum (Данилин, 2004); 6 – A. cygnea (Данилин, 2004); 7 – Lymnaea sp. (Данилин, 2002)
Рисунок 4 – Содержание металлотионеинов в теле моллюсков разных видов
Уровень металлотионеинов в теле Lymnaea sp. (Данилин, 2002), составлял 1,6 мкг/г, что в 6,4 раза ниже, чем в теле D. polymorpha, и в 22 раза ниже, по сравнению, с M. edulis. Содержание металлотионеинов у D. polymorpha, M. balthica и Planorbarius sp. достоверно не отличались. Различия в индукции металлотионеинов показаны для моллюсков M. balthica и Littorina littorea в работах Langston и Zhou (Langston,1987а, 1987b).
Полученные результаты свидетельствуют об отличиях в содержании металлотионеинов в теле моллюсков разных видов, обусловленные, на наш взгляд, как местами обитания, характером питания, различием занимаемых экологических ниш, так и разной способностью к активации контролирующих синтез металлотионеинов генов.
|
