XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Среди экологических факторов, определяющих закономерности функционирования экосистем важнейшее место отведено химическому загрязнению. Основными компонентами которого, представляющими важность для экологического мониторинга, являются тяжёлые металлы.

Для жизни природных вод и поддержания экологического равновесия в них большое значение имеет жизнеспособность популяций гидробионтов определяющих параметры воды и существование водоёмов. В связи с этим в мониторинговых исследованиях первостепенное значение имеют такие токсические воздействия, которые сказываются на численности, биомассе, продуктивности и интенсивности жизнедеятельности популяций видов гидробионтов.

Значение тяжёлых металлов для гидробионтов неоднозначно. Большинство из них (Cu; Zn; Ni; Cr; Co и др.) являются необходимыми микроэлементами для осуществления нормальной жизнедеятельности. Однако при повышенной концентрации эти же металлы могут ингибировать жизненно важные процессы и оказывать на них негативное действие.

Если по силе воздействия какой-либо фактор выходит за рамки, освоенные животными в результате естественного отбора организм переходит в состояние стресса – органического или физиологического расстройства, которое сопровождается нарушением обмена веществ. При этом наиболее чувствительны к воздействию компоненты защитных ферментных систем, одним из которых является лизоцим.

Цель работы – исследовать влияние ионов кадмия разных концентраций на лизоцимную активность моллюсков U. pictorum и A. сygnea.

Объект и методы исследования. Объектом исследования явились двустворчатые моллюски видов U. pictorum и A. сygnea. Лизоцимная активность определялась спектрофотометрическим методом в отношениисуспензии клеток грамм-положительной тест-культуры M. lysodeicticus.

Результаты исследования. Полученные ранее данные и результаты наших исследований показали, что экстракты тканей пресноводного двустворчатого моллюска U. pictorum оказывают выраженное литическое действие в отношении суспензии клеток грамм-положительной тест-культуры M. lysodeicticus. Наиболее высокие значения удельной активности определены в экстрактах жаберной ткани. Происходит это, по-видимому, по причине важной барьерной роли, которую выполняют жабры в организме моллюсков: интенсивно омываемые гемолимфой, содержащей лизоцим, они обезвреживают бактерии, принесённые водой .

В ходе наших исследований воды и донных отложений среднего течения реки Урал обнаружены ртуть, кадмий и свинец концентрации которых в воде превышали ПДК р.х. водоёмов и в донных отложениях – экологический норматив на большинстве участков исследования. В связи с данным фактом и большой ролью двустворчатых моллюсков как биоиндикаторов и биофильтраторов водных экосистем нами проведено несколько серий токсикологических экспериментов. В ходе которых исследовали влияние кадмия на уровень лизоцимной активности и общее микробное число (ОМЧ) жабр U. pictorum и A. cygnea. Как показателей во многом отражающих состояние защитных механизмов бентосных организмов и участие в процессах самоочищения природных водоёмов.

Результаты проведенных экспериментов показали, что кадмий оказывает влияние на уровень лизоцимной активности и общее микробное число жабр двустворчатых моллюсков U. pictorum и A. cygnea.

В настоящее время известно, что кадмиевая интоксикация для двустворчатых моллюсков наступает при 100-1000ПДК и вызывает изменения скорости реакций основных путей метаболизма. Повышается активность таких ферментов как малатдегидрогеназа, глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа, пероксидаза и снижается активность лактатдегидрогеназы, приводя тем самым к гипоксии и снижению мышечного тонуса у моллюсков. Несмотря на значительные изменения ферментативной активности жизнедеятельность двустворчатых моллюсков не прекращается и протекает даже в условиях хронического отравления соединениями кадмия.

По результатам данных проведенного нами токсикологического эксперимента отмечено снижение уровня лизоцимной активности жаберной ткани U. pictorum и A. cygnea. В случае U. pictorum лизоцимная активность от исходной снижалась при внесении кадмия на уровне ПДК до 3,0 Еа/мл. Но резко возрастала и достигала максимального значения при 10 ПДК кадмия, что составляет 103,4 % в сравнении с контролем с последующим снижением активности фермента до 2,0 Еа/мл (74,1 % от контроля) при 1000 кратном превышении ПДК токсиканта.

Исходная активность лизоцима A. cygnea была меньше в 2,1 раза активности у U. pictorum и снижалась в течение всего эксперимента достигнув при 1000ПДК кадмия значения 0,6 Еа/мл (75 % от контроля), что меньше уровня лизоцимной активности U. pictorum в 3,3 раза.

Известно, что лизоцим моллюсков это один из главных антибактериальных ферментов и именно уровень его активности определяет степень лизиса бактерий, поступающих в организм фильтраторов. Поэтому для полноты оценки токсического действия кадмия провели анализ изменений бактериальной обсеменённости жабр моллюсков. Анализ уровня общего микробного числа (ОМЧ) выявил устойчивое увеличение микробной обсеменённости жабр U. pictorum и A. cygnea при повышении концентрации поллютанта. Динамика увеличения ОМЧ жабр U. pictorum под воздействием разных концентраций токсиканта имела в целом плавный последовательный характер с максимумом повышения численности бактерий при 1000ПДК до 1500 КОЕ/мл), что составило увеличение содержания ОМЧ в жабрах в 3,9 раза. В случае A. cygnea исследуемый показатель рос скачкообразно в течение всего эксперимента, но при 1000ПДК кадмия был в 1,7 раза ниже, чем у U. pictorum.

В воде опытного аквариума U. рictorum повышение ОМЧ отмечено при 100 и 500ПДК кадмия до 590 и 930 КОЕ/мл и резкое снижение показателя при 1000ПДК до 300 КОЕ/мл. Для воды из аквариума с A. cygnea ОМЧ постепенно возрастало с 420 до 900 КОЕ/мл.

Выводы. Полученный результат, по-видимому, можно объяснить во-первых, видовыми особенностями чувствительности моллюсков к действию поллютанта и во-вторых, различной скоростью стабилизации их физиологического состояния в условиях экологического стресса, когда под воздействием кадмиевой интоксикации на двустворчатых моллюсков, происходят изменения в их жаберном аппарате, реснитчатый эпителий которого изъязвляется до базальной мембраны, жаберные лепестки уменьшаются в размерах, в связи с чем нарушается процесс омывания их гемолимфой, а значит и снижается поступление лизоцима в жабры и, как следствие, нарушаются функции дыхания и литической активности моллюска, а следовательно, менее эффективным становится процесс обезвреживания бактерий, который с течением времени может привести к уменьшению численности моллюсков-фильтраторов в водоёме и в последствие к нарушению экологического равновесия в нём.

^Выражаю благодарность научному руководителю ст. преподавателю кафедры биологии Оренбургского государственного медицинского университета Т.В. Осинкиной за помощь в проведении данного исследования.