Россия
Цель исследования – определить концентрацию тяжелых металлов (Cd, Pb, Al, Cr, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, V) в мышечной ткани леща из Шекснинского и Волжского плесов – районов Рыбинского водохранилища, отличающихся уровнем антропогенного воздействия. Задачи – выявить интенсивность аккумуляции тяжелых металлов в мышцах леща из этих плесов; оценить безопасность мяса для использования в пищу. Объектом исследования были половозрелые, примерно одноразмерные особи леща, выловленные тралом в нагульный период (n = 40). У рыб иссекали мышечную ткань и замораживали до проведения анализа. В лаборатории ткань высушивали при 60 °C до постоянной массы, содержание тяжелых металлов определяли на ОЭС ИСП Optima 2000 DV (Perkin-Elmer, США). Обнаружено, что в мышцах леща из Шекснинского плеса, подвергающегося большей антропогенной нагрузке, интенсивнее накапливались Al, Fe, Co. Подтверждена взаимосвязь накопления токсикантов в организме рыб и их негативного влияния на физиолого-биохимические показатели леща. Выявлена синхронность биоаккумуляции Fe в зависимости от их концентрации в донных отложениях. Получены следующие средние концентрации тяжелых металлов в мышцах леща из Рыбинского водохранилища: Cd – 0,005 мг/кг; Pb – 0,048; Al – 10,414; Cr – 0,149; Cu – 0,978; Mn – 0,631; Fe – 8,692; Co – 0,006 мг/кг. Содержание Ni и V оказалось ниже предела обнаружения. Полученные результаты соответствуют требованиям отечественных и международных стандартов, следовательно, мышцы леща безопасны для здоровья человека и могут употребляться в пищу.
ещ Abramis brama, тяжелые металлы, мышцы, Рыбинское водохранилище, Шекснинский плес, Волжский плес
Введение. Рыбы являются источником ценных белков, ряда витаминов и минералов, жирных кислот, особенно омега-3, необходимых для здоровья человека. По этой причине и благодаря высоким вкусовым качествам рыбные продукты играют важную роль в рационе людей. Однако возросшее загрязнение из-за промышленной и сельскохозяйственной деятельности, бытовых сточных вод оказывает влияние на гидробионтов, а загрязняющие вещества могут накапливаться в их теле [1, 2].
Рыбинское водохранилище – один из крупнейших искусственных водоемов России, в северо-восточной части которого находится индустриальный центр, откуда поступает большое количество сточных вод в район Шекснинского плеса. Донные отложения в этом участке аккумулируют тяжелые металлы и относятся к самым загрязненным по сравнению с другими плесами, в т. ч. наиболее удаленным от этого района Волжским плесом [3, 4]. Тяжелые металлы считаются устойчивыми соединениями и поступают в организм рыб по пищевым цепям, поэтому их влиянию наиболее подвержены бентофаги [5].
Самым массовым и распространенным видом рыб, питающимся бентосом, населяющим донные отложения, является лещ Abramis brama. Благодаря высокой численности этот вид имеет высокое рыбопромысловое значение в водохранилище. Поэтому изучение содержания тяжелых металлов в мышцах леща представляет интерес как в научном, так и хозяйственном аспекте.
Цель исследования – определение концентрации ряда тяжелых металлов в мышечной ткани леща из плесов Рыбинского водохранилища, отличающихся уровнем антропогенной нагрузки.
Задачи: выявить особенности накопления тяжелых металлов в мышцах леща из Шекснинского и Волжского плесов; сравнить полученные результаты с отечественными и международными стандартами.
Объекты и методы. Объектами исследования были особи леща, выловленные в Шекснинском и Волжском плесах, загрязненном и условно-чистом участках Рыбинского водохранилища соответственно. Рыб вылавливали тралом в нагульный период, всего было исследовано 40 половозрелых, примерно одноразмерных особей. После вылова рыб измеряли, иссекали мышечную ткань и замораживали ее до проведения анализа.
В лаборатории пробу высушивали при 60 °C до постоянной массы. Концентрацию тяжелых металлов определяли на оптическом эмисионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ОЭС ИСП) Optima 2000 DV (Perkin-Elmer, США). В мышцах получали содержание токсичных металлов – кадмия (Cd), свинца (Pb), алюминия (Al) и эссенциальных – хрома (Cr), меди (Cu), марганца (Mn), железа (Fe), кобальта (Co), никеля (Ni), ванадия (V).
Статистическую обработку полученных данных проводили в программе MS Excel 2007 с расчетом средних арифметических показателей и их ошибок (M±m). Различия считались статистически значимыми при P ≥ 0,95.
Результаты и их обсуждение. В результате исследования выявлено, что в мышцах леща из Шекснинского плеса содержалось больше Al, чем в мышечной ткани особей из Волжского плеса. Различие в концентрации Pb в исследуемых тканях рыб из разных плесов было незначительным. Количество Cd в исследованных плесах было подобным (табл. 1).
Таблица 1
Содержание неэссенциальных тяжелых металлов в мышцах леща
|
Плес |
Содержание, мг/кг влажного веса |
||
|
Cd |
Pb |
Al |
|
|
Шекснинский |
0,005±0,001 |
0,064±0,014 |
13,330±3,992* |
|
Волжский |
0,006±0,001 |
0,036±0,005 |
8,471±2,773 |
Здесь и далее: (*) – статистически значимые различия между плесами, P ≥ 0,95.
Донные отложения в Шекснинском плесе характеризуются более высоким содержанием Cd и Pb, чем в Волжском плесе, причем показатель по Pb превышает ПДК [3]. Концентрация Al в исследованных участках ниже порога токсического действия [4]. Вероятно, из-за большей антропогенной нагрузки на донные отложения Шекснинского плеса содержание Pb и Al в мышцах леща было выше именно в этом районе водохранилища. В мышцах исследованного нами леща содержание Cd и Pb было ниже, Al – выше, чем в мышечной ткани сородичей из Волжского плеса [6, 7].
Известно, что неэссенциальные тяжелые металлы обладают токсическим действием на организм гидробионтов, они могут изменять пищевое поведение рыб, в результате чего снижается пищевая мотивация, нарушается обмен веществ [8, 9]. Ранее нами было показано, что у особей леща, обитающих в районах Рыбинского водохранилища, характеризующихся повышенной антропогенной нагрузкой, обнаружены нарушения липидного и минерального обмена в мышцах и печени, а также снижение уровня потребления пищи и более низкие значения упитанности [5, 10]. Результаты данного исследования по определению тяжелых металлов в мышцах леща подтверждают взаимосвязь накопления токсикантов в организме рыб и их негативного влияния на физиолого-биохимические показатели особей.
В мышцах леща из Шекснинского плеса содержалось больше Fe и Co по сравнению с сородичами из Волжского плеса (табл. 2). Содержание Cu, Mn и Cr в мышечной ткани леща из исследованных плесов достоверно не отличалось. Концентрация Ni и V в мышечной ткани исследованных рыб была ниже предела обнаружения.
Таблица 2
Содержание эссенциальных тяжелых металлов в мышцах леща
|
Плес |
Содержание, мг/кг влажного веса |
||||||
|
Cr |
Cu |
Mn |
Fe |
Co |
Ni |
V |
|
|
Шекснинский |
0,161±0,024 |
0,951±0,123 |
0,588±0,117 |
11,844±4,597 |
0,009±0,003 |
НПО |
НПО |
|
Волжский |
0,141±0,018 |
0,996±0,179 |
0,660±0,042 |
6,590±1,362* |
0,004±0,001* |
НПО |
НПО |
Примечание: НПО – ниже пределов обнаружения.
В донных отложениях Шекснинского плеса ученые отмечали повышенное содержание Cr, Cu, Fe и более низкую концентрацию Mn и Ni, чем в Волжском плесе. Стоит отметить, что концентрация Cr и Cu в донных отложениях обоих плесов превышала ПДК, Ni – в Волжском плесе, Fe – в Шекснинском плесе [3, 11]. Концентрация Co в донных отложениях Рыбинского водохранилища не превышала нормативов [4]. Сравнение полученных нами данных и сведений о накоплении тяжелых металлов в донных отложениях Рыбинского водохранилища позволяет сделать вывод о синхронности биоаккумуляции Fe в зависимости от его количества в донных осадках. В мышцах исследованного леща содержалось больше Cr, Cu и Mn, но меньше Co и Ni, чем у сородичей из водоемов этой рыбоводной зоны [6, 7].
Вне зависимости от плесов выявлена следующая закономерность интенсивности аккумуляции металлов в мышцах леща: Ni = V < Co < Cd < Pb < Cr < Mn < Cu < Fe < Al. Результаты нашего исследования по накоплению тяжелых металлов в мышечной ткани леща отличается от данных других авторов [2, 7]. Но преобладание Al над Pb и Cd в мышцах исследованного нами вида отмечают и в других водоемах [1, 6].
В среднем мышцы леща из Рыбинского водохранилища содержали: Cd – 0,005 мг/кг; Pb – 0,048; Al – 10,414; Cr – 0,149; Cu – 0,978; Mn – 0,631; Fe – 8,692; Co – 0,006 мг/кг. Эти значения соответствуют требованиям отечественных и международных стандартов, поэтому мясо леща из Рыбинского водохранилища безопасно для использования в пищу [12]. Необходимо отметить, что многие тяжелые металлы интенсивнее накапливаются в метаболически активных органах, например печени и почках [6, 13, 14]. Вероятно, поэтому содержание большинства тяжелых металлов в мышцах леща из плесов водохранилища достоверно не отличалось и не превышало ПДК. По этой причине необходимо дальнейшее изучение содержания и динамики тяжелых металлов в организме леща, в т. ч. в других органах и тканях.
Заключение. В мышечной ткани леща из Рыбинского водохранилища содержалось: Cd – 0,005 мг/кг; Pb – 0,048; Al – 10,414; Cr – 0,149; Cu – 0,978; Mn – 0,631; Fe – 8,692; Co – 0,006 мг/кг. Концентрация Ni и V была ниже предела обнаружения. Мышцы леща из района водохранилища с большим антропогенным воздействием характеризовались повышенным содержанием Al, Fe, Co. Обнаружена синхронность биоаккууляции Fe в зависимости от его концентрации в донных отложениях. В целом содержание тяжелых металлов в исследованной ткани соответствует требованиям отечественных и международных стандартов, поэтому мышцы леща можно употреблять в пищу. Будущие исследования должны включать в себя аналогичный анализ, включающий метаболиически активные органы.
1. Accumulation of heavy metals in crayfish and fish from selected Czech reservoirs / I. Kuklina [et al.] // BioMed research international. 2014. V. 2014. 9 p.
2. Spatial monitoring of heavy metals in the inland waters of Serbia: a multispecies approach based on commercial fish / A. Milošković [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2016. V. 23, № 10. P. 9918–9933.
3. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Экотоксикологическая оценка качества воды и донных отложений // Структура и функционирование экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. М.: РАН, 2018. С. 371–388.
4. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Тр. Института биологии внутренних вод РАН. 2018. № 81 (84). С. 107–131.
5. Physiological Parameters of Bream (Abramis brama L.) in Parts of the Rybinsk Reservoir of Different Types / A.A. Payuta [et al.] // Inland Water Biology. 2019. V. 12, № 2. P. 217–224.
6. Moiseenko T.I., Kudryavtseva L.P., Gashkina N.A. Assessment of the geochemical background and anthropogenic load by bioaccumulation of microelements in fish // Water Resources. 2005. V. 32, № 6. P. 640–652.
7. Гапеева М.В. Биогеохимическое распределение тяжелых металлов в экосистеме Рыбинского водохранилища // Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. С. 42–49.
8. Касумян А.О. Воздействие химических загрязнителей на пищевое поведение и чувствительность рыб к пищевым стимулам // Вопросы ихтиологии. 2001. Т. 41, № 1. С. 82–95.
9. Голованова И.Л. Влияние тяжелых металлов на физиолого-биохимический статус рыб и водных беспозвоночных // Биология внутренних вод. 2008. № 1. С. 99–108.
10. Паюта А.А. Содержание и распределение липидов, белка, углеводов, минеральных веществ и воды в тканях рыб водохранилищ Верхней Волги: автореф. дис. … канд. биол. наук. Ярославль, 2021.
11. Григорьева И.Л. Негативное влияние крупных промышленных комплексов на поверхностные воды (на примере Череповецкого промузла) // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации: мат-лы докл. XIII Общерос. науч.-практ. конф. и выставки. М.: Геомаркетинг, 2017. С. 150–156.
12. Оценка антропогенного загрязнения р. Енисей по содержанию металлов в основных компонентах экосистемы на участках, расположенных выше и ниже г. Красноярска / О.В. Анищенко [и др.] // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2010. Т. 3, № 1. С. 82–98.
13. Stráňai I., Andreji J. Heavy metals (Co, Ni, Cr, Pb, Cd) content in tissues of Nitra river fishes // Slovak Journal of Animal Science. 2007. V. 40, № 2. P. 97–104.
14. Özparlak H., Arslan G., Arslan E. Determination of some metal levels in muscle tissue of nine fish species from the Beyşehir Lake, Turkey // Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 2012. V. 12, № 4. P. 761–770.
