УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ РИБНОГО ГОСПОДАРСТВА

Забитівський Юрій Михайлович

УДК 597.504.4.054

МІНЛИВІСТЬ МОРФОЛОГІЧНИХ ОЗНАК І АКТИВНОСТІ ТРАВЛЕННЯ

У КОРОПА ЗАЛЕЖНО ВІД УМОВ ІСНУВАННЯ

03.00.10 - іхтіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в лабораторії “Охорони оточуючого середовища і раціонального використання ресурсів” Львівського національного університету імені Івана Франка

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Ялинська Надія Степанівна

Львівський національний університет імені Івана Франка

провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Тернопільський державний педагогічний

університет імені Володимира Гнатюка

проректор з навчальної роботи,

Грубінко Василь Васильович

доктор біологічних наук, професор

Інститут рибного господарства УААН

провідний науковий співробітник

Янович Вадим Георгійович

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра

загальної зоології та іхтіології, м.Київ.

Захист дисертації відбудеться 16.09.2003 р о 10 год на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.364.01 при нституті рибного господарства УААН за адресою: 03680 м.Київ, вул. Обухівська,135.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці нституту рибного господарства УААН, м.Київ, вул. Обухівська, 135.

Автореферат розісланий 15.08.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук Кражан С.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Західному регіоні України прісноводні екосистеми функціонують в режимі високих антропогенних навантажень. У різних за походженням і цільовим призначенням водоймах об’днано дють сапробні і токсичні агенти. Вода і грунт у них епізодично насичуються органічними речовинами, полютантами і важкими металами, що дестабілізує умови існування гідробіонтів. Зміна складу гідрохімічного режиму викликає адекватну відповідь гідробіонтів, яка формується на всіх рівнях організації – від молекулярного до біоценотичного.

Посилення антропічнго пресу вимагає новітніх методів діагностики стану екоценозу. Актуальності набули дослідження динамічних критеріїв відповіді популяційних угруповань риб. Провідними фахівцями раніше вже було продемонстровано залежність між умовами існування та спрямованістю і амплітудою коливань пристосувальної мінливості цих угруповань (Поляков Г.Д., 1975, Емельянов И.Г., 2001). Необхідність є в проведенні паралельних морфо-фукнціональних досліджень риб з ціллю виявлення чутливих індикаторів для детальнішої оцінки екологічного стану іхтіоценозу (Соболев Л.Б., 1991). Функціональна активність травної системи відзначається високою лабільністю, через що входить у перелік можливих індикаторів (Хочачка П., 1977). З причини високої адаптивності травного тракту слід розглянути можливість створення на цій основі базового критерія функціонального стану популяційного угруповання.

У водоймах Західного регіону України широко розповсюджені коропи, які не піддаються конкретній породній ідентифікації з причини полігібридного схрещування у неконтрольованих людиною умовах. Занесені штучно у рекреаційні водоймища, стави, а також відстійники, вони складають вагому частку місцевої іхтіофауни. Їх угруповання становлять науковий інтерес, як матеріал для моніторингу антропофікованих водойм Західного регіону. Є потреба глибше дослідити їхні морфо-фізіологічні та біохімічні сторони відповіді, враховуючи функціональну активність травної системи, на мінливі умови існування з ціллю виявити у них характер і спрямованість адаптаційних процесів, як критерія біологічного стану популяції, що і визначає актуальність роботи.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота складовою частиною держбюджетних наукових дослджень за темою Бз - 256Б “Закономрност та тенденц розвитку гдробоценозв антропофкованих водойм Захдного регону Украни х бологчний монторинг” № держрестрац 0197U018079, як виконувались в межах науково-дослдних програм Мнстерства освти Украни.

Мета задач дослдження. Метою роботи виявлення у цьоголіток коропа з водойм Західного регіону України величини і структури мінливості ряду ознак, які були б надійним критерієм умов життя і біологічного стану популяції. Оскільки регуляція метаболізму всіх тварин зводиться до регуляції інтенсивності ферментних функцій, доцільно було розглянути сторони цієї концепції відповідно до коропа, зосереджуючи увагу на з’ясуванні причин мінливості морфологічних ознак, аналізуючи функціональний стан травного тракту.

При виконанн роботи виршувалися наступн завдання:

-

-

-

-

-

Обєктом досліджень послужили цьоголітки коропа, відловлені методом рандомізації у водоймах рекреаційного і господарського призначення Західного регіону України.

Предметом дослджень гетерогеннсть цьоголток, морфологчн показники їх екстер’ру та нтер’ру, а також активнсть карбогдраз та протеаз, як беруть участь в мембранному та порожнинному гдролз нутрнтв у кишквнику.

Методи дослджень. Для досягнення цл використовувались загальноприйняті та модифіковані морфо-фзологчн, гдробологчн, бохмчн, електронномкроскопчн та статистичн методи дослджень.

Наукова новизна одержаних результатв. За даними еколого-фзологчного аналзу уточнено, що умови живлення взамодя нестабльних чинникв (дефцит розчиненого у воді кисню, водний режим) обумовлюють величину і структуру гетерогенності цьоголіток коропів, що заселяють водойми різного призначеня. Угруповання цьоголіток коропа розпадаються на деклька розмрних класв, як з рзною ефективнстю використовують природну кормову базу, досягають рзних розмрв, маси ступеня вгодованост.

Вперше комплексно проаналзовано загальнобологчн характеристики коропів рамчастого і лускатого покриву. В процесі роботи з’ясовано, що рамчасті коропи, завдяки потужнй карбогдразнй та протеазній системам краще ніж лускаті перетравлюють нутрієнти з великим вмстом білкових і вуглеводневих компонентв. Лускат коропи більш пристосован до вживання високоблкових субстратів.

Цьоголітки коропів рамчастого і лускатого покриву володють різними комплексами специфчних клтинних адаптивних реакцй, як проявляються в змн пристосувально активац чи нгбуванн окремих ланок мембранного та порожнинного травлення вуглеводв блкв за д різних концентрацій мд та свинцю, що передують проявам морфологічних перебудов екстер’єрних показників.

Вперше виявлено, що в процес нтоксикац свинцем цьоголток лускатого коропа функцональна активнсть ферментв травного тракту щльно пов’язана з морфо-фзологчними характеристиками апкально длянки ентероцита, що проявляться в утворенн ендоцитозних візикул в цитоплазм при незначно змненй активност мембранних карбогдраз.

Практичне значення одержаних результатв.

Результати дослджень вагомим внеском в теоретичну основу аутеколог, можуть використовуватися в систем бомонторингу в рибному господарств. Характер динаміки групових морфо-фзологчних ознак показує стан регуляцйних адаптивних механзмів у риб на початковому етап х росту розвитку, пов’язаних з реакцю на дефцит розчиненого у воді кисню, нестачу корму важк метали. В умовах Західного регіону характер мінливості екстер’рних ознак кльксних характеристик функцонування травно системи – показник біологічного стану популяцій коропів у водоймах різного цільового призначення.

Фрагменти виконано роботи включен в курс лекцй з гдроболог, як викладаються у Льввському унверситет мен вана Франка.

Особистий внесок здобувача. При описуванні типології такого явища, як популяційна мінливість цьоголіток, використовувався матеріал з архіву лабораторії “Охорони оточуючого середовища і раціонального використання природніх ресурсів” ЛНУ і автора. Решту матеріалу викладеного в дисертац збрано, опрацьовано обгрунтовано автором самостйно.

Апробаця результатв дисертац. Матерали дисертац доповдалися на: ззд Гдроекологчного товариства Украни (Кив, 1997); Всеукранськй науковй конференц “Екологчний стрес адаптаця в бологчних системах” (Тернопль, 1998); мжнароднй конференц “Питання бондикац еколог“ (Запоржжя, 1998); ззд Гдроекологчного товариства Украни (Тернопль, 2001); щорчних наукових конференцях Льввського нацонального унверситету мен вана Франка (1997 – 2001 рр).

Публкац. За матеріалами дисертації опубліковано 10 праць, з яких 6 у фахових виданнях і 4 в матеріалах конференцій та з’їздів.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури (один розділ), методики досліджень (один розділ), експериментальної частини (два розділи), підсумкової частини (один розділ) і висновків. Робота викладена на 136 сторінках, містить 10 рисунків, 18 таблиць. Список використаних джерел містить 156 найменувань (34 - іноземною мовою).

ЗМІСТ РОБОТИ

Мінливість морфо-фізіологічних ознак риб і актуальність її дослідження. У розділі подано результати досліджень мінливості популяцій риб, визначено актуальність дослідження проблеми на сьогоднішній день. Наголошено на ролі травної системи в пристосувальній адаптації і зроблено перегляд морфологічних ознак травного тракту, яким характерна висока варіабильність. Описано роль вагомого чинника антропогенного навантаження, важких металів, в процесі онтогенезу риб і в формуванні відповіді організму.

Об’єкт, матеріал та методи досліджень. Об’єктом досліджень були цьоголітки коропа, виловлені методом рандомізації зі ставів направленого генезизу рибгоспів “Солонсько”, “Хом’яківка”, "Великий Любінь" і ненаправленого генезизу – природних водойм кар’єрного типу біля с.Великий Любінь.

Матеріал дисертації подано у двох частинах. Перша присвячена виявленню гетерогенності внутрішньопопуляційних груп в умовах короткотривалої гіпоксії, нестабільної природної кормової бази, штучного літнього голодування і після зимового анабіотичного періоду. Розглядається різноякісність популяції цьоголіток за ознаками, які служать організму пристосуванням до мінливих чинників середовища: розмірно-вагова структура стада, показники екстер’єру та інтер’єру, морфо-фізіологічні показники травної системи за дії несприятливих умов вирощування. Як показник для оцінки живлення і загального стану коропів різних розмірних класів було використано коефіцієнт вгодованості за Фультоном (КВ) (Лиманский В.В, 1986).

У другій частині дисертації обговорюються результати 2400 біохімічних аналізів експерименту на 135 коропах рамчастої та лускатої груп, за дії на них міді і свинцю. Увагу зосереджували на вивченні карбогідразної та протеолітичної активності травного тракту, які пов’язані з мембранним та порожнинним гідролізом їжі, що є стратегічним механізмом, з допомогою якого організм досягає векторного гомеостазу метаболічних функцій (Хочачка П., Сомеро Дж., 1977).

Гідрохімічний аналіз водойм ставів, у яких вирощувались піддослідні коропи, проводили співробітники рибного господарства "Великий Любінь" та автор згідно із затвердженими інструкціями (Шестерин И.С. и др, 1985; Новикова Ю.В., и др. 1990). У відловлених риб вимірювали основні показники екстер’єру та інтер’єру: масу риб (m), довжину тiла вiд рила до кiнця лускатого покриву (l), висоту тiла на рiвнi основи грудних плавцiв – (Н1), висоту тiла на рiвнi основи першого променя спинного плавця (найбільша висота) – (Н2), висоту тiла на рiвнi початку першого променя анального плавця – (Н3), висоту хвостового стебла – (Н4), а також показники товщини тiла – D1 - D3 там же, де вимiрювалась висота, товщину хвостового стебла – (D4). З інтер’єрних показників визначали абсолютні та відносні значення маси кишківника із вмістом та без нього, його довжину; абсолютну та відносну масу гепатопанкреасу. Індекс наповнення кишківника встановлювали ваговим методом (Павловский Е.Н., 1961), індекс маси кишківника із вмістом – за методикою, розробленою Л.Б. Соболевим та Н.С. Ялинською (1987).

Дослідження впливу міді та свинцю на процеси травлення вуглеводів та білків проводили в лабораторних умовах. Вивчали вплив міді в концентрації 0,002 та 0,005 мг/л, та свинцю - в концентрації 0,2 та 5 мг/л. Потрiбну концентрацiю йонів металу створювали, розчиняючи у водi його сiль. Для приготування рiзних концентрацiй мiдi використовували СuSO4 x 5 H2O, свинцю - Pb(NO3)2.

Вміст міді в тканинах кишківника коропів та у воді встановлювали за допомогою атомно-абсорбційного спектрофотометра С-115М1.

Аналіз впливу важких металів на адаптивну здатність травної системи проводили через одну, три, сім та чотирнадцять дiб експозиції в токсичному розчині, виходячи з “каскадного” принципу адаптації організму (Грубінко В.В., 2001). При дослідженні ентерального впливу важких металів на травну систему коропів розчин міді, кількістю 1 мл/20г риби, вводився орально через спеціальну канюлю в кишківник.

Активність мембранних та порожнинних травних ферментів досліджували у трьох ділянках кишківника. Фермент-активний препарат для вивчення активності мембранних ферментів різної локалізації отримували шляхом солюбілізації відрізка кишківника протягом 5, 30 та 60 хв. (Кушак Р.Й., 1983). Для вивчення загальної мембранної активності використовували метод зішкрябування слизової з наступною гомогенізацією та центрифугуванням (Кузьмина В.В., 1984, 1989; Уголев А.М.). Порожнинні ферменти отримували шляхом перфузії кишківника розчином Рінгера зі швидкістю 1 мл/с (Соболев Л.Б., 1991), інкубацію проводили при температурі 37 0С.

Активність карбогідраз визначали за кількістю гідролізованої глюкози, яку встановлювали в солюбілізатах о-Толуїдиновим реактивом (Сухомлинов Б.Ф., 1987). Активність протеолітичних ферментів визначали за приростом тирозину, кількість якого знаходили за допомогою нінгідринового реактиву (Уголев А.М., Тимофеєва Н.М, 1969). 1,5 % розчин гемоглобіну використовувася в якості субстрату (Орехович В.Н., 1987). Загальний вміст білка в реакційній суміші визначали методом Лоурі (Мешкова Н.П., 1979).

Ультрамікроскопічні зміни в тканині кишківника досліджували з використанням електронного мікроскопа ТЕМ - 100. Зрізи для дослідження робили алмазним ножем на ультрамікротомі УМТП - 6.

Вірогідність результатів доведена статистичною обробкою (Деркач М.П, 1974).

Різноякісність за морфо-фізіологічними ознаками угруповань коропа, що індукується мінливими умовами середовища. Формування іхтіомаси у водоймах направленого генезису тісно пов’язане з мінливими чинниками середовища. Модальний клас цьоголіток – типова група – краще розвивається за стабільних, сприятливих умов існування, однак за дії мінливих чинників, пов’язаних з живленням, різко зростає гетерогенність угруповання коропів. У ставах направленого генезису рибгоспів “Солонсько”, “Хом’яківка” і “Великий Любінь” антропогенний чинник має вагомий внесок у формуванні розмірно-вагової структури цьоголіток коропа. У дослідних ставах №№1, 4, 18, 19, в яких проводились інтенсифікаційні заходи із збільшення розвитку природної кормової бази (внесення культури протококових водоростей Scenedesmus, Chlorella, і гіллястовусих раків Daphnia magna, Moina rectirostris, підживлення азотно-фосфорними добривами), а також у контрольних ставах, де інтенсифікаційні заходи не проводились, спостерігалась тенденція до різної спрямованості кривих асиметрії, що характеризують кількість розмірно-вагових класів цьоголіток коропа. Стави, які спускалися на зимівлю, у травні були забезпечені природним кормом; водойми, воду з яких не спускали, характеризувалися низькою біомасою зоопланктону. В результаті у водоймі № 1 мав місце нормальний одновершинний розподіл варіант, за якого в найкращій ситуації були представники модального класу. У водоймах, де планктон виїдали хижі зяброноги, а також, де спостерігалися спалахи дактилогірозу, у розмірно-ваговому аспекті проявляється гетерогенність стада. За результатами графічних зображень видно, що вершина асиметрії є однією і спрямована вліво, тобто в складі угруповання зростає кількість особин з малою масою при домінуванні одного розмірно-вагового класу. Крива асиметрії має декілька вершин, якщо діють одночасно декілька чинників, причому таких, які підвищують смертність риб. У міру збільшення ролі таких впливів у популяції спостерігаються “провали” в різних розмірно-вагових класах. Величина домінантних природних кормових об’єктів зумовлює спрямованість вершини розмірного розподілу риб. При активному розвитку великого за розмірами зоопланктону та бентосних організмів, вершина асиметрії спрямована вправо.

Додатковою величиною, яка характеризує гетерогенність внутрішньопопуляційного угруповання є коефіцієнт вгодованості. Він є найнижчим при раптовому погіршенні умов живлення. За його величиною виявляється стабільність угруповань риб. У процесі переходу риб на живлення комбікормами збільшується різноякісність коропа за масою. Формування угруповань, диференційованих за трофічним показником, є характерною особливістю цього періоду, що збільшує ефективність використання доступної для цьоголіток коропа природної кормової бази.

Прикладом регуляції розмірно-вагової структури угруповання результати досліджень, поміщених у таблиці 1.

У рамчастих коропів зріст різноякісності за масою пов’язаний із збільшенням самої маси. Ця особливість добре помітна за сприятливих умов вирощування, коли відбувається інтенсивне підгодовування комбікормами і є активний розвиток великих за розмірами кормових організмів зоопланктону та бентофауни. У лускатих – різноякісність маси напрямлена в бік її зменшення, тому вони більш ефективно використовують дрібні планктонні організми.

Мінливість морфологічних ознак цьоголіток коропа особливо зростає за дії екстремальних чинників навколишнього середовища. Досліджено вплив низької температури, різкого зниження концентрації розчиненого у воді кисню, а також голодування на екстер’єрні та інтер’єрні показники цьоголіток коропа. З таблиці 1 видно суттєву зміну в складі популяції коропів після зимівлі. Незважаючи на пристосувальні процеси, які відбуваються до зими і зумовлені у значній мірі спадковістю, важливе значення має можливість релізації геному. Рамчасті коропи легше переносять зимівлю, якщо в стаді домінують представники з високою масою і вищим від середнього значенням коефіцієнта вгодованості. У лускатих коропів спостерігається подібна тенденція. Однак у крайніх класах вгодованість не має тісної кореляції з кількістю особин.

Таблиця 1

Коефіцієнти вгодованості цьоголіток рамчастого і лускатого коропа, виловлених у водоймі направленого генезису рибгоспу “Великий Любінь” протягом 1986 - 1987 рр. (n = 200).

Класи | Категорії маси, г | КВ,

M m |

N, % |

Cv, %

Цьоголітки рамчастого коропа до зимівлі

1

2

3

4

5 | 20 – 30

30 – 40

40 –50

50 - 60

60 – 70 | 2.55 0,15

2,70 0,05

2,82 0,05

2,89 0,07

2,84 0,11 | 17

36

24

17

2 | 0,46

0,23

0,18

0,21

0,18 | 18,13

8,67

6,57

7,26

6,46

Цьоголітки рамчастого коропа після зимівлі

1

2

3

4 | 20 – 30

30 – 40

40 – 50

50 – 60 | 2,62 0,05

2,53 0,07

2,68 0,03

2,70 0,05 | 12

16

33

39 | 0,07

0,12

0,07

0,14 | 3,05

4,86

2,91

5,37

Цьоголітки лускатого коропа до зимівлі

1

2

3

4

5 | 10 – 20

20 – 30

30 – 40

40 – 50

50 – 60 | 2,88 0,13

2,75 0,04

2,71 0,04

2,76 0,02

2,81 0,09 | 5

18

38

28

11 | 0,18

0,13

0,16

0,09

0,21 | 6,38

4,55

5,71

3,55

7,62

Цьоголітки лускатого коропа після зимівлі

1

2

3 | 20 – 30

30 – 40

40 – 50 | 2,23 0,05

2,68 0,06

2,64 0,04 | 27

33

40 | 0,09

0,14

0,10 | 4,10

5,36

3,80

Примітка. N - процент від загального числа риб.

Серед чинників, які мають вагомий вплив на формування різноякісності популяції, є гіпоксія. Так, наприклад, в одній з піддослідних водойм рівень розчиненого у воді кисню знизився до 1,5 мгО/л. Протягом семи діб фіксувалися низькі показники активності живлення – маса кишківника з вмістом, маса вмісту, індекс наповнення кишківника, індекс маси кишківника з вмістом. Характер явища відображає коефіцієнт варіації згаданих показників (4,94 - 66,20 %).

Штучно викликане голодування протягом 22 діб у риб, які утримувались в акваріумах, виявляє найбільш чутливі морфологічні показники екстер’єру, які свідчать про порушення метаболізму риб (табл. 2).

Таблиця 2

Морфометричні показники цьоголіток лускатих коропів при голодуванні (n = 40, M m, r).

Ознаки | Дата контрольних спостережень | % | r

3.08.95 | 25.08.95 | Різниці | між m і

M m | Cv,% | M m | Cv,% | (H1-H4),

(D1-D4)

m риби | 7,06 0,39 | 25,03 | 5,07 0,38 | 25,12 | -28,19 | X

L | 8,25 0,15 | 7,92 | 8,20 0,16 | 6,63 | -0,61* | X

l | 6,65 1,21 | 8,16 | 6,59 0,12 | 6,25 | -0,90* | X

H1 | 1.97 0,04 | 9,43 | 1,75 0,04 | 7,91 | -11,17 | 0,993

H2 | 2.08 0,04 | 8,17 | 1,75 0,04 | 8,31 | -15,86 | 0,990

H3 | 1,34 0,04 | 13,79 | 1,15 0,02 | 6,42 | -14,18 | 0,993

H4 | 0,72 0,03 | 17,50 | 0,67 0,02 | 9,99 | -6,94 | 0,969

D1 | 0,97 0,03 | 11,62 | 0,86 0,03 | 13,50 | -11,34 | 0,951

D2 | 0,85 0,03 | 14,69 | 0,71 0,02 | 12,44 | -16,47 | 0,961

D3 | 0,47 0,01 | 13,83 | 0,34 0,02 | 17,99 | -27,66 | 0,951

D4 | 0,28 0,01 | 9,90 | 0,21 0,01 | 12,78 | -25,00 | 0,878

l голови | 2,15 0,05 | 9,58 | 2,14 0,04 | 6,45 | -0,47* | X

Примітки:

1. Маса (m) риби – в грамах, решта показники – в см; х – не визначали.

2. Н1 – висота тiла на рiвнi основи грудних плавникiв; Н2 – висота тiла на рiвнi основи першого променя спинного плавника , Н3 – висота тiла на рiвнi початку першого променя анального плавника, Н4 – висота хвостового стебла, D1 - D3 – товщина тiла – там же, де вимiрювалась висота, D4 - товщина хвостового стебла .

3. *- різниця не вірогідна.

Серед досліджених показників суттєво піддаються змінам, окрім маси, товщина тіла на рівні першого променя спинного плавця, на рівні першого променя анального плавця, а також висота тіла у вищезгаданих ділянках. Особливою варіабильністю в осінній та весняний періоди, відрізняються абсолютні показники маси гепатопанкреасу та кишківника, відповідно 78,90 і 58,14 та 47,74 і 36,70 %. Мінливість морфологічних ознак екстер’єру та інтер’єру цьоголіток коропа тісно пов’язана з функціональною активністю їх травної системи.

Для кожної з груп риб за лускатим покривом характерні морфо-функціональні особливості травної системи. Індивідуальна адаптація обох груп поєднує як конформаційні, так і регуляційні механізми, що добре виявляється при функціонуванні карбогідразного та протеазного ланцюгів. Карбогідразна активність мембранного травлення рамчастих коропів характеризується позитивним проксимо-дистальним градієнтом. У лускатих – максимум активності припадає на медіальну ділянку. Пік активності порожнинного травлення рамчастих коропів є в проксимальній ділянці, в лускатих – у медіальній з аналогічним розподілом, як у мембранних карбогідраз. У дистальній ділянці рамчастих коропів виявлено потужну систему мембранного гідролізу і транспорту вуглеводів та білків, що дозволяє їм ефективно використовувати високовуглеводнево та білкововмісні корми.

Загальна мембранна протеолітична активність рамчастих і лускатих коропів майже однакова, однак в лускатих гідроліз білків відбувається з рівнозначною активністю вздовж кишкової трубки. Аналогічною є ситуація в порожнині кишківника. Така фізіологічна структура дозволяє ефективно розщеплювати важкодоступні білкові субстрати. Ця властивість надає багато переваг цій групі коропа в умовах високої природної кормової бази і штучного підгодовуваня комбікормами.

Отже, система адаптаційних перебудов лускатої і рамчастої групи цьоголіток коропа є відмінною, що відображається, як на функціональній активності протеаз та карбогідраз в травному тракті, так і на формуванні розмірно-вагової структури в умовах зимового голодування. Проведені дослідження угруповань риб показали, що цьоголітки коропа, які населяють Західний регіон України, можуть слугувати індикатором екологічного стану середовища. Це є підставою для проведення глибшого аналізу їх пристосувальної мінливості на функціональому рівні, досліджуючи активність травних процесів.

Мінливість функціональної характеристики травної системи коропа за дії важких металів. Важкі метали, зокрема мідь і свинець, є зручними агентами для дослідження формування реакції організму на інтоксикацію. Вони мають токсикологічну лімітну ознаку і належать до найрозповсюдженіших токсичних забрудників (Касумян А.О., 2001). Спостереження показали, що залежно від концентрації у воді, важкі метали здатні безпосередньо змінювати метаболізм організму цьоголіток, що в кінцевому результаті відображається на морфологічних показниках і збільшує гетерогенність популяції. Травна система, зокрема карбогідразний та протеолітичний ланцюги, відповідає за надходження в організм пластичних та енергетичних структур. Етапи відповіді травної системи рамчастої та лускатої груп коропів на дію цих металів є основою формування їх різноякісності.

Мідь у концентрації 0,002 мг/л (2 ГДК) відчутно впливає на травні процеси обох груп коропа. Вона стимулює в травному тракті коропів ряд адаптивних процесів, які різняться у двох груп. У рамчастого коропа значні перебудови метаболізму відбуваються після 4 діб, коли активність мембранних ферментів знижується майже вдвічі, однак порожнинних - зростає у проксимальній, медіальній та дистальній ділянках кишківника на 126, 813 та на 830 % відповідно. Після 15-ти діб інкубації в токсичному середовищі адаптивні процеси забезпечують такий же рівень активності мембранних карбогідраз, як і в контрольних риб. Однак це викликає підвищену активність порожнинних ферментів у медіальній та дистальній ділянках кишківника. При цій концентрації в рамчастих коропів стимулюються травні процеси, що позитивно впливає на морфологічні показники їх екстер’єру. У лускатого коропа аналогічно відбувається зниження активності мембранних карбогідраз у всіх ділянках у 2,2 рази після 5 діб експозиції. Однак після 17-ти діб пристосування цих коропів виражається у зниженні активності мембранного гідролізу в проксимальній та медіальній ділянках. Натомість порожнинна активність змінюється незначно.

Збільшення концентрації міді у воді в 2,5 рази не дає аналогічного ефекту “нижчої концентрації” в пристосувальній активності травного тракту. Так, після 14 діб експозиції коропів у концентрації 0,005 мг/л активність мембранного травлення рамчастого коропа знизилась уздовж кишкового тракту в середньому в 30 разів. Аналогічна ситуація є і в порожнині кишківника. У коропів лускатої групи під дією такої концентрації міді після 16 діб експозиції активність мембранного травлення зростає в медіальній та дистальній ділянках. З іншого боку, активність в порожнині кишківника знижується так, як і в рамчастих коропів. Очевидно, що у цих порід існують дві відмінні системи детоксикації і, відповідно, адаптації до дії токсичних речовин. Перебудова травної системи спостерігається в обох порід після 3 – 4 діб, що збігається з процесом виходу ентероциту з крипти на вершину ворсинки. Тобто, після цього періоду картина активності мембранних ферментів формується клітинами, які під дією токсичного чинника, змінюють інтрацелюлярні процеси синтезу власне ферментів. Мідь в концентрації 0,005 мг/л негативно впливає на травні процеси рамчастого і на порожнинну активність кишківника лускатого коропа. В останніх існує система детоксикації, яка не активно включається при дії міді в концентрації 0,002 мг/л і є активною при 0,005 мг/л, незважаючи на накопичення металу в кишківнику (табл.3).

У рамчастих коропів порівняно з лускатими вміст міді в тканинах кишківника вищий майже вдвічі. При стабільній інтоксикації йонами міді в концентрації 0,005 мг/л протягом 15 діб у перших вона виводиться з організму, впливаючи на зниження функціональної активності ферментів, в других – вона накопичується, однак активність карбогідраз зростає або дорівнює контрольним значенням.

Свинець характеризується високою токсичністю і здатністю до кумуляції в тканинах риб. У роботі вплив цього елементу в гострих дослідах на активність травних процесів гідролізу вуглеводів показано (рис.1).

З ціллю глибшого розуміння процесу адаптації травної системи до дії свинцю було досліджено активність мембранних ферментів, які локалізовані на поверхні глікокаліксу, в його глибині і на поверхні мембрани. З’ясувалось, що свинець у концентрації 0,2 мг/л виступає стресором, який після доби впливу викликає посилений синтез карбогідраз ентероцитного походження і інгібування порожнинних ферментів.

Таблиця 3

Загальний вміст міді (мкг/г вологої тканини) в кишківнику цьоголіток коропа при експозиції їх в розчині з концентрацією міді 0,005 мг/л (n = 30, М ± m, р < 0,05). |

Рамчастий короп | Лускатий короп

1 * | 2 | 3 | 1 | 2 | 3

Контроль | 3,680 ± 0,110 | 3,673 ± 0,426 | 4,023 ± 0,012 | 1,725 ± 0,0518 | 1,993 ± 0,022 | 2,934 ± 0,310

15 діб | 3,019 ± 0,305 | 2,308 ± 0,069 | 3,843 ± 0,094 | 2,733 ± 0,354 | 4,736 ± 0,154 | 4,891 ± 0,342

Примітка: * - 1,2,3 - проксимальна, медіальна і дистальна ділянки кишківника.

Після трьох діб інтоксикації ентероцитний синтез адаптується до постійної дії свинцю, що приводить активність власне ферментів до контрольного рівня. Однак до цього періоду в дистальній ділянці в глікокаліксі активується система гідролізу, яка порівняно з контролем перевищує його в 3 рази. У лускатих коропів подібна ситуація спостерігалась за дії міді (0,005мг/л). Хоч ці ферменти беруть участь у мембранному травленні, вони можуть мати панкреатичне походження, оскільки є локалізованими в середині глікокаліксу. Також паралельно з цим зростає активність ферментів, адсорбованих на мембрану. Отже, адаптаційний процес травної системи до дії свинцю в лускатих коропів великою мірою пов’язаний із функціональним станом гепатопанкреасу, карбогідрази якого, адсорбуючись на мембрані ентероцитів, приводять до підвищення активності мембранного гідролізу.

Свинець у концентрації 5 мг/л (50 ГДК) може викликати летальний ефект у риб. Ця концентрація спричиняє систему відповідей функціональної активності карбогідраз. У результаті перерозподілу активності ферментів після восьми діб впливу мембранне травлення інгібується в проксимальній ділянці і зростає в дистальній. Порожнинне травлення пригнічується у всій кишковій трубці. Свинець після восьми діб впливу викликає морфологічні зміни апікальної ділянки ентероцита. Змінюється форма мікроворсинки, і у верхніх шарах цитоплазми видно

Рис.1. Динаміка активності карбогідраз (мкмоль глюкози ? хв-1 х мг-1білка (к.о.)) цьоголіток лускатих коропів, які витримувались у розчині свинцю концентрацією 0,2 мг/л: а) солюбілізованих

протягом 5 хв; б) солюбілізованих протягом 30 хв; в) солюбілізованих протягом 60 хв; г) перфу-зованих із порожнини кишківника: 1 – після 1 доби, 2 – після 3 діб; 3 – після 7 діб; 4 – контроль (M ± m, n = 20).

велику кількість ендоцитозних візикул, що свідчить про перебудову гідролітично-транспортної системи. Незважаючи на структурні зміни, захисна система лускатих коропів не дозволяє свинцю чинити суттєвий вплив на карбогідразну активність, від якої залежить екзогенне поступання глюкози, необхідної для боротьби зі стресом.

Протеолітичні ферменти забезпечують гідроліз білків, головного структурного матеріалу клітин. Дослідження впливу міді в концентрації 0,05 мг/л, введеної орально у порожнину кишківника рамчастих і лускатих коропів, виявляється в наступному. Потрапляючи в середину кишківника, вона спочатку інгібує активність протеаз, а через три доби стимулює секрецію мембранних та порожнинних карбогідраз проксимальної ділянки в обох порід, а в лускатих – ще й медіальної. У лускатих коропів протеолітична активність розподілена рівномірно вздовж кишкового тракту. Після трьох діб ентеральної інтоксикації активність протеолізу зростає в медіальній ділянці кишківника у 2,8 рази.

У рамчастих коропів функціональна активність портеолітичних ферментів в медіальній ділянці є найбільш чутливою до ентеральної інтоксикації міддю. У лускатих – аналогічною є активність у дистальній ділянці.

Узагальнення даних за матеріалами польових спостережень та експериментів. Мінливість екстер’єрних та інтер’єрних показників, які характеризують рівень живлення, є пристосуванням популяційного угруповання до зовнішнього середовища. Спрямованість відповіді організму риб виявляє величину впливу несприятливих умов. Цьоголіти коропа рамчастої і лускатої груп мають специфічні характеристики екстер’єрних та інтер’єрних ознак. Дія несприятливих умов викликає у них втрату апетиту, яка на фізіологічному рівні виражається в інгібуванні активності травних ферментів. Мінливість екстер’єрних показників визначається лише протягом певного періоду часу, однак у комплексі з фізіологічними показниками вони складають індикаторні системи.

До кожної групи за лускатістю слід ставитись, як до окремого індикатора. Аналіз крові обох груп виявив, що кількість альбумінів у сироватці рамчастих коропів є нижчою, порівняно з лускатими, і служить ознакою зменшення потреби в білках, що виконують транспортну функцію. Підвищений рівень глобулінових фракцій вказує на кращу, порівняно з лускатими цьоголітками, опірність до умов зимівлі (Забитівський Ю.М, Тучапський Я.В., Шемчук В.Р., 2001).

Помічена відмінність у травній системі дозволяє використовувати функціональні характеристики ділянок кишківника для оцінки умов токсичності водного середовища. Комбінація активності мембранних і порожнинних карбогідраз виступає чутливим індикатором наявності у воді токсикантів. Так, через 3 - 4 доби після поміщення рамчастих коропів у токсичне середовище

зростає активність карбогідраз у всіх ділянках кишківника. Це показує, що організм перебуває в піковій фазі активної відповіді на стрес, викликаний небезпечною інтоксикацією. Якщо активність висока лише після однієї доби впливу, а далі вона нормалізується – це говорить про невисоку токсичність середовища.

Постійне зростання протягом семи діб активності мембранних карбогідраз, після чого наступає її різке спадання, говорить про високу токсичність води, до якої важко адаптуватись. Активність мембранних і порожнинних ферментів у різних ділянках кишківника доповнює токсикологічну картину.

ВИСНОВКИ

1. У цьоголіток коропа у водоймах рекреаційного і рибогосподарського призначеня Західного регіону України спостерігається різноякісність складу популяцій за екстер’єрними та інтер’єрними ознаками. Гетерогенність складу - пристосувальна відповідь угруповання на дефіцит розчиненого у воді кисню і погіршення умов живлення. Кількісне значення ознак, які зв’язані з цими мінливими чинниками середовища, є показовим у груп модального класу.

2. Лускаті коропи краще ніж рамчасті пристосовані до засвоєння їжі з підвищеним вмістом важкотравного білка, оскільки активність протеолітичних ферментів рівномірно розподілена вздовж кишкової трубки, що збільшує термін розщеплення білкових молекул. Рамчасті коропи відрізняються від лускатих високою карбогідразною і протеазною активністю. У дистальній ділянці кишківника добре розвинута система “резервного” гідролізу вуглеводів і білків, яка включається при інтенсивному навантаженні кишківника.

3. За сприятливих умов вирощування в ставах типова група (Мо) цьоголіток рамчастого коропа представлена особинами з бльшою масою, як використовують як корм представників бентофауни. У цьоголіток лускатого коропа такою групою планктофаги з малою масою.

4. Адаптивнсть травно системи цьоголіток коропа проявляться у варац абсолютно вдносно маси гепатопанкреасу кишквника. Мнливими вдповдно чутливими до вдсутност ж в порядку спадання виявились так екстер’рн показники: маса риб, товщина висота тла на рвн перших променв грудного анального плавцв. Зниження цих показникв корелю (r > 0,7) з масою риб.

5. Карбогдразна протеолтична активнсть у кишквнику чутлива до д важких металв. При д концентрац мд 0,002 мг/л протягом 15 дб у цьоголіток рамчастого коропа активнсть мембранних карбогдраз знижуться в 2,3 рази, порожнинних - 9,2 рази; у цьоголіток лускатого активнсть мембранного порожнинного травлення знижуться відповідно в 1,3 - 1,5 разв. При вмст у вод мд в концентрац 0,005, свинцю - 0,2 5,0 мг/л ширина дапазону граничних значень активност карбогдраз зроста в 0,2 - 46,5 протеаз - в 1,3 - 16,4 разв.

6.Функціональна активність травного тракту цьоголіток коропа за дії міді в концентрації 0,002 і 0,005 мг/л змінюється згідно каскадного механізму адаптації: через 1-2 доби спостерігається первинна відповідь, через 4-5 діб – максимальна відповідь, через 7 діб – вихід на новий функціональний рівень з посиленою відповіддю організму, через 14-15 діб – стабілізація гомеостазу.

При концентрації йонів міді 0,002 мг/л у цьоголіток рамчастого коропа після 15 діб експозиції завдяки регуляторним механізмам зберігається такий же функціональний рівень карбогідразного ланцюга, як в контролі. У лускатого коропа подібна інтоксикація пригнічує активність цієї групи ферментів в проксимальній та дистальній ділянках.

Мідь в концентрації 0,005 мг/л після 14 – 16 добової інтоксикації у рамчастого коропа знижує функціональну активність мембранних та порожнинних карбогідраз відповідно в 24,0 і 18,0 разів, виводячись при цьому з кишківника, в лускатого – стимулює карбогідразну активність мембранного травлення в 2,0 рази, накопичуючись в кишківнику.

7. Травна система цьоголіток коропа стійка до змін довкілля в широких межах. У відповідь на вплив свинцю в концентрації 0,2 мг/л зростає синтез карбогідраз ентероцитного походження у всіх ділянках кишківника, після трьох діб - в медіальній ділянці. Після семи діб інтоксикації свинцем в медіальній ділянці настає загальна активація процесів порожнинного та мембранного травлення.

Свинець в концентрації 5 мг/л у воді після доби впливу на лускатого коропа стимулює активність мембранних карбогідраз у всіх ділянках кишківника, призводячи до їх інтенсивної секреції у порожнину. Після сьомої доби інтоксикації це спричиняє миттєве підвищення, а пізніше є причиною зниження активності карбогідраз в компенсаційній дистальній ділянці.

8. Порушення під впливом свинцю функціонування гідролітично-транспортної системи підтверджують електронно-мікроскопічні дослідження. Після восьми діб інтоксикації свинцем в концентрації 5 мг/л мікроворсинки ентероцитів деформуються, з’являється велика кількість ендоцитозних візикул, що говорить про порушення синтезу та секреції ферментів і зростання активності ендоцитозу, як альтернативного способу транспорту нутрієнтів.

9. По завершенні однієї доби після орального введення, мідь в концентрації 0,05 мг/л безпосередньо стимулює секрецію порожнинних та інгібує активність мембранних протеаз у рамчастих та лускатих коропів.

10. Морфологічні ознаки і динаміка активності травних ферментів цьоголіток коропа з різним лускатим покривом є чутливим індикатором стану угруповань риб в нестабільних умовах існування.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.