ДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХОСТНО–АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА МЕТАБОЛИЗМ ПРЕСНОВОДНЫХ ЛЕГОЧНЫХ МОЛЛЮСКОВ LYMNAEA STAGNALIS L. И PLANORBARIUS CORNEUS L., ИСПОЛЬЗУЮЩИХСЯ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ

EFFECT OF SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON THE METABOLISM OF FRESHWATER PULMONARY MOLLUSKS LIMNAEA STAGNALIS L AND PLANORBARIUS CORNEUS L USED IN ENVIRONMENTAL MONITORING

Katerina Sokotyuk

student, Department of chemistry and science education, Vitebsk State University named after P.M. Masherov

Belarusian, Vitebsk

Yulia Zaitseva

student, Department of chemistry and science education, Vitebsk State University named after P.M. Masherov

Belarusian, Vitebsk

Tatiana Tolkacheva

scientific adviser, candidate of Sciences in Biology, associate professor, Vitebsk State University named after P.M. Masherov

Belarusian, Vitebsk

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена изучению влияния поверхностно – активных веществ на обмен веществ пресноводных легочных моллюсков. На данный момент катушка роговая и прудовик обыкновенный являются универсальными тест- организмами для биэкологичсеких исследований, а также для оценки состояния водных экосистем Беларуси. Моллюски Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus относятся к видам с разным типом транспорта кислорода. Переносчиками кислорода являются медь-содержащий гемоцианин у прудовиков и железо- содержащий гемоглобин у катушек. На содержание мочевой кислоты, каталазы и общего белка в гепатопанкреасе и гемолимфе оказывают влияние абиотические факторы, местообитание, тип транспорта кислорода, это позволяет сформировать представление об особенностях обмена веществ у моллюсков, обитающих в природных водоемах, на которые оказывают влияние различные поверхностно-активные вещества.

ABSTRACT

The article is devoted to the stady of influence of surface-active substances on metabolism of freshwater pulmonary mollusks. Today Planorbarius corneus and Lymnaea stagnalis are universal test organisms for bio-ecological research, as well as for assessing the quality of water for ecosystems of Belarus. Mollusks Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus belong to species with different types of oxygen transport. Oxygen carriers are copper-containing hemocyanin in Lymnaea stagnalis and iron-containing hemoglobin in Planorbarius corneus. The content of uric acid, catalase and total protein in hepatopancreas and hemolymph is influenced by abiotic factors, habitat, type of oxygen transportation, this allows us to form ideas about the features of metabolism in mollusks living in natural reservoirs, which are influenced by various surface-active substances.

Ключевые слова: легочные моллюски, Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus, общий белок, каталаза, мочевая кислота.

Keywords: pulmonary mollusks, Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus, common protein, catalase, uric acid, cholesterol.

Введение. Особое значение работ с использованием моллюсков как модельной таксономической группы заключается в том, что они резко реагируют на изменение окружающей среды. Как биоиндикаторы моллюски обладают рядом преимуществ среди макрозообентоса. Загрязнение окружающей среды на сегодняшний момент – одна из самых глобальных экологических проблем человечества. Это связано с активной деятельностью человека, а также функционированием производственных предприятий.

Lymnaea stagnalis и Planorbarius corneus, обладают высокой чувствительностью к действию поверхностно-активных веществ, которые входят в состав синтетических моющих средств. Это позволяет исследовать их влияние на экосистему водоёмов и определить последствия от попадания указанных средств, используемых в быту человеком, в открытые водоёмы. В исследованиях, было изучено воздействие синтетического моющего средства «Persil»; моющего средства «Tide»; «Велидара» на пресноводных легочных моллюсков Planorbarius corneus и Lymnaea stagnalis. Чтобы сформировать представление об особенностях обмена веществ у пресноводных легочных моллюсков нужно описать основные показатели. К ним относят: содержание общего белка, РНК, ДНК, мочевой кислоты, мочевины, каталазы. К ключевым показателям азотного обмена относят мочевую кислоту, мочевину и пурины.

Общий белок определяет физико-химические свойства крови. Количественное соотношение их в сыворотке крови в норме относительно постоянно и отражает состояние здоровья исследуемого организма. Распад белков и нуклеиновых кислот в организме приводит к образованию группы небелковых азотсодержащих веществ. Избыток азота в организме или азот, образующийся при превращениях и расщеплении аминокислот, выводится из организма в виде мочевины и мочевой кислоты. Мочевая кислота образуется при расщеплении пуриновых нуклеотидов [1]. Легочные пресноводные моллюски Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus относятся к видам с разным типом транспорта кислорода [2, 3]. Переносчиками кислорода являются медь-содержащий гемоцианин у прудовиков и железо-содержащий гемоглобин у катушек [4]. Существует прямая зависимость между активностью животного и концентрацией переносчика кислорода во внутренней среде [5]. Данные различия позволяют эффективно использовать легочных пресноводных моллюсков в качестве модельных организмов для оценки состояния водных экосистем и биоэкологических исследований путем изучения химических компонентов среды обитания, а также биохимических показателей моллюсков как компонента биоиндикации водоемов [6-8].

Цель – определить влияние поверхностно-активных веществ на биохимические показатели обмена веществ пресноводных легочных моллюсков Lymneae stagnalis и Planorbarius corneus.

Методика и объекты исследования. Опыты поставлены на 100 легочных пресноводных моллюсках, разделенных на две группы: 50 особей Lymnaea stagnalis (прудовик обыкновенный) и 50 особей Planorbarius corneus (роговая катушка). Биологический материал для проведения исследования был собран в прибрежной зоне реки Витьба (г. Витебск) и в реке Друть (посёлка Чечевичи Быховского района). Большая часть моллюсков были собраны при помощи сачка. Некоторые особи были отловлены вручную. Перед проведением исследований для акклимации моллюсков выдерживали в емкостях с отстоянной водопроводной водой в течение 2-х суток, плотность посадки моллюсков – 3 экз./л, температура воды – 20-22ºС. Животных подкармливали листьями одуванчика. Моделирование отравления синтетическими моющими средствами (СМС). В воду с акклимированными моллюсками добавляли стиральный порошок «Persil» в концентрации 0,1 и 0,01 мг/л, стиральные порошки «Tide» и «Велидара» c концентрацией 0,03 и 0,003 мг/л. Продолжительность острого эксперимента 24-48 часов. Контролем служили особи, содержащиеся в отстоянной водопроводной воде.  Исследования проводились на базе научно-исследовательской лаборатории структурно-функциональных исследований биологичекого факультета ВГУ имени П.М. Машерова.

Гемолимфу получали путем раздражения ноги легким покалыванием, что стимулирует рефлекс втягивания ноги в раковину и выделение гемолимфы из мантийной полости. Определение показателей в гемолимфе проводили стандартными биохимическими реакциями с использованием наборов реагентов НТПК «Анализ Х» (общий белок, мочевая кислота, каталаза) основанному на спектрофотометрическом методе. Математическую обработку полученных результатов проводили методами параметрической и непараметрической статистики с использованием пакета статистических программ Microsoft Excel 2012.

Результаты и их обсуждение. Содержание общего белка в гемолимфе легочных пресноводных моллюсков зависит от степени стресса. Установлено, что наибольшее содержание данного показателя фиксируется при более высоких концентрациях синтетических моющих средств, наименьшее значения – при более низких концентрациях (0,003 мг/л. Для особей, находящихся в СМС «Велидара» статистически значимых различий не установлено, по сравнению с группой, которая находилась в чистой водопроводной воде.

У моллюска катушки обыкновенной при увеличении концентрации СМС от 0 до 0,1 мг/л содержание общего белка в гемолимфе увеличилось: выросло в 4 раза при концентрации СМС 0,01 мг/л в сравнении с контрольной группой; в 2,62 раза при повышении же концентрации СМС до 0,1 мг/л. В гемолимфе у прудовика большого увеличение концентрации СМС, следовательно и ПАВ, ведёт к уменьшению концентрации общего белка в гемолимфе моллюсков опытный группы в 27 раз по сравнению с контрольной группой. Во 2 группе показатель белка контрольной группы в 17 раз превышает показания групп при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства, в 3 группе концентрации общего белка - показатель белка контрольной группы в 3,04 разa превышает показания групп при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства. В 4 группе концентрации общего белка - показатель белка контрольной группы в 14,9 раз превышает показания групп при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства (рисунки 1 и 2).

Рисунок 1. Изменение концентрации общего белка у Lymnaea stagnalis при действии ПАВ.

Рисунок 2. Изменение концентрации общего белка у Planorbarius corneus при действии ПАВ

 А – особи в воде с концентрацией СМС (мг/л); В – особи в чистой воде (контроль)

Для такого показателя, как содержание мочевой кислоты, у моллюсков выявлены следующие закономерности: у прудовика обыкновенного в 1 группе концентрации мочевой кислоты – показатель мочевой кислоты при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 1,68 раз превышает показатель контрольной группы. Во 2 группе концентрации мочевой кислоты - показатель мочевой кислоты контрольной группы в 1,39 раз превышает показания групп при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства. В 3 группе концентрации мочевой кислоты - показатель мочевой кислоты контрольной группы в 1,61 раз превышает показания групп при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства. В 4 группе концентрации мочевой кислоты - показатель мочевой кислоты при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 1,71 раз превышает показатель контрольной группы (рисунок 3)

Для пресноводного легочного моллюска катушка обыкновенная было выявлено, что при концентрации порошка «Tide» 0,003 мг/л содержание мочевой кислоты в гемолимфе моллюсков больше в 1,2 раза по сравнению с концентрацией 0,03 мг/л. Аналогичное сравнение двух концентраций порошка «Велидара» демонстрирует более высокие показатели мочевой кислоты при СМС 0,003 мг/л, чем СМС 0,03 мг/л в 1,16 раз. В концентрации мочевой кислоты при воздействии порошка «Велидара» статистически значимых отличий в сравнении с группой контроля у катушки не выявлено, что обусловлено склонностью моллюсков к чрезмерному производству мочевой кислоты или недостаточному её выведению в связи со сниженной функцией гепатопанкреаса (рис4)

Рисунок 3. Изменение концентрации мочевой кислоты у Lymnaea stagnalis при действии ПАВ

Рисунок 4. Изменение уровня мочевой кислоты у Planorbarius corneus при действии ПАВ

Активность каталазы в гепатопанкреассе моллюсков имеет следующие закономерности: группе 1 у прудовика обыкновенного – показатель активности каталазы при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 8,69 раз превышает показатель контрольной группы. Выявленная закономерность говорит о том, что содержащиеся в СМС ПАВ существенным образом влияют на указанный показатель обмена. Причиной подобных изменений может быть связана с потребностью в еде и выработкой ферментов для ее переваривания, для восстановления организма в стрессовой ситуации, в отличие от благоприятных условий. Во 2 группе концентрации - показатель активности каталазы при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 8,72 раза превышает показатель контрольной группы. В 3 группе концентрации - показатель активности каталазы при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 9,07 раз превышает показатель контрольной группы. В 4 группе концентрации - показатель белка при воздействии данной концентрацией синтетического моющего средства в 8,92 раза превышает показатель контрольной группы. Выявленные закономерности говорят о том, что содержащиеся в СМС ПАВ существенным образом влияют на указанный показатель обмена. Причиной подобных изменений может быть связана с потребностью в еде и выработкой ферментов для ее переваривания, для восстановления организма в стрессовой ситуации, в отличие от благоприятных условий (рисунок 5)

Для пресноводного легочного моллюска катушка обыкновенная активность каталазы с увеличением концентрации СМС статистически уменьшается: в группе с концентрацией СМС 0,01 мг/л в 1,1 раза; при увеличении концентрации СМС до 0,1 г/л в 1,07 раза. Необходимо отметить, что в состоянии стресса при концентрации 0,1 и 0,01 порошка «Persil» из 8 особей элиминировало 2 моллюска, возможно, это связано с возрастом, физическим состоянием выловленных особей. При сравнении воздействия трёх порошков на моллюсков отмечено статистически значимое изменение активности каталазы во всех экспериментальных группах.  При увеличении концентрации синтетических моющих средств от 0> 0,003> 0,01>0,03 >0,1 ухудшилось состояние моллюсков, что привело к гибели некоторых из них (рисунок 6).

Рисунок 5. Изменение активности каталазы у Lymnaea stagnalis при действии ПАВ

Рисунок 6. Изменение активности каталазы у Planorbarius corneus при действии ПАВ,

А – особи в воде с концентрацией СМС (мг/л); В – особи в чистой воде (контроль)

С учетом местообитания и сезонных изменений установлены достоверные различия в изучаемых биохимических показателях в гепатопанкреасе моллюсков. Исследования двух видов моллюсков с различным типом транспорта кислорода показывают однотипный характер изменений обмена веществ в их организмах.

Заключение. Результаты проведенных исследований подтверждают возможность использования пресноводных легочных моллюсков Planorbarius corneus и Lymnaea stagnalis в биомониторинге пресноводных вод. Доказано негативное воздействие СМС на экосистему водоемов. Попадание в водоем даже малого количества СМС (0,003 мг/л) способно повлечь в экосистеме водоемов резонансные явления, вызывающие критические изменения в обмене веществ у моллюсков, которые отражаются не только на содержании глюкозы и общего белка, но также на активности каталазы в гемолимфе. Увеличение же концентрации синтетического моющего средства до 0,1 мг/л вызывает смерть отдельных особей и критические изменения у остальных моллюсков. Очень важно контролировать попадание ПАВ в водоемы и сохранить природные экосистемы.

Список литературы:

1. Ауэрман, Т.Л. Основы биохимии: учебное пособие / Т.Л. Ауэрман, Т.Г. Генералова, Г.М. Суслянок. – Москва : НИЦ ИНФРА- М, 2013. – 400 с.
2. Биохимия филогенеза и онтогенеза: учебное пособие / А.А. Чиркин [и др.]; под общ. Ред А.А. Чиркина. – Минск: Новое знание, Москва: ИНФРА-М, 2012. – 288 с.
3. Гемоглобины и гемоцианины беспозвоночных (Биохимические адаптации к условиям среды) / И.О. Алякринская. – М.: Наука, 1979. – 153 с.
4. Стадниченко, А.П. Сравнительная характеристика белкового спектра гемолимфы некоторых видов группы Lymnaea lamarck (Gastropoda) / А.П. Стадниченко // Вестник зоологии – 1974. – №5. – С. 33-37.
5. Стадниченко, А.П. Влияние трематодной инвазии на содержание гемоцианина в гемолимфе прудовика (Gastropoda :Pulmonata:Lymnaeidae) / А.П. Стадничен- ко [и др.] // Паразитология. – 1999. – Т. 33, № 2. – С. 125-128.
6. Дромашко, С.Е. Биотестирование – составной элемент оценки состояния окружающей среды: учебно-методическое пособие / С.Е. Дромашко, С.Н. Шевцова. – Минск : ИПНК, 2012 – 82 с.
7. Чиркин, А.А. Липидный обмен / А.А. Чир- кин, Э.А. Доценко, Г.И. Юпатов. – Москва : Медицинская литература, 2003. – 122 с.
8. Поверхностно-активные вещества [Электронный ресурс] / https://wiki2.org/.-2019. - Режим доступа: https://wiki2.org/- Дата доступа: 21.11.2019
9. Стадниченко, А. П. Влияние различных концентраций поверхностно-активных веществ на поведенческие и быстрые физиологические реакции пресноводных моллюсков / А.П. Стадниченко, Л. Н. Куркчи, Л. А. Бондарь и др. – 1987. – С. 12
10. Брагинский, Л. П. Некоторые особенности поведения водных беспозвоночных в токсической среде и их значение для этологии. Поведение водных беспозвоночных / Брагинский Л. П., Буртная И. Л., Э. П. Щербань. – Борок: Изд-во АН СССР, 1972. – С. 14 – 21.
11. Остроумов, С. А. Воздействие синтетических поверхностно-активных веществ и смесей на моллюсков 2009. № 3. С.92-94
12. Земоглядчук, К.В. Видовой состав наземных моллюсков фауны Беларуси // Молодежь в науке – 2009: прил. к журн. «Весцi НАН Беларусi». – 2009. – Вып. 5. – Ч. 4. – С. 105-108.