Статья: Связь интегрального биохимического индекса и содержания хлорорганических ксенобиотиков в печени морского ерша Scorpaena porcus Linnaeus, 1758 в севастопольской морской акватории

Связь интегрального биохимического индекса и содержания хлорорганических ксенобиотиков в печени морского ерша Scorpaena porcus Linnaeus, 1758 в севастопольской морской акватории

Л.В. Малахова, Е.Н. Скуратовская, Т.В. Малахова, В.В. Лобко Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН Российская Федерация

Аннотация

Несмотря на запрет применения хлорорганических соединений (ХОС), они до настоящего времени аккумулируются в различных абиотических и биотических компонентах экосистемы Черного моря, в том числе и в рыбах, вызывая негативные изменения в их метаболизме. Для оценки состояния морского ерша (скорпены) Scorpaena porcus Linnaeus, 1758 сопоставлены значения интегрального биохимического индекса (ИБХИ), рассчитанного по биохимическим показателям, и концентрации шести индикаторных конгенеров полихлорбифенилов (УПХБ6) и хлорорганических пестицидов группы п,п'-ДДТ, п,п'-ДДЭ и п,п'-ДДД (УДДТ) в печени рыб из бухт (Александровская, Стрелецкая, Балаклавская и Казачья) и открытых районов севастопольской морской акватории (бухта Ласпи и прибрежье микрорайона Любимовка). В бухтах Александровская и Стрелецкая, подверженных значительному антропогенному влиянию, обнаружены высокие концентрации ХОС в печени, составляющие для УПХБ6 2044 и 2019 и для УДДТ 162 и 319 нг/г сырой массы соответственно. Для определения отклика организма на уровень загрязнения в печени ерша исследовали комплекс таких биохимических маркеров, как активность холинэстеразы, каталазы, содержание альбумина, уровень окислительной модификации белков и продуктов перекисного окисления липидов. Выявлены статистически достоверные корреляционные связи между значениями ИБХИ, рассчитанного по комплексу этих биохимических показателей, и концентрацией УПХБ6 в печени ерша и в донных отложениях (r=0,95, p<0,05). Максимальные значения ИБХИ соответствовали наиболее загрязненным бухтам Александровская и Стрелецкая, в которых

они на два порядка превышали величины ИБХИ в бухте Ласпи. По показателям ИБХИ рыбы в районах бухт Ласпи, Казачья и в открытой акватории Любимовки в летние сезоны 2016-2018 гг. находились в более благоприятном состоянии, чем в полузакрытых бухтах Александровская, Стрелецкая и Балаклавская.

Ключевые слова: Scorpaena porcus, полихлорированные бифенилы, ДДТ, биомаркеры, интегральный биохимический индекс, севастопольская морская акватория, Черное море.

Abstract

The Relationship between Integrated Biochemical Index and Content of Organochlorine Xenobiotics in the Liver of the Black Scorpion Fish

Scorpaena porcus Linnaeus, 1758,

from Sevastopol Bays and Coastal Areas

Ludmila V. Malakhova, Ekaterina N. Skuratovskaya, Tatiana V. Malakhova and Veronika V. Lobko

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS

Despite the ban on the use of organochlorine compounds (OCs), they are still widely distributed in various components of the Black Sea ecosystem, including fish. Sevastopol marine area, as a region of active economic use, is subject to significant anthropogenic impact. To assess the condition of the Black Sea scorpion fish Scorpaena porcus Linnaeus, 1758, from Sevastopol bays (Aleksandrovskaya, Streletskaya, Balaklavskaya, and Kazach'ia) and coastal areas (Laspi bay and Lyubimovka region), the liver of fish was analyzed to compare integrated biomarker response (IBR) and the concentrations of OCs: six indicator congeners of polychlorinated biphenyls (ЈPCB6) and organochlorine pesticides - p,p'-DDT and its metabolites p,p'-DDE and p,p'-DDD (ЈDDT). High concentrations of PCBs and DDTs were found in fish liver from Alexandrovskaya and Streletskaya bays, which are subject to significant anthropogenic impact: 2044 and 2019 ng/g wet weight for ЈPCB6 and 162 and 319 ng/g wet weight for ЈDDT, respectively. To determine the response of scorpion fish to the level of pollution, the liver of fish was analyzed to measure such biochemical markers as cholinesterase and catalase activities, albumin content, and the levels of oxidized proteins and lipid peroxidation. The set of these biochemical markers was used to calculate IBR. IBR correlated well with the ЈPCB6 concentration in sediments and liver of scorpion fish (r=0.95, p<0.05). The maximum IBR was determined in the most polluted Alexandrovskaya and Streletskaya bays, where it was two orders of magnitude higher than the IBR in Laspi bay. Based on IBR values, the fish from Laspi and Kazach'ia bays and from the coastal area of Lyubimovka were in better condition than the fish from Alexandrovskaya, Streletskaya, and Balaklavskaya bays in summer seasons of 2016-2018.

Keywords: Scorpaena porcus, polychlorinated biphenyls, DDTs, biomarkers, integrated biochemical response, Sevastopol marine area, the Black Sea.

Введение

Севастопольская морская акватория на протяжении многих десятилетий является районом активного хозяйственного использования, подвергающимся значительному техногенному воздействию. К наиболее опасным загрязняющим веществам антропогенного происхождения, поступающим из различных источников в прибрежные морские районы Севастополя, относятся такие хлорорганические соединения (ХОС), как полихлорированные бифенилы (ПХБ) и хлорорганический пестицид 1,1,1-трихлор-2,2-бис(4 -хлорфенил)этан (далее - ДДТ) (Малахова, 2005; Малахова и др., 2019). В течение нескольких десятилетий во всем мире, в том числе в странах причерноморского региона, ПХБ экстенсивно использовались как диэлектрики, теплоносители, добавки к клеям, маслам, лакам и др., а ДДТ - для борьбы с возбудителями малярии и энцефалита и как инсектицид на сельскохозяйственных угодьях (Трегер, Розанов, 2000; Li et al., 2006; Reddy et al., 2019). В 1980-1990-х гг. загрязненность черноморской акватории Крыма была настолько высока, что ХОС обнаруживали во всех без исключения ее компонентах: планктоне, водорослях-макрофитах, моллюсках, рыбе и донных осадках. Высокая концентрация ПХБ (в эквиваленте Ароклор 1254) была выявлена в пелагических видах рыб Trachurus mediterraneus, Lisa aurata, Odontogadus merlangus luxinus, составляла 454, 240 и 560, а также в донных видах Psetta maxima maeotica и Neogobius kessleri kessleri - 105 и 232 нг/г сырой массы соответственно (Поликарпов, Жер- ко, 1996). В последние годы содержание ХОС в гидробионтах в этих районах изменялось от n-10-2 до n-102 нг/г сырой массы (Малахова и др., 2019). А в так называемых критических органах гидробионтов, функции которых среди прочих заключаются в выведении токсикантов из организмов (гепатопанкреас у моллюсков, печень у рыб и млекопитающих), концентрация ХОС достигала n-103 - 105 нг/г сырой массы (Логоминова и др., 2018; Malakhova et al., 2014). В последние годы нами была выявлена положительная корреляционная связь содержания ХОС в воде и смертности пелагической икры и отрицательная - с численностью личинок рыб на ранних этапах постэмбрионального развития (Klimova et al., 2014). биохимический ксенобиотик морской ерш

В настоящее время большое внимание уделяется поиску видов-индикаторов загрязнения морской среды различными токсикантами. Одним их таких гидробионтов является морской ерш (скорпена) Scorpaena porcus (L.), широко распространенный вид для донной прибрежной ихтиофауны Черного моря, ведущий малоподвижный оседлый образ жизни в конкретных участках моря. Биохимические показатели морского ерша нашли широкое применение в биоиндикации состояния севастопольских бухт (Rudneva et al., 2016).

Для оценки воздействия токсикантов и ответных реакций морских животных на загрязненность среды обитания часто используют биохимические показатели, позволяющие выявить механизмы воздействия комплекса негативных факторов среды на конкретные звенья метаболизма, определить основную стратегию и особенности структурно-функциональных изменений в организме при адаптации к неблагоприятным условиям обитания. В качестве таких биомаркеров широко используют параметры прооксидантно- антиоксидантной системы, активность холинэстеразы, концентрацию белков, включая альбумин (Пашина, Золотавина, 2014; Van der Oos et al., 2003; Tierney et al., 2003; Michelis et al., 2010; Rudneva et al., 2016; Luk'yanova, Korchagin, 2017). В современных программах мониторинга для интерпретации суммарного отклика нескольких молекулярных биомаркеров применяют интегральные биохимические индексы состояния организмов. Такие индексы позволяют снизить сложность и неопределенность многомерных данных путем вычисления универсального обобщающего показателя и сравнить состояние организмов из акваторий с различным уровнем загрязнения (Beliaeff, Burgeot, 2002; Leinio, Lehtonen, 2005; Vieira et al., 2016; Giltrap et al., 2017; Luk'yanova, Korchagin, 2017).

Целью работы стало выявление связи содержания ХОС и интегрального индекса биохимических показателей в печени скорпены в бухтах и открытой морской акватории Севастополя.

Материалы и методы

Рыб отлавливали в летние периоды с 2016 по 2018 г. в различных по размерам, степени изолированности от моря и уровню загрязненности четырех севастопольских бухтах, имеющих ограниченный водообмен с открытым морем: Александровской, Стрелецкой, Балаклавской и Казачьей, а также в открытых районах моря - бухте Ласпи и прибрежной зоне микрорайона Любимовка. Бухты пере-числены в порядке уменьшения антропогенной нагрузки на их акватории: по объемам сбросов промышленно-бытовых и ливневых стоков, урбанизации их берегов, базированию флота, судоходству, препятствующим водообмену гидротехническим сооружениям (Овсяный и др., 2001). Бухта Ласпи по мор-фологии относится к морскому заливу и, как открытая прибрежная зона микрорайона Любимовка, имеет свободный водообмен с шельфовой зоной Крыма.

Даты отлова рыбы и отбора проб донных отложений, координаты и описание районов и вероятных источников загрязнения указаны в табл. 1.

Для определения индивидуальных особенностей в накоплении ХОС и биологических откликов на уровень загрязненности в каждом районе были отобраны пробы печени от 7 до 9 самцов и самок ерша, имевших стандартную длину в пределах 16-17 см. После полного биологического анализа особей и отбора проб для биохимических исследований печень рыб упаковывали в фольгу и до анализа на ХОС хранили в морозильной камере при минус 20 °С. Пробоподготовку и определение ХОС в печени проводили в соответ-ствии с руководством (МВИ МН 2352-2005). Для анализа брали размороженные образцы печени от индивидуальных особей. Печень у ерша длиной 16-17 см является крупным органом. Аликвоты гомогенизированной печени (по 0,5 г сырой массы) в двух повторностях смешивали с безводным сульфатом натрия и экстрагировали ХОС смесью неполярного гексана (фирмы Fluka) и полярного ацетона (фирмы Lab-Scan) в соотношении 3:1 в аппарате Сокслета в течение 4 ч. Затем отгоняли растворители на лабораторном роторном испарителе Laborota 4000 (Heidolph, Германия) при температуре 40 °С и для выявления влияния фактора жирности печени на накопление ХОС определяли экстрагированные липиды гравиметрическим методом (ГОСТ 7636-85). Очистку экстрактов от мешающего влияния соэкстрагировавшихся веществ проводили на колонках с флорисилом (фирма Merk, Германия).

Таблица 1. Даты, координаты и описание районов отлова рыб и отбора проб донных отложений

Table 1. Dates, geographic coordinates and description of the fish and bottom sediment sampling sites

Для оценки возможного загрязнения в ходе пробоподготовки, а также для оценки чистоты реактивов и оборудования определяли ХОС в холостых пробах тем же методом, что и отобранные пробы.

Интенсивность антропогенной нагрузки в районах отлова рыб устанавливали по уровню содержания ПХБ и ДДТ и его метаболитов в донных осадках. Донные осадки отбирали гравиметрической трубкой диаметром 6 см в трех точках каждого района обитания ершей. Для усреднения пробы верхние слои (0-2 см) этих кернов были смешаны, гомогенизированы и высушены при температуре 40-50 °С. Подготовка и анализ проб донных осадков осуществляли в соответствии с ГОСТ Р 53217-2008. Удаление элементарной серы из экстрактов донных отложений проводили с помощью активированной металлической меди.

Анализ ХОС осуществляли в ЦКП «Спектрометрия и Хроматография» ФИЦ ИнБЮМ на газовом хроматографе Хрома- тэк Кристалл 5000 (Россия) с микродетектором электронного захвата и капиллярной колонкой (30 м*0,32 мм*0,25 мкм) с неподвижной фазой CR-5. Условия, обеспечивающие разделение при совместном присутствии шести конгенеров ПХБ, ДДТ и его метаболитов 1,1-дихлор-2,2-бис-(4-хлорфенил) этилена (далее - ДДЭ) и 1,1-дихлор-2,2-бис- (4-хлорфенил)этана (далее - ДДД), были следующими: температура испарителя 280 °С, начальная температура термостата колонки 150 °С (0 мин), далее нагрев 5°/мин до 220 °С (2 мин), далее 2°/мин до 240 °С (2 мин), далее 5°/мин до 290 °С (10 мин), температура ЭЗД 300 °С, газ-носитель - азот, делитель потока 1:20, постоянный поток 2 мл/мин, начальная скорость через колонку 40 см/с.

В пробах печени и донных осадков была измерена концентрация ДДТ и его метаболитов ДДЭ и ДДД, а также шести индикаторных конгенеров ПХБ (номера даны по номенклатуре IUPAC): трихлорбифенила (ХБ) 28, тетраХБ 52, пентаХБ 101, гексаХБ 138, 153 и гептаХБ 180. Стандартные образцы конгенеров ПХБ, ДДТ, ДДЭ и ДДД приобретали в компании «Sigma-Aldrich». Концентрация токсикантов представлена в виде суммы ДДТ и его метаболитов (ЕДДТ) и суммы индикаторных конгенеров ПХБ (ЕПХБ6), выраженной в нг/г сырой массы в печени ерша и в нг/г сухой массы в донных отложениях. Ошибка определения ХОС не превышала 20%. Для внутреннего контроля качества проводимых анализов использовали сертифицированные стандартные образцы гидробионтов (гомогената тунца IAEA-435 (IAEA, Monaco). Полученные концентрации в данном образце показали хорошую сходимость с рекомендованными значениями и были равны: для п,п'-ДДЭ - 81,95 (рекомендованный интервал равен 91 +/- 58); ПХБ 52 - 8,22 (4,4 +/- 4,6); ПХБ 101 - 27,97 (23 +/- 10); ПХБ 153 - 87,50 (81 +/- 37); ПХБ 138 - 64,18 (70 +/- 32); ПХБ 180 - 39,14 (32 +/13) нг/г сухой массы.