ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ АЦЕТИЛХОЛИНЭСТЕРАЗЫ И ВОДОРАСТВОРИМЫХ БЕЛКОВ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ РЫБ ПРИ РАЗНЫХ СКОРОСТЯХ НАГРЕВА В ЛЕТНИЙ СЕЗОН ГОДА

Владимир Константинович Голованов, Григорий Михайлович Чуйко, Вера Александровна Подгорная, Елена Ивановна Головкина, Никита Сергеевич Некрутов, Vladimir Golovanov, Grigory Chuiko, Vera Podgornaya, Elena Golovkina, Nikita Nekrutov

Аннотация


В летний сезон года изучен критический термический максимум (КТМ) у молоди речного окуня и карпа. Диапазон скоростей нагрева составил от 0,08 до 46 °С/ч. Значения КТМ у двухлетков карпа при всех скоростях нагрева были выше, чем у двухлетков окуня, а максимальные значения температуры переворота и потери координации движения отмечены у карпа при самой медленной скорости, у окуня – при самой медленной и быстрой скоростях нагрева. Определены активность фермента ацетилхолинэстеразы (АХЭ) и содержание водорастворимой фракции белка (ВРБ) в мозге подвергнутых нагреву рыб. Обсуждается динамика изменений активности АХЭ и  содержания ВРБ при разных скоростях нагрева. Исходя из данных по активности АХЭ и содержанию ВРБ, можно заключить, что в диапазоне скоростей нагрева до 8 °С/ч организм рыб достаточно легко адаптируется к возрастающей температуре среды. Однако дальнейшее повышение скорости нагрева приводит к усилению холинергических биосинтетических процессов в мозге рыб, что отражается на увеличении активности АХЭ и содержания белка. Предполагается, что возрастание значений обоих показателей при скорости нагрева 16 и 32 °С/ч является стрессорной реакцией рыб в ответ на изменение температуры среды. Возможно, что показатели АХЭ и ВРБ в перспективе могут быть использованы в качестве биологического маркера теплового воздействия разного типа (естественная среда, предварительная акклимация, а также нагрев или охлаждение). Таким образом, исследование активности АХЭ и содержания ВРБ в мозге рыб при разной скорости нагрева воды позволяет по-новому оценить как адаптационные возможности, так и физиолого-биохимические механизмы реакций водных животных в процессе температурных адаптаций.


Ключевые слова


рыбы; температура акклимации; термоустойчивость; нагрев воды; верхняя летальная температура; критический термический максимум; актив- ность фермента; ацетилхолинэстераза; содержание водорастворимой фракции белка; мозг рыб

Полный текст:

PDF

Литература


Алабастер Дж., Ллойд Р. Критерии качества воды для пресноводных рыб. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 384 с.

Голованов В.К. Эколого-физиологические закономерности распределения и поведения пресноводных рыб в термоградиентных условиях // Вопр. ихтиологии. 2013а. Т. 53. № 3. С. 286–314. DOI: 10.1134/S0032945213030016

Голованов В.К. Температурные критерии жизнедеятельности пресноводных рыб. Москва: Полиграф-Плюс, 2013б. 300 с.

Голованов В.К., Смирнов А.К. Влияние скорости нагрева на термоустойчивость карпа Cyprinus carpio в различные сезоны года // Вопр. ихтиол. 2007. Т. 47, № 4. C. 555–561. DOI: 10.1134/S0032945207070089

Голованов В.К., Смирнов А.К., Голованова И.Л. Влияние скорости нагрева воды на термоустойчивость и пищеварительные карбогидразы карпа Cyprinus carpio (L.) в различные сезоны года // Вестник АГТУ. Серия: Рыбное хозяйство. 2011. № 1. С. 82–86.

Голованов В.К., Смирнов А.К., Капшай Д.С. Сравнительный анализ окончательно избираемой и верхней летальной температуры у молоди некоторых видов пресноводных рыб // Труды Карел. НЦ РАН. Сер. Эксперим. биология. 2012. № 2. C. 70–75.

Голованова И.Л., Кузьмина В.В., Голованов В.К. Воздействие высоких температур на пищеварительные гидролазы серебряного карася Carassius auratus L. // Вопр. ихтиологии. 2002. Т. 42. № 1. С. 121–128. DOI: 10.13140/RG.2.1.4080.4966.

Капшай Д.С., Голованов В.К. Эколого-физиологические и биохимические механизмы адаптаций рыб в сублетально высоких температурах // Физиологические, биохимические и молекулярно-генетические механизмы адаптаций гидробионтов. Материалы Всероссийской конференции с международным участием (Борок, 22-27 сентября 2012 г.) Кострома: «Костромской печатный дом», 2012. С. 170–172. DOI:10.13140/RG.2.1.3928.8485

Клиге Р.К., Данилов И.Д., Конищев В.Н. История гидросферы. М.: Научный мир, 1998. 368 с.

Кляшторин Л.Б., Любушин А.А. Циклические изменения климата и рыбопродуктивности. М.: Изд-во ВНИРО, 2005. 235 с.

Маслова М.Н., Резник Н. Угнетение холинэстеразной активности в мозге крыс фосфорорганическими ингибиторами с различной степенью гидрофобности // Укр. биохим. журнал. 1976. Т. 48. № 4. С. 450–454.

Мордухай-Болтовской Ф.Д. Проблема влияния тепловых и атомных электростанций на гидробиологический режим водоемов (обзор) // Экология организмов водохранилищ-охладителей. Л.: Наука, 1975. С. 7–69.

Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: Академия, 2004. 416 с.

Чуйко Г.М., Козловская В.И. Сезонные изменения активности ацетилхолинэстеразы мозга окуня (Perca fluviatilis L.) // Физиология и токсикология гидробионтов. Ярославль: ЯрГУ, 1989. С. 27–38.

Чуйко Г.М., Подгорная В.А. Холинэстеразы пресноводных костистых рыб // Физиология и токсикология пресноводных животных. Сборн. статей. Рыбинск: Издательство ОАО «Рыбинский дом печати», 2007. С. 100–139.

Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Приспособление и среда. Кн. 1. М.: Мир, 1982. 416 с.

Achtar M.S., Pal A.K., Sahu N.P., Ciji A., Mahanta P.C. Thermal tolerance, oxygen consumption and haemato-biochemical variables of Tor putitora juveniles acclimated to five temperatures // Fish Physiol. Biochem. 2013. V. 39. N 6. P. 1387–1398. DOI: 10.1007/s10695-013-9793-7.

Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein dye binding // Analytic. Biochem. 1976. V. 72. N P. 248–254.

Beitinger T. L., Bennet W. A., McCauley R. W. Temperature tolerances of North American freshwater fishes exposed to dynamic changes in temperature // Environ. Biol. Fish. 2000. V. 58. N 3. P. 237–275. DOI: 10.1023/A:1007676325825.

Chuiko G.M., Podgornaya V.A., Zhelnin Y.Y. Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase activities in brain and plasma of freshwater teleosts: cross-species and cross-family differences // Comp. Biochem. Physiol. 2003. Part B. V. 135B. N 1. P. 55–61. DOI: 10.1016/S1096-4959(03)00048-4.

Ellmann G.L., Courtney K.D., Andres V. et al. A new and rapid colorimetric determination of acetylcholine-esterase activity // Biochem. Pharmacol. 1961. V. 7. Iss. 2. P. 91–95.

Farmer G.T., Cook J. Climate Change Science: A Modern Synthesis.Vol. 1. The Physical Climate. Springer Dordrecht Heidelberg New York London, 2013. 564 p. DOI: 10.1007/978-94-007-5757-8.

Ghazala S., Mahboob S., Sultana T, Sultana L., Ahmad L., Asi M.R. Cholinesterases: cholinergic biomarkers for the detection of sublethal effects of organophosphorous and carbamates in Catla catla // Int. J. Agricul. Biol. 2014.V. 16. N 2. P. 406-410.

Golovanova I. L., Golovanov V. K., Smirnov A. K., Pavlov D. D. Effect of ambient temperature increase on intestinal mucosa amylolitic activity in freshwater fish // Fish Physiology and Biochemistry. 2013. V. 39. Iss. 6. P. 1497–1504. DOI: 10.1007/s10695-013-9803-9.

Lajtha, A.; Shershen, H. Changes in the rates of protein synthesis in the brain of goldfish at various temperatures // Life Sciences. 1975. V. 1. P. 1861–1868.

Pavlov D. F., Chuiko G. M. and A. G. Shabrova. Adrenaline induced changes of acetylcholinesterase activity in the brain of perch (Perca fluviatilis L.) // Comp. Biochem. Physiol. 1994.V. 108C. No. 1. P. 113–115.

Sokal R. R., Rolf F. J. Biometry. The principals and practice of statistics in biological research. New York: W.H. Freeman and Co., 1995. 887p.

Yao Kun, Li Yan, Zhu Xiaoshan, Zhu Lin. Individual and joint effects of lead and mercury on acetylcholinesterase activity in goldfish brain // Fresenius Environm. Bull. 2014. V. 23. N 10. P. 2514–2519.

REFERENCES in ENGLISH

Alabaster Dzh., Llojd R. Kriterii kachestva vody dlja presnovodnyh ryb [Water quality criteria for freshwater fish]. M.: Legkaja i pishhevaja promyshlennost', 1984. 384 s.

Golovanov V.K. Jekologo-fiziologicheskie zakonomernosti raspredelenija i povedenija presnovodnyh ryb v termogradientnyh uslovijah // Vopr. ihtiologii. 2013a. T. 53. № 3. S. 286–314. [Golovanov V.K. Ecophysiological Patterns of Distribution and Behavior of Freshwater Fish in Thermal Gradients // Journal of Ichthyology, 2013, Vol. 53, No. 4, pp. 252–280. DOI: 10.1134/S0032945213030016].

Golovanov V.K. Temperaturnye kriterii zhiznedejatel'nosti presnovodnyh ryb [Temperature criteria of the life activity of freshwater fish]. Moskva: Poligraf-Pljus, 2013b. 300 s.

Golovanov V.K., Smirnov A.K. Vlijanie skorosti nagreva na termoustojchivost' karpa Cyprinus carpio v razlichnye sezony goda // Vopr. ihtiol. 2007. T. 47. № 4. C. 555–561. [Golovanov V.K., Smirnov A.K. Influence of the water heating rate upon thermal tolerance in common carp (Cyprinus carpio L.) during different seasons // Journal of Ichthyology, 2007, Vol. 47, No. 7, pp. 538–543. DOI: 10.1134/S0032945207070089]

Golovanov V.K., Smirnov A.K., Golovanova I.L. Vlijanie skorosti nagreva vody na termoustojchivost' i pishhevaritel'nye karbogidrazy karpa Cyprinus carpio (L.) v razlichnye sezony goda [Influence of the water heating rate upon thermal resistance

and digestive carbohydrase of carp Cyprinus carpio (L.) during different seasons] // Vestnik AGTU. Serija: Rybnoe hozjajstvo. 2011. № 1. S. 82–86.

Golovanov V.K., Smirnov A.K., Kapshaj D.S. Sravnitel'nyj analiz okonchatel'no izbiraemoj i verhnej letal'noj temperatury u molodi nekotoryh vidov presnovodnyh ryb [Final

thermopreferendum and upper lethal temperature in juveniles of some freshwater fish species] // Trudy Karel. NC RAN. Ser. Jeksperim. biologija. 2012. № 2. C. 70–75.

Golovanova I.L., Kuz'mina V.V., Golovanov V.K. Vozdejstvie vysokih temperatur na pishhevaritel'nye gidrolazy serebrjanogo karasja Carassius auratus L. [Influence of high temperature on trofic hydrolase of Prussian carp Carassius auratus L.] // Vopr. ihtiologii. 2002. T. 42. № 1. S. 121–128.

Kapshaj D.S., Golovanov V.K. Jekologo-fiziologicheskie i biohimicheskie mehanizmy adaptacij ryb v subletal'no vysokih temperaturah [Ecological, physiological and biochemical mechanisms for adaptations of fishes in sublethal high temperatures] // Fiziologicheskie, biohimicheskie i molekuljarno-geneticheskie mehanizmy adaptacij gidrobiontov. Materialy Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem (Borok, 22-27 sentjabrja 2012 g.) Kostroma: «Kostromskoj pechatnyj dom», 2012. S. 170–172. DOI:10.13140/RG.2.1.3928.8485

Klige R.K., Danilov I.D., Konishhev V.N. Istorija gidrosfery [The history of hydrosphere]. M.: Nauchnyj mir, 1998. 368 s.

Kljashtorin L.B., Ljubushin A.A. Ciklicheskie izmenenija klimata i ryboproduktivnosti [Cyclic climate changes and fish productivity]. M.: Izd-vo VNIRO, 2005. 235 s.

Maslova M.N., Reznik N. Ugnetenie holinjesteraznoj aktivnosti v mozge krys fosfororganicheskimi ingibitorami s razlichnoj stepen'ju gidrofobnosti [Inhibition of cholinesterase activity in the brain of rats organophosphate inhibitors with varying degrees of hydrophobicity] // Ukr. biohim. zhurnal. 1976. T. 48. № 4. S. 450–454.

Morduhaj-Boltovskoj F.D. Problema vlijanija teplovyh i atomnyh jelektrostancij na gidrobiologicheskij rezhim vodoemov (obzor) [The problem of the effect of thermal and nuclear power plants to hydro-biological regime of waters (Review)] // Jekologija organizmov vodohranilishh-ohladitelej. L.: Nauka, 1975. S. 7–69.

Puzachenko Ju.G. Matematicheskie metody v jekologicheskih i geograficheskih issledovanijah [Mathematical methods in ecological and geographical studies]. M.: Akademija, 2004. 416 s.

Chujko G.M., Kozlovskaja V.I. Sezonnye izmenenija aktivnosti acetilholinjesterazy mozga okunja (Perca fluviatilis L.) [Seasonal changes in the brain activity of acetylcholinesterase perch (Perca fluviatilis L.)] // Fiziologija i toksikologija gidrobiontov. Jaroslavl': JarGU, 1989. S. 27–38.

Chujko G.M., Podgornaja V.A. Holinjesterazy presnovodnyh kostistyh ryb [Cholinesterase freshwater bony fishes] // Fiziologija i toksikologija presnovodnyh zhivotnyh. Sborn. statej. Rybinsk: Izdatel'stvo OAO «Rybinskij dom pechati», 2007. S. 100–139.

Shmidt-Niel'sen K. Fiziologija zhivotnyh. Prisposoblenie i sreda [The physiology of the animals. The adaptation and the environment]. Kn. 1. M.: Mir, 1982. 416 s.

Achtar M.S., Pal A.K., Sahu N.P., Ciji A., Mahanta P.C. Thermal tolerance, oxygen consumption and haemato-biochemical variables of Tor putitora juveniles acclimated to five temperatures // Fish Physiol. Biochem. 2013. V. 39. N 6. P. 1387–1398. DOI: 10.1007/s10695-013-9793-7.

Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein dye binding // Analytic. Biochem. 1976. V. 72. N P. 248–254.

Beitinger T. L., Bennet W. A., McCauley R. W. Temperature tolerances of North American freshwater fishes exposed to dynamic changes in temperature // Environ. Biol. Fish. 2000. V. 58. N 3. P. 237–275. DOI: 10.1023/A:1007676325825.

Chuiko G.M., Podgornaya V.A., Zhelnin Y.Y. Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase activities in brain and plasma of freshwater teleosts: cross-species and cross-family differences // Comp. Biochem. Physiol. 2003. Part B. V. 135B. N 1. P. 55–61. DOI: 10.1016/S1096-4959(03)00048-4.

Ellmann G.L., Courtney K.D., Andres V. et al. A new and rapid colorimetric determination of acetylcholine-esterase activity // Biochem. Pharmacol. 1961. V. 7. Iss. 2. P. 91–95.

Farmer G.T., Cook J. Climate Change Science: A Modern Synthesis.Vol. 1. The Physical Climate. Springer Dordrecht Heidelberg New York London, 2013. 564 p. DOI: 10.1007/978-94-007-5757-8.

Ghazala S., Mahboob S., Sultana T, Sultana L., Ahmad L., Asi M.R. Cholinesterases: cholinergic biomarkers for the detection of sublethal effects of organophosphorous and carbamates in Catla catla // Int. J. Agricul. Biol. 2014.V. 16. N 2. P. 406-410.

Golovanova I. L., Golovanov V. K., Smirnov A. K., Pavlov D. D. Effect of ambient temperature increase on intestinal mucosa amylolitic activity in freshwater fish // Fish Physiology and Biochemistry. 2013. V. 39. Iss. 6. P. 1497–1504. DOI: 10.1007/s10695-013-9803-9.

Lajtha, A.; Shershen, H. Changes in the rates of protein synthesis in the brain of goldfish at various temperatures // Life Sciences. 1975. V. 1. P. 1861–1868.

Pavlov D. F., Chuiko G. M. and A. G. Shabrova. Adrenaline induced changes of acetylcholinesterase activity in the brain of perch (Perca fluviatilis L.) // Comp. Biochem. Physiol. 1994. V. 108C. No. 1. P. 113–115.

Sokal R. R., Rolf F. J. Biometry. The principals and practice of statistics in biological research. New York: W.H. Freeman and Co., 1995. 887p.

Yao Kun, Li Yan, Zhu Xiaoshan, Zhu Lin. Individual and joint effects of lead and mercury on acetylcholinesterase activity in goldfish brain // Fresenius Environm. Bull. 2014. V. 23. N 10. P. 2514–2519.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb255

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019