Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Тяжелые металлы - приоритетные загрязнители биосферы 10
1.2. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду и миграция по трофическим цепям 12
1.2.1. Медь: источники поступления элемента в экосистемы 20
1.2.2. Цинк: источники поступления элемента в экосистемы 22
1.3. Влияние тяжелых металлов на организмы 24
1.3.1. Роль меди в живых организмах, признаки интоксикации 28
1.3.2. Роль цинка в живых организмах, признаки интоксикации 31
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 34
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Содержание Си и Zn в кормовой смеси и воде птицефабрики «Туганская» 42
3.2. Влияние тяжелых металлов на продолжительность жизни и живую массу кур-несушек кросса «Родонит» 43
3.3. Влияние Си и Zn на яичную продуктивность и яйцемассу кур-несушек 48
3.4. Влияние Си и Zn на толщину скорлупы и массу яйца кур-несушек 57
3.5. Влияние Си и Zn на биохимические показатели яйца 63
3.6. Влияние Си и Zn на массу внутренних органов 66
3.7. Влияние Си и Zn на гематологические параметры 76
3.8. Влияние Си и Zn на биохимические показатели сыворотки крови кур-несушек 83
3.9. Накопление Си и Zn в органах и тканях кур-несушек кросса «Родонит» 94
3.10. Связь между химическими элементами в органах и тканях кур-несушек 108
3.11. Клинические показатели и патологоанатомиче-ские изменения во внутренних органах кур-несушек под влиянием Си и Zn 133
ОБСУЖДЕНИЕ 146
ВЫВОДЫ 156
ПРЕДЛОЖЕНИЯ 158
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 159
ПРИЛОЖЕНИЕ 179
- Тяжелые металлы - приоритетные загрязнители биосферы
- Влияние тяжелых металлов на продолжительность жизни и живую массу кур-несушек кросса «Родонит»
- Влияние Си и Zn на массу внутренних органов
Введение к работе
Современное состояние планеты Земля оценивается как глобальный экологический кризис (Коробкин, 2001). Различные экологические проблемы в России и во всем мире связаны с антропогенным загрязнением окружающей природной среды. В настоящее время в мире насчитывается от 12 до 20 тыс. крупных промышленных конгломератов, в том числе в США - 8,8 тыс, в Японии — 600, в Германии - 300, в Англии - 200. Они оказывают не только местное, но и глобальное влияние на окружающую среду (Печенникова и др. 1998).
Ежегодно из недр планеты извлекается около 100 млрд.т. минерального сырья, сжигается 7 млрд.т. условного топлива, выплавляется более 800 млн.т. металлов (Стадницкий, 1988), при этом в биосферу поступает значительное количество поллютантов.
В большинстве городов РФ загрязнение окружающей среды в десятки раз превышает предельно допустимые концентрации (ЦДК) многих вредных веществ. Основными загрязнителями атмосферного воздуха, водоемов и почвы являются тяжелые металлы (ТМ), хлорированные и бромированные ароматические углеводороды, диоксины, полихлорированные бифенилы, фураны, полиароматические углеводороды.
В результате развития различных отраслей промышленности и химизации сельского хозяйства в мире производится более 400 млн. т. и 10 тыс. видов химических веществ. Каждый год этот список пополняется более чем 1000 видами веществ химической промышленности (Руководящие принципы..., 1994). На территории России существенный риск представляют 3653 предприятия, располагающие значительными запасами опасных химических веществ. Суммарная площадь территории РФ, на которой могут воз-
никнуть очаги химического загрязнения, составляет около 300 тыс. км2.
При обработке сырья около 90% уходит в отходы (Никано-ров, 2001), загрязняя атмосферу, гидросферу, почву, продукты питания. Особую опасность представляют отходы 1-го класса опасности: гальванические и нефтяные шламы, соединения ртути, хрома и др. В настоящее время обезвреживается только 7,5% отходов из-за отсутствия на предприятиях современных технологий очистки и детоксикации.
Токсические вещества поступают в биосферу также и в результате аварий, возникающих в процессе технического и морального старения химически опасных технологий и недостаточного финансирования для их модернизации во многих странах, включая Россию (Jensen J. и др., 1997; Литвинов, 1998; Гичев, 2002). Так, из-за несовершенства технологий производства минеральных удобрений, поступление тяжелых металлов в окружающую среду превышает проектные величины в 2 - 3 раза (Соколов, 1999). За последние пять лет зарегистрировано 1913 производственных аварий, сопровождающихся выбросом более 80 химических соединений (Новиков, 2001), которые при значительной концентрации и длительном воздействии могут принести вред человеку, животным, растениям и в целом экосистемам.
В связи со сложной экологической ситуацией во многих регионах России и Западной Сибири в том числе, выбранная нами тема актуальна. Тяжелые металлы многими авторами названы приоритетными загрязнителями окружающей среды (Косариков и др., 1993; Онищенко, 2002).
Источники поступления ТМ в окружающую среду имеют, главным образом, техногенное происхождение и связаны с рядом отраслей промышленности.
Таким образом, существует реальная угроза поступления эко-токсикантов в сельскохозяйственную продукцию, а затем и в организм человека, так как эти химические элементы передаются по цепям питания и способны аккумулироваться в органах и тканях живых организмов. Попадая в животный организм, ТМ оказывают серьезное влияние на биохимические, гематологические и физиологические показатели (Соколов и др., 1999; Давыдова, 2002).
В литературе имеются сведения о поражении органов и тканей при интоксикации ТМ, однако они мало изучены. Имеющихся данных о влиянии различных экспозиций меди и цинка на сельскохозяйственных животных, а так же о накоплении этих элементов в организме недостаточно. Следовательно, проводимые исследования, связанные с влиянием меди и цинка на кур-несушек, являются актуальными.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучить влияние меди и цинка на продуктивные и биологические показатели кур-несушек, определить уровень аккумуляции химических элементов в различных органах и тканях, выявить взаимосвязь элементов в них и исследовать патологоанатомиче-ские изменения во внутренних органах птиц.
Задачи исследований
1. Определить содержание Си и 2п в воде и кормах птицефабрики "Туганская".
Установить влияние различных доз Си и Zn на продолжительность жизни, живую массу и яичную продуктивность кур-несушек.
Изучить влияние тяжелых металлов на гематологические и биохимические показатели сыворотки крови.
Определить уровень накопления экотоксикантов в органах и тканях.
Установить корреляции тяжелых металлов в органах и тканях.
Выявить патологоанатомические изменения во внутренних органах кур-несушек при разных дозах меди и цинка.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
Впервые проведены комплексные исследования и показано негативное влияние различных концентраций солей меди и цинка на продолжительность жизни, живую массу, массу внутренних органов, яичную продуктивность, биохимические показатели яйца и сыворотки крови, а также лейкограмму кур-несушек.
Изучена динамика и установлены закономерности биоаккумуляции меди и цинка в органах и тканях при различных уровнях их поступления в организм.
Выявлен характер патологоанатомических изменений в органах и тканях кур-несушек в зависимости от уровня поступления тяжелых металлов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Результаты исследований могут быть использованы в зоотехнической и ветеринарной практике, так как содержат данные об изменении биологических показателей при поступлении в организм ксенобиотиков в количествах, превышающих максимально допустимые уровни. Проведена оценка и анализ последствий аварийных ситуаций, связанных с поступлением в окружающую среду тяжелых металлов.
Установлено, что перо и сыворотка могут быть использованы в качестве прогностического теста накопления Си и Zn в некоторых органах и тканях.
Материалы диссертации используются в лекционных курсах: «Разведение сельскохозяйственных животных», «Ветеринарная генетика», «Агроэкология», «Экология» для студентов Томского и Кемеровского сельскохозяйственных институтов, Томского государственного педагогического университета, Новосибирского государственного аграрного университета.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Материалы исследований представлены на 1-й Международной научной конференции «Ветеринарная генетика, селекция и экология» (Новосибирск, 2001); 7-Й Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (ТГПУ, 2001); на 2-й Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, Казахстан, 2002); на 12-й Международной конференции «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Гренобль, Франция, 2002); на 2-й Международной научной конференции «Ветери-
нарная генетика, селекция и экология» (Новосибирск, 2003); региональных научно-практических конференциях Томского сельскохозяйственного института (Томск, 2001 - 2004).
ПУБЛИКАЦИИ Результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
Повышенные дозы Си и Zn, поступающие в организм, приводят к снижению продолжительности жизни, живой массы, яйценоскости и изменению ряда биохимических показателей организма кур-несушек.
Различные органы и ткани обладают избирательностью в аккумуляции меди и цинка.
Существуют корреляции между уровнем накопления меди в сыворотке и костях, легких, сердце, а также в пере и мышцах, печени, сердце. Уровень аккумуляции цинка в сыворотке крови коррелирует с его уровнем в мышцах, а в пере - с концентрацией элемента в печени.
Тяжелые металлы - приоритетные загрязнители биосферы
В настоящее время значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят предприятия теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, автотранспорт и другие (Бондарев, 1976; Израэль, 1984; Фелленберг, 1997; Будни-ков, 1998).
За последние 100 - 150 лет потребление металлов увеличилось в 50-60 раз (Бодиловский, 1986; БарковскиЙ и др., 1997). При получении металлов из руд, человеку необходимо концентрировать их, так как содержание металлов в рудах небольшое: свинцовые и кобальтовые руды разрабатывают при содержании в них металла 1-2, никелевые - 1,2 - 1,5, медные - 0,4%. В процессе добычи и выплавки некоторое количество металлов рассеивается в биосфере. По разным оценкам, потеря продукции металлов составляет от 5 - 20%. Так, с доменными газами, в атмосферу поступают железо, кадмий, магний, марганец, свинец, ртуть, медь, мышьяк, кобальт и другие металлы (Беус и др., 1976; Бондарев, 1976; Пур-маль, 1998). В результате для жизни и здоровья людей возникает реальная опасность интоксикации, а для биосферы - нарушения процессов круговорота и взаимосвязей в экосистемах.
Сегодня в мире 1-е место по приоритетности среди загрязнителей занимают тяжелые металлы (Косариков и др., 1993; Будни-ков, 1998; Онищенко, 2002).
К ТМ относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Си, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. (Мур.Д и др., 1987; Давыдова, 2002; Панин, 2002). По классификации Н. Реймерса тяжелыми считаются металлы с плотностью более 8 г/см3: Pb, Си, Zn, Ni, Cd, Со, Sb, Sn, Bi, Hg.
Оценивая опасность ТМ для живых организмов биосферы, необходимо подчеркнуть их некоторые свойства: биохимическую активность, способность к аккумуляции, канцерогенность, высокую токсичность и другие (табл. 1). Наиболее токсичными являются элементы, которые оказывают вредное воздействие на организмы при концентрации до 1 мг/л - Hg, Sn, Со, Ni, Pb, Cr. Средней токсичностью обладают элементы, отрицательно воздействующие на организмы при концентрации от 1 - 100 мг/л - Cd, Си, Fe, Мп, Zn и др. (Лавриненко, 1998). Согласно данным экотоксикологии и токсикометрии, все металлы по степени действия делят на группы: высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные (Барковский и др., 1997), а также составлены ряды токсичности металлов для организмов относительно друг друга (Бингам и др., 1993; Исидоров, 1999).
Влияние тяжелых металлов на продолжительность жизни и живую массу кур-несушек кросса «Родонит»
Катастрофически резкое снижение исследованного нами признака произошло при 20 МДУ Си, кроме того, отмечалась высокая смертность птицы. Оставшиеся наиболее приспособленные особи не выдержали поступления высоких доз токсиканта в течение продолжительного времени и яйценоскость прекратилась.
При изучении влияния цинка на среднесуточную яйцемассу на одну курицу-несушку в день наблюдалась несколько иная картина. В 6 и 7 опытных группах (5 и 10 МДУ) отмечен временный «стимулирующий» эффект влияния тяжелого металла на яйцемассу (табл. 12), который исчез при 20 МДУ Zn. К концу эксперимента в этой опытной группе мы имели 10% отход птицы.
Резко изменилась ситуация при 30 МДУ токсиканта. Среднесуточная яйцемасса снизилась в 1,6 раза (Р 0,001). Кроме того, в 9 опытной группе наблюдалась 40% летальность.
Как под действием меди, так и цинка, в группах, где произошло уменьшение среднесуточной яйцемассы, резко возросла фенотипическая изменчивость. Это объясняется существованием индивидуальных и в том числе, видимо, генетических различий в реакции кур на высокие дозы токсикантов. У наименее резистентных кур заметнее проявились различные биохимические и физиологические изменения, вплоть до гибели.
Таким образом, проанализировав влияние некоторых тяжелых металлов на яйцемассу кур-несушек, мы выявили, что наиболее негативным эффектом обладает медь и высокие концентрации цинка. Си и Zn входят в состав многих ферментов и играют огромную роль во всех биохимических и физиологических процессах. Высокие дозы этих элементов, видимо, блокируют деятельность ферментов, а, следовательно, синтез белка, иммуноглобулинов и снижают естественную резистентность.
Влияние Си и Zn на массу внутренних органов
Нами была определена масса внутренних органов у кур-несушек кросса «Родонит», в организм которых поступали различные дозы меди с питьевой водой. Масса органов определялась в конце опытного периода или на момент гибели кур.
Под влиянием меди в концентрации 5 и 10 МДУ у кур 2 и 3 опытных групп не наблюдалось повышения массы легких. В 4 группе при 20 МДУ наблюдалась высокая смертность птиц, поэтому взвешивание органов проводилось на момент гибели кур.
Определяя массу легких на момент гибели, можно отметить, что у птиц 4 группы она увеличилась на 9,2%. Однако, учитывая, что к концу эксперимента осталось только 3 головы, получить истинную картину изменения массы органов было трудно.
В 5 группе при 30 МДУ уже на 15-й день эксперимента все куры погибли, и взвешивание органов также проводилось на момент гибели птиц. Определяя массу легких, наблюдали увеличение ее - на 20,1% (Р 0,05) (табл. 21). Минимальная масса органа была 6,2 г, тогда как в контрольной группе ее значение составило 5,02 г. Причем верхнее значение признака увеличилось более значительно, чем нижнее, и составило 11,96 г. Изменчивость массы легких не увеличилась, рост показателя произошел за счет сдвига изменчивости при более высокой экспозиции. Была определена масса почек кур-несушек (табл. 22), которая значительно снизилась уже при 5 МДУ (на 19,1%). Она была также ниже в 3 и 4 группах (на 8,4 и 16,4% соответственно), чем у кур в контрольной группе. При этом надо учитывать, что в 4 группе наблюдался падеж кур после 5-ти дней эксперимента.
У кур 5 группы, проживших от 5 до 14 дней, масса почек не изменилась, однако это видимое отсутствие изменения массы органа, видимо, объясняется тем, что 50% птиц погибло к 6-у дню эксперимента. Можно предположить, что резкое изменение массы почек могло бы наблюдаться, если бы куры прожили дольше.
Следует обратить внимание на резкое повышение изменчивости массы почек при 20 и 30 МДУ. Уменьшение массы органа при 20 МДУ произошло при снижении нижней границы лимитов. При 30 МДУ негативное воздействие токсиканта сказалось в том, что у некоторых кур произошло довольно значительное увеличение массы почек. Интересно обратить внимание на результаты в 3 группе: при 10 МДУ наблюдалась низкая изменчивость - в 2 раза ниже, чем в контроле и почти в 5 раз ниже, чем в 4 и 5 группах. Во всех группах, кроме 3-й, произошло практически одинаковое снижение нижних границ массы почек, в то время как верхние границы оставались на уровне средних значений.
Своеобразная картина наблюдалась при изучении динамики массы сердца (табл. 23) под влиянием различных доз меди. При 5 МДУ произошло значительное снижение массы сердца (Р 0,001), при этом отмечено уменьшение этого показателя, главным образом, за счет сдвига верхней границы, по сравнению с контрольной группой. При 10 МДУ видна тенденция к снижению массы органа, но менее значительному.
Результаты, полученные по 2 и 3 группам, можно принять за истинные, так как летальность птиц в них составила только 20%.
При 20 МДУ меди происходит снижение признака на 16,6% (Р 0,05). Однако, при такой дозе токсиканта фенотипическая вариация возросла более чем в 2 раза, по сравнению с контрольной группой.
Самая высокая доза меди (30 МДУ) не вызвала достоверного изменения массы сердца, но заметна небольшая тенденция уменьшения признака. Кроме того, можно предположить и дальнейшее
