Содержание к диссертации
Введение
Гл. I. Характеристика изученных водоемов, методы и материалы исследования 6
1.1. Общая и радиоэкологическая характеристика водоемов и их рыбного населения
1.2. Методы и материалы исследования 12
Гл. П. Состояние воспроизводительной системы белого и пестрого толстолобиков из пруда-охладителя ЧАЭС 19
II. 1. Родительское поколение белого толстолобика -Р 19
A. Условия содержания, кормовая база, питание и рост белого толстолобика 19
Б. Размерно-весовые показатели белого толстолобика разных генераций 20
B. Состояние половых желез белого толстолобика, перенесшего аварию (Р) 23
II. 2. Первое поколение белого толстолобика - F/. 41
A. Развитие половых желез 41
Б. Общая характеристика нарушений морфологии рыб разных генераций Fi 45
B. Оогенез 47
Г. Сперматогенез 59
II. 3. Физиолого-биохимическая оценка состояния белого толстолобика Р и F/... 68
А 68
Б. Общий биохимический состав мышц. Самки Р и Fis9 68
В. Общий биохимический состав печени. Самки Р и F/.sp 69
Г. Общий биохимический состав гонад и икры. Самки Р и Fi^g 70
Д. Общий биохимический состав тела молоди трёх генераций первого поколения -
Fl-89 —Fi-9i 71
II. 4. Экспериментальная оценка воспроизводительной способности белого толстолобика 74
А. Созревание и показатели половых продуктов самок и самцов после стимуляции различными гормональными препаратами 74
Б. Оплодотворяемость и выживаемость икры 78
II. 5. Состояние репродуктивной системы и воспроизводительная способность Пестрого толстолобика (Р) 85
Гл. III. Состояние воспроизводительной системы ряда видов костистых рыб из водоемов разного типа, загрязненных радионуклидами при Чернобыльской аварии ... 90
III. 1. Щука 91
III. 2. Окунь 97
III. 3. Линь 101
III. 4. Серебряный карась 107
III. 5. Другие карповые (густера, плотва, лещ, красноперка, золотой карась) 112
III. 6. Видовая специфичность 122
Гл. IV. Динамика частоты встречаемости и степени выраженности аномалий репродуктивной системы костистых рыб из загрязненных водоемов в период исследований 130
IV. 1. Пруд-охладитель ЧАЭС 130
IV. 2. оз. Кожановское. 131
IV. 3. Киевское водохранилище 133
IV. 4. Река Тетерев 135
Гл. V. Оценка частоты встречаемости и степени выраженности аномалий половых желез рыб из загрязненных радионуклидами водоемов в ряду поколений 137
V. 1. Принцип разделения поколений у рыб в связи с их биологией 137
V. 2. Максимальная частота встречаемости аномалий в поколениях у отдельных видов рыб 137
Заключение 145
Выводы 148
Литература
- Условия содержания, кормовая база, питание и рост белого толстолобика
- Общая характеристика нарушений морфологии рыб разных генераций Fi
- Созревание и показатели половых продуктов самок и самцов после стимуляции различными гормональными препаратами
- Другие карповые (густера, плотва, лещ, красноперка, золотой карась)
Введение к работе
Рыбы на протяжении всего онтогенеза постоянно подвергаются облучению как внешнему (космическое излучение), так и внутреннему облучению от естественных радионуклидов, которые являются обычными компонентами различных тканей живых организмов. Радиоактивный фон, равный для рыб в пресных водах 0,0007-0,003 Гр/год, в течение тысячелетий оставался относительно постоянным. За последние 60 лет после испытания атомного оружия и глобальных выпадений продуктов ядерных взрывов радиационный фон стал постепенно возрастать во всех водных экосистемах в результате попадания в них техногенных радионуклидов. В результате крупных ядерных аварий, в районах ряда атомных станций он увеличился в десятки и сотни раз, став существенным дополнительным экологическим фактором (Булдаков, Москалев, 1968; Павловская, 1971; Алексахин, 1972, 1973, 1975, 1982; Патин, Петров, 1973; Алексахин, Тихомиров, 1985). В связи с этим, разработка современной концепции защиты гидробионтов, как одной из основных составляющих биоты в целом, от радиационного и других техногенных факторов является одной из основных задач биологической науки (Алексахин, 1993, 1997, 2006; Алексахин, Фесенко, 2004; Брешиньяк и др., 2003). В этом аспекте вопрос о воздействия радиации различной интенсивности на животных, в первую очередь на их репродуктивные показатели, обеспечивающие численность популяций и видовое разнообразие, является ключевым (Ильенко, 1974; Соколов и др., 1989). Исследования в этом направлении на популяциях и особях рыб учёными разных стран были начаты уже давно (Blaylock, 1969, 1971; Woodhead, 1970, Templeton et al., 1971; Шеханова, 1971, 1976, 1977, 1983, 1984; Воронина и др., 1974, 1977; Орлов и др., 1977; Ше-ханова и др., 1978, 1988; Trabalka, Allen, 1977). В литературе имеется большое количество сведений, полученных экспериментальным путем, о влиянии радиационного фактора на отдельные периоды онтогенеза некоторых видов рыб (Solberg, 1938; Раф, 1962; Черфас, 1962; Шабадаш, 1957; Donaldson, Bonham, 1970; Персов, 1977, 1978; Чмилеский, 1977, 1978, 1990; Печкуренков, 1978; Egami, 1979; Нилов, 1988). Данных о воздействии этого фактора на репродуктивную систему рыб в естественных водоемах значительно меньше, причем, как правило, исследовались только какой-либо один вид или отдельный этап онтогенеза рыб в конкретном водоеме (Blaylock, Mitchell, 1969; Питкянен, 1971, 1974, 1978; Пешков и др., 1973; Шеханова, 1976, 1977, 1978; Мунтян, 1977, 1993; Воронина, 1974; Воронина и др., 1977).
Отметим, что исследования последствий Чернобыльской катастрофы (1986 г.), крупнейшей ядерной аварии XX века, для репродуктивных показателей рыб единичны (Городилов и др., 1990; Кохненко, Петриков, 1993; Петриков и др., 1997; Слуквин, 1997; Петухов, Кох-ненко, 1998; Гончаренко, 2001). В то же время их необходимость очевидна, так как в результате этой катастрофы значительному загрязнению искусственными, биологически зна-
4 чимыми радионуклидами подверглось большое число внутренних водоемов России, Украины и Беларуси, имеющих, в том числе, и рыбохозяйственное значение. В этой связи, оценка радиационного воздействия различной интенсивности, возникшего в результате аварии, на репродуктивную систему и воспроизводительную способность основных промысловых видов костистых рыб, населяющих водоемы различного типа на территории чернобыльского следа, актуальна как в теоретическом, так и практическом аспектах. Цель работы: Дать комплексную оценку влияния радиационного фактора (загрязнение 137Cs H90Sr) после Чернобыльской катастрофы на репродуктивную систему и воспроизводительную способность ряда видов костистых рыб в водоемах различного типа. Задачи исследования: 1. Исследовать воздействие радиационного фактора различной интенсивности в водоемах разного типа (охладитель, озеро, водохранилище, река) на появление и частоту встречаемости морфологических аномалий в половых клетках и железах, в строении тела и внутренних органов ряда видов костистых рыб. 2. Изучить состояние репродуктивной системы и воспроизводительную способность двух видов толстолобиков, облученных во время аварии (Р) и их первого поколения (Fj), из пруда-охладителя Чернобыльской АЭС. 3. Исследовать особенности гонадо- и гаметогенеза, физиолого-биохимические показатели белого толстолобика двух поколений в условиях радиационного воздействия. 4. Выявить видовую специфику реакции репродуктивных желез рыб из водоемов с разной степенью загрязнения радионуклидами (137Cs) - пруд-охладитель ЧАЭС, озёра Глубокое, Святое, Кожановское, Киевское водохранилище, река Тетерев - в условиях хронического облучения. 5. Провести анализ динамики спектра и частоты встречаемости морфо-физиологических аномалий репродуктивной системы у разных видов костистых рыб в ряду поколений после интенсивного радиационного воздействия в течение 1988-2005 гг. Научная новизна. Впервые дана комплексная оценка состояния репродуктивной системы у ряда промысловых видов рыб из водоемов разного типа и уровня загрязнения радионуклидами в результате Чернобыльской катастрофы. Описан широкий спектр морфо-физиологических аномалий половых желез и клеток, внутренних органов рыб, вызванных воздействием радиационного фактора.
Для целого ряда видов костистых рыб впервые показана положительная зависимость между частотой встречаемости и степенью выраженности нарушений половых желез и уровнями загрязнения водоемов радионуклидами. Эта связь определяется эколого-физио-логическими особенностями отдельных видов рыб, а также гидрохимическими и гидрологическими характеристиками водоемов.
Впервые дан сравнительный (с контролем) анализ состояния репродуктивной системы и воспроизводительной способности толстолобиков, перенесших крайне высокие радиационные нагрузки (Р), и их потомков первого поколения (Fi) трёх генераций. Отмечена большая
5 частота встречаемости аномалий репродуктивных желез и внутренних органов у особей
третьей генерации первого поколения белого толстолобика из пруда-охладителя ЧАЭС.
Впервые четко показаны видовые различия в реакции половых желез рыб на радиационное воздействие, в том числе и при сходных дозовых нагрузках. Резистентность к этому воздействию зависит от экологических, физиолого-биохимических, морфо-функциональ-ных и половых особенностей отдельного вида. Отмечены виды и популяции рыб в большей или меньшей мере страдающие от негативного влияния радиационного фактора. Выявлены отличия в устойчивости к таковому гонад у двуполых (диплоидных) и однополых (трипло-идных) форм серебряного карася, определяющиеся полиплоидией и гиногенетическим размножением.
Впервые проанализирована динамика частоты встречаемости и степени морфо-функци-ональных аномалий репродуктивной системы костистых рыб в ряду поставарийных поколений в шести водоемах, загрязненных радионуклидами во время Чернобыльской катастрофы. Показано, что у всех изученных видов рыб, как в сильно, так и слабо загрязненных водоемах, произошло увеличение числа и степени морфо-функциональных нарушений гонад в ряду поколений (наибольшая доля в F2 - F4). В водоемах с относительно незначительным загрязнением (Киевское водохранилище и р.Тетерев) аномалии воспроизводительной системы всех видов рыб поколений F2 - F4 являются, очевидно, следствием «продленного» мутагенеза (Дубинин, 1986).
Теоретическая и практическая значимость работы. Комплексная оценка состояния репродуктивной системы и воспроизводительной способности у ряда промысловых видов рыб из водоемов с разной степенью загрязнения радионуклидами в результате Чернобыльской катастрофы выявила широкий спектр и высокую частоту встречаемости морфо-функциональных аномалий половых желез. Отмеченные видовые особенности в проявлении этих показателей в ответ на острое и хроническое радиационное воздействие позволили выделить наименее резистентные к нему виды и популяции рыб, сокращающие свою численность. Присутствие широкого спектра и высокой частоты встречаемости морфо-функциональных аномалий репродуктивной системы у рыб второго-четвёртого поставарийных поколений во всех, даже относительно слабо загрязненных водоемах, свидетельствует о весьма пролонгированном действии радиационного фактора на воспроизводительную способность рыб. Все эти данные нужно учитывать при разработке современной концепции защиты биоты от радиационного воздействия, планировании мероприятий по сохранению биоразнообразия и восстановлению численности естественных популяций в водоемах, подвергшихся воздействию Чернобыльской катастрофы. Результаты исследования вносят определенный вклад в радиоэкологию и радиобиологию пресноводных рыб, способствуя пониманию механизмов влияния радиационного фактора различной интенсивности на
6 рыбное население водоемов разного типа.
Результаты исследований, выполненные по теме диссертации, использованы учеными СНГ / ЕС в рамках проекта INTAS 556 RESPOND - «Радиоэкологическое исследование пруда-охладителя ЧАЭС и меры его восстановления», а также в курсе лекций и практических занятий по эмбриологии рыб на кафедре ихтиологии Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Интенсивное радиационное воздействие (Чернобыльская катастрофа) привело к возникновению широкого спектра морфо-функциональных аномалий репродуктивной системы костистых рыб, в целом сходного с наблюдаемым при массовом поступлении в водоемы токсикантов различной химической природы. 2. В водоемах с высокими радиационными нагрузками имеется положительная связь между уровнем загрязнения рыб радионуклидами и частотой встречаемости и степенью морфо-функциональных аномалий репродуктивной системы, что приводит к сокращению численности отдельных популяций рыб. 3. Видовая специфичность в спектре и частоте встречаемости морфо-функциональных аномалий репродуктивной системы костистых рыб на воздействие радиационного фактора сходной интенсивности определяется экологическими, морфологическими, физиолого-биохимическими, половыми и генетическими особенностями отдельных видов. 4. У изученных видов костистых рыб во всех загрязненных радионуклидами водоемах происходит увеличение частоты встречаемости и степени морфо-функциональных аномалий репродуктивных желез в ряду поставарийных поколений (максимум в F2 — Fj).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 78 работ, из них 41 статья и 37 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 242 ссылки на русском и 43 - на иностранных языках и приложения (26 таблиц). В работе содержится 44 таблицы и 48 иллюстраций. Общий объем рукописи - 193 стр.
Условия содержания, кормовая база, питание и рост белого толстолобика
Перенесшие аварию толстолобики содержались в садках из крупноячейной дели производственных понтонных линий, установленных на якорях в отдалении от берега напротив устья канала теплой сбросной воды. Размер садков 3 х 4 х 3 м. Исследование гидробиологического режима охладителя и питания подопытной рыбы в задачу данного исследования не входило, но в ходе работы попутно были собраны небольшие материалы по кормовой базе и содержимому кишечников в различные сезоны года. Они вместе с данными по росту в какой-то мере характеризуют условия, в которых находилась подопытная рыба (Белова и др., 1993). Кормовой базой белого толстолобика служил в основном проносящийся током воды сестон, состоящий из фитопланктона и детрита, а также некоторого количества зоопланктона. В значительной мере рыбы могли также использовать перифитон - водорослевые обрастания, обильно развивающиеся на делевом полотне садков. Сезонная динамика развития кормовой базы была типичной для таких водоемов. Биомасса фитопланктона в течение года колебалась от 0,2 мг/л до 11,4 мг/л. Минимальной она была в декабре, максимальной - в августе. По биомассе, в большинстве случаев, доминировали диатомовые Diatomea и зеленые Chlorophyta водоросли. Зоопланктон был представлен небольшим количеством веслоногих Copepoda и ветвистоусых Cladocera низших ракообразных, а также коловратками Rotatoria. Перифитон садков состоял из водорослей различных коловратками Rotatoria. Перифитон садков состоял из водорослей различных систематических групп, главным образом нитчатых зеленых, диатомовых и синезеленых. Среди нитей этих водорослей обильно развивались одноклеточные и колониальные водоросли, а также многочисленные коловратки и инфузории Inphusoria.
Особенности питания толстолобиков, в общем, отражали сезонную динамику кормовой базы и температурные условия охладителя. Так, индексы наполнения кишечников взрослых рыб в феврале составляли всего около 27/00о, в апреле они питались уже более интенсивно - 500-540/Ооо. Максимум питания приходился на август (Выборное, 1990). Питание годовиков (Fy.sp) характеризовалось примерно теми же закономерностями - в январе рыбы почти не питались, в апреле-мае индексы наполнения возросли до 217-140о/ООо а в августе составили 880-900/Ооо- В пище преобладал детрит, в составе водорослей доминировали синезе-леные, зоопланктон отсутствовал. Кишечник сеголеток в августе и ноябре имел наполнение 303 /0оо и 106 /ооо5 соответственно. Пища состояла в основном из детрита.
Пища свободноживущих толстолобиков состояла, в общем, из тех же компонентов, но в ее составе, видимо, значительную роль играл детрит донных отложений, который толстоло бики способны подбирать и процеживать своим жаберным аппаратом (Белова и др., 1993).
Кормовая база и условия питания обеспечивали достаточно устойчивый рост и развитие воспроизводительной системы завезенных в садки и оставшихся после аварии без рыбоводного ухода толстолобиков.
В целом рыбы в садках росли хуже, чем в условиях прудов в контроле (рис. б, 7, 8), но повышенный температурный режим благоприятно сказался на созревании, поскольку известно, что толстолобики в более теплых водоемах юга Китая созревают при значительно меньших размерах, чем в р. Янцзы и, тем более, в р. Амур.
Достаточно уверенно определить по чешуе возраст и темп роста свободноживущих толстолобиков не удалось. Однако несомненно, что они росли значительно лучше садковых, так как из водоема отлавливали особей только существенно более крупных размеров, превышающих по массе садковых рыб в 2-4 раза и более. Говоря об условиях существования свободноживущих в охладителе толстолобиков необходимо отметить важное обстоятельство, связанное с их воспроизводительной функцией. Дело в том, что эти рыбы по адаптивным особенностям размножения относятся к пелагофильной экологической группе. Они способны размножаться лишь в достаточно крупных водотоках, выметывая икру на быстром и бурном течении. Икра развивается в толще воды, сносясь вниз по течению. В прудовых условиях, в стоячей воде, икрометания не происходит, и воспроизводство этих рыб ведется искусственно с помощью гормональной стимуляции созревания и инкубации икры в специальных аппаратах.
На ЧАЭС в нерестовый период наблюдается массовый заход толстолобиков из охладителя в сбросной канал теплой воды, однако идет ли в нем нерест - не известно. Мы наблюдали такой заход в июне 1992 г., но это был период остановки станции и, соответственно отсутствия сброса воды, т.е. течения в канале. Ловы икры планктонной сетью подтвердили отсутствие нереста. Может ли он идти при нормальном технологическом режиме работы станции, осталось, к сожалению, не выясненным. Вероятнее всего, свободноживущие толстолобики, как и садковые, в отличие от аборигенов, в охладителе не размножаются. Б. Размерно-весовые показатели белого толстолобика разных генераций.
В настоящем разделе рассмотрены особенности роста белого толстолобика разных поколений в садках. Существенной особенностью собранного материала были размерные показатели сохранившихся рыб. Оставшиеся после четырех (1989 - 1992 гг.) кампаний по разведению, перенесшие аварию рыбы (Р), за истекшие 3-5 лет практически не увеличили своих размеров (рис. 6, 7). Их длины (средняя около 54 см) остались примерно на уровне сезонов 1991 и 1992 гг., поскольку в предыдущие два сезона - 1989, 1990 гг. для разведения отбирались наиболее крупные и зрелые рыбы. Работа по разведению в последние два сезона - 1991 и 1992 гг. велась на более мелких рыбах (рис. 6, 7). Единственный экземпляр их потомства имели размеры значительно меньше (соответственно около 43 и 26 см), чем перенесшие аварию рыбы и их потомство Fis9 (рис. 8). Дать исчерпывающее объяснение различиям в росте и размерах рыб довольно трудно. Однако, несомненно, что плохой рост молоди Fj.go и Fi.pi связан с тем, что сеголетки этих генераций на первом году жизни долгое время (год и более) содержались в плотных, лишенных достаточной кормовой базы, садках. Они в это время испытывали значительные радиационные нагрузки, так как садки располагались у берега, где из-за волнобоя происходит постоянное взмучивание осевших на дно радиоактивных осадков. В отличие от них генерация Fusg у берега провела недолгое время, хорошо выросла за первое лето и вскоре была пересажена в отдаленные от берега крупноячейные садки, в которых к лету 1992 г. достигла размеров (1 около 50 см), при которых происходит половое созревание.
Общая характеристика нарушений морфологии рыб разных генераций Fi
У самцов на протяжении почти всего первого года жизни гонады малы и сохраняют состояние, сходное с индифферентным. В росте сеголеток наблюдалась большая вариабельность, и в возрасте 1 год рыбы имели длину от 6,3 до 21,0 см. Индивидуальный рост рыб определял и степень развития их половых желез. Половые клетки у всех самцов представлены только сперматогониями и число их на поперечных срезах колебалось от 2-4 до 12-26. Аномалии морфологии семенников обнаружены у рыб 11-месячного возраста, у 33% самцов F].s9, у 100% - F/.90 и F/.p/. Нарушения выражались в значительном развитии соединительнотканных элементов, рыхлой структуре семенников и появлении в них полостей, половые клетки были весьма малочисленны, а на некоторых срезах отсутствовали (рис. 17 в). Б. Общая характеристика нарушений морфологии рыб разных генераций F/. Eiz89A На первом году жизни хорошо заметных отклонений от нормы у толстолобиков, в связи с их небольшими размерами, не обнаружено. Среди годовалых рыб у 9,1% отмечено укорочение жаберных крышек, однако в последующие годы эта аномалия больше не встречалась. На втором году жизни было обнаружено искривление и уменьшение размеров спинного или одного из брюшных плавников, гермафродитная половая железа и асимметричные гонады. На третьем году жизни число аномалий достигло 50%. Аномалии выражались: в искривлении и уменьшении величины одного из брюшных плавников; уменьшении верхней челюсти; укорочении хвостового стебля; появлении у самок разрастания соматической ткани в генитальной области - папиллы; увеличении одного из глаз; расположении задней камеры плавательного пузыря перпендикулярно передней камере, что привело к выпячиванию стенки тела, редукции задней камеры плавательного пузыря; в неправильной форме гонад, выражавшейся в их расширениях и сужениях, их асимметрии; появлении стерильных половых желез. У некоторых присутствовали аномалии двух или даже трех типов. В возрасте 3 г. 1 мес. аномалии обнаружены почти у 23% рыб и были представлены в основном нарушениями в морфологии гонад - асимметрия, водяночные полости в яичниках, развитие семенников в виде мелких долек. Кроме этого отмечены нарушения в строении задней камеры плавательного пузыря. В возрасте 6+ удалось проанализировать только одного самца этой генерации, у которого гонады были с перехватами. Всего исследовано 109 особей Fi g, аномалии отмечены у 26,6% рыб, а нарушения гонад почти у 15% (табл. 6). ЕьШ- У особей второй генерации на протяжении первого года жизни отмечено укорочение туловища и искривление хвостового стебля - 9,8%. На втором году жизни у 5,9% выявлены искривления брюшных плавников и редукция лучей в спинном и анальном плавниках. У 14,7% особей наблюдали необычную форму и окраску гонад. Всего в этом возрасте имели аномалии 12% рыб. При исследовании особей этой генерации в возрасте 5+ и более лет были также отмечены нарушения морфологии челюстей, плавников, плавательного пузыря, укорочение туловища и аномалии гонад (асимметрия, необычная форма, стерильность). Всего доля рыб с нарушениями морфологии тела и отдельных органов у генерации Fj.go за изученный период составила 21,5%, аномалии гонад - 9,3% (табл. 6).
Fi.9i._ На первом году жизни среди особей третьей генерации аномалий морфологии тела, в связи с очень небольшими размерами рыб, отмечено немного, а гонады почти у всех находились в индифферентном состоянии. Определенным отклонением от нормы у особей этой генерации является задержка развития половых желез, обусловленная не только радиационным фактором, но и условиями содержания и выращивания рыб на первом году жизни (см. выше). В возрасте 1 год, 4+ и старше среди особей F1.91 отмечены разнообразные нарушения морфологии тела и внутренних органов: аномальное строение глаз; искривление, укорочение или редукция плавников; редукция или неправильное расположение задней камеры плавательного пузыря; необычная форма и асимметрия гонад, их стерильность. Всего они обнаружены у 58,7% рыб. Кроме этого у 19,4% взрослых особей отмечено, не наблюдавшееся ранее у толстолобиков, образование водяночных полостей на стенках кишечника, внешне сходных с встречавшимися в яичниках зрелых (IV стадия) самок. С учетом этого общее число аномалий у рыб данной генерации составляет 71,7% (табл. 6).
Четко прослеживается отставание в развитии половых желез у самцов - из семи проанализированных рыб в возрасте 4+ - 6+ только 1 имел семенники на III стадии зрелости, но и они были крайне малого размера и визуально определены как II стадия. У остальных самцов гонады находились на I - II стадии зрелости или были стерильными.
Особо следует подчеркнуть, что наряду с отставанием развития гонад (больше у самцов) у потомства Fj.gi в возрасте 4+ - 5+, среди 19 исследованных в 1995-1996 гг. рыб, обнаружены 2 половозрелые особи - самка и самец. Необычность состояла в том, что обе рыбы достигли половой зрелости при весьма небольших размерных показателях: самка при длине (1) 24 см, массе 250 г, ГСИ - 8,6%), самец соответственно 31 см и 461 г. Все прочие рыбы этих выборок имели гонады на II (самки) или I-II стадиях зрелости (самцы). У обеих зрелых рыб отмечены нарушения внешней морфологии: искривление одного из грудных плавников, у самца отсутствовал спинной плавник. Рост уникальной половозрелой самки, расчислен по чешуе. Длина ее в первый год жизни составляла 9,5 см, во второй - 20,6, в третий — 22,3, четвертый - 23,4, с приростом пятого года жизни длина рыбы достигла 24 см.
Анализируя типы аномалий у толстолобиков, легко обратить внимание на то, что обнаруженные визуально отклонения от нормы в строении частей тела или органов у особей первой генерации чаще всего связаны с нарушениями морфологии гонад. Такие аномалии составляют 14,7% всего числа изученных рыб или 55,0%о числа особей с разными отклонениями от нормы. У особей второй генерации до 2-годовалого возраста нарушения гонад проявились еще не все, а число половозрелых рыб (п=15) было относительно невелико, поэтому доля аномалий морфологии их гонад была меньше, чем у рыб Fi g, соответственно 9,3 и 43,0%). У рыб Fj.pi, где в морфологические исследования включены особи в возрасте 1 год и 4+ - 6+, доля всех нарушений выше, чем у первых двух генераций, аномалии же гонад составляют 19,6% общего и 33,3% числа особей с нарушениями. С учётом же отставания развития половых желез как нарушения доля рыб с аномалиями гонад для самок составляет 63%, а для самцов - 100%.
Созревание и показатели половых продуктов самок и самцов после стимуляции различными гормональными препаратами
Для стимуляции созревания были применены 4 гормональных препарата, самкам их вводили двукратно, с интервалом 27 - 29 ч, лишь в одном случае однократно; самцам - всегда однократно во время проведения первой инъекции самкам. Применявшиеся дозы и схема введения гормонов даны в табл. Прил. 17. В большинстве случаев они соответствовали тем, которые применяются в обычных условиях промышленного разведения. В опытах за 4 года использовано 92 самки и 87 самцов. В 1989-1992 гг. работа проведена на производителях (Р) испытавших в 1986 г., в молодом, 1-2 годовалом возрасте, сильное радиационное воздействие, а в 1992 г., кроме того, на их потомках рождения 1989 г. (F/.sp), созревших в условиях относительно низкого радиационного фона, и давших второе поколение {F2-92) облученных при аварии рыб.
Напомним, что условия работы и состояние рыб не были стабильными в различные годы. В теплые зиму и весну 1990 г. при работе всех исправных блоков станции температура воды охладителя была значительно выше средней многолетней. В 1992 г. в связи с остановкой станции в марте, водоем имел природный температурный режим. Соответственно этому работы по разведению в 1989 - 1991 гг. проведены в первой половине мая, а в 1992 г. - в середине июня.
В качестве контроля использованы многолетние материалы по рыбоводно-биологичес-ким показателям при искусственном воспроизводстве толстолобиков в условиях обычного радиационного фона в Узбекистане. Это размерно-весовые показатели производителей, число созревших после гормональной (различными препаратами) стимуляции рыб, рабочая плодовитость, размеры икры, количественные показатели эякулятов, активность спермиев, процент вылупившихся из яйцевых оболочек внешне нормальных предличинок, количество зародышей с нарушениями развития, типы аномалий (Макеева, Веригин, 1971; Белова, Бердникова, 1974; Макеева, Белова, 1975; Бурлаков, Белова, 1976; Белова, 1976, 1979, 1980, 1981, 1981а, 19816, 1982, 1983, 1998; Бурлаков и др., 1987; Макеева и др., 1977, 1990, 1994; Беловаидр., 1983, 1985,1997; Веригин и др., 1985,1990, 1993,1996).
А. Созревание и показатели половых продуктов самок и самцов после стимуляции различными гормональными препаратами.
Самки. Наиболее высокий процент созревания самок отмечен в 1992 г. при введении им Гн-Рг, он достигал при двукратном инъецировании рыб (Р и F/) 87,5%. Однократное введение этого препарата в низкой дозе привело к созреванию значительно меньшего числа (57%) особей Fj. В итоге же при введении Гн-Рг созрело 81,7% самок. Достаточно стабильные результаты получены при введении самкам ХГ, в среднем за 4 года исследований со зрело 72% рыб. Число самок, созревших после введения гипофизов значительно варьировало (табл. Прил. 17) и составило за все годы исследования 63%. Низкие проценты созревания самок после введения гипофиза и «Нерестина» в 1990 г. определялись в основном наличием большого числа особей, значительная доля половых клеток которых была повреждена и неспособна к овуляции. Об этом же свидетельствует и низкий процент (52,6) созревания самок в этом году после инъекций ХГ, дающего в норме стабильно хорошие результаты. Следует также отметить, что уменьшение числа созревших в 1990 г. самок совпало с периодом ухудшения погоды и понижением температуры воды, что отрицательно сказывается на созревании рыб после гормональной стимуляции.
За все 4 сезона искусственного воспроизводства белого толстолобика на водоеме-охладителе ЧАЭС доля созревших самок из 92 экз. составила 69%. Этот показатель в контрольном рыбхозе за ряд лет был около 62% при использовании тех же гормональных препаратов. Время наступления овуляции у самок после второй инъекции определяется рядом факторов - физиологическим состоянием рыб, степенью зрелости ооцитов, спецификой вводимого гормонального препарата, а также термическим режимом. Средняя температура воды после проведения самкам второй инъекции в течение всех сезонов разведения варьировала незначительно - от 20,5 до 23,8. Однако и в этом небольшом диапазоне температур четко прослеживается зависимость сокращения сроков наступления овуляции с повышением температуры воды при введении самкам разных гормональных препаратов. Например, при средней температуре 20,5 этот период составил 12 - 13 ч, при 22,0 - 10-11 и при 23,0 -около 9 ч. Эти результаты совпадают с данными, полученными нами ранее для самок толстолобика в контроле при введении им разных гормональных препаратов (Макеева и др., 1994).
Плодовитость. Средняя рабочая плодовитость самок за период исследования представлена в табл. Прил. 18. Рабочая плодовитость в сезоне 1989 г. составляла 836 см и была в среднем на 200 см выше, чем у рыб сходных размеров из контроля. В 1990 г. этот показатель был близок к контролю (около 500 см3 или 500 тыс. икринок) для данной размерно-весовой группы рыб. Существенное снижение абсолютной (164 см ) и относительной (61 шт./г) рабочей плодовитости отмечено в сезоне 1991 г., что произошло вследствие использования для разведения более мелких рыб, так как крупные были взяты для этих целей в предыдущие годы, а также увеличением доли поврежденных в результате перезревания ооцитов. Оставшиеся в садках толстолобики имели низкие приросты, что определялось ухудшением условий их содержания. В 1992 г. средняя рабочая плодовитость повторносозревших самок родительского стада составляла 356 см , что на 100 см больше, чем у впервые созревающих рыб Fi, совпадающих с ними по длине и массе (табл. Прил. 18).
Исследованиями в Узбекистане были выявлены положительные корреляции между ра бочей плодовитостью, длиной и массой самок белого толстолобика (Веригин и др., 1990,
1996). В экспериментах на водоеме-охладителе также прослеживаются общие тенденции в связях этих показателей. Однако у них имеются некоторые особенности, а именно, при равной длине самки в среднем имеют немного меньшую плодовитость, чем в контроле, а при одинаковой массе этот показатель такой же или немного больше. Это связано, по-видимому, с тем, что у рыб в садках наблюдается иная зависимость между длиной и массой самок, чем в прудовых условиях (рис. 25).
Размеры икры. Размер овулировавшей икры колебался в среднем незначительно, составляя 1,36 — 1,38 мм, в отдельных же экспериментах вариации были больше - от 1,30 до 1,42 мм. Соответственно диаметры набухшей икры варьировали от 4,60 до 4,72 мм и от 4,30 до 4,82 мм. Отметим, что овулировавшая икра была в среднем крупнее, чем у самок контрольного рыбхоза, где в течение ряда лет наблюдений диаметр овулировавшей икры в среднем варьировал от 1,26 до 1,35 мм, набухшей - от 3,92 до 4,40 мм, хотя размеры контрольных рыб были заметно больше и, соответственно, их икра должна была быть крупнее (табл. Прил. 18). Большие размеры икры облученных рыб могут быть связаны с их меньшей плодовитостью вследствие деструктивных изменений некоторой части превителлогенных ооцитов, питательные вещества которых, вероятно, используются в генеративном обмене. Крупная икра, соответственно, сильнее набухает, особенно в более мягкой воде охладителя ЧАЭС, чем в контрольных водоемах. Тесная связь степени набухания икры толстолобиков и других рыб с жесткостью воды хорошо известна.
Самцы. Самцы созревали в равной мере хорошо при введении различных препаратов за исключением тех случаев, когда по внешним признакам не удавалось определить недостаточную зрелость гонад или наличие их глубоких аномалий.
Характеристика эякулятов. Объём. У отдельных интактных самцов колебания объемов эя-кулятов в течение всего периода исследования составили 0 - 3 см , а в среднем в разные го-ды - 0,4 - 1,5 см (табл. Прил. 19). После введения гормональных препаратов продукция спермы через 30 - 34 ч существенно увеличивалась. Возросли также индивидуальные колебания объемов - от 0,5 до 19,0 см , в среднем в разные сезоны от 5,9 до 10,3 см .
Другие карповые (густера, плотва, лещ, красноперка, золотой карась)
Состояние половых клеток и желез серебряного карася из водоемов Чернобыльского следа. Нормальное состояние гонад: а - самка (IV-VI стадия зрелости), б - самец (III стадия зрелости); аномалии половых клеток самок: в - аномальная форма ооцитов пруд-охладитель ЧАЭС), г - деструкция превителлогенных ооцитов, гипертрофированные ядрышки (оз.Глубокое), д - скопление мембран между плазмалеммой и лучистой оболочкой (оз.Кожановское), е, ж - округлые, темноокрашенные тельца в цитоплазме ооцитов фазы вакуолизации; деструкция большого числа мужских половых клеток: з - оз.Глубокое, и -пруд-охладитель ЧАЭС; фрагменты гермафродитных гонад: к - м - 3 особи, оз.Глубокое, н - Киевское водохранилище; о - пруд-охладитель ЧАЭС. дуктивных желез и особей этих популяций к повреждающим факторам среды объясняются следующими причинами: 1) амейотический тип созревания яйцеклеток и триплоидия приводят к возникновению и поддержанию хорошо адаптированных гетерозиготных генетических систем, к повышению, по сравнению с бисексуальными (диплоидными) формами, стабильности развития (Черфас, 1966, 1966а; Кирпичников, 1987); 2) полиплоидное состояние несколько ограничивает проявление мутационной и рекомбинационной изменчивости, эти ограничения становятся более жесткими с повышением уровня плоидности (у однополого серебряного карася число хромосом в соматических клетках в 3 раза больше (Васильев, 1985), чем у большинства карповых рыб), поскольку дупликация генов и полисомное наследование подавляют выражение новых мутаций (Грант, 1984), что особенно важно в случае мутагенного влияния радиации; 3) в условиях наличия сильных мутагенных факторов (радиации), отсутствие генома самца, несущего определенное количество мутаций (возможно, накопленных в ряду поколений), при гиногенетическом размножении способствует снижению доли особей с генными и хромосомными нарушениями в однополых популяциях серебряного карася. Косвенно о большей устойчивости полиплоидной однополой формы этого вида к радиации свидетельствуют данные о большом числе аномалий гонад в изученных водоемах у золотого карася - близкородственного вида, по уровню плоидности сходного с двуполым серебряным карасем.
Другие карповые (густера, плотва, лещ, красноперка, золотой карась). Ежегодные половые циклы у каждого из видов рыб (табл. Прил. 24) и возраст их полового созревания одинаковы в изученных водоемах, так как они находятся не только в одной климатической зоне, но и расстояние между ними составляет не более 200 км.
По типу икрометания эти виды рыб разделяются на 2 группы: I — нерест единовременный - плотва, лещ; II - порционный нерест (обычно 3 порции) - густера, золотой карась, красноперка. Среди I раньше всех весной нерестится плотва - в апреле-мае, в течение мая - лещ. Во II группе густера и красноперка выметывают порции икры в течение мая-июня, а золотой карась - несколько дольше, до середины июля (табл. Прил. 24).
Обычный возраст полового созревания у плотвы, золотого карася, красноперки 2-3 года, однако у этих видов относительно часто встречаются половозрелые годовалые самцы. В большинстве особи густеры достигают половой зрелости в 3 - 4, а леща - в 4 - 5 лет, как и у большинства пресноводных карповых рыб - самцы на год раньше самок.
При проведении биологического анализа у рыб визуально были отмечены следующие морфологические аномалии (рис. 38): укорочение хвостового стебля и кровоизлияния в печени (плотва), опухолевидные разрастания на теле и редукция грудных плавников (лещ). Таким образом, среди этих видов отклонения внешней морфологии отмечены только у леща и плотвы.
Основное же число нарушений морфологии отмечено в гонадах. У ряда особей золотого карася и плотвы присутствовали одновременно две и более аномалий строения гонад. Наиболее часто встречались: асимметрия (значительное различие по массе отдельных долей, обычно сопровождавшееся отличиями их физиологического состояния - стадией зрелости половых желез); аномальная форма одной или обеих долей (наличие сужений - «перехватов» или расширений, гроздевидных образований); присутствие уплотнений - «перерождений» или других изменений структуры отдельных участков гонады; водяночные полости на концах яйценосных пластинках; тотальная деструкция (аномальная резорбция) желтковых ооцитов. У красноперки, и плотвы такие отклонения в структуре гонад встречались чаще, чем у других видов рыб. Кроме этого у ряда особей золотого карася и плотвы отмечено наличие одновременно двух и более аномалий морфологии гонад.
Для всех видов рыб у особей обоих полов, кроме нормального состояния (рис. 39 а - ж), отмечены наиболее часто встречаемые, выявленные гистологическими методами, нарушения строения половых клеток и желез. Они состояли: в массовой деструкции половых клеток разных стадий развития (рис. 39 з - у); в разрастании в гонадах соединительной ткани и вытеснении ею половых клеток, как правило, также находящихся в состоянии деструкции -процесс стерилизации половых желез (рис. 40 а - и); в присутствии в гонаде клеток противоположного пола (у двух видов) - гермафродитизм (рис. 40 к - п); в появлении в половых клетках или железах новообразований (у двух видов) неизвестного происхождения (рис. 40 р - т). В гонадах часто наблюдалось образование пустот (полостей) на месте погибших половых клеток (рис. 39 п, т, рис. 40 а, ж, к).
Основные аномалии яичников самок этих видов заключались: в нарушении процессов резорбции - жировом перерождении ооцитов трофоплазматического роста, образовании клеточного детрита, деформации половых клеток (рис. 40 у — х); в деструктивных изменениях превителлогенных ооцитов, выражавшихся в комковатой или зернистой структуре цитоплазмы, присутствии в ней полостей (вакуолей) или разрывов, аномальной форме клеток, наличии в них гипертрофированных, иногда гигантских, ядрышек, дезинтеграции ядерной мембраны и плазмалеммы, части цитоплазматических органелл, появлении ламеллярных телец в цитаплазме ооцитов и фолликулярных клеток (рис. 41 б, в, д — ж, к — м). Отмечена также деструкция ядра и цитоплазмы фолликулярных клеток. Сходные, с перечисленными, нарушения морфологии половых клеток и желез были отмечены нами ранее у других карповых рыб (белый и пестрый толстолобики, линь, серебряный карась), щуки и окуня из загрязненных радионуклидами водоемов (Белова и др., 1993, 1998а, 19986, 2001а, 20016,2002а, 2004,2006а, 2006г, 2007; Макеева и др., 1994,1996).
У самцов ультраструктура половых клеток, чаще всего сперматогониев и спематоцитов, также отличалась целым рядом признаков аномального строения - деструктивные изменения органелл, наличие миелиновых телец, бреши в мембранах (рис. 41 г, з, и).
У особей обоих полов всех пяти видов рыб отмечены наиболее часто встречаемые нарушения строения половых клеток и желез: массовая деструкция половых клеток разных стадий развития; разрастание в гонадах соединительной ткани - стерилизация (рис. 40 а - и); присутствие в гонаде клеток противоположного пола (красноперка, золотой карась) (рис. 40 к - п); появление в семенниках новообразований (плотва, лещ) (рис. 40 р - т), табл. 16).
У самцов плотвы и леща в семенниках отмечено наличие новообразований, появившихся, по-видимому, на месте погибших или погибающих половых клеток, но точно определить происхождении этих структур невозможно. Большее число аномалий (так же как у щуки, окуня, линя и серебряного карася) отмечено, закономерно, в пруду-охладителе ЧАЭС и оз. Глубокое (наиболее загрязненных водоемах), но и в Киевском водохранилище доля таких рыб сопоставима с показателями охладителя ЧАЭС (Табл. 16).
