Preview

Известия ТИНРО

Расширенный поиск

НОВЫЙ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИБРЕЖНЫХ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ

https://doi.org/10.26428/1606-9919-2018-194-215-238

Полный текст:

Аннотация

Для оперативной оценки экологического состояния прибрежных морских акваторий Севастополя использован новый методологический подход, основанный на сравнительной оценке функционального состояния мидии Mytilus galloprovincialis, которую относят к ключевым видам экосистем прибрежных акваторий Черного моря. Оценку функциональ­ного состояния мидий проводили путем неинвазивного измерения характеристик их кар­диоритма в процессе тестирования по разработанному авторами методу функциональной нагрузки. В качестве контрольного применяли широко известный биохимический метод оценки состояния окислительного стресса по активности ферментов антиоксидантной системы, измеряемой в органах мидий. При тестировании мидий по методу функциональ­ ной нагрузки измерялись два показателя работы кардиосистемы — время восстановления частоты сердечных сокращений после снятия нагрузки и коэффициент вариации частоты сердечных сокращений в восстановительный период. Установлено, что эти показатели значительно различаются для мидий, обитающих в разных по антропогенной нагрузке акваториях. В относительно чистых бухтах с хорошим водообменом (Казачья и Каран­тинная бухты) они были значительно ниже этих биомаркеров для загрязненных акваторий (две локации в Южной бухте с низким уровнем водообмена). Исследования, проведенные на основе биомаркеров окислительного стресса, дали сходную сравнительную оценку.  

Об авторах

С. В. Холодкевич
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН; Санкт-Петербургский государственный университет
Россия

Холодкевич Сергей Викторович, доктор технических наук, заведующий лабораторией, профессор

197110, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, 18,

199034, г. Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7/9



Т. В. Кузнецова
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН
Россия

Кузнецова Татьяна Владимировна, кандидат био­логических наук, старший научный сотрудник

197110, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, 18



А. С. Куракин
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН
Россия

Куракин Антон Сергеевич, старший научный сотрудник

197110, г. Санкт-Петербург, ул. Корпусная, 18



А. А. Солдатов
Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН; Севастопольский государственный университет
Россия

Солдатов Александр Александрович, доктор биологических наук, заведующий отделом, профессор

299011, г. Севастополь, просп. Нахимова, 2,

299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33   



O. Л. Гостюхина
Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН
Россия

Гостюхина Ольга Леонидовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

299011, г. Севастополь, просп. Нахимова, 2

 



И. В. Головина
Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН
Россия

Головина Ирина Владимировна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

299011, г. Севастополь, просп. Нахимова, 2

 



Т. И. Андреенко
Севастопольский государственный университет
Россия

Андреенко Татьяна Ивановна, кандидат биологических наук, доцент

299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33   



М. П. Кирин
Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН
Россия

Кирин Максим Петрович, ведущий инженер

299011, г. Севастополь, просп. Нахимова, 2



Список литературы

1. Алемасова А.С., Рокун А.Н., Шевчук И.А. Аналитическая атомно-абсорбционная спек¬троскопия : учеб. пособие. — Донецк, 2003. — 327 с.

2. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний : моногр. — М. : Медицина, 1997. — 234 с.

3. Будько Д.Ф., Демина Л.Л., Мартынова Д.М., Горшкова О.М. Микроэлементы в раз¬личных трофических группах беломорских организмов // Океанол. — 2015. — Т. 55, № 5. — С. 808–820. DOI: 10.7868/S0030157415050032.

4. Гирин С.В. Модификация метода определения активности каталазы в биологических субстратах // Лаб. диагностика. — 1999. — № 4. — С. 45–46.

5. Губанов В.И., Копытов Ю.П., Бобко Н.И. Оценка состояния загрязнения донных осадков тяжелыми металлами в прибрежных районах Крыма (Черное море) // Мор. экол. журн. — 2010. — Т. 9, № 4. — С. 38–47.

6. Игнатьева О.Г., Овсяный Е.И., Романов А.С. Загрязнение седиментов Севастопольской бухты тяжелыми металлами // Геополитика и экогеодинамика регионов. — Симферополь : ТНУ, 2005. — Т. 1, вып. 1. — С. 92–95.

7. Климова Я.С., Чуйко Г.М., Гапеева М.В., Песня Д.С. Использование показателей окислительного стресса двустворчатых пресноводных моллюсков Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) как биомаркеров для оценки воздействия хронического антропогенного загрязнения различных участков Рыбинского водохранилища // Сибир. экол. журн. — 2017. — Т. 24, № 2. — C. 210–217. DOI: 10.15372/SEJ20170210.

8. Козинцев А.Ф. Сезонная динамика содержания тяжелых металлов в мидии (Mytilus galloprovincialis) из бухты Казачья Черного моря // Мор. экол. журн. — 2006. — Т. 5, № 4. — С. 41–47.

9. Кузнецова Т.В. Изменение солености среды как функциональная нагрузка при оценке физиологического состояния рака Astacus leptodactylus // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2013. — Т. 49, № 5. — С. 348–351.

10. Кузнецова Т.В., Сладкова Г.В., Холодкевич С.В. Оценка функционального состояния раков Pontastacus leptodactylus в нормальной и токсической среде по характеристикам их кардиоактивности и биохимическим показателям гемолимфы // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2010. — Т. 46, № 3. — P. 203–210.

11. Куфтаркова Е.А., Родионова Н.Ю., Губанов В.И., Бобко Н.И. Гидрохимическая характеристика отдельных бухт Севастопольского взморья // Тр. ЮгНИРО. — 2008. — Т. 46. — С. 110–117.

12. Лазоренко Г.Е., Пиркова А.В. Индикация экологического состояния черноморских мидий и среды их обитания с использованием природного радионуклида полония-210 // Журн. Сибир. федер. ун-та. Биология. — 2017. — Т. 10, № 1. — С. 59–73. DOI: 10.17516/1997-1389-0008.

13. Лукьянова О.Н., Корчагин В.П. Интегральный биохимический индекс состояния водных организмов в условиях загрязнения // Изв. РАН. Сер. биол. — 2017. — № 2. — С. 174–180. DOI: 10.7868/S0002332917020114.

14. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Усп. совр. биол. — 1993. — T. 113, вып. 4. — С. 442–455.

15. Миронов О.Г., Кирюхина Л.Н., Алемов С.В. Экологическая характеристика бухты Казачьей (Черное море) // Экол. моря. — 2002. — Вып. 61. — С. 85–89.

16. Овсяный Е.И., Романов А.С., Игнатьева О.Г. Распределение тяжелых металлов в поверхностном слое донных осадков Севастопольской бухты (Черное море) // Мор. экол. журн. — 2003. — Т. 2, № 2. — С. 85–93.

17. Пат. РФ № 2308720 Способ биологического мониторинга окружающей среды (варианты) и система для его осуществления / С.В. Холодкевич, А.В. Иванов, Е.Л. Корниенко, А.С. Куракин. — Заявлено 20.06.2006; Опубл. 20.10.2007, Бюл. № 29.

18. Переслегина И.А. Активность антиоксидантных ферментов слюны здоровых детей // Лаб. дело. — 1989. — № 11. — С. 20–23.

19. Подгурская О.В., Кавун В.Я., Лукьянова О.Н. Аккумуляция и распределение тяжелых металлов в органах мидии Crenomytilus grayanus из районов апвеллингов Охотского и Японского морей // Биол. моря. — 2004. — Т. 30, № 3. — С. 219–226.

20. Солдатов А.А., Гостюхина О.Л., Головина И.В. Антиоксидантный ферментный комплекс тканей двустворчатого моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. в норме и условиях окислительного стресса (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. — 2007. — Т. 43, № 5. — С. 621–628.

21. Солдатов А.А., Гостюхина О.Л., Головина И.В. Состояние антиоксидантного ферментативного комплекса тканей черноморского моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. в условиях естественного окислительного стресса // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2008. — Т. 44, № 2. — С. 150–155.

22. Солдатов А.А., Гостюхина О.Л., Головина И.В. Функциональные состояния антиоксидантного ферментного комплекса тканей Mytilus galloprovincialis Lam. в условиях окислитель¬ного стресса // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2014. — Т. 50, № 3. — С. 183–189.

23. Терещенко Н.Н., Лазоренко Г.Е., Мирзоева Н.Ю. и др. Радиохемоэкологическое состояние бухты Казачья (Черное море) в отношении токсических металлов Hg, 90Sr, 238.239.240Pu и 210Po // Мор. экол. журн. — 2014. — Т. 13, № 3. — С. 59–74.

24. Трахтенберг И.М., Короленко Т.К., Утко Н.А., Мурадян Х.К. Свинец и окислительный стресс // Соврем. пробл. токсикол. — 2001. — № 4. — С. 50–53.

25. Трусевич В.В., Гайский П.В., Кузьмин К.А., Мишуров В.Ж. Биомаркеры поведенческих реакций черноморской мидии для автоматизированного биомониторинга экологического состояния водной среды // Системы контроля окружающей среды. — Севастополь : ИПТС, 2015. — Вып. 1(21). — С. 13–18.

26. Трусевич В.В., Столбов А.Я., Вялова О.Ю. и др. Особенности метаболизма черномор¬ской мидии (Mytilus galloprovincialis Lam.) из различных биотопов Карадагского заповедника // Мор. экол. журн. — 2004. — Т. 3, № 1. — С. 79–86.

27. Федотов В.П., Холодкевич С.В., Строчило А.Г. Изучение сократительной активности сердца раков с помощью нового неинвазивного метода // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2000. — Т. 36, № 3. — С. 219–222.

28. Фролов В.М. Уровни функционирования физиологических систем и методы их определения : моногр. — Л. : Медицина, 1972. — 176 с.

29. Холодкевич С.В., Иванов А.В., Трусевич В.В., Кузнецова Т.В. Экотоксикологический биомаркер для биоиндикации состояния водных экосистем на основе оценки адаптационной способности обитающих в них двустворчатых моллюсков // Доп. НАН України. — 2012. — № 6. — С. 138–142.

30. Холодкевич С.В., Кузнецова Т.В., Трусевич В.В. и др. Особенности движения створок и кардиоактивности двустворчатого моллюска Mytilus galloprovincialis при различных стрессовых воздействиях // Журн. эвол. биохим. и физиол. — 2009. — T. 45, № 4. — С. 432–434.

31. Холодкевич С.В., Шаров А.Н., Кузнецова Т.В. Перспективы и проблемы использования биоэлектронных систем в мониторинге состояния экологической безопасности акваторий Финского залива // Регион. экология. — 2015. — № 2(37). — С. 16–26.

32. Черепанов В.В. Эволюционная изменчивость водных и наземных животных : моногр. — Новосибирск : Наука, 1986. — 237 c.

33. Чуйко Г.М. Биомаркеры в гидроэкотоксикологии: принципы, методы и методология, практика использования. Гл. 15 // Экологический мониторинг. Ч. 8. Современные проблемы мониторинга пресноводных экосистем : учеб. пособие. — Нижний Новгород : Нижегор. госун-т, 2014. — С. 310–326.

34. Bakhmet I.N., Fokina N.N., Nefedova Z.A., Nemova N.N. Physiological-biochemical properties of blue mussel Mytilus edulis adaptation to oil contamination // Environ. Monit. Assess. — 2009. — Vol. 155, № 1–4. — P. 581–591. DOI: 10.1007/s10661-008-0457-5.

35. Bamber S.D., Depledge M.H. Evaluation of changes in the adaptive physiology of shore crabs (Carcinus maenas) as an indicator of pollution in estuarine environments // Mar. Biol. — 1997. — Vol. 129, Iss. 4. — P. 667–672.

36. Beliaeff B., Burgeot T. Integrated biomarker response: a useful tool for ecological risk assessment // Environ. Toxicol. Chem. — 2002. — Vol. 2, № 6. — P. 1316–1322.

37. Biomarkers: biochemical, physiological, and histological markers of anthropogenic stress / eds R.J. Huggett, R.A. Kimerle, P.M. Mehrle, H.L. Bergman. — Boca Raton : Lewis Publishers, 1992. — 347 р.

38. Bloxham M.J., Worsfold P.J., Depledge M.H. Integrative biological and chemical monitoring: in situ physiological responses of freshwater crayfish to fluctuations in environmental ammonia concentrations // Ecotoxicology. — 1999. — Vol. 8, № 3. — P. 225–237.

39. Borcherding J. Ten years of practical experience with the Dreissena-Monitor, a biological early warning system for continuous water quality monitoring // Hydrobiologia. — 2006. — Vol. 556, № 1. — P. 417–426.

40. Brown R.J., Galloway T.S., Lowe D. et al. Differential sensitivity of three marine invertebrates to copper assessed using multiple biomarkers // Aquat. Toxicol. — 2004. — Vol. 66(3). — P. 267–278.

41. Curtis T.M., Williamson R., Depledge M.H. Simultaneous, long-term monitoring of valve and cardiac activity in the blue mussel Mytilus edulis exposed to copper // Mar. Biol. — 2000. — Vol. 136, Iss. 5. — P. 837–846.

42. Davies I.M. and Vethaak A.D. Integrated marine environmental monitoring of сhemicals and their effects : ICES Cooperative Research Report. — 2012. — № 315. — 277 p.

43. Depledge M.H., Aagaard A., Györkös P. Assessment of trace metal toxicity using molecular, physiological and behavioural biomarkers // Mar. Pollut. Bull. — 1995. — Vol. 31, Iss. 1–3. — P. 19–27.

44. Depledge M.H., Andersen B.B. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates // Comp. Biochem. Physiol. — 1990. — Vol. 96, Iss. 4. — P. 473–477. DOI: 10.1016/0300-9629(90)90664-E.

45. Depledge M.H., Fossi M.C. The role of biomarkers in environmental assessment (2). Invertebrates // Ecotoxicol. — 1994. — Vol. 3, Iss. 3. — P. 161–172. DOI: 10.1007/BF00117081.

46. Depledge M.H., Galloway T.S. Healthy animals, healthy ecosystems // Frontiers in Ecology and the Environment. — 2005. — Vol. 3(5). — P. 251–258. DOI: 10.2307/3868487.

47. Fokina N.N., Ruokolainen T.R., Nemova N.N., Bakhmet I.N. Changes of blue mussels Mytilus edulis L. composition under cadmium and copper toxic effect // Biol. Trace Elem. Res. — 2013. — Vol. 154, № 2. — P. 217–225. DOI: 10.1007/s12011-013-9727-3.

48. Handy R.D., Galloway T.S., Depledge M.H. A proposal for the use of biomarkers for the assessment of chronic pollution and in regulatory toxicology // Ecotoxicol. — 2003. — Vol. 12, Iss. 1–4. — P. 331–343.

49. Kholodkevich S.V., Ivanov A.V., Kornienko E.L., Kurakin A.S. Method of biological environment monitoring (versions) and a system for realization thereof : US Pat. № 8442809. — 05.14.2013.

50. Kholodkevich S.V., Ivanov A.V., Kurakin A.S. et al. Real time biomonitoring of surface water toxicity level at water supply stations // J. of Environmental Bioindicators. — 2008. — Vol. 3, Iss. 1. — P. 23–34.

51. Kholodkevich S.V., Kuznetsova T.V., Lehtonen K.K., Kurakin A.S. Experiences on ecological status assessment of the Gulf of Bothnia different sites based on cardiac activity biomarkers of caged mussels (Mytilus edulis) : ICES Annual Science Conference 2011. http://www.ices.dk/products/CMdocs/CM-2011/R/R2011.pdf 12 p.

52. Kholodkevich S.V., Kuznetsova T.V., Sharov A.N. et al. Applicability of a bioelectronic cardiac monitoring system for the detection of biological effects of pollution in bioindicator species in the Gulf of Finland // J. Mar. Syst. — 2017. — Vol. 171. — P. 151–158. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2016.12.005.

53. Kopecka J., Lehtonen K.K., Baršiene J. et al. Measurements of biomarker levels in the flounder (Platichthys flesus) and blue mussel (Mytilus trossulus) from the Gulf of Gdansk (southern Baltic) // Mar. Pollut. Bull. — 2006. — Vol. 53, Iss. 8–9. — P. 406–421. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2006.03.008.

54. Kramer K.J.M., Foekema E.M. The «Musselmonitor®» as biological early warning system — the first decade // Biomonitors and biomarkers as Indicators of Environmental Change 2 / eds. F.M. Butterworth, M.E. Gonsebatt-Bonaparte, A. Gunatilaka. — N.Y. : Kluwer Academic and Plenum Publishers, 2000. — P. 59–87.

55. Kuznetsova T.V., Kholodkevich S.V. Comparative assessment of surface water quality through evaluation of physiological state of bioindicator species: Searching a new biomarkers // 4rd Mediterranean Conference on Embedded Computing. — Budva ; Montenegro, 2015. — P. 339–344.

56. Kuznetsova T.V., Kholodkevich S.V., Kurakin A.S. Experience on ecological status assess¬ment based on adaptive potential diagnostics in selected invertebrates of the Baltic Sea sub-regions (in English) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. — 2018. — Т. 11, № 2. — С. 75–85. DOI: 10.7868/S2073667318020065.

57. Lehtonen K.K., Sundelin B., Lang T., Strand J. Development of tools for integrated monitoring and assessment of hazardous substances and their biological effects in the Baltic Sea // AMBIO. — 2014. — Vol. 43, № 1. — P. 69–81. DOI: 10.1007/s13280-013-0478-3.

58. Lloret J., Shulman G., Love R.M. Conditions and health indicators of exploited marine fishes. — Wiley Blackwell, 2014. — 262 p.

59. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. — 1951. — Vol. 193, № 1. — P. 265–275.

60. Ohkawa H., Ohishi N., Yagi K. Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction // Anal. Biochem. — 1979. — Vol. 95, № 2. — P. 351–358. DOI: 10.1016/0003-2697(79)90738-3.

61. Rodriguez-Ortega M.J., Alhama J., Funes V. et al. Biochemical biomarkers of pollution in the clam Chamaelea gallina from South-Spanish littoral // Environ. Toxicol. Chem. — 2002. — Vol. 21, № 3. — P. 542–549. DOI: 10.1002/etc.5620210311.

62. Roméo M., Frasila C., Gnassia-Barelli M. et al. Biomonitoring of trace metals in the Black Sea (Romania) using mussels Mytilus galloprovincialis // Water Res. — 2005. — Vol. 39, Iss. 4. — P. 596–604.

63. Roméo M., Gnassia-Barelli M. Effect of heavy metals on lipid peroxidation in the Mediterranean clam Ruditapes decussatus // Comp. Biochem. Physiol. — 1997. — Vol. 118, Iss. 1. — P. 33–37. DOI: 10.1016/S0742-8413(97)00079-0.

64. Sheehan D., McIntosh J., Power A., Fitzpatrick P.J. Environmental biochemistry // Biochem. Soc. Trans. — 1995. — Vol. 23. — P. 419–422.

65. Stankovic S., Jovic M., Milanov R., Joksimovic D. Trace elements concentrations (Zn, Cu, Pb, Cd, As and Hg) in the Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis) and evaluation of mussel quality and possible human health risk from cultivated and wild sites of the southeastern Adriatic Sea, Montenegro // J. Serb. Chem. Soc.. — 2011. — Vol. 76, № 12. — P. 1725–1737. DOI: 10.2298/JSC110420095S.

66. Turja R., Höher N., Snoeijs P. et al. A multibiomarker approach to the assessment of pollution impacts in two Baltic Sea coastal areas in Sweden using caged mussels (Mytilus trossulus) // Sci. Total Environ. — 2014. — Vol. 473–474. — P. 398–409. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.12.038.

67. Viarengo A., Burlando B., Ceratto N., Panfoli I. Antioxidant role of metallothioneins: a comparative overview // Cell. Mol. Biol. — 2000. — Vol. 46, № 2. — P. 407–417.


Для цитирования:


Холодкевич С.В., Кузнецова Т.В., Куракин А.С., Солдатов А.А., Гостюхина O.Л., Головина И.В., Андреенко Т.И., Кирин М.П. НОВЫЙ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИБРЕЖНЫХ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ. Известия ТИНРО. 2018;194:215-238. https://doi.org/10.26428/1606-9919-2018-194-215-238

For citation:


Kholodkevich S.V., Kuznetsova T.V., Kurakin A.S., Soldatov A.A., Gostukhina O.L., Golovina I.V., Andreenko Т.I., Kirin M.P. New methodological approach to express assessment of ecological state for the coastal sea waters. Izvestiya TINRO. 2018;194:215-238. (In Russ.) https://doi.org/10.26428/1606-9919-2018-194-215-238

Просмотров: 93


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1606-9919 (Print)
ISSN 2658-5510 (Online)