Экологическая биохимия животных
Экологическая биохимия животных
Экологическая биохимия животных
История и современное состояние Научная деятельность Материально-техническая база
Экологическая биохимия животных

Сотрудники

Публикации

Проекты

РНФ

РФФИ

Международные проекты

Конференции

Полезные ссылки




СВЕДЕНИЯ О ДОСТИГНУТЫХ КОНКРЕТНЫХ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ В 2021 Г.
Полученные результаты.

1. Результаты рыбоводно-ихтиологических и биохимических исследований свидетельствуют о том, что облучение малыми дозами монохроматического излучения гелий-неонового лазера (1.5∙10-2 Дж/см2) оплодотворенной икры атлантического лосося на этапе ранней бластулы оказывает стимулирующее влияние на адаптивные способности рыб в раннем онтогенезе, способствует увеличению темпов роста и выживаемости молоди (сеголеток), что в конечном счете приводит к снижению потерь рыбоводной продукции при искусственном воспроизводстве. Это особенно важно при заводском воспроизводстве рыб, так как их эмбриональное и постэмбриональное развитие не всегда протекает в благоприятных условиях. Икра лосося была облучена на этапе бластулы в 2020 году и было показано, что масса тел одновозрастных зародышей была достоверно больше, а смертность ниже, чем в контрольном варианте. Анализ динамики смертности и процессов роста лосося на втором году жизни в 2021 году показал, что молодь из экспериментальных бассейнов за период выращивания (апрель-октябрь 2021 г.) имела более высокую среднюю массу, а смертность рыб была значительно ниже (почти вдвое). На фоне отсутствия достоверных изменений в содержании ОЛ в процессе эмбриогенеза атлантического лосося в опытной и контрольной группах, количество ОЛ у личинки после выклева достоверно выше у экспериментальной группы (35,27% сухого вещества), за счет ТАГ и ХС (16% и 4,3%), по сравнению с контролем (30,67%, 10 и 3,4% сухого вещества). Личинки до и после выклева из экспериментальной группы характеризуются большими депо энергетических липидов, которые обеспечивают процессы адаптации и формирование компенсаторных реакций к изменению среды. Следует ожидать лучшую «стрессоустойчивость» или резистентность таких личинок к изменению факторов среды в виду их обеспеченности энергоемкими липидами. Интересно, что т.н. «разнокачественность» по липидному статусу у экспериментальной группы личинок снижена по сравнению с контролем, что может свидетельствовать о снижении амплитуды вариаций количественных значений липидов, что, в конечном счете, приводит экспериментальную группу к гомогенности. Качественный состав липидов у личинок экспериментальной группы также характеризуется более «выигрышным» набором универсальных липидов, таких как ЭХС, обеспечивающих многообразие других функций липидов (регуляторная, информационная, биоэффекторная и др.) для реализации программы роста и развития личинки. ЖК-профиль атлантического лосося в эмбриогенезе и раннем постэмбриональном развитии характеризовался доминированием ПНЖК, за счет n-3 ПНЖК, за которыми «следовали» МНЖК и НЖК. Анализ тепловой карты, построенной на основании ключевых индивидуальных ЖК, указывает на ведущую детерминирующую роль 18:1(n-9), 22:6(n-3), 16:0 и 20:5(n-3) ЖК, содержание которых изменяется в процессе развития икры и личинок обеих групп, но для «экспериментальных» личинок, переходящих на экзогенное питание (сеголеток) установлен сравнительно более высокий уровень 22:6(n-3) и 18:1(n-9) ЖК. Выявлена выраженная метаболическая активность путей обмена липидов и ЖК-компонентов сеголеток из экспериментальной группы, а также «умение» включать нужные процессы конвертации в условиях эндогенного дефицита эссенциальных (n-3) ПНЖК, что является залогом дальнейшей успешной реализации программы смолтификации лососевых рыб при смене образа жизни с пресного на морской. Впервые был проведен масс-спектрометрический анализ протеома икры лосося на стадии бластулы, который выявил для образцов из контроля и опыта (облучение лазером) 131 белок, из которых 48 были достоверно идентифицированы минимум по двум пептидам (включая гомологичные) с использованием программы MaxQuant и базы данных UniProt с ограничением по видовой принадлежности (сем. Salmonidae). Используя язык программирования R для разведочного и статистического анализа данных, было установлено, что доминирующим белком (в количественном отношении) является Phosvitin, основной фосфопротеин икры. Качественных различий в протеоме икры лосося контрольной и облученной лазером групп на исследуемой стадии развития не установлено. При этом, с помощью метода стандартизации данных по z-оценке выделено 10 белков, количественное содержание которых изменялось между контрольными и опытными группами. У опытной группы икры лосося отмечены снижение концентрации Pentaxin и повышение Cathepsin D и Alpha-1-antitrypsin homolog. Опираясь на данные кластерного анализа для контрольных и опытных образцов икры по показателям изменения содержания всех 48 белков и по отобранным 9 белкам (в данном анализе исключили белок фосфитин, в виду его высокой концентрации), можно предположить, что эффект воздействия лазерного облучения на икру лосося на стадии бластулы затрагивает метаболические процессы с участием данных белков. Результаты изменения активности ферментов энергетического и углеводного обмена (ЦО, ЛДГ, 1-ГФДГ, Г6ФДГ, альдолазы) в икре, облучённой лазером и в личинках лосося после выклева также свидетельствуют о положительном эффекте обработки икры лазером на стадии бластулы. Показано усиление аэробного обмена и интенсификации процессов биосинтеза. В частности, в икре на стадии бластулы в опытной группе, уровень активности ЦО был выше в 1,5 раза (p<0,05), уровень активности 1-ГФДГ - в 1,4 раза (p<0,05), по сравнению с контрольной группой, а у личинок из экспериментальных бассейнов сразу после выклева активность ЦО была в 1,6 раза (p<0,05) выше, чем у особей из контрольной группы. При этом коэффициент ЛДГ/ЦО (отношение анаэробного и аэробного синтеза АТФ) у личинок, выклюнувшихся из икры, обработанной лазером, был ниже такового у личинок из контрольной группы в 1,5 раза (p<0.05). По мере развития личинок и при переходе их на экзогенное питание у рыб в обеих группах наблюдалось достоверное повышение уровней активности всех исследуемых ферментов, что, вероятно, связано как с необходимостью поддержания высокого уровня метаболизма, направленного как на энергообеспечение физической активности, так и на процессы биосинтеза. Данные по суммарному отходу икры и личинок лосося за инкубационный период (октябрь 2020 - июнь 2021) указывают на низкий в 1,5 раза отход в экспериментальной группе по сравнению с контролем, что свидетельствует о том, что электромагнитное облучение икры способствует снижению смертности.

2. Результаты исследований по влиянию электромагнитного излучения на рост и развитие икры и личинок лосося, развитие которых проходило в условиях Выгского рыбоводного завода (бассейн Белого моря) согласуются с данными, полученными в аналогичном исследовании на форелевом хозяйстве ООО «Мусталахти» (бассейн Ладожского озера). На стадии бластулы одну партии икры обработали лазером (He-Ne лазер, 0,63 мкм, 1,5*10-2 Дж/см2). Личинки лосося на этом хозяйстве проклюнулись уже в декабре (на Выгском заводе - в апреле, а переход на личинки на экзогенное питание был отмечен 1 июня), что, несомненно, связано с температурными условиями региона. Смертность личинок после выклева в опытной группе отсутствовала (в контрольном варианте - 10%). После выклева личинок лосося и их перехода на экзогенное питание, также как и ранее в эксперименте, проведенном на Выгском заводе, установлено, что масса и длина сеголеток была достоверно выше (в 1,6 раза) по сравнению с контролем. На биохимический анализ были отобраны пробы икры на этапах дробления-ранней бластулы, пигментации глаз, выклева и перехода личинок на экзогенное питание. Установлено, что количество ОЛ на стадии бластулы в экспериментальной группе незначительно, но достоверно снизилось (в 2 раза), за счет ФЛ (преимущественно ФХ), а также ДАГ, ТАГ и ХС по сравнению с контролем, в то время как индексы интенсивности липидного обмена (ТАГ/ФЛ, ЭХС/ХС) были выше в 1,5 раза, что указывает на интенсификацию липогенеза в сторону повышения расходования липидов для поддержания процессов пластического обмена. Сходный результат получен и для икры лосося, облученной на стадии бластулы, инкубация которой проходила в бассейнах Выгского рыбзавода. Сеголетки экспериментальной группы отличались от контрольных особей пониженным содержанием ОЛ за счет ТАГ и ФЛ, более низким значением индекса ХС/ФЛ, пониженным содержанием олеиновой и пальмитиновой кислот (основных ЖК-компонентов энергетических липидов), повышенным содержанием эссенциальной ДГК по сравнению с ЭПК, пониженным количеством АРА (арахидоновой кислоты). Известно, что тканевые пулы АРА происходят из пищи и пищевой линолевой кислоты, которые трансформируются в нее в процессе элонгации – десатурации. Повышенная чувствительность биомембран к внешнему воздействию, в том числе электромагнитному, связана, прежде всего, с прямым воздействием этого фактора на физико-химические свойства липидов, которые создают особое микроокружение для нормального функционирования мембраносвязанных ферментов. Так, одной из функций мембран является их участие в биоэнергетических процессах и, прежде всего, в продуцировании АТФ на внутренней мембране митохондрий. Транспорт протонов в этом процессе во многом связан с составом мембранных липидов митохондрии. Многие ферменты энергетического обмена работают только в определенном по составу и физико-химическим свойствам липидном окружении, подтверждением этому служат данные об активности ферментов ЦО, ЛДГ, 1-ГФДГ, Г6ФДГ, альдолазы в икре, облучённой лазером, а после выклева - в мышцах личинок лосося. В частности, установлены различия между контрольной и экспериментальной группами икры по уровню активности 1-ГФДГ на стадии пигментации глаз. В икринках, облученных лазером, этот показатель был выше в 1,4 раза (p<0,05) по сравнению с таковым в контрольной группе, что может указывать на увеличение синтеза глицерофосфата, который может использоваться в синтезе структурных и запасных липидов. В мышцах рыб на личиночной стадии развития были выявлены различия по уровню активности ферментов некоторых путей окисления глюкозы. Так, у рыб из экспериментальной группы уровень активности ЛДГ был выше в 1,2 раза (p<0,05), а уровень активности Г-6-ФДГ – в 1,8 раза (p<0,05) по сравнению с таковыми показателями у особей из контрольной группы. Результаты могут указывать на то, что имеющиеся на данном этапе развития ресурсы (в том числе и за счет гидролиза желточного мешка) у личинок из экспериментальной группы, расходуются как на усиление процессов энергообеспечения, так и на процессы биосинтеза за счет интенсификации пентозо-фосфатного пути.

3. Результаты эксперимента, поставленного в 2021 г. на Выгском рыбоводном заводе, по совместному влиянию лазера и фотопериода LD 24:0 (Л+Ф) на молодь лосося (июнь-октябрь), обнаружили достоверные различия между опытными и контрольными группами сеголеток лосося по уровню активности ферментов аэробного и анаэробного обмена (ЛДГ, альдолазы, ЦО), которые наблюдались в мышцах уже в августе и согласовывались с данными по массе рыб в этот период. Можно предположить, что рыбы, подвергшиеся облучению на ранней стадии развития, в дальнейшем обладают большим адаптивным потенциалом на уровне энергетического обмена и за счет этого быстрее приспосабливаются к новым условиям освещения, тогда как сеголеткам из группы без облучения требуется для этого больше времени. Уже в августе также установлены различия между группами сеголеток по уровню экспрессии мРНК MyoG. Уровень экспрессии этого гена был выше в группе «Л+Ф» по сравнению с таковым у сеголеток в контрольной группе, содержащихся в бассейнах только с постоянным освещением «LD 24:0». Это может указывать на процессы регуляции мышечного роста у рыб из экспериментальных групп посредством гипертрофии мышечных волокон. Результаты изучения липидного статуса икры лосося позволяют сделать заключение о том, что облучение лазером икры на стадии бластулы имеет пролонгирующий и частично отложенный эффект, проявляющийся на более поздних стадиях развития (сеголетка), выражающийся в снижении метаболической и фенотипической разнокачественности молоди, а также в изменении липидного профиля (в пользу его качественных характеристик), интенсификации отдельных метаболических путей (конвертация (n-3) ПНЖК), значимых для реализации стратегии развития и поведения молоди при смене пресной среды на морскую. Установлено, что наибольшее количество ОЛ было у молоди группы «Л+Ф» (за счет ТАГ и ФЛ) и наименьшим – в контрольной группе (стандартная технология выращивания молоди). Наиболее значимой характеристикой ЖК-профиля молоди лосося группы «Л+Ф» являются высокие индексы конвертации 22:6(n-3)/20:5(n-3),а также повышенный уровень (n-3) ПНЖК. Подключение круглосуточного освещения к сеголеткам, выращенным из облученной икры, «поддерживает» способность молоди к биосинтезу (n-3) ПНЖК в зависимости от внутренних резервов и потребностей, а также от качества кормовой базы. Биологическая ценность 22:6(n-3) и 20:5(n-3) ЖК выше, чем 18:3(n-3) ЖК, что и стимулирует рост рыб. Известно, что отсутствие незаменимых ЖК в кормовом рационе рыб неизбежно приводит к замедлению их роста и низкой эффективности использования поступающей пищи, однако этими процессами можно «управлять» подбором физических факторов и их целевого применения на определенных стадиях раннего онтогенеза молоди лосося.

Таким образом, данные рыбоводно-ихтиологических и биохимических показателей роста и развития оплодотворенной икры и личинок, развитие которых проходило в условиях стандартной технологии, а также при подключении круглосуточного искусственного света и облучения на стадии бластулы гелий-неоновым лазером низкой интенсивности (длина волны 632.8 нм) в оптимальном дозовом интервале (1.5∙10-2 Дж/см2), свидетельствуют о том, что исследуемые физические факторы оказывают влияние на биохимический статус икры и молоди лосося, следствием чего является повышение их массы, размеров, темпов роста, выживаемости и устойчивости к изменяющимся факторам среды. Можно полагать, что молодь, выпускаемая с рыбоводного завода, быстрее и успешнее адаптируется к переходу в морскую среду обитания.

Проект Российского научного фонда № 19-14-00081 (2019-н.в.)

  Последние изменения: 4 декабря 2021
фотогалерея