6.2. Воздействие растворенных в воде металлов на икру и молодь сиговых рыб
6.2.1.Железо
В связи с развитием промышленности и строительством агропромышленных ком-
плексов все чаще приходится сталкиваться с проблемой получения воды, пригодной
для рыбоводных и рыбохозяйственных целей. Иногда при строительстве рыбоводных
объектов, когда получить воду непосредственно из водоемов нельзя, предусматривает-
ся водоснабжение из колодцев и артезианских скважин. Вода из таких источников, как
правило, имеет повышенную концентрацию минеральных веществ и содержит иногда
значительное количество растворенного железа.
Железо по содержанию в живых организмах относится к макроэлементам, но по
характеру выполняемых функций — к типичным микроэлементам из группы тяжелых
металлов. Железо в живых организмах условно делят на функционирующее (в составе ге-
моглобина, миоглобина, хлорофилле, в ферментах — каталазах, пероксидазах, цитохроме
С и др.), транспортное (трансферин) и запасное (ферритин и гемосидерин). По мнению
ряда авторов (Никаноров, Жулидов, Покаржевский, 1985), как токсичный полюант желе-
зо особого значения не имеет.
Однако зимой 1962 г. на Бельском рыбоводном заводе, расположенном на реке Белой,
впадающей в Братское водохранилище, возникла проблема неблагоприятного воздей-
ствия растворенного в воде железа на икру байкальского омуля, когда все 20 млн. икринок
после двух месяцев инкубации на заводе, покрылись «ржавчиной» — окислами железа,
и более 90% из них погибли. Тогда же были проведены исследования по выявлению при-
чин, вызвавших гибель инкубируемой икры (Черняев, 1965, 1982).
Из сопоставления данных о гидрохимическом составе воды (в мг/л) рек Белой и Боль-
шой (таблица 10), на которых расположены Бельский и Большереченский рыбоводные за-
воды, следует, что по содержанию многих гидрохимических компонентов воды рек Белой
и Большой сходны. Главное отличие состоит в том, что в воде реки Белой наблюдается
несколько повышенное содержание СО2 и бикарбонатов (таб.10), что вызвано хозяйствен-
ной деятельностью человека (лесосплав). В зимний подледный период выщелачивание
и бактериальные процессы разложения древесины приводят к нежелательным изменени-
ям состава воды, поступающей на рыбоводный завод. Однако особого влияния на икру
омуля эти компоненты оказать не могут из-за высокого содержания в воде кислорода.
В воде реки Белой обнаружено 0,04 мг/л железа, в то время как в воде, поступающей
в инкубационный цех завода, его оказалось 0,52 мг/л, что превышает нормальное содер-
жание более чем в 10 раз. Бельский рыбоводный завод обеспечивается водой из реки
Белой по самотечному каналу, соединяющему русло реки и колодец насосной станции.
Вода, закачиваемая насосами из колодца в водонапорный бак, пройдя аэрацию и фильтра-
цию через фильтр-отстойник из крупного гравия, оттуда по трубам распределяется в ин-
кубационном цехе по стойкам, оснащенным аппаратами Вейса. Пройдя через аппараты,
вода свободно вытекает в водосбросный канал.
Во время аварийного состояния рыбоводного завода (в 1962 г.) в воде, подаваемой
в инкубационный цех, наблюдалось повышенное содержание бикарбонатов (HCO3), что
указывало на источник поступления железа — грунтовые и подрусловые воды реки Бе-
лой. В зимний период уровень воды в реке снизился, а поскольку водозаборный колодец
завода оказался выше, и вода из реки Белой самотеком в него не поступала, водоснабже-
ние предприятия осуществлялось за счет подаваемых насосом из колодца грунтовых вод,
содержащих повышенное количество железа (0,52 мг/л). (Позднее канал был углублен,
и вода из реки получила нормальный доступ к насосной станции).
В научной литературе уже имелись сведения (Борисов, Крыжановский, 1955) о том,
что при развитии икры переславской ряпушки в воде с содержанием железа от 6,1 до
Таблица 10.
Гидрохимический состав воды рек Белой и Большой (мг/л) (февраль 1962 г.)
8,3 мг/л отход за инкубационный период составил 81%. Из оставшейся живой икры
вылупилось значительное число уродливых эмбрионов. На Бельском рыбоводном заводе
влияние растворенного в воде железа на икру омуля проявилось на 70-е сутки развития.
Сначала стенки аппаратов Вейса и сама икра окрасились в светло-оранжевый цвет ржав-
чины, а затем на этапах образования эмбриональной системы кровообращения и разви-
тия жаберно-челюстного аппарата появилась погибшая икра. При нормальном процессе
инкубации икры омуля на поздних этапах развития погибшая икра в значительном коли-
честве уже не должна появляться. В разделе «Контроль за эффективностью инкубации
икры омуля» (глава 13.3) помещена гистограмма гибели икры под воздействием содержа-
щегося в воде железа (рис. 94).
При внешнем осмотре еще живой икры омуля оказалось, что её оболочка была покры-
та хлопьями коагулянта гидрата окиси железа и почти утратила механическую прочность,
стала очень хрупкой и разрушалась при незначительных механических воздействиях. Это
свидетельствовало о гиперактивности расположенных в головном отделе эмбриона желез
вылупления, вырабатывающих фермент — гиалуронидазу, растворяющий гиалиновую
первичную оболочку икры, способствуя тем самым увеличению газообмена зародыша
с внешней средой (Бузников, 1957, 1961).
Прижизненное исследование погибающей икры на этапе образования эмбриональной
системы кровообращения позволило установить, что у эмбрионов глаза были уже полностью
пигментированы меланином, сегментация мезодермы на миотомы завершена, в покровах
туловища и желточного мешка образованы меланофоры, кровеносная система эмбриона
находится в фазе формирования, хвостовая часть тела эмбриона совершает взмахи, способ-
ствующие перемешиванию перивителлиновой жидкости для улучшения диффузного газооб-
мена через оболочку. На этом этапе развития интенсивность дыхания эмбрионов повышается
с 0,17 (этап органогенеза) до 0,29 мг О2 на 1000 икринок в час. По сравнению с нормально
развивающейся икрой, эмбрионы имели гипертрофированные кроветворные органы, а кро-
вяные островки на желточном мешке имели вид гематом (кровоподтеков) и были перепол-
нены форменными элементами крови — эритробластами и гемоцитобластами. Наблюдалась
водянка перикарда и искривление туловищного отдела эмбриона. Аналогичную картину мы
наблюдали в эксперименте, когда гибель эмбрионов омуля наступала от недостаточности кис-
лорода в воде при остановке водотока (Черняев, 1965, 1982).
Первым индикатором неблагоприятных немеханических воздействий на икру явля-
ется изменение прозрачности оболочки икры омуля: она мутнеет и приобретает белесо-
ватый оттенок. Оболочка икры — достаточно сложный мембранный, состоящий из ми-
кротрубочек, фильтр, она активно выполняет защитную функцию путем создания вокруг
зародыша микросреды в виде перивителлиновой жидкости и обеспечивает отправление
жизненно необходимых процессов (Рубцов, Черняев, 1979; Черняев, 1982). Другим яв-
ным признаком гибели эмбрионов от асфиксии, вызванной повышенным содержанием
железа в воде, является побеление хорошо видимых под микроскопом всех участков го-
ловного и спинного мозга. Затем мутнеют мышечные ткани зародыша. При этом желточ-
ный мешок остается прозрачным, сердечная деятельность продолжается, и вся система
кровообращения некоторое время функционирует нормально до начала распада тканей
эмбриона. Как показывает опыт, только незначительное число эмбрионов могут преодо-
леть неблагоприятное воздействие растворенного в воде железа, завершить свое развитие
и вылупиться нормальными жизнеспособными личинками.
В случае воздействия на икру омуля высокотоксичных химических веществ и соеди-
нений (например, цианидов и солей тяжелых металлов) возникает поражение не только
115
центральной нервной системы эмбриона, но и остановка сердца. В этом случае наблюда-
ется сначала паралич сердца, затем потеря прозрачности тканей головного мозга, однако
тело эмбриона остается некоторое время прозрачным, как и желточный мешок.
Важно отметить, что при улучшении условий инкубации и снятии повреждающего
фактора (в случае выживания зародыша) оболочка икры через некоторое время снова
становится прозрачной.
Гистологические исследования оболочек и эмбрионов омуля путем окраски срезов
желтой кровяной солью (специфическим реагентом на трехвалентное железо) показа-
ли, что участки тканей, содержащие железо, окрашиваются в интенсивно синий цвет
(«берлинская лазурь»). Было установлено, что помимо осаждения на поверхности
икры довольно толстого слоя гидрата окиси железа, происходит значительная им-
прегнация оболочки икры железом и накопление коагулировавшего железа непосред-
ственно на внутренней поверхности оболочки в перивителлиновом пространстве,
в то время как на поверхности тела эмбриона и желточном мешке обнаружились лишь
следы железа.
При химическом анализе погибшей икры выявлено, что на поверхности и в оболочке
1 г икры (110 шт.) было адсорбировано 10 мг железа (0,091 мг на икринку). Под оболочку
1 г икры проникло всего 0,24 мг железа (0,002 мг на икринку). Проведенные гидрохи-
мические исследования показали, что если в подаваемой в цех воде содержание железа
составило 0,52 мг/л, то на выходе из аппаратов Вейса оно снижалось до 0,44 мг/л. Таким
образом, было установлено, что икра омуля активно осаждает на поверхность оболочек
растворенное в воде железо, которое прямого токсического воздействия, вероятно, не
оказывает. Гибель эмбрионов наступает не вследствие отравления из-за высокого содер-
жания железа в воде, а в результате закупорки радиальных канальцев оболочки икры, что
приводит к нарушению газообмена эмбриона с окружающей средой.
Последующие исследования (Балданова и др., 1984) показали, что нормальное эм-
бриональное развитие омуля возможно при содержании солей железа в воде от 0,05 до
0,15 мг/л.