Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
РУЧИН Александр Борисович
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТА НА РАЗВИТИЕ, РОСТ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЫБ И АМФИБИЙ
Специальность: 03.00.16 - экология
АВТОРЕФЕРАТ
на соискание ученой степени доктора биологических наук
САРАНСК - 2008
Работа выполнена на кафедре зоологии ГОУВПО Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева
Научный консультант:
доктор биологических наук, профессор В.А. Кузнецов
Официальные оппоненты:
член-корреспондент РАН Заслуженный деятель науки РФ Э.В. Ивантер доктор биологических наук, профессор В.М. Каменек доктор биологических наук, профессор А.С. Лукаткин
Ведущая организация: ФГОУВПО Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Защита состоится л_______________2008 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.12 при ГОУВПО Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева по адресу: 430023, г. Саранск, ул. Ульянова, 26, корп. б, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУВПО Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева
Автореферат разослан л_____________2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук С.А. Ибрагимова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Свет как абиотический фактор играет важную роль в жизни молодых и взрослых особей большинства видов живых организмов. Исключение составляют виды, обитающие в пещерах, в очень мутных водах и на больших глубинах. Из экологических характеристик света наиболее значимыми являются продолжительность воздействия (фотопериод), интенсивность воздействия (освещенность) и качество света (длина волны, или цвет) (Никольский, 1974; Дажо, 1975; Константинов, 1979; Одум, 1986). Относительно действия света на различные параметры жизнедеятельности рыб и амфибий в литературе имеются определенные сведения. К примеру, хорошо рассмотрен вопрос влияния этого фактора на раннее развитие рыб (Попов, Зотин, 1961; Kwain, 1975; Menu, Girin, 1979; Крючков, Гиреев, 1983; Черняев, 1984, 1997, 2004; Жукинский, 1986; Yang Zhou, Yang Jiaxin, 2004; и др.). К сожалению, количество публикаций, в которых рассматривается вопрос о влиянии света на раннее развитие и рост земноводных, крайне недостаточно. Исследований, рассматривающих влияние света на рыб, довольно много, но основная их часть касается поведения, двигательной активности, ритмов размножения (Cadwallader, 1975;
Matlak J., Matlak O., 1976; Мантейфель, 1980; Гирса, 1981; Beacham, Murray, 1990; и др.). Особый интерес как с теоретической, так и практической стороны, представляют данные о влиянии света на ростовые процессы и связанные с ними физиолого-биохимические и энергетические показатели рыб разных видов и возрастных групп отдельных видов.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось изучение влияния света на развитие, рост, физиологические и биохимические показатели рыб и земноводных.
Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи:
1. определение влияния света на темп раннего развития рыб и земноводных;
2. определение влияния света на развитие и рост личинок земноводных;
3. определение влияния света на рост молоди рыб;
4. определение влияния переменных значений светового фактора на некоторые аспекты развития и роста рыб и земноводных;
5. определение влияния света на интенсивность дыхания, питания, эффективность питания рыб;
6. определение влияния света на ритм дыхания и питания рыб;
7. определение влияния света на некоторые показатели физиологического и биохимического состояния молоди рыб и земноводных.
Научная новизна. Впервые показано, что темп раннего развития, проходящего в строго контролируемых условиях, в целом мало зависит от освещенности. Однако степень её воздействия повышается при удлинении периода эмбрионального развития. Зелено-голубое освещение оказывает положительное воздействие на выживаемость и размеры личинок амфибий и рыб. Остальная часть спектра практически не оказывает влияния на раннее развитие. Удлинение периода освещения в течение суток повышает скорость роста 8 видов рыб и земноводных, за исключением сеголеток шпорцевой лягушки. Постоянная темнота отрицательно воздействует на личиночное развитие земноводных и рост молоди рыб.
Рост каждого из исследованных видов рыб и амфибий ускоряется при определенных оптимальных характеристиках света. В этих режимах энергобюджет молоди смещается в сторону массонакопления, а общее физиологическое состояние улучшается. Колебания освещенности и спектра излучения ускоряют темп роста молоди рыб и личинок земноводных, что сопровождается улучшением конвертирования пищи и общего физиологического состояния особей.
Наиболее благоприятна для роста рыб та астатичность освещения, которая реализуется в результате их самопроизвольного перемещения в градиентных условиях. При этом в градиенте возрастает двигательная активность рыб.
В темноте количество потребленного кислорода, а ритм дыхания и питания нивелируются. Любое изменение освещенности отражается на физиологической реакции рыб. В оптимальных для роста рыб и земноводных режимах светового фактора увеличивается количество лимфоцитов и эритроцитов, концентрация гемоглобина, изменяется биохимический состав сывороточных белков и улучшаются некоторые морфофизиологические индексы.
Научно-практическая значимость работы. Полученные данные в своей совокупности могут быть рекомендованы для разработки производственных технологий с целью ускорения роста, улучшения состояния и качества молоди рыб в условиях индустриальных хозяйств. Результаты исследований используются в курсе лекций Экологическая физиология животных, Общая экология, Организм и среда, Экология популяций и сообществ на практикумах по зоологии и экологии в Мордовском государственном университете, а также частично включены в учебно-методическое пособие Прикладная экология и учебник Экология популяций и сообществ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. В эксперименте свет не оказывает влияния на темп раннего развития рыб и земноводных, но достоверно воздействует на выживаемость эмбрионов и предличинок.
2. Действие светового фактора видоспецифично. Каждому виду присущ определенный режим фотопериода, освещенности и спектра, при котором увеличивается скорость роста и улучшается функционирование организма.
3. Переменные режимы светового фактора оказывают положительное воздействие на рост, конвертирование пищи и физиологический статус молоди рыб и личинок земноводных.
Связь работы с научными программами. Представленные результаты были получены в ходе исследований, проведенных в рамках научного направления кафедры зоологии Мордовского государственного университета Изучение структуры и продукционных процессов в природных экосистемах в связи с их оптимизацией в условиях Нечерноземья (№ 47 ГБ 22192); гранта Президента РФ (МКЦ1066.2003.04); ФЦП Интеграция (проект Э-0121); ФЦНТП Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники (проект 2006-РИ-19.0/001/078); гранта Правительства Республики Мордовия Производство рыбопосадочного материала и товарной продукции в прудовых хозяйствах Республики Мордовия на основе современных интенсивных технологий.
Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на ежегодных Огаревских чтениях (1995-2003 гг.), IV конференции молодых ученых Мордовского госуниверситета (Саранск, 1999), на Всероссийских конференциях I Конгрессе ихтиологов России (Астрахань, 1997), Экологические проблемы и пути их решения в зоне Среднего Поволжья (Саранск, 1999), IX конференции по экологической физиологии и биохимии рыб (Ярославль, 2000), Эколого-фаунистические исследования в Центральном Черноземье и сопредельных территориях (Липецк, 2000), Проблемы и перспективы развития аквакультуры в России (Краснодар, 2001), Онтогенез и популяция (Йошкар-Ола, 2001), III Съезде фотобиологов России (Воронеж, 2001), конференции молодых ученых (Мурманск, 2002), на международных конференциях Ресурсосберегающие технологии в аквакультуре (Адлер, 1999), Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия (Астрахань, 1999), Проблемы гидроэкологии на рубеже веков (Санкт-Петербург, 2000), Биология - наука 21 века (Пущино, 2001, 2004), Конгрессе Европейского герпетологического общества (Санкт-Петербург, 2003), Водные экосистемы и организмы - 6 (Москва, 2004), XI European Congress of Ichthyology (Tallinn, 2004), Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов (Петрозаводск, 2004, 2007), Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных (Саранск, 2005), Аквакультура и интегрированные технологии: проблемы и возможности (Москва, 2005), Aquatic ecology at the dawn of XXI century (St. Petersburg, 2005), Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера (Вологда, 2005), Аквакультура осетровых рыб: достижения и перспективы развития (Астрахань, 2006), Тепловодная аквакультура и биологическая продуктивность водоемов аридного климата (Астрахань, 2007), Биология: теория, практика, эксперимент (Саранск, 2008), Проблемы биоэкологии и пути их решения (Саранск, 2008), Проблемы сохранения и изучения культурного и природного наследия Прииртышья (Павлодар, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 62 печатныхработы, в числе которых 18 статей в российских научных журналах, рекомендованных ВАК, а также 8 статей в зарубежных научных журналах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения (5 глав), выводов, списка использованных источников. Работа изложена на 332 страницах машинописного текста, иллюстрирована 64 таблицами и 47 рисунками. Список использованной литературы содержит 634 источник (в том числе 301 иностранный).
Декларация личного участия автора. Автор лично принимал участие в постановке и проведении экспериментов, обработке полученных данных, их интерпретации и оформлении. В совместных публикациях вклад автора составил 60Ц80%.
Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность своему первому учителю - Владимиру Серафимовичу Вечканову, научному консультанту - Вячеславу Александровичу Кузнецову и коллегам, принимавшим участие в обсуждении результатов, своим студентам, принимавшим участие в постановке экспериментов. Автор глубоко признателен декану биологического факультета МГУ им. Н.П. Огарева, заслуженному деятелю науки РФ профессору В.В. Ревину за поддержку научных исследований по теме диссертации. Отдельно хочется поблагодарить Ж.А. Черняева (Москва) за консультации по теме работы.
Содержание работы ВВЕДЕНИЕ Обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, указан личный вклад соискателя.
Глава 1. СВЕТ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РЫБ И ЗЕМНОВОДНЫХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) Анализ литературных сведений показывает, что наиболее полно определено воздействие фотопериода на разные виды рыб и амфибий, в частности его влияние на процессы гаметогенеза, размножение, смолтификацию, двигательную активность и поведение. В гораздо меньшем количестве публикаций показано наличие некоторых зависимостей развития и роста рыб и земноводных от характера освещенности. При этом такие сведения зачастую неоднозначны, а в ряде случаев взаимно противоположны. Еще более ограничены данные по воздействию спектрального состава света. Сведения о влиянии колебаний светового фактора в целом и его отдельных составляющих на рост, энергетические характеристики и состояние рыб в известной нам литературе практически отсутствуют.
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. Объекты исследований. Экспериментальные исследования проведены в 1995-2008 гг. на базах биологической станции и ихтиологической лаборатории биологического факультета Мордовского госуниверситета имени Н.П.
Огарева. Из земноводных объектом исследований служили икра и личинки шести видов - обыкновенного и гребенчатого тритонов, остромордой, травяной, озерной и шпорцевой лягушек. Из представителей класса Костистых рыб объектом исследований служили икринки, сеголетки и годовики 11 видов - сибирского осетра, карпа, обыкновенного (золотого) карася, серебряного карася, золотой рыбки, гуппи, красной радужницы, золотистого сомика, уклейки, верховки и ротана. Объем материала представлен в табл. 1.
2.2. Обеспечение световых условий. Освещение создавали люминесцентными лампами типа ЛБ и ртутной лампой ДРЛ на поверхность воды. Освещенность регулировалась варьированием количества ламп и их расстоянием от поверхности воды. Относительная темнота (0 к) создавалась светонепроницаемым колпаком. Интенсивность освещения определяли на поверхности воды люксметром Ю-116 с точностью +5%.
Разложение света по спектрам обеспечивалось стандартными светофильтрами (Каталог цветного стекла, 1961), окрашенными в соответствующие цвета. Спектральное пропускание светофильтров определяли на приборе ДМР23 с фотоумножителем ФЭУ-100 (Ruchin, 2004). Контролем служил белый свет от люминесцентной лампы ЛБ, являющийся максимально приближенным по спектральному составу к солнечному излучению (Волоцкой, 1981). Изменение спектров осуществлялось переменой светофильтров. Освещенность была одинаковой во всех вариантах (100 к) и измерялась на поверхности воды после прохождения света через светофильтр.
2.3. Методы изучения раннего развития земноводных и рыб. Для экспериментов икру получали от одной пары производителей из естественного водоема. В каждый вариант одной серии (на одну чашку Петри) помещали по 1015 икринок из одной кладки. Температуру поддерживали на уровне 20+10С, содержание кислорода в воде 7.0-7.5 мг/л. Стадии развития регистрировали через 2-4 ч, определяя их по следующим методикам: гребенчатый и обыкновенный тритоны (Лиознер, 1975), травяная и остромордая лягушки (Дабагян, Слепцова, 1975), сибирский осетр (Гинзбург, Детлаф, 1975). Ежедневно проводили отбор погибших икринок (учитывали смертность). В темноте все манипуляции проводили ежедневно при очень слабом рассеянном свете. Опыт прекращали после перехода личинок на активное питание. Длина тела выклюнувшихся личинок измерялась с помощью окуляр-микрометра с точностью 0.01 мм. Опыты проведены в 4-7-кратной повторности. Данные в таблицах усреднялись по всем сериям опытов.
2.4. Методы исследования роста и развития земноводных. Икру озерной и травяной лягушек отбирали из естественного водоема из одной кладки, икру шпорцевой лягушки получали от одной пары производителей. Исследования проводили параллельно в аквариумах с объемом воды 30 л. Плотность посадки в каждый вариант составляла 2-4 особи на 1 л и соответствовала оптимальной, обозначенной в методике (Детлаф, Руднева, 1975; Северцов, 1990).
Стадии развития определяли по существующим таблицам (Терентьев, 1950; Дабагян, Слепцова, 1975; Детлаф, Руднева, 1975). Личинок кормили измельченными и ошпаренными листьями крапивы или гомогенизированной свежей крапивой с добавкой измельченного сваренного вкрутую яйца.
2.5. Методы исследования роста молоди рыб. Рыб, отловленных из естественных водоемов или прудов, до начала опытов выдерживали в лаборатор- Таблица 1. Количество использованного материала в работе (в скобках указано число серий экспериментов) Направление исследований Виды Эмбриональ- Личиночное Рост Дыхание Питание Поведение Физиологоное развитие* развитие биохимические показатели Амфибии Lissotriton vulgaris >400 (6) - - - - - Triturus cristatus >350 (6) - - - - - Rana arvalis >700 (12) - - - - - Rana ridibunda - 2270 (12) - - - - Rana temporaria >700 (17) 1380 (10) - - - - Xenopus laevis - 2600 (12) - - - 45 (3) Рыбы Acipenser baerii >700 (8) - 726 (12) 90 (6) 315 (12) - 130 (6) Alburnus alburnus - - 260 (3) - - - - Carassius auratus auratus - - 110 (4) - 90 (3) - 80 (3) Carassius auratus gibelio - - 570 (28) 90 (4) 230 (12) 38 (4) 150 (7) Carassius carassius - - 350 (20) 20 (6) - - - Cyprinus carpio - 120 (1) 2514 (53) 130 (7) 714 (26) 43 (3) 524 (23) Glossolepis incisus - - - - - - 75 (3) Corydoras aeneus - - 120 (3) - - - - Leucaspius delineatus - - 260 (3) - - - - Poecilia reticulata - - 1880 (38) - - 47 (4) 100 (2) Perccottus glenii - - 1684 (42) - 620 (14) - 240 (5) * - количество икринок, в остальных опытах - количество особей.
ных условиях не менее 20 дней при искусственном освещении с целью акклимации. В экспериментах рыб (n - число рыб в одном варианте опыта) содержали в аквариумах объемом 20-40 л с одинаковой регулируемой температурой в каждой серии опытов и принудительной аэрацией воды (содержание кислорода 6-7 мг/л). Ежесуточно обновляли не менее 50% объема воды. Длительность опытов (обозначали как ) равнялась 7-20 суткам, в хронических экспериментах - до трех месяцев. В каждый аквариум, в зависимости от размеров рыб, помещали 5-25 экз. Кормление молоди велось до насыщения живым зоопланктоном (коловратки, ветвистоусые), мотылем, трубочником и декапсулированными яйцами артемии. Подопытных особей в начале и конце опыта взвешивали с точностью до 1 мг на весах Acculab. Среднесуточная удельная скорость роста молоди рыб определялась по И.И. Шмальгаузену (1935).
2.6. Методы исследования поведения рыб. Для экспериментов по произвольному выбору рыбами (светопреферентному поведению) света применяли градиентные лотки из органического стекла размером 150*15*15 см, разделенные прозрачными полуперегородками на 10 сообщающихся отсеков. В опытных вариантах создавали градиент освещенности, контрольная освещенность во всех отсеках была одинаковой на уровне среднего значения в опыте. Для экспериментов по произвольному выбору рыбами спектра света использовались аналогичные градиентные лотки, но разделенные на 7 отсеков. Монохроматическое освещение обеспечивалось светофильтрами, устанавливающимися в той последовательности, которая возникает при разложении солнечного света (красный - оранжевый - желтый - зеленый - голубой - синий - фиолетовый). В контроле освещение было равномерным белым по всей длине лотка. В установки помещали по 3-4 особи изучавшихся видов рыб. Наблюдения проводили за одной рыбой в течение 10-20 минут в сутки.
2.7. Методы исследования физиологических показателей. Интенсивность дыхания рыб определяли по количеству потребленного кислороду только методом проточных респирометров объемом от 1 л при скорости течения 7-л/час. В зависимости от размеров подопытных рыб в сосуд помещали 2-5 особей. До проведения опытов рыб в течение 10 суток содержали при различных режимах постоянного и переменного освещения. После этого подопытных особей, выдержанных 3 суток без пищи, помещали в респирометры на 4-6 суток.
Респирометры тщательно изолировались от всех внешних воздействий. Концентрацию кислорода в воде определяли по методу Винклера. В некоторых случаях содержание кислорода в воде определяли с помощью прецизионного термооксиметра Эксперт-001-2(0.1) с точностью до 0.01 мг/л. Для оценки интенсивности питания определяли суточный рацион методом прямого учета поедаемой пищи по разнице между количеством задаваемого и изымаемого корма (Методическое пособие по..., 1974). Вносимые пищевые объекты взвешивали с точностью до 2 мг на весах WTW. Так как все условия питания, прежде всего качество пищи, были идентичны, эффективность использования пищи на рост выражали кормовым коэффициентом (КК).
Длительность выживания рыб при критических уровнях кислорода в воде изучали на особях, взятых после проведения ростовых экспериментов. Для этого по 2-6 экз. рыб и помещали их раздельно в воду с абсолютно летальными значениями рН (Лукьяненко, 1987). Нижний кислородный порог устанавливали в замкнутых респирометрах и после гибели особей определяли концентрацию кислорода в воде по методу Винклера. Нижним кислородным порогом считали концентрацию кислорода в воде, которая определяется в момент гибели рыбы.
Гибель особей регистрировали по прекращению жаберного дыхания.
Гематологические показатели определяли по методике Ивановой (1983).
Для определения лейкоцитарной формулы на каждом мазке подсчитывали не менее 600 клеток. При дифференцировании лейкоцитов опирались на пособия (Иванова, 1983; Иванов, 2003) и работу Паликовой с соавторами (Palikova et al., 1999). Бластные формы при анализе в расчет не брали.
2.8. Методы исследования биохимических и морфофизиологических характеристик. Количество общих липидов и белка определяли в навеске мышечной ткани массой 500 мг (Bligh, Dyer, 1959; Справочник биохимика, 1991).
Определение содержания воды в мышцах проводилось высушиванием навески в шкафу при температуре 500С. Все опыты выполнены не менее чем в двукратной повторности (основная часть в 3-5 кратной). Статистическая обработка проводилась с использованием t-критерия Стьюдента, однофакторным дисперсионным анализом и корреляционным анализом (Лакин, 1980).
Глава 3. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА РАННЕЕ РАЗВИТИЕ РЫБ И ЗЕМНОВОДНЫХ 3.1. Влияние освещенности на раннее развитие рыб и земноводных.
Как показали результаты исследований, освещенность оказывает неоднозначное влияние на раннее развитие изученных видов. Так, темп эмбрионального развития обыкновенного тритона ускорялся при освещенностях 10 и 700 к (табл. 2).
В этих вариантах вылупление из оболочек происходило раньше контроля на 3.0 и 4.3%. Смертность эмбрионов и предличинок обыкновенного тритона достоверно снижалась при небольших значениях освещенности (1 и 10 к). Однако при освещенности 1 к личинки, перешедшие на активное питание, имели несколько меньшие размеры (табл. 2). При высоких значениях освещенности смертность снижалась недостоверно, но линейные размеры личинок достоверно превышали контроль. Эмбрионы гребенчатого тритона развивались быстрее только при освещенности 700 к. В отличие от обыкновенного тритона смертность эмбрионов гребенчатого тритона достоверно снижалась только при освещенности 10 к. Длина личинок этого вида достоверно увеличивалась при низких и средних значениях освещенности. Таким образом, более крупные личинки обыкновенного тритона появлялись при средних и высоких значениях освещенности, а гребенчатого тритона - при небольшой и средней освещенности.
Таблица 2. Показатели раннего развития рыб и земноводных при различной освещенности Освещен- Эмбриональная Продолжительность эм- Длина личинок, ность, к смертность, % брионального развития, мм сутки от оплодотворения Обыкновенный тритон (n=5) 0, контроль 26.51.6 16.200.11 9.010.1 20.02.3* 16.150.13 8.950.10 19.32.0* 15.720.11* 10.340.08** 700 18.93.4 15.500.12* 10.830.08** 1500 20.63.6 16.340.31 9.420.04* Гребенчатый тритон (n=4) 0 45.62.8 16.140.10 8.950.1 42.32.4 16.330.12 9.750.07* 10 34.02.6* 16.170.11 10.560.09** 700 42.53.7 15.520.09* 9.830.07* 1500 43.14.5 16.370.12 9.120.Травяная лягушка (n=7) 0 30.35.0 3.540.17 10.422.5 16.63.6 3.500.14 11.761.150 12.22.4** 3.650.13 11.552.550 8.62.3** 3.330.09 10.371.600 18.54.3 3.290.12 10.531.800 22.85.2 3.360.10 10.351.1400 16.33.0* 3.680.12 9.562.Остромордая лягушка (n=7) 0 50.35.6 4.780.09 10.175.5 40.62.3 4.690.12 8.651.150 17.45.6** 4.790.15 8.581.550 50.82.3 4.980.11 7.372.600 12.02.5*** 4.750.09 9.412.800 7.43.6*** 4.890.11 8.881.1400 45.44.5 4.950.14 7.203.Сибирский осетр (n=2) 0 18.2 5.960.17 16.620.1 18.2 5.650.17 18.260.16* 10 20.0 5.960.10 17.620.15* 700 56.7 6.470.15 16.800.1500 36.7 6.390.14 n - число серий; * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01; *** - достоверно при p<0.001. Сравнение проводили с вариантом 0 к.
На темп развития икры травяной лягушки освещенность не оказывала достоверного влияния. Во всех вариантах время момента появления предличинок оказался сходным. В данном случае можно отметить лишь, что наблюдалась определенная тенденция к сокращению эмбрионального периода развития при освещенности 600 и 800 к. В то же время выживаемость эмбрионов отличалась. Укажем, что во всех случаях гибель происходила на ранних стадиях развития (стадии 25-27). Из таблицы 2 видно, что максимальная смертность зарегистрирована в варианте с отсутствием света. Практически идентичные результаты были получены и в экспериментах на близком виде - остромордой лягушке. Раннее развитие сибирского осетра, как в опытах на икре амфибий, мало зависело от освещенности. Однако в отличие от земноводных эмбриональное и предличиночное развитие осетра ускорялось при интенсивности света 1-10 к и в полной темноте. В указанных режимах снижалась и смертность особей. Кроме того, в режиме с максимальной освещенностью (1500 к) на стадиях предличиночного развития наблюдалась полная гибель развивавшихся особей. Длина тела перешедших на активное питание личинок осетра при 1 и 10 к была достоверно выше (p<0.05), чем в полной темноте.
Таким образом, влияние освещенности на раннее развитие амфибий и рыб видоспецифично. Темп их развития в эксперименте в основном мало зависит от освещенности. Однако степень воздействия повышается при увеличении периода эмбрионального развития, что, вероятно, связано с повышением количества полученной эмбрионом световой радиации. В отличие от бесхвостых амфибий и сибирского осетра с небольшим периодом раннего развития, эмбриональное развитие тритонов достоверно ускоряется при определенной для каждого вида освещенности. С другой стороны, на выживаемость освещенность оказывает заметное воздействие. В то же время длина выклюнувшихся личинок бурых лягушек, как и скорость развития, незначительно отличается при различной освещенности. Но размеры личинок тритонов и сибирского осетра при определенных значениях фактора достоверно увеличиваются. Соответственно, основное влияние освещенность оказывает на выживаемость эмбрионов и предличинок, которая увеличивается при небольших величинах интенсивности светового воздействия.
3.2. Влияние спектра освещения на раннее развитие рыб и земноводных. Первые опыты были проведены на гребенчатом тритоне - виде с растянутым периодом раннего развития. Эмбриональное развитие этого вида при освещении зеленой и голубой зоной спектра достоверно сокращалось. В остальных вариантах скорость развития мало отличалась от контроля (табл. 3). Основная гибель гребенчатого тритона приходилась на период эмбрионального развития. При этом при желтом освещении она достоверно возрастала на 25.1%, а при голубом - снижалась на 15.7%. В отличие от гребенчатого тритона на продолжительность раннего развития травяной лягушки отдельные монохроматические зоны спектра не оказали достоверного влияния (табл. 3). При этом в первом из указанных режимов длина личинок снижалась на 16.5%. Зеленое освещение наиболее благоприятно повлияло на раннее развитие травяной лягушки.
Таблица 3. Показатели раннего развития рыб и земноводных при различном цвете освещения Цвет осве- Эмбриональная Продолжительность эм- Длина личинок, щения смертность, % брионального развития, мм сутки от оплодотворения Гребенчатый тритон (n=4) контроль 36.22.1 15.830.10 10.230.красный 38.63.8 15.850.11 9.670.07* желтый 45.32.8* 15.140.09 10.750.09* зеленый 33.62.6 15.010.09* 10.450.голубой 30.51.8* 14.900.11* 10.840.11* синий 34.36.5 15.870.12 10.300.Травяная лягушка (n=5) контроль 27.22.4 3.840.18 8.340.красный 47.16.7* 3.860.14 6.960.12*** желтый 40.52.4** 3.800.14 8.270.зеленый 40.12.8* 3.440.21 7.390.08** голубой 33.04.6 3.460.11 8.300.синий 20.63.4 3.550.15 8.560.06* Остромордая лягушка (n=7) контроль 20.42.3 4.550.12 8.100.красный 30.35.8 4.510.22 6.900.13** желтый 10.74.2 4.600.18 8.080.зеленый 9.13.6* 4.070.14 7.690.09* голубой 20.62.5 4.060.11 8.510.08* синий 9.81.3* 4.370.17 8.410.Сибирский осетр (n=2) контроль 20.0 6.540.17 19.140.красный 18.4 6.560.16 18.820.желтый 25.7 6.360.10 18.550.зеленый 20.0 6.040.14 20.040.14* голубой 23.4 6.810.24 17.990.19* синий 6.7 6.220.17 19.180.n - число серий; * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01; *** - достоверно при p<0.001. Контроль - свет от лампы ЛБ (лбелый свет).
В данном режиме снижалась смертность, и увеличивались линейные размеры личинок. Продолжительность раннего развития остромордой лягушки мало отличалась в различных вариантах. Смертность на эмбриональных стадиях в этих опытах достоверно снижалась при зеленом и синем освещении. Достоверное увеличение длины личинок остромордой лягушки зарегистрировано при зеленом и голубом освещении. На продолжительность раннего развития сибирского осетра отдельные спектральные зоны также не оказали достоверного влияния. Смертность осетра на эмбриональных стадиях была практически одинаковой в разных вариантах за исключением синего света. В последнем случае выживаемость эмбрионов резко возрастала (в 2.99 раза). Однако, несмотря на лучшую выживаемость, личинки в последнем варианте имели практически одинаковые линейные размеры с контрольными особями.
Таким образом, влияние монохроматического освещения в видимой части спектра для разных видов специфично. Различные зоны спектра по-разному влияют на такие важные показатели развития, как смертность и размеры перешедших на активное питание личинок. Общим для трех видов земноводных и одного вида рыб является более благоприятное влияние зелено-голубого освещения на данные показатели.
Глава 4. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА РОСТ И ЛИЧИНОЧНОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМНОВОДНЫХ 4.1. Фотопериод. На рис. 1 видно, что изменения длины и массы тела головастиков травяной лягушки были практически одинаковы в трех вариантах опыта при фотопериоде 24С/0Т, 16С/8Т, 12С/12Т. Снижение размерных показателей наблюдалось при отсутствии света. Стадии развития личинок во всех вариантах опыта не различались до 10-го дня опыта, при фотопериоде 16С/8Т и 24С/0Т - весь период развития. И только при отсутствии света они были на 2-стадии ниже по сравнению с другими вариантами. Особенно четко это проявилось к 30-му дню эксперимента, когда в темноте личинки находились на 44-й стадии, а в остальных вариантах - на 47-48-й стадиях. Наиболее высокий процент отхода головастиков наблюдался при нулевой освещенности, низкий процент - в режиме 16С/8Т. Продолжительность личиночного развития в темноте увеличилась на 9.7% по сравнению с таковой при непрерывной освещенности.
Рис. 1. Динамика массы тела личинок травяной лягушки (А) и сеголеток шпорцевой лягушки (Б) при различных соотношениях света и темноты (С/Т): 1 - 0/24, 2 - 8/16, 3 - 12/12, 4 - 16/8, 5 - 24/0.
Рост сеголеток шпорцевой лягушки не зависит от фотопериода (рис. 1).
На протяжении 30 дней эксперимента размеры особей из разных режимов освещения практически не отличались. По окончании опытов наибольшие весовые показатели имели сеголетки из варианта с отсутствием света. Однако разница средних значений показателей не была достоверна. Таким образом, на рост сеголеток шпорцевой лягушки фотопериод не влияет.
Таким образом, постоянное отсутствие света по сравнению с круглосуточным освещением приводит к тому, что рост и темпы развития головастиков травяной лягушки значительно и достоверно снижаются, а смертность возрастает. В то же время на рост сеголеток шпорцевой лягушки фотопериод не оказывает достоверного влияния.
4.2. Освещенность.
4.2.1. Постоянная освещенность. В опытах на травяной лягушке ограничились 3-мя вариантами освещенности: 0 к, 100 и 2500 к. Приведенные в табл. 4 результаты показывают, что действие освещенности на скорость развития ее личинок было незначительно, хотя и зарегистрирована некоторая тенденция к его ускорению при повышении интенсивности освещения. Более значительное воздействие оказала освещенность на рост головастиков. На 25-й день развития при освещенности 100 и 2500 к их масса превышала контроль на 29.8 и 32.5%, соответственно. Смертность личинок до начала метаморфоза увеличивалась при нулевой освещенности (табл. 4). Гибель головастиков происходила в основном на 49Ц51-й стадиях развития, т.е. на самых ранних этапах метаморфоза. Морфологически большинство погибших личинок имели по две передние конечности и хвост на начальных этапах редукции. Продолжительность развития до начала метаморфоза была выше в темноте, тогда как при освещенности на любом уровне она снижалась на 6.6-7.4%. Наибольшие размеры прошедших метаморфоз сеголеток зарегистрированы при освещенности 100 и 2500 к. Смертность метаморфизирующих особей увеличивалась в темноте.
В следующих сериях опытов изучали влияние освещенности на рост и развитие головастиков озерной лягушки, которая отличается от травяной лягушки более продолжительным личиночным развитием и обитанием на несколько большей глубине. На протяжении 30 суток опыта размеры личинок при разной освещенности достоверно не отличалась. Возможно, в данном случае проявляется видоспецифическая реакция организма на действие освещенности.
Это предположение подтверждается и последующим характером роста головастиков. На 40-е сутки опыта масса личинок, содержавшихся в условиях темноты, снижались в среднем на 28.4% по сравнению с другими вариантами (p<0.05) (табл. 4). Стадии развития личинок при любой освещенности не отличались, т.е.
освещенность не влияла на скорость развития головастиков. Из таблицы 4 видно, что наибольшая смертность личинок озерной лягушки была при низкой освещенности и в темноте, а наименьшая - при высокой освещенности. Продолжительность личиночного развития при отсутствии света увеличивалась по сравнению с другими вариантами в среднем на 5% (p<0.05). В остальных аквариумах продолжительность развития была практически одинаковой.
Таблица 4. Некоторые показатели личиночного развития амфибий при постоянной освещенности Освещен- Дни от вы- Масса тела Отход личи- Продолжитель- Смертность ме- Масса тела сеность, к лупления личинок, мг нок до мета- ность личиночно- таморфизирую- голеток, мг морфоза, % го развития, сут щих особей, % Травяная лягушка 0 25 46715 12.7 36.30.2 22.5 302100 25 60612** 4.1 33.90.1** 10.4 4645** 2500 25 61915** 2.0 33.60.2** 12.2 4597** Озерная лягушка 0 40 30125 15.0 73.40.8 11.8 4373 40 41020* 13.8 70.51.0 0 60433** 7 40 44218** 10.0 70.21.1 0 67431*** 600 40 42021* 6.3 70.70.8 0 60722** 2400 40 40520* 6.3 69.70.6* 0 61919** Шпорцевая лягушка 0 40 26026 45.0 78.80.9 36.4 300100 40 41026** 16.3 72.80.7** 25.4 34211* 600 40 43028** 21.3 72.10.9** 25.4 3479* 2400 40 42535* 18.8 72.10.8** 26.2 36312* 4200 40 32534 22.5 75.40.7* 29.0 30811** * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01; *** - достоверно при p<0.001. Сравнение проводили с вариантом 0 к.
Изменение размеров головастиков шпорцевой лягушки было практически одинаково в трех вариантах опыта при освещенности 100, 600 и 2400 к. Снижение данных показателей наблюдалось при отсутствии света и сильной освещенности на уровне 4200 к (табл. 4). Так, в первом случае масса на 40-й день опыта была ниже на 23.5% по сравнению с аналогичными показателями головастиков из аквариума с освещенностью 2400 к. При интенсивности света 42лк масса снижались на 23.5%. Стадии развития при отсутствии света были на 2 - 3 ниже по сравнению с другими вариантами. Особенно четко это проявилось к 40-му дню эксперимента, когда в темноте личинки находились на 51Ц56-й стадиях, а в остальных вариантах - на 54Ц58-й. Наиболее высокий процент отхода головастиков шпорцевой лягушки наблюдался при нулевой освещенности. В остальных режимах смертность личинок практически не различалась и была в среднем в 2.3 раза ниже относительно контроля. Продолжительность личиночного развития шпорцевой лягушки в темноте увеличивалась на 7.6% по сравнению с таковой при освещенности 2400 к. Максимальные размеры сеголеток и меньшая их вариабельность наблюдались при освещенностях 100, 600 и 24лк. В темноте их масса была на 17.4% ниже по сравнению с аналогичными показателями сеголеток из оптимальных вариантов.
Как известно, у амфибий хорошо развит пинеальный орган, воспринимающий изменения света и темноты. Кроме того, он является эндокринной железой, выделяющей мелатонин (Чазов, Исаченков, 1974; Розен, 1994). Этот гормон достоверно присутствует в эпифизе шпорцевой лягушки и ингибирует рост ее личинок (Van der Veerdonk, 1967; Delgado et al., 1987; Edwards, Pivorun, 1991). Его концентрация всегда выше в темноте и ниже на свету, что было доказано, по крайней мере, для некоторых видов рыб (Okimoto, Stetson, 1995; Masayuki et al., 1997). В отношении амфибий такие литературные данные нам не известны, но, видимо, реакции рыб и личинок земноводных схожи. Таким образом, при постоянном отсутствии света эпифиз выделяет значительное количество мелатонина, который снижает темп роста головастиков. С другой стороны, пинеальный орган через гипофиз может воздействовать на щитовидную железу.
Имеются данные, свидетельствующие, что в постоянной темноте у амфибий происходит гипотрофия щитовидной железы и снижается синтез тироксина (Toivonen, 1952; Frawley, Walker, 1974). В свою очередь, это ведет к замедлению развития, что и наблюдалось нами в опытах.
4.2.2. Переменная освещенность. В опытах на личинках травяной лягушки к концу эксперимента группы, содержавшиеся при переменной освещенности, обогнали контрольных особей по всем исследуемым характеристикам. Выживаемость в контроле и опыте была практически одинаковой. Наряду с увеличением скорости роста колебания освещенности заметно увеличивали темп личиночного развития. При всех измерениях личинки в опыте на 1Ц2 стадии опережали контроль. Продолжительность развития головастиков была гораздо ниже наблюдаемой в природе (табл. 5), но соответствовала результатам, полученным в эксперименте (Пястолова, Иванова, 1978; Ляпков, 1986).
Таблица 5. Некоторые показатели личиночного развития амфибий при переменной освещенности Освещенность, Дни от вы- Масса тела Отход личи- Продолжитель- Смертность ме- Масса тела селк лупления личинок, мг нок до мета- ность личиночно- таморфизирую- голеток, мг морфоза, % го развития, сут щих особей, % Травяная лягушка 2400, контроль 26 29110 6.7 39.60.2 4.2 2201800Ц3000 26 3039 6.7 39.40.2 4.2 25310* 1000Ц3800 26 3199 5.0 36.90.1** 2.6 27211** 600Ц4200 26 3259* 2.7 34.10.1** 5.4 2889** Озерная лягушка 2400, контроль 47 69335 17.1 59.10.8 24.1 5571900Ц2900 47 70122 14.0 55.90.5 16.3 5841500Ц3300 47 81332* 13.0 55.00.6* 18.3 6167** 600Ц4200 47 90233** 14.2 53.80.4** 14.0 7236*** Шпорцевая лягушка 2400, контроль 40 45020 14.7 72.7+1.1 8.6 3481800Ц3000 40 45726 8.0* 70.61.2 9.1 40413* 1000Ц3800 40 49032 5.3* 70.40.6 5.7 41011** 600Ц4200 40 54132* 5.3* 68.00.9* 2.9 47714*** * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01; *** - достоверно при p<0.001.
Аналогичные результаты получены и при действии переменной освещенности на головастиков озерной лягушки. Наиболее благоприятным для роста и развития личинок этого вида оказался режим колебаний в диапазоне 600Ц42лк. При этом ускорение весового роста по сравнению с контролем составило 1.49 раза. Сужение диапазона колебаний до 2800 к вокруг стационарного контроля оказывало ростостимулирующее воздействие. И только при незначительных колебаниях освещенности в пределах 1900Ц2900 к отмеченный эффект практически не проявлялся к 47-м суткам опыта. Еще более значительно возросли размерные показатели сеголеток озерной лягушки при переменной освещенности (табл. 5). Постепенное расширение диапазона колебаний освещенности приводило к их увеличению. Одновременно в лучших переменных режимах освещенности снижалась смертность метаморфизирующих головастиков.
Из таблицы 5 видно, что рост личинок шпорцевой лягушки также постепенно возрастал с увеличением амплитуды колебаний освещенности. Так, в варианте 1800Ц3000 к к 40-му дню эксперимента ускорение роста относительно контроля составляло 12.3% (различия недостоверны), в варианте 1000Ц3800 к - 27.8% (р<0.05), в варианте 600Ц4200 к - 34.8% (р<0.01). Темпы развития как контрольных, так и опытных особей в течение всего опыта были практически идентичными. И только при переменной освещенности 600Ц4200 к к 40-му дню эксперимента наблюдали опережение опытными особями на 1Ц2 стадии контрольных личинок. Смертность головастиков до наступления метаморфического климакса снижалась по мере увеличения амплитуды колебаний и при наиболее благоприятных значениях переменной освещенности 1800Ц3000 и 600Ц4200 к была ниже в 2.8 раза. Продолжительность личиночного развития в том же ряду снижалась, но достоверные различия определены только для последнего варианта (р<0.05). Продолжительность метаморфоза имела сходную тенденцию к уменьшению. После метаморфоза сеголетки, выращенные в условиях переменной освещенности, имели лучшие размерные показатели.
Таким образом, полученные данные по развитию разных видов земноводных при переменной освещенности согласуются с результатами исследований на молоди некоторых видов рыб и амфибий (Константинов, 1988; Константинов, Зданович, 1986; Константинов и др., 1987; Константинов, Мартынова, 1990; Watanabe, 1992; Кузнецов, 2005; и др.). В свою очередь, они подтверждают выдвинутую концепцию экологического оптимума (Константинов, 1997), согласно которой периодическое изменение параметров среды в определенных диапазонах является нормой для существования организмов, в то время как статичность среды в любом ее выражении неблагоприятна для них. Предполагается (Константинов, 1997), что колебания факторов (физиологический стресс) требуют от организма дополнительной работы, которая приводит к перестройке метаболизма и за счет гиперкомпенсации энергетических затрат смещает его в сторону анаболизма, что ведет к увеличению массонакопления и ускорению развития.
4.3. Цвет освещения. В опытах оказалось, что различные участки видимой части спектра неоднозначно влияют на рост и развитие головастиков травяной лягушки. Так, на протяжении первых 20 суток эксперимента наиболее благоприятное воздействие на рост личинок оказывал синий свет. При голубом освещении значительная разница (35% по массе относительно контроля) была зарегистрирована на 10 и 15-е сутки от вылупления, когда личинки находились на стадиях 40Ц44, что, по всей видимости, можно связать с особенностями действия этой зоны спектра на развивающихся головастиков именно в это время. В желтом и зеленом свете весовой рост превосходил таковой контрольной группы в среднем на 9.9%. Особи, развивающиеся при красном свете, практически не отличались по своим размерам от контроля. Выживаемость головастиков во всех вариантах равнялась 100%. Наступление определенных стадий в ряде монохроматических режимов совпадало, что указывает на одинаковое развитие личинок в опытных и контрольном аквариумах. Исключение составляли синий и голубой свет, в котором головастики на 10, 15 и 20-е сутки от вылупления отличались от особей из белого освещения на 1Ц2 стадии. Из таблицы 6 видно, что длительность личиночного развития снижалась по мере уменьшения длины волны падающего света. По-иному влияли монохроматические зоны спектра на размерные показатели прошедших метаморфоз молодых особей. Если оптимальным режимом для роста и развития головастиков являлся синий свет, то наиболее крупные особи отмечены при желтом освещении.
Рост головастиков озерной лягушки при красном освещении практически не отличался от контроля. При желтом и зеленом освещении масса тела особей превышала контроль соответственно на 18.0 и 13.1% (р<0.05). Более заметный эффект наблюдался при синем свете: масса тела была выше на 34.0% (р<0.01).
По нашим данным благоприятным для роста головастиков озерной лягушки являлся голубой свет, при котором длина особей увеличилась на 18.3, а масса - на 64.7% по сравнению с контролем (р<0.01). Как и ранее в опытах с травяной лягушкой, стадии развития головастиков мало отличались от контрольного варианта. Выживаемость личинок была одинаковой и составила 100%. Длительность личиночного периода снижалась при любом монохроматическом освещении. Но если при красном свете этот показатель уменьшался относительно контроля недостоверно, то при голубом и синем освещении был достоверно ниже, соответственно на 7.9 и 7.0% (р<0.01). Менее значимая разница по длительности развития зафиксирована в условиях желтого и зеленого освещения (р<0.05).
Во время метаморфоза в варианте с красным освещением наблюдалась гибель особей, в других аквариумах подобного не зафиксировано (табл. 6). Размеры сеголеток, выращенных в условиях голубого и зеленого освещения, были достоверно (р<0.01, р<0.05) выше таковых контрольных особей (Ruchin, Lobachev, 2005).
Различные монохроматические зоны неоднозначно влияют на развитие и рост личинок шпорцевой лягушки. Зеленый и голубой свет наиболее благоприятно воздействовали на рост головастиков (табл. 6). Масса тела особей в этих вариантах достоверно превосходила контроль соответственно на 16.4 и 29.7%.
Развитие головастиков из указанных вариантов также опережало соответствующий показатель личинок контроля. Развитие и рост личинок при красном свете мало отличались от контроля на протяжении 35 дней опыта. Однако затем Таблица 6. Некоторые показатели личиночного развития амфибий при различном цвете освещения Цвет освеще- Дни от вы- Масса тела Отход личи- Продолжитель- Смертность ме- Масса тела сения лупления личинок, мг нок до мета- ность личиночно- таморфизирую- голеток, мг морфоза, % го развития, сут щих особей, % Травяная лягушка Контроль 20 34917 0 43.00.2 15.3 368Красный 20 34618 0 42.40.3 14.2 354Желтый 20 38017 0 42.40.2 14.7 42115* Зеленый 20 37023 0 41.90.1 11.2 387Голубой 20 38716* 0 41.50.1 12.1 378Синий 20 44521** 0 38.10.1** 11.3 346Озерная лягушка Контроль 40 26228 0 69.70.7 0 598Красный 40 25834 0 67.50.9 2.5 586Желтый 40 30836 0 65.30.6* 0 72626* Зеленый 40 29530 0 65.50.6* 0 76228* Голубой 40 43038** 0 64.20.7** 0 83220** Синий 40 35032* 0 64.80.5** 0 73130* Шпорцевая лягушка Контроль 45 40120 24 63.90.4 2.6 280Красный 45 37628 34 67.71.0* 27.6** 265Желтый 45 42731 15 64.00.2 9.4** 287Зеленый 45 46818* 14 62.30.3* 2.3 31818* Голубой 45 52022** 10 60.00.4* 1.1* 33111* Синий 45 39032 11 65.70.2* 2.2 281* - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01; *** - достоверно при p<0.001. Контроль - свет от лампы ЛБ (лбелый свет).
(на 45-е сутки) произошло их снижение. Изучаемые показатели личинок при синем свете были практически идентичны таковым у контрольных особей, а при желтом - лишь незначительно и статистически не значимо увеличивались по сравнению с показателями контроля. Смертность головастиков при разном монохроматическом освещении также была неодинаковой (табл. 6). Размеры сеголеток, выращенных в условиях зеленого и голубого освещения, были достоверно (р<0.05) выше таковых контрольных особей. В остальных вариантах значимой разницы в размерах сеголеток отмечено не было, однако при красном освещении показатели были несколько снижены. Также необходимо отметить довольно существенный отход особей во время метаморфоза (в 10.5 раза больше, чем в контроле) именно в красном свете. Наоборот, в голубом свете смертность метаморфизирующих головастиков снизилась в 2.4 раза. В остальных монохроматических зонах изученные показатели имели промежуточные значения.
Как и большинство личинок амфибий, головастики исследованных видов обладают хорошо развитыми органами зрения, которые представлены латеральными глазами и теменным органом, причем первый из них достоверно, а второй с определенной долей вероятности, способны к цветовосприятию (Мантейфель, 1977; Vullings et al., 1983). В отношении механизмов полученных эффектов можно высказать только гипотезы, поскольку литературных данных явно недостаточно. Предположительно зелено-голубое освещение является более комфортным для личинок, у которых максимум чувствительности пигментов латеральных и теменного глаз находится в пределах 502-560 нм (Мантейфель, 1977). При этом выделяются гормоны, усиливающие рост и развитие головастиков. К ним, в частности, относятся соматотропин и пролактин (Crim, 1975;
Розен, 1994). Наши результаты показали, что зелено-голубой свет не только увеличивает рост личинок, но и ускоряет развитие. Таким образом, освещение зеленой и голубой зонами спектра, возможно, активизирует синтез гормонов и, в первую очередь, гормона роста. Косвенное подтверждение наших результатов можно найти в работе Мунца (Muntz, 1963), который выявил предпочтение личинками травяной лягушки зеленого и синего цветов красному.
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА РОСТ МОЛОДИ РЫБ 5.1. Фотопериод. Нами исследовано влияние фотопериода на рост молоди семи видов рыб с различными экологическими особенностями. Как показали результаты экспериментов, максимальный темп роста всех видов наблюдался при круглосуточном освещении, причем наиболее чутко на характер фотопериода реагировала молодь уклейки, верховки и гуппи (рис. 2). Так, скорость их роста в данном режиме была выше, чем в варианте 12Т/12С, соответственно на 25, 29 и 27%, тогда как осетра, карпа, карася и ротана - соответственно на 4, 6, 16 и 16% (p < 0.05).
Наиболее чутко на характер фотопериода реагирует молодь планктоноядных видов рыб, что свидетельствует о значительной роли зрительного анализатора в реакции на изменение фотопериода. И.И. Гирса (1981) установила, что Серебряный Ротан Сибирский Карп Уклейка Верховка Гуппи карась осетр 1 2 Рис. 2. Скорость роста молоди рыб при различном соотношении светлого (С) и темного (Т) времени суток. 1 - 0С/24Т; 2 - 12С/12Т; 3 - 24С/0Т.
верховка не различает объекты зоопланктона и перестает питаться при снижении освещенности до 5 к. По всей видимости, эти данные справедливы в отношении уклейки и гуппи, экологические ниши которых в определенной степени сходны. Таким образом, при круглосуточном отсутствии света планктоноядные рыбы перестают питаться и, соответственно, их рост будет снижаться. Наши результаты подтверждают это предположение: скорость роста уклейки, верховки и гуппи в темноте была соответственно в 2.9, 2.4 и 1.8 раза ниже, чем у рыб, содержавшихся при круглосуточном освещении (при p < 0.01). Небольшие приросты этих видов в темноте можно объяснить случайными захватами пищи во время необходимой ежедневной чистки аквариумов.
В то же время у придонных видов при отыскании пищи главную роль играет обоняние, и можно было бы предположить, что их рост во всех вариантах окажется одинаковым. Однако в темноте скорость роста карпа, сибирского осетра, серебряного карася и ротана была соответственно в 1.7, 1.6, 2.2 и 1.раза ниже, чем при постоянном освещении (p<0.01). Наиболее вероятной причиной полученной зависимости является воздействие света на эффективность конвертирования пищи (у карпа, серебряного карася, сибирского осетра и ротана) (см. главу 6).
Фотопериод относится к абиотическим факторам, активно влияющим на гормональный фон в организме рыб. Например, по данным Саутина и Романенко (1982), соматотропная функция гипофиза реагирует на изменение фотопеСкорость роста, % в сутки риода уже через 12 дней. При этом длинный день вызывает у некоторых видов рыб увеличение выделения гормона роста (Okumoto et al., 1989; Stefansson et al., 1991; Perez-Sanchez et al., 1994). Увеличение светлого времени суток стимулирует повышение концентрации пролактина в крови золотой рыбки, но снижает его количество в гипофизе, т.е. стимулирует выход этого гормона из мозговых структур в кровь. Минимум концентрации этого гормона в сыворотке крови приходился на конец световой фазы, а максимум - на темновую фазу (McKeown, Peter, 1976). Аналогичные эффекты получены в экспериментах на молоди некоторых лососевых рыб (Bjornsson, 1997). У смолтов атлантического лосося увеличение длины светового дня повышало содержание гормона роста (Handeland et al., 2003). Продолжительность наших экспериментов обычно составляла 10 дней, т.е. за этот период также могло увеличиться содержание соматотропина, что в конечном итоге ускорило рост. При постоянном отсутствии света рост исследованных видов снижался. Скорость роста рыб при равнозначном чередовании темноты и света характеризуется промежуточными значениями.
5.2. Освещенность.
5.2.1. Постоянная освещенность. Имеются указания на то, что освещенность может быть мощным стимулятором роста рыб, например радужной форели и белого толстолобика (Есавкин, 1982; Власов, 1985; Раденко, Алимов, 1991;
Stefansson et al., 1991; Duncan et al., 1998, 2002; и др.). Как показали результаты наших экспериментов (рис. 3), рост молоди карпа зависит от освещенности, причем с возрастом по мере увеличения массы происходит изменение оптимального режима освещенности для роста.
Рис. 3. Скорость роста карпа различной массы при постоянной освещенности: - личинки массой 8Ц12 мг, 2 - сеголетки массой 0.5Ц2.58 г, 3 - сеголетки массой 3.8Ц4.1 г.
В опытах на молоди со средней начальной массой 0.5Ц2.58 г оптимальная освещенность составляла 4200 к, однако в вариантах с уровнем освещения 1300 и 2200 к темп роста статистически достоверно не различался. При освещенности 8400 к скорость роста снижалась более значительно, чем при низкой освещенности. Сеголетки со средней массой 3.8Ц4.1 г быстрее росли в другом режиме освещенности - 1300 к (рис. 3). По нашему мнению, снижение с возрастом оптимальной для роста освещенности связано с постепенным переходом сеголеток на питание бентосными организмами и, соответственно, к придонному образу жизни. В полной темноте, как личинки, так и молодь росла гораздо хуже, чем в других вариантах.
Наибольший рост молоди серебряного карася наблюдался при невысокой интенсивности освещения на уровне 200Ц930 к (рис. 4). Низкая скорость роста зарегистрирована при полном отсутствии освещения. Сходные результаты были получены и в экспериментах на годовиках серебряного карася.
Рис. 4. Скорость роста сеголеток и годовиков серебряного карася (1), сеголеток золотого карася (2), сеголеток ротана (3), сеголеток сибирского осетра (4) и молоди гуппи (5) при различной освещенности.
Скорость роста сеголеток золотого карася была выше при освещенности 470Ц500 к и снижалась по мере уменьшения или увеличения интенсивности света. Несколько иные результаты получены в экспериментах с ротаном. В пяти опытах с практическими одноразмерными особями максимальные приросты отмечались в режимах с освещенностью 330 и 800 к. При крайних значениях освещенности (0 и 5000Ц6000 к) приросты достоверно (р<0.05) снижались.
Высокий темп роста молоди сибирского осетра наблюдался в широком диапазоне уровней интенсивности света (рис. 4). В каждой серии экспериментов выявлены определенные оптимальные режимы освещенности, но какой-либо четкой закономерности не прослеживалось. Поэтому, исходя из результатов исследований, следует признать, что для молоди сибирского осетра оптимальным является диапазон освещенности от 30 до 800 к.
Иная зависимость установлена в опытах с гуппи. Из рисунка 4 видно, что скорость роста молоди этого вида постепенно повышается с увеличением освещенности. Необходимо указать, что ранее сходные результаты были зафиксированы нами в опытах на личинках карпа. При этом заметно, что наиболее резкое увеличение скорости роста мальков гуппи происходило при изменении освещенности от 0 до 200 к. Дальнейший подъем интенсивности освещения практически не сказался на росте.
Таким образом, нами установлены определенные оптимальные режимы освещенности для молоди шести видов рыб. Оказалось, что для исследованных видов характерен диапазон освещенности при максимуме роста в отдельном режиме. Было показано, что для придонных обитателей (серебряный и золотой караси, сибирский осетр, сеголетки карпа), а также для пелагического обитателя (ротана) оптимальная зона смещена в сторону более низких значений интенсивности света. Рыбы поверхностных слоев водной толщи (гуппи, личинки карпа) предпочитают более значительные уровни освещенности, что связано с первостепенной ролью зрения при питании планктоном. Помимо этого, нами установлена связь возраста карпа и оптимальной освещенности. Оказалось, что с возрастом происходит ее изменение в сторону уменьшения.
5.2.2. Переменная освещенность. Результаты экспериментов показали, что рост молоди рыб значительно ускоряется при колебаниях освещенности в оптимальных пределах (рис. 5). Приросты молоди постепенно возрастали по мере увеличения амплитуды изменений интенсивности освещения. Увеличение скорости роста в определенных астатичных режимах было зарегистрировано не только в опытах на сеголетках рыб, но и в экспериментах с годовиками карпа и серебряного карася. При их 50-суточном выращивании в переменном режиме скорость роста увеличивалась, соответственно в 1.28 раза и в 1.65 раза (р<0.01).
Скорость роста серебряного карася и ротана постепенно возрастала с увеличением амплитуды, а максимальная наблюдалась при амплитуде 1200 к (диапазон 200Ц1400 к). Последующее расширение диапазона колебаний, как и в случае с карпом, приводило к снижению показателя. В экспериментах с молодью сибирского осетра за контроль принимали вариант с постоянной освещенностью на уровне 600 к. Наибольший прирост получен в режиме с суточными колебаниями освещенности от 200 до 1000 к. В целом сходные зависимости получены при воздействии переменной освещенности на рост мальков гуппи.
Скорость роста мальков гуппи возрастала от 12.0 до 15.9% при увеличении амплитуды колебаний от 600 до 4600 к, а затем снижалась до 10.8% при максимальной амплитуде 5400 к.
Рис. 5. Зависимость удельной скорости весового роста молоди карпа с исходной массой 1.2Ц2.2 г (1) и 4.0Ц4.1 г (2), молоди серебряного карася (3), ротана (4), сибирского осетра (5) и гуппи (6) от амплитуды колебаний освещенности вокруг константного оптимума.
Поскольку освещенность является довольно быстро изменчивым фактором, мы попытались выяснить, каким образом действуют на рост колебания освещенности с частой периодичностью. Оказалось, что в вариантах с короткими периодами уровня света 0.5, 4 и 12 ч молодь рыб росла достоверно лучше, чем при значительной периодичности (24 и 48 ч). При максимальных амплитудах колебаний освещенности (от темноты до яркого света) темп роста рыб уменьшался. Вероятно, это связано с очень негативным влиянием постоянного отсутствия света, которое мы наблюдали в предварительных экспериментах.
Обнаруженный в наших опытах эффект увеличения скорости роста в переменных режимах освещенности напоминает таковой, описанных в литературе. Как было показано (Константинов, 1993; Константинов, Зданович, 1996;
Константинов и др., 1987, 1991, 1995а; Константинов, Мартынова, 1990; Константинов, Шолохов, 1990; Константинов и др., 1995а, 2005а; Пушкарь и др., 1999), скорость роста при колебаниях некоторых абиотических факторов статистически достоверно выше, чем при константных оптимальных параметрах среды. Схожесть ответа скорости роста на колебания освещенности, выявленного в собственных исследованиях, с другими факторами позволяет сделать вывод, что ростостимулирующий эффект обусловлен именно изменчивостью фактора и эволюционно выработанной адаптацией рыб к этим изменениям.
5.3. Цвет освещения.
5.3.1. Постоянные условия. Нами проведены исследования по изучению роста нескольких видов рыб при влиянии различного цвета освещения. Было установлено, что оптимальным режимом для выращивания личинок и молоди карпа является зеленое освещение (рис. 6). Несколько меньшая скорость роста зарегистрирована при освещении синими и голубыми лучами спектра. Не отмечено существенной разницы между контролем и желтым освещением, тогда как в красном свете скорость роста карпа снижалась в среднем на 6% (р<0.05).
Рис. 6. Зависимость удельной скорости весового роста личинок (1) и сеголеток (2) карпа, молоди золотого карася (3), ротана (4), сибирского осетра (5), мальков золотой рыбки (6), гуппи (7) и золотистого сомика (8) от амплитуды колебаний освещенности вокруг константного оптимума.
В целом аналогичные результаты получены в экспериментах с молодью золотого карася: максимальной скоростью роста характеризовались особи, выращиваемые при зеленом, желтом и синем освещении, минимальной - при красном. При изучении роста молоди сибирского осетра оказалось, что наиболее высокими значениями скорости роста характеризовались рыбы, выращиваемые при зеленом и голубом освещении.
В отличие от предыдущих видов максимальная скорость роста молоди ротана отмечалась как при зеленом, так и при синем освещении. В среднем данный показатель превышал контрольный вариант соответственно в 1.18 и 1.21 раза (р<0.05). Красный и желтый свет снижали скорость роста. Синие лучи спектра являлись оптимальными для выращивания мальков гуппи. Красное освещение угнетало рост на 11% относительно контроля (р<0.05). Не было замечено достоверной разницы по скорости роста гуппи в зеленом и желтом свете.
Одна серия экспериментов была проведена на золотистом сомике. Оказалось, что его рост улучшается при освещении зелеными и голубыми лучами спектра.
Обращает на себя внимание улучшение ростовых показателей при красном и желтом освещении, что не было зафиксировано в опытах на других рыбах.
Вполне вероятно, что этот сом, обитая в очень мутных водах, которые, как известно (Константинов, 1979; Walmsly et al., 1980; Chung et al., 1998) в значительной степени рассеивают красно-желтые лучи, наилучшим образом приспособлен к подобному освещению.
Таким образом, нами был установлен факт ускорения роста молоди восьми видов рыб при освещении коротковолновой частью спектра (в основном зеленым и синим цветом). Ростовая реакция видов на цвет освещения видоспецифична: наибольшие размеры и удельные величины роста карп, серебряный карась, сибирский осетр, золотая рыбка и золотой карась имели при зеленом, ротан - при зеленом и синем, сомик - при зеленом и голубом, а гуппи - при синем освещении. В экспериментах скорость роста личинок белого толстолобика значительно увеличивалась при зеленом освещении (Раденко, Алимов, 1991). С другой стороны, рост личинок пеляди ускорялся при синем освещении (Раденко, Терентьев, 1988). При освещении лучами красной зоны спектра скорость роста всех указанных видов, в том числе и использованных в наших исследованиях, уменьшалась. При этом в отличие от других видов рыб на подращивание мальков золотистого сомика красное освещение влияет положительно.
5.3.2. Переменные условия. Как показали опыты, колебания цвета излучения по схеме желтыйЦголубой с периодом 24 ч увеличивали скорость роста сеголеток. В переменных режимах синийЦжелтый и зеленыйЦсиний скорость роста относительно константных вариантов практически не изменялась.
Интересно отметить, что даже включение зеленого (оптимального) цвета в красный режим не увеличивало скорость роста. В опытах на мальках гуппи получены аналогичные результаты. При сине-зеленом освещении скорость роста достоверно (р<0.05, р<0.01) увеличилась в среднем на 11.5% по сравнению с синим светом. Обращает на себя внимание увеличение скорости роста при красно-синем освещении относительно постоянного красного света, что может объясняться положительным действием синего спектра освещения. Единственная публикация, в которой описывается влияние комбинированных режимов освещения - монохроматического и дневного - является работа З.А. Гутиевой (2005). Вызывает сожаление отсутствие в ней описания методики экспериментов, что снижает ее значимость. Несмотря на это можно констатировать, что при такой комбинации личинки карпа, белого амура и белого толстолобика росли гораздо быстрее, нежели личинки из других (постоянных) режимов освещения. Таким образом, при периодических изменениях цвета излучения в пределах оптимальных режимов рост молоди рыб ускоряется, что подтверждает выдвинутую концепцию экологического оптимума А.С. Константинова (1997), согласно которой благоприятными для функционирования организма рыб являются не статичные, а астатичные режимы факторов среды. Для карпа благоприятным режимом являлся желтый-голубой, для гуппи - синий-зеленый.
Режимы с включением красного цвета относительно негативно действовали на скорость роста.
5.4. Рост и поведение рыб в светоградиентных лотках. Опыты проводили параллельно в двух градиентных лотках при равномерном освещении (контроль) и в светоградиентном поле (опыт). В первой серии экспериментов изучали рост молоди карпа. Освещенность в градиенте составляла 200Ц2900 к, в контроле 1550 к. Регистрацию роста проводили через 10 дней. Соотношение скоростей роста между опытом и контролем колебалось за время опыта от 1.до 2.08, т.е. в некоторых случаях наблюдалось двукратное превышение удельной скорости весового роста над таковой в контроле (рис. 7). Аналогичные результаты зарегистрированы в экспериментах с молодью серебряного карася и гуппи.
контроль опыт Карп Серебряный карась Гуппи Рис. 7. Скорость роста рыб в равномерно освещенном (контроль) и светоградиентном (опыт) лотках.
Параллельно с ростовыми экспериментами изучали поведение молоди карпа, серебряного карася и гуппи в светоградиентном поле: для первого вида устанавливали градиент освещенности по отсекам 200Ц2900 к, для карася - 300Ц1200 к, для гуппи - 3200Ц5900 к, в контроле освещенность во всех отсеках была одинаковой и равнялась среднему значению в светоградиенте (соответственно 1550, 750 и 4550 к). В градиенте молодь всех изучавшихся видов преимущественно держалась в зонах с определенным уровнем освещения, но часто на короткое время заплывала в отсеки с другими значениями освещенности. Было замечено, что преферендтные зоны изменялись в зависимости от продолжительности голодания рыб. Так, у карпа и серебряного карася при отсутствии пищи избираемые зоны смещались в сторону увеличения освещенности. По мере увеличения периода отсутствия корма избираемая освещенность возрастала от 1700 к через 0.5 ч до 2000 к через сутки. Сходная закономерность наблюдалась в опытах с карасем, который явно избирал более светлые участки градиента в зависимости от состояния накормленности. Несколько иная зависимость наблюдалась в опытах с гуппи. По мере увеличения периода Скорость роста, % в сутки голодания особи гуппи начинали практически одинаково часто заплывать и задерживаться в различных по освещенности зонах.
Выше отмечалось, что выращивание рыб в условиях колебаний светового фактора приводит к ускорению их роста по сравнению с константными оптимальными условиями. Это могло бы быть связано с уменьшением внешней работы организма, в частности снижением двигательной активности и перераспределением энергии в пользу роста. Однако, наши эксперименты показали, что двигательная активность молоди рыб в светоградиентных условиях была выше таковой в контроле. Если число векторных перемещений не различалось, то средняя дальность перемещений и суммарный путь, проплываемый рыбами, превышали в светоградиенте соответствующие значения в контроле.
Кроме градиентного изменения освещенности по вертикали, в природных водоемах изменяется и спектральный состав падающей на поверхность воды солнечной радиации. Поэтому в водоемах рыбы, перемещаясь по вертикали и горизонтали, испытывают воздействие со стороны различного монохроматического света (Волкова, 1967; Левин, 1989). В соответствии с этим нами были проведены эксперименты по изучению роста молоди рыб в цветоградиентном поле. В цветоградиентном поле скорость роста молоди рыб статистически достоверно (р<0.05) повышалась относительно контроля (рис. 8).
контроль опыт Золотой карась Ротан Гуппи Рис. 8. Скорость роста молоди рыб в равномерно освещенном белом (контроль) и цветоградиентном (опыт) лотках.
Таким образом, результаты, полученные в наших экспериментах, вновь подтверждают сделанный ранее вывод о стимуляции роста молоди изученных видов рыб в переменных режимах светового фактора. Наши данные в целом хорошо согласуются с имеющимися литературными, в которых показано положительное влияние градиентов температуры и рН на рост рыб (Константинов и др., 1991, 1995а; Зданович, 1997). В условиях градиента освещенности увеличивается число векторных перемещений и длительность пути, проплываемого рыбой за 1 ч. В целом, плавательная активность молоди не только не снижается, но и значительно возрастает. Увеличение двигательной активности происходит за счет частой перемены направлений перемещений под воздействием градиСкорость роста, % в сутки ентной освещенности. Это указывает на то, что ускорение роста рыб в градиентных полях связано не с уменьшением внешней работы, а с оптимизацией метаболизма и перераспределением энергии в пользу роста.
Глава 6. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МОЛОДИ РЫБ 6.1. Влияние света на дыхание рыб.
6.1.1. Влияние света на потребление кислорода. В условиях чередования света и темноты интенсивность дыхания сибирского осетра несколько увеличивалась (в среднем на 7Ц8%, р < 0.05) по сравнению с контролем (рис. 9). В условиях круглосуточного освещения наблюдалось некоторое повышение интенсивности дыхания, которое оказалось недостоверно относительно контроля.
Таким образом, потребление кислорода увеличивается в режимах с периодическим чередованием света и темноты, а при круглосуточном освещении или при отсутствии света снижается. В опытах с молодью серебряного карася были получены аналогичные результаты: наименьшая интенсивность потребления кислорода зарегистрирована у рыб, находящихся при постоянном отсутствии света. В определенной степени результаты наших экспериментов согласуются с опубликованными данными (Chakraborty et al., 1992; Finn, Ronnestad, 2003).
Рис 9. Интенсивность потребления кислорода молодью рыб при различном соотношении светлого (С) и темного (Т) времени суток. 1 - 0С/24Т; 2 - 8С/16Т; - 12С/12Т; 4 - 16С/8Т; 5 - 24С/0Т.
Существуют некоторые публикации, в которых рассматривается вопрос о влиянии постоянной освещенности на интенсивность дыхания рыб (Шкорбатов и др., 1959; Hamor, Garside, 1975; Finn et al., 2002). В наших исследованиях оказалось (рис. 10), что при повышении освещенности интенсивность дыхания молоди карпа увеличивалась. Коэффициент корреляции, полученный из результатов всех опытов, составлял 0.615, т.е. наблюдалась прямая зависимость (средней силы) интенсивности дыхания от освещенности. Было также замечено резкое снижение данного показателя в темноте.
Рис. 10. Интенсивность потребления кислорода молодью рыб при различной постоянной освещенности. 1 - карп; 2 - сибирский осетр; 3 - серебряный карась.
Несколько иные данные были получены в экспериментах на молоди сибирского осетра. По результатам трех серий опытов можно только констатировать, что при высоких скоростях роста наблюдалось и большее потребление кислорода, т.е. обменные процессы в организме рыб в данных режимах идут гораздо интенсивнее. Не выявлено корреляции между интенсивностью потребления кислорода и освещенностью (r=0.028). В темноте интенсивность потребления кислорода снижалась на 7.5% по сравнению с максимальным его значением по всем сериям опытов. В некоторой степени похожие результаты были получены Крючковым с соавторами (2006) на молоди стерляди, когда при круглосуточном затемнении у этого вида снижалась частота дыхания. В опыте на молоди серебряного карася выявлено, что интенсивность дыхания не зависит от интенсивности светового воздействия (r=0.259). Исключение составлял вариант полного отсутствия света, в котором потребление кислорода значительно (на 18%) снижалось.
В большинстве исследований было показано, что оптимальные колебания факторов среды вызывают снижение интенсивности дыхания молоди рыб (Константинов, Шолохов, 1993; Константинов и др., 2005). Нами также проведены подобные исследования на молоди трех видов рыб. Оказалось, что одновременно с ускорением роста рыб (глава 5.2.2) в оптимальных переменных режимах освещенности потребление кислорода молодью карпа уменьшается. Как видно из рис. 11, интенсивность дыхания в переменных вариантах снижалась в среднем по всем опытам на 11.9% по сравнению с контролем (p<0.05). Не выявлено значимого изменения интенсивности дыхания в вариантах с максимальной амплитудой колебаний освещенности (0Ц8400 к). Суммарное потребление кислорода за время опыта в переменных режимах незначительно увеличивалось по сравнению с контролем.
Полученные нами результаты на молоди сибирского осетра не позволяют сделать однозначный вывод о снижении интенсивности дыхания в переменных режимах. В условиях периодического изменения освещенности (200Ц1400 к) интенсивность дыхания карася снижалась на 10.5Ц23.1% по сравнению с контролем. Таким образом, нами зарегистрирован эффект снижения потребления кислорода в переменных режимах освещенности. Сходные результаты были получены ранее в экспериментах Константинова с соавторами (1989, 1998, 2002) при воздействии на молодь рыб колебаний различных факторов. Отмеченный эффект получен нами на фоне ускорения роста именно в переменных режимах (глава 5.2.2), что указывает на изменение метаболизма рыб, сопровождающееся перераспределением энергии в пользу роста.
В литературе полностью отсутствуют данные о влиянии монохроматического освещения на интенсивность потребления кислорода рыбами. В связи с этим нами проведены эксперименты по изучению этого показателя молоди сибирского осетра в зависимости от спектра света.
Оказалось, что интенсивность дыхания во всех опытных и контрольном вариантах различалась недостоверно. В данном случае можно только отметить, что при красном освещении она была несколько ниже, а при зеленом - выше контрольной группы.
В силу этого суммарное потребление кислорода за время опыта было ниже при красном и выше - при зеленом освещении. Однако расчет расхода кислороРис. 11. Интенсивность потребления кислорода да на прирост массы тела молодью рыб в контроле (постоянная освещенимел обратную зависиность) и опыте (оптимальная переменная освемость.
щенность).
6.1.2. Суточная ритмика дыхания. Нами подробно был изучен суточный ритм потребления кислорода молодью карпа и серебряного карася при различных световых воздействиях. Для изучения величины потребления кислорода молодью карпа и серебряного карася использовали метод проточных сосудов (скорость течения 7-8 л/ч). В опытах на молоди карпа было выявлено, что в условиях полной темноты ритмика интенсивности дыхания практически отсутствовала (рис. 12). Только небольшое повышение показателя зарегистрировано в 4 и 16 ч. С другой стороны, при значительных величинах освещенности (1300, 4200 и 8400 к) наблюдался четкий ритм интенсивности потребления кислорода, характеризующийся максимумом в дневные часы.
Более значительно ритмика дыхания серебряного карася была выражена при освещенности 100 и 800 к. При этом отмечались два максимума: первый большой приходился на дневное время (с 9 до 13 ч) и меньший - на вечернее (18Ц19 ч). Минимальное потребление кислорода зарегистрировано ночью и ранним утром (с 0 до 5 ч). Дневной максимум и ночной минимум интенсивности дыхания характерен для многих рыб, активных именно днем (Олифан, 1940;
Белковский, 1982; Шекк, 1986; DeSilva et al., 1986; Imsland et al., 1995). В условиях постоянной темноты и при высокой освещенности ритмичность была выражена слабее и разница между максимумом и минимумом достигала всего 18 - 21 мкгО2/г*ч.
Рис. 12. Суточный ритм потребления кислорода молодью карпа в различной освещенности (средние значения из 4-х серий опытов). 1 - 0 к; 2 - 1300 к; 3 - 4200 к; 4 - 8400 к.
Как мы указывали выше, интенсивность потребления кислорода в переменных режимах освещенности уменьшается. Возникает вопрос о том, как быстро рыбы реагируют на изменение фактора, и как быстро приспосабливаются к новым условиям освещения. Нами проведены специальные исследования на молоди карпа и серебряного карася. Изучалась реакция рыб на включение и отключение света. Для этого за 10 минут до и после включения или отключения освещенности брали пробы воды с целью определения реагирования дыхания на смену режимов. В константном режиме выявлена суточная ритмика потребления кислорода: в 2Ц8 ч данный показатель снижался в среднем до 340, затем постепенно повышался и достигал максимума (802) в 12 ч, и вновь падал до 6мкг/г*ч в 14 ч. При быстром изменении условий среды или ее отдельных компонентов наблюдается резкое усиление энергетических процессов в организме рыб (до двух раз и более), выражающееся в увеличении потребления кислорода и общих показателях функционального обмена. Через 2-6 ч скорость энергетических процессов замедляется и относительно стабилизируется на определенном уровне (Рыжков, Полина, 1988).
Таким образом, молодь изученных видов рыб мгновенно реагирует на любое изменение освещенности. Особенно резко эта реакция проявляется при включении освещенности, в меньшей степени - при отключении. В следующие 3Ц5 ч интенсивность дыхания молоди возрастает, а затем стабилизируется на другом уровне. У ряда рыб в константных условиях освещенности при увеличении значения фактора интенсивность дыхания возрастает (Смирнов, Кляшторин, 1982; Власов, 1985; Есавкин, 1985; Igram, Wares, 1979; Chakraborty et al., 1992).
6.2. Влияние света на ритм питания рыб. В потреблении корма молодью серебряного карася проявлялась определенная ритмичность. При периодическом освещении максимум интенсивности питания приходился на дневное время (10Ц16 ч), т.е. практически после включения света (в 8 ч). При постоянном освещении независимо от интенсивности светового воздействия такой пик зарегистрирован в утренние часы (6Ц10 ч), а в темноте ритмичность была подавлена (рис. 13). Соответственно, включение света при периодическом освещении стимулирует интенсивность потребления корма, т.е. свет является пусковым механизмом (фактор-сигналом). С другой стороны, появление утреннего пика при постоянном освещении можно объяснить работой внутреннего механизма биологических часов, реагирующих на природное изменение освещенности, которая в естественных условиях изменяется постепенно, а не одномоментно, как в наших опытах.
Как известно (Wunder, 1936, цит. по Ивлеву, 1977; Reddy, Kote, 1975), рыбы, обладая цветовосприятием, способны избирательно потреблять корм при том или ином монохроматическом освещении. В.Н. Раденко и П.В. Терентьев (1988) обнаружили, что при высокой скорости роста личинок пеляди в синем свете увеличивается потребление комбикорма. На свету сом Clarias gariepinus предпочитал гранулы комбикорма определенного цвета (Фаттолахи, Касумян, 2005). В наших опытах на молоди карпа оказалось, что при изменении цвета освещения по схеме красныйЦзеленый и зеленыйЦсиний наблюдается четкая закономерность, выражающаяся в увеличении количества съеденного корма в зеленом свете.
Рис. 13. Суточный ритм потребления корма молодью серебряного карася при различных световых режимах (свет / темнота, ч). 1 - 0 к (СТ 0/24); 2 - 800 к (СТ 12/12); 3 - 800 к (СТ 24/0); 4 - 8000 к (СТ 24/0). Стрелками показано время включения и отключения света во втором режиме.
6.3. Влияние света на питание и использование энергии на рост рыб.
6.3.1. Фотопериод. Наши исследования проведены параллельно с ростовыми экспериментами на молоди нескольких видов рыб. Суточные рационы молоди карпа, карася и ротана во всех режимах различались недостоверно, что свидетельствует о потреблении одинакового количества пищи. Однако, как мы указывали выше (см. главу 5.1), приросты по вариантам имели отличия и, следовательно, эффективность конвертирования пищи была разной. Наименьшие значения кормовых коэффициентов зарегистрированы при круглосуточном освещении; при периодическом фотопериоде (12/12) показатель увеличивался незначительно (в среднем на 2Ц3%, различия недостоверны). Наибольшие значения кормовых коэффициентов получены при постоянном отсутствии света: в среднем они были выше в 1.6Ц2.0 раза, чем в режиме с круглосуточным освещением (p<0.01).
Молодь сибирского осетра съедала больше корма при чередовании света и темноты, а также при круглосуточном освещении. В то же время отсутствие света подавляло суммарное потребление корма (в среднем на 10Ц12% относительно других режимов фотопериода). Расчет расхода кислорода на единицу прироста выявил его закономерное увеличение от 0.152 до 0.165 г при повышении длительности освещения от 0 до 12 ч, а затем последующее снижение при круглосуточном освещении до 0.158 г. Таким образом, увеличение приростов сопровождается некоторым увеличением расхода кислорода на единицу прироста. Одновременно с ускорением роста и усилением потребления пищи в режимах 12-, 16- и 24-часового освещения повышается эффективность ее конвертирования (т.е. снижается кормовой коэффициент на 11.7Ц12.5% по сравнению с контролем). Кормовой коэффициент был выше в темноте, т.е. конвертирование пищи в этом режиме снижалось. В опыте на молоди серебряного карася при круглосуточном освещении суточный рацион был ниже относительно других вариантов. Как и в опытах на осетре, в оптимальных для роста режимах расход кислорода на 1 г прироста снижался, а эффективность конвертирования пищи возрастала.
6.3.2. Освещенность. Исследование интенсивности потребления пищи показало (табл. 7), что при 0 к этот показатель увеличивается. При низких темпах роста и большом количестве потребляемого корма отношение прироста к рациону за время опыта невелико, а, следовательно, конвертируемость пищи в темноте хуже.
Таблица 7. Показатели питания и энергетики молоди рыб при различной постоянной освещенности Осве- Масса рыб, г Суточный Сум- Расход ки- Кормощен- начальная конечная рацион, % марный слорода на вой коность, рацион, 1 г при- эффицилк г/экз. роста, г ент Карп (n = 10, = 10 сут) 0 4.06 5.00 28.40.5 12.88 3.08 13.160 4.06 5.91 26.80.4 13.50 2.43 7.1300 4.06 5.97 26.60.3 13.55 2.41 7.2200 4.06 5.53 27.00.4* 13.12 3.06 8.4200 4.06 5.44 27.30.3 13.14 3.41 9.8400 4.06 5.16 27.80.2 12.94 5.27 11.Осетр сибирский (n = 11, = 23 сут) 0 1.58 5.95 18.00.2 15.61 0.135 3.100 1.58 7.02 17.50.2 17.31 0.129 3.600 1.58 7.16 17.50.1 17.59 0.133 3.2000 1.58 6.12 17.40.3 15.41 0.139 3.5000 1.58 6.25 17.30.2 15.60 0.139 3.Серебряный карась (n = 20, = 10 сут) 0 5.0 6.80 18.2+0.3 10.75 0.121 5.100 5.0 7.40 17.2+0.2* 10.66 0.110 4.800 5.0 7.40 17.0+0.1* 10.55 0.112 4.2500 5.0 7.10 17.8+0.3 10.77 0.120 5.8000 5.0 7.20 18.1+0.2 11.05 0.117 5.* - достоверно при p<0.Суточное потребление корма молодью сибирского осетра различалось при разной освещенности недостоверно. Лишь при отсутствии света наблюдалось некоторое его увеличение. Суммарное потребление корма и кислорода всегда было выше при оптимальных для роста значениях освещенности (табл.
7). Интенсивность питания серебряного карася уменьшалась по мере увеличения освещенности от 16.5 и 29.6% при 0 к до 15.4 и 26.9% при 100Ц1200 к, а затем возрастала до 16.2 и 28.2% при высокой интенсивности света.
Таким образом, те режимы освещенности, в которых рост молоди рыб увеличивается, также являются наиболее выгодными с точки зрения энергобаланса. В этих условиях у рыб снижаются или мало изменяются суточные рационы, повышается суммарное потребление пищи. Однако на этом фоне снижается расход кислорода на прирост массы тела, и повышается эффективность использования пищи на рост.
Также нами проведены исследования по изучению особенностей энергетики молоди рыб при переменной освещенности. Наряду с увеличением темпа роста карпа, карася и ротана колебания освещенности в благоприятных режимах оптимизировали энергетику. Суммарное потребление корма и кислорода за время опыта в переменных режимах незначительно увеличивалось по сравнению с контролем. При этом подопытные рыбы росли быстрее, а интенсивность их дыхания снизилась, что свидетельствует об уменьшении относительных энерготрат под влиянием колебаний освещенности. И только при значительной амплитуде колебаний (8400 к) расход кислорода на прирост увеличился в среднем на 13.7%, а эффективность использования пищи снизилась на 8.9% относительно контроля. Одновременно с ускорением роста в оптимальных переменных режимах увеличивалось суммарное потребление корма и кислорода.
Однако расход кислорода на единицу прироста массы и кормовой коэффициент были всегда ниже именно в переменных условиях.
6.3.3. Цвет освещения. В наиболее благоприятных для роста молоди рыб режимах суточные рационы несколько увеличивались (табл. 8). Это проявлялось в разных по длительности опытах. Несмотря на общее увеличение потребления корма, эффективность его конвертирования при этом в значительной степени повышалась. В опытах с карпом наибольшее количество корма молодь потребляла при зеленом и голубом освещении. Несмотря на увеличение количества потребляемой пищи, эффективность ее конвертирования возрастала. В остальных режимах суточные рационы также были несколько выше (недостоверно), а конвертируемость пищи на рост не изменялась.
В опытах на молоди сибирского осетра суточные рационы в отдельных сериях варьировали на уровне 16.0Ц19.1%, но в каждой серии различия между вариантами были недостоверны. Из этого следует, что рыбы потребляли примерно сходное количество корма в пересчете на единицу массы. Укажем, что в каждой серии наблюдалось чуть большее потребление пищи рыбами при освещении зелеными и голубыми лучами спектра. При зелено-голубом освещении происходило уменьшение расхода кислорода на прирост массы, что свидетельствует об улучшении конвертирования пищи на рост. На это же указывает снижение величины кормовых коэффициентов при зеленом и голубом освещении.
Таблица 8. Показатели питания и энергетики молоди рыб при различном цвете освещения Цвет осве- Масса рыб, г Суточный Сум- Расход ки- Кормощения началь- конеч- рацион, % марный слорода на вой коная ная рацион, 1 г при- эффициг/экз. роста, г ент Карп (n = 17, = 10 сут) контроль 1.12 1.91 21.1+0.6 3.20 - 4.красный 1.12 1.86 21.2+0.4 3.17 - 4.желтый 1.12 1.98 21.8+0.5 3.36 - 3.зеленый 1.12 2.27 22.8+0.3* 3.84 - 3.голубой 1.12 1.99 22.0+0.5* 3.45 - 3.синий 1.12 2.08 21.2+0.2 3.39 - 3.Осетр сибирский (n = 6, = 20 сут) контроль 3.02 10.50 18.50.4 24.58 0.111 3.красный 3.02 9.62 19.40.2 24.09 0.109 3.желтый 3.02 10.11 18.70.4 24.53 0.115 3.зеленый 3.02 12.68 19.20.3 28.78 0.104 2.голубой 3.02 12.55 19.60.4 29.49 0.106 3.синий 3.02 11.03 18.00.4 25.27 0.112 3.Серебряный карась (n = 10, = 20 сут) контроль 10.02 12.67 10.4+0.5 23.62 - 8.красный 10.02 11.85 10.6+0.3 23.24 - 12.зеленый 10.02 12.80 10.1+0.3 22.94 - 8.голубой 10.02 12.81 10.5+0.4 24.01 - 8.синий 10.02 13.87 10.5+0.4 24.97 - 6.фиолетовый 10.02 12.07 11.3+0.7 25.03 - 12.Золотая рыбка (n = 15, = 30 сут) контроль 0.25 3.30 24.1+0.1 13.21 - 4.красный 0.25 3.15 26.1+0.2* 13.42 - 4.желтый 0.25 3.44 24.2+0.1 13.44 - 4.зеленый 0.25 3.78 24.2+0.1 14.39 - 4.голубой 0.25 3.55 24.0+0.2 13.74 - 4.синий 0.25 3.50 24.5+0.2 13.81 - 4.Ротан (n = 15, = 20 сут) контроль 1.92 2.63 10.9+0.4 5.02 - 7.красный 1.92 2.60 11.3+0.5 5.08 - 7.зеленый 1.92 3.22 12.1+0.6 6.14 - 4.голубой 1.92 2.85 11.5+0.5 5.50 - 5.синий 1.92 3.10 11.8+0.4 6.04 - 5.фиолетовый 1.92 2.52 10.9+0.5 4.98 - 8.* - достоверно при p<0.05.
Противоположные результаты получены в вариантах с красным и желтым освещением. Оказалось, что в подобных условиях осетры съедали за время опыта такое же или меньшее количество корма, но расход кислорода на прирост был значительно выше. При этом кормовые коэффициенты увеличивались на 13.1Ц17.0% (p<0.05). Исследование характера потребления пищи золотой рыбки показало, что суточные рационы в большинстве вариантов остаются практически на одном уровне. И только при освещении аквариумов красным светом выявлено увеличение данного показателя. Эффективность конвертирования пищи повышалась при зеленом освещении. Сходные результаты получены в экспериментах на молоди ротана.
Таким образом, наблюдавшиеся высокие скорости роста молоди рыб в отдельных режимах монохроматического освещения связаны именно с бльшим потреблением корма. Однако на фоне увеличения потребления корма происходит и уменьшение расхода кислорода на прирост массы тела, что свидетельствует о перераспределении энерготрат в пользу роста и об улучшении конвертирования пищи на рост.
Глава 7. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЫБ 7.1. Гематологические показатели. Кровь, непосредственно участвующая в обменных процессах, отражает изменения, происходящие в организме животного. Известные нам литературные данные о влиянии света на показатели крови рыб крайне скудны. По нашим данным в крови карпа определенная зависимость от фотопериода наблюдается в отношении лимфоцитов, моноцитов и базофилов. При этом количество лимфоцитов закономерно повышалось от 77.5% в условиях непрерывной темноты до 89.0% при периодическом чередовании 12С/12Т, а затем уменьшалось до 82.3% при фотопериоде 24С/0Т.
Обратная картина наблюдалась в отношении моноцитов и базофилов. В экспериментах на молоди сибирского осетра также выявлены определенные зависимости изменения лейкоцитарной формулы (рис. 14). Наибольшее число нейтрофилов (7.3%) зафиксировано в режиме с полным отсутствием света, тогда как наименьшее - при 6-часовом световом дне (3.4%). Количество эозинофилов во всех вариантах не превышало 0.5Ц1%. Число моноцитов варьировало в широких пределах, но четкой зависимости выявить не удалось. Количество лимфоцитов было выше во всех режимах освещения, но снижалось в контроле.
Одна серия экспериментов была проведена на сеголетках шпорцевой лягушки.
Число нейтрофилов, эозинофилов и моноцитов в отдельных вариантах фотопериода различалось недостоверно и не превышало 2Ц3% от общего количества лейкоцитов. Уровень базофилов в крови сеголеток лягушки был практически одинаков в условиях круглосуточной темноты или освещения (6.4Ц6.6%). В то же время при чередовании света и темноты зафиксировано увеличение их числа на 60% по сравнению с другими режимами (р<0.05). Таким образом, учитывая, что в стрессовых ситуациях при неблагоприятном значении факторов наблюдается четко выраженная лимфопения, моноцито-, нейтро- и базофилия (Головина, 1996; Иванов, 2003), можно говорить об ухудшении общего физиологического состояния сеголеток карпа и сибирского осетра в темноте и их более лучшем состояния в других вариантах.
А Б Рис. 14. Зависимость лейкоцитарной формулы крови сибирского осетра (А) и шпорцевой лягушки (Б) от соотношения светлого и темного времени суток (С/Т, часы) (в %). 1 - 0/24; 2 - 8/16; 3 - 12/12; 4 - 16/8; 5 - 24/0.
В другой серии экспериментов изучали влияние постоянной и переменной освещенности на показатели крови. В опытах на молоди карпа количество лимфоцитов не показывало четкой зависимости от величины интенсивности света: их число сначала увеличивалось от 78.0% при 0 к до 83.0% при 3 к, а затем понижалось и снова повышалось до 89.6% (рис. 15). Аналогичная ситуация складывалась с количеством базофилов, нейтрофилов и эозинофилов - их содержание изменялось без определенной зависимости и четкой закономерности выявить не удалось.
Несколько иные результаты получены в опытах на мальках золотой рыбки (рис. 15). Количество нейтрофилов и базофилов в крови этого вида мало зависело от освещенности и не превышало 1.0%. Число эозинофилов и моноцитов было достоверно выше на 5Ц15% (p < 0.05) в условиях постоянной темноты. В свою очередь, количество лимфоцитов в темноте уменьшалось. У красной радужницы при выращивании ее в течение месяца в темноте и при значительной интенсивности света в крови значительно возросло число нейтрофилов и базофилов. Это произошло на фоне снижения в данных режимах количества лимфоцитов и моноцитов.
Имеются сведения, что переменные режимы температуры и рН положительно влияют на гематологические показатели рыб (Зданович, 1990; Кузнецов, 2005). После окончания экспериментов нами изучались основные характеристики крови молоди сибирского осетра. Достоверное увеличение содержания гемоглобина выявлено только при 12-часовой смене режимов (табл. 9). В остальных вариантах изменения этого показателя носили недостоверный характер. Количество эритроцитов также недостоверно изменялось под действием переменной освещенности.
А Б Рис. 15. Зависимость лейкоцитарной формулы крови карпа (А), золотой рыбки (Б) и красной радужницы (В) от освещенности (в %). 1 - 0 к; 2 - 3 к; 3 - 7 к; 4 - 600 к; 5 - 2400 к.
В Таблица 9. Некоторые показатели крови сибирского осетра при переменной освещенности Освещенность, Период, ч Гемоглобин, Кол-во эрит- Кол-во лейколк г% роцитов, цитов, тыс./мкл млн./мкл 600, контроль - 4.47+0.03 0.57+0.09 54.6+0.200-1000 0.5 4.30+0.05 0.53+0.10 53.9+0.200-1000 4 4.83+0.10 0.61+0.12 57.6+0.11** 200-1000 12 5.20+0.10* 0.57+0.11 57.2+0.11** 200-1000 48 4.50+0.09 0.56+0.11 50.2+0.13** * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01.
С другой стороны, количество лейкоцитов в переменных режимах с 4-х и 12-часовым периодом достоверно увеличивалось, а в режиме с 48-часовым периодом снижалось. По всей видимости, переменная освещенность - не такой активный модулятор физиологических показателей, как температура или рН.
Здесь же необходимо указать, что гематологические показатели некоторых видов рыб индифферентны к свету. Например, у тиляпии Oreochromis свет не вызывал сколь либо значимых их изменений (Зобова, 2004). На число эритроцитов, лейкоцитов и величину гематокрита у взрослого двухгодовалого карпа свет также не оказывал заметного влияния (Bieniarz, Maslowska, 1971).
Помимо этого нами изучались концентрация гемоглобина и количество эритроцитов в крови карпа и серебряного карася при длительном выращивании в условиях светоградиентного поля (опыт) и при равномерном освещении (контроль). При выращивании этих видов в опытных условиях концентрация гемоглобина и число эритроцитов были выше, чем при равномерном освещении. У карпа количество гемоглобина было на 9.6%, а число эритроцитов на 19.2% выше контроля.
В литературе совершенно отсутствуют сведения о влиянии цвета освещения на показатели крови рыб. В опытах у осетров, содержавшихся при зеленом и голубом освещении, повышалось число лимфоцитов (табл. 10).
Таблица 10. Некоторые показатели крови сибирского осетра и серебряного карася при разном монохроматическом освещении Цвет осве- Гемоглобин, Кол-во эрит- Содержание ге- Кол-во лейкощения г% роцитов, моглобина в цитов, млн./мкл эритроците, мкг тыс./мкл Сибирский осетр Контроль 6.75+0.03 0.68+0.01 99.3+0.02 25.3+0.Красный 6.73+0.03 0.68+0.06 99.0+0.05 24.3+0.Желтый 6.78+0.02 0.68+0.02 99.8+0.04 25.5+0.Зеленый 7.02+0.03* 0.70+0.03 100.2+0.02* 26.9+0.03** Голубой 6.84+0.02* 0.68+0.04 99.3+0.04 26.2+0.04* Синий 6.92+0.01* 0.69+0.02 99.9+0.03* 25.6+0.Серебряный карась Контроль 7.080.07 0.91+0.05 77.80.04 Красный 6.650.10 0.90+0.08 73.80.03 Зеленый 7.600.08* 0.98+0.04 77.60.05 Голубой 7.010.03 0.95+0.04 73.80.05* Синий 7.850.06* 0.96+0.05 81.80.04** Фиолетовый 7.100.07 0.90+0.06 78.90.06 * - достоверно при p<0.05; ** - достоверно при p<0.01.
Число эритроцитов у молоди сибирского осетра увеличивалось недостоверно, однако это наблюдалось на фоне повышения количества гемоглобина в вариантах с зеленым, синим и голубым освещением. Соответственно, последнее происходило за счет увеличения содержания гемоглобина в одном эритроците.
Как и в опытах с молодью сибирского осетра, в некоторых режимах монохроматического освещения количество гемоглобина у серебряного карася достоверно увеличивалось. Причем это увеличение наблюдалось в тех режимах, где наблюдались высокие скорости роста (зеленый и синий свет). В то же время число эритроцитов при любом цвете освещения изменялось недостоверно, а содержание гемоглобина в одном эритроците было достоверно выше (p<0.01) при синем освещении.
Таким образом, при благоприятных для роста рыб световых условиях все гематологические показатели имеют оптимальные параметры, т.е. общее состояние рыб можно оценить как вполне удовлетворительное. В случае ухудшения роста рыб при тех или иных условиях фотопериода, освещенности и монохроматического освещения эти показатели изменяются. При этом наблюдается лимфопения, моноцитофилия, нейтрофилия и базофилия, содержание гемоглобина падает, снижается количество эритроцитов и лейкоцитов. В экспериментах на сеголетках шпорцевой лягушки какой-либо зависимости выявить не удалось, что объясняется индифферентностью отношения ее молоди (но не личинок) к свету.
7.2. Состав сывороточных белков. Кроме смещения гематологических показателей, наблюдали определенное изменение электрофоретической подвижности белков, входящих в состав плазмы крови. В контрольном варианте при белом освещении отмечено преобладание во фракции белков с молекулярной массой около 50Ц60 кДа. Точной идентификации фракций нами не проводилось, но предположительно это фракция альбумина. В этой же фракции отмечено высокое количество высокомолекулярных белков свыше 100 кДа, и низкая концентрация белков с молекулярной массой до 25 кДа. При освещении красными лучами также отмечено высокое содержание высокомолекулярных белков с массой от 50 до 100 кДа, причем количество как высокомолекулярных, так и низкомолекулярных белков превышает суммарно фракции белков в контроле. Плазма крови осетров, содержавшихся при желтом свете, характеризуется денситометрическим пиком на уровне 38 кДа, высоким содержанием белков с массой свыше 50 кДа, однако отмечено некоторое снижение количества белков по сравнению с красным светом в области 97 кДа. В плазме крови у осетров из зеленого варианта обнаружен белок массой 41 кДа, не характерный для других вариантов. Отмечено также два пика на уровне 50 кДа и 55 кДа и постепенное снижение фракционных зон белков массой от 55 кДа до 100 кДа.
7.3. Морфофизиологические и биохимические показатели. Экологические особенности роста и развития животных формируют популяционную специфику, проявляющуюся в ряде особенностей к которым относится и такой показатель, как относительный вес некоторых органов. Этот показатель позволяет (хотя и приблизительно) получить представление о физиологическом состоянии особи на конкретный момент с помощью традиционных зоологических методов (Шварц, 1956; Шварц и др., 1968).
В первой серии опытов изучали влияние фотопериода на индексы основных органов (сердца и печени) молоди серебряного карася и сеголеток шпорцевой лягушки. Оказалось, что у обоих видов индекс сердца практически не зависит от фактора, тогда как индекс печени изменяется при разных условиях освещения (рис. 16). Так, первый показатель варьировал у карася от 0.15 до 0.17%, у лягушки - от 0.42 до 0.45%.
1 2 0 А Б Рис. 16. Индекс печени молоди серебряного карася (А) и шпорцевой лягушки (Б), выращенных в разных режимах фотопериода (С/Т, часы) (в % от сырой массы тела). 1 - 0/24; 2 - 12/12; 3 - 24/0.
Индекс печени у молоди карася, выращенного в темноте, был на 28.0% ниже (p<0.01), чем у особей, подращенных в условиях постоянного освещения.
Сходная зависимость зарегистрирована в опытах на сеголетках шпорцевой лягушки: в условиях темноты этот показатель снижался на 32.2% относительно постоянного освещения (p<0.01). В последнем случае это происходило на фоне практически одинакового роста особей во всех режимах фотопериода. Таким образом, индекс сердца мало зависит от фотопериода, тогда как индекс печени показывает явное улучшение анаболических процессов у особей рыб и лягушек, содержавшихся в условиях постоянного освещения.
Количество общих липидов в мышцах осетра достоверно повышалось в переменных режимах. Наиболее значительное увеличение зафиксировано при 12-часовых сменах освещенности (на 42.9% выше контроля, p<0.01). При анализе коэффициента корреляции оказалось, что он имеет слабую положительную связь с периодом изменений режимов (r = 0.493). Количество общего белка также повышалось при 12-часовых колебаниях интенсивности света. Одновременное увеличение липидов и белков происходило на фоне снижения обводненности мышц (при r = Ц0.290). Таким образом, увеличение органических веществ косвенно может свидетельствовать об усилении анаболических процессов в организме рыб, что подтверждает концепцию А.С. Константинова (1997).
7.4. Устойчивость к экстремальным воздействиям. Повышение скорости роста и оптимизация энергетических характеристик не являются единственными показателями благоприятных условий. Не менее важно учитывать и физиологическое состояние рыб. Результаты наших экспериментов показали, что молодь рыб, выращенная при оптимальных колебаниях освещенности, обладала большей устойчивостью к пороговым значениям рН. В среднем время выживания при абсолютно летальных значениях рН в оптимальных переменных режимах увеличивалось на 20-24% по сравнению с константными условиями. Наряду с этим было найдено, что молодь рыб, выращиваемая при колебаниях освещенности в оптимальных пределах, отличалась высокой устойчивостью к асфикции. Пороговое содержание кислорода, при котором происходила гибель особей статистически достоверно (p<0.05) снижалось у всех видов рыб в среднем на 20-22% относительно константных оптимумов.
ВЫВОДЫ 1. Влияние освещенности на раннее развитие амфибий и рыб видоспецифично. Темп развития, проходящего в жестко контролируемых условиях, в основном мало зависит от освещенности. Однако степень воздействия повышается при увеличении периода эмбрионального развития. В отличие от объектов с небольшим периодом раннего развития эмбриональное развитие тритонов достоверно ускоряется при определенной для каждого вида освещенности.
2. Зелено-голубое освещение оказывает положительное воздействие на выживаемость и размеры личинок амфибий и рыб. Остальная часть спектра практически не оказывает влияния на раннее развитие. Спектр света не влияет на продолжительность развития.
3. Увеличение периода освещения в течение суток повышает скорость роста большинства видов рыб и земноводных, за исключением сеголеток шпорцевой лягушки. Постоянная темнота отрицательно воздействует на личиночное развитие земноводных и рост молоди рыб.
4. Для каждого из видов характерен определенный оптимальный диапазон освещенности, при котором улучшается функционирование организма. В этих режимах энергобюджет молоди смещается в сторону массонакопления, а общее физиологическое состояние улучшается.
5. При зелено-синем освещении все виды рыб и земноводных растут лучше. Красная часть спектра действует в основном негативно на физиологический статус изученных видов.
6. При колебаниях светового фактора скорость роста личинок земноводных и молоди рыб неизменно выше, чем при оптимальных константных значениях освещенности. В свето- и цветоградиентных полях рост молоди рыб ускоряется на 20-40% по сравнению с таковым в равномерно освещенной среде. В градиенте освещенности возрастает плавательная активность, увеличивается число векторных перемещений и длительность пути, проплываемого рыбой.
7. Периодические колебания освещенности в оптимальных пределах не вызывают увеличения величины потребления кислорода особями по сравнению с таковым в условиях константной среды. При периодическом изменении фактора снижаются суточные рационы (на 3-5%) и улучшается конвертирование потребленной пищи на рост (на 25-30%) по сравнению с контролем. При этом в оптимальных режимах наблюдается улучшение физиологического состояния рыб: возрастает устойчивость к недостатку кислорода и гидроионорезистентность молоди.
8. Интенсивность дыхания и питания в основном мало зависит от света.
Однако в темноте количество потребленного кислорода, а также ритм дыхания и питания подавляются. При любом изменении освещенности реакция рыб происходит очень быстро.
9. В оптимальных для роста рыб и земноводных режимах светового фактора увеличивается количество лимфоцитов и эритроцитов, концентрация гемоглобина, изменяется биохимический состав сывороточных белков и улучшаются морфофизиологические индексы.
10. Значительное увеличение скорости роста, улучшение общего физиологического состояния рыб и амфибий в определенных режимах светового фактора может быть использовано в биотехнике выращивания.
Практические рекомендации 1. Для выращивания карпа, сибирского осетра и серебряного карася рекомендуется фотопериод с 16-часовым освещением.
2. При выращивании карпа в искусственных условиях до массы 3 г освещенность должна составлять 3000-4000 к, затем освещенность должна снижаться до 1000 к. Для сибирского осетра освещенность должна составлять не более 800 к.
3. Для выращивания карпа, сибирского осетра и серебряного карася в цехах УЗВ рекомендуется зелено-синее освещение.
Список работ, опубликованных по теме диссертации (звездочкой указаны статьи в журналах из списка ВАК):
1. Вечканов В.С., Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Скорость роста рыб при астатичности внешней среды // Материалы науч. конф.: Тез. докл. XXIV Огаревских чтений. Ч. 2. Саранск, 1995. С. 12.
2. Ручин А.Б. Влияние монохроматических излучений на рост молоди некоторых видов рыб / Саранск: Морд. ун-т, 1997. 16 с. Деп в ВИНИТИ от 4.04.97. № 1071-В97.
3. Вечканов В.С., Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Некоторые зависимости роста рыб от светового фактора // Тез. докл. I Конгресса ихтиологов России. М.:
Изд-во ВНИРО, 1997. С. 107.
4. Вечканов В.С., Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Некоторые зависимости скорости роста трех видов рыб от светового фактора // Водные и наземные экосистемы и охрана природы левобережного Присурья. Саранск: Изд-во Мордов.
ун-та, 1998. С. 19 - 23.
5. Ручин А.Б. Суточная ритмика интенсивности дыхания молоди карпа при разной константной и переменной освещенности воды // Мат. IV науч. конф.
молодых ученых МГУ им. Н.П. Огарева. Ч. 3. Саранск, 1999. С. 25-27.
6. Вечканов В.С., Ручин А.Б., Кузнецов В.А. Светопреферендтное поведение молоди некоторых видов рыб / Морд ун-т. Саранск, 1999. 14 с. Деп. в ВИНИТИ 18.05.99 г. № 1569-В99.
7. Вечканов В.С., Ручин А.Б., Кузнецов В.А. Влияние колебаний освещенности на рост, питание и физиологическое состояние молоди рыб // Мат. II межд. симп. Ресурсосберегающие технологии в аквакультуре. Краснодар, 1999. С. 24.
8. Вечканов В.С., Ручин А.Б., Кузнецов В.А., Казакова Н.А. Рост молоди рыб и личинок амфибий при переменной освещенности // Экологобиологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия. Астрахань: Изд-во АГПУ, 1999. С. 106-107.
9. Ручин А.Б. Рост молоди рыб в градиентных полях светового фактора // Экологические проблемы и пути их решения в зоне Среднего Поволжья: Мат.
Всерос. конф. Саранск, 1999. С. 89-91.
10. Вечканов В.С., Ручин А.Б., Кузнецов В.А. Зависимость эффективности использования пищи на рост рыб от освещенности // Экологическая физиология и биохимии рыб: Тез. докл. IX Всер. конф. Т. 1. Ярославль, 2000. С. 4547.
11. * Константинов А.С., Вечканов В.С., Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Астатичность абиотической среды как условие оптимизации роста и развития личинок травяной лягушки Rana temporaria L. // Докл. Академии Наук. 2000. Т.
371. № 4. С. 559-562.
12. * Ручин А.Б. Влияние колебаний освещенности на рост молоди некоторых видов рыб и личинок травяной лягушки (Rana temporaria) // Зоолог. журнал.
2000. Т. 79. № 11. С. 1331-1336.
13. Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Влияние астатичности некоторых экологических факторов на функционирование гидробионтов // Проблемы гидроэкологии на рубеже веков. СПб.: ЗИН, 2000. С. 90-91.
14. Ручин А.Б. Влияние светового фактора на рост и энергетику позвоночных гидробионтов: введение в проблему // Эколого-фаунистические исследования в Центральном Черноземье и сопредельных территориях. Липецк, 2000.
С. 29-30.
15. * Ручин А.Б. Особенности роста и энергетики карпа (Cyprinus carpio) при различной освещенности // Зоолог. журнал. 2001. Т. 80. № 4. С. 433-437.
16. Ручин А.Б. Эколого-этологическая характеристика молоди некоторых видов рыб по отношению к свету // Биология - наука 21 века. Тез. 5 межд. Пущинской конф. мол. ученых. Пущино, 2001. С. 280-281.
17. Ручин А.Б., Вечканов В.С., Кузнецов В.А. Возможность использования астатичности экологических факторов в битехнологии выращивания рыб // Биотехнология на рубеже двух тысячелетий. Саранск: Изд-во Морд. ун-та, 2001. С. 134-136.
18. * Ручин А.Б. Некоторые особенности роста молоди в светоградиентных условиях // Журн. эволюц. биохимии и физиол. 2001. Т. 73. № 3. С. 233-234.
19. * Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Влияние колебаний рН и освещенности на рост и развитие озерной лягушки Rana ridibunda // Зоолог. журнал. 2001. Т. 80.
Вып. 10. С. 1246-1251.
20. Ручин А.Б. Перспективы использования переменной и градиентной освещенности для выращивания карпа // Проблемы и перспективы развития аквакультуры в России. Краснодар, 2001. С. 101-102.
21. Кузнецов В.А., Ручин А.Б., Вечканов В.С. Личиночное развитие бесхвостых земноводных при изменении рН и освещенности // Онтогенез и популяция.
Мат. 3 Всерос. семинара. Йошкар-Ола, 2001. С. 114-116.
22. Ручин А.Б. Зависимость роста шести видов рыб от фотопериода // Мат. Съезда фотобиологов России. Воронеж, 2001. С. 180-181.
23. * Ручин А.Б., Вечканов В.С., Кузнецов В. А. Рост и интенсивность питания молоди карпа при различном постоянном и переменном монохроматическом освещении // Вопр. ихтиологии. 2002. Т. 42. № 2. С. 236-241.
24. * Ручин А.Б. Рост, энергетика и биологическое состояние молоди карпа при переменной освещенности // Вопр. ихтиологии. 2002. Т. 42. № 3. С. 390-394.
25. * Ручин А.Б. Влияние монохроматического освещения на рост и развитие личинок шпорцевой лягушки // Зоолог. журнал. 2002. Т. 81. Вып. 6. С. 752756.
26. Ручин А.Б., Вечканов В.С., Кузнецов В. А. Влияние фотопериода на рост и интенсивность питания молоди некоторых видов рыб // Гидробиолог. журнал. 2002. Т. 38. № 2. С. 29-34.
27. Ручин А.Б. Влияние отдельных монохроматических зон спектра на рост карася Carassius сarassius // Тез. докл. Всер. конф. молодых ученых. Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2002. С.169-170.
28. Константинов А.С., Вечканов В.С., Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Влияние колебаний интенсивности и спектрального состава света на рост и энергетику молоди рыб // Гидробиологический журнал. 2002. Т. 42. № 3. С. 72-80.
29. * Ручин А.Б., Кузнецов В.А. Влияние колебаний рН и освещенности на рост молоди гуппи Poecilia rеticulatа // Биология внутренних вод. 2003. № 3. С.
88-92.
30. * Ручин А.Б. Действие монохроматического освещения на рост и развитие личинок травяной лягушки Rana temporaria L. // Известия АН, серия биол.
2003. № 5. С. 582-585.
31. Kuznetsov V.A., Ruchin A.B., Ryzhov M.K., Lobachev E.A. Effect of abiotic oscillations on growth rate development of anura larvae // 12th Ordinary General Meeting SEH. Programme & Abstracts. St. Petersburg, 2003. P. 94.
32. * Ручин А.Б. Влияние постоянной и переменной освещенности на личиночное развитие шпорцевой лягушки // Зоологический журнал. 2003. Т. 82. № 7.
С. 834-838.
33. Лобачев Е.А., Ручин А.Б. Влияние постоянства и непостоянства экологических факторов на личиночное развитие озерной лягушки // Биология - наука 21 века. Тез. 8 межд. Пущинской конф. мол. ученых. Пущино, 2004. С. 213.
34. Ручин А.Б. Влияние светового режима на эффективность использования пищи и скорость роста рыб // Гидробиологический журнал. 2004. Т. 40. № 3.
С. 48-52.
35. Ruchin A.B., Kuznetsov V.A., Vechkanov V.S. Variations of pH and light as the ecological optimum for fishes // XI European Congress of Ichthyology. Tallinn, 2004. P. 65-66.
36. Ручин А.Б., Вечканов В.С., Артаев О.Н. Влияние света на гематологические показатели молоди рыб // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов: Мат. конф. Петрозаводск, 2004. С.120-121.
37. * Ручин А.Б., Лобачев Е.А., Рыжов М.К. Влияние абиотических факторов среды на скорость роста ротана Perccottus glenii Dybowski, 1877 // Биология внутренних вод. 2004. № 4. С. 79-83.
38. * Ручин А.Б. Изучение действия температуры и освещенности на рост и развитие личинок травяной лягушки (Rana temporaria) // Зоологический журнал. 2004. Т. 83. № 12. С. 1463-1467.
39. Ruchin A.B. Influence of colored light on growth rate of juveniles of fish // Fish Physiology and Biochemistry. 2004. V. 30. № 2. Р. 175-178.
40. Ruchin A.B. Influence of light regime on the efficiency of food utilization and growth rate in fishes // Hydrobiol. J. 2004. V. 40. №. 5. P. 38-43.
41. Ручин А.Б. Влияние света на рост и развитие личинок бесхвостых амфибий // Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных. Саранск: Изд-во Морд. ун-та, 2005. С. 191-192.
42. Ручин А.Б. Влияние фотопериода на рост карповых рыб: мини-обзор // Аквакультура и интегрированные технологии: проблемы и возможности: Мат.
конф. М., 2005. Т. 2. С. 100-105.
43. Kuznetsov V.A., Ruchin A.B., Lobachev E.A. Optimization of embrional development fresh-water hydrobionts at astaticism of factors of environment // Aquatic ecology at the dawn of XXI century. St. Petersburg, 2005. P. 54.
44. * Ручин А.Б. Интенсивность дыхания молоди серебряного карася Carassius auratus gibelio и ее суточная ритмика при разном световом режиме // Вопросы ихтиологии. 2005. Т. 45. № 6. С. 837-843.
45. Ruchin A.B., Vechkanov V.S., Kuznetsov V.A. Influence of photoperiod on growth and intensity of feeding of fry of some fish species // Hydrobiol. J. 2005.
V. 41. №. 2. P. 26-35.
46. Ручин А.Б., Лобачев Е.А. Влияние монохроматического света на рост и развитие личинок озерной лягушки, Rana ridibunda // Современные наукоемкие технологии. 2005. № 8. С. 13-17.
47. Ручин А.Б. Роль света в онтогенезе пресноводных рыб // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера: Мат. конф.
Т. 2. Вологда, 2005. С. 98-101.
48. Ruchin A.B., Lobachev E.A. Influence of light intensity on the development and growth rates in marsh frog Rana ridibunda // J. Natural History. 2005. V. 1. № 2.
P. 2Ц7.
49. Ручин А.Б. Влияние света на осетровых рыб // Аквакультура осетровых рыб: достижения и перспективы развития. М.: Изд-во ВНИРО, 2006. 47Ц50.
50. * Ручин А.Б. Влияние света на лейкоцитарную формулу крови карпа Cyprinus carpio L. // Известия РАН, сер. биол. 2006. Т. 45. № 6. С. 634-637.
51. Ручин А.Б. Влияние света на рост, питание и интенсивность дыхания молоди серебряного карася (Carassius auratus gibelio) // Изв. высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2006. № 5. С. 284-288.
52. Ручин А.Б. Экология популяций и сообществ. М.: Издательский центр Академия, 2006. 352 с.
53. Ручин А.Б., Надежина О.С. Влияние света на рост молоди сибирского осетра // Тепловодная аквакультура и биологическая продуктивность водоемов аридного климата: Мат. межд. симп. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. С. 360361.
54. * Ручин А.Б. Зависимость интенсивности и суточного ритма питания молоди серебряного карася (Carassius auratus (L.)) при различном освещении в эксперименте // Биология внутренних вод. 2007. № 2. С. 84-87.
55. Ручин А.Б. Влияние монохроматического света на рост и питание мальков золотой рыбки, Carassius auratus auratus // Биологические науки Казахстана.
2007. № 1-2. С. 96-101.
56. Кузнецов В.А., Ручин А.Б. Влияние периодических колебаний факторов среды на биохимический состав тела молоди рыб // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов. Петрозаводск: Изд-во КарН - РАН, 2007. С. 78-79.
57. * Ручин А.Б. Влияние фотопериода на рост, физиологические и гематологические показатели молоди сибирского осетра Acipenser baerii // Изв. РАН, серия биол. 2007. № 6. С. 698-704.
58. Ручин А.Б. Изменение гематологических показателей молоди рыб под влиянием цвета освещения // Биология: теория, практика, эксперимент: Мат.
межд. конф. Саранск, 2008. Кн. 1. С. 189-190.
59. Ручин А.Б. Роль света для роста молоди сибирского осетра // Проблемы биоэкологии и пути их решения (Вторые Ржавитинские чтения). Саранск:
Изд-во Мордов. ун-та, 2008. С. 274-275.
60. Кузнецов В.А., Ручин А.Б., Лобачев Е.А., Лукиянов С.В. Влияние колебаний факторов среды на жизнедеятельность пойкилотермных гидробионтов // Проблемы сохранения и изучения культурного и природного наследия Прииртышья. Павлодар, 2008. С. 170-174.
61. Ручин А.Б., Дудко А.А. Влияние цвета освещения на состав белков крови молоди сибирского осетра Acipenser baerii // Вестн. Мордов. ун-та. 2008. № 2. (в печати) 62. * Ручин А.Б. Влияние постоянной и переменной освещенности на рост, физиологические и гематологические показатели мальков сибирского осетра (Acipenser baerii) // Зоологический журнал. 2008. Т. 87. № 8. (в печати)
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии