ВЫЯВЛЕНИЕ ПУТЕЙ ПОСТУПЛЕНИЯ ТРИТИЯ В ПРЕСНОВОДНЫЕ ОРГАНИЗМЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРНО-ХИМИЧЕСКОГО КОМБИНАТА

Аннотация:

Потенциальными источниками поступления трития в экосистему р. Енисей являются глобальное загрязнение окружающей среды и деятельность Горно-химического комбината ГКРосатом. Изучалось распределение трития в органах пресноводной лучепёрой рыбы Carassius gibelio (серебряный карась) как растениеядного рода карасей семейства карповых для определения процессов накопления ЗН по пищевой цепи водные растения - рыбы в среде загрязнённых радионуклидами водных объектов. На первом этапе была проведена работа по аккумуляции трития биомассой растений-гидробионтов. Для этого по 3000 г биомассы в пересчете на сырую массу разместили в аквариумах объемом 100 л с удельной активностью воды 100 кБк/л. В работе показано, что упомянутые водные растения активно аккумулируют внесённый тритий, накапливая до радионуклида. При этом содержание органически связанного трития в биомассе увеличилась до 21% от ее накопившегося трития. Затем растения (роголистник, ряска) высушивали, смешивали с сухим кормом для рыб (1:1), а смесь прессовали в гранулы активностью каждая до 50 Бк. Гранулы использовали для насильственного кормления рыб; в ходе эксперимента каждая особь в течение 550 сут поглотила до 330 кБк радионуклида трития. Исследования показали, что в мышечной ткани рыб присутствовало около 75% от всего накопленного количества трития. При определении содержания трития в белках и липидах в экспериментальных системах не выявлено особенностей в использовании роголистника и ряски как источника питания. Ключевые слова: тритий; рыба; река Енисей; ассимиляция. Концентрация природного трития в воде Мирового оьеана оценивается на уровне 0,1 Бк/л. Тритий - изотоп биогенного элемента водорода, который при поступлении в организм относительно равномерно распределяется по всем органам и тканям независимо от пути поступления в организм. Тритий воздействует на организм, замещая простую воду (Н20) и распадается с выходом бета-частиц и ядер гелия. Среди дозообразующих радионуклидов тритий является примером равномерного распределения его в организме с относительно быстрым формированием дозы во всех богатых жидкостью средах живых организмов. Тритий в биологических организмах классифицируется двумя типами: свободная тритиевая вода (НТО) и органически связанный тритий (ОСТ). НТО вступает в процессы метаболизма как простая протиевая вода Н2О. А ОСТ обычно находится в связанном с С-С скелетной материей или как часть соединений, таких как -СООН, -ОН, -SH и -NH. Такой вид связанного трития практически не обменивается со свободной тритиевой водой, хотя другие органические соединения достаточно быстро обмениваются с НТО атомами водорода и трития. Доля трития в виде необменного ОСТ может достигать 90% от всего содержания трития. Тритий характеризуется высокой миграционной способностью, поэтому из окружающей среды мгновенно поступает во все звенья экологического кругооборота, замещая водород и обусловливая разрывы в цепочках РНК и ДНК в биологических структурах всех живых организмов. Именно ОСТ, прошедший по всей пищевой цепи, является наиболее биологически опасным в сравнении с тритиевой водой (НТО), который также является источником и фактором облучения живых организмов. Целью настоящих исследований является выявление путей поступления трития в пресноводные живые организмы на примере рыб и распределения трития по структурным частям в натурном и модельном эксперименте. В Красноярском крае источником радиоактивного загрязнения окружающей среды долгое время являлся ФГУП «Горно-химический комбинат», расположенный в Железногорске на правом берегу р. Енисей, в 50 км ниже по течению от Красноярска. В связи с возрастанием потребления рыбной продукции во всем мире, население, проживающее по берегам р. Енисей, активно занимается рыболовством. Количество и качество этого продукта зависит от вида рыбы, от природы ее происхождения. Рыба может быть выращена в искусственных условиях в воде, поступающей из разных водоёмов, или выловлена из естественного природного водоёма. В зависимости от природы ее происхождения зависит состояние кормовой базы и уровень накопления трития в рыбе. Радиационный и химический анализы и оценка полученных литературных данных показали состояние поверхностной воды в среднем течении р. Енисей. До закрытия всех реакторов в мае 2010 г. существовало несколько вероятных потенциальных источников поступления трития в воду р. Енисей: • тритий с водосборной территории, загрязнённой в результате испытаний ядерного оружия; • тритий с водосборной территории, загрязнённой в результате аэрозольных выбросов ФГУП «Горно-химический комбинат»; • тритий со сбросами воды из систем охлаждения реактора; • тритий со сбросами низкоактивных жидких отходов, образовавшихся в результате работы радиохимического производства предприятия и др. Ранее были проведены натурные исследования по определению содержания трития в мышечной ткани основных видов промысловых рыб, выловленных в районах воздействия сбросов ФГУП «Горно-химического комбината»: выше точек сброса по течению (40 км), в ближней зоне сброса (0-15 км) и на значительном удалении от точки сброса (1760 км). Предварительные исследования позволили говорить о том, что для исследуемых видов рыб источником поступления трития в организм является пища. Авторы этой работы представили подтверждение путей поступления трития в организм рыб в модельном эксперименте, провели изучение распределения трития по структурным частям рыбы на примере одного из видов пресноводных рыб - карася серебряного. В качестве объекта исследования выбрали поверхностную воду р. Енисей и биологические объекты (водные растения и рыбу), которые отбирали ниже по течению р. Енисей от Горнохимического комбината. Основными пунктами контроля были выбраны с. Атаманово и с. Большой Балчуг. Контрольные пробы отбирали выше по течению р. Енисей в районе с. Есаулово. Материал и методы Методы отбора, измерения проб и оценки полученных результатов Отбор проб воды. Пробы воды отбирали в 2-литровые пластиковые бутыли из верхнего слоя речного стока (0-10 см) на расстоянии 40-60 м от береговой линии. Пробы фарватера отбирали на расстоянии 500 м от правого берега, в главном судоходном канале с наибольшей скоростью потока и глубиной более 5 м. Отбор проб рыбы. Половозрелые особи хариуса сибирского (Thymallus thymallus), сига (Coregonus lavaretus pidschian), стерляди (Acipenser ruthenus), тугуна (Coregonus tugun) были отловлены на всех исследуемых участках реки Енисей в 2010-2013 гг. в рамках натурных исследований. В рамках модельного эксперимента использовалась пресноводная лучепёрая рыба Carassius gibelio (серебряный карась) как представитель растениеядного рода карасей семейства карповых. Тушки рыбы взвешивали для определения массы и измеряли длину каждой особи до и после эксперимента. После эксперимента у рыбы отделяли мышечные ткани, которые затем помещали в отгонную колбу, где смешивали с толуолом. Методы измерения трития. Содержание общего трития в пробах определялась по известным методикам с применением устройства, сконструированного Л.Г. Бондаревой, которое успешно использовали для мониторинга трития в экосистеме р. Енисей. Содержание трития в исследуемых пробах определялась в Центре коллективного пользования Красноярского научного центра СО РАН с использованием жидкостно-сцинтилляционного спектрометра Quantulus-1220 (США). Модельный эксперимент по накоплению трития по пищевой цепочке вода-водные растения-гидробионты-рыба В качестве биологического объекта для исследований взяли наиболее распространённый и используемый в пищу вид рыб - карась серебряный (Carassius gibelio). Рыбы этого семейства достаточно легко разводятся в искусственных водоёмах, а также мало прихотливы к качеству водоёма и потребляемой ими пище. В связи с этим, этот вид рыб нашел распространение в прудах-отстойниках, а также в прудах при тепловых станциях. Используемые в экспериментах особи имели массу 200 ± 15 г и длину 10 ± 2 см. Приблизительный возраст - 6 месяцев. Количество анализируемых особей составило 30 штук. Основой для получения экспериментальной среды служила поверхностная вода, отобранная в р. Енисей. Воду дл i эксперимента предварительно готовили методом фильтрования через мембранные фильтры с диаметром пор 0,2 мкм. Для получения стандартизированных экспер ментальных сред использовали стандартный раствор НТО (Packard Bioscience Ltd) с концентрацией 33 кБк/мл. В качестве растений-гидробионтов, используемьк в дальнейшем для питания рыбы, применяли роголистник и ряску. Ряску выращивали в лабораторных условиях, роголистник отобрали в р. Енисей, в пункте отбора поверхностной воды для эксперимента. Для получения исходных данных проводили анализ водных растений, использованных в эксперименте, на содержание трития, микро- и макрокомпонентов. Эксперимент проводили в два этапа: накопление и трансформация трития в биомассе водных растений (роголистник, ряска), накопление трития в организме рыб при испол ззовании тритийсодержащих растений, полученных на первой стадии эксперимента. Экспериментальные исследования проводили в два этапа, которые организовали следующим образом. Первый этап, подготовительный. Для получения экспериментальной среды, содержащей тритий, в аквариумы объемом 100 л вносили тритиевую воду в количестве 10 МБк. Тритий вносили в виде свободной тритиевой воды - НТО. Удельная активность полученного раствора составила 100 кБк/л. Затем туда помещали растения-гидробионты, масса которых (сырой вес) составила: роголистник - 3000 г, ряска - 3000 г. На пер юм этапе растения-гидробионты накапливали тритий в своей биомассе из экспериментальной среды. Процесс накопления растениями трития контролировался по остаточному содержанию ею в экспериментальной водной среде. Длительность экспериментов по накоплению трития растительной биомассой составляла от 168 ч для ряски и л о 336 ч для роголистника. Окончание накопления фиксировали по выходу на насыщение линии убыли трития из водной среды плюс период стабилизации систем. Далее выявляли распределение трития между частями растений для этих двух видов растений. Рассчитали удельную активность по тритию растений-гидробионтов. Растения, содержащие тритий, извлекали из экспериментальной среды, высушивали при температуре ~45 °С в атмосфере азота для предотвращения обмена трития с атмосферой лаборатории. После чего полученные безводные концентраты смешали с сухим кормом для рыб, состоящим из смеси животных и растительных остатков (1:1). Смесь формовали в гранулы массой 0,3 г и хранили в герметичной упаковке до полного расходования в эксперименте. Содержание трития в каждой грануле составляло ~50 Бк. Тритийсодержащие гранулы служили в качестве ежедневной добавки к рациону. Ежедневно в каждой экспериментальной системе скармливали 600 Бк трития. При этом каждая гранула насильственно вносилась в ротовое отверстие каждой особи для максимального предотвращения потерь радионуклида. Максимальное количество трития, внесённое таким образом, составило 330 кБк на особь за эксперимент. Также были созданы условия для проведения жсиеримента, имитирующие природные условия проживания растений и рыбы. Аквариумы размешали в климатической камере объемом 1,6 мЗ, высотой 1,3 м, в которой имитировали следующие рабочие условия: • скорость кондиционирования воздуха -100 л/мин; • влажность на уровне 50-70%; • температура воды около -15 °С; • освещение - 29 ламп 58-W Выбранные условия проведения экспериментов явились оптимальными для минимального испарения с поверхности аквариумов, это подтверждают значения гигрометра, которые ва рьировались в диапазоне погрешности, установленной для данного вида оборудования. Влажность в течение всего времени экспериментов реально не превышала 70%. Второй этап, исследовательский. На этом этапе исследования эксперимент проводили в трех аквариумах: двух рабочих и одном контрольном. В 2 аквариума, которые заполняли такой же свежефильтрованной водой, как для метки растений-гидробионтов, помещали исследуемые особи рыбы. Кормление рыбы проводили кормом с добавлением прикорма в виде тритийсодержащих гранул, подготовленных в первой части эксперимента. В первый аквариум добавляли гранулы с ряской, во второй с роголистником. Третий аквариум служил в качестве контроля - в корм этих рыб не добавляли меченые тритием растения. Продолжительность второй части эксперимента составляла 550 суток с промежуточным отбором из каждого аквариума по три особи рыбы через 250 сут. Такой график отбора и продолжительность эксперимента выбрали с учётом того, что тритий, находящийся в необменной форме, имеет период полувыведения около 500 сут. Мри отборе рыбы из аквариума её вынимали из воды и аккуратно высушивали бумажными полотенцами, но не промывали. После этого каждую особь измеряли и взвешивали. Для всей рыбы, участвовавшей в эксперименте, проиодили препарирование на фрагменты: чешуя, кожа с плавниками, жабры, скелет вместе с головой, мышечная масса, кишечник со всем содержимым, желудок со всем содержимым. Мышечную массу каждой особи взвешивали и разделяли на 3 части: из одной части определяли содержание общего трития, вторую часть использовали для определения содержания трития, связанного с липидами. Особей, находившихся в контрольной системе, анализировали на общее содержания липидов, золы, видов и массы белков. В составных частях экспериментальных особей определяли содержание связанного с ними трития. Результаты и обсуждение Полученные ранее натурные данные по содержанию трития и филе некоторых видов промысловых рыб р. Енисей представлены в табл. I. Кроме того, провели единичный анализ содержания трития в мышечных тканях тугуна (Coregonus tugun (Pallas)), выловленного в районе с. Ярцево, содержание в филе которого составило -18 Бк/кг сырого веса. Полученные данные показывают, что значимой динамики изменения содержания трития в мышечной массе рыбы за исследованный период не наблюдалось. Содержание трития в мышечной ткани рыб не зависит от вида рыб как и от района вылова особей. Предположителы о это обусловлено тем, что исследуемые виды рыб имеют одинаковый рацион питания. Следовательно, основным источником поступления трития является пища. Для подтверждения этого пищевого источника поступления трития в организм рыбы провели длительные модельные эксперименты. Для определения процесса накопления трития по пищевой цепочке «водные растения-гидробионты-рыбы» провели 2-этапный модельный эксперимент, методология проведения которого описана выше. Прежде всего, провели исследование распределения трития между видами растений и способом локализации трития в растениях в виде НТО или в виде ОСТ. Оценку локализации трития провели также по величине морфологических изменений биомассы исследуемых растений. В табл. 2 представлены полученные результаты. Из представленных в табл. 2 данных видно, что доля трития в виде ОСТ в биомассе растений составила 19-21% от общего накопления трития в ходе экспериментов в водных растениях-гидробионтах. При этом внешний вид и морфология практически всех растений были удовлетворительными, наблюдался заметный прирост биомассы от 2,5 до 5,7 - 8,4 г (роголистник) и от 0,12 до 0,17 - 0,21 г (ряска), которые составляют около 100% от исходной массы как для контрольных проб, так и для участвующих в эксперименте. В количественном соотношении содержание мышечной ткани каждой особи варьируется в пределах 40-50% от общей массы рыбы. Значит, при потреблении рыбы человеком основной дозообразующей частью является, главным образом, мышечная ткань. Исходя из этого, провели исследование по выявлению содержания трития именно с этой части рыб, с выделением белков и липидов и последующей оценкой доли радионуклида, связанного с этими компонентами. Исследования по составу мышечной ткани, проведенные для 10 особей, показали, что они состояли в среднем из белков 16 ± 1 %, воды - 70 ± 2%, жиров -13 ± 1%, золы ~ 1%. В табл. 3 приведены результаты распределения трития между липидами и белками рыбы в экспериментах. Как видно из представленных в табл. 3 данных, содержание трития в липидах и белках мышечной ткани рыбы увеличивается пропорционально времени потребления трития с пищей. Полученные результаты не выявили значимых различий в накоплении трития в системах с ряской и роголистником. Динамика связывания трития с белками и липидами практически одинакова. Отсюда следует заключение о том, что оба эти растения одинаково переваривались в органах пищеварения исследуемых видов рыб. Выводы 1. Полученные данные в натурном эксперименте показали, что содержание трития в мышечной ткани рыб не зависит ни от вида рыб, ни от района вылова особей. Можно предположить, что исследуемые виды рыб имеют одинаковый рацион питания и основным источником поступления трития является пища. 2. Длительные модельные эксперименты подтвердили пищевой путь поступления трития в особи рыб через водные рас-тения-гидробионты на примере роголистника и ряски, которые активно аккумулируют тритий из поверхностной воды. 3. В ходе экспериментов было выявлено, что до 70% трития из воды переходит в биомассу растений. Накопление трития в растениях-гидробионтах в количестве до 2,0*104 Бк/кг не повлияло на морфологические параметры растений. В контрольных пробах и участвующих в эксперименте растений наблюдалась положительная динамика в увеличении их длины, площади и массы прироста: масса каждого растения роголистника и ряски увеличилась примерно в 2 раза. При этом часть от всего накопившегося трития перешла в биомассу растений в виде ОСТ, и это содержание составило до 21% общего содержания. 4. Экспериментально выяснено, что тритий из пищи переходит в особи рыбы и что около 75% от всего накопленного количества трития в тканях рыб присутствовало в мышечной ткани. При определении содержания трития в белках и липидах в экспериментальных системах не выявлено особенностей в использовании роголистника и ряски как источника питания. 5. Подтверждено, что основным источником поступления трития является пища, обогащенная тритием.

Авторы:

Издание: Гигиена и санитария
Год издания: 2017
Объем: 5с.
Дополнительная информация: 2017.-N 9.-С.844-848. Библ. 18 назв.
Просмотров: 94