Эколого-биологические особенности жаброногого рачка (artemia parthenogenetica barigozzi, 1974) в соленых водоемах северного казахстана (республика казахстан)

На правах рукописи

ВОЛЬФ Людмила Александровна

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЖАБРОНОГОГО РАЧКА (Artemia parthenogenetica Barigozzi, 1974) В СОЛЕНЫХ ВОДОЕМАХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН)

03.02.08 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Омск – 2010

Работа выполнена на кафедре биологии и экологии «Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова», Республика Казахстан

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Улыкпан Каманулы

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Григорьев Аркадий Иванович

кандидат биологических наук, доцент

Винарский Максим Викторвич

Ведущая организация: Томский государственный университет

Защита состоится «25» июня 2010 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 при ГОУ «Омский государственный педагогический университет» по адресу: 644099, г.Омск, ул. Набережная Тухачевского, 14, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте (http://www/omgpu.ru) ГОУ «Омского государственного педагогического университета».

Автореферат разослан «21» мая 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, Т.Ю. Колпакова

кандидат биологических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Специальные работы по биологии и экологии жаброногого рачка рода Artemia Leach, 1819 обитающего на обширном пространстве Северного Казахстана немногочисленны. Отдельные сводки или отрывочные сведения можно встретить в работах В.П.Соловова и Т.Л. Студеникиной (1990), С.А. Матмуратова и О.Е. Лопатина (1991), Л.И. Шараповой и др. (2002), С.А. Матмуратов, Т.С. Стуге, О.Е. Лопатина (2004), V. M. Baitchorov, L.L. Nagorskaja (1999). Основной вклад в изучение артемии региона принадлежит А.В. Убаськину (2002, 2003, 2004, 2005).

В результате ряда исследований были получены общие сведения по биологии и экологии артемии, главным образом, восточной части Северного Казахстана (Шарапова и др., 2002; Матмуратов и др.,2004; Убаськин, 2003, 2004, 2005; Убаськин, Убаськина, 2002, 2004). Однако многие вопросы остаются не изученными. В период усиленного антропогенного пресса на соленые озера, в связи с повышенным мировым спросом на яйца артемии крайне важно проведение инвентаризации артемиевых озер на обширной казахстанской части ареала. Актуальна разработка многих вопросов связанных с размножением артемии, активации ее яиц, охраны и рационального использования как популяций артемии, так и экосистем соленых озер в целом.

Жаброногий рачок в настоящее время является важным элементом в производстве мировой аквакультуры. Растут темпы использования рачка в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, косметике и фармакологии. Мировое потребление цист артемии составляет в настоящее время около 2000 т в год. В течение последних двух десятилетий потребности в продуктах аквакультуры возрастали со скоростью 5-10% в год, а, следовательно, продолжится увеличение и в будущем потребление артемии.

В современной научной литературе явно недостаточно сведений об артемиевых озерах Северного Казахстана, весьма кратка и отрывочна информация по функционированию озер в условиях климатических циклов, по биологии рачка, и его морфологии из различных популяций.

Цель и задачи исследования. Целью нашей работы являлось изучение в артемиевых озерах Северного Казахстана современного состояния популяций артемии, закономерностей их функционирования и разработка основ рационального использования и охраны ценного гидробионта.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать биологические и популяционные характеристики артемии, выявить закономерности функционирования популяций артемий, а также факторы, определяющие их развитие;

- изучить строение оболочки яиц артемий на микроморфологическом уровне в свете понимания адаптационных способностей в условиях неблагоприятных факторов среды ее обитания;

- оценить потенциальную опасность инфекционных и инвазионных заболеваний домашней птицы при использовании артемии в качестве корма или кормовой добавки;

- разработать способы повышения качества яиц и предложить рекомендации по рациональному использованию, охране популяций артемии в экосистемах гипергалинных озер Северного Казахстана.

Научная новизна.

Впервые, для рассматриваемой территории, установлено существование нескольких поколений артемии в течение вегетационного сезона, особенности их жизненных циклов, которые определяются, главным образом, гидрологическим и гидрохимическим режимами водоемов.

Изучены особенности динамики численности рачка, выделены основные факторы, влияющие на биологические и экологические характеристики артемии.

В результате проведенных исследований на микроморфологическом уровне установлено, что оболочка яиц играет существенную роль в формировании адаптаций рачка, обеспечивающих эмансипацию развивающегося эмбриона от неблагоприятных внешних условий в соленых озерах северо-восточных регионов Казахстана.

В результате исследований показано, что за счет постоянного или временного обитания на соленых водоемах, местах сбора артемии, большого количества диких птиц (около 45 видов), носителей инфекционных и инвазионных заболеваний, подкормка рачками выращиваемых культурных птиц представляет потенциальную опасность. В связи с этим, при использовании артемии в птицеводстве необходимо проводить комплекс мероприятий по обеззараживанию сырья и оборудования.

Водные настои шалфея лекарственного и лабазника вязолистного используемых в процессе гидратации яиц, оказывают активирующее действие на созревание эмбрионов артемии и повышают выклев науплиусов. При этом рекомендуется для яиц различного происхождения подбирать опытным путем конкретное биологическое сырье из шалфея лекарственного или лабазника вязолистного для получения эффективного результата выклева науплиусов.

Положения, выносимые на защиту.

1. В соленых озерах Северного Казахстана выявлены особенности в популяционной структуре, характере размножения, половом составе артемии. Соленость воды обусловливает основные характеристики биоценозов артемиевых озер, закономерности функционирования популяций артемий определяющие их развитие и их анатомо-морфологическую изменчивость.

2. Оболочки яиц артемий играют важную роль в адаптации к условиям многих неблагоприятных факторов среды ее обитания в гипергалинных экосистемах.

3. Существует потенциальная опасность инфекционных и инвазионных заболеваний домашней птицы при использовании артемии в качестве корма или кормовой добавки и необходимость проведения профилактических мероприятий.

4. Использование водных настоев шалфея лекарственного и лабазника вязолистного в процессе гидратации яиц повышает выклев науплиусов.

5. Предлагаются решения вопросов по охране и рациональному использованию артемии в соляных озерах Северного Казахстана на экологической основе.

Практическая значимость диссертации.

За период 2008-2009 годы автор принимала участие в разработке биологических обоснований по оценке запасов рачка артемии (Сrustacea, Аnostraca) в водоемах Кустанайской, Северо-Казахстанской, Павлодарской и Кызыл-Ординской областей, которые после положительного заключения экологической экспертизы использовались производственными организациями при добычи артемии: ТОО «НАР» г. Талды-Курган, ТОО «НЭРЭТ» г. Усть-Каменогорск, ТОО «Сафари Тур» г. Алматы, ТОО «Профит-ПВ» г. Павлодар, Павлодарский осетровый завод г. Павлодара.

Полученные материалы о возможном заражении, выращиваемых в искусственных условиях птиц при кормлении яйцами артемии, являются основой для разработки и проведения профилактических мероприятий по обеззараживанию сырья и оборудования. Использование водных настоев шалфея лекарственного и лабазника вязолистного в процессе гидратации яиц позволяет повышать выклев науплиусов в процессе производства высококачественной продукции из яиц артемии.

Результаты исследований по биологии и экологии артемии являются основой для разработки и внедрения мероприятий по рациональному использованию и охране запасов рачка в соленых озерах Северного Казахстана.

Теоретические материалы и препараты использованы в лекционных и лабораторных занятиях Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова по дисциплинам «Популяционная экология», «Экология животных» и на уроках Детско-юношеского центра экологии и туризма г. Павлодара.

Апробация работы.

Результаты исследований были представлены на семинаре кафедры экологии ПГУ им. С. Торайгырова (Павлодар, апрель, 2006), научно-практической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2006), Международной конференции «Проблемы популяционной экологии животных», посвященная памяти академика И.А.Шилова (Томск, 2006), Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006), Всероссийской конференции «Биологические аспекты охраны и рационального использования водоемов Сибири» (Томск, 2006), V Всероссийская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в ХХ1 веке» (Томск, 2007), Международной научной конференции «Биоразнообразие, структура и динамика популяций и сообществ гидробионтов» (Новосибирск, 2008), Международной научно-практической конференции «Иртышский бассейн: современное состояние и проблемы устойчивого развития» (Павлодар, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, глав, выводов и списка литературы. Объем работы составляет 139 страниц, 28 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 223 публикации, в том числе16 иностранных источников.

основное содержание работы

Жаброногий рачок, как уникальный представитель гипергалинных водоемов Рачки рода Artemia проявляют замечательную способность противостоять многим неблагоприятным условиям, что связано с формированием адаптаций к среде обитания – на экологическом, физиологическом, биохимическом уровнях. Наиболее информативным для исследования экологических адаптаций артемии является изучение строения яиц рачков на гистологическом и биохимическом уровне, причем именно на базе материала, взятого из соленых озер северо-восточных регионов Казахстана с наиболее суровыми климатическими условиями. Изучение строения оболочки яиц артемий на микроморфологическом уровне имеет и непосредственное прикладное значение, поскольку оболочки яиц ракообразных служат сырьем для получения хитина и хитозана в промышленных масштабах.

Широкое использование артемии в качестве кормового субстрата в птицеводстве предполагает и потенциальную опасность инфекционных и инвазионных заболеваний домашней птицы через подкормку рачками – за счет того, что на соленых водоемах обитает (постоянно или временно) большое количество диких птиц.

Материал и методы исследований

Материалом для настоящей работы послужили результаты полевых и лабораторных исследований, проведенных с 2003 по 2009 гг. на соленых озерах Северного Казахстана (административные территории Кустанайской, Северо-Казахстанской и Павлодарской областей). Маршрутным способом были обследованы 88 артемиевых озера (в Кустанайской – 5, Северо-Казахстанской – 18 и Павлодарской – 65). Сбор и обработка материала производилась согласно действующих гидробиологических методов, а также модифицированных методов, в соответствии с местными условиями (Убаськин, 2004, 2005). Гидробиологические пробы отбирались в основном в период март-ноябрь. Фитопланктон исследовался в период открытой воды на отдельных станциях по акватории водоема одновременно с измерением температуры и общей минерализации воды. Для морфометрических исследований использовались половозрелые рачки артемий выловленные в озерах и проанализированные в соответствии с «Инструкцией...» (Литвиненко и др., 2000).

Для определения процента выклева науплиусов, яйца инкубировались в чашках Петри, взяв за основу методы ряда авторов (Воронов, 1986: Литвиненко и др., 2000; Убаськин, 2004, 2005).

Гистоморфологические структуры выявлялись при окрашивании методом Маллори и гематоксилин-эозином Эрлиха. Химический состав тканей определялся различными реактивами, нуклеиновые кислоты – реакцией Фёльгена с холодным гидролизом. Суммарные белки выявлялись бромфеноловым синим по Бонхегу; основные белки - прочным зеленым при рН-2.2; кислые белки – прочным зеленым при рН 8.0-8.5. Сульфгидрильные группы протеинов – ферри-феррицианидным методом Шевремона-Фредерика; аминогруппы, связанные с белками, нингидрином - реактивом Шиффа; кислые мукополисахариды – альциановым синим по Стидмену (Основы гистологии …1967). Приготовленные препараты изучали на микроскопе PZO (PZO Warszawa, Poland).

На озерах и водосборных площадях собирался материал по птицам, главным образом, водоплавающим. Визуально, с помощью бинокля и фотографирования, определялся видовой состав и ориентировочно численность авиафауны.

Полученные данные обрабатывались статистически по общепринятым методикам (Рокицкий, 1961; Лакин, 1974). Степень сопряженности между варьирующими признаками оценивались в основном при помощи коэффициентов линейной корреляции (r). Географические названия местностей и водоемов уточнены и приняты к написанию в соответствии со специальным изданием (Попова,2001).

Физико-географический очерк Северного Казахстана

Рассматриваемая территория в целом относится к лесостепной и степной кли­матической области пояса умеренного климата. В распределении тепла и влаги отчетливо выра­жена широтная зональность.

На исследуемой территории в большинстве районов речная сеть развита очень слабо и крупные скопления воды остаются в пределах региона в виде бессточных озер. Общей чертой озер равнинной части территории является их мелководность. Для озер рассматриваемой территории типично чередование многоводных и маловодных периодов. Периодические изменения уровня наполнения озер их связаны с внутривековыми колебаниями климата. По степени минерализации озера на территории Северного Казахстана разнообразны и включают пресные (до 1 г/л), солоноватые (до 25 г/л) и соленые (>25 г/л) озера.

Фонд артемиевых озер

На исследованной территории Северного Казахстана фонд артемиевых озер насчитывает 88 водоемов с общей площадью водного зеркала более 4007,1 км2. Основу суммарной площади (около 89 %) составляют 22 крупных озера с площадью водного зеркала более 20 км2.

Крупные озера преобладают в западной и центральной части исследованной территории Северного Казахстана (озера Селеты-Тенгиз, Кушмурун, Жаман, Киши-Карой, Теке), в восточной части наиболее крупными водоемами (площадью более 100 км2) являются озера Кызылкак и Жалаулы, которые практически примыкают к группе центральных водоемов.

Средние озера составляют 56,8 % от общего числа артемиевых озер, в числе которых 18 озер или 36,0 % периодически пересыхают. Среди озер с площадью до 5 км2 около трети водоемов (29,2 %) периодически пересыхают. Их средние глубины составляют 0, 1-1, 6 м, максимальные не превышают 3,1 м. Во вторую группу средних озер с площадью водного зеркала от 5,1 км2 (Жамансор) до 9,6 км2 (Баргана) входят 26 водоемов, расположенных в относительно глубоких впадинах, имеющие достаточно большие водосборные площади. Артемиевые озера региона относятся к гипергалинным водоемам, с минерализацией от 35 до 352 г/л. По составу ионов, воды озер представлены преимущественно хлоридного класса, натриевой группы, III типа. Встречаются карбонатные и сульфатные водоемы.

Флора микроводорослей соленых озер исследованной территории содержит незначительное число видов. В водоемах с различной соленостью идентифицировано 34 видовых и внутривидовых таксонов из 4 отделов. Во флористическом разнообразии водорослей участвуют отделы Bacillariophyta (12 таксонов), Chlorophyta (9), Cyanophyta (8), Euglenophyta (5). Эвгленовые водоросли присутствовали лишь в мелководных опресненных экотопах гипергалинных озер и отсутствовали на основных акваториях водоемов. Наименьшее число видов альгофлоры обитает при солености 200 г/л и более.

Особенности естественного воспроизводства артемии в озерах Северного Казахстана

Исследование морфометрической изменчивости артемии

В связи с тем, что в соляных озерах северо-казахстанской части юга Западной Сибири, территории наших исследований, практически обитают партеногенетические популяции артемии, считаем рациональным отнести эти популяции к виду Artemia рarthenogenetica Barigozzi, 1974. Л. И Литвиненко (2009), на основе изучения 47 озер российской части Западной Сибири также рекомендует использовать для партеногенетических популяций название вида - Artemia parthenogenetica

Выявлена зависимость между числом постоянных водотоков, впадающих в озеро и разнообразием вариететов присутствующих в популяции. Так, если в озерах, где отсутствую такие водотоки, присутствует всего два вариетета, с доминированием вариетета (78,4–100%) свойственного данной минерализации воды, то в озерах с наличием постоянных водотоков встречается уже до четырех вариететов и при этом доля доминирующего вариетета значительно снижается. Популяционный полиморфизм артемии обеспечивает широкий спектр адаптивных возможностей популяций.

Результаты литературных и собственных исследований показали, что самки заметно отличаются от самцов большими размерами тела и весом (см. табл.1).

Таблица 2

Размеры тела артемии в различных популяциях

Озеро, территория	Длина тела, мм			Источник
	Партеногенез	Раздельнополые
		Самки	Самцы
Штормовое, Крым	10,9* (9,0 – 12,2)	9,0 (7,8 – 10,1)	8,7 (7,0 – 9,6)	Голубев и др., 2001
Б.Яровое, Алтай	11,5 (10,3 – 13,4)	9,2	8,7	Соловов, Студеникина, 1990; Царева 2002
Кулундинское, Алтай	8,8 – 9,5	9,2	7,1	Соловов, Студеникина,1990; Веснина и др., 2005.
Соленое, Алтай	–	8,5	7,4	Соловов, Студеникина,1990;
Танатар, Алтай	–	9,8	8,8	Соловов, Студеникина,1990
Медвежье, Урал	10, 4 – 10,7	(9,5 – 12,6)	8,1	Литвиненко, Матвеева, 2001
Эйбай, Китай	–	11,3 (9,3 – 14,4)	8,0 (6,0 – 9,6)	Studies… 1992
Менгисор, Сев.Казахстан	9,8 (8,0 – 11,7)	9,3 (7,9 – 11,0)	8,1 (6,9 – 8,9)	Наши данные
Становое, Сев. Казахстан	10,9 (8,8 – 13,0)	10,4 (8,9 – 12,8)	8,8	Наши данные

Примечание: * Средняя величина. В скобках – лимиты.

Стратегия размножения артемии

В исследованных нами соленых озерах Северного Казахстана обитает вид A.parthenogenetica Barigozzi 1974, отличающийся тем, что его популяции состоят исключительно из партеногенетических самок. Тем не менее, в отдельные периоды существования популяций этого вида рачка в них появляются самцы. Случается это с определенной периодичностью раз в несколько лет, а затем популяции A. parthenogenetica вновь на долгое время существуют как совокупности партеногенетических самок. Так, только в озерах Менгисор, Становое, Калатуз самцы были встречены в течение одного 2006 г. и их численность не превышала 0,08 % от общего числа особей.

На основе полевых исследований была выдвинута гипотеза о том, что при отсутствии сезонной периодичности чередования партеногенеза и раздельнополости ведущую сигнальную роль будут играть внутренние (в первую очередь генетические) факторы. Механизмы же реализации этих внутренних факторов предположительно заключается в реализации фенотипа на базе определенного генотипа, прежде всего достижение особями определенного размера.

Созревание артемии и условия размножения

Первая генерация рачка начинает формироваться из покоящихся яиц, в весенний период, в первой половине апреля при определенном комплексе абиотических факторов. К середине мая популяция уже состоит преимущественно из молодых особей. В этот период появляются половозрелые особи, с созревающими цистами (см. рис. 1)

Рисунок 1. Динамика численности разновозрастной артемии

Продолжительность ювенильного периода в озерах Северного Казахстана составила за годы наблюдений 22-34 суток.

Колебания биомассы артемии наблюдаются как в течение сезона, так и в течение ряда лет. В годы с повышенной водностью, с лучшими условиями обитания (благоприятные условия кормности и оптимальные показатели температуры и минерализации) биомасса выше, чем в годы регрессии (см. рис. 2).

К важнейшим факторам среды, определяющим продолжительности жизненного цикла поколения относятся взаимосвязанные факторы солености и водности. Особое влияние абиотических факторов на продолжительность жизни сказывается на завершающем этапе репродуктивного периода популяции. Продолжительность жизни последнего поколения артемии закономерно снижается с увеличением солености в экосистеме озера (см. рис. 3).

Так, в озере Шушкалы соленость в течение августа-сентября колебалась от 83 до 87 г/л, а живые рачки присутствовали в озере до начала октября. Тогда как в ультрагалинных озерах Маралды и Кызылкак с соленостью 218-289 г/л живые особи артемии уже не встречались в первой декаде сентября. Полученные данные свидетельствуют, что продолжительность жизни поколения в значительной степени определяется величиной концентрации соли в среде обитания рачка, которая сопряжена со степенью водности. Эту закономерность необходимо учитывать при планировании мероприятий по заготовке яиц артемии, расчета запасов яиц и мероприятий по охране популяций в конкретном водоеме.

Рисунок 2. Динамика биомассы разновозрастной артемии в озере Маралды: а) 2007 г (средневодный); б) 2008 г. (маловодный)

Достаточно динамичным популяционным показателем в экосистемах Северного Казахстана является число поколений артемии в конкретный год, который также зависит от многих абиотических факторов, но, главным образом, от величин минерализации и водности. В озерах Северного Казахстана отмечено наличие от одного до четырех поколений за вегетационный период. В маловодные годы наблюдается рождение от одного до двух поколений. В наиболее засушливые годы в озерах с минерализацией воды более 200 г/л, рождается только одно поколение весенне-летнего сезона. В многоводные благоприятные годы, с длительным вегетационным периодом, пониженной соленостью и высокой биомассой фитопланктона рождается до трех-четырех поколений.

11.08 28.08 11.09 27.09 18.10

Шушкалы Сейтен Казы Кызылкак Маралды

Рисунок 3. Динамика выживаемости взрослых особей артемии последней генерации в озерах с различной соленостью в 2009 г.

Убедительные результаты по влиянию водности года были получены при сравнении показателей числа поколений в различных популяциях соленых озер Северного Казахстана в маловодный 2008 г. и многоводный 2009 г. В многоводном 2009 г. ни в одном из исследованных озер не было отмечено менее трех поколений, даже в озерах с очень высокой степенью минерализации воды (Киши-Карой, Калатуз, Маралды, Кызылкак, Кызылтуз, Казы). Распреснение отдельных участков в гипергалинных водоемах приводило к созданию воспроизводственных зон и рождению нескольких генераций

Некоторые репродукционные особенности артемии

В водоемах Северного Казахстана индивидуальная плодовитость артемии колеблется в широких пределах от 22 до 184 яиц. Средние показатели плодовитости составляют от 43 до 81 яйца. Высокая плодовитость артемии способствует выживанию популяций рачка в постоянно изменяющихся условиях существования, вплоть до изменения экосистемы в целом при высыхании озера. Использование видом экологической r-стратегии дает преимущество виду на выживание, не смотря на высокие показатели смертности (выживаемость рачков до половозрелой стадии составляет всего 6,4% - Литвиненко, 2009).

Проведенные исследования свидетельствуют о положительной и достоверно высокой степени сопряженности показателей плодовитости и длины самок артемии (rху=0,76+0,03).

Важной качественной характеристикой артемии при использовании ее в аквакультуре является размер науплиусов. Чем меньше длина науплиуса, тем он более доступен для личинок выращиваемых рыб и беспозвоночных. Полученные в ходе исследований результаты свидетельствуют о положительной связи между соленостью воды и размером яиц в диапазоне солености от 50 до 320 г/л. Схожая закономерность прослеживается и в алтайских озерах (Солов, Студеникин, 1990).

Полученные сведения в результате экспериментов и из литературных источников свидетельствуют о том, что лучшими товарными качества с точки зрения размера яиц в экосистемах исследуемого региона являются популяции, обитающие в озерах с соленостью до 100-150 г/л.

Для определения степени выклева науплиусов в лабораторных условиях и получения науплиусов в промышленных масштабах рекомендуется использовать соленость инкубационных растворов в пределах от 5 до 35 г/л (Воронов,1986; Богатова и др.,1986; Литвиненко, 2000; Убаськин, 2003). Полученные данные при проведении опыта по определению величины выклева науплиусов из яиц различного происхождения в зависимости от солености инкубационного раствора свидетельствуют, что существует определенная взаимосвязь между этими показателями (см. рис. 4). Выклев науплиусов из озер с высокой минерализацией может происходить в инкубационных растворах с более высокой соленостью, чем для озер с меньшей минерализацией природной воды. Так, из яиц оз. Шушкалы (природная соленость в период сбора яиц – 83 г/л), выклев науплиусов при минерализации 35 – 45 г/л снизился в 2,4 – 17 раз, а при солености 50 г/л вообще прекратился. Тогда как, снижение выклева науплиусов из яиц оз. Жамантуз (318 г/л) составило 1,2 – 2,7 раза. При этом наблюдался выклев 2,6 % при солености 50 г/л.

Несмотря на общую незначительную величину созревания (около 34–41%) полученные экспериментальные данные свидетельствуют о популяционных особенностях устойчивости некоторых репродукционных показателей артемии к фактору солености, в частности способности, размножаться в соленой воде в зависимости от минерализации вода экосистемы озера.

В соленых водоемах имеются как планктонные, так и бентосные яйца (опустившиеся на дно водоемов из-за более высокого удельного веса). По данным Л.И. Литвиненко (2009) бентосные яйца составляют до 87 % от общего запаса яиц в водоеме. Проведенные нами экспериментальные работы показали, что существует обратная и достоверная тесная зависимость между степенью солености озерной воды и количеством доли утонувших яиц (rху= - 0,83+0,04).

Результаты опытов свидетельствуют о том, что яйца артемии даже в одной популяции весьма неоднородны по характеристикам, которые формируют их степень плавучести и в результате изменения сезонных показателей солености доля планктонных и бентосных яиц в водоеме может изменяться.

Соленость, г/л

Рисунок 4. Зависимость выклева науплиусов артемии различных

популяций от солености инкубационного раствора

– оз. Шушкалы (сол. 83 г/л); – оз. Туз (233 г/л); – оз. Жамантуз (318 г/л)

Происходит плавное снижение показателей погружения яиц в пределах солености от 0 до120 г/л, а в границах солености 120 – 200 г/л наблюдается резкое уменьшение утонувших яиц.

Полученные данные можно использовать в первом приближении для прогнозирования оценки доли планктонных и бентосных яиц в озерах с различной минерализацией и при изменении гидрологического состояния в экосистеме озера в течение сезона или года в целом.

Анализ качества яиц собранных в различные, по условиям обитания рачков, годы свидетельствует, что более благоприятные условия кормности и размножения способствуют появлению более лучшего потомства. На рисунке 5 показано, что в многоводные годы, с благоприятными условиями обитания самки откладывают яйца с более высокими потенциальными возможностями будущего поколения. Во всех шести исследованных озерах выклев науплисов в многоводные годы был выше, чем в маловодные. Полученные данные можно использовать для прогнозирования качества яиц добываемых в различные по водности годы в озерах Северного Казахстана.

Экофизиологические адаптации и гистохимическое строение оболочек и эмбрионов яиц артемий

Артемии было бы трудно выжить без определенных адаптивных стратегий, в том числе, на стадии яйца. Существенную роль в формировании адаптаций яиц, как пропагативной стадии артемий, играет оболочка, а также запасные питательные вещества, обеспечивающие толерантность развивающегося эмбриона от неблагоприятных внешних условий. Наиболее информативным для исследования экологических адаптаций артемии является изучение строения яиц рачков на гистологическом и биохимическом уровне, причем именно на базе материала, взятого из соленых озер Северного Казахстана с наиболее суровыми климатическими условиями. Изучение строения оболочки яиц артемий на микроморфологическом уровне имеет и непосредственное прикладное значение, поскольку оболочки яиц ракообразных служат сырьем для получения хитина и хитозана в промышленных масштабах.

%

Калибек Теке Туз Кызылкак Маралды Шарбакты

- маловодный год; - многоводный год

Рисунок 5. Зависимость выклева науплиусов от условий водности года, в %

Основные экофизиологические адаптации яиц артемий направлены на их резистентность к следующим неблагоприятным внешним факторам: 1) к высыханию: адаптации к нему важны при сезонных изменениях уровня воды в озерах, а также при распространении сухих яиц ветром; 2) к колебаниям климатических условий, в том числе внешней температуры и влажности; 3) к агрессивным химическим веществам (малая реакционноспособность белков оболочки и отсутствие там активных сульфгидрильных групп, присутствие сплошного слоя химически инертного хитина); 4) к относительно малому содержанию кислорода в соленых водоемах (основные запасные энергетические вещества – углеводы; дыхательная пластинка содержит много кислых белков; каротиноиды, содержащиеся в оболочке яиц и в теле взрослых рачков, особенно при повышенной солености, активизируют окислительные процессы и депонируют кислород ввиду обилия ненасыщенных связей).

Проведенные измерения показали, что у яиц артемии из 9 северо-казахстанских соленых озер толщина хориона колеблется в средних показателях от 4,0±0,09 до 8,4±0,2 мкм, при диаметре гидратированных яиц от 279 до 307 мкм. Наблюдается определенная зависимость между толщиной хориона и соленостью воды в озере. С увеличением солености воды происходит уменьшение толщины хорионы.

Полученные данные можно использовать в первом приближении для оценки потенциальной возможности получения яиц с более лучшими качественными показателями выклюнувшихся науплиусов, т.к. при более меньшей толщине хориона у науплиусов сохраняется в теле больше энергетических веществ в связи с меньшими затратами их на разрыв оболочки яйца.

Результаты экспериментальных работ по активации яиц артемии

В осенний период яйца артемии имеют низкий процент выклева (не более 10-15%) и поэтому должны пройти период активации. Как правило, яйца добывают осенью или зимой, а затем проводят искусственную активацию. Способность к выклеву нарастает постепенно в период содержания яиц во влажной среде. Однако получить высокие показатели выклева не всегда удается.

Проведенные нами в течение всего осеннее-зимнего-весеннего периода исследования показали, что на степень созревания яиц в значительной степени оказывает влияние условия активации, в частности, температура среды и условия хранения. При одинаковой стартовой величине выклева – 7,8 %, за период активации наилучшие результаты были отмечены у яиц в течение всего периода находившихся в озере в естественной среде. Наихудшие результаты зафиксированы у яиц хранившихся в холодильнике. Достаточно высокие показатели выклева имели и яйца, активирующиеся на открытом воздухе (под навесом). Возможно, что низкие показатели выклева яиц из холодильника явились следствием недостаточно низкой температуры, а также ее постоянство, т.е. не свойственным природным условиям обитания.

Для повышения величины выклева яиц непосредственно перед инкубацией (получением науплиусов) наиболее широко в настоящее время используется метод предложенный И.Б. Богатовой с соавторами (1982,1985,1986) в основу которого положена обработка яиц артемии перекисью водорода, как перед инкубацией, так и непосредственно в инкубационных аппаратах. Учитывая, что процесс выклева возможен только после гидратации яиц мы провели экспериментальные работы по добавлению в воду различных веществ, которые могли бы, по нашему мнению, способствовать повышению выклева науплиусов.

В экспериментальных работах мы использовали лабазник вязолистный (Filipendula ulmaria (L.) Maxim) и аптечный сбор шалфея Salvia officinalis L. Опытным путем были найдены оптимальные концентрации растворов. Наилучшие результаты были получены при настое цветов лабазника вязолистного – 1 г цветов в 100 мл воды, шалфея – 1–2 г сбора в 100 мл воды. В раствор помещали 250 мг яиц. Полученные результаты экспериментальных работ, свидетельствуют о положительном влиянии водных растворов растений на выклев науплиусов артемии. Во всех опытах с яйцами из различных озер наблюдалось превышение достоверное показателей выклева над контролем (tфакт>t0,5).

В опытах с шалфеем среднее превышение составляло по трем озерам 22,1 % (21,1 – 23,7). В опытах с лабазником опытные данные превосходили контрольные в среднем на 21,0 %, но наблюдался более высокий разброс данных от 7,6% (оз. Калибек) до 35,5% (оз. Маралды).

Таким образом, проведенные экспериментальные работы показали, что водные настои шалфея лекарственного и лабазника вязолистного используемых в процессе гидратации яиц, оказывают активирующее действие на созревание эмбрионов артемии и повышают выклев науплиусов. В связи с этим рекомендуем: для яиц различного происхождения подбирать опытным путем конкретное биологическое сырье из шалфея лекарственного или лабазника вязолистного для получения эффективного результата выклева науплиусов.

Экологический анализ использования артемии в птицеводстве

Рачок Artemia (Crustacea, Аnostraca) широко используется в птицеводстве в качестве корма. За счет того, что на соленых водоемах, местах сбора артемии, постоянно или временно обитает большое количество диких птиц, носителей инфекционных и инвазионных заболеваний, подкормка рачками выращиваемых культурных птиц представляет потенциальную опасность. В бассейнах соленых озерах исследуемой территории обитает с разной степенью облигатности около 45 видов птиц. При использовании артемии в птицеводстве необходимо проводить комплекс мероприятий по обеззараживанию сырья и оборудования.

Основные экологические проблемы артемиевых озер и пути их решения

Даны рекомендации по эффективному использованию на территории Северного Казахстана огромного количества малых соленых озер, в которых можно эксплуатировать как природные популяции артемии, так и искусственно созданные воспроизводственные комплексы. При этом можно использовать для первоначального выпуска как яйца и науплиусы, так и взрослые особи происхождения из различных озер Северного Казахстана или водоемов российской территории в Западной Сибири. Для увеличения кормности водоемов (увеличения биомассы фитопланктона) можно использовать органические и неорганические удобрения в опресненных зонах озер. В целом предложенные меры позволяют более широко использовать продукционные возможности соленых озер и получать дополнительную продукцию ценного рачка.

ВЫВОДЫ

1. В гипергалинных водоемах Северного Казахстана обитают партеногенетические размножающиеся популяции Artemia parthenogenetica Barigozzi, 1974. В зависимости от степени солености в озерах присутствуют различные вариететы артемии от A.p.var.principalis до A.p.var. koppeniana. С увеличением числа пресноводных водотоков увеличивает количество вариететов и снижается доля доминирующего вариетета.

2. При отсутствии сезонной периодичности чередования партеногенеза и раздельнополости ведущую сигнальную роль играют внутренние (в первую очередь генетические) факторы. При этом механизмы их реализации предположительно заключаются в реализации фенотипа на базе определенного генотипа, прежде всего достижение особями определенного размера.

3. С увеличением показателя водности и снижением солености число поколений увеличивается. В многоводные годы число поколений больше на 1–2 поколения, чем в маловодные годы. Проведенные исследования свидетельствуют о положительной и достаточно высокой степени сопряженности показателей плодовитости и длины самок артемии.

4. Лучшими продукционными показателями (товарными качествами яиц) обладают особи в популяциях, обитающие в озерах с соленостью до 100-150 г/л. С увеличением солености практически линейно уменьшается величина гидратации яиц, а при солености 120 г/л и более гидратируется не более 10-20 % яиц. Толщина хориона яиц из северо-казахстанских озер колеблется от 4,0±0,09 до 8,4±0,2 мкм.

5. Лучшие результаты созревания отмечены у яиц, находившиеся в озере и худшие зафиксированы у яиц хранившиеся в холодильнике. Высокие показатели выклева имели яйца, активирующиеся на открытом воздухе. Водные настои шалфея лекарственного и лабазника вязолистного используемые в процессе гидратации яиц, оказывают активирующее действие на созревание эмбрионов артемии и повышают выклев науплиусов.

6. На соленых озерах и водосборных площадях держится с разной степенью облигатности около 45 видов птиц. При использовании яиц артемии в качестве корма в птицеводстве и животноводстве, следует предусмотреть потенциальную опасность инфекционных и инвазионных заболеваний домашней птицы через зараженное сырье и предусмотреть профилактические мероприятия.

Практические предложения

1. С целью охраны и рационального использования гипергалинных артемиевых озер Северного Казахстана необходимо провести закрепление исследованных 88 водоемов за природопользователями на тендерной основе согласно законодательства Республики Казахстан.

2. При проведении исследовательских работ по оценке запасов яиц артемии можно использовать выявленную зависимость между степенью солености озерной воды и количеством доли утонувших яиц. Полученные экспресс-анализом в полевых условиях параметры минерализации и водности возможно использовать для оценки доли планктонных и бентосных яиц в конкретном озере.

3. Существующую зависимость между толщиной хориона и озерной соленостью воды можно использовать в первом приближении для оценки качества яиц и прогноза размерно-весовых показателей выклюнувшихся науплиусов.

4. Водные настои шалфея лекарственного и лабазника вязолистного используемые в процессе гидратации яиц, оказывают активирующее действие на созревание эмбрионов артемии и повышают выклев науплиусов.

5. При использовании яиц артемии в качестве корма в птицеводстве и животноводстве, следует предусмотреть потенциальную опасность инфекционных и инвазионных заболеваний домашней птицы через зараженное сырье и предусмотреть профилактические мероприятия.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Вольф Л.А. Чередование партеногенеза и раздельнополых генераций в размножении солоноводного рачка Аrtemia parthenogenetica (Crustace, Аnostraca)// Всерос. научн. аграр. журнал «Аграрный Вестник Урала». - Екатеринбург, 2009. Вып.6.- С. 61-64.

2. Вольф Л.А. Экофизиологические адаптации и гистохимическое строение оболочек и эмбрионов яиц артемии // Всерос. науч. аграр. журнал «Аграрный Вестник Урала». Екатеринбург, 2010. Вып. 5. – С. 13-15.

Научные статьи и тезисы:

3. Вольф Л.А. Артемия в Казахстане: распространение и ресурсы [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Биологические науки Казахстана. – Павлодар: РИО ПГПИ, 2005. - № 3- 4. С.13-20. (авт.- 50%).

4. Вольф Л.А. Особенности пространственного распространения артемии (Crustacea, Аnostraca) в водоемах [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Биологические науки Казахстана. - Павлодар: РИО ПГПИ, 2006. - № 1- 2. С.146-154 (авт. – 50%).

5. Вольф Л.А. Экологические проблемы соляных артемиевых озер юга Западно-Сибирской равнины [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: Материалы международ. науч.-практ. конф. – Омск: Издательский дом «Наука», 2006. - С.120-122 (авт. – 50%).

6. Вольф Л.А. Популяционная изменчивость артемии (Аnostraca, Crustacea) в условиях динамичной среды [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Популяционная экология животных. «Проблемы популяционной экологии животных», посвященная памяти академика И.А.Шилова: Материалы международ. конф. – Томск: Изд-во ТГУ, 2006. – С. 92 (авт. – 50%).

7. Вольф Л.А. Модификации артемии (Аnostraca, Crustacea) в водоемах юга Западно-Сибирской равнины [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Популяционная экология животных. «Проблемы популяционной экологии животных», посвященная памяти академика И.А.Шилова: Материалы международ. конф.. – Томск: Изд-во ТГУ, 2006. – С. 384 (авт. – 50%).

8. Вольф Л.А. Питание артемии (Crustace, Аnostraca) в соляных водоемах юга Западно-Сибирской равнины [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: Материалы международ. науч. конф. - Ростов-на-Дону: Издательство АзНИИРХ, 2006. – С. 9-12. (авт. – 50%).

9. Вольф Л.А. О связи размеров яиц и науплиусов артемии (Crustace, Аnostraca) [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: Материалы международ. науч. конф. - Ростов-на-Дону: Издательство АзНИИРХ, 2006. – С. 21-24. (авт. – 50%).

10. Вольф Л.А. Основные абиотические факторы в экосистемах артемиевых озер [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Информ. экологич. бюллетень «Природа и мы»- 2006. – Павлодар, 2006. - С. 13 -15. (авт. – 50%).

11. Вольф Л.А. Применение различных препаратов для активации яиц артемии // Химия и химическая технология в XXI веке: IX Всероссийская научно-практическая конференция аспирантов и студентов. – Томск: Изд-во ТГУ, 2007. – С. 301- 302.

12. Вольф Л.А. орнитофауна соленых артемиевых озер // Современное состояние водных биоресурсов: Материалы международной конференции. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2008. - С. 134.

13. Вольф Л.А. Использование артемии в свете проблемы птичьего гриппа [Текст] А.В. Убаськин, Л.А. Вольф // Современное состояние водных биоресурсов: Материалы международной конференции. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2008. - С. 437 (авт. – 50%).

14. Вольф Л.А. Адаптивные модификации на примере фенотипической изменчивости жаброногого рачка артемии // Биологические, медицинские и психолого-педагогические проблемы адаптации: Материалы международной научно-практической конференции.- Павлодар: Изд-во Инновац. Евразийск. ун-та, 2009. - С. 7-10.

15. Вольф Л.А. Фитопланктон соленых озер как кормовая база жаброногого рачка artemia parthenogenetica (Crustace, Аnostraca) // Иртышский бассейн: современное состояние и проблемы устойчивого развития: Материалы международной научно-практической конференции. - Павлодар: РИО ПГПИ, 2009. - С. 243- 247.

16. Volf1 L. A. Using Brine Shrimps as Food and Premix for Domestic Birds, and Issues of the Prophylactics of Infectious and Parasitic Diseases[ Текст] L. A. Volf1, N. E. Tarasovskaya, U. Kamanuly, A. V. Ubaskin// Mongolian Journal of Biological Sciences. 2009.- Vol. 7 (1-2).- Р.77-79. (авт. – 30%)

Подписано в печать Формат 60Х84/16

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Печ. л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ П-552.

Издательство ОмГПУ.

Отпечатано в типографии ОмГПУ,

Омск, наб. Тухачевского, 14, тел./факс (3812) 23-57-93