Вплив різних концентрацій фосфору на тканинний та внутрішньоклітинний метаболізм Cyprinus Carpio L. у водному середовищі існування

Наталія Євгеніївна Гриневич; Микола Михайлович Світельський; Олександр Андрійович Хом’як; Оксана Василівна Іщук; Світлана Матковська

Вплив різних концентрацій фосфору на тканинний та внутрішньоклітинний метаболізм Cyprinus Carpio L. у водному середовищі існування

Наталія Євгеніївна Гриневич, Микола Михайлович Світельський, Олександр Андрійович Хом’як, Оксана Василівна Іщук, Світлана Матковська

Отримано: 05.03.2023 Доопрацьовано: 10.04.2023 Прийнято: 06.05.2023

Взято з Том 26, № 5, 2023 Сторінки: 21-36

Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Актуальність дослідження зумовлена тим, що під впливом різних чинників водного середовища фіксуються зміни швидкості та спрямованості метаболічних процесів гідробіонтів. Метою дослідження є вивчення впливу різного вмісту неорганічного фосфору у водному середовищі на показники фосфорнокальцієвого обміну у риб. Використовували методи тонкошарової хроматографії та варіаційної статистики. Аналізували залозисті тканини зябер, печінки та нирок риб. Для вивчення впливу неорганічного фосфору водного середовища на деякі показники внутрішньоклітинного метаболізму виділяли мітохондрії в осморегуляторних органах. Встановлено, що при підвищенні концентрації фосфору у водному середовищі до 0,3-0,6 мг/л відбувається його накопичення в печінці, зябрах і зменшення в нирках, при цьому концентрація в сироватці крові риб підтримується на відносно постійному рівні. Підвищення концентрації неорганічного фосфору у водному середовищі суттєво впливає на процеси енергоутворення в мітохондріях печінки риб. Зміна вмісту фосфору в середовищі існування риб має значний вплив на біоенергетичні процеси в тканинах, що проявляється у зміні вмісту аденозинтрифосфату, активності лужної фосфатази. Значні зміни цих показників спостерігаються в зябрах та нирках. Результати досліджень можуть бути використані для формування адаптаційно-компенсаторних регуляторних механізмів в організмі гідробіонтів при їх пристосуванні до певних умов вирощування та розмноження

Ключові слова

Cyprinus carpio; печінка; зябра; нирки; сироватка крові; жовч

[1] Ai, F., Wang, L., Li, J., & Xu, Q. (2019). Effects of a-ketoglutarate (AKG) supplementation in low phosphorous diets on the growth, phosphorus metabolism and skeletal development of juvenile mirror carp (Cyprinus carpio). Aquaculture, 507, 393-401. doi: 10.1016/j.aquaculture.2019.03.047.

[2] Boyd, C.E., D’Abramo, L.R., Glencross, B.D., Huyben, D.C., Juarez, L.M., Lockwood, G.S., McNevin, A.A., Tacon, A.G.J., Teletchea, F., Tomasso, J.R., Jr, Tucker, C.S., & Valenti, W.C. (2020). Achieving sustainable aquaculture: Historical and current perspectives and future needs and challenges. Journal of the World Aquaculture Society, 51(3), 578633. doi: 10.1111/jwas.12714.

[3] Costa, J.M., Sartori, M.M.P., Nascimento, N.F.D., Kadri, S.M., Ribolla, P.E.M., Pinhal, D., & Pezzato, L.E. (2018). Inadequate dietary phosphorus levels cause skeletal anomalies and alter osteocalcin gene expression in zebrafish. International Journal of Molecular Sciences, 19, article number 364. doi: 10.3390/ijms19020364.

[4] Dilelis, F., Freitas, L.W., Quaresma, D.V., Reis, T.L., Souza, C.S., & Lima, C.A.R. (2021). Determination of true ileal digestibility of phosphorus of fish meal in broiler diets. Animal Feed Science and Technology, 272, article number 114742. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2020.114742.

[5] Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. (2010). Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ. do?uri=OJ:L:2010:276:0033:0079:En:PDF .

[6] Fedoniuk, T.P., Fedoniuk, R.H., Romanchuk, L.D., Petruk, A.A., & Pazych, V.M. (2019). The influence of landscape structure on the quality index of surface waters. Journal of Water and Land Development, 43(1), 56-63. doi: 10.2478/jwld-2019-0063.

[7] Fedonyuk, T.P., Fedoniuk, R.H., Zymaroieva, A.A., Pazych, V.M., & Aristarkhova, E.O. (2019). Phytocenological approach in biomonitoring of the state of aquatic ecosystems in Ukrainian Polesie. Journal of Water and Land Development, 44(I-III), 65-74. doi: 10.24425/JWLD.2019.127047.

[8] Gao, S., Sun, P., Ren, H., Chen, J., Shen, Y., Wang, Z., Huang, Y., & Chen, W. (2023). Effects of dietary phosphorus deficiency on the growth performance, hepatic lipid metabolism, and antioxidant capacity of Yellow River Carp Cyprinus carpio haematopterus. Journal of Aquatic Animal Health, 35(1), 41-49. doi: 10.1002/aah.10177.

[9] He, Y., Song, Z., Dong, X., Zheng, Q., Peng, X., & Jia, X. (2022). Candida tropicalis prompted effectively simultaneous removal of carbon, nitrogen and phosphorus in activated sludge reactor: Microbial community succession and functional characteristics. Bioresource Technology, 348, article number 126820. doi: 10.1016/j. biortech.2022.126820 .

[10] Hrynevych, N., Svitelskyi, M., Solomatina, V., Ishchuk, О., Matkovska, S., Sliusarenko, A., Khomiak, O., Trofymchuk, A., Pukalo, P., & Zharchynska, V. (2022). Acclimatization of fish to the higher calcium levels in the water environment. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences, 16, 101-113. doi: 10.5219/1732 .

[11] Huang, C-L., Gao, B., Xu, S., Huang, Y., Yan, X., & Cui, S. (2019). Changing phosphorus metabolism of a global aquaculture city. Journal of Cleaner Production, 225, 1118-1133. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.03.298 .

[12] Huser, B.J., Bajer, P.G., Kittelson, S., Christenson, S., & Menken, K. (2021). Changes to water quality and sediment phosphorus forms in a shallow, eutrophic lake after removal of common carp (Cyprinus carpio). Inland Waters, 12(1), 33-46. doi: 10.1080/20442041.2020.1850096.

[13] Knöpfel, T., Himmerkus, N., Günzel, D., Bleich, M., Hernando, N., & Wagner, C.A. (2019). Paracellular transport of phosphate along the intestine. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology, 317, 233241. doi: 10.1152/ajpgi.00032.2019.

[14] Lall, S.P. (2022). The minerals. In Fish Nutrition (469-554). Cambridge: Academic Press.

[15] Law of Ukraine No. 27 “On the Protection of Animals from Cruelty”. (2006, February). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/3447-15#Text.

[16] Lei, Y., Sun, Y., Wang, X., Lin, Z., Bu, X., Wang, N., Du, Z., Qin, J., & Chen, L. (2021). Effect of dietary phosphorus on growth performance, body composition, antioxidant activities and lipid metabolism of juvenile Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis). Aquaculture, 531, article number 735856. doi: 10.1016/j.aquaculture.2020.735856.

[17] Musharraf, M., & Khan, M.A. (2019). Dietary phosphorus requirement of fingerling Indian major carp, Labeo rohita (Hamilton). Journal of the World Aquaculture Society, 50, 469-484. doi: 10.1111/jwas.12521.

[18] Pinkina, T., Zymaroieva, A., Matkovska, S., Svitelskyi, M., Ishchuk, O., & Fediuchka, M. (2019). Trophic characteristics of Lymnaea stagnalis (Mollusca: Gastropoda: Lymnaeidae) in toxic environment. Ekologia, 38(3), 292-300. doi: 10.2478/eko-2019-0022.

[19] Pouil, S., Bustamante, P., Warnau, M., & Metian, M. (2018). Overview of trace element trophic transfer in fish through the concept of assimilation efficiency. Marine Ecology Progress Series, 588, 243-254. doi: 10.3354/ meps12452.

[20] Romanchuk, L., Fedonyuk, T., Pazych, V., Fedonyuk, R., Khant, G., & Petruk, A. (2018). Assessment of the stability of aquatic ecosystems development on the basis of indicators of the macrophytes fluctuating asymmetry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10), (94), 54-61. doi: 10.15587/1729-4061.2018.141055 .

[21] Saurette, M., & Alexander, R.T. (2019). Intestinal phosphate absorption: The paracellular pathway predominates? Experimental Biology and Medicine, 244, 646-654. doi: 10.1177/1535370219831220 .

[22] Solomatina, V.D., Pinkina, T.V., & Svitelskyi, M.M. (2018). The effect of the temperature of rearing young fish of different species on the content of organophosphorus high-energy compounds in their tissues. Water Bioresources and Aquaculture, 2, 79-88.

[23] Solomatina, V.D., Pinkina, T.V., Svitelskyi, M.M., & Feduchka, M.I. (2019). Changes in calcium and phosphorus metabolism in fish with their warm-water growing. Water Bioresources and Aquaculture, 1, 51-62. doi: 10.32851/ wba.2019.1.5 .

[24] Souders 2nd, C.L., Liang, X., Wang, X., Ector, N., Zhao, Y.H., & Martyniuk, C.J. (2018). High-throughput assessment of oxidative respiration in fish embryos: Advancing adverse outcome pathways for mitochondrial dysfunction. Aquatic Toxicology, 199, 162-173. doi: 10.1016/j.aquatox.2018.03.031.

[25] Sugiura, S.H. (2018). Phosphorus, Aquaculture, and the Environment. In Reviews in Fisheries Science &amp. Aquaculture, 26(4), 515-521. doi: 10.1080/23308249.2018.1471040 .

[26] Sun, Y., Li, B., Zhang, X., Chen, M., Tang, H., & Yu, X. (2018). Dietary available phosphorus requirement of crucian carp (Carassius auratus). Aquaculture Nutrition, 24(5), 1494-1501. doi: 10.1111/anu.12686 .

[27] Svitelskyi, M.M., Ishchuk, O.V., Fediuchka, M.I., Klymchyk, O.M., Pryshchepa, M.A., & Pylypchuk, N.V. (2020). Intracellular calcium metabolism of fish under hypercalcemic conditions of the aquatic environment. Bulletin National University of Water and Environmental Engineering, 1(89), 63-72.

[28] Wang, L., Fan, Z., Zhang, Y., Wu, D., Li, J., & Xu, Q. (2022). Effect of phosphorus on growt h performance, intestinal tight junctions, Nrf2 signaling pathway and immune response of juvenile mirror carp (Cyprinus carpio) fed different α-ketoglutarate levels. Fish & Shellfish Immunology, 120, 271-279. doi: 10.1016/j.fsi.2021.11.040 .

[29] Wang, P., Li, X., Xu, Z., Ji, D., He, M., Dang, J., & Leng, X. (2021). The digestible phosphorus requirement in practical diet for largemouth bass (Micropterus salmoides) based on growth and feed utilization. Aquaculture and Fisheries, 7(6), 632-638. doi: 10.1016/j.aaf.2020.11.002 .

[30] Wang, Y., Geng, Y., Shi, X., Wang, S., Yang, Z., Zhang, P., & Liu, H. (2022). Effects of dietary phosphorus levels on growth performance, phosphorus utilization and intestinal calcium and phosphorus transport-related genes expression of juvenile chinese soft-shelled turtle (Pelodiscus sinensis). Animals, 12, article number 3101. doi: 10.3390/ani12223101.

[31] Xu, C.M., Yu, H.R., Zhang, Q., Chen, B.B., Li, L.Y., Qiu, X.Y., Qi, T., Liu, J.Q., & Shan, L.L. (2021). Dietary phosphorus requirement of coho salmon (Oncorhynchus kisutch) alevins cultured in freshwater. Aquaculture Nutrition, 27, 2427-2435. doi: 10.1111/anu.13374 .

[32] Yang, Q., Liang, H., Maulu, S., Ge, X., Ren, M., Xie, J., & Xi, B. (2021). Dietary phosphorus affects growth, glucolipid metabolism, antioxidant activity and immune status of juvenile blunt snout bream (Megalobrama amblycephala). Animal Feed Science and Technology, 274, article number 114896. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2021.114896.

[33] Yu, H., Yang, Q., Liang, H., Ren, M., Ge, X., & Ji, K. (2021). Effects of stocking density and dietary phosphorus levels on the growth performance, antioxidant capacity, and nitrogen and phosphorus emissions of juvenile blunt snout bream (Megalobrama amblycephala). Aquaculture Nutrition, 27, 581-591. doi: 10.1111/anu.13208 .

[34] Zhang, J., Zhang, S., Lu, K., Wang, L., Song, K., Li, X., Zhang, C., & Rahimnejad, S. (2022). Effects of dietary phosphorus level on growth, body composition, liver histology and lipid metabolism of spotted seabass (Lateolabrax maculatus) reared in freshwater. Aquaculture and Fisheries, 8(5), 528-537. doi: 10.1016/j. aaf.2022.02.004 .

[35] Zhao, J., Liu, M., & Chen, M. (2019). Analytical errors in the determination of inorganic and organic phosphorus in waters based on laboratory experiences. Journal of Water Resource and Protection, 11(1), 53-67. doi: 10.4236/ jwarp.2019.111004 .

[36] Zhao, M., Luo, J., Zhou, Q., Yuan, Y., Shi, B., Zhu, T., Lu, J., Hu, X., Jiao, L., Sun, P., & Jin, M. (2021). Influence of dietary phosphorus on growth performance, phosphorus accumulation in tissue and energy metabolism of juvenile swimming crab (Portunus trituberculatus). Aquaculture Reports, 20, article number 100654. doi: 10.1016/j. aqrep.2021.100654 .

Hrynevych, N., Svitelskyi, M., Khomiak, O., Ishchuk, О., & Matkovska, S. (2023). Influence of various phosphoric concentrations on tissue and intracellular metabolism of Cyprinus Carpio L. in aquatic habitat. Scientific Horizons, 26(5), 21-36. https://doi.org/10.48077/scihor5.2023.21