По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 639.3.03 DOI:10.33920/sel-09-2205-02

Полносистемное исследование нейроэндокринной регуляции размножения рыб

Павел Евгеньевич Гарлов д-р биол. наук, профессор кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Комиссара Смирнова, д. 13, кв. 22, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0001-6041-3382
Наталья Борисовна Рыбалова канд. с.-х. наук, заведующий кафедрой водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Санкт-Петербург, Россия, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0001-5545-6898
Тамара Алексеевна Нечаева канд. биол. наук, доцент кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Санкт-Петербург, Россия, E-mail: wba2009@mail.ru, ORCID: 0000-0003-4858-567X
Артур Николаевич Денисенко сотрудник кафедры водных биоресурсов и аквакультуры, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Санкт-Петербург, Россия, E-mail: wba2009@mail.ru
Валерий Владимирович Кузик канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник группы интегративной нейроэндокринологии Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург, Россия, E-mail: kuzikvv@mail.ru, ORCID: 0000-00018061-507X

Эколого-гистофизиологическими полносистемными исследованиями гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) установлено ее участие в инициировании энергозатратных процессов миграционного и нерестового поведения и завершении нереста путем подавления гиперактивности желез-мишеней, которое обеспечивает переход организма на энергосберегающий пластический обмен. Анализ ключевой роли ГГНС в этих процессах позволил разработать конструктивную рабочую схему нейроэндокринной интеграции размножения рыб по принципу саморегуляции. На ее основе для повышения эффективности биотехники заводского воспроизводства разработаны новые методы управления биотехникой размножения рыб. В настоящей части работы представлены технология приготовления и результаты производственных испытаний эффективности гипофизарных препаратов, разработанных для усиления стимуляции полового созревания рыб: изолированных передней и задней долей гипофиза (ИПД и ЗДГ). Производственными проверками эффективности использования препарата ИПД на осетровых рыбоводных заводах Нижней Волги и Дона доказано повышение степени рыбоводного использования производителей в среднем на 15%. Для повышения эффективности применения препарата ИПД была установлена ее зависимость от степени подготовленности самок к половому созреванию и овуляции путем наиболее объективной оценки их индивидуального рыбоводного качества по степени поляризации ядра ооцита. После применения ИПД важнейшие показатели физиологического состояния производителей и потомства не только сохраняются в пределах производственной нормы, но и качественно превышают «контроль» — целый гипофиз. Во избежание значительных производственных потерь сухого вещества гипофиза (особенно при удалении ЗДГ) и учитывая большой расход (35–40%) гипофизов на стимуляцию созревания самцов рыб, был разработан «способ стимуляции полового созревания самцов рыб» с изолированной задней долей гипофиза, обеспечивающий безотходную технологию приготовления и использования обоих препаратов. Обсуждаются возможные перспективы совершенствования методов стимуляции полового созревания производителей рыб.

Литература:

1. Алтуфьев, Ю.В. О подготовленности самок осетра и севрюги, поступающих на ОРЗ, к гипофизарным инъекциям / Ю.В. Алтуфьев, А.В. Дубовская, П.Е. Гарлов // Тез. научн. докл. Всес. совещ. — Астрахань, 1986. — С. 16–17.

2. Андронов, А.Е. Способ прижизненного определения степени зрелости икры осетровых рыб и жизнеспособности получаемого из нее потомства / А.Е. Андронов // Авт. свид. СССР № 757139. 1978.

3. Баранникова, И.А. Методы определения гонадотропной активности гипофизов рыб в связи с вопросом стандартизации препарата для гипофизарных инъекций / И.А. Баранникова, А.А. Боев, Е.Б. Моисеева, Б.Г. Травкин // Труды ВНИРО. — 1975. — Т. 61. — С. 125–134.

4. Бурлаков, А.Б. Половая специфичность гипофизарных гонадотропинов у икромечущих рыб / А.Б. Бурлаков. — М.: МГУ, 1997. — 208 с.

5. Гарлов, П.Е. Нейроэндокринная регуляция размножения рыб / П.Е. Гарлов, В.В. Кузик. — СПб.: Аграф+, 2008. — 296 с.

6. Гарлов, П.Е. Биотехника управления размножением рыб / П.Е. Гарлов. — СПб.: ФАР ФГБНУ «ГосНИОРХ», 2011. — 95 с.

7. Гарлов, П.Е. Искусственное воспроизводство рыб. Полносистемное исследование: учебное пособие (уровень образования: магистратура, аспирантура) / П.Е. Гарлов, Т.А. Нечаева, Н.Б. Рыбалова. — СПб.: Лань, 2020. — 328 с.

8. Гарлов, П.Е. Искусственное воспроизводство рыб. Управление размножением / П.Е. Гарлов, Ю.К. Кузнецов, К.Е. Федоров. — СПб.: Лань, 2014. — 256 с.

9. Гарлов, П.Е. К разработке экспресс-метода оценки биологической активности гипофизов рыб / П.Е. Гарлов, С.Н. Панина // Проблемы изучения и рационального использования биологических ресурсов окраинных и внутренних морей СНГ. — Ростов-на-Дону: АзНИИРХ, ВНИРО, РАН, 1992. — С. 30–31.

10. Гарлов, П.Е. Приготовление препарата гипофиза осетровых / П.Е. Гарлов // Рыбное хозяйство. — 1990. — № 1. — С. 51–53.

11. Гарлов, П.Е. Разработка системы управления биотехникой заводского воспроизводства популяций рыб / П.Е. Гарлов // Рыбоводство и рыбное хозяйство. — 2020. — № 4. — С. 28–38.

12. Гарлов, П.Е. Результаты использования препарата изолированной передней доли гипофиза для стимуляции созревания самок русского осетра Acipenser gueldenstaedti и севрюги Acipenser stellatus / П.Е. Гарлов, Ю.В. Алтуфьев, А.Л. Поленов, А.В. Дубовская // Вопросы ихтиологии. — 1987. — Т. 27. — Вып. 5. — С. 844–851.

13. Гарлов, П.Е. Способ приготовления гормонального препарата для стимуляции созревания производителей рыб / П.Е. Гарлов, А.Л. Поленов // Авт. свид. СССР № 719571. — 1976. — Бюлл. 1980. — № 9. — С. 13–14.

14. Гарлов, П.Е. Способ стимуляции полового созревания самцов рыб / П.Е. Гарлов, А.Л. Поленов, Ю.В. Алтуфьев, О.П. Попов, О.К. Буренин // Авт. свид. СССР № 1163817. — 1983. — Опубл.: Бюлл. Госкомизобретений и открытий. — 1985. — № 5. — 24. — С. 5.

15. Гарлов, П.Е. Функциональная роль гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы в миграциях и нересте рыб / П.Е. Гарлов // Труды ВНИРО. — 2020. — Вып. 182. — С. 27–47.

16. Гарлов, П.Е. Эколого-гистофизиологический обзор участия гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы в размножении рыб / П.Е. Гарлов, М.В. Мосягина, Н.Б. Рыбалова // Труды ЗИН РАН. — 2019. — № 323 (4). — С. 476–497.

17. Казанский, Б.Н. Закономерности гаметогенеза и полового цикла рыб / Б.Н. Казанский // Открытия в СССР, 1957–1967 гг. — М.: Изд-во ЦНИПИ, 1968. — С. 73–75.

18. Казанский, Б.Н. Экспресс-метод определения степени зрелости гонад у производителей осетровых / Б.Н. Казанский, Ю.А. Феклов, С.Б. Подушка, А.Н. Молодцов // Рыбное хозяйство. — 1978. — № 2. — С. 24–27.

19. Лебедев, В.П. (ред.) Транскраниальная электростимуляция: экспериментально-клинические исследования: сб. статей / В.П. Лебедев. — СПб.: Ин-т физиологии им. И.П. Павлова РАН, Центр транскран. электростимуляции. — 2003. — Т. 2. — 2-е изд. — 522 с.

20. Майзелис, М.Р. Способ получения половых продуктов у производителей ценных пород рыб / М.Р. Майзелис, Я.П. Мелентьев // Авт. свид. СССР № 205427. — 1967.

21. Малькявичюс, С.К. Способ получения половых продуктов у рыб / С.К. Малькявичюс, В.М. Лайстнер // Авт. свид. СССР № 789064. — 1980.

22. Микодина, Е.В. Гистология для ихтиологов. Опыт и советы / Е.В. Микодина, М.А. Седова, Д.А. Чмилевский, А.Е Микулин, С.В. Пьянова, О.Г. Полуэктова. — М.: ВНИРО, 2009. — 112 с.

23. Подушка, С.Б. Тестирование передней и задней долей гипофиза на самцах стерляди / С.Б. Подушка // Научно-технический бюллетень лаборатории ихтиологии ИНЭНКО. — 2005. — № 9. — С. 29–33.

24. Пруцкова, Н.П. Электрофизиологический анализ морфофункциональной организации лимбического контроля крупноклеточных нейросекреторных ядер гипоталамуса крыс / Н.П. Пруцкова // Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. — 1996. — Т. 82, № 7. — С. 18–27.

25. Пятницкий, И.С. Гидробионты в электрическом поле / И.С. Пятницкий, Ю.П. Самуйленков // Рыбоводство. — 1986. — № 3. — С. 29.

26. Тренклер, И.В. Развитие метода гормональной стимуляции и появление гормональных препаратов длительного хранения / И.В. Тренклер // Рыбоводство и рыбное хозяйство. — 2021. — № 2. — С. 63–74.

27. Demski, L.S. The telencephalon and hypothalamus of the bluegill (Lepomis macrochirus): evoked feeding, aggressive and reproductive behaviour with representative frontal sections / L.S. Demski, K.M. Knigge // J. Compar. Neurol. — 1971. — Vol. 143. — N 1. — Р. 1–16.

28. Koyama, Y. Sexual behavior elicited by electrical stimulation of the Telencephalic and Preoptic areas in the goldfish Carassius auratus / Y. Koyama, M. Satou, K. Ueda // Zool. Sci. — 1985. — Vol. 2. — N 4. — Р. 565–570.

29. Pierantoni, R. Evolutionari aspects of cellular communication in the vertebrate hypothalamo-hypophysio-gonadal axis / R. Pierantoni, G. Cobellis, R. Meccariello, S. Fasano // International Review of Cytology. — 2002. — Vol. 218. — P. 69–141.

30. Satou, M. Telencephalic and preoptic ares integrate sexual behavior in home salmon (landlocked red salmon, Oncorhynchusnerka): results of electrical brain stimulation experiments / M. Satou, Y. Oka, M. Kusunoki // Physiol. Behav. — 1984. — Vol. 33. — N 3. — P. 441–447.

31. Wendelaar Bonga, S.E. The stress response in fish (Review) / S.E. Wendelaar Bonga // Physiological Review. — 1997. — N 77. — P. 591–625.

1. Altuf’ev, Ju.V. O podgotovlennosti samok osetra i sevrjugi, postupajushhih na ORZ, k gipofizarnym injekcijam [On the preparedness of sturgeon and stellate sturgeon females entering the acute respiratory disease for pituitary injections]. Tesbtss scientific report. Vses. Meeting. Astrakhan, 1986, pp. 16–17 (in Russian).

2. Andronov, A.E. Sposob prizhiznennogo opredelenija stepeni zrelosti ikry osetrovyh ryb I zhiznesposobnosti poluchaemogo iz nee potomstva [A method for life-time determination of the degree of maturity of sturgeon caviar and the viability of the offspring obtained from it]. Avt. svid. SSSR № 757139. 1978 (in Russian).

3. Barannikova, I.A. Metody opredelenija gonadotropnoj aktivnosti gipofizov ryb v svjazi s voprosom standartizacii preparata dlja gipofizarnyh injekcij [Methods for determining the gonadotropic activity of the pituitary glands of fish in connection with the issue of standardization of the preparation for pituitary injections]. Proceedings of VNIRO. 1975, no. 61, pp. 125–134 (in Russian).

4. Burlakov, A.B. Polovaja specifichnost’ gipofizarnyh gonadotropinov u ikromechushhih ryb [Sex Specificity of Pituitary Gonadotropins in Spawning Fish]. MGU. Moscow, 1997. 208 p. (in Russian).

5. Garlov, P.E., Kuzik, V.V. Nejrojendokrinnaja reguljacija razmnozhenija ryb [Neuroendocrine regulation of fish reproduction]. St. Petersburg, 2008. 296 p. (in Russian).

6. Garlov, P.E. Biotehnika upravlenija razmnozheniem ryb [Bioengineering of fish breeding management]. FAR FGBNU “GosNIORKh”, St. Petersburg, 2011. 95 p. (in Russian).

7. Garlov, P.E., Nechaeva, T.A., Rybalova, N.B. Iskusstvennoe vosproizvodstvo ryb. Polnosistemnoe issledovanie Uchebnoe posobie (uroven’ obrazovanija: magistratura, aspirantura) [Artificial reproduction of fish. Whole system study. Textbook (level of education: magistracy, postgraduate study)]. St. Petersburg, 2020. 328 p. (in Russian).

8. Garlov, P.E., Kuznecov, Ju.K., Fedorov, K.E. Iskusstvennoe vosproizvodstvo ryb. Upravlenie razmnozheniem [Artificial reproduction of fish. Reproduction management]. St. Petersburg, 2014. 256 p. (in Russian).

9. Garlov, P.E. Panina, S.N. K razrabotke jekspress-metoda ocenki biologicheskoj aktivnosti gipofizov ryb [On the development of an express method for assessing the biological activity of the pituitary glands of fish]. Problems of studying and rational use of biological resources of the marginal and inland seas of the CIS. AzNIIRH, VNIRO, RAN. Rostov-na-Donu, 1992, pp. 30–31 (in Russian).

10. Garlov, P.E. Prigotovlenie preparata gipofiza osetrovyh [Preparation of the sturgeon pituitary preparation]. Fisheries, 1990, no 1, pp. 51–53 (in Russian).

11. Garlov, P.E. Razrabotka sistemy upravlenija biotehnikoj zavodskogo vosproizvodstva populjacij ryb [Development of a biotechnical management system for the factory reproduction of fish populations]. Fish farming and fisheries, 2020, no 4, pp. 28–38 (in Russian).

12. Garlov, P.E., Altuf’ev, Ju.V., Polenov, A.L., Dubovskaja, A.V. Rezul’taty ispol’zovanija preparata izolirovannoj perednej doli gipofiza dlja stimuljacii sozrevanija samok russkogo osetra Acipens ergueldenstaedti i sevrjugi Acipenser stellatus [The results of the use of the preparation of the isolated anterior pituitary gland to stimulate the maturation of female Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedti and stellate sturgeon Acipenser stellatus]. Issues of ichthyology, 1987. T. 27. Vol. 5. S. 844–851 (in Russian).

13. Garlov, P.E., Polenov, A.L. Sposob prigotovlenija gormonal’nogo preparata dlja stimuljacii sozrevanija proizvoditelej ryb [Method for preparing a hormonal preparation for stimulating the maturation of fish spawners]. Patent SSSR № 719571. URL: https://patents. su/3-719571-sposob-prigotovleniya-gormonalnogo-preparata-dlya-stimulyacii-polovogo-sozrevaniya-proizvoditelejj-ryb.html.

14. Garlov, P.E., Polenov, A.L., Altuf’ev, Ju.V., Popov, O.P., Burenin, O.K. Sposob stimuljacii polovogo sozrevanija samcov ryb [Method for stimulating puberty in male fish]. Avt. svid. SSSR № 1163817, 1983. Bulletin of the State Committee for Inventions and Discoveries, 1985, no. 5. 5 p. (in Russian).

15. Garlov, P.E. Funkcional’naja rol’ gipotalamo-gipofizarnoj nejrosekretornoj sistemy v migracijah i nereste ryb [Functional role of the hypothalamic-pituitary neurosecretory system in fish migration and spawning]. Proceedings of VNIRO, 2020, vol. 182, pp. 27–47 (in Russian).

16. Garlov, P.E. Mosjagina, N.B., Rybalova, N.B. Jekologo-gistofiziologicheskij obzor uchastija gipotalamo-gipofizarnoj nejrosekretornoj sistemy v razmnozhenii ryb [Ecological and histophysiological review of the involvement of the hypothalamic-pituitary neurosecretory system in fish reproduction]. Proceedings of ZIN RAS. 2019, no. 323 (4), pp. 476–497 (in Russian).

17. Kazanskij, B.N. Zakonomernosti gametogeneza i polovogo cikla ryb [Patterns of gametogenesis and the sexual cycle of fish]. Discoveries in the USSR, 1957–1967, Moskov, 1968, pp. 73–75 (in Russian).

18. Kazanskij, B.N., Feklov, Ju.A., Podushka, S.B., Molodcov, A.N. Jekspress-metod opredelenija stepeni zrelosti gonad u proizvoditelej osetrovyh [Express method for determining the degree of maturity of gonads in sturgeon]. Producers Fisheries, 1978, no. 2, pp. 24–27 (in Russian).

19. Lebedev, V.P. Transkranial’najaj elektrostimuljacija: jeksperimental’no-klinicheskie issledovanija [Transcranial electrical stimulation: experimental and clinical studies]. In Collection of articles [Institute of Physiology]. St. Petersburg, 2003, t. 2. 522 p. (in Russian).

20. Majzelis, M.R., Melent’ev, Ja.P. Sposob poluchenija polovyh produktov u proizvoditelej cennyh porod ryb [A method for obtaining sexual products from producers of valuable fish species]. Patent SSSR № 205427. 1967 (in Russian).

21. Mal’kjavichjus, S.K., Lajstner, V. M. Sposob poluchenija polovyh produktov u ryb [Method for obtaining reproductive products in fish]. Patent SSSR № 789064. 1980 (in Russian).

22. Mikodina, E.V., Sedova, M.A., Chmilevskij, D.A., Mikulin, A.E., P’janova, S.V., Polujektova, O.G. Gistologija dlja ihtiologov. Opyt i sovety [Histology for ichthyologists. Experience and advice]. Moscow, VNIRO, 2009. 112 p. (in Russian).

23. Podushka, S.B. Testirovanie perednej i zadnej dolej gipofiza na samcah sterljadi [Testing of the anterior and posterior lobes of the pituitary gland on sterlet males]. Scientific and technical bulletin of the laboratory of ichthyology INENKO. St. Petersburg, 2005, no. 9, pp. 29–33 (in Russian).

24. Pruckova, N.P. Jelektrofiziologicheskij analiz morfofunkcional’noj organizacii limbicheskogo kontrolja krupnokletochnyh nejrosekretornyh jader gipotalamusa krys [Electrophysiological analysis of morphofunctional organization of limbic control of large cell neurosecretory nuclei of rat hypothalamus]. Physiological journal named after I.M. Sechenov, 1996, t. 82, no. 7, рр. 18–27 (in Russian).

25. Pjatnickij, I.S., Samujlenkov, Ju.P. Gidrobionty v jelektricheskom pole [Hydrobionts in an electric field]. Fish farming, 1986, no. 3. 29 p. (in Russian).

26. Trenkler, I.V. Razvitie metoda gormonal’noj stimuljacii i pojavlenie gormonal’nyh preparatov dlitel’nogo hranenija [Development of the method of hormonal stimulation and the emergence of long-term storage hormonal preparations]. Fish farming and fisheries, 2021, no. 2, pp. 63–74 (in Russian).

27. Demski, L.S., Knigge, K.M. The telencephalon and hypothalamus of the bluegill (Lepomismacrochirus): evoked feeding, aggressive and reproductive behaviour with representative frontal sections. J. Compar. Neurol. 1971, vol. 143, no 1, pp. 1–16.

28. Koyama, Y., Satou, M., Ueda, K. Sexual behavior elicited by electrical stimulation of the Telencephalic and Preoptic areas in the goldfish Carassius auratus. Zool. Sci, 1985, vol. 2, no. 4, pp. 565–570.

29. Pierantoni, R., Cobellis, G., Meccariello, R., Fasano, S. Evolutionari aspects of cellular communication in the vertebrate hypo-thalamo-hypophysio-gonadal axis. International Review of Cytology, 2002, vol. 218, pp. 69–141.

30. Satou, M., Oka, Y., Kusunoki, M. Telencephalic and preoptic ares integrate sexual behavior in home salmon (landlocked red salmon, Oncorhynchusnerka): results of electrical brain stimulation experiments. Physiol. Behav. 1984, vol. 33, no. 3, pp. 441–447.

31. Wendelaar Bonga, S.E. The stress response in fish (Review). Physiological Review, 1997, vol. 77, pp. 591–625.

Полносистемными экспериментальными и гистофизиологическими исследованиями впервые установлена ведущая роль гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы (ГГНС) в интеграции размножения рыб — процессов миграций и нереста [15]. ГГНС обеспечивает эти процессы, вызывая доминантное состояние возбуждения ЦНС в форме социального поведения — «миграционного импульса» и нерестового поведения. В процессе нереста нейрогормоны ГГНС, активируя сокращение гладкомышечных элементов гонад, стимулируют овуляцию и спермиацию. По завершении нерестового процесса нейрогормоны принимают участие в обеспечении перехода организма на энергосберегающий пластический обмен путем подавления гиперактивности ряда эндокринных желез-мишеней [5]. На основе анализа регуляторного участия ГГНС в интеграции процесса размножения рыб по принципу саморегуляции представлена конструктивная рабочая схема (рис. 1).

Сформулированы принципы и совершенствуется биотехнология управления размножением, выживаемостью и темпами роста молоди с целью повышения эффективности заводского воспроизводства популяций рыб [7].

Задачей настоящей работы является сравнительный анализ результатов производственных испытаний эффективности стимуляции полового созревания производителей осетровых новыми гипофизарными препаратами и исходным методом гипофизарных инъекций (МГИ).

Многолетние производственные испытания эффективности новых гипофизарных препаратов проведены на осетровых рыбоводных заводах Нижней Волги и Дона. Для выяснения степени и механизмов участия ГГНС в регуляции репродуктивных процессов проводились морфофункциональные исследования на гистологических препаратах с использованием анализаторов микроизображений «Морфоквант», «Видеотест» [22]. Результаты производственных проверок были оценены по важнейшим рыбоводно-биологическим показателям в совокупности с морфометрическими и морфофизиологическими данными. Эффективность и новизну предложенных технических решений воспроизводства популяций рыб определяли методом формализованного сопоставительного анализа (cross-analysis). Данные количественной морфометрии гистологических структур обработаны методами вариационной статистики при помощи пакета программ Microsoft Excel.

Для Цитирования:
Павел Евгеньевич Гарлов, Наталья Борисовна Рыбалова, Тамара Алексеевна Нечаева, Артур Николаевич Денисенко, Валерий Владимирович Кузик, Полносистемное исследование нейроэндокринной регуляции размножения рыб. Рыбоводство и рыбное хозяйство. 2022;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: