原生动物生态毒理实验的研究现状

王 慧，王 鑫

(哈尔滨师范大学)

0 引言

随着现代工业的迅速发展，全世界每年有数以千计新合成的化学物质被投放到地球上，而人们对其可能存在的毒性认识远比不上它们生成的速度.这些化学物质进入环境后，与各种生物和非生物因子接触，对生态系统的生物多样性和人类自身健康造成了现实和潜在的危害.因此，正确评价各种化学品的生态毒理效应、监测环境质量是保护生态环境、拯救生态危机的重要前提之一.

人们逐渐认识到单一地依赖理化监测难以反映出污染物对生物体及生态系统的影响的综合效应，不能对污染作出综合评价和治理.有效利用原生动物对环境污染进行监测与净化，从不同层次上分析污染危害程度，预报污染和改善生态环境，受到越来越多的关注.

1 原生动物的生态学地位

原生动物在自然界中分布极为广泛，是组成自然水域的重要生态类群，它们所形成的复杂的种类聚合体组成了水生生态系统中完整的生态单元，体现了整个水生生态系统的结构和功能的许多特征，如群落的稳定性及对环境变化的反应等等.由于原生动物种类多、数量大并因理化环境与食物等生态因子和营养类型的差异而占据有不同的生态位，因而它们群落的明显改变在很大程度上可以影响到食物网的组成，因此直接或间接地影响其他较低和较高生物类群的分布和丰度［1］.在水生生态系统中，作为捕食者(或初级消费者)和被捕食者的原生动物在物质循环和能量流动过程中扮演了十分重要的角色.一方面，它们通过对有机颗粒物、细菌和藻类的摄食和吸收，直接将能量进行转化，使较复杂的物质转化成较简单的成分并得以在水环境中再循环.同时，通过它们的摄食作用，刺激了藻类和细菌的生长，促进了有机物的分解，加速了水体中物质循环与能量转换.另一方面，从种类的多样性、结构上的特殊性及分布特点来看，原生动物可作为污染评价理想的指示生物［2］.

2 原生动物作为毒理评价试验的优势

一般来讲，一种生物的结构越简单、个体越小、相对的表面积越大、对周围介质的化学作用的体表保护性就越不完善，对环境变化就越敏感.与较高等生物比较，单细胞的原生动物更密切地与它们所生存的环境直接接触，因而对环境变化(如水体污染)具有更短、更迅速的反应时间.

在污染物毒性的实验室生物测试(Bioassay)和在野外水污染生物监测研究中，鱼类、大型底栖无脊椎动物，大型浮游动物、藻类等被作为主要试验材料和指示生物，原生动物在污染评价中的作用而往往受到忽视.比较而言，较高等动物不论在实验室的设备选择，还是在野外采集样品都有很大的局限性.从种类的多样性，结构上的特殊性及分布特点来看，原生动物可作为污染评价理想的指示生物.

由于原生动物生长繁殖速度快，能够在较短的时间里测试出毒物对其在几个世代水平上生长、繁殖、代谢及其他生理生化特性的影响，而这种结果对高等试验动物来讲则需数天、数月甚至数年以上的时间才能获得，而且后者在实验设备和采样工具及步骤比前者复杂昂贵得多.

另外，绝大多数原生动物种类为世界性分布，不受季节和地区差异的限制.作者在英国Lough Neagh湖鉴定的108种和在德国Stechlin湖记录的128种原生动物在我国的淡水环境中均可发现.这些相同的种类作为生态毒性评价的指示生物，使数据的可靠性和可比性程度大大提高，因此是很理想的指示生物.

原生动物和其他微型生物一起组成了许多水生系统生物量的主要部分.按照单位面积或体积计数种类和计算其重量，原生动物和其他微型生物在水生生态系统中处于优势地位，所以鱼类及其他高等生物不论在实验室还是在自然状况下对污染的忍受限度与反应方式不可能代表整个水生群落的忍受与反应水平［4-5］.

总之，由于原生动物结构简单，生命周期短，对污染反应迅速，水体环境的突然变化能及时从原生动物群落的变化上反映出来.因此在监测评价水质的瞬时变化(如瞬时排污)和长期内的连续变化(长期效应)方面，原生动物作为理想的监测生物具有不可替代的作用.

3 原生动物在生态毒理实验中的研究现状

原生动物作为指示生物已被广泛应用于水体环境以及土壤环境如河流、湖泊的污染指示与监测，同时对化学物质毒性评价、土壤环境污染也有一定的研究，这些评价与监测主要通过研究原生动物个体数量变化、群落结构变化、细胞分子水平变化来进行.

3.1 原生动物在重金属毒理实验中的研究现状

随着工农业的发展和人口的增加，各种工业废水和生活废水越来越严重地污染着水资源与土地资源，特别是重金属污染已引起国内外的极大关注，重金属进入土壤后对动物、植物、微生物形成永久性潜在危害，污染胁迫作用使敏感种或个体消亡，加速了资源危机，因而污染程度的及早监测及污染治理效果的评价显得尤为重要.目前水体中的原生动物作为淡水生态系统受污染程度的指示生物和早期预报系统已被广泛应用，且比较完善并被标准化.重金属污染可以导致原生动物群落组成、结构和物种多样性发生变化.

马正学等［6］发现，铅锌矿采矿废物污染土壤中，原生动物群落物种多样性显著下降，在鉴定到的66种原生动物中，对照土壤中有65种，而污染土壤中只有4种.理论上污染土壤与对照土壤中原生动物种类、组成应相似，但由于铅锌矿采矿废物污染，导致群落中大量不耐污种类消亡，只留下少数耐铅锌污染的种类.腐生波豆虫(Bodoputrinus)和梅氏扁豆虫(Phacodiniummetchnicoffi)被认为是铅锌类污染土壤的指示种.

Campbell等［7］用齿脊肾形虫做的毒性实验的结果表明:重金属的毒性为Cu＞Ni＞Zn，与Madoai等用活性污泥中的纤毛虫做毒性实验得出的结果Cu＞Hg＞Cd＞Zn一致.

景体淞等［8］研究镉(Cd2+)、铅(Pb2+)、铜(Cu2+)对梨形四膜虫的毒性作用，结果表明Cd2+、Pb2+、Cu2+对梨形四膜虫的种群生长具有明显的抑制作用，梨形四膜虫对Cd2+反应最敏感.

徐忠东等［8］采用单细胞凝胶电泳技术(SCGE)，研究重金属 Cd2+在不同浓度(5 μm、10 μm、20 μm、30 μm)条件下对四膜虫核 DNA损伤作用.以拖尾率、细胞损伤率及专用单位为指标，探讨DNA损伤级别与处理浓度间的相关性.结果显示，随着浓度浓度的增加，拖尾率、细胞损伤率及专用单位均呈上升趋势，表明重金属Cd2+对四膜虫核DNA损伤具有明显的浓度效应(r=0.976，p=0.002).

牛世全等［9］研究了甘肃省白银市重金属复合污染土壤及对照土壤中原生动物的群落特征.结果表明，污染导致原生动物物种减少，群落多样性下降，污染土壤中原生动物群落结构呈现简单化和不稳定化，群落演替呈次生演替趋势.跳侧滴虫(Pleuromonasjaculans)为污染土壤中的优势种类，对土壤环境受重金属铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、汞(Hg)复合污染有指示作用.

3.2 原生动物在农药毒理实验中的研究现状

人类生存的环境中有着大量的农药残留，对环境和生物的破坏是多方面的，农药在日常使用过程中，只有大约1%作用于靶生物，其余的或残留于土壤中，或通过径流进入水域，影响土壤和水体中的生物.

目前，中国是第二大农药生产国.全国现有农药品种约200个，农药企业约2000家，加工制剂约600种，每年生产(有效成分)25万吨农药.主要农药种类有有机磷类、除虫菊酯类、除草剂和杀菌剂农药.田间使用农药量的约80%直接进入土壤环境，随后其中大部分又经农作物的浇灌和雨水作用而汇集到水体中，对水生生态系统造成很大影响.农药对非靶性生物的安全性是评价农药对环境影响的重要指标，所以水生生态系统中重要组成类群如藻类、原生生物、轮虫、虾和鱼等成为评价农药安全的主要研究对象.农药对水生生物的影响可以表现在分子、组织、器官、个体以及种群、群落水平.原生动物处于水生生态系统食物链的基层，对有毒物质高度敏感，长期以来一直作为生态毒理学研究的重要实验动物.

MaCrae等［10］研究了杀虫剂林丹和DDT对土壤原生动物的影响.他们发现，5～50 mg·L-1的林丹和DDT对土壤原生动物都产生抑制效应，不同的是DDT的长期毒性作用比林丹更明显.研究结果说明，施用DDT的土壤3个月后对原生动物的抑制效应仍然明显，而施用林丹的土壤2个月后抑制效应消失.

Ekelund等［11］研究了杀真菌剂——葑丙吗琳对农田土壤原生动物——尾滴虫(Cercomonassp.)、肾形虫(Colpoda sp.)、星棘变形虫(Acanthamoeba sp.)的毒性效应.结果表明，对于这几种原生动物，葑丙吗琳比两种杀虫剂——抗蚜威和乐果的毒性更强.而尾滴虫比肾形虫和星棘变形虫对葑丙吗琳更敏感.

Petz等［12］研究了杀真菌剂— —代森锰锌(抗马铃薯晚疫病农药)和高丙体六六六对云杉林土壤生物区系的影响.实验用了两个浓度组:0.096 g/m2和6 g/m2，结果表明，代森锰锌不会对土壤原生动物产生急性致毒效应，也不会对其绝对数量产生长期影响，只有土壤纤毛虫的群落结构在施药90 d后与空白对照组相比有所不同.而高丙体六六六对土壤纤毛虫有着急性致毒效应，纤毛虫的数量和种群结构在施药90 d后仍难以恢复.此研究还发现有壳肉足虫比纤毛虫对杀虫剂的抗性更强.

严东文等［13］研究了我国自主研发的一种新型除草剂单嘧磺酯对原生动物群落的毒性，结果表明，原生动物群落急性中毒的最大无致死量为0.25 g·L-1，随着单嘧磺酯质量浓度的增加，原生动物种类越来越少，肉足类的变形虫耐受力最差，其次是鞭毛类，其中以固着型纤毛虫和后生动物的耐受力最好，且单嘧磺酯质量浓度越大，其耐受优势越明显.

王莉霞等［14］以PFU采集的原生动物群落为受试对象，研究了氰戊菊酯48 h的急性毒性，得出半数致死浓度LC50为15.83 mg·L-1，安全浓度LC10为2.09 mg·L-1，加入氰戊菊酯后，原生动物的群落结构发生变化，各个功能类群均受到不同程度的损伤较高的耐受性，随着氰戊菊酯浓度的增加，其在群落中的优势度更加明显.氰戊菊酯的加入致使原生动物群落结构简单化，对生态系统的物质循环和能量流动产生较大影响.

3.3 原生动物在有机化合物毒理实验中的研究现状

世界上相继发生的化学品添加剂污染所造成的公害事件，已经使成千上万的人畜蒙难受害.在有毒有害物质迅速增加和中毒病不断暴发的事实面前，世界许多国家的政府和毒理学工作者由被动的受害转入积极的防御.一方面为防止化学品的污染而制定法律和法规，禁止使用一些有毒或有害的合成化合物，特别是那些在环境中持久残留的物质以及致畸、致癌、致突变物或可疑物，加强对新化学品的安全性毒理学评价，并严格管理有毒有害产品;另一方面积极开展对中毒病(包括动物中毒病)的病因、中毒机理、诊断和防治措施等广泛深入的科学研究.黄卫红等［15］以原生动物嗜热四膜虫为靶生物，在PPYS培养基和无机盐培养基中，研究了生长稳定期间的四膜虫暴露于 50 μg·L-1、250 μg·L-1和1000 μg·L-1的六氯苯(HCB)的中短期生物毒性.研究结果表明，培养体系中营养物质的存在可以降低和缓解HCB对四膜虫的生物毒性.

星炯浩等［16］应用HyperChem7.0计算与卤代苯酚对四膜虫毒性相关的量化参数以及自己设计的结构编码参数，对31种卤代酚的毒性做了定量构效关系(QSAR)研究.陈旭等［17］为探讨苯酚的毒性，选用蛋白核小球藻及原生动物群落进行了种群及群落水平的毒性测试.结果表明，苯酚对蛋白核小球藻的LC50为338 mg/L，对原生动物群落的 EC50为 85.95 mg/L，EC20为9.76 mg/L，EC5为 3.29 mg/L.

王正方等［18］人用三聚氰胺对纤毛类原生动物梨形四膜虫进行细胞毒性研究，结果显示，三聚氰胺对梨形四膜虫的生长速率具有抑制作用，并且这种抑制作用与三聚氰胺浓度成正相关性，其IC50值为0.78 g·L-1.细胞同时发生形变.

夏柳荫［19］用五氯苯酚对原生动物群落进行毒性研究，结果表明，此原生动物群落急性中毒的最大无致死和最小全致死浓度范围是0.4～40 mg·L-1，半数致死浓度为2.40 mg·L-1.在PCP染毒条件下，原生动物群落结构表现出简单化趋势，随着PCP浓度的增加，原生动物种类越来越少.肉足类原生动物对PCP耐受能力最差，鞭毛类稍强，纤毛类耐受能力最好，且PCP浓度越大，其耐受优势越明显.

4 目前存在的问题

原生动物毒性实验在评价河流、湖泊甚至近海水域方面得到了广泛应用，在污水处理方面尤其在活性污泥技术方面得到了良好的效果.毒性试验的模式生物主要是四膜虫，其他类型研究不多.在现实环境中，污染物常是多来源、多种类的复合污染，他们之间可能存在拮抗、叠加或协同作用，同时可能受到自然条件、理化性质的影响.生态系统的复杂性使人们较难精确地测出化学毒物对环境的危害.因此，众多污染物的联合毒性监测也有待进一步展开.原生动物在土壤环境监测中也有它的不足之处，表现为:一是种类多，鉴定困难.只能粗略地估计原生动物的数量，无法把采样时活动的和形成包囊的数量区分开来;不同的培养基诱导出来的土壤原生动物数量和种类往往不同，这样就会影响可比度.二是数量大，计数费时，常会过高或过低地估计原生动物的个体丰度.目前研究的土壤原生动物仅占实际种类的20% ～30%，大部分土壤原生动物只是悄无声息地生活在我们的脚下，却不为人们所知.因此，分类学上的欠缺也是阻碍土壤原生动物作为监测生物的瓶颈.

5 展望

随着经济的发展，环境污染问题更加严峻，加大环境保护投入，提高公民环境保护意识，加强环境监测尤为重要.充分认识原生动物在生态系统中重要性，不断改进、完善原生动物监测研究方法，特别是加强土壤原生动物的分类研究，改进细胞水平毒性试验研究，与理化检测相互补充、修正，对试验参数，应用统计学分析和计算机处理，建立数学模型，以充分发挥原生动物在环境监测中的作用.为评价生态环境质量、保护生态环境、恢复重建生态、合理利用自然资源提供依据.

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