原生动物在环境保护中的应用及研究进展

张宗瑶

(哈尔滨师范大学)

0 引言

最近几年来，由于国家经济在迅速的发展着，各种越来越严重的环境污染问题也伴随而来，预防环境污染，保护环境，维持生态平衡，已经开始成为社会发展的一个重要主张.在环境保护这项工作逐渐加深的过程中，人们渐渐的意识到仅靠物理和化学检测指标来反映污染物对生物体及生态系统造成的影响有一定的局限性，是不能够对有效地对污染作出评价并综合治理的.而生物能够较快较敏感的反应出环境中污染物质的的变化，利用生物的这一特性来监测环境污染，以此来补充理化检测方法的不足受到越来越多的关注.生活在水体中的原生动物能够被用来检测水污染，判断水污染情况，进而能够有效地对水质污染进行监测与净化.利用原生动物对水体进行监查，能够快速而又准确的反映出水污染对原生动物的影响和伤害，是监测水环境的一种直观而又快速的技术方法.

1 原生动物简介

原生动物是身体结构最简单的真核生物，一个原生动物就是一个真核细胞，原生动物的基本组成结构与多细胞生物相似，细胞膜、细胞核、线粒体、内质网和高尔基体等样样俱全.原生动物个体大小从几微米到103μm不等，大都在10～100 μm之间，一般只有在显微镜的帮助下才可以看到，是真核生物中最小的一类.原生动物在世界范围内分布，从江、河、湖、海到池塘、溪流、水沟和临时性积水坑中都可以找得到.甚至在土壤、空气中也有存在.在环境中，但凡有人类、动物和植物等生物生活的区域，都可以找得到大量的原生动物.在此前提下，原生动物与人类有直接或间接地密切关系是必然发生的［1］.

原生动物由鞭毛虫、肉足虫、孢子虫和纤毛虫四大类组成.孢子虫全部营寄生生活.另三类中也有一些寄生的种类，但绝大多数自由生活.自由生活的原生动物大多生活在各种水域中，种类繁多.一些自养型鞭毛虫可以作为水生生态系统中的生产者，它们可以收集简单的无机物和光来合成有机物.纤毛虫、肉足虫和异养型鞭毛虫则是将单细胞藻类、细菌、其他微型生物作为食物，或者吞噬死亡的有机体或各种分解中的有机物碎屑，被认作是小型的消费者和分解者.此外绝大多数原生动物又可以充当其他多细胞水生动物的食物，所以原生动物在水生态系的食物网中占据着重要位置.它们是水生生物群落中重要的成员［2］.

2 原生动物在环境保护中的优势

在实验室进行的污染物的毒性生物测试，和在户外进行的生物测定研究，其中鱼类、大型底栖无脊椎动物，大型浮游动物、藻类等常常作为指示生物来进行测定和监测，而原生动物通常在环境保护中被人们忽略.比较来说，稍高等的动物无论是对实验室硬件设施的要求，还是在野外采集样品都会受到很高的限制.原生动物种类繁多，结构简单且特殊，分布广泛，由此看来，在环境保护的工作中原生动物作为指示生物也是合适的［3］.

与稍高等的动物相比较，原生动物最具代表性的特征表现在生理和群落上，原生动物是单细胞生物，其细胞体积大，身体构造简单，细胞膜直接与周围环境接触，有毒有害物质直接作用于细胞，因而对环境的改变所需的反应时间更短、也更迅速，因而影响群落组成、结构和行为等.原生动物采集简单，易于喂养，生长周期短，得到数据快.由于原生动物生命周期短分裂快，因此可以在快速的检测出有毒物质或污染物对其生长周期，分裂速度，代谢水平及身体内部结构的影响.原生动物的分布是世界性的，且其在形态、生态和遗传学等方面具有大体相似的特征，因此原生动物可以当做世界性的指示生物，这可以将不同区域的检测数据作比较［4］.

根据国内外的许多研究可以发现，环境的改变对原生动物群落所造成的影响反应也遵循许多高等生物反应发展的一般规律.无论是由金属离子超标还是由有机污物染引起的环境条件的剧烈变化，都会引起原生动物的细胞构造与生理生化的改变［5－7］..

3 原生动物在环境保护中的应用

3.1 原生动物作为指示生物在污水监测中的应用

指示生物又叫生物指标物，它是指那些在固定的区域范围内的，能通过其特性、数量、种类和种群等的变化，来指示环境或某一环境因子特征的生物.自然界中水质在遭受一定程度的破坏后，通过自然界的物理、化学及生物等过程，将会起到净化污染的作用.根据特点，水体被划分为为多污性水体，α—中污性水体，β—中污性水体和寡污性水体［8］.在现实生活的应用中，适宜应用常见的优势种作为水体污染的指示物.

通过原生动物群落的组成和演替规律来监测和评价水体的改变，是当前生物测定的发展方向.在原生动物群落水平的水质测定中，经常应用PFU原生动物群落生物监测.PFU(聚氨酯泡沫塑料块)方法是美国弗吉尼亚工程学院及州立大学环境研究中心的Cains等于1969年创建的用以测定微型生物的群集速度的一项技术［6］，将该项技术引入并加以改善的是中国科学院水生生物研究所的沈韫芬院士，该技术在生态效应水平来检测水质污染，并最终发展为我国水体微型生物群落监测的国家标准.李凤超等［9］运用PFU微型生物群落监测方法，对白洋淀水质进行了监测，该水体经常处于低水位状态下.研究显示，由于受到府河污水的影响，白洋淀内的内源性污染物对原生动物群落造成了严重的影响.

除了群落水平的测定外，也有学者对原生动物的个体水平、细胞水平进行了测定研究实验.马正学［10］等人以上海四膜虫为样本，以细胞生长和分裂等生物学特性为指标，针对黄河兰州段的水质情况进行了检测.王丽等将原生动物四膜虫作为研究材料，与检测DNA损伤与修复极敏感的彗星实验结合起来，检测不同来源的水质的四膜虫DNA的损坏情况.马世军［11］利用原生动物的优势类群，及其对水质的指示作用综合评价了汾河太原段及晋阳湖两大水体的污染情况.

3.2 原生动物在水质净化中的应用

原生生物不仅可以作为污水的指示生物，还可以通过其自身特性来净化受污染的水体.最近几年来，由于环境问题越来越严重，很多国家为了解决这一难题，从而利用生物的生理性能，建立可以迅速并有效净化污染物质以及将污染转变为资源的技术系统.利用原生动物能够使受污染水体得到净化的性质，建造多种污水处理厂.一般采用活性污泥法、渗透过滤、流离生物床法［12］等.

3.2.1 原生动物在活性污泥系统中的应用

活性污泥法处理城市污染水体和有机工业废水主要利用的是好氧微生物(包括兼性微生物).在大多数情况下，在活性污泥净化过程中细菌和真菌表现的最为活跃，占主导作用，通过直接处理观察细菌的生长情况，来分析受污染水体在处理过程中的变化或处理后水体的好坏.由于细菌很微小，对于细菌的观察和分类需要较长的时间，对于生产的指示和预警不能及时的产生效应.原生动物较细菌个体大，更有利于观察和计数，更能敏感的反映出环境的变化，可以直接观测原生动物的种类组、数量、生长繁殖的变化情况，由此来分析细菌的生长和变化状况，间接地分析污染水体的处理过程和处理效应的好坏，从而指导生产.

3.2.2 原生动物在渗透过滤过程中的应用

渗透过滤系统是由沉淀池、无氧消化池和滤床等几部分组成.有机废水通过沉淀池、无氧消化池进入滤床，在适宜的滤床上流动时，能够使得细菌快速繁殖.细菌将有机碎屑作为食物，在基质上形成菌膜，然后可以发现藻类和真菌，最终会产生原生动物.纤毛虫是原生动物中的优势种，很常见，纤毛虫在游动的过程中，会向环境中分泌粘多糖物质，使悬浮得颗粒状物质粘连成絮状沉淀，从而使浑浊的水体变得清澈［13］.

3.3 原生动物在土壤环境监测中的应用

生活在土壤中的动物能反映出土壤环境的微小改变，土壤原生动物也包括在内.Foissner［14］认为原生动物作为监测生物较其他土壤生物更具优势，具体表现在以下几方面的特征:(1)基数很大从而产生很大的生产力，土壤的形成及肥力受其数量的变化和群落结构改变的影响;(2)原生动物具有分裂繁殖迅速的特点，由于细胞膜直接暴露于周围的环境，能够非常敏感地感觉到外部环境的细微变化，可以将其作为预警生物;(3)原生动物是真核生物，与细菌等原核生物相比，原生动物同后生动物对于环境变化的反应更为接近;(4)原生动物在形态、生态和遗传上分化较低，分布在不同地区的原生动物不都很接近，从而可以作为世界性的指示生物;(5)原生动物对于生境的要求较低，很多高等生物无法生活的恶劣环境，一般原生动物都可以生存［15］.

4 原生动物在环境保护中的研究进展

对于原生动物在环境测定中是否可行，国内外研究人员作了很多有价值的探索.为日后的监测研究的应用提供了有力的证据，目前针对原生动物在环境测定中的应用，有很多问题也是不容忽视的，对于这些问题，笔者归纳总结了以下几个方面:(1)自身的问题，原生动物自身有许多缺陷.如敏感性问题，部分原生动物在实际环境检测中仍有缺陷，且在污染物中同种原生动物的灵敏度和反应状况也有不同;(2)许多其他环境因子也会对检测结果产生影响.在自然水体中，除了污染物外，许多环境因子，如季节、地域、温度等也会产生不同的影响;(3)认为制造的环境和自然环境存在一定的差别，当前许多原生动物检测是在实验室环境下进行，这些都是人为的，脱离了天然性;(4)受科技环境的制约，现今的实验室设备、技术方法等对原生动物检测没有办法做到准确无误，特别是对其生化变化的因由、各种生理指标均无法进行定量分析.因此，今后的用原生动物检测环境时，不能仅局限于理论研究，要走出实验室，从理论中跳出来，在实践中运用理论，做到理论与实践并重.与此同时，也应做好以下几方面工作:(1)在研究时应与生物技术，信息技术，数学分析与统计结合起来，为进一步做到监测的科学性、严密性，应建立数学模型，以监测预报环境质量的预警系统;(2)为提高预警系统的准确性，重要的是要控制信号传导偏差，这就需要建立具有高敏感性和准确性的原生动物传感器;(3)当今在多种污染物的联合毒性监测领域，仍是一片空白，这是因为环境污染物中有许多不可确定的复合污染物，它们之间存在拮抗、抑制和协同作用，要攻克这一空白领域，生物预警系统研究的发展前景不可限量.

5 结语

环境保护和环境监测在未来社会发展中越来越重要，要不断加环境保护的投入和环境监测的应用.应充分意识到原生动物在生态系统占据的重要位置，对于原生动物测定方法的探究，应不断改善，持续进步，做到与理化检测相互补充.其中数学模型对原生动物在环境监测中的利用发起着至关重要的作用，要充分发挥其作用.建立数学模型，把实验数据与应用数学分析和计算机处理结合起来，在严谨的科学实验和扎实的实践中，原生动物在环境保护与监测中的作用会日益凸显.

［1］顾福康.原生动物学概论［M］.北京:高等教育出版社，1991.

［2］徐振康，原生动物在环境保护中的应用［J］.自然杂志，1986，10:137–139.

［3］王慧，王鑫.原生动物生态毒理实验的研究现状［J］.哈尔滨师范大学自然科学学报，2013，27:67－71.

［4］刘松岩，吴冲杰，田海军.原生动物在水体生物监测中的应用研究［J］.信阳农业高等专科学校学报，2007，17(3):112－113.

［5］沈韫芬，章宗涉，龚循矩，等.微型生物监测新技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，1990.

［6］Cairns J Jr，Dah lberg M L，Dickson K L，et al.The relationship of freshwater protozoan communities to the MacArthurWilson equilibrium model Am Nat，1969，103:439–454.

［7］Cairns J Jr，Plafkin J L，Kaesler R L et al.Early colonization patterns of diatoms and protozoa in fourteen freshwater lakes.J Protozool，1983，31(1):47－51.

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