王 慧，王 鑫

(哈爾濱師范大學(xué))

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，全世界每年有數(shù)以千計(jì)新合成的化學(xué)物質(zhì)被投放到地球上，而人們對(duì)其可能存在的毒性認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)比不上它們生成的速度.這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后，與各種生物和非生物因子接觸，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和人類自身健康造成了現(xiàn)實(shí)和潛在的危害.因此，正確評(píng)價(jià)各種化學(xué)品的生態(tài)毒理效應(yīng)、監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、拯救生態(tài)危機(jī)的重要前提之一.

人們逐漸認(rèn)識(shí)到單一地依賴?yán)砘O(jiān)測(cè)難以反映出污染物對(duì)生物體及生態(tài)系統(tǒng)的影響的綜合效應(yīng)，不能對(duì)污染作出綜合評(píng)價(jià)和治理.有效利用原生動(dòng)物對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)與凈化，從不同層次上分析污染危害程度，預(yù)報(bào)污染和改善生態(tài)環(huán)境，受到越來(lái)越多的關(guān)注.

1 原生動(dòng)物的生態(tài)學(xué)地位

原生動(dòng)物在自然界中分布極為廣泛，是組成自然水域的重要生態(tài)類群，它們所形成的復(fù)雜的種類聚合體組成了水生生態(tài)系統(tǒng)中完整的生態(tài)單元，體現(xiàn)了整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的許多特征，如群落的穩(wěn)定性及對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)等等.由于原生動(dòng)物種類多、數(shù)量大并因理化環(huán)境與食物等生態(tài)因子和營(yíng)養(yǎng)類型的差異而占據(jù)有不同的生態(tài)位，因而它們?nèi)郝涞拿黠@改變?cè)诤艽蟪潭壬峡梢杂绊懙绞澄锞W(wǎng)的組成，因此直接或間接地影響其他較低和較高生物類群的分布和豐度［1］.在水生生態(tài)系統(tǒng)中，作為捕食者(或初級(jí)消費(fèi)者)和被捕食者的原生動(dòng)物在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中扮演了十分重要的角色.一方面，它們通過(guò)對(duì)有機(jī)顆粒物、細(xì)菌和藻類的攝食和吸收，直接將能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使較復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的成分并得以在水環(huán)境中再循環(huán).同時(shí)，通過(guò)它們的攝食作用，刺激了藻類和細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)了有機(jī)物的分解，加速了水體中物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)換.另一方面，從種類的多樣性、結(jié)構(gòu)上的特殊性及分布特點(diǎn)來(lái)看，原生動(dòng)物可作為污染評(píng)價(jià)理想的指示生物［2］.

2 原生動(dòng)物作為毒理評(píng)價(jià)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

一般來(lái)講，一種生物的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、個(gè)體越小、相對(duì)的表面積越大、對(duì)周圍介質(zhì)的化學(xué)作用的體表保護(hù)性就越不完善，對(duì)環(huán)境變化就越敏感.與較高等生物比較，單細(xì)胞的原生動(dòng)物更密切地與它們所生存的環(huán)境直接接觸，因而對(duì)環(huán)境變化(如水體污染)具有更短、更迅速的反應(yīng)時(shí)間.

在污染物毒性的實(shí)驗(yàn)室生物測(cè)試(Bioassay)和在野外水污染生物監(jiān)測(cè)研究中，魚(yú)類、大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物，大型浮游動(dòng)物、藻類等被作為主要試驗(yàn)材料和指示生物，原生動(dòng)物在污染評(píng)價(jià)中的作用而往往受到忽視.比較而言，較高等動(dòng)物不論在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備選擇，還是在野外采集樣品都有很大的局限性.從種類的多樣性，結(jié)構(gòu)上的特殊性及分布特點(diǎn)來(lái)看，原生動(dòng)物可作為污染評(píng)價(jià)理想的指示生物.

由于原生動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖速度快，能夠在較短的時(shí)間里測(cè)試出毒物對(duì)其在幾個(gè)世代水平上生長(zhǎng)、繁殖、代謝及其他生理生化特性的影響，而這種結(jié)果對(duì)高等試驗(yàn)動(dòng)物來(lái)講則需數(shù)天、數(shù)月甚至數(shù)年以上的時(shí)間才能獲得，而且后者在實(shí)驗(yàn)設(shè)備和采樣工具及步驟比前者復(fù)雜昂貴得多.

另外，絕大多數(shù)原生動(dòng)物種類為世界性分布，不受季節(jié)和地區(qū)差異的限制.作者在英國(guó)Lough Neagh湖鑒定的108種和在德國(guó)Stechlin湖記錄的128種原生動(dòng)物在我國(guó)的淡水環(huán)境中均可發(fā)現(xiàn).這些相同的種類作為生態(tài)毒性評(píng)價(jià)的指示生物，使數(shù)據(jù)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.

原生動(dòng)物和其他微型生物一起組成了許多水生系統(tǒng)生物量的主要部分.按照單位面積或體積計(jì)數(shù)種類和計(jì)算其重量，原生動(dòng)物和其他微型生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中處于優(yōu)勢(shì)地位，所以魚(yú)類及其他高等生物不論在實(shí)驗(yàn)室還是在自然狀況下對(duì)污染的忍受限度與反應(yīng)方式不可能代表整個(gè)水生群落的忍受與反應(yīng)水平［4-5］.

總之，由于原生動(dòng)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生命周期短，對(duì)污染反應(yīng)迅速，水體環(huán)境的突然變化能及時(shí)從原生動(dòng)物群落的變化上反映出來(lái).因此在監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)水質(zhì)的瞬時(shí)變化(如瞬時(shí)排污)和長(zhǎng)期內(nèi)的連續(xù)變化(長(zhǎng)期效應(yīng))方面，原生動(dòng)物作為理想的監(jiān)測(cè)生物具有不可替代的作用.

3 原生動(dòng)物在生態(tài)毒理實(shí)驗(yàn)中的研究現(xiàn)狀

原生動(dòng)物作為指示生物已被廣泛應(yīng)用于水體環(huán)境以及土壤環(huán)境如河流、湖泊的污染指示與監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)化學(xué)物質(zhì)毒性評(píng)價(jià)、土壤環(huán)境污染也有一定的研究，這些評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)主要通過(guò)研究原生動(dòng)物個(gè)體數(shù)量變化、群落結(jié)構(gòu)變化、細(xì)胞分子水平變化來(lái)進(jìn)行.

3.1 原生動(dòng)物在重金屬毒理實(shí)驗(yàn)中的研究現(xiàn)狀

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人口的增加，各種工業(yè)廢水和生活廢水越來(lái)越嚴(yán)重地污染著水資源與土地資源，特別是重金屬污染已引起國(guó)內(nèi)外的極大關(guān)注，重金屬進(jìn)入土壤后對(duì)動(dòng)物、植物、微生物形成永久性潛在危害，污染脅迫作用使敏感種或個(gè)體消亡，加速了資源危機(jī)，因而污染程度的及早監(jiān)測(cè)及污染治理效果的評(píng)價(jià)顯得尤為重要.目前水體中的原生動(dòng)物作為淡水生態(tài)系統(tǒng)受污染程度的指示生物和早期預(yù)報(bào)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用，且比較完善并被標(biāo)準(zhǔn)化.重金屬污染可以導(dǎo)致原生動(dòng)物群落組成、結(jié)構(gòu)和物種多樣性發(fā)生變化.

馬正學(xué)等［6］發(fā)現(xiàn)，鉛鋅礦采礦廢物污染土壤中，原生動(dòng)物群落物種多樣性顯著下降，在鑒定到的66種原生動(dòng)物中，對(duì)照土壤中有65種，而污染土壤中只有4種.理論上污染土壤與對(duì)照土壤中原生動(dòng)物種類、組成應(yīng)相似，但由于鉛鋅礦采礦廢物污染，導(dǎo)致群落中大量不耐污種類消亡，只留下少數(shù)耐鉛鋅污染的種類.腐生波豆蟲(chóng)(Bodoputrinus)和梅氏扁豆蟲(chóng)(Phacodiniummetchnicoffi)被認(rèn)為是鉛鋅類污染土壤的指示種.

Campbell等［7］用齒脊腎形蟲(chóng)做的毒性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明:重金屬的毒性為Cu＞Ni＞Zn，與Madoai等用活性污泥中的纖毛蟲(chóng)做毒性實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果Cu＞Hg＞Cd＞Zn一致.

景體淞等［8］研究鎘(Cd2+)、鉛(Pb2+)、銅(Cu2+)對(duì)梨形四膜蟲(chóng)的毒性作用，結(jié)果表明Cd2+、Pb2+、Cu2+對(duì)梨形四膜蟲(chóng)的種群生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，梨形四膜蟲(chóng)對(duì)Cd2+反應(yīng)最敏感.

徐忠東等［8］采用單細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)(SCGE)，研究重金屬 Cd2+在不同濃度(5 μm、10 μm、20 μm、30 μm)條件下對(duì)四膜蟲(chóng)核 DNA損傷作用.以拖尾率、細(xì)胞損傷率及專用單位為指標(biāo)，探討DNA損傷級(jí)別與處理濃度間的相關(guān)性.結(jié)果顯示，隨著濃度濃度的增加，拖尾率、細(xì)胞損傷率及專用單位均呈上升趨勢(shì)，表明重金屬Cd2+對(duì)四膜蟲(chóng)核DNA損傷具有明顯的濃度效應(yīng)(r=0.976，p=0.002).

牛世全等［9］研究了甘肅省白銀市重金屬?gòu)?fù)合污染土壤及對(duì)照土壤中原生動(dòng)物的群落特征.結(jié)果表明，污染導(dǎo)致原生動(dòng)物物種減少，群落多樣性下降，污染土壤中原生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)簡(jiǎn)單化和不穩(wěn)定化，群落演替呈次生演替趨勢(shì).跳側(cè)滴蟲(chóng)(Pleuromonasjaculans)為污染土壤中的優(yōu)勢(shì)種類，對(duì)土壤環(huán)境受重金屬銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)復(fù)合污染有指示作用.

3.2 原生動(dòng)物在農(nóng)藥毒理實(shí)驗(yàn)中的研究現(xiàn)狀

人類生存的環(huán)境中有著大量的農(nóng)藥殘留，對(duì)環(huán)境和生物的破壞是多方面的，農(nóng)藥在日常使用過(guò)程中，只有大約1%作用于靶生物，其余的或殘留于土壤中，或通過(guò)徑流進(jìn)入水域，影響土壤和水體中的生物.

目前，中國(guó)是第二大農(nóng)藥生產(chǎn)國(guó).全國(guó)現(xiàn)有農(nóng)藥品種約200個(gè)，農(nóng)藥企業(yè)約2000家，加工制劑約600種，每年生產(chǎn)(有效成分)25萬(wàn)噸農(nóng)藥.主要農(nóng)藥種類有有機(jī)磷類、除蟲(chóng)菊酯類、除草劑和殺菌劑農(nóng)藥.田間使用農(nóng)藥量的約80%直接進(jìn)入土壤環(huán)境，隨后其中大部分又經(jīng)農(nóng)作物的澆灌和雨水作用而匯集到水體中，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成很大影響.農(nóng)藥對(duì)非靶性生物的安全性是評(píng)價(jià)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境影響的重要指標(biāo)，所以水生生態(tài)系統(tǒng)中重要組成類群如藻類、原生生物、輪蟲(chóng)、蝦和魚(yú)等成為評(píng)價(jià)農(nóng)藥安全的主要研究對(duì)象.農(nóng)藥對(duì)水生生物的影響可以表現(xiàn)在分子、組織、器官、個(gè)體以及種群、群落水平.原生動(dòng)物處于水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的基層，對(duì)有毒物質(zhì)高度敏感，長(zhǎng)期以來(lái)一直作為生態(tài)毒理學(xué)研究的重要實(shí)驗(yàn)動(dòng)物.

MaCrae等［10］研究了殺蟲(chóng)劑林丹和DDT對(duì)土壤原生動(dòng)物的影響.他們發(fā)現(xiàn)，5～50 mg·L-1的林丹和DDT對(duì)土壤原生動(dòng)物都產(chǎn)生抑制效應(yīng)，不同的是DDT的長(zhǎng)期毒性作用比林丹更明顯.研究結(jié)果說(shuō)明，施用DDT的土壤3個(gè)月后對(duì)原生動(dòng)物的抑制效應(yīng)仍然明顯，而施用林丹的土壤2個(gè)月后抑制效應(yīng)消失.

Ekelund等［11］研究了殺真菌劑——葑丙嗎琳對(duì)農(nóng)田土壤原生動(dòng)物——尾滴蟲(chóng)(Cercomonassp.)、腎形蟲(chóng)(Colpoda sp.)、星棘變形蟲(chóng)(Acanthamoeba sp.)的毒性效應(yīng).結(jié)果表明，對(duì)于這幾種原生動(dòng)物，葑丙嗎琳比兩種殺蟲(chóng)劑——抗蚜威和樂(lè)果的毒性更強(qiáng).而尾滴蟲(chóng)比腎形蟲(chóng)和星棘變形蟲(chóng)對(duì)葑丙嗎琳更敏感.

Petz等［12］研究了殺真菌劑— —代森錳鋅(抗馬鈴薯晚疫病農(nóng)藥)和高丙體六六六對(duì)云杉林土壤生物區(qū)系的影響.實(shí)驗(yàn)用了兩個(gè)濃度組:0.096 g/m2和6 g/m2，結(jié)果表明，代森錳鋅不會(huì)對(duì)土壤原生動(dòng)物產(chǎn)生急性致毒效應(yīng)，也不會(huì)對(duì)其絕對(duì)數(shù)量產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，只有土壤纖毛蟲(chóng)的群落結(jié)構(gòu)在施藥90 d后與空白對(duì)照組相比有所不同.而高丙體六六六對(duì)土壤纖毛蟲(chóng)有著急性致毒效應(yīng)，纖毛蟲(chóng)的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)在施藥90 d后仍難以恢復(fù).此研究還發(fā)現(xiàn)有殼肉足蟲(chóng)比纖毛蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑的抗性更強(qiáng).

嚴(yán)東文等［13］研究了我國(guó)自主研發(fā)的一種新型除草劑單嘧磺酯對(duì)原生動(dòng)物群落的毒性，結(jié)果表明，原生動(dòng)物群落急性中毒的最大無(wú)致死量為0.25 g·L-1，隨著單嘧磺酯質(zhì)量濃度的增加，原生動(dòng)物種類越來(lái)越少，肉足類的變形蟲(chóng)耐受力最差，其次是鞭毛類，其中以固著型纖毛蟲(chóng)和后生動(dòng)物的耐受力最好，且單嘧磺酯質(zhì)量濃度越大，其耐受優(yōu)勢(shì)越明顯.

王莉霞等［14］以PFU采集的原生動(dòng)物群落為受試對(duì)象，研究了氰戊菊酯48 h的急性毒性，得出半數(shù)致死濃度LC50為15.83 mg·L-1，安全濃度LC10為2.09 mg·L-1，加入氰戊菊酯后，原生動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，各個(gè)功能類群均受到不同程度的損傷較高的耐受性，隨著氰戊菊酯濃度的增加，其在群落中的優(yōu)勢(shì)度更加明顯.氰戊菊酯的加入致使原生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)產(chǎn)生較大影響.

3.3 原生動(dòng)物在有機(jī)化合物毒理實(shí)驗(yàn)中的研究現(xiàn)狀

世界上相繼發(fā)生的化學(xué)品添加劑污染所造成的公害事件，已經(jīng)使成千上萬(wàn)的人畜蒙難受害.在有毒有害物質(zhì)迅速增加和中毒病不斷暴發(fā)的事實(shí)面前，世界許多國(guó)家的政府和毒理學(xué)工作者由被動(dòng)的受害轉(zhuǎn)入積極的防御.一方面為防止化學(xué)品的污染而制定法律和法規(guī)，禁止使用一些有毒或有害的合成化合物，特別是那些在環(huán)境中持久殘留的物質(zhì)以及致畸、致癌、致突變物或可疑物，加強(qiáng)對(duì)新化學(xué)品的安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)，并嚴(yán)格管理有毒有害產(chǎn)品;另一方面積極開(kāi)展對(duì)中毒病(包括動(dòng)物中毒病)的病因、中毒機(jī)理、診斷和防治措施等廣泛深入的科學(xué)研究.黃衛(wèi)紅等［15］以原生動(dòng)物嗜熱四膜蟲(chóng)為靶生物，在PPYS培養(yǎng)基和無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基中，研究了生長(zhǎng)穩(wěn)定期間的四膜蟲(chóng)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.研究結(jié)果表明，培養(yǎng)體系中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的存在可以降低和緩解HCB對(duì)四膜蟲(chóng)的生物毒性.

星炯浩等［16］應(yīng)用HyperChem7.0計(jì)算與鹵代苯酚對(duì)四膜蟲(chóng)毒性相關(guān)的量化參數(shù)以及自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)編碼參數(shù)，對(duì)31種鹵代酚的毒性做了定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)研究.陳旭等［17］為探討苯酚的毒性，選用蛋白核小球藻及原生動(dòng)物群落進(jìn)行了種群及群落水平的毒性測(cè)試.結(jié)果表明，苯酚對(duì)蛋白核小球藻的LC50為338 mg/L，對(duì)原生動(dòng)物群落的 EC50為 85.95 mg/L，EC20為9.76 mg/L，EC5為 3.29 mg/L.

王正方等［18］人用三聚氰胺對(duì)纖毛類原生動(dòng)物梨形四膜蟲(chóng)進(jìn)行細(xì)胞毒性研究，結(jié)果顯示，三聚氰胺對(duì)梨形四膜蟲(chóng)的生長(zhǎng)速率具有抑制作用，并且這種抑制作用與三聚氰胺濃度成正相關(guān)性，其IC50值為0.78 g·L-1.細(xì)胞同時(shí)發(fā)生形變.

夏柳蔭［19］用五氯苯酚對(duì)原生動(dòng)物群落進(jìn)行毒性研究，結(jié)果表明，此原生動(dòng)物群落急性中毒的最大無(wú)致死和最小全致死濃度范圍是0.4～40 mg·L-1，半數(shù)致死濃度為2.40 mg·L-1.在PCP染毒條件下，原生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出簡(jiǎn)單化趨勢(shì)，隨著PCP濃度的增加，原生動(dòng)物種類越來(lái)越少.肉足類原生動(dòng)物對(duì)PCP耐受能力最差，鞭毛類稍強(qiáng)，纖毛類耐受能力最好，且PCP濃度越大，其耐受優(yōu)勢(shì)越明顯.

4 目前存在的問(wèn)題

原生動(dòng)物毒性實(shí)驗(yàn)在評(píng)價(jià)河流、湖泊甚至近海水域方面得到了廣泛應(yīng)用，在污水處理方面尤其在活性污泥技術(shù)方面得到了良好的效果.毒性試驗(yàn)的模式生物主要是四膜蟲(chóng)，其他類型研究不多.在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，污染物常是多來(lái)源、多種類的復(fù)合污染，他們之間可能存在拮抗、疊加或協(xié)同作用，同時(shí)可能受到自然條件、理化性質(zhì)的影響.生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性使人們較難精確地測(cè)出化學(xué)毒物對(duì)環(huán)境的危害.因此，眾多污染物的聯(lián)合毒性監(jiān)測(cè)也有待進(jìn)一步展開(kāi).原生動(dòng)物在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中也有它的不足之處，表現(xiàn)為:一是種類多，鑒定困難.只能粗略地估計(jì)原生動(dòng)物的數(shù)量，無(wú)法把采樣時(shí)活動(dòng)的和形成包囊的數(shù)量區(qū)分開(kāi)來(lái);不同的培養(yǎng)基誘導(dǎo)出來(lái)的土壤原生動(dòng)物數(shù)量和種類往往不同，這樣就會(huì)影響可比度.二是數(shù)量大，計(jì)數(shù)費(fèi)時(shí)，常會(huì)過(guò)高或過(guò)低地估計(jì)原生動(dòng)物的個(gè)體豐度.目前研究的土壤原生動(dòng)物僅占實(shí)際種類的20% ～30%，大部分土壤原生動(dòng)物只是悄無(wú)聲息地生活在我們的腳下，卻不為人們所知.因此，分類學(xué)上的欠缺也是阻礙土壤原生動(dòng)物作為監(jiān)測(cè)生物的瓶頸.

5 展望

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題更加嚴(yán)峻，加大環(huán)境保護(hù)投入，提高公民環(huán)境保護(hù)意識(shí)，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)尤為重要.充分認(rèn)識(shí)原生動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中重要性，不斷改進(jìn)、完善原生動(dòng)物監(jiān)測(cè)研究方法，特別是加強(qiáng)土壤原生動(dòng)物的分類研究，改進(jìn)細(xì)胞水平毒性試驗(yàn)研究，與理化檢測(cè)相互補(bǔ)充、修正，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)處理，建立數(shù)學(xué)模型，以充分發(fā)揮原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用.為評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、恢復(fù)重建生態(tài)、合理利用自然資源提供依據(jù).

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