环境污染原生动物监测的研究进展

【摘要】 简要概述了原生动物在监测环境污染方面的优势，论述了以草履虫为典型代表的原生动物在监测重金属离子和化学农药造成的环境污染方面的研究进展，并且提出了原生动物在环境污染监测中存在的问题，还对其应用前景做出了展望.

【关键词】 环境污染监测；重金属离子；化学农药；毒理评价

0引言

随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家.环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一.每年都有大量的新合成的化学物质被投放到地球上，而它们的毒性人们并不能及时认识到，这些有毒物质一旦被投放到自然生态系统中必然会对自然生态系统的稳定性以及生态系统的多样性造成威胁，而且会危害到人类的健康.因此能够对这些被投放到生态系统中的化学物质的毒性做出正确的毒理评价是维持生态系统稳定性并且保护生态系统物种多样性的进而达到保护环境的目的关键所在.对于环境污染的监测一般采用理化监测和生物监测方法，人们认识到单纯的理化监测难以反应出这些化学物质对生物体的影响以及对生态系统稳定性以及对生物多样性的威胁的综合效果.而生物监测日益被人们重视，所谓的生物监测就是指利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据.

该文根据国内外的研究进展，对原生动物对于重金属离子和化学农药造成的环境污染的监测，并且原生动物在监测环境污染方面存在的问题进行了综述.主要介绍了以草履虫为代表的原生动物对化学物质的监测.

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1原生动物在环境污染监测方面的优势

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原生动物是原生生物界中较为接近动物的一类真核单细胞生物.但与高等动物体内的单个细胞不同，它有一般动物所表现的各种生理功能，如运动、消化呼吸、排泄、感应、生殖等.因此它和整个高等动物相当是一个能营独立生活的有机体.它没有像高等动物那样的器官、系统，而是由细胞分化出不同的细胞器来完成各种生理机能.[1

]与原生动物相对，一切由多细胞构成的动物，称为后生动物.原生动物形体微小，一般用显微镜才可以看到，最小的只有2～3 μm，一般多在10～200 μm，除海洋有孔虫个别种类可达10 cm外，最大的约2 mm.原生动物生活领域十分广阔，可生活于海水及淡水内，底栖或浮游，但也有不少生活在土壤中或寄生在其它动物体内.原生动物监测原生动物是单细胞生物，结构简单，个体微小，其相对表面积较大，周围介质直接接触质膜，对环境变化非常敏感，因而对环境变化具有更短、更迅速的反应时间

[2

].因此，原生动物在监测评价环境污染的瞬时变化和长期的连续变化方面具有不可替代的作用.

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2原生动物对于重金属离子造成的环境污染的监测

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以草履虫为例来论述原生动物对于重金属离子造成的环境污染的监测，重金属就是重金属元素对应的离子，尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒.

在环境污染方面所说的重金属主要是指汞（水银）、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素.重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体.重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒.重金属元素由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染，它们不能被生物降解.鱼类或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒，轻则发生怪病（水俣病、骨痛病等），重者就会死亡.所以我们不要过量地进食海产，每次进食前一定要把海产彻底煮熟.总之重金属以各种形式在环境中积累并对其间的生物产生作用.它的一个重要毒理效应是与DNA结合使DNA损伤，以菌类和藻类研究了重金属离子的毒理效应[3-4

]，还有它能过使生物体蛋白质变性.许多学者曾做过Cu2+、Zn2+

[5-7

]对多细胞动物的急性毒性试验，而用重金属离子对原生动物的毒理实验不是很多，周玉研究Pb、Cu 对草履虫的毒性作用，根据以往重金属对水生低等动物的致毒研究贫乏这一情况，开展了常见的重金属离子Pb、Cu单一元素作用对单细胞原生动物草履虫（P.caudatum）水生动物的毒性研究，从毒物的暴露时间和浓度变化角度探究了Pb、Cu 对水生动物的毒性影响，可望筛选出用于重金属水体污染生物监测的敏感动物，为开展水环境中重金属的生物毒性模型预测以及当前水体环境污染的治理提供参考资料[8

]，该文论述原生动物对于重金属离子造成的环境污染的监测，旨在说明通过他人的研究用重金属离子对原生动物做毒性实验能够为水体环境监测中废水排放安全性评价提供参考依据.草履虫（Paramecium caudatum）是原生动物门纤毛纲的代表动物，生长繁殖速度快，观察方便，容易采集，培养方法简单，是教学和科研常用的试验材料.比如潘志崇等报道了铜、锌离子对尾草履虫的急性毒性作用[9

]，石同幸等研究了铜离子对草履虫的慢性毒性[10

]，胡好远等研究了Cd2+对草履虫种群的毒性

[11

]，而有关Cu2+和Cd2+对草履虫联合毒性的研究报道甚少.笔者研究了Cd2+、Cu2+对草履虫的急性毒性作用及联合毒性作用，旨在为水体环境监测中废水排放安全性评价提供参考依据.

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3原生动物对于化学农药造成的环境污染的监测

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]

农药可以用来杀灭昆虫、真菌和其他危害作物生长的生物.最早使用的农药有滴滴涕、六六六等，它们能大量消灭害虫.但它们的稳定性好，能在环境中长期存在，并在动植物及人体中不断积累，为此被淘汰.后来改用有机磷农药，如敌敌畏等，替代最初的农药.然而它们的毒性太大，对人畜的危害很大.近年来，一批高效低毒的农药出现，现在人们已经找到了具有专一性的农药，即激素类农药.原生动物可以作为农药的指示生物，2009年张燕萍，朱慧芳，卢祥云，三人用3种农药对草履虫的毒性研究检测草履虫对农药的耐受性，为安全使用农药甲维盐、多菌灵和扑草净提供参考依据.目前农业生产中普遍使用的是高效低毒农药，但由于使用量较大，进入自然水体的农药越来越多，对水生动物产生了一定的危害.国内学者主要研究了农药对甲壳类、鱼类、两栖类等动物的毒性影响

[12-15

]， 关于农药对原生动物的毒性方面研究报道较少[16

].因此，笔者进行了3种农药对草履虫的毒性试验，目的在于检测草履虫对农药的耐受性，为安全使用农药甲维盐、多菌灵和扑草净提供参考依据.同一年李霖，刘俊，顾庆龙，邱同和，吴桦等人用毒死蜱农药对草履虫的毒性结果发现毒死蜱溶液的不同浓度对草履虫的生长有极显著影响，浓度越高毒性作用越大，毒死蜱对草履虫的1 h急性毒性作用LC50为0. 04359 mg/ L，最大无致死浓度为0.0025 mg/ L，最小全致死浓度为1.29 mg/ L[17

].笔者在研究生的毕业论文的实验中选择了两种杀虫剂百菌清

[18-19

]

和敌百虫[20-21

]研究的内容是两种农药对草履虫和绿草履虫分裂周期显著影响的浓度.2010年，李霖，王君，刘俊，顾庆龙，顾小琴，邱同和等人用杀菌剂多菌灵对草履虫的毒性进行研究，进行多菌灵对草履虫的急慢性毒性作用研究.结果表明：多菌灵溶液的浓度对草履虫的生长有极显著影响，浓度越高毒性作用越大[22

].本研究旨在通过多菌灵对草履虫（Paramecium） 的急慢性毒性作用，探索杀菌剂对原生动物种群生长作用的机制，为进一步研究农药对水生生态系统影响、农药的安全评价提供有价值的参考数据.

2009年李霖，姚云珍，刘俊，邱同和，韩圆月，丁家桐等人对三氟氯氰菊酯对草履虫的毒性作用进行了研究.拟除虫菊酯农药作为有机氯类杀虫剂的替代产品，已成为应用最为广泛的农药之一，由于生产上广泛使用而大量地进入生态环境中.据毒理学相关文献报道，一些拟除虫菊酯类农药对鱼类等水生生物具有较高的毒性[23

].近年来研究显示，菊酯类农药具有环境雌激素作用[24

].陈海燕等[25

]研究认为，氰戊菊酯、溴氰菊酯、氯氰菊酯及苄氯菊酯等拟除虫菊酯农药通过激活雌激素受体而显示出拟雌激素活性.沈苏南等[26

]发现氰戊菊酯导致大鼠外周血雌二醇水平升高.但是有关拟除虫菊酯类农药对处于食物链最低级的原生动物的毒性研究尚不多见，本研究旨在通过论述三氟氯氰菊酯对草履虫的急性和慢性毒性作用研究，得出结论菊酯类农药通过对环境的污染进而对食物链底层的毒性作用尤其是环境雌激素作用而影响生物系统功能.可以通过原生动物对化学农药的毒理反应，进而对环境污染进行监视.2008年，娄维义，倪兵，於韬，顾福康等人用乙酰甲胺磷对尾草履虫和绿草履虫的急性毒性作用.乙酰甲胺磷（ acephate） 是一种高效、低毒、低残留、内吸性强、残效期长的广谱性有机磷杀虫剂，适用于蔬菜、茶树、烟草、果树、棉花、水稻、小麦、油菜等作物，防治多种咀嚼式、刺吸式口器害虫和害螨[27

]，由于农作物害虫的抗药性逐年提高，因此农田、林业生产中的用量也越来越大

[28

].乙酰甲胺磷的大量使用对环境中非靶标生物的毒性影响也越来越大，已有学者采用水生生物评价其毒性[29-30

].草履虫是原生动物的代表种之一，分布广泛，取材方便，而且容易培养.环境条件的微小变化都会导致其形态、结构、行为等的迅速变化，因此成为较为理想的环境质量评价生物[31-33

].与单纯的化学手段相比，草履虫能够更生动、更真实的反映环境化学毒性物质的毒理效应.ACPS（ Automat ic Count ing for Protozoan System） 软件系统

[34

]

是一套基于图像处理的原生动物自动计数系统，与传统的人工计数相比具备准确、高效的优点，利用ACPS 系统以尾草履虫（ Paramecium caudatum） 和绿草履虫（ Par amecium bursaria ） 作为受试生物，比较研究乙酰甲胺磷对原生动物的急性毒性作用，以期对乙酰甲胺磷的合理使用及其安全评价方面积累资料，同时为草履虫应用于水体环境中农药安全监测提供参考.

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4原生动物在环境污染监测中存在的问题

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HT]

原生动物群落水平在监测与评价河流、湖泊甚至近岸海域水质方面得到了广泛应用，并收到了良好的效果.对污水监测，不能定量分析出水中各种化学物质种类及含量，需要与化学分析结合.在细胞水平上（ 如DNA 损伤、酶的抑制与破坏） 的监测研究开展得还不够.

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%一30%，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.

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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，应用数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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Abstract：

This paper briefly summarizes the advantages of protozoa in monitoring environment pollution， this paper discusses the paramecium as the typical representative of protozoa in monitoring heavy metal ions and chemical pesticide environmental pollution caused by the progress in research of and puts forward the problems of protozoa in environmental pollution monitoring， also make a prospect of its application prospect.

Keywords： Pollution of the environment monitoring； Heavy Metal ions； Chemical pesticide； Toxicology evaluation.

（责任编辑：黄永辉）