生物指示物專題教育課件市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、生物指示物/指示生物 Biological indicators第1頁引 言 我們知道，生物（包含人）很大程度上受到環(huán)境理化因子影響。有經(jīng)驗生態(tài)學家能夠經(jīng)過未知環(huán)境中生物種類名單準確地指出土壤、大氣、水、氣候等原因特征甚至地理位置。而且，多年來地理學家利用特異性指示植物物種和群落勘察地質(zhì)組成和當?shù)氐V藏，這個過程稱為地植物學勘探。經(jīng)過理化原因?qū)钌矬w影響能夠?qū)Νh(huán)境中現(xiàn)存物質(zhì)及其存在水平給出明確結(jié)論。比如，當植物生長土壤中特定礦質(zhì)元素（無機營養(yǎng)）缺乏時，植物常出現(xiàn)經(jīng)典和獨特癥狀（缺素癥）。第2頁引言 在污染物和營養(yǎng)物質(zhì)過量時生物體一樣受到影響，這經(jīng)慣用于指示污染性質(zhì)和程度。這些效應類型可歸納為以

2、下一些或全部內(nèi)容：1.1生物群落中物種和/或優(yōu)勢種群發(fā)生改變；1.2生物群落物種多樣性發(fā)生改變；1.3種群死亡率上升，尤其是卵和幼體階段（早期發(fā)展階段很敏感）；1.4個體生理和行為改變；1.5個體形態(tài)和組織畸變；1.6個體組織中污染物或其代謝物積累(Build-up) 上述效應研究促使生物調(diào)查/監(jiān)視（Biological Surveillance）方法用于替換（或最少是補充）化學分析方法監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量。在一段時間內(nèi)同一環(huán)境中生物調(diào)查包含一系列相同調(diào)查內(nèi)容，所以是動態(tài)。若生物調(diào)查含有特殊目標，如按規(guī)范要求污染物，則稱為生物監(jiān)測（Biological monitoring/ Biomonitorin

3、g）。第3頁引言 借助于各種先進檢測儀器和分析伎倆理化監(jiān)測方法，即使能夠準確測定環(huán)境污染物瞬時濃度，但不能反應各種污染物聯(lián)合作用于生物系統(tǒng)長久影響。人為造成受損環(huán)境中各種污染物同時存在并共同作用于生物系統(tǒng)。不一樣污染物之間或發(fā)生協(xié)同作用，或拮抗作用，假如不考慮污染物、環(huán)境原因和生物綜合作用，就不能真正反應環(huán)境質(zhì)量改變和生活在其中生物情況，不能真正確保自然生態(tài)系統(tǒng)健康運行。第4頁引 言 利用生物指標對環(huán)境質(zhì)量改變進行監(jiān)測，因為生物接收是各種環(huán)境因子與污染物綜合作用，因而反應是各種影響因子對生物綜合作用結(jié)果，是對整個環(huán)境生物學損傷后果監(jiān)測與評價。與理化監(jiān)測方法相互補充，就能幫助人們及時獲取相關(guān)環(huán)境

4、 質(zhì)量情況及其改變綜合信息，為環(huán)境控制管理提供依據(jù)。第5頁引 言 生物監(jiān)測比化學分析更含有優(yōu)勢。如大多數(shù)污染監(jiān)測程序是建立在要求時間間隔內(nèi)進行樣品采集（定時采樣），連續(xù)采樣通常行不通而且很昂貴。這么，在常規(guī)化學采樣方案中，尤其是在可變環(huán)境（如大氣和河流）中采樣間隔內(nèi)任何一個污染高峰或低谷可能都檢測不到（undetected） 。相反,生物體在瞬時污染情況下可發(fā)生可測反應,在高污染水平反應更顯著。它們還能夠在污染物波動水平提供時間-綜合（time-integrated）反應。依據(jù)選取生物壽命不一樣,這種反應可從幾天（微生物）至幾個月/幾年間（大型植物、大型無脊椎動物和脊椎動物）改變。第6頁引 言

5、 許多污染物可在同一環(huán)境中出現(xiàn)，而且能夠進行化學分析單一污染物數(shù)量是有限。因為生物群落可對任何有害污染物產(chǎn)生反應，因為現(xiàn)存污染物水平提升或新/不期望污染物出現(xiàn)而檢測到改變能夠看作詳細化學分析（detailed chemical analysis）警告和預兆。而且，許多不能被檢測到污染物協(xié)同或拮抗效應在生物體上是能夠檢測到。第7頁1 生物監(jiān)測生物監(jiān)測：利用生物分子、細胞、組織、器官、個體、種群和群落以及生態(tài)系統(tǒng)等層次上改變對人為脅迫生物學響應反應來說明環(huán)境情況。即用生物作指標對環(huán)境質(zhì)量改變進行指示，從生物學角度對環(huán)境質(zhì)量改變進行監(jiān)測，為環(huán)境質(zhì)量評價提供依據(jù)。第8頁1 生物監(jiān)測利用生物對環(huán)境進行監(jiān)

6、測和預警歷史悠久 古代帝王繕前令奴仆嘗食 礦工下井前以繩縛雞投井 利用金絲雀、老鼠監(jiān)測地下礦區(qū)瓦斯含量20世紀初廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測生物監(jiān)測以環(huán)境污染物與生物之間 濃度-反應關(guān)系為基礎(chǔ)第9頁1 生物監(jiān)測監(jiān)測生物選擇應遵照標準對人為脅迫敏感并含有特異性反應遺傳穩(wěn)定、對人為脅迫反應個體差異小、發(fā)育正常、健康易于繁殖和管理且常見（防止用珍惜瀕危物種）盡可能用現(xiàn)有監(jiān)測又兼有其它功效生物（經(jīng)濟或觀賞）監(jiān)測指標選擇應遵照標準依據(jù)監(jiān)測目標依據(jù)污染物性質(zhì)和毒理作用機制依據(jù)生物特征第10頁1 生物監(jiān)測生物監(jiān)測方法生態(tài)學方法 生理學方法毒理學和遺傳毒理學方法生物化學成份分析方法第11頁1 生物監(jiān)測生物預警和監(jiān)測環(huán)境

7、改變機理人為脅迫下生物系統(tǒng)會對受損環(huán)境發(fā)生一些在自然條件下沒有或罕見生物反應，這種反應能夠發(fā)生在生物系統(tǒng)基因、細胞、組織、器官、個體、種群、群落及生態(tài)系統(tǒng)各個層次。反應強度與環(huán)境受損程度存在著相關(guān)性，是利用生物對環(huán)境改變進行監(jiān)測、預警基礎(chǔ)。個體水平生物反應細胞及分子水平生物反應細胞膜、生物酶、染色體結(jié)構(gòu)變異、數(shù)目變異、DNA損傷、基因突變 組織、器官水平生物反應植物葉片各種傷斑/壞死、畸形第12頁1 生物監(jiān)測生物預警和監(jiān)測環(huán)境改變機理種群及群落生物反應種群中敏感個體死亡，種群死亡率上升、種群軀體 生長率下降 群落物種組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，優(yōu)勢種群發(fā)生改變、群落發(fā)生演替生態(tài)系統(tǒng)響應生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于

8、簡單化、食物鏈不完整、食物網(wǎng)簡化生態(tài)系統(tǒng)功效受損 脆弱生態(tài)系統(tǒng)、受損生態(tài)系統(tǒng)、退化生態(tài)系統(tǒng)第13頁1 生物監(jiān)測生物對污染環(huán)境監(jiān)測和指示生物監(jiān)測方法生物層次:生理生態(tài)、生物群落、遺傳學、分子標識生物種類:植物監(jiān)測、動物監(jiān)測、微生物監(jiān)測、（人類）環(huán)境介質(zhì):大氣污染監(jiān)測、水污染監(jiān)測、土壤污染監(jiān)測第14頁1 生物監(jiān)測生物對污染環(huán)境監(jiān)測和指示形態(tài)結(jié)構(gòu)監(jiān)測應用最廣泛、發(fā)展最成熟利用生物對大氣污染進行監(jiān)測動物生病、死亡、遷移植物葉片病變，植株生病、死亡微生物種類和數(shù)量改變生理生化監(jiān)測植物酶活（增加或降低）、脅迫代謝物（增多）、代謝（增加或降低）動物生理代謝指標（呼吸頻率、呼吸代謝、攝食量、抗病力）、生化指標

9、（血糖、酶活、代謝）微生物發(fā)光、畸變（PAHs對細菌）第15頁1 生物監(jiān)測生物對污染環(huán)境監(jiān)測和指示體內(nèi)污染物及其代謝產(chǎn)物監(jiān)測地衣和苔蘚植物高等植物葉片、樹皮水生生物人體健康監(jiān)測（血液、頭發(fā)、尿液）第16頁1 生物監(jiān)測生物對污染環(huán)境監(jiān)測和指示遺傳毒理監(jiān)測（染色體畸變和基因突變）體外基因突變試驗：Ames試驗、哺乳動物體細胞株突變 試驗體內(nèi)基因突變試驗：顯性致死突變試驗（生殖細胞染色 體）、果蠅伴性隱性致死試驗染色體畸變試驗：體細胞、生殖細胞、體內(nèi)、體外微核試驗：動物細胞、植物細胞姐妹染色單體交換試驗第17頁1 生物監(jiān)測生物對污染環(huán)境監(jiān)測和指示分子標識DNA損傷試驗:非程序性DNA修復試驗、單細胞

10、凝膠電泳（SCGE）DNA-加合物測定:免疫法、熒光法、32P-后標識法蛋白加合物:血紅蛋白（Hb）-加合物（色譜-質(zhì)譜法、免疫法）生物群落監(jiān)測法付生植物群落監(jiān)測法:地衣生長繪圖法微生物監(jiān)測法:大氣污染微生物監(jiān)測法、水污染細菌學監(jiān)測、 微型生物群落監(jiān)測法（如PFU法）底棲大型無脊椎動物監(jiān)測法微宇宙法:標準化水生微宇宙（SAM）、土壤關(guān)鍵微宇宙（SCM） 模擬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)第18頁 1 生物監(jiān)測生物監(jiān)測環(huán)境預警中應用環(huán)境預警建立在環(huán)境承載能力或環(huán)境容量基礎(chǔ)上，經(jīng)過一些主要自然狀態(tài)指標，對大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈環(huán)境進行實時監(jiān)測，并及時提供環(huán)境危險信號警示匯報。因為環(huán)境承載能力改變是各種原因相互

11、作用組合，其中生物隨環(huán)境改變含有很強連續(xù)性、反應綜合性和敏感性，從而在環(huán)境預警中生物監(jiān)測含有主要作用。一些生物對特定污染物極為敏感，甚至有時精密儀器也難檢測一些微量污染物就能對生物體產(chǎn)生嚴重傷害。有些生物含有很強蓄積環(huán)境污染物能力，利用這些高敏感、高蓄積監(jiān)測生物，能夠及時檢測出環(huán)境中存在微量污染物，作為早期環(huán)境污染報警器。第19頁1 生物監(jiān)測生物監(jiān)測環(huán)境預警中應用水體污染預警體系退化水體生物監(jiān)測自動報警系統(tǒng)是利用生物敏感性對污染源排放廢水和地表水水質(zhì)改變進行連續(xù)監(jiān)測、傳輸和數(shù)據(jù)處理一個監(jiān)測系統(tǒng)。 較早生物預警：魚 流水或廢水 死亡率（數(shù)）/受害癥狀自動報警系統(tǒng)：監(jiān)測生物生理或行為參數(shù) 生物傳感

12、器陸地環(huán)境退化預警體系陸地環(huán)境退化是否與地表植被改變高度相關(guān)，分析監(jiān)測植被改變是有效開展陸地環(huán)境預警伎倆。植被沒有移動能力，最能真實地表現(xiàn)環(huán)境改變，對環(huán)境質(zhì)量改變起到適時警報器功效。遙感技術(shù)：草地遙感監(jiān)測技術(shù)第20頁1 生物監(jiān)測生物監(jiān)測不足易受各種環(huán)境原因影響-自然脅迫（葉斑）可能受到監(jiān)測生物生長發(fā)育情況影響費時且難確定環(huán)境污染物實際濃度填補配合理化監(jiān)測監(jiān)測生物規(guī)范化、監(jiān)測條件標準化、濃度-反應曲線準確化、監(jiān)測人員專業(yè)化第21頁1生物監(jiān)測用活生物體進行污染物生物監(jiān)測方法很多?？纱笾聞澐譃楸?。不論選取哪種方法，采集含有代表性和有意義生物樣品是任何調(diào)查成功關(guān)鍵。采樣方法很多，一些輕易產(chǎn)生誤差，所

13、以在利用所得數(shù)據(jù)進行解釋和外推時必須將其考慮進去?？紤]到時間、資金和人力等所選取方法必須和要求方法到達折衷（compromise）。采樣方法選擇還受到采樣要求影響，還應該與不一樣操作者在不一樣時間和地點所測數(shù)據(jù)進行比較。第22頁表1 生物監(jiān)測基本方法監(jiān)視類型 主要有機體 評價主要污染物優(yōu)點 缺點群落結(jié)構(gòu)無脊椎動物、大型植物 有機物（石油烴、殺蟲劑、PCBs）、有毒廢棄物（重金屬）、過剩營養(yǎng) 使用方便、低耗、不需專業(yè)設(shè)備或必備知識 需一些專業(yè)知識、局部應用、無特異性指示生物 無脊椎動物、大型植物、藻類、地衣 有機廢棄物、過剩營養(yǎng)、酸化、有毒氣體 使用方便、低耗、不需專業(yè)設(shè)備需一些專業(yè)知識、局部應

14、用、無特異性微生物方法 細菌 有機物和排泄物 相對低耗、與人類健康直接相關(guān) 需一些專業(yè)設(shè)備和知識 積累生物 大型植物、大型無脊椎動物、脊椎動物有毒廢棄物、放射性核素 指示污染物生物可利用性、與人類健康相關(guān) 耗時、設(shè)備昂貴、需人員培訓 生物測定微生物、大型植物、藻類、無脊椎動物、低等脊椎動物 有機物、有毒氣體、有毒廢棄物 結(jié)果快速、相對低耗、需連續(xù)監(jiān)測 試驗室結(jié)果極難外推 第23頁2 監(jiān)測群落結(jié)構(gòu) 在實際情況下，單個物種毒性試驗經(jīng)常不能真實反應群落和生態(tài)系統(tǒng)受污染脅迫情況。從群落水平上測量脅迫反應能夠在一定程度上克服由單個或少數(shù)幾個物種脅迫反應解釋群落與生態(tài)系統(tǒng)效應所帶來困難。從20世紀50年代

15、后期開始，許多學者提出了各種描述群落結(jié)構(gòu)和組成改變參數(shù)用于研究污染所引發(fā)群落及生態(tài)系統(tǒng)效應。第24頁2 監(jiān)測群落結(jié)構(gòu) 許多生物監(jiān)測方法是基于污染造成生物群落結(jié)構(gòu)改變。實際上，極難對整個群落進行操作。所以，通常是研究群落一定區(qū)域，比如水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物或底棲生物和陸地生態(tài)系統(tǒng)中大型無脊椎動物或大型植物。第25頁2 監(jiān)測群落結(jié)構(gòu) 監(jiān)測群落結(jié)構(gòu)方法是建立在生物群落中個體出現(xiàn)-消失（presence-absence）和/或數(shù)值多度基礎(chǔ)之上。傳統(tǒng)上采取多樣性指數(shù)或相同性指數(shù)，極少采取物種多度模型。相對于任何污染物來說，除非有廣泛可利用環(huán)境數(shù)據(jù)，不然利用這些方法觀察到改變含有主觀性而缺乏客觀性。近年來

16、，愈加復雜多元分析技術(shù)比較客觀地與影響原因（特殊污染物等）聯(lián)絡(luò)起來利用于監(jiān)測中。然而，即使對非專業(yè)人士來講，許多多樣性指數(shù)和相同性指數(shù)應用起來很輕易，而且是有成本效益，所以，確保了它們在污染監(jiān)測中繼續(xù)占有一席之地。第26頁2.1 多樣性指數(shù) 多樣性指數(shù)以單原因形式給出了特定環(huán)境中物種多度，是群落內(nèi)物種數(shù)及其多度綜合測度，用以描述群落復雜度。在生態(tài)毒理學研究中慣用于確定群落是否受到污染物影響。可用于群落結(jié)構(gòu)3方面： 物種數(shù)量/豐度各現(xiàn)存物種個體總數(shù)/多度不一樣物種個體分布均一性/均勻度一些慣用多樣性指數(shù)及計算方法如表2：第27頁表2 慣用多樣性指數(shù)和相同性指數(shù)指數(shù)(index) 計算方法 多樣性

17、指數(shù)(Diversity indices) Shannon index (H)投 影Simpson index (D) Margalef index (DMg) 相同性指數(shù)(Similarity indices) Sorensens index (C) Jaccard coefficient (J) Pinkham and Pearson index of community similarity (P) 第28頁2.2 相同性指數(shù) 相同性指數(shù)是將兩個不一樣采樣點物種多度進行比較，其中一個作為對照。相同性指數(shù)主要用于陸地環(huán)境，許多不一樣類型已經(jīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測。一些慣用方法和計算見表2。 第2

18、9頁2.3 物種多度模型 這些模型優(yōu)點是集中在一系列已經(jīng)統(tǒng)計多度值范圍內(nèi)全部多樣性模型，而不是將全部信息濃縮成單一數(shù)值。盡管如此，在環(huán)境監(jiān)測中還是處于次要地位。第30頁2.4 多元分析上述方法中相關(guān)影響原因缺乏客觀性以及利用多樣性指數(shù)和相同性指數(shù)時信息損失/降低（loss）是任何污染監(jiān)測程序致命缺點。盡管多元分析技術(shù)比較復雜，但在一定程度上能夠克服上述缺點。經(jīng)過不一樣方式聚類數(shù)據(jù)能夠檢測群落中不一樣地點不連續(xù)性。這么，進行物種數(shù)據(jù)數(shù)值分類（許多聚類分析方法中一個）可將相同分類組分組成聚到一起。假如有適當環(huán)境數(shù)據(jù)則能夠?qū)⒉灰粯拥攸c污染水平區(qū)分出來。即使缺乏客觀環(huán)境數(shù)據(jù)，最少也能推測并得出在深入研

19、究中可檢測假設(shè)。第31頁2.4 多元分析近年來，廣泛應用于生物監(jiān)測一個分類方法是雙向指示物種分析（TWINSPAN，Two-way indicator species analysis）。投影第32頁3 指示生物法 生物指示物：利用特定個體指示物種或類群出現(xiàn)或消失，即對環(huán)境中以某種方式檢測到污染物敏感性和反應。利用出現(xiàn)/消失（定性）和/或相對/絕對數(shù)據(jù)（定量）、生理和形態(tài)改變來確定采樣地域污染物效應和分布。第33頁3.1 生物指數(shù)(Biotic Indices)所用數(shù)據(jù)用來指個體指示物。某一采樣點全部個體指示物種類和數(shù)量發(fā)生改變用恰當數(shù)學公式加以表示，所求得數(shù)值之和為生物指數(shù)，生物指數(shù)在同一地

20、點表示污染情況有許多類型。第34頁3.1生物指數(shù)(Biotic Indices)3.1.1污水生物系統(tǒng)（Saprobic system） 最早生物指數(shù)是20世紀早期用于水生生態(tài)系統(tǒng)污水生物系統(tǒng)（Saprobic system）。用于監(jiān)測河流中有機物。從一個主要有機物排放點源開始沿著河流向下游可分為4個區(qū)域：3.1.1.1 多污帶：極度污染3.1.1.2 -中污帶：嚴重污染3.1.1.3 -中污帶：中度污染3.1.1.4 寡污帶：很輕或無污染最早污水生物系統(tǒng)修訂了若干次后產(chǎn)生了污水生物指數(shù)(S) （Saprobic or Saprobien index）。將指示生物出現(xiàn)頻率和生境喜好考慮進來后可

21、得到各個污水生物/腐生值（a saprobic value）。某一地點全部指示生物腐生值之和除以它們出現(xiàn)頻率之和即可得到該地點污水生物指數(shù)/腐生指數(shù)。污水生物系統(tǒng)已經(jīng)改進和重新定義。最新版本是用于德國水質(zhì)評價德國家標準準方法German Standard Method(DIN38410T.2)。污水生物系統(tǒng)提出以后其它生物指數(shù)得到發(fā)展，主要是一些特定國家用于監(jiān)測流水中有機物效應。廣泛應用于UK兩個生物指數(shù)是Trent生物指數(shù) TBI（Trent Biotic Index）及其衍生指數(shù)Chandler Biotic Score(CBS)。第35頁3.1生物指數(shù)(Biotic Indices)3.

22、1.2 Trent生物指數(shù)（TBI）Trent生物指數(shù)最初是由Woodiwise(1964)用于評價英格蘭Trent河時提出，提出了6個無脊椎動物類群作為評價水質(zhì)指示生物，依據(jù)這6個無脊椎動物出現(xiàn)次序和種類數(shù)以及所取得大型底棲無脊椎動物類群總數(shù)劃分指數(shù)值，并提出了劃分標準，再依據(jù)指數(shù)值大小進行水質(zhì)評價。指數(shù)值越低，污染越嚴重；指數(shù)值越高，污染越輕。優(yōu)點：只需要掌握所要求關(guān)鍵生物即可，不需判定到種，能夠簡化判定時間和精力；易于為非生物學工作者掌握；對中度污染水質(zhì)反應靈敏，適于對漁業(yè)水質(zhì)評價。缺點：軟體動物未列入關(guān)鍵群，對輕度污染水質(zhì)反應不靈敏，指示水污染等級指數(shù)范圍太窄；用于其它河流時，因生物區(qū)

23、系不一樣，需要加以修改；在調(diào)查時偶然出現(xiàn)生物，能輕易改變調(diào)查地點生物指數(shù)值，影響評價準確性；對重金屬等無機污染不能進行評價。第36頁3.1生物指數(shù)(Biotic Indices)3.1.3 Chandler 記分系統(tǒng)(CBS) Chandler Biotic Score(CBS) 最初是Chandler（1970）為蘇格蘭高地河流設(shè)計，包含很多因子。依據(jù)大型無脊椎動物類群對水體污染敏感性及各類群出現(xiàn)多度分別記分。多度分為5級，每5個最小樣本中有1-2個個體為出現(xiàn)；3-30個個體為少；31-50個為普遍；51-100個為多；100個以上為很多。對污染敏感性高，多度也高類群記分高；耐污染，多度又高

24、類群記分少；無大型無脊椎動物時記為0。依據(jù)記分表計算出各個監(jiān)測點總分，對各點污染情況進行評價：總分為0，表示嚴重污染；0-45為重污染；45-300為中度污染；300為輕度污染或未污染。第37頁3.1生物指數(shù)(Biotic Indices)3.1.4 生物監(jiān)測工作委員會記分Biological Monitoring Working Party(BMWP)Score在UK應用最普遍。標準方法：每一點取樣，擾亂河床3分鐘，用標準網(wǎng)采集全部大型無脊椎動物。全部采集到種類判定到屬，只適于寬泛應用、消除錯誤判定而不考慮豐度。每一屬有一記分（表12.5），各個分數(shù)經(jīng)概括形成BMWP值。另一因子，Avera

25、ge Score Per Taxon(ASPT)是由BMWP值/記分分類數(shù)值所得。與BMWP值不一樣，ASPT相對來說不依賴采集樣品大小、季節(jié)以及采樣方法。這些指數(shù)缺點是應用于流水，有時甚至是應用于河流中特殊生境如淺灘，流經(jīng)粗糙卵石和礫石河床快速流水。利用大型植物構(gòu)建水質(zhì)指數(shù)還存在強烈爭議，盡管應用于不一樣水環(huán)境類型（表12.6）。第38頁3.1生物指數(shù)(Biotic Indices)3.1.5 水質(zhì)指數(shù)Water Quality Index (WQI)在美國應用廣泛，由國家衛(wèi)生基金發(fā)展形成。這個并不是真正生物指數(shù)，它是利用化學和物理參數(shù)（如溫度和氨）以及細菌學數(shù)據(jù)進行計算。第39頁3.1生物

26、指數(shù)(Biotic Indices)3.1.6 大氣凈度指數(shù)法Index of Air Purity(IAP)在陸生生態(tài)系統(tǒng)中應用地衣生物指數(shù)。計算公式：IAP=n1（Qf）/10 IAP ：大氣凈度指數(shù)； n：一個地域附生植物地衣種總數(shù)； Q：與這一地域地衣種類生活在一起其它種類平均數(shù)； f：一個附生地衣在一個監(jiān)測點上蓋度或出現(xiàn)頻率； 10：為便于數(shù)據(jù)處理而縮小倍數(shù)。生物指數(shù)低表示污染嚴重全部生物指數(shù)或記分系統(tǒng)都有不足，應和其它數(shù)據(jù)（如化學和物理參數(shù)）結(jié)合使用。然而，計算比較簡單而且通常需要少許分類學知識即可應用。為環(huán)境質(zhì)量問題提供了簡單、易于了解無教授參加即可進行決議環(huán)境污染辦法。第40頁

27、3.2 區(qū)域圖繪制指示生物另一個用途是物種分布圖構(gòu)建，提供污染物分布指示信息，不是構(gòu)建生物指數(shù)。地衣對許多大氣污染物很敏感，尤其對SO2和氟化物更敏感。上百年來地衣群落在城市和工業(yè)區(qū)經(jīng)?？萁吆腿狈?，經(jīng)過地衣在分布區(qū)空間和時間改變可繪制出某一地方甚至國家級水平一些大氣污染物濃度，這是可能，因為在可允許范圍內(nèi)特定地衣物種信息已經(jīng)取得，尤其是SO2。地衣繪圖是很好技術(shù)，教授可從地衣分布取得大氣污染物知識，對非專業(yè)人士來講也能取得很多有用信息（圖12.3，表12.7）。維管束植物也用于經(jīng)過繪圖研究監(jiān)測污染物。動物極少用，但螨類對SO2敏感，可放在監(jiān)測點容器中，幾周后可得到直接因為SO2污染引發(fā)死亡數(shù)。

28、第41頁3.3 形態(tài)學和組織學指示 植物絕對和相對生長速率，濕/干重，根/芽和葉面積指數(shù)以及其它許多形態(tài)特征；動物年紀/大小或重量比，繁殖率以及其它非病理形態(tài)改變等均能提供指示和污染物脅迫形成是可測跡象。植物可見傷害（褪綠、壞死等）一直用于評價環(huán)境污染，這些傷害首先在作物上發(fā)覺（因為經(jīng)濟原因），近年來在酸雨監(jiān)測中較為突出，尤其是中歐，在不一樣區(qū)域與酸沉降影響相關(guān)。有時用感病植物來檢測一些空氣污染物。 動物潰瘍，腫瘤，發(fā)炎，壞死，寄生感染等病癥出現(xiàn)有時與污染物相關(guān)。因為這些改變診療通常需要專業(yè)知識而且極難與正常發(fā)生疾病相區(qū)分，所以，這些方法還未經(jīng)過法規(guī)用于生物監(jiān)測。第42頁3.4 檢測器與崗哨生

29、物檢測器生物(Detector)是指對污染物有可測反應，對污染物出現(xiàn)起到早期預警作用特定鄉(xiāng)土種。選擇特定物種時應十分注意，應該考慮其對污染物敏感性、暴露于污染物可能性、在群落中位置、生態(tài)和地理分布以及多度等。崗哨生物(sentinel organisms)是特意引進環(huán)境中充當生物早期預警系或用來界定污染程度敏感物種。如魚警（fish alarms），污染敏感性魚類正常生理受到影響視為水質(zhì)下降。被測生理參數(shù)包含呼吸和心跳速率，游泳運動等改變。第43頁3.5 比較法 在美國，評價某一水體污染程度方法正在規(guī)范化：首先將某一水體歸入某一特定生態(tài)型，利用已經(jīng)建立程序和相同類型未受擾動（原始）水體進行生物

30、比較。依據(jù)每一位點計量值總數(shù)來確定全部位點百分比相同值。高百分比（如90%或更高）則表示是相對無污染位點，連續(xù)低百分比表示逐步降低水質(zhì)。 英國淡水生態(tài)研究所發(fā)展了一個相同程序：河流無脊椎動物預測和分類系統(tǒng)（RIVPACS），用來監(jiān)測其水質(zhì)。利用這個程序可將所調(diào)查任何流水位點動物區(qū)系進行比較，而且可得到包含由污染引發(fā)環(huán)境脅迫量度標準。第44頁4 微生物監(jiān)測微生物在全部生態(tài)系統(tǒng)中是極其主要組成成份，其多樣性和多度受到許多環(huán)境因子強烈影響而且發(fā)生改變來指示特定污染類型。如經(jīng)典“污水真菌”群落出現(xiàn)表明水體受到了嚴重有機物污染，群落中各個物種是許多淡水水體中土著種，不過它們以聚集方式宏觀發(fā)育是很主要。相

31、反，生態(tài)系統(tǒng)中侵入種出現(xiàn)也可能表明污染存在。所以，水生生態(tài)系統(tǒng)中微生物（尤其是人類和動物腸道內(nèi)細菌）出現(xiàn)表明水體已經(jīng)受到糞便污染。 第45頁4.1 侵入微生物和糞便污染淡水和沿岸水體中大量微生物和無脊椎動物寄生物出現(xiàn)表明了公共衛(wèi)生危險性。所以，對于公共用水尤其是飲用水來說沒有病原體是非常主要。直接檢測病原體非常昂貴和耗時（間歇式污染且數(shù)量低），為克服這些困難，出現(xiàn)了廉價和快速方法去檢測腸菌叢中普通且非病原體出現(xiàn)和數(shù)目。原理是：這些微生物出現(xiàn)表明水體受到了糞便污染而且糞生病原菌能夠出現(xiàn)。相反，它們?nèi)狈Γú⒎墙^對一定）指示：水對人類是安全。第46頁4.1 侵入微生物和糞便污染水中病原菌（沙門氏菌、

32、霍亂弧菌、溶血弧菌、結(jié)核桿菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒、肝炎病毒、痢疾阿米巴（原生動物，變形蟲之一）等都來自人和溫血動物糞便。不過水中病原菌分析難度大，對分析者也有危害。所以慣用在人類糞便中含量很大易于分析大腸菌群代替病原菌分析，指示水體糞便污染情況和可能造成危害。正常腸道細菌有三類：大腸菌群、腸球菌群和莢膜桿菌群。將三類細菌置于水中進行存活時間測定，發(fā)覺腸球菌類抵抗能力最差，生存時間比腸道病原菌短，莢膜桿菌因含有芽孢，故能長久生存在自然環(huán)境中，不足于說明病原菌類似生存時間，只有大腸菌群在水中生存時間與病原菌基本相同，而且在糞便中數(shù)量最多，檢出技術(shù)也較為簡便，最適合充當水污染衛(wèi)生指標。第47頁4.1 侵

33、入微生物和糞便污染糞便污染指示菌條件在人糞便內(nèi)大量存在，數(shù)量比病原菌多得多；水環(huán)境中有病原菌存在時，該指示菌必定存在； 受糞便污染水中很輕易檢出該指示菌，其數(shù)量與水體 受糞便污染程度呈正相關(guān)；而未受糞便污染水中應無該指示菌；在水中存活時間應比病原菌略長；對消毒劑及不利原因抵抗力比病原菌略強； 在水環(huán)境中不會自行繁殖增加；在污染水環(huán)境中分布較均勻，生物性狀較穩(wěn)定；能在較簡單培養(yǎng)基上生長，檢出及判定方法較簡易快速，而且它生長不受其它微生物抑制；可適合用于各種水體。 第48頁4.1 侵入微生物和糞便污染要選擇一個指示菌符合上述全部條件是不太可能，只能相對地選擇較為理想細菌作為指示菌。依據(jù)對正常人糞便

34、中微生物分析測定結(jié)果，認為采取大腸菌群和糞鏈球菌作為指示菌比較適當。第49頁4.1 侵入微生物和糞便污染 許多不一樣類型腸病毒在人類糞便中出現(xiàn)且可能比病原細菌傳輸?shù)寐枚?。所以，渴望得到監(jiān)測它們方法。然而，它們出現(xiàn)水平低，與病原細菌相比有必要采集大量水樣而且檢測和判定方法比較復雜和昂貴，所以不慣用。 第50頁4.1 侵入微生物和糞便污染入侵微生物研究必須采取特殊技術(shù)，不但是因為得出準確和可重復結(jié)果，還為了安全。微生物（細菌）采樣用滅菌玻璃或無毒塑料具塞容器，需小心切勿污染，操作一定要用無菌技術(shù)。因為采樣后繁殖、生長、死亡和捕食等正常過程將繼續(xù)，所以采樣后1h內(nèi)完成份析，必要時可保留（不能冷凍）

35、-h。 第51頁4.1 侵入微生物和糞便污染水樣中細菌計數(shù)慣用兩種方法：從混合、染色樣品中計數(shù)或用血球計數(shù)板，這些沒有考慮細菌細胞存活性。另外，存活細菌總數(shù)可用許多方法計數(shù)：細菌菌落生長法、液體培養(yǎng)混濁度法。最慣用方法（尤其是.coli和其它大腸菌）為：膜過濾法；多管發(fā)酵法。第52頁 積累生物許多活體生物可經(jīng)過生物積累過程在組織內(nèi)積累污染物，這么沾染物進入生物體速度比生物分泌速度要大得多。污染物可經(jīng)過生物體表、肺、鰓、葉、根等吸收；對于動物而言，可經(jīng)過正常取食吸收。第53頁 積累生物經(jīng)過食物鏈轉(zhuǎn)移可在較高營養(yǎng)級進行物質(zhì)積累，造成組織內(nèi)濃度可到達環(huán)境中103-106倍，稱為生物放大。這么積累方式

36、可發(fā)生在生物整個生命周期且沒有顯著負作用。或者，當生物體一些或全部組織內(nèi)污染物到達一定臨界水平或者生物體處于脅迫狀態(tài)下，負作用可能產(chǎn)生。第54頁 積累生物濃縮污染物能力在污染監(jiān)測中可產(chǎn)生很好效果。許多污染物在水體、土壤和大氣中以低于或靠近許多化學分析方法檢測限濃度存在。相反，積累污染物生物組織內(nèi)污染物濃度水平經(jīng)常處于經(jīng)典分析檢測限以內(nèi)。而且，大氣、水體等不連續(xù)樣品（discrete samples）只能提供采樣時污染物濃度水平，而積累生物能夠反應長久環(huán)境濃度。而且，許多化學分析方法給出是環(huán)境中總污染物信息，并不是全部化學物質(zhì)能夠被生物體利用并影響生物體。第55頁 積累生物作為監(jiān)測生物應滿足以下標準：輕易判定；在發(fā)生環(huán)境中數(shù)量相對較大且含有代表性； 能將目標污染物積累到能夠直接分析且無致死效應水平；在全部生物出現(xiàn)地點，生物組織污染物濃度和所處環(huán)境中 濃度應該有明確關(guān)系； 體積應足夠大以提供足夠組織材料用于可靠性分析 （reliable anal