基本介紹
- 中文名：指示生物
- 外文名：Biological indicator
- 發現者：B·科爾克維茨和M·馬松
- 功能：對某一環境特徵具有某種指示特性
定義,發展歷史,優點,分類,選擇要求,影響與套用,
定義
指示生物又稱生物指示器，是指那些在一定地區範圍內，能通過其特性、數量、種類或群落等變化，指示環境或某一環境因子特徵的生物。在環境保護上，常用一些敏感生物指示環境污染狀況。如唐菖蒲可以指示氟化氫的污染狀況，地衣可以指示二氧化硫的污染狀況，顫蚓的數量可以指示水體有機物污染的程度。指示生物包括指示植物、浮游生物、著生生物、底棲動物、魚類及細菌等。
發展歷史
在長期的觀察中發現，自然界中有的動植物對環境中的一些物質很敏感。它們對這些物質的多少和變化能產生各種反應或信息。因此，環境學家就用 它們來定性地監測和評價環境質量的好壞和趨勢，並且把有這種特性的動植物叫做指示生物。這些動植物有的能指示水污染狀況，有的能反應空氣污染的輕重和主要的污染物質。
1909年德國學者B·科爾克維茨和M·馬松對一些受有機物污染的河流的生物分布情況進行了調查，發現河流的不同污染帶，存在著表示這一污染帶特性的生物。他們在此基礎上提出了指示生物的概念。例如水中存在著責翅目、蜉蝣目稚蟲或毛翅目幼蟲，水質一般比較清潔；而顫蚓類大量存在或食蚜蠅幼蟲出現時，水體一般是受到嚴重的有機物污染。許多浮游生物、水生微型動物、大型底棲無脊椎動物、搖蚊幼蟲、蚤和藻類對水體受到的有機物污染也具有指示作用。此外，還可利用一些生物的行為、生理生化反應等對水污染進行評價。
在陸生動植物中也有許多指示生物。一些鳥類對大氣污染，特別是一氧化碳污染反應敏感。如以前就有人用金絲雀監測煤礦坑道中的一氧化碳。許多植物對大氣污染的反應也很敏感。例如地衣、苔蘚植物、紫花苜蓿等對二氧化硫敏感，唐昌蒲等對氟化氰敏感，菸草對臭氧敏感。很多生長期較長、容易栽培和管理，並對大氣污染反應敏感而症狀明顯的植物，都可作為指示生物。
不同生物對污染物的抗性及耐受力都是有限度的，當污染嚴重到超過它們的吸收、抵抗力時，它們也會出現各種嚴重症狀，自身生理機能失調或徹底被破壞，甚至枯萎死亡。還有，各種生物對環境因素變動產生的反應，或敏感或耐受力大小，又與它們自身狀況 和多種環境因素有關係。如同一物種能力大小有差異、同一個生物不同生長期也會表現出差異；環境中的光照狀況，相互作用的溫度，相對濕度，土地營養等條件不同，其敏感及耐受力也有所不同。
優點
與傳統的物理化學方法相比，利用指示生物監測水、土壤和大氣的環境污染及其對人體的危害存在以下優越性：a．生物在環境中接觸到的污染物不止一種，在多種污染物混合時，可能發生協同效應，使污染物的毒害作用加重，因此利用指示生物可較好地反映出污染物對生物體的綜合效應；b．一些低濃度或痕量的毒性物質可在能直接檢測或人類直接感受到之前，通過生物的指示作用而迅速做出反應，有利於早期發現；c．對於劑量小、長期作用的慢性毒性效應，物理化學方法很難測定，但可通過生物方法檢測到。
分類
指示生物可分為敏感指示生物和耐性指示植物這兩類。
①敏感指示生物
環境中污染物濃度含量很低，甚至低至化學方法無法測定時， 一些生物能表現出某些靈敏的反應，這些生物就稱為敏感指示生物。可以根據生物反應症狀及反應程度進行定性、定量分析污染物濃度。如牽牛花對光化學煙霧很敏感。
②耐性指示植物
這類植物在不良的環境中能表現出良好的生長勢，也就是說污染的環境反而能促進這類植物的生長。如水體富營養化，藍藻大量出現。
水污染指示生物
不同生物類群對水環境有不同的指示特點。水生微生物對環境的指示快速、直接，藻類對環境的指示主要是反映中上層水體質量，低棲動物對環境的指示主要是反映下層水體和底質質量，魚類的指示主要是體現因食物鏈的富集作用而表現的毒理特徵，水生植物對水環境的指示則反映水體及與水體關係密切的生長基質。
土壤污染指示生物
土壤中含有大量的土壤微生物和原生動物等，土壤原生動物常常作為土壤環境的指示生物。土壤原生動物是生活在土表凋落物和土壤中的重要動物類群，它的種類繁多且生物量巨大，包括鞭毛蟲、肉足蟲和纖毛蟲等。土壤原生動物作為指示生物具有以下優越性：a．原生動物是土壤生態系統的重要組成部分，具有巨大而穩定的生產力；b．原生動物沒有保護性細胞壁，具有較薄的細胞膜，有利於與環境中的毒性物質接觸；c．原生動物個體微小， 生活周期短，比真核生物能在更短的時間內得到結果；d．與高等動物類似的細胞結構，研究結果比原核生物更具有說服力；e．土壤原生動物的種類在全球分布，其形態、生態和遺傳等特性十分相似，因此作為指示生物可在全球範圍內套用；f．土壤原生動物可在極端條件下生存，對研究極端環境有重要意義。
土壤原生動物是土壤農藥污染的敏感指示生物，農藥的大最使用導致土壤敏感物種的減少或消失，耐污種數量相對增加。
大氣污染指示生物
許多植物對大氣污染的反應非常敏感，即使在極低濃度的情況下，也能很快表現出受害症狀。大氣污染對植物的危害作用主要表現在：a．外部傷害，污染物通過氣孔被吸收進入植物體，對葉面產生嚴重傷害；b．組織傷害，污染物進人植物體內，引起闊葉樹葉內海綿細胞和葉下表皮的破壞，使葉綠體發生畸變，引起柵欄細胞傷害，最終導致上表皮損傷； c．影響代謝作用，大氣污染改變了植物的生理生化過程，如蒸騰作用減弱，光合作用受到抑制，引起形態的變化。地衣和苔蘚是公認的最為敏感的大氣污染指示植物，具有靈敏、精確和直接等特點，現已廣泛套用於環境污染的生物指示。
選擇要求
選擇指示生物的要求有：
1、有足夠的敏感性；2、有廣泛的地理分布和足夠的數量；3、是生態系統的重要組成；4、實驗室易於繁殖和培養；5、具有豐富的生物學背景資料；6、對毒物或因子的反應能夠被測定；7，具有重要的經濟價值和旅遊價值。
指示生物的選擇方法主要有現場比較評比法、栽培（飼養）比較試驗法、人工熏氣法和浸蘸法等。
現場比較評比法
現場比較評比法是指對污染源影響範圍內的各類生物進行觀察記錄。如對於指示植物來說，需注意葉片上出現的傷害症狀特徵與受害面積，比較後評比出各自的抗性等級。
栽培（飼養）比較試驗法
將各種預備的指示生物進行栽培或飼養，然後放予監測區域內，觀察並記錄其生長發育狀況與受害反應。
人工熏氣法
將被篩選的生物放在人工控制條件的熏氣室內，通入所確定的單一或混合氣體與空氣的混合均勻後的氣體，按要求控制熏氣的時間，從而能較準確地掌握生物體的反應情況。
浸蘸法
浸蘸法適用於大量指示植物的選擇，人工配置化學溶液，浸蘸生物的組織或器官，可產生與熏氣相同的效果．具有簡便、省時和快速的優點。
影響與套用
1、用綜合指示生物評價法、4種常用藻類生物評價法及6種常用底棲動物評價法對2014年齊齊哈爾市水體進行評價進行Jaccard相似係數計算分析，比較評價結果的相似性。對評價結果相同的水體與理化指標確定的水體功能進行歸納，確定Ⅱ-Ⅲ類水體為輕污染；Ⅳ類水體為中污染；Ⅴ類-劣Ⅴ水體為重污染。
2、蝶類與植物相互依存、協同進化，其對生境獨特的敏感性和對生境指示的便捷性，可用於快速評估生境質量動態變化或生境破碎化。關注和明確蝶類對於生境的指示作用，對維持生態系統的穩定性與可持續發展有重要價值。蝶類也是短期監測生態恢復的敏感指示群體，選取適宜的蝶類類群反映生態恢復進程，監測與預警土地利用方式改變對蝶類群落的影響，有利於篩選和發展適合生境特徵的生態恢復手段，為生態恢複評估提供新視角。
3、環境監測是污染治理和環境管理的重要工具。傳統的理化監測和單一的理化指標難以測定和反映污染物的綜合生物學效應。利用指示生物開展生物監測 ，能在一定程度反映出環境污染的綜合生物學效應 ，是環境監測行之有效的手段之一。
