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1、原生动物 多细胞动物早期胚胎发育 腔肠动物及海绵动物研究进展 主讲人 段俊丹研究方向 动物发育 2019 1 研究进展 原生动物 多细胞动物早期胚胎发育 腔肠动物 海绵动物 2019 2 原生动物是动物界中最低等的类群 有自由生活和寄生生活的两大类 寄生生活寄主多样 包括人类 动物和植物 自由生活的原生动物生活在淡水 咸水和土壤中 土壤原生动物泛指生活在土壤中或土壤表面覆盖的凋落物中的原生动物 是除了细菌和真菌之外的第三大土壤生物区系 2019 3 1促进植物生长植物根际是土壤微生物最重要的栖息地 土壤提供给植物生长的营养 原生动物通过对微生物的捕食提高营养物质的矿化 当植物根尖生长时 分泌有
2、机C到周围环境中 有利于细菌的生长 大量的细菌生长使有机N转化为细菌体的N 随后细菌被原生动物捕食 原生动物将摄食的细菌生物量中约1 3的N以NH4 的形式释放并被植物根系吸收 能够促进复杂根系的生长 使根系更细 且具有更多的分支 从而间接地促进植物的生长 2019 4 2生物防治作用一些土壤原生动物可以选择性地取食某些细菌和真菌 并通过分泌抑制细菌与真菌生长的次生产物 对有害生物经过竞争以及捕食进行控制 因此 原生动物可用于土生细菌与真菌引起的植物疾病的生物防治 2019 5 3生物指示作用土壤中的原生动物能对环境的细微变化作出反应 其敏感性比微生物更高 环境的变化会导致原生动物群落组成和结
3、构迅速变化 研究土壤原生动物群落结构 丰度及多样性的动态 可为自然环境及受人类干扰导致的变化提供指示 土壤原生动物的生命活动受诸多生态因子影响 如水分含量 温度 疏松度 氧气条件 有机质和污染物等 2019 6 水分含量 与原生动物的密度密切相关 土壤原生动物的密度与土壤含水量呈正相关 温度 影响原生动物群落的组成和丰度 温度升高 原生动物的数量明显增加 且群落结构发生改变 pH值 多数原生动物可以在相对较宽的pH值范围内生存 但最适pH值范围较窄 pH值3 5 9 5是土壤原生动物的生存范围 不同土壤中的嗜菌性巨大肉足虫在pH值为7 0时丰度最大 而在pH值小于4 0或大于8 5时生命活动受
4、到抑制 因此 可以通过研究土壤原生动物的种类和丰度判断土壤的酸碱性 氧气 极端环境条件下 如厌氧纤毛虫 它们可作为土壤氧气状况的指示生物 异毛虫是最典型的厌氧土壤环境栖息类群 对缺氧环境有重要指示作用 CO2 原生动物对环境中CO2浓度敏感 当CO2 浓度增加时 土壤中鞭毛虫的密度呈增加趋势 裸变形虫的数量显著降低 2019 7 土壤原生动物具有丰富的种类和巨大的生物量 在土壤生态系统中具有十分重要的地位 作为指示生物 原生动物有着其他动物无法替代的特点 它们是细菌的主要摄食者 摄食的细菌量相当多 具有更高的呼吸率 世代时间极为短暂 繁殖速度快等 研究它们的群落结构 数量及多样性动态变化 可以
5、很好地评价和监测自然环境变化及人类活动带来的环境污染 2019 8 例如 有壳肉足虫在陆地生境中是很好的指示生物 它们比较容易鉴定及计数 在土壤中具有较高的生物量 而且生活方式各异 有明显垂直分布的特点 另外有关有壳肉足虫的个体生态学资料也较丰富 所以能被广泛应用于各种生物及非生物环境变化的监测 如一些有壳肉足虫可以作为土壤腐殖质类型的指示生物 它们在最适环境以外数量一般很低 即使土壤腐殖质类型只有微妙的不同 有壳肉足虫的种类及数量也有着明显的区别 2019 9 原生动物在环境监测中的应用研究 监测赤潮水体中某些微小浮游生物 例如蓝藻 硅藻 腰鞭虫和纤毛虫等的大量繁殖和高度聚集能引起赤潮 从而
6、对水体中各种生物的生命活动造成严重的负面影响 研究发现赤潮会对原生动物的生命活动 种群数量和群落结构产生影响 因此可以在赤潮频发水域利用相应原生动物的存活率 摄食率 生长率 种群数量和群落结构的变化来监测赤潮的发生 2019 10 原生动物在环境监测中的应用研究 水体和土壤中农药的监测有研究表明 农药 如氰戊菊酯 锐劲特 进入水环境后 将使水环境中由鞭毛虫 肉足虫 纤毛虫等组成的原生动物群落结构在农药胁迫下发生变化 各种群均有不同程度的减少 但损伤最大的是纤毛虫 提出纤毛虫是原生动物中对农药比较敏感的一种指示生物 娄维义等进一步用乙酰甲胺磷对尾草履虫和绿草履虫的急性毒性作用进行了研究 结果发现
7、乙酰甲胺磷的浓度与草履虫的急性毒性作用存在着明显的线性关系 且绿草履虫对药物耐受力要比尾草履虫更低 其对乙酰甲胺磷的敏感度更高 可以用它作为一种评价水环境污染的指示生物 2019 11 纤毛虫个体相对较大 便于观察 对于环境的变化也比细菌敏感 能更及时地反映环境的变化 因此将纤毛虫作为指示生物 通过直接观察其数量 生长和变化状况进而反映细菌的生长和变化情况 间接评价污水处理的过程和处理效果的好坏 从而指导生产 目前世界上普遍采用活性污泥法进行污水处理 即利用活性污泥中的细菌吸附 氧化分解污染物 原生动物是活性污泥中细菌的主要捕食者 而纤毛虫在运行良好的活性污泥中占原生动物总数的70 通过纤毛虫
8、对细菌的捕食作用 使活性污泥中的细菌始终保持在对数生长期 促进生物消耗 减少污泥生成量 对细菌的捕食作用一方面促进细菌群落更快的生长和保持更高的活力 同时加快水生生态系统中磷的矿化 另一方面促进多种细菌的共存 协同促进污水净化 2019 12 原生动物在环境监测中的应用研究 空气中CO2的监测Treonis等研究了由于大气中CO2浓度增加导致的气候变暖对土壤原生动物的影响 研究表明原生动物对环境中CO2浓度的增加是很敏感的 表现为鞭毛虫的数量增加 有壳肉足虫的数量显著减少 而Regin研究发现当CO2浓度升高时 土壤中的细菌数不变 但原生动物显著增多 菌根样品中原生动物显著减少 这些研究为今后
9、用原生动物来监测CO2变化提供了极好的思路 2019 13 当前原生动物监测研究中存在的问题国内外研究人员对原生动物在环境监测中的可行性作了许多有意义的探究 为今后应用性监测研究提供了依据 但当前原生动物在环境监测中的应用也存在不容忽视的问题 主要体现在以下几方面 自身的缺陷 如部分原生动物在实际环境监测中灵敏度不足 且同种原生动物在不同的生长期对污染物的敏感性和反应不同 除污染外的其他环境因子影响监测结果 如生活在自然水体中的原生动物 除受到水环境中污染物的影响外 还受到气候 季节 地域和其他许多环境因子的影响 很多原生动物监测是在人工控制的实验室环境下进行的 与自然环境有一定的差别 由于受
10、实验条件 技术分析方法等制约 原生动物监测无法做到准确定量 不能对其各种生理 生化变化原因进行定量分析 2019 14 今后原生动物监测研究中的研究方向与生物统计 生物技术 数学分析 信息技术相结合 并与理化检测相互补充 修正 选择与原生动物群落结构和功能适宜的参数 建立适当的数学模型以监测预报环境质量的预警系统 建立具有高灵敏度和准确性的原生动物传感器 控制信号传导偏差 提高监控预警的准确性 由于环境中污染物常是多来源 多种类的复合污染 它们之间可能存在拮抗 抑制和协同作用 所以多种污染物的联合毒性监测尚属空白领域 在未来的生物预警系统研究中具有较大地发展前景 2019 15 4土壤原生动物
11、在碎屑食物链中的作用土壤生态系统很大程度上是建立在死亡有机物所储存的能量及营养基础上 细菌及真菌等分解者可以利用这些能量与营养转化为自身生物量 而这些分解者又被小型动物 原生动物及线虫等摄食 目前己有多个土壤食物链结构的模型提出 原生动物可被更高营养级 例如捕食性的线虫及小的节肢动物等捕食 土壤原生动物在这些食物链中起着关键的作用 原生动物可以捕食一些多细胞动物无法摄取的细菌 是细菌的重要捕食者 然后被杂食性的及肉食性的线虫所捕食 一些小型鞭毛虫及肉足虫也可被一些大型肉足虫及纤毛虫捕食 因此 土壤原生动物在细菌与更高营养级之间起着重要的链接作用 2019 16 5土壤原生动物对细菌的摄食作用原
12、生动物对土壤细菌数量的影响 自然土壤环境中细菌的数量受到多种因素的影响 原生动物对细菌捕食也是因素之一 研究发现 在没有灭菌的对照土壤中的细菌数量明显减少 同时土壤中原生动物数量增加 土壤原生动物的活动被放线菌酮抑制时 细菌的数量保持高密度 2019 17 5土壤原生动物对细菌的摄食作用原生动物对细菌活动的刺激作用 原生动物的存在可以促进大量的细菌活动 例如固N CO2释放 硝化作用以及铁载体的分泌等 原生动物选择性捕食利于那些快速生长的细菌种类 原生动物分泌的有机物质促进了细菌的活动 细菌被捕食时 数量保持在对数增长期 2019 18 6土壤原生动物对真菌数量的影响嗜真菌的肉足虫可能会影响植
13、物病原性真菌群落 在遭受小麦全蚀病 由真菌引起的 的土壤中发现嗜真菌的肉足虫的数量比正常土壤中高 在土壤中加入真菌后常可以观察到嗜真菌的原生动物数量显著增高 这些也许会有不良的作用 例如为了加强植物根部的定居作用将菌根真菌加到土壤中 或者为了控制一种植物病害而将一种真菌引入到土壤中 土壤原生动物有可能减少这些引入到土壤中的有益真菌的数量 2019 19 7土壤原生动物的摄食对分解及矿化作用的影响对C矿化作用的影响 研究发现在土壤微环境中 微生物呼吸 包括细菌及真菌 占土壤异养呼吸的91 只有9 来自于土壤动物 其中69 来自于原生动物 因此一般认为原生动物本身所产生的CO2占整个土壤生态系统产
14、生的CO2比例是非常小的 有原生动物存在的微环境中累积的CO2浓度比没有原生动物时高 一般认为是原生动物对细菌活动的促进作用导致环境中CO2浓度上升 2019 20 7土壤原生动物的摄食对分解及矿化作用的影响对N矿化作用的影响 原生动物可以提高土壤中N的矿化作用 原生动物对N矿化的促进作用来自于对细菌活动的刺激 或者直接分泌无机营养N 而细菌可以有效地利用无机营养N Wood比较肉足虫与线虫对矿化作用的影响时发现 两种捕食者都可通过促进细菌活动的方式影响细菌的呼吸作用及细菌的群体数量 但肉足虫始终都能促进N的矿化 线虫只有在食物数量下降时才可促进N矿化 他推测肉足虫与线虫对N矿化作用的促进是以
15、分泌无机NH3的形式直接促进N矿化作用 肉足虫始终都能分泌无机N 而线虫在细菌食物充足时分泌有机N 当细菌食物耗尽时 分泌无机N 2019 21 早期胚胎发育1970年代Pierceetal提出 癌 一个发育生物学问题 的理论 指出肿瘤的发生在很大程度上与发育生物学有着密切的关系 随着对发育生物学领域认识的不断深入 研究者发现早期胚胎发育与肿瘤发生的生物学行为存在相似之处 并且胚胎与肿瘤之间存在着重要的相互作用 从发育生物学角度看 早期胚胎发育与肿瘤细胞在基因 蛋白 代谢水平和其它重要生物学行为方面存在相似性 为进一步从发育生物学角度去认识肿瘤 寻求治疗肿瘤开拓了新的思路 2019 22 1肿
16、瘤的胚胎源性胚胎是生物体从受精卵发育到成体的必经之路 发育生物学的核心问题是细胞分化 而肿瘤的发生正是正常分化调控基因被破坏导致异常分化的结果 许多肿瘤相关基因也显示出对胚胎正常发育分化的影响 这些调控基因是一类决定分化方向的基因 此类基因突变在肿瘤的发生发展中起着重要的作用 2019 23 随着分子生物学 分子免疫学 肿瘤免疫学 发育分子生物学及实验胚胎学的发展 越来越多的实验研究证实了早期胚胎发育和肿瘤发生存在密切的相关性 从发育生物学角度提出了肿瘤来源于生物体发育过程中某些潜伏的胚胎残余组织的观点 因此 有学者认为肿瘤的最终克服将有赖于发育生物学相关分子机制的阐明 2019 24 2早期胚胎发育与肿瘤发生从发育生物学角度研究胚胎到肿瘤再从肿瘤回到胚胎 两者之间的相关性对于探知他们之间的发生机制具有重要的作用 近来实验研究表明 早期胚胎发育和肿瘤发生之间的相似性主要集中在基因和蛋白质水平 在其他一些重要的生物学行为方面也存在惊人的相似性 如在早期胚胎发育过程中胚胎细胞正常分化和增殖的机制与肿瘤细胞非正常分化和增殖的机制 肿瘤的侵袭转移与早期胚胎植入 两者的免疫学逃避机制 血管形成以
