（环境工程专业论文）水和废水中原生动物信息查询系统的构建.pdf

摘要 原生动物对水体污染具有指示作用，可以客观地反映水体综合污染状况，因而在天然水体、 水库及污水处理厂的污染监测等方面得到广泛应用。快速获取原生动物的各方面信息，对于判断 水体污染状况治理水体污染是非常重要的。但是原生动物形态复杂、种类繁多分类鉴定是 项专业性很强的工作，需要通过从多种工具书获取原生动物信息，非常不方便。所以，本研究以 我国国家标准为基础数据来源，并增加收集有关书籍、期刊和网络等的原生动物的文字、图片的 信息，构建成数据库，在互联网上发布，便于研究人员、环境工作者和学生在网上查询。 本系统使用微软的a s p 技术，以a c c e s s 2 0 0 0 作为后台数据库并用v b 作为后台管理系统 的开发语言，主要实现了从互联网上以多种检索方式对原生动物的相关信息进行检索，使用户能 快速、准确、简便地获取原生动物信息。此外，系统还设置了资源共享和原生动物论坛，以适应 用户上传数据库中未收录的原生动物信息和在网上交流原生动物信息的需要。同时后台管理系统 还具有对原生动物数据信息的录入、查询修改和输出的功能。本论文详细介绍了该信息查询系统 的设计与实现。 与国内外的原生动物数据库相比，本系统特点如下： 1 能反应原生动物的生态特点 本系统能检索到各个原生动物的生态状况、原生动物与水污染的关系。通过检索到的原生动 物的物种信息，可以了解水体的水质状况，为水体污染的监测和治理提供了很大方便。本系统还 反映了国内水中原生动物的研究信息，可以检索到部分原生动物在污水处理厂出现的频率。 2 检索方式多样化 ( f ) 按类浏览。用户可以根据原生动物的分类系统查询原生动物物种及其分类信息( 门、纲、 目等) ，还可以查询出同类的其它的原生动物相关信息。 ( 2 ) 分类检索物种信息。即由原生动物某一分类阶元来检索其下面所属的所有原生动物物种 的相关信息。 ( 3 ) 单一特征检索和组合特征检索。单一特征检索可检索出与这个特征信息有关的所有原生 动物：组合特征检索可以把原生动物各种属性如外部形态、内部构造等属性相组合进行检索， 这样可以较精确的查找用户所要求的原生动物信息，从而鉴定原生动物的类别。 ( 4 ) 双向检索。系统既可以从分类较高阶元信息检索分类较低阶元的信息，也可以从分类较 低阶元信息检索分类较高阶元的信息。 ( 5 ) 中文检索。本系统能从中文对原生动物信息进行检索t 国内已有的系统尚不能进行中文 检索。 3 系统具有可扩展性 本系统不仅可以应用到原生动物的信息查询上，源程序代码经微调后t 还可以应用到具有层 次分明的其它种类( 如藻类、细菌、高等植物和高等动物等) 的信息查询上。 关键词：原生动物信息，a s p ，i i s ，v i s u a lb a s i c ，a c c e s s 数据库，查询系统 a b s t r a c t p r o t o z o ah a sa ni n d i c a t i v ef u n c t i o nt ow a t e rp o l l u t i o n ，a n di tc a nr e f l e c tt h ew a t e rp o l l u t i o ns t a t u s o b j e c t i v e l y , s oi th a sb e e nw i d e l ys t u d i e di nt h ep o l l u t i o nm o n i t o r i n go f n a t u m lw a t e ra n dr e s e r v o i ra n d w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s i ti s i m p o r t a n tt og a i n r e l e v a n ti n f o r m a t i o no fp r o t o z o aq u i c k l yt o e v a l u a t i o no ft h ed e g r e eo fw a t e r p o l l u t i o n a n dc o n t r o lo fw a t e r p o l l u t i o n o nt h e o t h e rh a n d ， m o r p h o l o g i cc o m p l i c a t i o na n ds p e c i e sd i v e r s i t ym a d et h es p e c i e si d e n t i f i c a t i o nb ev e r yp r o f e s s i o n a l t h i n g i t i sn o tc o n v e n i e n tt o g a i ni n f o r m a t i o no fp r o t o z o ab e c a u s ew em u s tg e tt h e mf r o mm a n y r e f e r e n c eb o o k s i nt h i sa r t i c l e ，i na d d i t i o nt os o m et e x ta n di m a g ei n f o r m a t i o no f p r o t o z o af r o mr e l a t i v e b o o k s ，p e r i o d i c a la n di n t e r n e t ，t h en a t i o n a lc r i t e r i aw e r e s e l e c t e da sd a t ar e s o u r c et oc r e a t et h ed a t a b a s e q u e r ys y s t e m t h es y s t e m i sr e l e a s e do nt h e i n t e r n e t a n di ti s v e r yc o n v e n i e n t f o r r e s e a r c h e r s ， e n v i r o n m e n t a lw o r k e r sa n ds t u d e n t st og a i np r o t o z o ai n f o r m a t i o nb yi t t h i ss y s t e mw a sb u i l tu p t h r o u g h a s po f m i c r o s o f t ，a c c e s s 2 0 0 0t h a ti sab a c k g r o u n dd a t a b a s ea n d v b l a n g u a g ew h i c h i sp r o g r a ml a n g u a g eo f b a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m f r o mt h es y s t e m ，r e l e v a n t i n f o r m a t i o no fp r o t o z o am i g h tb eo b t a i n e dq u i c k l ya n de a s i l yt h r o u g hm a n ys e a r c h i n gm e t h o d sv i a i n t e r a c t t h e r ea r er e s o u r c es h a r i n ga n dp r o t o z o af o r u mi nt h es y s t e m ，w h i c ha r es u i t a b l ef o rt h eu s e r s t ou p l o a dp r o t o z o ai n f o r m a t i o nn o ti n c l u d e di nt h ed a t a b a s ea n dt oi n t e r c o m m u n i c a t ei tv i ai n t e r n e t m e a n w h i l et h e r ei st h e i n p u t ，m a i n t e n a n c ea n do u t p u t o fp r o t o z o a si n f o r m a t i o nf u n c t i o ni nt h e b a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m h e r e ，t h es c h e m e ，r e a l i z a t i o no ft h ei n f o r m a t i o nq u e r ys y s t e mw a s i n t r o d u c e d c o m p a r e d w i t ht h ed a t a b a s e so n p r o t o z o ai nc h i n a a n d f o r e i g nc o u n t r i e s ，i t sc h a r a c t e r i s t i c sw e r e ： 1 i tc a nr e f l e c tp r o t o z o a sl i v i n gh a b i t t h es y s t e mc a l ls e a r c hp r o t o z o a sl i v i n gh a b i ta n dr e l a t i o nw i t hw a t e rp o l l u t i o n ，s ot h r o u g ht h e s e a r c h i n gr e s u l t so fp r o t o z o as p e c i e s ，w ec a nk n o wo ft h ec o n d i t i o no fw a t e rq u a l i t yo fw a t e r i t p r o v i d e sm u c hc o n v e n i e n c et o m o n i t o ra n dt r e a tw i t hw a t e rp o l l u t i o n t h i ss y s t e ma l s or e f l e c t st h e r e s e a r c hi n f o r m a t i o no f p r o t o z o ai nw a t e ri nc h i n a ，t h r o u g h w h i c hu s e r sc a ns e a r c hi n f o r m a t i o n o f s o m e p r o t o z o aa p p e a r e d i hw a t e rp o l l u t i o nt r e a t m e n tp l a n t - 2 v e r s a t i l es e a r c h i n gp a t h s ( 1 ) c l a s s i f i c a t i o nb r o w s i n g u s e r sc a ns e a r c hs o m e r e l e v a n ti n f o r m a t i o no fp r o t o z o as p e c i e sa n d t h e i rt a x o n o m y ( p h y l u m ，c l a s s ，o r d e r , e t c ) a c c o r d i n gt op r o t o z o ac l a s s i f ys y s t e m i tc a na l s os e e k r e l e v a n ti n f o r m a t i o no f p r o t o z o ao f o t h e r sb e l o n gt ot h es a m e k i n d ( 2 ) s e a r c h i n gb yc l a s s i f i c a t i o n r e l e v a n t i n f o r m a t i o no fa l l p r o t o z o as p e c i e sb e l o n g e dt o o n e c l a s s i f i c a t i o nc o u l db ef o u n d e dt h r o u g hc l a s s i f i c a t i o nn a m e ( 3 ) as i n g l ec h a r a c t e r i s t i cs e a r c h i n ga n di n t e g r a t e dc h a r a c t e r i s t i cs e a r c h i n g a c c o r d i n gt os o m e f e a t u r e so fp r o t o z o a ，y o uc a ns e a r c ha l lp r o t o z o o n st h a th a v es o m e t h i n g t od ow i t ht h i sc h a r a c t e r i s t i c i n f o r m a t i o nt h r o u g ht h i ss y s t e m a l s o ，e x t e r n a lm o r p h o l o g y , i n t e r i o rs t r u c t u r e ，l i v i n gh a b i ta n dp o l l u t e d s t a t u sc o u i db ei n t e g r a t e dt og e tm o r ep r e c i s ei n f o r m a t i o nb y w h i c h y o u c a ni d e n t i f yp r o t o z o a s p e c i e s ( 4 ) b i d i r e c t i o n a ls e a r c h i n g s e a r c h i n gp r o c e s sc o u l db ef r o mh i g h e rt ol o w e rc l a s s i f i c a t i o n e l e m e n t ，o rt h ea d v e r s ed i r e c t i o n ( 5 ) c h i n e s es e a r c h i n g t h i ss y s t e mc a ns e a r c ht h ep r o t o z o o ni n f o r m a t i o nf r o mc h i n e s e ，w h i c h c a n td ob yd o m e s t i cp r o t o z o ai n f o r m a t i o ns y s t e ma tp r e s e n t 3 w i d e a p p l i c a t i o n t h i s s y s t e m c o u l db e u s e dn o t o n l y i n s e a r c h i n gt h e i n f o r m a t i o no fp r o t o z o a , b u ti no t h e r s p e c i e s ( a l g a e ，b a t e r i a ，h i g h e rp l a n t sa n d a n i m a l se t c ) i f s o m es o u r c ec o d e so f i ti sc h a n g e d k e yw o r d s ：p r o t o z o ai n f o r m a t i o n ，a s p , i i s ，v i s u a lb a s i c ，a c c e s sd a t a b a s e ，q u e r ys y s t e m i 独创性声明 6 5 9 3 5 9 本a 声r j l 所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：孑长、孝君 时间： 2 - o 。3 年月z 扩r 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 r 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 球掌君 时间：2 0 0 3 年6 月2 o i = _ = 1 导师签名：力己纪尹 时问：沙弓年f 月硎 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 数据库技术发展概述 第一章绪论 从本世纪6 0 年代算起，数据库技术的发展经历了三个里程碑。第一阶段，1 9 6 9 年i b m 公司 研制了基于层次模型数据库管理系统i m s ( i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，并作为商品化软件 投入市场。第二阶段，6 0 年代到7 0 年代初，美国数据库系统语言协会下属的数据库任务组 d b t g ( d a t ab a s et a s kg r o u d ) 对数据库的方法和技术进程了系统研究，并提出了著名的d b t g 报 告。该报告确定并建立了数据库系统的许多基本概念、方法和技术。它成为网状数据模型的典型 技术代表；它奠定了数据库发展的基础，并有着深远的影响。第三阶段，1 9 7 0 年i b m 公司的e f c o d d 发表了著名的有关基于关系模型的数据库技术的论文一“大型共享数据库数据的关系模型” “1 。关系数据库理论和技术在7 0 至8 0 年代得到长足的发展和广泛、有效的利用。 8 0 年代以来，数据库技术得到了快速发展，随着大量复杂的应用程序运行在客户机上，c s ( 客户机n 务器) 系统的管理和维护日趋繁琐，管理费用急剧增加。人们渴望找到一种既能简 单的访问信息，又能降低系统管理复杂性的新型计算模式。 进入9 0 年代，i n t e r n e t i n t r a n e t 以及w e b 技术被普遍接受。它具有使用简单方便，费用低 廉；应用系统开发快捷；信息访问不受地理位置限制等特点。这一切使得基于i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的计算环境被采纳和推广的速度比历史上任何其他技术都要快。这就促使信息处理从原来的 客户机服务器的计算结构向网络计算转变。 计算结构重心的转移，模式的改变，对数据库服务器和应用软件服务器提出了新的要求。一 方面要求数据库必须能够支持越来越复杂的应用程序，必须能够支持越来越多的用户。另一方面 还要求数据库支持更多类型的数据，这些数据包括大量结构化数据和大量非结构化的多媒体数 据。同时要求有较快的查询速度和较短的开发周期”1 。于是出现了面向对象数据库和w e b 数据库 等。随着计算机技术和网络技术的迅速发展，促使计算机系统由集中式向分布式过渡。二级客户 机n 务器模式以其独特的特点得到了广泛的应用，但随着应用系统的大型化以及用户对系统性 能的要求不断提高，其缺陷和不足越来越明显，能克服这些缺点满足现代数据库系统建设需求的 三级或多级客户机n 务器模式随之产生。多种数据库结构满足了不同应用的需求，适应了不同 的应_ | ；1 环境。 f 面解释一下客户机n 务器和远程过程调用( r p c ) ： 客户机n 务器在计算机技术中，客户机n 务器代表一种技术，它首先把应用进行划分， 然后分配到不同的计算机上执行，以达到最佳的处理效果。在客户机n 务器模式中，计算机硬、 软r i 二根据功能不同被分成客户机与服务器。客户机负责前端处理接受用户的输入请求，并把服 务器的执行结果表达给用户。服务器处理用户的请求，执行数据管理和存贮功能，并把执行结果 返送同客户机“。 远科过程调用( r e c )远程过程调用是指在进行通信时，本地的调腰者用一般过程调蹦的方 法来稠蝈一个远稃过程，系统对调用者透明地在远程机器上激发被调刚过程，并将调用的结果返 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 回给本地的调用者。在利用r p c 实现的客户机服务器系统中，客户端调用一个远程过程时，此 过程调用的参数被打包送到服务器端，同时阻塞客户端调用过程。在服务器端，服务器收到包后， 经过解包取出调用参数，并用来调用所需过程。被调用过程完成后，其结果被打包送回客户端， 客户端打开包取出返回值送给调用者。至此，一个调用过程完成，客户程序继续向下运行。 由以上可以看出，客户机1 1 1 i 务器模式充分利用了多用户系统中d b m s 的优点和微机环境下良 好的j = j 户接口及灵活性等。采用功能分割，客户机完成用户界面等功能，服务器执行传统的d b m s 的功能，如数据定义、并发控制等。客户机通过r p c 请求服务程序提供服务，服务器执行所需的 功能，然后将结果返送回客户机。客户机和服务器通过网络实现无缝的协同计算。 f 面简要介绍两种与本课题相关的有代表性的应用。 ( 1 ) 多媒体数据库 多媒体数据库是计算机多媒体技术与数据库技术的结合，它是当前最有吸引力的技术之一。 多媒体技术是对传统计算机应用技术，即在对数字、字符、文字、图形、图像、语音处理技术以 及影视处理技术的结合继承的基础上形成的一种新的计算机集成技术。多媒体数据库技术正是研 究并实现对多媒体数据的综合管理，即对多媒体对象的建模，对各种媒体数据的获取、存储、管 理和检索“。 ( 2 ) w e b 数据库 网络技术的发展极大的促进了计算机技术的发展，目前发展最迅速的数据库技术就是基于 w w w 的数据库技术，即w e b 数据库技术。w e b 是分布式、动态、多平台的交互式图形超文本信息 系统技术，它促进了i n t e r n e t 应用的迅猛发展，馒i n t e r n e t 迅速成为全球连接的应用规模最 大的分布式网络。 数据库技术发展比较成熟，特别适用于对大量的数据进行组织管理，w e b 技术具有较好的信 息发布途径，这两种技术的互补性决定相互融合是其发展的必然趋势。将w e b 与数据库结合起 来，不仅把w e b 与数据库的所有优点集中在一起，而且充分利用了大量已有的数据库信息资源， 可以使用户在w e b 浏览器上方便地检索和浏览数据库的内容，这对许多软件开发者来说具有极大 的吸引力。 w e b 数据库技术采用三层或多层体系结构，前端采用基于瘦客户机的浏览器技术，通过w e b 服务器及中间组件访问后台数据库。w e b 应用系统一般分为三个要素：w e b 服务器及服务器端组 件、数据库服务器、客户端测览器。w e b 服务器就是一台计算机，它使用i n t e r n e t 传输协议和 i n t e r n e t 连接，向客户端浏览器发送其需要的h t m l 文件。 传统的c s 体系结构虽然采用的是开放模式，但这只是系统开发一级的开放性，在特定的应 用中无论是c 1 i e n t 端还是s e r v e r 端都还需要特定的软件，没能提供用户真正期望的开放环境； b s ( 浏览器服务器) 结构则不同，它的前端是以t c p i p 协议为基础的，w w w 服务器可以接受安 装有w e b 浏览程序的i n t e r n e t 终端的访问，作为最终用户，只要通过w e b 浏览器，各种处理任 务都可以调用系统资源来完成，这样大大简化了客户端，减轻了系统维护与升级的成本和工作量， 降低了用户的总体拥有成本。 2 1 2 课题研究意义 原生动物是一种单细胞动物，通常呈叶片状、球形、圆锥形等形状。大小一般在5 3 0 0 0um 之间，它在水和废水生态系统中是一类重要的生物类群它对水体污染具有指示作用，可以反映 水体综合污染情况，因而在天然水体、水库的污染监测及污水处理等方面得到广泛应用。快速获 取原生动物的各方面信息，对于判断永体污染状况，治理水体污染具有非常重要的作用( 对水体 进行生物监测是控制水污染的关键【5 1 ) 因此受到环境工作者的关注。另一方面，原生动物形态复 杂、种类繁多，分类鉴定是一项专业性很强的工作，而通过工具书获取原生动物信息很不方便。 鉴于以上情况，有必要寻找一种方法来实现对原生动物信息的快速获取。建立一个水和废水中原 生动物信息查询系统就可满足以下各方面的需求： 第一，满足环境工作者的实际工作需要 在污水处理厂为了判断污水厂的运转情况，工人每天都要对水样进行原生动物镜检，为了了 解所观测到的原生动物在污水处理过程中所起的作用，人们希浆快速地了解它的种类、外部形态、 内部结构、生态习性等各方面的信息，这时如果有原生动物数据库查询系统就可使工人快速获得 这些信息。同样为了了解天然水体及水库的水质状况也需要这样的一个查询系统。 第二，适应人才培养的需要 在大学教育的环境微生物学课、监测课、公共课以及短期培训课的教学过程中，改进教学方法， 和计算机结合是大学教育的一个方向。比如环境微生物学实验课中有关于原生动物种类的识别部 分，一个老师同时指导很多学生，会使老师过于劳累，如果旁边有台装有原生动物查询系统的计算 机来帮助学生辅助查询，就可以减轻实验老师的工作量，同时能增强学生的自主学习能力。同样在 污水处理厂培训新员工识别原生动物时，如果有这样的查询系统，可使污水厂管理人员节省培训员 工所需时间。 第三，适应科学研究的需要 原生动物种类繁多，要了解众多种类不是易事。在科学研究的过程中需要阅读大量外文、中文 文献，阅读过程中常常会遇到不认识的原生动物名称，借助于查询系统就可快速获得原生动物的名 称、所属分类地位、形态特征、生态习性等性质及其图形信息。 通过查询数据库快速获得水中原生动物的各方匠信息，对判断水体污染状况，治理水体污染有 重要的指导作用也具有重要的现实意义。基于目前国内还没有关于水体污染状况的原生动 物数据库，所以有必要建立一个关于原生动物的数据库查询系统。 1 3 研究目标和研究内容 1 3 1 研究目标 1 构建一个包括文字、图形信息的综合性的原生动物信息数据库，且数据库应包括尽可能多 的现代水污染原生动物监测信息，能反映原生动物的生存环境，使人们通过检索数据库原生动物 相关信息，为判断水体污染状况、治理水体污染等提供科学合理的依据。 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 2 在互联网上发布原生动物信息查询系统，使人们能以多种检索方式，方便、快速查询原 生动物相关信息。此外使人们在互联网上共享和交流原生动物信息。 3 通过后台管理系统实现对数据库及时有效的维护，后台管理系统应具有对原生动物数据 信息的录入、查询修改、删除和输出的功能。 1 3 2 研究内容 1 选择一个科学实片j 的原生动物分类系统。通过分析比较当前已有的原生动物分类方法， 结合设计本应用系统的实际情况，选用科学的分类系统。 2 建立与水污染有关的原生动物信息数据库。综合分析水中原生动物的各方面信息，根据原 生动物自身性质，结合水中原生动物的分类系统确定数据库表的类型，并为每个类型的表选出合 适的字段，从而建立关于水中原生动物的数据库表。 3 设计在i n t e m e t 上发布关于原生动物的信息检索，如 ( 1 ) 由水中原生动物名称( 中文名称或拉丁名称) 查询水中原生动物的相关信息： ( 2 ) 按分类较高的任一分类等级检索其下包含的所有种的相关信息，由分类的上一级名称 查询下一级的名称； ( 3 ) 由原生动物的单一特点检索原生动物信息，由原生动物多个特点联合检索原生动物信 息。 4 设计在本地实现对数据库的维护，包括原生动物信息数据的录入、查询修改和备份。 1 4 技术路线 首先通过分析比较当前已有的原生动物分类方法，结合设计本应用系统的实际情况，采用合 理的分类系统；然后通过书籍、报刊、网络收集数据，并对这些数据进行分析，建立数据库表； 之厉进行系统分析。根据当前多数f 1 p 网站的管理方式( 如新浪网) ，确定了系统划分为内网管 理和外网发布的模式，即数据的输入，查询修改等管理为内部网络管理，采用c l i n e t s e r v e r 结构 的程序设计方法，外网发布采用b r o w e r s e r v e r 结构的程序设计方法，对于开发语言和平台的选择 上，应用平台采用微软的操作系统w i n d o w s 2 0 0 0 ，程序设计语言内网采用v b ，外网采用a s p ， 数据库采用a c c e s s 2 0 0 0 ，同时也考虑到了系统的可升级性，当系统在应用中性能有问题时，可方 便的在微软的平台上进行升级，如数据库可以很方便的从a c c e s s 升级到微软的s q l s e r v e r 2 0 0 0 。 之后进行程序设计( 进行系统界面设计，在该界面上根据查询系统的功能进行系统开发) ：最后 进行系统测试，并发布信息满足教学科研和实际应用的需要。 如图l 、l 所示。 4 i选择合适的原生动物分类系统 0 j 憔数善嚣勰嘴) 数据库设计 i 系统分析 i l内外网划分 i l程序开发 上 l系统测试 圉l - i 建立水和废水中原生动物倍患查询系统的技术路线 5 中国农业大学硕士学位论文第二章国内外研究现状 第二章国内外研究现状 2 1 原生动物在水和废水中的作用及其分类系统 2 1 1 原生动物在水和废水处理中的作用 在天然静水水体( 如湖泊、水库等) 生态系统中，处于各营养级水平的生物依靠食物链传递 营养物质和能量。原生动物作为消费者，它通过摄食细菌、藻类和有机碎屑而有效地改善水质。 倘若静水生态系统中没有原生动物生存，则会减少食物链环节，把能量流通转到腐食食物链上去 i ”，水体中无机物尤其是可溶性氮、磷浓度增高，便会出现藻类、细菌爆发性繁殖，发生富营养 化的恶果。 在污水的生态系统中，原生动物、后生动物、藻类及细菌之间建立了复杂的食物链 和食物网的关系，从而使废水处理后出水中的游离细菌数量、b o d 、s s 和水的浑浊度 下降。如图2 1 。 图2 1 原生动物、后生动物藻类及细菌之间的食物链和食物网 在废水处理过程中，原生动物主要有如f 作用：( 1 ) 能分泌粘液等有利于细菌凝聚 的物质，改善污泥的沉降性能。( 2 ) 能吞食游离细菌和污泥碎片，活化细菌t 从而提高 细菌对有机物的去除能力改善水质。( 3 ) 原生动物本身能代谢可溶性有机物。( 4 ) 原 生动物对毒物比细菌敏感，可用以确定污水中毒物的域限值【7 】。( 5 ) 啄生动物具有预报 作用在污水处理厂中，可以用曝气池中有柄纤毛虫的数量绒百分比来预报山水的 b o d 5n 正因j , j 原生动物在废水处理中具有以上重要的作用，同时原生动物、后生动物、藻 6 中国农业大学硕士学位论文 第二章国内外研究现状 类及细菌之间具有复杂的食物链和食物网关系，而在污水中直接观测细菌比较困难，但 原生动物与细菌之间存在相互依存的功能关系；原生动物个体大，便于观察；对于环境 变化比细菌敏感，更早更容易反映环境的变化。所以我们理论上可以通过观察原生动物 状况来了解污水处理的情况。 国内外研究人员在实际研究中发现，原生动物可用作污水处理指标对水质进行净 化。在国内，林丽明等利用脉冲式光学密度为基础，利用草履虫对不同水质的趋化性分 析它们在不同水样中移动的数目，从而判断水质污染的程度或毒性大小p ) 。周淑美等指 出原生动物在啤酒废水处理中，能够吞食大量的单细胞生物和有机屑，不仅有指示作用， 还有显著的净化作用【i 。污水处理装置中原生动物的种类和数量可以反映环境因子的 变化，因而具有污水处理效果的指示作用。通过对原生动物及其他水生动物的种类和数 量的变化和对应的c o d 、b o d5 值的相互关系的研究证明：曝气池中纤毛虫类占绝对优 势时，处理效果最佳；若鞭毛虫数量剧增，处理效果将降低。而轮虫的出现说明处理效 果较好，但当其数量过多且种类单一时，也说明效果降低i 。姜建国等利用对武汉东 湖进行的为期1 年的原生动物采集及鉴定结果以及同时进行的水质化学测试结果，对所 建立的原生动物生物指数进行了验证，表明所得群落污染值( c p v ) 与化学综合污染指 数呈显著的相关，说明建立的生物指数对淡水水系有广泛的实用性。对汉江中没有观察 到的某些原生动物建立了其种类污染值【12 。石岩等南湖调查证实原生动物能够指示水 体污染程度，特别是缘毛i ；i 纤毛虫类更能指示水体污染程度。距离污染源远，水质污度 低，原生动物种类较少，寡污性种类渐增，耐污种类减少i 13 1 。原生动物能用来改善水 质、评价和指示污水厂的运行和处理效果。根据原生动物的生物特征及其在不同环境条 件下的种属、数量、活性等表现，通过其组成和数量的分析，可以迅速为活性污泥工艺 提供有益的指示信息，从而指导污水厂的生产运行l l ”。在国外1 n a m o r i ，y 等通过实验找 到适宜摄取丝状微生物的原生动物t r i t h i g m o s t o m ac u c u l l u l u s 、t r o c h i l i o i d e sr e c t a 的生氏 条件，即以活性污泥提取液为培养基，并辅以少量豆甾醇、维生素b 1 2 、硫胺有效控制了污水生 物处理厂的污泥膨胀”。c o s s i g n a n i ，m 。对1 9 9 0 年l o 月到1 9 9 1 年4 月在一活性污泥污水处理厂 采的样品进行分析，结果发现助i s t y l i s p l i c a t h i s 的增长与b o d 的最大去除有很大的相关性 “。l n a m o r i ，y 以六种模式分析了g e m s 被投放到包含本地苗、原生动物、后生动物和藻类的微 生态系统中，结果发现g e m s 的增长和减少受到微生态系统中其它微生物捕食的影响1 。h a n c o c k ， c m 用本十微生物区系快速廉价地鉴定了6 i a r d i a 和c r y p t o s p o r i d i u m 浓度低情况下饮用水是 否受到污染”。d e c a m p ，0 等在四个试验性湿地通过分析纤毛虫群落结构评定了废水处理方法在 根区的纤毛虫的作用，结果表明它们具有作生物指示剂的潜力1 1 9 。m a d o n i ，p 等对一生物滤池中 的原生动物和丝状微生物进行为期一年的定量调查，结果发现爬行类纤毛虫的增长与氨的去除率 密切相关，而一些游泳型纤毛虫则对氨的去除起负面作用“”1 。s u g i u r a , n o r i o 等对一生物膜污水处 理系统研究发现p h o r m i d i u mt e n u e 的去除率与生物膜上的微生物，尤其是其上的纤毛虫显著相关， 但是由于氰细菌的大量增殖产生的较高p h 值会导致p h o r m i d i u m t e n u e 的去除的减少 z t 3 。 综上所述，原生动物特征在水体质量评价、污染防治方面起着重要的作用。随着荐种监测和 试验方法的改进，分子生物学技术在环境研究中的应用，原生动物将在污水、废水的再利用方面 i i ：有更人的研究价值。 7 2 1 2 原生动物的分类系统 从历史上看，国际上原生动物主要有以下几种分类系统： ( 1 ) b i i t s c h i 的原生动物分类系统 德国b i i t s c h i ( 18 4 8 1 9 2 0 ) 是第一个提出原生动物在单细胞模式基础上的分类系统 的人，根据运动胞器的特征( 如运动胞器的有无、类型) 、细胞核和生殖的特征，他把 原生动物门分为四大纲一一鞭毛虫、晦足虫、孢子虫、纤毛虫【”1 。 ( 2 ) 国际原生动物协会1 9 6 4 年的分类的分类系统 这个分类系统当时被原生动物学家正式采用，这一分类方案对以往的原生动物分类 方法有明显的改进和发展，其中把鞭毛虫和肉足虫两大类群并成一个亚门一一“肉足鞭 毛亚r j ”把孢子虫分开，成为“孢子虫亚门”和“丝孢子虫皿门”，把在分类上有争论 的蛙片虫列入t t 蛙片总纲”，将它放在相当于鞭毛虫和纤毛虫之间的位置心”。1 9 6 4 年原 生动物分类系统纲以上分类单元如f ： 原生动物门p r o t o z o a ( 一) 肉足鞭毛虫亚门 i ，鞭毛总纲a i a s t f g o p h o r 8 ( i ) 植鞭纲p h y t o m a s t f g o p h o r e a ( i i ) 动鞭纲z o o m a s t f g o p h o r e a 1 1 蛙片总纲o p a l i n a t a i i i 肉足总纲s a r c o d i n a ( i ) 根虫纲r h i z o p o d e a ( i i ) 焦虫纲p i r o p l a s m e a ( 1 i d 辐足纲a c t i 7 0 p o d e 目 ( 二) 孢子虫亚门s p o r o z o a ( i ) 晚孢子纲t e l o s p o t e a ( 1 i ) 弓形虫纲t o x o p a s m e a ( 1 i d 单孢子纲h a p l o s p o r e a 。 ( 三) 丝孢予虫弧门c n l d o s p o r a ( i ) 粘孢子纲m y x o s p o r i d e a ( i i ) 微孢子纲】l ，i c r o s p o r i d e a ( 心) 纤毛虫亚门c i l i o p h o r a ( i ) 纤毛虫纲c i l i a t e a ( 3 ) 国际原生动物学家协会1 9 8 0 年的分类系统 自从m a r g u l i s ( 1 9 7 4 ) 提出生物起源和演化的五界分类系统以来，原生动物不再是无 脊椎动物中的一个门，而上升为原生生物界中的一个亚界：扫描和透射电镜的普遍采片= i t 使原生动物学家们能够得以观察原生动物的微观构造，对分类系统也有了重大的改革。 在以n ，d l e 。i n e 为首的1 6 名国际原生动物分类学家组成的国际原生动物学家协会进化 分类学委员会( 1 9 8 0 ) 发布的原生动物分类系统方案被止式采用a 根据这一系统将原生动 s 中国农业大学硕士学位论文 第二章国内外研究现状 物定为亚界，隶属于原生生物界，它包括7 个门。即肉鞭门( s a r c o m a s t i g o p h o ，口) 、盘蜷 门( l a b y r i n t h o m o r p h ) 、项复门( a p i c o m p l e x a ) 、微孢子门( m i e r o s p o r a ) 、囊孢子门 ( a s c e t o s p o r a ) 、粘体门( m y x o z o a ) 和纤毛门( c i l i o p h o r a ) 。和b i i t s c h l i ( 1 8 4 8 1 9 2 0 ) 提 出原生动物门分为鞭毛虫、肉足虫、孢子虫、纤毛虫4 个纲相比，显然有了很大的改变。 首先，分类学家们发现许多鞭毛虫的生活史中有变形虫期，而在许多肉足虫的生活 史中又有鞭毛虫期，有的种类自身就是鞭毛与伪足兼而有之，因此把传统观点的鞭毛虫 纲、肉足虫纲合在一起构成肉鞭门。 有一类称为盘蜷虫的小类群，传统被认为属于肉足虫纲，现在发现它们的个体都是 纺锤状，不是变形虫状。没有伪足，但有1 个生网体“”能分泌坚硬的、无生命的丝，并 结成网，虫体在网上滑动，因而独立为盘蜷虫门。该类原生动物寄生或腐生在海产( 及 河口) 藻类上。 过去将寄生的孢子虫归为一个纲一一孢子虫纲。其实传统的孢子虫纲内有些种类生 活史中并不出现孢子。某些种类在予孢子或裂殖子时期其顶端有一个复杂的距显微结构 一由极环、类锥体、表膜下微管、微孔、棒状体、傲丝组成的顶复体，这些种类独立为 项复门，与微孢子门、囊孢子门、粘虫门等孢子虫并列。 ( 4 ) 国际原生动物学家协会1 9 8 5 年的分类系统 国际原生动物学家协会组织了以美国j l e e ，s h u n t e r 及e b o v e e 三位分类学家编 著了本名为a ni l l u s t r a t e dg u i d et ot h ep r o t o z o a 采用的分类系统在门的阶元上基本和 l e v i n e 等( 1 9 8 0 ) 相似，只是取消了囊孢子门而成为6 个门。对各纲和目的分类阶元”“ 改动不犬，只是对纤毛门作了很大的改动，在该书中这一部分是由s m a l l 和l y n n 编写 的。l y n n ( 1 9 7 6 ) 提出超微结构保守学说他认为超微结构对外部形态而言，比较不易改 变。冈此，超微结沟相似的，其亲缘关系也比较近，如果外部形态相似而其超微结构 不相似的，不能反映出亲缘关系，纤毛虫有系列特化的构造，尤其是皮层构造。在体 区和口区的皮层结构是不同的。皮层的基本成分是毛基单元。s m a l l 和l y n n 根据毛基单 元在体区和口区的构造不同，将纤毛虫划分为3 个亚门、8 个纲、1 5 个皿纲、1 6 个目。 这种强调超微结构的作法，在实用中非常困难。因此s m a l l 和l y n n ( 1 9 8 5 )