水生生物镜检 - 中析研究所生物检测中心

水生生物镜检：窥探微观水世界的窗口

水生生物镜检，简而言之，就是利用显微镜等光学仪器观察和分析水体中肉眼难以分辨的微小生物及其结构的技术。它为我们打开了一扇深入了解水生生态系统、水质状况、生物多样性乃至疾病病原的窗口，是环境监测、生态研究、水产养殖和公共卫生等领域不可或缺的关键手段。

一、镜检的核心目标与对象

这项技术主要聚焦于水体中的微型生物：

浮游生物： 自由漂浮的微小生物。
- 浮游植物： 藻类（硅藻、绿藻、蓝藻、甲藻等），它们是初级生产者，是水体生产力的基础，其种类和数量是水质评价（如富营养化程度）的核心指标。
- 浮游动物： 轮虫、枝角类（水蚤）、桡足类、原生动物（鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫）等。它们是食物链的重要环节，连接着浮游植物和更高营养级的生物，其群落结构反映水生态系统的健康状况。
底栖生物： 生活在水体底部或附着在基质上的微小生物。
- 小型底栖动物： 线虫、介形虫、猛水蚤、螨类等。
- 水生昆虫幼虫： 摇蚊幼虫（红虫）、蜉蝣稚虫等。
- 大型底栖动物的幼体或微小种类。
- 着生藻类： 附着在石头、植物等表面的藻类群落（周丛生物）。
微生物： 细菌、真菌（尤其是水生真菌）、部分原生动物等。它们在物质循环（分解有机物）、水质净化（如硝化细菌）以及引发疾病（病原菌、寄生虫）中扮演着核心角色。
寄生虫与病原体： 引起鱼类、贝类等水生生物乃至人类疾病的原生动物（如小瓜虫、车轮虫、碘泡虫）、蠕虫卵或幼虫、真菌孢子等。

二、镜检的基本流程与技术要点

一项完整的水生生物镜检需遵循严谨的流程：

样品准备：
- 采样： 根据目标（浮游生物、底栖生物、附着生物等）选择合适的采样工具（浮游生物网、采水器、底泥采样器、人工基质等），在特定地点、深度和时间采集代表性水样或基质样品。
- 固定与保存： 为防止生物死亡、分解或变形，通常需立即加入固定剂（如鲁哥氏碘液用于浮游植物、甲醛用于浮游动物和底栖生物、乙醇等）。
- 浓缩： 对于浮游生物含量低的样品，常需通过沉淀法（静置24-48小时）或滤膜过滤法进行浓缩。
- 染色： 对某些特定目标（如细菌、细胞核、特殊结构）可能需要染色（如革兰氏染色、碘液染色、荧光染色）以增强对比度和辨识度。
- 分离（可选）： 对于底栖或附着生物样品，常需通过淘洗、过筛等方法将生物体与泥沙、碎屑分离。
- 制样：
  - 临时装片： 取一滴浓缩样品或沉降物置于载玻片上，加盖盖玻片。适用于活体观察（游泳行为、摄食）或快速检查。
  - 永久封片： 对需要长期保存和精细观察的样本（如硅藻鉴定），需经过脱水、透明、封固等严格步骤制成永久玻片。
显微镜观察：
- 显微镜选择： 根据目标生物大小选择合适的显微镜。
  - 复式光学显微镜（明场）： 最常用，适用于大多数浮游生物、底栖生物和微生物的形态观察（通常在40倍-1000倍油镜下观察）。
  - 体视显微镜（解剖镜）： 适用于个体稍大的底栖生物、水生昆虫幼虫的初步观察、分类和计数（通常在10倍-50倍下观察）。
  - 相差显微镜： 无需染色即可观察透明或无色样本（如活体原生动物、藻类）的内部结构。
  - 荧光显微镜： 用于观察经荧光染料标记的特定结构或自发荧光的生物（如叶绿素）。
  - 倒置显微镜： 可直接观察培养皿或计数框底部的沉降样品，尤其适用于浮游生物定量计数。
- 观察要点：
  - 形态特征： 准确识别生物种类的基础，包括细胞形状、大小、对称性、壳/壁结构（纹饰、孔）、鞭毛/纤毛数量与着生位置、色素体形态颜色、细胞核形态位置、食物泡、伸缩泡等。
  - 运动方式： 如鞭毛摆动、纤毛波动、变形运动（伪足）、跳跃式运动等，是鉴别原生动物等的关键依据。
  - 定量计数： 使用特定计数框（如浮游生物计数框、血球计数板）在显微镜下统计单位体积或面积内的生物数量，用于评估生物量和群落结构。
记录与分析：
- 绘图/摄影： 手工绘制形态图或使用显微镜成像系统拍摄清晰照片，作为鉴定和记录的依据。
- 分类鉴定： 依据形态学特征，查阅专业分类学图谱、检索表或数据库，确定生物的分类地位（门、纲、目、科、属、种）。这是镜检的核心也是难点。
- 数据统计： 对计数数据进行整理分析，计算物种丰度、多样性指数（如Shannon-Wiener指数）、优势度等群落参数。
- 报告撰写： 整合观察结果、鉴定结论、定量数据和分析，形成报告，服务于水质评价、生态评估或疾病诊断等最终目的。

三、镜检的核心应用价值

水质监测与评价：
- 生物指示： 许多水生生物对污染物（重金属、有机毒物、营养盐）敏感度不同。通过监测指示生物（如硅藻指数、大型底栖无脊椎动物指数）的种类组成、数量变化和群落结构，可以快速、综合地评估水体的污染程度和生态健康状态，弥补理化监测的不足。
- 富营养化评估： 蓝藻水华的发生、特定藻类（如微囊藻、鱼腥藻）的爆发性增长是水体富营养化的直接标志。镜检是识别藻华物种、监控其动态的核心手段。
- 饮用水源安全： 监测水源中可能存在的致病性原生动物（如贾第鞭毛虫、隐孢子虫）和藻类毒素（如蓝藻毒素），保障供水安全。
水生生态研究：
- 生物多样性调查： 揭示水体中微型生物的物种组成、丰度、分布格局及其与环境因子的关系。
- 食物网研究： 解析浮游植物->浮游动物->鱼类等关键营养级间的能量流动关系。
- 生态过程探究： 研究初级生产力（藻类）、物质循环（微生物分解）、种间竞争、捕食关系等。
水产养殖与病害诊断：
- 饵料生物评估： 监测池塘中浮游生物（特别是浮游动物）的种类和数量，评估其对养殖生物的饵料价值。
- 病原检测与确诊： 快速、直接地诊断引起养殖鱼类、虾蟹、贝类疾病的寄生虫（小瓜虫、车轮虫、指环虫、本尼登虫、粘孢子虫等）、真菌（水霉、鳃霉）、部分细菌（柱状黄杆菌等可通过观察菌体形态和病征初步判断）等，为精准用药提供依据。
- 健康监测： 定期检查养殖生物鳃丝、体表粘液、肠道内容物中的寄生虫和病原体负荷。
环境毒理学研究： 利用水生微生物（如藻类、原生动物）作为模式生物，研究污染物对生物个体生长、繁殖、行为以及种群、群落的毒性效应。

四、关键注意事项

样本代表性： 采样点、时间、深度和方法必须科学设计，确保样本能真实反映目标水体的状况。
及时性： 活体样品需尽快观察，固定样品也应尽快处理，以防变形或降解（尤其硅藻纹饰）。
准确性： 熟练掌握显微镜操作技巧（如光路调节、焦距控制、油镜使用），准确辨识形态特征至关重要。需要扎实的分类学知识和经验积累。
标准化： 在定量分析时（如浮游生物计数），必须严格遵守标准化的操作流程（固定剂用量、沉淀/浓缩时间、计数框规格、计数视野选择等），确保结果可比性。
安全防护： 接触固定剂（尤其甲醛）需在通风环境或佩戴防护装备；处理可能含病原体的样本时需谨慎操作。
交叉印证： 镜检结果常需结合理化分析数据和其他生物监测结果进行综合研判。对于疑难样本或病原体，可结合分子生物学（PCR）等技术辅助鉴定。
废弃物处理： 实验产生的含固定剂或潜在生物危害的废液、玻片等须按实验室规范安全处置。

结语

水生生物镜检，作为一门连接宏观水体与微观生命的桥梁技术，以其直观、高效、信息量丰富的特点，在水资源保护、生态研究、渔业生产和公共卫生等多个领域发挥着不可替代的作用。它要求实践者兼具细致的观察力、扎实的分类学功底和严谨的科学态度。尽管现代分子技术发展迅猛，显微镜下那些千姿百态、生机勃勃的微观生命图景，依然是科研人员和从业者理解、评估和守护水生态环境最基础、最有力的工具之一。掌握这门技术，意味着掌握了一把开启神秘水世界宝库的金钥匙。

如需了解特定类群（如硅藻、原生动物、轮虫）的详细鉴定特征，或针对特定应用场景（如水质生物监测、鱼病诊断）的镜检操作规程，可以进一步探讨。