專利名稱:一種生物膜野外培養(yǎng)及采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)和生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域，用于生態(tài)監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)快速的天然水體中生物膜的培養(yǎng)和采集。
背景技術(shù)：
生物膜可以生長(zhǎng)在水中的任何交界面上，如石頭、沉積物、各種水生植物等，主要由藻類、細(xì)菌、真菌和微型生物以及粘多糖基質(zhì)組成。生物膜由于分布廣，體積小，生命周期短，對(duì)各種人為干擾敏感，近年來(lái)逐漸成為水質(zhì)生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的重要手段。而生長(zhǎng)在天然基質(zhì)上的生物膜雖然易于獲得，但由于基質(zhì)的差異往往造成生物膜結(jié)構(gòu)組成的差異，容易造成水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的誤差，所以目前應(yīng)用于生態(tài)監(jiān)測(cè)研究以人工基質(zhì)暴露培養(yǎng)為主， 應(yīng)用最為廣泛的基質(zhì)為普通玻璃板、有機(jī)玻璃或尼龍網(wǎng)、碎石等。但采用這些基質(zhì)培養(yǎng)生物膜所需時(shí)間較長(zhǎng)才可收集到足夠的生物量可以用于測(cè)試確定水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)。 Findlay和Sinsabaugh (2006)采用碎石作為基質(zhì)在河流中暴露培養(yǎng)5_6周收集生物膜評(píng)價(jià)生物代謝的變化；Duong等Q006)采用玻璃片在城市河流中暴露4周收集生物膜用來(lái)評(píng)價(jià)城市污染對(duì)硅藻群落的影響；Fellows等Q006)采用尼龍網(wǎng)暴露4周收集生物膜用于確定河流的底棲代謝評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康。董德明等人公開號(hào)為CNM61930的專利中公開了一種玻璃載體的生物膜批量培養(yǎng)裝置。但以玻璃、尼龍或碎石為基質(zhì)培養(yǎng)收集天然水體中的生物膜用于水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)具有以下兩方面劣勢(shì)(1)需要暴露培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于快速反映水環(huán)境污染變化；( 由于生物膜生長(zhǎng)與光照、溫度等條件密切相關(guān)，因此，研究水體中不同深度生物膜結(jié)構(gòu)、功能變化具有重要意義，而現(xiàn)有的生物膜培養(yǎng)采集裝置不能同時(shí)批量采集水體中不同深度的生物膜。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述不足，構(gòu)建一套快速的天然水體生物膜批量培養(yǎng)采集裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以快速培養(yǎng)天然水體中生物膜的裝置。此裝置可以解決天然水體中生物膜培養(yǎng)耗時(shí)長(zhǎng)，以及同一裝置不能采集不同深度水體生物膜的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
快速的天然水體中生物膜的培養(yǎng)裝置由圓盤載體和活性炭固定裝置兩部分構(gòu)成。 圓盤載體由聚甲基丙烯酸甲酯制成，包括圓盤(1)和固定柱( 組成，多個(gè)固定柱( 均勻的粘連在圓盤⑴外圍，在固定柱⑵上鉆出穿繩孔(3)，穿繩孔(3)的高度要比環(huán)形墊片 (5)厚度略高一點(diǎn)，以便于固定活性碳纖維固定盤，在圓盤(1)外側(cè)鉆四個(gè)連接孔，用來(lái)串聯(lián)多個(gè)培養(yǎng)裝置?；钚蕴祭w維固定盤由環(huán)形墊片( 和活性碳纖維(7)組成，環(huán)形墊片 (5)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，在環(huán)形片上均勻打4個(gè)固定孔(6)，用以安裝活性碳纖維。將活性碳纖維(7)塞入固定孔(6)中，然后將固定好活性碳纖維(7)的環(huán)形墊片( 套在固定柱( 上，將固定繩(8)依次通過(guò)穿繩孔C3)將活性炭固定盤固定在圓盤載體上，再用線繩將多個(gè)圓盤通過(guò)連接孔串聯(lián)起來(lái)，可以用來(lái)培養(yǎng)天然水體中不同深度的生物膜。
本發(fā)明的效果和益處是，由于活性碳纖維(7)具有多孔性，比表面積大的特點(diǎn)，可以快速的吸附天然水體中的附著生物，解決了天然水體中生物膜培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)的難題。由于采用的均為透明材質(zhì)，光線可以自由透過(guò)，更接近自然狀態(tài)，利于生物膜生長(zhǎng)。本發(fā)明中可以將多個(gè)圓盤串聯(lián)起來(lái)，并可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)所需要的深度進(jìn)行生物膜培養(yǎng)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，與其他功能類似的裝置相比具有成本低廉、方便快捷等特點(diǎn)。可以廣泛應(yīng)用于各種天然水體的生物膜培養(yǎng)，適用于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。


圖1中給出了本發(fā)明的裝置圖，圖2為圓盤載體的俯視圖，圖3為環(huán)形墊片俯視圖。
其中，1為圓盤2為固定柱3為穿繩孔4為連接孔
5為環(huán)形墊片 6為固定孔7為活性碳纖維8為固定繩
具體實(shí)施方式
下面基于附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的原理和實(shí)施實(shí)例。
本發(fā)明由圓盤(1)、固定柱O)、穿繩孔(3)、連接孔0)、環(huán)形墊片(5)、固定孔 (6)、活性碳纖維(7)和固定繩(8)組成。圖1是兩組可裝20條2cmX IOcm活性碳纖維的快速的生物膜培養(yǎng)裝置。圖2中圓盤(1)由聚甲基丙烯酸甲酯制成，直徑30cm，其上粘連5 個(gè)有機(jī)玻璃制成的固定柱O)，并在靠近圓盤邊緣Icm的位置鉆4個(gè)連接孔0)，可以用來(lái)將圓盤彼此連接起來(lái)或與浮板等連接起來(lái)，固定柱( 底面直徑lcm，高2cm，在固定柱O) 距圓盤0. 6cm高度處鉆穿繩孔(3)，圖3中環(huán)形墊片(5)由有機(jī)玻璃制成，外徑6cm，內(nèi)徑約 1.2cm，厚度0.5cm，可以套在固定柱( 上，在環(huán)形墊片( 上距離外緣0. 5cm的位置均勻鉆4個(gè)固定孔(6)，孔直徑為0.5cm。活性碳纖維(7)比表面積為1500m2/g被剪成長(zhǎng)IOcm 寬2cm的長(zhǎng)方形小條，將其一端塞入到環(huán)形墊片( 上的4個(gè)固定孔(6)中，再將其套在固定柱( 上，用固定繩(8)依次通過(guò)穿繩孔C3)并打結(jié)，將其固定在圓盤載體上，讓活性炭纖維自然懸垂，將多個(gè)圓盤通過(guò)連接孔(4)連接起來(lái)，并可以通過(guò)固定繩(8)將本發(fā)明固定在浮標(biāo)或其他固定物上，使本裝置懸浮在天然水體中。
實(shí)施示例
在北京市某條河流，利用本發(fā)明作為生物膜培養(yǎng)裝置，與現(xiàn)有的生物膜人工基質(zhì)培養(yǎng)方法進(jìn)行比較，監(jiān)測(cè)時(shí)間為8月到9月，測(cè)試期間氣溫為26-34°C，由于河流較淺，只懸掛一層圓盤，將各生物膜培養(yǎng)裝置掛于水面下20cm處。其生物膜培養(yǎng)效果如表1和表2所示
表1不同基質(zhì)附著生物膜生物量(灰份干重)比較(g/m2)
Jf養(yǎng)時(shí)間(天) π Γ2 ρ ρ Πο Γ 4 [30
基質(zhì) ___________
玻璃+玻璃膠__0__1.25 2.53 3.67 4.20 6.35 9.03
有機(jī)玻璃02.30 4.41 Τ.84 6.80 — 12.80 18.83
活性碳纖維2.17 — 2.49 一 3.67 θ.65 17.43 28.00 31.25
30天活性炭纖維上生物膜平均生長(zhǎng)速率為1. (Mmg(AFDW)/m2 · cf1，是涂抹玻璃膠的玻璃上生物膜生長(zhǎng)速率的3. 5倍，是有機(jī)玻璃基質(zhì)的1. 7倍?；钚蕴坷w維7天培養(yǎng)后的生物量的灰份干重已高出涂抹玻璃膠的玻璃上生物膜，可將培養(yǎng)時(shí)間大大縮短。
表2不同基質(zhì)附著生物膜的藻密度比較(萬(wàn)個(gè)/cm2)
培養(yǎng)時(shí)間(天) ΠΓι ρΥ ΓΤο ΓηΓ^ο
基質(zhì)
玻璃+玻璃膠2.5 2.5 .53.75 一 5.08.75
有機(jī)玻璃Τ95 3.89 17.5~28.031.146.7
活性碳纖維丨 18 丨 46.5"I 49.570 60—110
活性碳纖維富集藻類能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃，甚至在第一天時(shí)富集藻類的數(shù)量就是涂膠玻璃片30天富集個(gè)數(shù)的2倍以上，采用活性炭纖維可以迅速富集天然水體中的藻類， 并用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)。
表3不同基質(zhì)附著生物膜的藻類結(jié)構(gòu)分布比較(％ )
綠藻桂藻藍(lán)藻及其他優(yōu)勢(shì)藻 7 璃+玻璃膠培養(yǎng)30天—反1 9.0 _ 16.9水綿
i機(jī)玻璃培養(yǎng)30天 ~ Ι. 2 14. 1 ~ 10. 7水綿
Hg碳纖維培養(yǎng)7天 I 68.8 11.7 I 19.5水綿
通過(guò)表3中不同基質(zhì)附著生物膜中藻類結(jié)構(gòu)分布可以看出，活性炭纖維作為基質(zhì)培養(yǎng)生物膜用于生態(tài)監(jiān)測(cè)雖然富集迅速，培養(yǎng)時(shí)間短，但并沒(méi)有改變附著藻類的結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢(shì)藻仍是以水綿為主。使用SPSS13. 0對(duì)活性碳纖維與涂膠玻璃和有機(jī)玻璃上藻類結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行顯著性差異分析，得到P = 0. 135和ρ = 0. 223, ρ > 0. 1，說(shuō)明活性炭纖維與涂膠玻璃、 有機(jī)玻璃藻類結(jié)構(gòu)分布沒(méi)有顯著差異。
權(quán)利要求
1.一種快速的天然水體中生物膜培養(yǎng)裝置，其特征在于在各種天然水體中，構(gòu)建一種天然水體生物膜的快速培養(yǎng)裝置，在圓盤載體上設(shè)置活性碳纖維固定盤，將活性碳纖維通過(guò)環(huán)形墊片固定在圓盤載體上，利用活性碳纖維比表面積大，吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使得天然水體中的藻類、細(xì)菌、原生生物快速附著在活性碳纖維上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的快速天然水體中生物膜培養(yǎng)裝置是由圓盤(1)，固定柱(2)， 穿繩孔(3)，連接孔(4)，環(huán)形墊片(5)，固定孔(6)，活性碳纖維(7)和固定繩(8)構(gòu)成。所述的圓盤載體由聚甲基丙烯酸甲酯制成的圓盤(1)和均勻粘連在圓盤(1)上的5個(gè)固定柱⑵和均勻分布在圓盤外側(cè)的4個(gè)連接孔(4)以及固定柱(2)上的穿繩孔(3)和固定繩 (8)組成；活性炭固定盤由環(huán)形墊片( 和活性碳纖維(7)組成，環(huán)形墊片( 上包含4個(gè)碳纖維固定孔(6)?；钚蕴祭w維(7)通過(guò)固定孔(6)懸掛在環(huán)形墊片上，將固定了活性碳纖維的環(huán)形墊片(6)放在固定柱( 上，用固定繩(8)依次通過(guò)固定柱( 上的穿繩孔(3)， 將懸掛了活性碳纖維的環(huán)形墊片固定在圓盤上，再將多個(gè)圓盤(1)用固定繩(8)通過(guò)連接孔(4)彼此連接起來(lái)，則可以用來(lái)同時(shí)培養(yǎng)不同深度水體中的生物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述，天然水體生物膜快速培養(yǎng)方法，其特征在于采用活性碳纖維作為基質(zhì)培養(yǎng)生物膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述，活性碳纖維通過(guò)環(huán)形墊片固定在圓盤載體上，可以批量培養(yǎng)多組生物膜，且活性碳纖維間彼此保持一定的距離G到4. 5厘米左右)，有利于生物膜的生長(zhǎng)，使生物膜長(zhǎng)得更均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述，由于采用透明材質(zhì)制成，光線可以自由透過(guò)，更接近自然狀態(tài)，利于生物膜生長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述，圓盤可以通過(guò)連接孔串聯(lián)起來(lái)，培養(yǎng)不同水深的生物膜， 并可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)，以便獲取所需要深度的生物膜。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種野外培養(yǎng)生物膜的裝置。野外生物膜培養(yǎng)裝置。它由圓盤載體和活性炭纖維固定盤組成，圓盤載體由圓盤(1)、固定柱(2)、穿繩孔(3)、連接孔(4)構(gòu)成，活性碳纖維固定裝置由環(huán)形墊片(5)、固定孔(6)和活性碳纖維(7)構(gòu)成，并通過(guò)固定繩(8)通過(guò)穿繩孔(3)將活性碳纖維固定盤固定在圓盤載體上，圓盤之間用固定繩(8)通過(guò)連接孔(4)連接起來(lái)。本發(fā)明主要用于野外培養(yǎng)生物膜。本發(fā)明可以培養(yǎng)出均勻、接近自然條件的、高質(zhì)量的生物膜用于生態(tài)監(jiān)測(cè)，可根據(jù)需要更換生物膜附著材料，并可以同時(shí)保持培養(yǎng)裝置在自然水體中穩(wěn)定和最有效富集。
文檔編號(hào)A01G33/00GKCN102517194SQ201110434726
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月22日
發(fā)明者劉靜玲, 張婧, 王雪梅, 蘇俐雅, 陳秋穎, 馬牧源 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan