测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的系统和方法

摘要

本发明公开了一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统以及实验方法，所述实验装置包括实验台组件，照明调节组件，温度调节组件，中央控制组件和不间断电源组件。所述实验台组件包括：多个储液袋，多个流量控制装置，多条输液管和测试容器。所述测试容器包括，主体装置，中央进水区，防逃逸保护网，选择性测试区域，和多块玻璃隔板。所述实验方法通过所述测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统来进行。所述实验系统和实验方法能够保障实验条件精确，实验效果准确，适用于快速验证浮游动物响应不同环境因子或相同环境因子不同浓度水平的行为变化。

说明书

技术领域

本申请涉及浮游生物行为学实验研究领域，并且更具体地，涉及一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统以及实验方法。

背景技术

躲避行为在自然界中极为常见，是生物逃避潜在威胁的一种较为有效的方式(Loose&Dawidowicz 1994)。在应对外界环境胁迫时，通过躲避行为来躲避潜在风险在大多数生物中都有所发现。例如，Das&Stickle(1994)发现，幼体蓝蟹(Callinectes sapidus)及小蓝蟹(Callinectessimilis)在感应到低氧水时，表现出明显的躲避行为，同时这种躲避行为在其它的甲壳类中(虾)中也有发现(Cook&Boyd 1965,Haefner1971)。全球变化背景下，水体理化环境面临较大改变，全球变暖导致表层水体温度升高、水体各种有机物、重金属浓度增加、水体酸化等将对生活在不同水层的水生生物产生较大影响。水生浮游动物作为次级生产力的主要贡献者，在食物链、食物网以及生态系统服务等方面发挥重要作用。水体理化环境变化下，水生浮游动物会有怎样的行为学变化是值得关注的科学问题。

然而，在现有技术中，关于快速验证浮游动物响应不同环境因子或相同环境因子不同浓度水平的行为变化的相关设备较少，且实验设备机构简单，不能胜任高标准的实验要求，同时亦缺乏相关的测 试规范。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统以及实验方法，所述实验系统和方法能够保障实验条件精确，实验效果准确，适用于快速验证浮游动物响应不同环境因子或相同环境因子不同浓度水平的行为变化。

2.技术方案

本发明的目的通过以下的技术方案得以实现。

一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统，其包括实验台组件，照明调节组件，温度调节组件，中央控制组件和不间断电源组件。其中，所述不间断电源组件分别与实验台组件，照明调节组件，温度调节组件，和中央控制组件相连接，用于为各个组件不间断地供电，所述中央控制组件分别与实验台组件，照明调节组件，和温度调节组件相连接，用于对相应组件实施集中控制。

所述照明调节组件包括：布置在所述实验台组件周围的多个光源，光源驱动电路，和亮度传感电路。其中，所述多个光源与所述光源驱动电路相连接，所述光源驱动电路分别与所述中央控制组件和不间断电源组件相连接，所述亮度传感器电路布置在所述实验台组件周围，并与所述中央控制组件相连接。所述中央控制组件获取所述亮度传感器电路的亮度数据，并且与预先设置在中央控制组件当中的亮度预期值进行比较，如果高于亮度预期值，则中央控制组件控制所述 光源驱动电路降低功率，进而降低亮度，直至达到亮度预期值，如果低于亮度预期值，则中央控制组件控制所述光源驱动电路提高功率，直至达到亮度预期值，并一直保持该亮度预期值。

所述温度调节组件包括：布置在所述实验台组件周围的多个空调机组，继电器电路，和温度传感器电路。其中，所述多个空调机组与所述继电器电路相连接，所述继电器电路分别与所述中央控制组件和不间断电源组件相连接，所述温度传感器电路布置在所述实验台组件周围，并与所述中央控制组件相连接。所述中央控制组件获取所述温度传感器电路的温度数据，并且与预先设置在中央控制组件当中的温度预期值进行比较，如果高于温度预期值，则中央控制组件控制所述继电器电路接通空调机组，进而降低温度，直至达到温度预期值，如果低于温度预期值，则中央控制组件控制所述继电器电路接通空调机组，进而升高温度，直至达到温度预期值，并一直保持该温度预期值。

所述中央控制组件包括：主机装置，显示装置，信息输入装置，摄像装置和报警装置。其中，主机装置分别与显示装置，信息输入装置，摄像装置和报警装置相连接，所述主机装置中包括中央处理单元和数据存储单元。

所述实验台组件包括：多个储液袋，多个流量控制装置，多条输液管和测试容器。其中，每一个储液袋均与一个流量控制装置，一条输液管和测试容器依次相连接。所述多个储液袋储存不同理化因子的液体。所述流量控制装置包括：阀体，活塞缸体，活塞件，弹簧 装置，压杆，和压杆驱动装置。其中，活塞件能够在活塞缸体中往复运动，所述阀体下部设有出水口，所述出水口与活塞件配合。所述活塞件，压杆，压杆驱动装置和所述中央控制组件依次相连接。在所述中央控制组件的控制下，压杆驱动装置驱动压杆，进而调节出水口与活塞件之间的配合，实现对流速的控制。

所述测试容器包括：主体装置，中央进水区，防逃逸保护网，选择性测试区域，和多块玻璃隔板。其中，所述主体装置由圆形透明有机玻璃水槽构成，其包括紧贴水槽底部的出水孔。所述中央进水区位于所述圆形透明有机玻璃水槽中央的位置，其包括多个进水口，所述进水口与所述输液管相连接。所述玻璃隔板呈成辐射状均匀设置，从而将水槽划分为多个辐射区域。

优选地，圆形透明有机玻璃水槽的直径为20cm，所述进水口的开孔高度为2cm，所述防逃逸保护网的直径为10cm。所述玻璃隔板的高度是3cm。

优选地，所述的压杆驱动装置是电动机。

优选地，所述多块隔板可根据实验测试需要，设置大于3块的不同块数，从而将水槽划分为相应的3个以上的辐射区域

优选地，所述测试容器具有8块玻璃隔板，将测试容器划分为8个辐射区域，所述8个辐射区域内可获得8种因素或梯度处理。

本发明另一方面提供了使用上述测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统进行测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验方法，所述实验方法包含以下的步骤：

第一步，进行第一组预实验，在储液袋中准备好预测试水体，接通进水口与储液袋，在中央控制组件中调节预测试出水速度，直至水流速度不影响浮游动物的自由移动且各选择区域水体能够在该流速下完全分开，在数据存储单元中记录该出水速度。

第二步，进行第二组预实验，在储液袋中准备好预测试水体，接通进水口与储液袋，在中央控制组件中设置第一组预实验获得出水速度，观察浮游动物对实验处理响应的合适时间，并将其记录在数据存储单元中。

第三步，在多个储液袋中准备好正式测试水体，设置好浓度梯度或因子类型。在中央控制组件中设置亮度，温度和出水速度数据，保持实验系统的温度，亮度和出水速度不变。

第四步，在显微镜下挑取单个或多个健康、活泼的浮游生物，置于圆形透明有机玻璃水槽中，打开各储液袋相连的流量控制装置，液面高度保持着2-3cm。

第五步，确定选择偏好、敏感性。若实验以单一个体为测试对象，则记录该个体在各选择区域的停留时间作为确定其对测试因子的偏好。若实验以群体为测试对象，则记录该群体在固定时间内分布在各选择区域的比例，以此作为该测试对象对测试因子的偏好。

3.有益效果

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，研究多种或多梯度理化因子条件下浮游生物的行为学响应，克服了现有技术中小型实验装置未能考虑多因素、多梯度下测定浮游生物行为学变化，同时亦 缺少对相关测试方法进行规范的缺陷，利用本发明的测试装置可简单有效的进行上述实验研究，所用实验材料简单易得，测试方法的说服力和可重复性较高，能够为水生浮游生物生理生态的系统研究和自然科学发展提供可靠实验依据。

附图说明

图1是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的连接框图。

图2是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的照明调节组件的连接框图。

图3是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的温度调节组件的连接框图。

图4是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的中央控制组件的连接框图。

图5是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的流量控制装置的结构示意图。

图6是依照本发明优选实施例构成的一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统的测试容器的结构示意图。

图中：1-阀体；2-活塞件；3-防逃逸保护网；4-隔板；5-中央进水区；6-圆形透明有机玻璃水槽；10-压杆。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本发明， 并能够实施本发明。在不违背本发明原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

实施例1：

参考图1，本发明的实施例1提供了一种测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验系统，其包括实验台组件，照明调节组件，温度调节组件，中央控制组件和不间断电源组件，其中，所述不间断电源组件分别与实验台组件，照明调节组件，温度调节组件，和中央控制组件相连接，用于为各个组件不间断地供电，所述中央控制组件分别与实验台组件，照明调节组件，和温度调节组件相连接，用于对相应组件实施集中控制。

参考图2，所述照明调节组件包括：布置在所述实验台组件周围的多个光源装置，光源驱动电路，和亮度传感电路；其中，所述多个光源与所述光源驱动电路相连接，所述光源驱动电路分别与所述中央控制组件和不间断电源组件相连接，所述亮度传感器电路布置在所述实验台组件周围，并与所述中央控制组件相连接；所述中央控制组件可以获取所述亮度传感器电路的亮度数据，并且与预先设置在中央控制组件当中的亮度预期值进行比较，如果高于亮度预期值，则中央控制组件控制所述光源驱动电路降低功率，进而降低亮度，直至达到亮度预期值，如果低于亮度预期值，则中央控制组件控制所述光源驱动电路提高功率，直至达到亮度预期值，并一直保持该亮度预期值。

参考图3，所述温度调节组件包括：布置在所述实验台组件 周围的多个空调机组，继电器电路，和温度传感器电路；其中，所述多个空调机组与所述继电器电路相连接，所述继电器电路分别与所述中央控制组件和不间断电源组件相连接，所述温度传感器电路布置在所述实验台组件周围，并与所述中央控制组件相连接；所述中央控制组件可以获取所述温度传感器电路的温度数据，并且与预先设置在中央控制组件当中的温度预期值进行比较，如果高于温度预期值，则中央控制组件控制所述继电器电路接通空调机组，进而降低温度，直至达到温度预期值，如果低于温度预期值，则中央控制组件控制所述继电器电路接通空调机组，进而升高温度，直至达到温度预期值，并一直保持该温度预期值。

参考图4，所述中央控制组件包括：主机装置，显示装置，信息输入装置，摄像装置和报警装置；其中，主机装置分别与显示装置，信息输入装置，摄像装置和报警装置相连接，所述主机装置中包括中央处理单元和数据存储单元。

所述实验台组件包括：多个储液袋，多个流量控制装置，多条输液管和测试容器；其中，每一个储液袋均与一个流量控制装置，一条输液管和测试容器依次相连接。

所述多个储液袋储存不同理化因子的液体；所述流量控制装置包括：阀体1，活塞缸体，活塞件2，弹簧装置，压杆10，和压杆驱动装置；其中，活塞件2在活塞缸体中往复运动，所述阀体1下部设有出水口，所述出水口与活塞件2配合；所述活塞件2，压杆10，压杆驱动装置和所述中央控制组件依次相连接；在所述中央控制组件的 控制下，压杆驱动装置驱动压杆10，进而调节出水口与活塞件2之间的配合，实现对流速的控制。

参考图5和6，所述测试容器包括：主体装置，中央进水区5，防逃逸保护网3，选择性测试区域，和多块玻璃隔板4；其中，所述主体装置由直径为20cm的圆形透明有机玻璃水槽10构成，其包括紧贴水槽10底部的出水孔；所述中央进水区5位于所述圆形透明有机玻璃水槽10中央的位置，其包括多个进水口，所述进水口的开孔高度为2cm，所述进水口与所述输液管相连接；所述防逃逸保护网3的直径为10cm；所述玻璃隔板4的高度是3cm，呈成辐射状均匀设置，从而将水槽10划分为多个辐射区域，所述多个辐射区域内可获得多种因素或梯度处理。

实施例2：

本发明的实施例2提供了一种使用实施例1中的实验系统进行测试水体化学环境对浮游生物行为学影响的实验方法，所述实验方法包含以下的步骤：

(1)进行第一组预实验，在储液袋中准备好预测试水体，接通进水口与储液袋，在中央控制组件中调节预测试出水速度，直至水流速度不影响浮游动物的自由移动且各选择区域水体能够在该流速下完全分开，在数据存储单元中记录该出水速度。

(2)进行第二组预实验，在储液袋中准备好预测试水体，接通进水口与储液袋，在中央控制组件中设置第一组预实验获得出水速度，观察浮游动物对实验处理响应的合适时间，并将其记录在数据 存储单元中。

(3)在多个储液袋中准备好正式测试水体，设置好浓度梯度或因子类型；在中央控制组件中设置亮度，温度和出水速度数据，保持实验系统的温度，亮度和出水速度不变。

(4)在显微镜下挑取单个或多个健康、活泼的浮游生物，置于图6所示的圆形水槽10中，打开各储液袋相连的流量控制装置，液面高度保持着2-3cm。

(5)确定选择偏好、敏感性。若实验以单一个体为测试对象，则记录该个体在各选择区域的停留时间作为确定其对测试因子的偏好；若实验以群体为测试对象，则记录该群体在固定时间内分布在各选择区域的比例，以此作为该测试对象对测试因子的偏好。

实施例3：

本发明的实施例3是对实施例1的进一步改进，所述多块隔板4可根据实验测试需要，设置大于3块的不同块数，从而将水槽10划分为相应的3个以上的辐射区域。

实施例4：

本发明的实施例4是对实施例1的进一步改进，所述测试容器具有8块玻璃隔板4，即，将测试容器划分为8个辐射区域，所述8个辐射区域内可获得8种因素或梯度处理，确定8个选择性测试区水体完全分开可以使用不容颜色的溶液进行预实验，例如高锰酸钾溶液(紫红色)、纯净水(无色)、硫酸铁溶液等。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，研究多种或多梯 度理化因子条件下浮游生物的行为学响应，克服了现有技术中小型实验装置未能考虑多因素、多梯度下测定浮游生物行为学变化，同时对缺少对相关测试方法规范的缺陷，利用本发明的测试装置可简单有效的进行上述实验研究，所用实验材料简单易得，测试方法的说服力和可重复性较高，能够为水生浮游生物生理生态的系统研究和自然科学发展提供可靠实验依据。

尽管在上文中参考特定的实施例对本发明进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本发明公开的原理和范围内，可以针对本发明公开的配置和细节做出许多修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包括的全部修改。