一种测定蓝藻门微囊藻细胞的粘滞系数的方法

摘要

本发明公布了一种测定蓝藻门微囊藻细胞粘滞系数的方法，包括以下步骤：(1)收集含有蓝藻门微囊藻的水样，获取单细胞和细胞群体的初始总浓度C0和初始总体积分率φ；(2)将所述水样放入外筒旋转式库埃特装置的内外筒间隙内，调整外筒转速，使得所产生的层流剪切率G为5s‑1～50s‑1之间的任意一个定值；所述G与转速的关系为其中N为外筒转速，R为内筒半径，R2为外筒半径；旋转时间范围为20min～60min；(3)旋转停止后，获取单细胞和细胞群体的总浓度Ct；(4)计算蓝藻门微囊藻细胞表面的粘滞系数α，所述其中t为旋转时间。本方法操作简单方便，设备成本低，通过该测定方法得出的藻细胞粘滞系数，可为深入研究蓝藻水华形成爆发提供技术手段。

说明书

技术领域

本发明涉及蓝藻门微囊藻类水华领域，具体而言，涉及一种利用库埃特装置测定微囊藻细胞的粘滞系数的方法。

背景技术

目前我国多种水体藻类水华问题严重，尤其是蓝藻门微囊藻水华。我国多个大型湖泊(如太湖、巢湖、滇池)中出现的严重蓝藻门微囊藻属水华对水环境和饮水问题造成了非常严重的不利影响。针对微囊藻水华产生的危害，研究蓝藻水华形成机制对于控制蓝藻水华产生，减少其危害具有重要意义。目前微囊藻群体形成的机理还不是很清楚，对室内培养的蓝藻细胞很难成群的机理也不明确，因此针对此问题，需要一种可以直接测定藻细胞表面的粘性，有利于深入研究蓝藻群体形成机制。关于液体的粘滞系数，目前研究和专利非常多，如使用落球法、毛细管法、激光衍射法等测定液体粘滞系数，而关于测定细胞颗粒物的粘滞性方法很少，主要是使用原子力显微镜(AFM)对细胞形貌进行成像，再利用探针与单个细胞之间的相互力作用，以此来判断细胞表面粘滞性(细胞表面粘滞力的测量与研究，陈红，声学技术，2013.)，并且原子力显微镜设备昂贵，需要操作技巧。

发明内容：

为解决上述问题，本发明设计了一种可直接测定藻细胞粘滞系数的方法，通过该方法可直接了解到蓝藻门微囊藻细胞的粘性大小，为深入研究蓝藻群体形成机制提供一种技术手段。

为实现上述目的，本发明提供一种测定蓝藻门微囊藻细胞的粘滞系数的方法，包括如下步骤：

(1)收集含有蓝藻门微囊藻的水样，获取单细胞和细胞群体的初始总浓度C₀和初始总体积分率φ；

(2)将步骤(1)所述水样放入外筒旋转式库埃特装置的内外筒的间隙内，调整外筒转速，使得所产生的层流剪切率G为5s^-1～50s^-1之间的任意一个定值；所述G与转速的关系为其中N为外筒转速，R为内筒半径，R₂为外筒半径；旋转时间为20min～60min；

(3)旋转停止后，获取单细胞和细胞群体的总浓度C_t；

(4)计算蓝藻门微囊藻细胞表面的粘滞系数α，所述其中G为步骤(2)所述的剪切率，φ为初始总体积分率，t为旋转时间。

步骤(1)所述的总初始浓度C₀和初始总体积分率φ的获取方法为使用光学显微镜计算。

步骤(1)所述的初始总体积分率φ的获取方法为：首先获取单细胞和细胞群体的总初始浓度C₀和平均直径d，然后根据公式得到初始总体积分率φ。

步骤(2)所述的旋转时间优选为30min。

步骤(2)的剪切率G优选为30s^-1。

步骤(3)所述的C_t的获取方法为使用光学显微镜计算。

本发明测定藻细胞粘滞系数的库埃特装置，包括：外筒，内筒，同步带轮及与同步带轮连接的主动轮和从动轮，旋转台，步进电机，步进控制器和底座；

内筒和外筒的皆为一端封闭的圆筒，内筒和外筒的开口均向上，内筒悬置于外筒内部且与外筒同轴，内筒的截面半径小于外筒截面半径；

所述内筒开口处外侧设置有凸起，所述凸起固定连接于支撑柱顶端，所述支撑柱固定连接于底座上；

所述步进控制器连接步进电机，所述步进电机连接所述主动轮；所述从动轮连接水平设置的旋转台；所述旋转台与所述外筒底部固定连接；所述旋转台与所述外筒同轴。

进一步的，内筒和外筒的截面半径差优选为10mm。

使用时，通过步进电机和同步带轮，驱动外圆筒转动，以产生稳定的库埃特层流，并通过步进控制器控制外圆筒的转动频率。内外圆筒之间放入待测定的含有藻细胞溶液。

本发明所述的方法利用简单、成本低且操作简便的库埃特装置来产生稳定的层流，根据颗粒物碰撞黏附理论，使藻细胞在稳定层流液体场中不断碰撞和聚集，通过观察藻细胞颗粒的浓度变化，计算得出藻细胞颗粒物的粘滞系数，从而进一步达到研究蓝藻群体形成机制的目的。

本发明的有益效果在于：可通过库埃特装置测定计算出藻细胞的粘滞系数，具有成本低廉，操作简便，简单易学的优点。为研究蓝藻群体形成机制提供一种可行性强的简易技术手段。

附图说明

图1为测定藻细胞粘滞系数的装置结构示意图。

其中，1、5为碟形螺、2、13为支撑柱，3为内筒，4外筒，6为旋转台，7为同步带轮，8为从动轮，9为支撑台柱，10为主动轮，11为步进电机，12为步进控制器。

图2为实施例1所测得的粘滞系数。

具体实施方式：

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

库埃特装置如图1所示，包括：外筒(4)，内筒(3)，同步带轮(7)及与同步带轮连接的主动轮(10)和从动轮(8)，旋转台(6)，步进电机(11)，步进控制器(12)和底座；

内筒(3)和外筒(4)的皆为一端封闭的圆筒，内筒和外筒的开口均向上，内筒悬置于外筒内部且与外筒同轴，内筒的截面半径小于外筒截面半径，截面半径差为10mm；

所述内筒开口处外侧设置有凸起，所述凸起通过蝶形螺(1)固定连接于支撑柱(2)和支撑柱(13)顶端，所述支撑柱固定连接于底座上；

所述步进控制器(12)连接步进电机(11)，所述步进电机连接所述主动轮(10)；

所述从动轮(8)连接水平设置的旋转台(6)；所述旋转台(6)与所述外筒(4)底部通过蝶形螺(5)固定连接；所述旋转台与所述外筒同轴。

实施例1

不同微囊藻种的粘滞系数测定

(1)将纯种惠氏微囊藻(FACHB-908)、水华微囊藻(FACHB-1028)、铜绿微囊藻(FACHB-912)使用BG11培养液在光照培养箱内进行培养35天。光照强度为39μmol·m^-2·s^-1，光暗比12h:12h，温度为25℃恒温。得到含有上述微囊藻的水样。每隔4至5天，于灭菌操作台前进行取样，使用光学显微镜进行计数，计算藻细胞的大小，获取细胞和群体的初始浓度C₀和直径大小d。之后计算细胞和群体的体积分率φ。通过公式计算细胞和群体的体积分率。

(2)将上述水样分别放入对应的库埃特装置内外筒间隙内，通过步进控制器调整外筒转速，使得所产生的层流剪切率G为30s^-1，所述G通过公式确定，其中N为外筒转速，R为内筒半径，R₂为外筒半径；进行旋转30min。

(3)装置运行30min后，再次利用光学显微镜手段进行细胞和群体个数的测定，其中每单个蓝藻群体计为1个，获取运行半小时后的藻颗粒物(包括细胞和群体)的总浓度C_t。

(4)计算上述微囊藻细胞的粘滞系数α。所述其中G为步骤(2)所述的剪切率，φ为初始总体积分率，t为旋转时间。本实施例通过计算得出不同微囊藻种的细胞粘滞系数，结果见图2所示。

实施例2

不同氮浓度处理的铜绿微囊藻的粘滞系数测定

(1)将纯种铜绿微囊藻(FACHB-1214)使用BG11培养液进行培养。BG-11培养基以硝酸钠(NaNO₃)作为氮源，以控制实验中的初始氮浓度。本实验设置3个处理组，其中1个处理组为对照组(BG11培养液，其中氮浓度为247mg/L)。其他2个处理组分别为无氮组(BG11培养液，其中氮浓度为0mg/L)，低氮组(BG11培养液，其中氮浓度为2.47mg/L)。培养11天后取出含有铜绿微囊藻的培养液。使用光学显微镜进行计数，计算藻细胞的大小，获得对照组藻颗粒物浓度为1.13×10⁵个/mL，直径大小为：15.28μm，无氮组藻颗粒物浓度为1.88×10⁵个/mL，直径大小为：19.35μm，低氮组藻颗粒物浓度为1.17×10⁵个/mL，直径大小为：16.25μm。根据上述直径和浓度，通过公式计算各组的初始总浓度C₀和体积分率φ。

(2)将含有蓝藻细胞的培养液分别放入对应的库埃特装置内外筒间隙内，通过步进控制器调整外筒转速，使得所产生的层流剪切率G为30s^-1，所述G通过公式确定，其中N为外筒转速，R为内筒半径，R₂为外筒半径；进行旋转30min。

(3)装置运行30min后，再次利用光学显微镜手段进行细胞和群体个数的测定，其中单个蓝藻群体计为1个。其中对照组藻颗粒物浓度为1.21×10⁵个/mL，无氮组藻颗粒物浓度为1.67×10⁵个/mL，低氮组藻颗粒物浓度为8.37×10⁴个/mL。

(4)计算上述蓝藻细胞的粘滞系数α。所述其中G为步骤(2)所述的剪切率，φ为初始总体积分率，t为旋转时间，圆筒转动半小时后的细胞和群体的浓度C_t。

本实例通过计算得出不同氮营养盐处理的铜绿微囊藻细胞粘滞系数，结果如表1所示。

表1

实施例3

本实施例3与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中控制层流的剪切率为5s^-1，旋转时间为20min。其余步骤相同。

实施例4

本实施例4与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中控制层流的剪切率为10s^-1，旋转时间为60min。其余步骤相同。

实施例5

本实施例5与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中控制层流的剪切率为40s^-1，旋转时间为50min。其余步骤相同。

实施例6

本实施例6与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中控制层流的剪切率为50s^-1，旋转时间为30min。其余步骤相同。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。