一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置及实验方法

摘要

本发明涉及一种分析沉积物的实验装置，具体公开了一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置，包括微生物培养及透析装置和沉积物培养室，所述微生物培养及透析装置包括微生物培养池和透析装置，所述透析装置包括透析袋，所述透析袋两端通过密封组件密封，所述密封组件设有可接入软管的标准接口，所述标准接口实现透析袋与外界的连通；所述沉积物培养室包括沉积物储存室和锥形砂芯装置；所述微生物培养及透析装置和所述沉积物培养室通过溶液输送软管实现连通。本发明还公开了采用该装置的实验方法及其应用。本发明实现了微生物与沉积物实时透析、过滤分离，同时实现了微生物活性物质与沉积物相互作用的模拟研究。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析沉积物的实验装置，具体涉及一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置及实验方法。

背景技术

微生物在水环境如湖泊营养物质循环和各化学物质分解等过程中扮演着重要角色，可以说是湖泊中物质循环的主要推动力。水环境中的微生物如藻类、细菌等通过自身的代谢活动，包括无机物与有机物之间的相互转化、各种元素和化合物在微生物-水体-沉积物等之间的循环，这些直接影响水体与沉积物中碳氮磷等营养元素的赋存形态和迁移转化过程，进而影响水体的营养状况。尤其是，富营养化湖泊导致蓝藻水华的暴发，蓝藻-水体-沉积物之间的相互作用，对沉积物中大量储存的营养的释放及其生物有效性具有强烈的影响。因此，研究沉积物-微生物-水体之间的相互作用，是揭示水环境中营养盐循环与生命耦合过程的关键环节，也是蓝藻治理的重要科学依据。

微生物通过胞外分泌物与沉积物相互作用是微生物与沉积物相互作用的主要方式之一。目前，微生物与沉积物相互作用的研究装置或方法主要为简单的容器如烧杯、培养皿中加入沉积物、培养液以及微生物，构成水体-微生物-沉积物系统，并研究微生物与沉积物相互作用；另外，也有通过离心、过滤和透析等方式，将微生物分泌物如胞外酶等分离后，加入水-沉积物体系中培养，间接分析微生物与沉积物的相互作用。但是，这些方法对于研究微生物与沉积物相互作用存在以下主要问题：1)将沉积物与微生物直接混合，微生物可能直接吸附于沉积物表面，对沉积物中营养盐等变化进行分析时，其中也包括了微生物本身的有机组分；2)将微生物分泌的活性物质与微生物本身分离，再将这些活性物质与沉积物进行培养，也不能准确、实时模拟微生物与沉积物相互作用，如在分离活性物质作用下，沉积物释放营养物质等对微生物再作用等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置及实验方法。

本发明的一个目的是提供一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置，包括装置主体，所述装置主体包括微生物培养及透析装置和沉积物培养室，所述微生物培养及透析装置包括微生物培养池和透析装置，所述透析装置包括透析袋，所述透析两端通过密封组件密封，所述密封组件设有可接入软管的标准接口，所述标准接口实现透析袋与外界的连通；

所述沉积物培养室包括沉积物储存室和锥形砂芯装置，所述沉积物储存室为中空筒体结构，所述锥形砂芯装置包括位于沉积物储存室上方的上锥形砂芯装置和下方的下锥形砂芯装置；

所述沉积物储存室上部内嵌可拆卸砂芯滤芯，下部内嵌固定的砂芯滤芯；所述上锥形砂芯装置的底部内嵌有固定的砂芯滤芯，所述下锥形砂芯装置的底部内嵌有可拆卸的砂芯滤芯；所述沉积物储存室上部的可拆卸砂芯滤芯与所述上锥形砂芯装置底部的砂芯滤芯之间设有玻璃纤维滤膜；所述沉积物储存室下部的砂芯滤芯与所述下锥形砂芯装置底部的可拆卸砂芯滤芯之间设有玻璃纤维滤膜；所述沉积物储存室的两端面和所述锥形砂芯装置的底面均设有磨口玻璃，所述沉积物储存室和所述锥形砂芯装置通过所述磨口玻璃实现密封连接；

所述上锥形砂芯装置和下锥形砂芯装置的顶部均设有带软管的橡皮塞；

所述微生物培养及透析装置和所述沉积物培养室通过溶液输送软管实现连通。

进一步地，所述微生物培养池内含有微生物及其培养液，用于微生物培养。

进一步地，所述透析装置还包括透析袋内支撑管和透析袋内支撑管支架，用于透析袋的支撑和固定。

进一步地，所述密封组件包括透析袋外密封盖，所述透析袋外密封盖与所述透析袋内支撑管连接底部设有外密封圈，所述透析袋外密封盖内侧设有内卡口，所述透析袋支撑管与透析袋外密封盖通过所述外密封圈和内卡口实现固定连接，并实现透析袋的固定密封和拆卸。

进一步地，所述标准接口穿过外密封盖和内卡口实现透析袋与外界的连通；所述标准接口和内卡口之间设有内密封圈，用于实现标准接口的进一步固定和密封。

进一步地，所述可拆卸砂芯滤芯的下方均设有可拆卸砂芯滤芯支撑部件，用于支撑可拆卸砂芯滤芯。

进一步地，所述磨口玻璃上设有圆周形凹槽；所述凹槽内装有O型密封圈，并通过夹子进一步实现所述沉积物储存室与锥形砂芯装置的固定、密封连接。

进一步地，所述沉积物培养室还包括固定架，用于实现沉积物培养室的固定。

进一步地，所述主体装置还包括两台蠕动泵，所述蠕动泵位于微生物培养及透析装置的两端，通过溶液输送软管联通微生物培养及透析装置和沉积物培养室。实现微生物分泌胞外活性物质与沉积物的实时相互作用，同时实现微生物与沉积物分离。

更进一步地，两台蠕动泵设定流量一致，防止透析袋和沉积物培养室各连接口压力过大而导致循环液溢出。

更进一步地，所述透析袋支撑管、透析袋支撑管支架和透析袋外密封盖为聚四氟乙烯材料。

进一步地，所述透析袋的规格为35000道尔顿(Da)，标称孔径为4.0nm，用于透过微生物分泌胞外活性物质，而将微生物培养液中微生物体本身截留在培养液中。

进一步地，所述玻璃纤维滤膜的孔径为0.45μm。

进一步地，所述沉积物培养室中通过可拆卸砂芯滤芯，将沉积物放置于沉积物储存室中，并通过可拆卸砂芯滤芯、玻璃纤维滤膜和砂芯滤芯实现沉积物与循环溶液的分离。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述装置分析沉积物营养盐释放与蓝藻生长之间的相互关系的实验方法，所述方法包括在微生物培养池中直接进行藻类或细菌的培养，并将采集的沉积物样品放置于沉积物储存室中进行培养。

进一步地，所述藻类为微囊藻、鱼腥藻和束丝藻中的至少一种。

本发明的再一个目的是提供了上述装置在分析藻类或细菌与沉积物相互作用、沉积物营养盐释放过程与藻类或细菌的生长过程耦合关系中的应用。

本发明还提供了上述装置用于固体物质或其悬浊溶液在微生物作用下的降解和释放分析中的应用。

进一步地，所述固体物质为吸附营养盐的矿物。

本发明的装置操作简便、过程控制灵活，可实现微生物与沉积物实时透析、过滤分离，分离后的微生物胞外溶解性活性物质间接作用于沉积物，而沉积物中释放的营养盐可以进一步提供给微生物的生长，实现了微生物与沉积物之间相互作用模拟研究，同时又避免了微生物活体直接吸附于沉积物表面，进而准确判断沉积物中营养盐的变化特征，以及微生物的生长变化特征，达到良好模拟实验效果。

附图说明

图1本发明实验装置的整体结构示意图；

图2本发明主要部件包括透析装置与沉积物培养室示意图；

图中，a、透析装置，b、沉积物培养室，1、微生物培养池，2、微生物及其培养液，3、透析袋，4、透析袋内支撑管，5、透析袋内支撑管支架，6、透析袋外密封盖，7、标准接口，8、外密封圈，9、内密封圈，10、内卡口，11、溶液输送软管，12、蠕动泵，13、固定架，14、锥形砂芯装置，15、砂芯滤芯，16、磨口玻璃，17、凹槽，18、沉积物储存室，19、可拆卸砂芯滤芯支撑部件，20、可拆卸砂芯滤芯，21、带软管的橡皮塞，22、玻璃纤维滤膜，23、O型密封圈

具体实施方式

下面现结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-2所示，一种微生物与沉积物相互作用的实验模拟装置，包括装置主体，装置主体包括微生物培养及透析装置和沉积物培养室，微生物培养及透析装置包括微生物培养池1和透析装置，透析装置包括透析袋3，透析袋3两端通过密封组件密封，密封组件设有可接入软管的标准接口7，标准接口7实现透析袋3与外界的连通；

沉积物培养室包括沉积物储存室18和锥形砂芯装置14，沉积物储存室18为中空筒体结构，锥形砂芯装置14包括位于沉积物储存室18上方的上锥形砂芯装置和下方的下锥形砂芯装置；

所述沉积物储存室18上部内嵌可拆卸砂芯滤芯20，下部内嵌固定的砂芯滤芯15；所述上锥形砂芯装置的底部内嵌有固定的砂芯滤芯15，所述下锥形砂芯装置的底部内嵌有可拆卸的砂芯滤芯20；所述沉积物储存室18上部的可拆卸砂芯滤芯20与所述上锥形砂芯装置底部的砂芯滤芯15之间设有玻璃纤维滤膜22；所述沉积物储存室18下部的砂芯滤芯15与所述下锥形砂芯装置底部的可拆卸砂芯滤芯20之间设有玻璃纤维滤膜22；沉积物储存室18的两端面和锥形砂芯装置14的底面均设有磨口玻璃16，沉积物储存室18和锥形砂芯装置14通过磨口玻璃16实现密封连接；

上锥形砂芯装置和下锥形砂芯装置的顶部均设有带软管的橡皮塞21；

微生物培养及透析装置和沉积物培养室通过溶液输送软管11实现连通。

微生物培养池1内含有微生物及其培养液2，用于微生物培养。

透析装置还包括透析袋内支撑管4和透析袋内支撑管支架5，用于透析袋的支撑和固定。

密封组件包括透析袋外密封盖6，透析袋外密封盖6与透析袋内支撑管4连接底部设有外密封圈8，透析袋外密封盖6内侧设有内卡口10，透析袋支撑管4与透析袋外密封盖6通过外密封圈8和内卡口10实现固定连接，并实现透析袋的固定密封和拆卸。

标准接口7穿过外密封盖6和内卡口10实现透析袋3与外界的连通；所述标准接口7和内卡口10之间设有内密封圈9，用于实现标准接口7的进一步固定和密封。

沉积物储存室18和下锥形砂芯装置的内部设有可拆卸砂芯滤芯支撑部件19，可拆卸砂芯滤芯支撑部件19位于可拆卸砂芯滤芯20的下方，用于支撑可拆卸砂芯滤芯20。磨口玻璃16上设有圆周形凹槽17；凹槽17内装有O型密封圈23，并通过夹子进一步实现沉积物储存室18与锥形砂芯装置14的固定、密封连接。

沉积物培养室还包括固定架13，用于实现沉积物培养室的固定。

主体装置还包括两台蠕动泵12，蠕动泵位于微生物培养及透析装置的两端，通过溶液输送软管11联通微生物培养及透析装置和沉积物培养室。实现微生物分泌胞外活性物质与沉积物的实时相互作用，同时实现微生物与沉积物分离。

蠕动泵12设定流量一致，防止透析袋3和沉积物培养室各连接口压力过大而导致循环液溢出。

透析袋支撑管4、透析袋支撑管支架5和透析袋外密封盖6为聚四氟乙烯材料。

透析袋3的规格为35000道尔顿(Da)，标称孔径为4.0nm，用于透过微生物分泌胞外活性物质，而将微生物培养液2中微生物体本身截留在培养液中。

玻璃纤维滤膜22的孔径为0.45μm。

沉积物培养室中通过可拆卸砂芯滤芯20，将沉积物放置于沉积物储存室18中，并通过可拆卸砂芯滤芯20、玻璃纤维滤膜22和砂芯滤芯15实现沉积物与循环溶液的分离。

采用上述装置分析沉积物营养盐释放与蓝藻生长之间的相互关系时，在微生物培养池中直接进行藻类或细菌的培养，并将采集的沉积物样品通过沉积物培养室上部或下部的可拆缷砂芯滤芯放置于沉积物储存室中进行培养；透析装置中的透析袋可以透过培养液中微生物分泌胞外活性物质，而将微生物培养液中微生物体本身截留在培养液中，沉积物通过可拆缷砂芯滤芯、玻璃纤维滤膜和砂芯滤芯实现与循环溶液的分离，通过蠕动泵的作用，含有微生物分泌胞外活性物质的循环溶液经溶液输送软管的输送，实现了微生物分泌胞外活性物质与沉积物的实时相互作用，同时实现微生物与沉积物分离。

其中，藻类可以为微囊藻、鱼腥藻和束丝藻中的至少一种。

本实施例的装置可应用于分析藻类或细菌与沉积物相互作用、沉积物营养盐释放过程与藻类或细菌的生长过程耦合关系。

本实施例的装置也可用于固体物质如吸附营养盐的矿物或其悬浊溶液在微生物作用下的降解和释放分析。

本实施例的装置实现了微生物与沉积物实时透析、过滤分离，分离后的微生物胞外溶解性活性物质间接作用于沉积物，而沉积物中释放的营养盐进一步提供给微生物的生长，实现了微生物与沉积物之间相互作用模拟研究，同时又避免了微生物活体直接吸附于沉积物表面，进而准确判断沉积物中营养盐的变化特征，以及微生物的生长变化特征，达到良好模拟实验效果。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。