CN101638620A - 一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置 - Google Patents

一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置，属于水环境领域。包括反应柱和位于反应柱顶部外的光源、加热水槽，反应柱顶部无菌密封，反应柱外表面设置无菌曝气进口、培养液进口、无菌搅拌气流进口、循环水出口，中间设置取样口，下部设置循环水的进口。方法步骤为：藻种的扩大培养；培养液和模拟装置的灭菌；将培养液放置到反应柱中；将蓝藻接种到反应柱里面进行密封；设置环境条件，然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。本发明使藻类可以在无菌的环境中生长，可有效模拟蓝藻水华。本发明装置结构简单，体积小，易操作，可移动性强，室内外均可使用，还可以与光照培养箱配套使用。制作方便，成本低。

Description

一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种模拟水华发生的方法和装置，更具体的说是一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展与城乡建设的加快，沿河湖地区氮、磷、有机物等污染物的排放逐年增加，湖泊水环境的污染问题日趋严重，主要表现为湖泊水体富营养化和蓝藻水华的暴发，目前我国长江中下游五大淡水湖和城市湖泊大部分进入富营养化阶段，太湖、巢湖部分湖区已进入重富营养化阶段。
水体富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏的现象。
河、湖等天然水体的富营养化导致河湖水体蓝藻水华暴发频率逐步增加；蓝藻水华，通常是指水体达到富营养化或严重富营养化状态，在一定的光照、温度等条件下，蓝藻暴发性繁殖，引起明显的水色变化，并在水面形成绿色或其他颜色的藻类的漂浮物现象。
蓝藻水华发生的主要原因可分为化学因素、物理因素、生物因素等：
1、化学因素：包括湖泊水体富营养化阶段藻类生长所需要的主要营养元素氮、磷、微量元素等。氮是藻类自身的组成元素，磷直接参与藻类光合和呼吸作用、酶系统活化和能量转化等过程，两者都是藻类生长和水华发生不可缺少的；微量元素也是藻类生长的必要条件。
2、物理因素：适宜的温度、光照、风力、湖流。蓝藻水华一般在温度较高、风力较小、湖流较缓的夏秋季节暴发，一般认为蓝藻生长的最佳水温是28℃。研究表明，光照强度和光暗比对蓝藻的生长有很大的影响。光照时间越长，蓝藻获得能量越多，有利于合成各种细胞组成成分，促进细胞生长繁殖。
3、生物因素：蓝藻具有较强的与其它水生植物、生物竞争机制，也具有休眠机制和二氧化碳浓缩机制等。休眠机制：有的形成厚壁孢子，有的形成藻殖段，有的形成非专性结构的休眠体；环境适宜时，在底泥中生长，并由底泥上升到水体中，这些休眠体就复苏，繁殖，上浮形成水华。水华蓝藻还具有高效吸收利用外源无机碳的二氧化碳浓缩机制。在低浓度的CO2介质中，蓝藻可以通过主动吸收、高效利用外源无机碳，在细胞内积累比介质高几百到几千倍的CO2浓度。
目前，能够形成水华的藻类最主要的是蓝藻门的种类，其中常见的是微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena)、颤藻(Oscillatoria)、平裂藻(Merismopedia)、束丝藻(Aphanizomenon)、项圈藻(Anabaenopsis)、螺旋藻(Spirulina)、拟柱胞藻(Cylindrospermopsis)、节球藻(Nodularia)、席藻(Phormidium)、鞘丝藻(Lynbya)、微鞘藻(Microcoleus)及浮游颤藻(Planktothrix)等。我国蓝藻水华优势种主要是微囊藻，其属蓝藻门蓝藻纲色球藻目色球藻科。在蓝藻水华暴发机理研究过程中，通过分离纯化转入实验室培养后，群体形态上浮特征往往消失，无论其培养条件如何优化，却仍保持单细胞形态，难以形成野外水华的群体特征，阻碍了水华形成机理的研究。
蓝藻水华的暴发危及了我国城乡居民的身体健康和生态环境，是制约社会经济可持续发展的限制因素之一。因此，研究蓝藻水华发生机理成为当前环境领域的研究重点，然而至今未见有关模拟蓝藻水华上浮的装置的报道。
目前，孔繁翔等提出蓝藻生长与水华形成经历越冬休眠、春季复苏、生长和集聚上浮并形成水华四阶段理论(孔繁翔，生态学报，2005)，阐述了蓝藻水华发生的四个阶段；储昭升等采用室内大型湖泊模拟装置对铜绿微囊藻和孟氏颤藻的生长特征进行了研究(储昭升、金相灿，环境科学学报，2006)；Okada等应用湖泊模拟装置较好地模拟了3m深湖泊中铜绿微囊藻、衣藻、针尖杆藻的生长特征(Okada，Japan Journal of Water Pollution Research，1988)。上述研究表明，国内外研究工作者已对蓝藻水华发生机理进行了较为深入的研究，但到目前为止，国内外有关蓝藻水华发生关键阶段-上浮阶段装置的研究尚未有开发，影响了蓝藻水华发生机理的研究进展。
发明内容
1、要解决的技术问题
针对现有装置难以模拟蓝藻水华上浮，本发明提供一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置，可以有效模拟蓝藻水华上浮的方法，从而可以促进原位蓝藻水华发生机理的研究。使用该装置可以调整不同的物理、化学、生物因素，研究各因素对蓝藻上浮特性的影响，促进对蓝藻水华发生的环境条件的研究。
2、技术方案
本发明的原理：
该圆柱形装置，每隔一定的距离设置取样口。透光性能较好，可以模拟浅水湖泊光照强度的变化，即随着深度的增加，水下光照强度急剧下降。溶解氧随水深的增加而降低，在反应柱的不同高度会形成包括溶解氧，pH，营养物质，生物量等在内的一系列变化梯度，从而影响蓝藻的分布。在该装置不同高度设置取样口采样，通过测量培养液的吸光度或藻的个数，以及其他的一些生物化学指标，研究藻种的上浮特征，从而可以有效模拟蓝藻水华。
本发明的技术方案：
一种模拟蓝藻水华上浮的装置，包括反应柱和位于反应柱顶部外的光源、与反应柱有水管连接的加热水槽，反应柱顶部为透明无菌密封结构，反应柱柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口、培养液进口、无菌搅拌气流进口、循环水出口，中间设置取样口，下部设置循环水的进口。
所述的无菌密封结构为无菌培养封口膜。加热水槽内装有温度探头，温度探头外联有温度控制器。光源装有光强控制器，可以调节控制光的强度。反应柱外的培养液储槽通过培养液进口与反应柱联接。
光照强度的控制：①.光照培养箱中实验，是通过设置光强参数控制；②.室内实验，装置采用灯光光源6照射，然后用光强计测量，采用光强控制器5调节光源控制光照强度；③.室外实验采用自然光照，光照强度通可过自动气象站监测获得实验数据；温度的控制：控制培养液温度在10～50±1℃，①.光照培养箱中实验，通过调节培养箱的参数即可控制温度。②.室内实验，采用恒温夹套由温度控制器18进行控制温度；③.室外实验，温度可通过自动气象站监测获得数据；
溶解氧浓度的控制：通过进气泵，由曝气进口稳定而缓慢地通入无菌空气于液面表层。无菌空气是通过装有多层孔径0.45um滤膜的无菌过滤器2过滤得到；
搅动的控制：通过进气泵，由无菌搅拌气流进口稳定而缓慢地通入无菌空气于液体中。无菌空气是通过装有多层孔径0.45um滤膜的无菌过滤器2过滤得到。
一种模拟蓝藻水华上浮的方法：
(A)藻种的扩大培养；
(B)实验培养液和模拟装置的灭菌。将配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌消毒；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，放置到(B)已灭菌模拟装置的反应柱中；
(D)将(A)中处于对数期的蓝藻接种到(C)已经放置培养液模拟装置的反应柱里面，并用无菌培养容器专用封口膜进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到设置好的环境条件下，然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征，测量藻密度、叶绿素a、吸光度等，观察蓝藻的上浮特征。
本方法实施中装置密封灭菌和接种，空气经过滤进入，培养过程中避免杂菌进入。
培养液化学因素：pH5～11，氮浓度0.1～10mg/L，磷浓度0.005～2mg/L，氮磷比1～50，以及微量元素铁浓度0.01～10mg/L，锰浓度0.001～60mg/L，铜浓度0.001～1mg/L，锌浓度0.01～1mg/L，钼浓度0.001～0.1mg/L，硼浓度0.001～10mg/L，镍0.001～0.1mg/L。
步骤A中的藻种为水华微囊藻Microcystis flos-aquae、铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、绿色微囊藻Microcystis viridis或惠氏微囊藻Microcystiswesenbergii。
3、有益效果
本发明提供了一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置，结合无菌培养，使藻类可以在无菌的环境中生长，从而减少外界环境对实验结果的干扰。本发明装可以控制各种物理、化学、生物因素，如温度、光照强度、溶解氧、氮磷浓度、微量元素浓度等，实验现象明显，可有效模拟各种因素对蓝藻水华发生机理的影响，从而有效模拟蓝藻水华。
本发明装置集成了无菌过滤系统，通过无菌气体的通入，对装置内一定水位水体实行搅拌，可以模拟研究湖泊水体风浪过程对水体中蓝藻生长状态的影响。
本发明装置结构简单，体积小，易操作，可移动性强，室内外均可使用，还可以与光照培养箱配套使用。制作方便，成本低。因此，该发明是模拟蓝藻水华发生机理的有效装置。
附图说明
图1.室内小试藻密度、叶绿素a、藻吸光度随反应柱高度的变化曲线，-■-藻密度(5×104个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图2.吸光度与叶绿素a和藻密度的相关性分析，-◆-藻密度(5×104个数/mL)，-■-吸光度A680；
图3.室内中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-▲-藻密度(×103个数/mL)，-■-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图4.野外中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-■-藻密度(×106个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图5.野外中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-■-藻密度(×106个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图6.野外中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-◆-藻密度(×105个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-■-吸光度A680；
图7.野外中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-■-藻密度(×106个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图8.野外中试藻密度、叶绿素a、吸光度随反应柱高度的变化曲线，-■-藻密度(×105个数/mL)，-▲-叶绿素a(mg/m3)，-◆-吸光度A680；
图9.模拟蓝藻水华上浮装置结构示意图，1进气泵，2无菌过滤器，3空气流量计，4阀门，5光强控制器，6光源，7无菌培养容器封口膜，8无菌曝气进口，9培养液进口，10无菌搅拌气流进口，11循环水出口，12反应柱，13取样口，14循环水进口，15提升泵，16培养液储槽，17排气阀，18温度控制器，19温度探头，20加热水槽。
具体实施方式
下面培养液中的化学组分含量在以下范围内：pH5～11，氮浓度0.1～10mg/L，磷浓度0.005～2mg/L，氮磷比1～50，以及微量元素铁浓度0.01～10mg/L，锰浓度0.001～60mg/L，铜浓度0.001～1mg/L，锌浓度0.01～1mg/L，钼浓度0.001～0.1mg/L，硼浓度0.001～10mg/L，镍0.001～0.1mg/L。
实施例1
室内小试
采用的装置：
模拟蓝藻水华上浮的装置包括进气泵1，无菌过滤器2，空气流量计3，阀门4，无菌培养容器封口膜7，无菌曝气进口8，培养液进口9，无菌搅拌气流进口10，反应柱12，取样口13，提升泵15，培养液储槽16和光照培养箱。由于使用光照培养箱可以控制光强和温度，光强控制器5、光源6、循环水进口14、出口11、排气阀17、温度控制器18、温度探头19、加热水槽20在此实施例不设置。反应柱12柱体外表面距上部4cm和8cm处分别设置无菌曝气进口8和无菌搅拌气流进口10，取样口13距离底部的距离分别为21cm、29cm、37cm、45cm。智能光照培养箱型号为Pax-25013。
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是水华微囊藻Microcystis flos-aquae，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基；
(B)实验培养液和模拟装置的灭菌。该装置由于体积较小，和配置好的培养液500mL一起放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，放置到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的水华微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟反应柱里面，接种量约5×104个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到设置好的光照培养箱里面，光照培养箱的参数设置：光周期12h/12h；光照强度4000Lux；温度25±1℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
培养约10天，形成蓝藻水华上浮现象。实验结果见表1和图1，随着反应柱深度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是降低的；在反应柱的表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。图2显示了吸光度与叶绿素a和藻密度的相关性，吸光度与叶绿素a的相关系数为0.8393，吸光度与藻密度的相关系数为0.8649，所以，吸光度与叶绿素a和藻密度的有非常好相关性，可以通过测量吸光度，推算藻密度和叶绿素a的含量，从而简化实验，节省时间。
表1.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00071
步骤(A)中改进的BG11培养基配制方法：
(1)改进的BG11配方如表2，配成5个母液：
表2.BG11配方母液
Figure G2009101845292D00081
(2)配制：按下列比例分别取上述母液①～⑤(③除外)，然后加入已溶解1.5g NaNO3的溶液中，定容到1000mL，调节其pH值为7.1。灭菌后在超净台里再按比例加入试剂③。
Stock1取用2mL；
Stock2取用10mL；
Stock3取用1mL；
Stock4取用10mL；
Stock5取用1mL；
总定容：1000mL。
其中，将氯化钙的母液单独灭菌，在配制好BG11的工作液并灭菌之后，按无菌操作法将氯化钙加入灭过菌的工作液中。
实施例2
室内中试
采用的装置：
模拟蓝藻水华上浮的装置包括进气泵1，无菌过滤器2，空气流量计3，阀门4，光强控制器5，氙灯6，无菌培养容器封口膜7，无菌曝气进口8，培养液进口9，无菌搅拌气流进口10，循环水出口11，反应柱12，取样口13，循环水进口14，提升泵15，培养液储槽16，排气阀17，温度控制器18，温度探头19，加热水槽20。反应柱的规格为直径50cm，高2.2m，每隔50cm设取样口13，反应柱材质为有机玻璃。其特征在于反应柱12顶部为透明无菌密封结构，反应柱12柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口8、培养液进口9、无菌搅拌气流进口10、循环水出口11，距离顶部的距离分别是4cm，8cm，15cm，20cm；取样口13距离底部的距离分别为10cm、60cm、110cm、160cm、210cm；下部设置循环水的进口14，距底部的距离为5cm。
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是水华微囊藻Microcystis flos-aquae，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用BG11培养基，配置方法同实施例1；
(B)实验培养液和模拟装置的灭菌。配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟反应柱中；
(D)将(A)中处于对数期的水华微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约2×103个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到设置好的室内环境条件下，光源采用氙灯6，光周期12h/12h；光照强度4000Lux(由光强控制器5控制)；温度25±1℃(夹套恒温水浴由温度控制器18控制)。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；光照采用氙灯6照射，由光强控制器5调节氙灯控制光照强度；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封；温度由温度控制器18控制，加热水槽20里面的水温由温度探头19感应。
培养约10～18天，形成蓝藻水华上浮现象，在反应柱的表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表3和图3，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的。
表3.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00091
Figure G2009101845292D00101
实施例3
野外中试
采用的装置：
模拟蓝藻水华上浮的装置包括进气泵1，无菌过滤器2，空气流量计3，阀门4，无菌培养容器封口膜7，无菌曝气进口8，培养液进口9，无菌搅拌气流进口10，反应柱12，取样口13，提升泵15，培养液储槽16。反应柱的规格为直径50cm，高2.2m，每隔50cm设取样口13，反应柱材质为有机玻璃，由于是野外中试，不设置光强控制器5、光源6和加热装置。其特征在于反应柱12顶部为透明无菌密封结构，反应柱12柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口8、培养液进口9、无菌搅拌气流进口10，距离顶部的距离分别是4cm，8cm，15cm；取样口13距离底部的距离分别为10cm、60cm、110cm、160cm、210cm。
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基，配置方法同实施例1；
(B)实验培养液和模拟装置的灭菌。配置好的培养液放入高压锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的铜绿微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约2×106个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到室外环境条件下，采用FSR-3型移动式自动气象站进行气象要素检测，光照强度约80000LUX；平均气温30℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封。
培养10～19天，形成蓝藻水华上浮现象；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表4和图4，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的；在反应柱的上表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。
表4蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00111
实施例4
野外中试
采用的装置：
模拟蓝藻水华上浮的装置包括进气泵1，无菌过滤器2，空气流量计3，阀门4，无菌培养容器封口膜7，无菌曝气进口8，培养液进口9，无菌搅拌气流进口10，反应柱12，取样口13，提升泵15，培养液储槽16。反应柱的规格为直径200cm，高5m，每隔80cm设置取样口13，反应柱材质为玻璃钢，由于是野外中试，不设置光强控制器5、光源6和加热装置。其特征在于反应柱12顶部为透明无菌密封结构，反应柱12柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口8、培养液进口9、无菌搅拌气流进口10，距离顶部的距离分别是20cm，40cm，60cm；取样口13距离底部的距离分别为50cm、130cm、210cm、290cm、370cm、450cm。
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是绿色微囊藻Microcystis viridis，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基，配置方法同实施例1；
(B)实验培养液和模拟蓝藻水华上浮的装置灭菌。配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的绿色微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约4×106个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到室外环境条件下，采用FSR-3型移动式自动气象站进行气象要素检测，光照强度约90000LUX；平均气温25℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封。
培养12～20天，形成蓝藻水华上浮现象；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表5和图5，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的；在反应柱的上表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。
表5.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00121
Figure G2009101845292D00131
实施例5
野外中试
采用的装置：
同实施例4
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基，配置方法见实施例1；
(B)实验培养液和模拟蓝藻水华上浮的装置灭菌。配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的铜绿微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约4×105个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到室外环境条件下，采用FSR-3型移动式自动气象站进行气象要素检测，光照强度约70000LUX；平均气温25℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封。
培养12～20天，形成蓝藻水华上浮现象；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表6和图6，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的；在反应柱的上表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。
表6.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00141
实施例6
野外中试
采用的装置：
同实施例4
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是惠氏微囊藻Microcystis wesenbergii，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基，配置方法见实施例1；
(B)实验培养液和模拟蓝藻水华上浮的装置灭菌。配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的惠氏微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约5×105个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到室外环境条件下，采用FSR-3型移动式自动气象站进行气象要素检测，光照强度约85000Lux；平均气温20℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封。
培养12～20天，形成蓝藻水华上浮现象；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表7和图7，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的；在反应柱的上表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。
表7.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00151
实施例7
野外中试
采用的装置：
同实施例4
实验方法步骤：
(A)藻种的扩大培养，采用藻种是水华微囊藻Microcystis flos-aquae，由中科院武汉水生生物研究所提供。采用改进的BG11培养基，配置方法见实施例1；
(B)实验培养液和模拟蓝藻水华上浮的装置灭菌。配置好的培养液放入高压灭菌锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌，在30w的紫外灯下灭菌1小时；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，提升泵15打入到(B)已灭菌的模拟装置中；
(D)将(A)中处于对数期的水华微囊藻接种到(C)已经放置培养液的模拟装置里面，接种量约7×104个数/mL，并用无菌培养容器专用封口膜7进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到室外环境条件下，采用FSR-3型移动式自动气象站进行气象要素检测，光照强度约70000Lux；平均气温27℃。然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。
通过进气泵1进行曝气和搅动，然后通过无菌过滤器2得到无菌空气，由空气流量计3控制曝气量和搅动强度；通过提升泵15将培养液储槽16中的灭菌培养液打入反应柱12；反应柱12由无菌培养容器封口膜7密封。
培养12～20天，形成蓝藻水华上浮现象；定时采用无菌气体通入，模拟进行湖泊水体风浪对蓝藻上浮的影响实验，实验结果见表8和图8，随着反应柱高度的增加，吸光度、藻密度、叶绿素a三者的值都是升高的；在反应柱的上表面还可以清楚的看到蓝藻聚集形成的颗粒。
表8.蓝藻上浮特征指标
Figure G2009101845292D00161

Claims (10)

1.一种模拟蓝藻水华上浮的装置，包括反应柱(12)和位于反应柱顶部外的光源(6)、与反应柱有水管连接的加热水槽(20)，其特征在于反应柱(12)顶部为透明无菌密封结构，反应柱(12)柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口(8)、培养液进口(9)、无菌搅拌气流进口(10)、循环水出口(11)，中间设置取样口(13)，下部设置循环水的进口(14)。
2.根据权利要求1所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于所述的无菌密封结构为无菌培养封口膜(7)。
3.根据权利要求2所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于加热水槽(20)内装有温度探头(19)，温度探头(19)外联有温度控制器(18)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于光源(6)装有光强控制器(5)。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于位于反应柱(12)外的培养液储槽(16)通过培养液进口(9)与反应柱连接。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于反应柱光照强度控制范围0～120000Lux，培养液温度10～50±1℃，光暗比0.6～1.67。
7.一种模拟蓝藻水华上浮的方法，其步骤为：
(A)藻种的扩大培养；
(B)实验培养液和模拟装置的灭菌：将配置好的培养液放入高压锅，在121℃进行高温灭菌20～30分钟；采用紫外辐射方法灭菌消毒；
(C)将(B)中已经灭菌好的培养液，放置到(B)已灭菌模拟装置的反应柱中；
(D)将(A)中处于对数期的蓝藻接种到(C)已经放置培养液模拟装置的反应柱中，并用无菌培养容器专用封口膜进行密封；
(E)将(D)接种后的模拟装置放到设置好的环境条件下，经过培养形成蓝藻上浮，然后定期取样分析。
8.根据权利要求7所述的模拟蓝藻水华上浮的方法，其特征在于调节培养液化学因素：pH5～11，氮浓度0.1～10mg/L，磷浓度0.005～2mg/L，氮磷比1～50，以及微量元素铁浓度0.01～10mg/L，锰浓度0.001～60mg/L，铜浓度0.001～1mg/L，锌浓度0.01～1mg/L，钼浓度0.001～0.1mg/L，硼浓度0.001～10mg/L，镍0.001～0.1mg/L。
9.根据权利要求7或8所述的模拟蓝藻水华上浮的方法，其特征在于装置密封灭菌和接种，空气经过滤进入，培养过程中避免杂菌进入。
10.根据权利要求7或8所述的模拟蓝藻水华上浮的方法，其特征在于步骤A中的藻种为水华微囊藻Microcystis flos-aquae、铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、绿色微囊藻Microcystis viridis或惠氏微囊藻Microcystis wesenbergii。
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