CN106719110A - 海洋微宇宙体系及构建方法和快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了海洋微宇宙体系及构建方法和快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法。本发明海洋微观宇宙体系构建方法中，通过构建由培养液、沉积物以及藻类、原生生物、虾、鱼类所组成的海洋微宇宙体系，能够真实有效的模拟表层海域微宇宙体系；同时，本发明海洋微观宇宙体系具有食物链结构完整，能够真实模拟表层海域生态环境等优点。本发明所提供的快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法，具有评估方法快捷准确，并能够真实反映石油污染物对表层海域生态环境影响等优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油污染物对生态系统影响评估领域，具体而言，涉及海洋微宇宙体系及构建方法和快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法。
背景技术
石油及其产品在开采、炼制、贮运以及使用过程中，由于人工排污或者渗漏，很容易使得石油进入海洋环境中，这就会造成海洋石油污染。
石油在海面上形成的油膜减弱了太阳辐射透入海水的能量，会影响海洋植物的光合作用。同时，石油污染物会干扰生物的摄食、繁殖、生长、行为和生物的趋化性等能力。受石油严重污染的海域还会导致个别生物种丰度和分布的变化，从而改变群落的种类组成。高浓度的石油会降低微型藻类的固氮能力，阻碍其生长，终而导致其死亡。沉降于潮间带和浅水海底的石油，使一些动物幼虫、海藻孢子失去适宜的固着基质或使其成体降低固着能力。由此可见，石油对海洋生物生存以及繁殖甚至是海洋生物多样性都有着很大的影响。因此，有效的测试并评估海洋中不同石油浓度对海洋生物的影响，并据此对海洋水质标准以及排污标准进行更加严格的核定，也就成了亟待解决的技术问题。
在早期，石油等污染物对海洋生物影响的评估实验是在人工构建的模拟海洋生态环境的生态系统中(即海洋微宇宙生态系统)进行的。但由于海水成分复杂，且不停的与周围的环境进行着物质和能量交换，而且海上操作又易受到气候等因素的影响，耗时较长，且费用也十分昂贵，因而并不十分适于评估检测。
为了解决这一问题，科学家提出了人工模拟海洋生态环境进行科学研究的理论，即海洋微宇宙理论，并通过一系列的试验证实了其可行性。
然而，现有技术所应用的微宇宙体系中，其生物链中仅包括了藻类和原生动物，并不包括节肢动物等高等生物，因而这种微宇宙体系并无法充分的模拟或者还原真实的海洋体系，也就无法准确评估石油等污染物对真实海洋生物体系的影响。
因此，急需构建一种新型海洋微宇宙体系，从而能够充分模拟还原真实的海洋体系，尤其是对光照强度以及污染物浓度更加敏感的表层海域微宇宙体系，从而能够有效的评估海洋中不同石油浓度对海洋生物的影响。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种海洋微观宇宙体系的构建方法，所述方法中，通过构建由培养液、沉积物以及藻类、原生生物、虾、鱼类所组成的海洋微宇宙体系，能够真实有效的模拟表层海域微宇宙体系，从而克服现有技术中无法还原表层海域真实环境和生物组成的技术问题，进而也可以进一步解决现有技术无法准确评估石油等污染物对真实表层海域海洋生物体系影响的技术问题。本发明具有构建方法简便，并能够真实模拟表层海域生态情况等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的海洋微观宇宙体系，本发明海洋微观宇宙体系具有食物链结构完整，能够真实模拟表层海域生态环境等优点。
本发明的第三个目的在于提供一种快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法，本发明方法中采用本发明海洋微观宇宙体系进行石油污染物的污染实验，具有评估方法快捷准确，并能够真实反映石油污染物对表层海域生态环境影响等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种海洋微宇宙体系的构建方法，所述方法包括如下步骤：在容器中加入石英砂、几丁质、纤维素以及培养液，然后在容器中加入海藻以及水生动物，并经过培养，即得所述海洋微宇宙体系；其中，所述水生生物为褶皱臂尾轮虫、中华哲水蚤、鯷鱼、海洋青鳉鱼、凡纳对虾的混合水生生物。
本发明中，通过构建由培养液、沉积物以及藻类、原生生物、虾、鱼类所组成的海洋微宇宙体系，能够真实有效的模拟表层海域微宇宙体系，具有构建方法简便，并能够真实模拟表层海域生态情况等优点。
可选的，本发明中，所述培养基为f/2培养基、PESI培养基、PES培养基、MES培养基、Asp培养基中的一种或几种培养基的混合培养基。优选的，本发明中，所述培养基为f/2培养基。
本发明中，通过对所用培养基的选择和调整，选择更加适宜海藻生长、且更为接近表层海域体系中营养物质组成的营养基作为培养基，从而不仅能够有效培育海藻繁殖，还能够真实模拟表层海域生态情况。
可选的，本发明中，所述Asp培养基为Asp1、Asp2、Asp6、Asp7、Asp12中的一种或几种的混合Asp培养基。
可选的，本发明中，所述培养为在光照强度为2500-3500l ux以及15-30℃温度条件下进行的培养。优选的，本发明中，所述培养为在光照强度3000l ux以及20-25℃温度条件下进行的培养。
可选的，本发明中，所述培养是在12h光照，12h黑暗的交替光照周期条件下进行的。
可选的，本发明中，所述石英砂的加入量为150-250g，所述几丁质的加入量为0.2-1g，所述纤维素的加入量为0.2-1g，所述培养基的加入量为2-4L。
本发明中，通过对营养物质和沉积物用量的进一步调整和优化，从而进一步还原了真实表层海域环境，也使得本发明微宇宙体系更接近真实表层海域环境。
可选的，本发明中，所述石英砂的加入量为180-200g。
可选的，本发明中，所述几丁质的加入量为0.5-0.8g。
可选的，本发明中，所述纤维素的加入量为0.5-0.8g。
可选的，本发明中，所述培养基的加入量为3L。
可选的，本发明中，所述海藻为青岛大扁藻三角褐指藻、海水小球藻、米氏凯伦藻、中肋骨条藻、小新月菱形藻、东海原甲藻、链状亚历山大藻、旋链角毛藻、海洋原甲藻、球等鞭金藻、念珠直链藻中的一种或几种的混合海藻。
本发明中，通过对所加入海藻的进一步选择和调整，选用表层海域中常见、且适于鱼虾捕食的海藻，进而使得本发明微宇宙体系中食物链结构更加完整和合理。
可选的，本发明中，所述在容器中加入海藻以及水生动物为先在容器中加入海藻，然后再在容器中加入褶皱臂尾轮虫、中华哲水蚤，并最后分次加入鯷鱼、海洋青鳉鱼、凡纳对虾。
可选的，本发明中，首先在容器中接种入海藻；然后在4d后，向容器中加入褶皱臂尾轮虫以及中华哲水蚤；最后，在3d后，向容器中加入鯷鱼、海洋青鳉鱼以及凡纳对虾。进一步的，海藻的接种量为104cells/ml；褶皱臂尾轮虫以及中华哲水蚤的加入量均为0.03个/ml；鯷鱼、海洋青鳉鱼以及凡纳对虾的加入量均为6条/L。
可选的，本发明中，所述鯷鱼、海洋青鳉鱼以及凡纳对虾分别为鯷鱼幼鱼、海洋青鳉鱼幼鱼以及幼体凡纳对虾。
同时，本发明还提供了一种海洋微宇宙体系，所述海洋微宇宙体系由本发明所述方法构建得到的。
本发明中，通过本发明方法构建海洋微宇宙体系，具有食物链结构完整，能够真实模拟表层海域生态环境等优点。
进一步的，本发明还提供了一种快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法，所述方法包括如下步骤：首先按照本发明所述方法平行构建海洋微宇宙体系，然后将不同浓度的石油污染物分别加入平行构建的海洋微宇宙体系中，并使得石油污染物均匀暴露于所述平行构建的海洋微宇宙体系中某一相或者多项基质中，然后进行危害测试，并定期检测平行构建的海洋微宇宙体系的系统结构和功能以及内环境指标，并进行对照评估，然后根据评估的结果确定引起微宇宙系统变化的最低石油污染物浓度。
本发明中，本发明方法中采用本发明海洋微观宇宙体系进行石油污染物的污染实验，具有评估方法快捷准确，并能够真实反映石油污染物对表层海域生态环境影响等优点。
可选的，本发明中，还进一步包括设置不加如石油污染物的海洋微宇宙体系，并将其作为对照组，与加入石油污染物的海洋微宇宙体进行定期的对照评估。
可选的，本发明中，所述定期检测为每隔24h取样检测。
可选的，本发明中，所述评估的实验周期为4d-20d。
可选的，本发明中，所述石油污染物是由石油原油与海水混合，并搅拌分液制得的。
可选的，本发明中，所述石油污染物是由石油原油与已过滤灭菌的海水混合后，在室温下连续搅拌，并将搅拌后的混合液转移至分液漏斗中静置，然后将下层水相分离得到，即为石油污染物母液。然后，再根据实际需要，对石油污染物母液进行进一步的稀释，即为所述石油污染物。
可选的，本发明中，所述石油原油与海水的比例为1:5-1:10。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中，通过构建由培养液、沉积物以及藻类、原生生物、虾、鱼类所组成的海洋微宇宙体系，能够真实有效的模拟表层海域微宇宙体系，具有构建方法简便，并能够真实模拟表层海域生态情况等优点。
(2)本发明中，通过对微宇宙体系中所用培养液、沉积物以及藻类的调整和优化，从而使得本发明微宇宙体系更接近真实表层海域环境。
(3)本发明中，通过采用本发明海洋微观宇宙体系进行石油污染物的污染实验，具有评估方法快捷准确，并能够真实反映石油污染物对表层海域生态环境影响等优点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
准备18个5L的烧杯，其中，每个烧杯中分别加入200g石英砂、0.5g几丁质、0.5g纤维素以及3Lf/2培养基。
将烧杯置于20-22℃，光照强度为3000lux的环境中，并维持光周期为12h(明)：12h(暗)。然后，分别向烧杯中接种青岛大扁藻(Platymonas helgolandicavar.tsingtaoensis)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum Bohlin)、海水小球藻(Marine Chlorella)、米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)、中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、小新月菱形藻(Nitzschia closterium f.minutissima)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus Cleve)、海洋原甲藻(Prorocentrum micans)、球等鞭金藻(sochrysis galbana)以及念珠直链藻(Melosira moniliformis)等12种藻类，并使得烧杯中藻类的初始细胞浓度为104cells/mL。然后，在4d后，加入褶皱臂尾轮虫(Brachionusplicatilis)以及中华哲水蚤(Calanus sinicus)，并使得烧杯中褶皱臂尾轮虫(Brachionus plicatilis)以及中华哲水蚤(Calanus sinicus)的数量均为0.03个/ml。最后，在7天后，向烧杯中分次加入提前在海水溶液中适应的鯷鱼(Engraulis japonicas)幼鱼、海洋青鳉鱼(Oryzias melastiga)幼鱼以及凡纳对虾(Penaeus vannamei)幼体，其中，每种的加入量均为6条/L，即为微宇宙体系。
取适量石油原油，并在避光条件下与已过滤灭菌的海水按体积比1∶9进行混合。然后，在避光条件下，将混合体系在室温下用磁力搅拌机连续搅拌24h，并将将搅拌后的混合体系转移至分液漏斗中静置4h，将下层水相分离并收集，即为石油污染物母液，并母液置于冰箱(4℃)避光保存。然后，根据《中华人民共和国国家标准海洋监测规范》进行紫外分光光度法测定其浓度，并分别取适量污染物母液0.5mg/L、2.5mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L，即为不同浓度的石油污染物。
然后，将18个微宇宙体系随机分为6组，每组3个，并在第1组的3个微宇宙体系中分别加入适量0.5mg/L浓度的石油污染物；同时，在第2、第3、第4、第5组的3个微宇宙体系中分别加入适量2.5mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L浓度的石油污染物，并使得石油污染物均匀暴露于所述平行构建的海洋微宇宙体系中某一相或者多项基质中。同时，在第6组中加入等量过滤灭菌的海水作为对照组。
接下来，每隔24h对各组微宇宙体系进行取样检测，并记录统计每次检测各微宇宙中海藻数量、褶皱臂尾轮虫和中华哲水蚤数量以及仍然存活的鯷鱼、海洋青鳉鱼以及凡纳滨对虾数量，并进行记录统计，并分别计算各微宇宙体系中褶皱臂尾轮虫、中华哲水蚤、鯷鱼、海洋青鳉鱼以及凡纳滨对虾的平均死亡率，结果如下表1-6所示：
表1第1-6组微宇宙体系藻类细胞平均浓度
表2第1-6组褶皱臂尾轮虫平均死亡率
表3第1-6组中华哲水蚤平均死亡率
表4第1-6组鯷鱼平均死亡率
表5第1-6组海洋青鳉鱼平均死亡率
表6第1-6组凡纳滨对虾平均死亡率
由上述表1-6的实验数据可知，即使处于低污染水平(石油污染物浓度0.5mg/L)，石油污染物对于微宇宙体系内海洋生物和生态环境的影响就已经比较明显了；当石油污染物的浓度达到2.5mg/L或者5mg/L时，此时石油污染物对于微宇宙体系生态环境以及生态平衡的影响十分明显；而当石油污染物达到10mg/L或者20mg/L的高浓度水平时，微宇宙体系内生态平衡基本完全被打破，海洋生物几乎无法生存，生态环境十分恶劣。
进一步的，由此可知，当表层海域体系内石油浓度达到0.5mg/L时，就会影响表层海域体系内的生态环境以及生态平衡；当石油浓度达到2.5～5mg/L时，表层海域体系内的生态环境和生态平衡就会受到十分明显的影响；而当石油浓度达到10mg/L或者更高的水平时，表层海域体系内就会完全生态失衡，海洋环境不适于海洋生物的生存和生长。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种海洋微宇宙体系的构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在容器中加入石英砂、几丁质、纤维素以及培养液，然后在容器中加入海藻以及水生动物，并经过培养，即得所述海洋微宇宙体系；
其中，所述水生动物为褶皱臂尾轮虫、中华哲水蚤、鯷鱼、海洋青鳉鱼、凡纳滨对虾的混合水生生物。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述培养基为f/2培养基、PESI培养基、PES培养基、MES培养基、Asp培养基中的一种或几种培养基的混合培养基。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述培养为在光照强度为2500-3500lux以及15-30℃温度条件下进行的培养。
4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述石英砂的加入量为150-250g，所述几丁质的加入量为0.2-1g，所述纤维素的加入量为0.2-1g，所述培养基的加入量为2-4L。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述海藻为青岛大扁藻，三角褐指藻、海水小球藻、米氏凯伦藻、中肋骨条藻、小新月菱形藻、东海原甲藻、链状亚历山大藻、旋链角毛藻、海洋原甲藻、球等鞭金藻、念珠直链藻中的一种或几种的混合海藻。
6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述在容器中加入海藻以及水生动物为先在容器中加入海藻，然后再在容器中加入褶皱臂尾轮虫、中华哲水蚤，并最后分次加入鯷鱼、海洋青鳉鱼、凡纳滨对虾。
7.一种海洋微宇宙体系，其特征在于，所述海洋微宇宙体系由权利要求1-6中任一项所述方法构建得到的。
8.一种快速评估海洋中溢油污染物生物毒性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：首先按照权利要求1-6中任一项所述方法平行构建海洋微宇宙体系，然后将不同浓度的石油污染物分别加入平行构建的海洋微宇宙体系中，并使得石油污染物均匀暴露于所述平行构建的海洋微宇宙体系中某一相或者多项基质中，然后进行危害测试，并定期检测平行构建的海洋微宇宙体系的系统结构和功能以及内环境指标，进行对照评估，然后根据评估的结果确定引起微宇宙系统变化的最低石油污染物浓度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述石油污染物是由石油原油与海水混合，并搅拌分液制得的。
10.根据权利要求9所述的方法，所述石油原油与海水的比例为1:5-1:10。
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