CN108102879B - 一种微囊藻形态种的分离装置和微囊藻形态种的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微囊藻形态种的分离装置，包括可调节气流气泵、传输管道、气流喷嘴和分离器；还提供了利用所述分离装置分离微囊藻形态种的方法，包括以下步骤：1)从野外环境中富集获得微囊藻藻样；2)将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液；3)将所述藻悬液置于所述分离装置的分离器中进行扰动分离获得不同微囊藻形态种的聚集体，分类收集不同微囊藻形态种聚集体实现分离。所述分离装置组成简单，易操作，适用性广。所述分离方法，采用简单的扰动分离，实现野外环境中富集的不同形态种微囊藻的快速分离；为研究自然条件下，不同微囊藻形态种之间的生理及生态行为差异提供了可行性。

Description

一种微囊藻形态种的分离装置和微囊藻形态种的分离方法
技术领域
本发明属于微囊藻分离技术领域，具体涉及一种微囊藻形态种的分离装置和微囊藻形态种的分离方法。
背景技术
微囊藻是一种潜在的有毒藻，微囊藻毒素主要为肝毒素，对水生动植物以及人类具有巨大的危害。全球气温变暖和水体中氮、磷营养盐的持续大量输入，加剧了微囊藻水华的暴发，微囊藻水华的暴发可导致微囊藻毒素的大量释放从而引发全球性水危机。
微囊藻水华爆发期间，水体中通常包括多种微囊藻形态种，比如鱼害微囊藻(M.ichthyoblabe)、铜绿微囊藻(M.aeruginosa)、挪氏微囊藻(M.novacekii)、史密斯微囊藻(M.smithii)、惠氏微囊藻(M.wesenbergii)等。不同微囊藻形态种的产毒能力有显著差异：例如鱼害微囊藻和铜绿微囊藻是典型的有毒藻种，而惠氏微囊藻一般认为是无毒藻种。目前，国内外学者对于微囊藻不同形态种的研究，多需通过分离纯化获得单克隆藻株后扩大培养，以得到足够生物量的单种微囊藻进行研究。然而，微囊藻在分离纯化过程中，其生理和行为通常会发生显著的变异。比如，微囊藻分离纯化后，形成群体的能力通常会消失。因此通过单克隆藻株扩大培养后获得的微囊藻的方法，无法研究在野外条件下，不同微囊藻形态种群体之间的差异。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种简单的微囊藻形态种的分离装置和一种直接从野外富集的微囊藻藻样中快速分离微囊藻形态种的分离方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种微囊藻形态种的分离装置，包括顺次连通的可调节气流气泵、传输管道和气流喷嘴，以及用于盛放藻悬液的分离器；所述气流喷嘴置于分离器底部；所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液进行扰动分离。
优选的，所述可调节气流气泵设置若干个气流输出口，每一个气流输出口对应一条传输管道，每一传输管道的气流出口与一个气流喷嘴的气流入口相连。
优选的，所述可调节气流气泵上设置气流调制器。
优选的，所述气流喷嘴与分离器中藻悬液液面夹角为0～45°。
本发明还提供了利用所述的分离装置分离微囊藻形态种的方法，包括以下步骤：1)提供微囊藻藻样；2)将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液；3)将所述藻悬液置于所述分离装置的分离器中，所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液进行扰动分离获得不同微囊藻形态种的聚集体，分类收集不同微囊藻形态种聚集体。
优选的，步骤2)中所述电解质溶液中阳离子浓度为1～1000mmol/L。
优选的，所述电解质溶液为NaCl溶液、MgCl2溶液或CaCl2溶液。
优选的，步骤2)中所述藻悬液的藻细胞浓度为104～107cells/mL。
优选的，步骤3)中所述扰动分离过程中的气流流速为5～30m/s。
优选的，步骤3)中所述扰动分离过程中气流与藻悬液的液面之间的夹角为0～45°。
优选的，步骤3)中分类收集后还包括对不同微囊藻形态种聚集体进一步纯化，所述纯化为：将获得的不同微囊藻形态种聚集体分别与电解质溶液混合进行二次扰动分离获得纯化的不同微囊藻形态种。
本发明的有益效果：本发明提供的微囊藻形态种的分离装置组成简单，易操作，整个分离装置的各个部分均能找到廉价、简单的替代品，适用性广。本发明提供的微囊藻形态种的分离方法，采用简单的扰动分离，在不加入其他不利于后续分析的化学药品的基础上，利用气流扰动增加微囊藻之间的碰撞机率，不同形态种微囊藻由于胞外聚合物(具有粘性的物质)的组成差异而发生同类聚集，不同类分散的现象，从而实现野外环境中富集的不同形态种微囊藻的快速分离；本发明所述方法分离获得的微囊藻生理和行为与野生藻一致，无明显变异，具有形成群体的能力，为研究自然条件下，不同微囊藻形态种之间的生理及生态行为差异提供了可行性。
附图说明
图1为本发明所述的微囊藻形态种的分离装置结构示意图；
图2为实施例1中不同微囊藻形态种的分离流程图；
图3为实施例1中铜绿微囊藻团聚体的实物照片(左)和显微镜照片(右)；
图4为实施例1中挪氏微囊藻团聚体的实物照片(左)和显微镜照片(右)；
图5为实施例1中鱼害微囊藻团聚体的实物照片(左)和显微镜照片(右)；
图6为实施例1中不同浓度NaCl溶液下微囊藻团聚体大小的差异；
图7为实施例2中不同浓度MgCl2溶液下微囊藻团聚体大小的差异；
图8为实施例3中不同浓度CaCl2溶液下微囊藻团聚体大小的差异。
具体实施方式
本发明提供了一种微囊藻形态种的分离装置，包括可调节气流气泵、传输管道、气流喷嘴和分离器；所述可调节气流气泵、传输管道和气流喷嘴顺次连接，所述气流喷嘴置于分离器中；所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液产生扰动，从而实现微囊藻形态种的分离。
在本发明中，所述微囊藻形态种的分离装置结构图如图1所示，其中，1为电源，2为气泵，3为气流调制器，4为气流输出口，5为传输管道，6为气流喷嘴，7为分离器。
本发明提供的分离装置包括可调节气流气泵，所述可调节气流气泵采用本领域常规的可调节气流气泵，只要能够实现气流调节即可，无其他特殊要求；在本发明具体实施过程中，所述分离装置还可以包括气流调制器，设置在所述可调节气流气泵上，用以调节所述可调节气流气泵的气流大小和速度。
本发明中所述可调节气流气泵优选的设置若干个气流输出口，更优选的设置3～5个气流输出口；在本发明中每一个气流输出口与一条传输管道的气流入口相连。在本发明中，所述传输管道的气流出口与气流喷嘴的气流入口相连。所述传输管道优选的为软管，本发明对所述传输管道的长度和管径没有特殊要求，，只要保证气流流速在核定范围内即可。
本发明中，所述气流喷嘴采用本领域常规的气流喷嘴即可，无其他特殊要求。本发明中所述气流喷嘴优选的置于分离器底部，向分离器中喷出稳定的气流柱，所述气流喷嘴与分离器中藻悬液液面夹角优选的为0～45°，更优选的为(0～20°)。
本发明中所述分离器的形状优选的圆柱体，更优选的为浅圆柱体，在具体实施过程中可以根据实际情况使用浅盆或培养皿等容器。本发明中，所述分离装置中设置与气流输出口相同数量的分离器，每一分离器中设置一个气流喷嘴，本发明中所述分离装置可同时分离多个不同的样品。
在本发明中，所述可调节气流气泵接通电源后，能够产生稳定的气流，所述气流通过气流输出口进入传输管道，然后经气流喷嘴喷出；所述喷出的气流作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液产生扰动，从而实现微囊藻形态种的分离。
本发明还提供了利用所述的分离装置分离微囊藻形态种的方法，包括以下步骤：1)提供微囊藻藻样；2)将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液；3)将所述藻悬液置于所述分离装置的分离器中，所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液进行扰动分离获得不同微囊藻形态种的聚集体，分类收集不同微囊藻形态种聚集体。
在本发明中，首先从野外环境中富集获得微囊藻藻样，在本发明中所述野外环境为自然水体；所述富集优选的采用浮游生物富集网进行，所述浮游生物富集网采用本领域常规的市售产品即可，所述浮游生物富集网的孔径优选的为40～80μm，更优选的为63μm。本发明具体实施过程中，将所述浮游生物富集网置于自然水体中富集获得微囊藻藻样。在本发明中所述微囊藻藻样中优选的包括鱼害微囊藻(M.ichthyoblabe)、铜绿微囊藻(M.aeruginosa)、挪氏微囊藻(M.novacekii)和史密斯微囊藻(M.smithii)。
本发明在获得微囊藻藻样后，将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液。在本发明中所述电解质溶液中阳离子浓度优选的为1～1000mmol/L，更优选的为5～200mmol/L，最优选的为40mmol/L。在本发明中所述电解质溶液优选的为NaCl溶液、MgCl2溶液或CaCl2溶液。在本发明具体实施过程中，将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液，所述微囊藻藻样与电解质溶液的比例根据混合后获得的藻悬液中的细胞浓度来确定，所述藻悬液中的藻细胞浓度优选的为104～107cells/mL，更优选的为105～106cells/mL。本发明中所述藻悬液中阳离子的浓度与电解质溶液浓度一致；本发明中所述电解质溶液的作用是为溶液中提供阳离子，而阳离子可以与微囊藻胞外聚合物之间进行架桥作用而连接，使得微囊藻群体在碰撞过中更加容易聚集。
本发明在获得藻悬液后，将所述藻悬液置于分离装置的分离器中进行扰动分离获得不同微囊藻形态种的聚集体，分类收集不同微囊藻形态种聚集体实现分离。在本发明中，所述扰动分离过程中的气流流速优选的为5～30m/s，更优选的为10～25m/s。在本发明中，所述扰动分离过程中气流与藻悬液的液面之间的夹角优选的为为0～45°。在本发明中，所述分离器中藻悬液的盛放体积为分离器容积的50～90％。
在本发明具体实施过程中，将所述藻悬液倒入到分离器皿中，接通可调节气流气泵电源产生气流，调节气流流速和气流喷嘴与分离器中藻悬液之间的夹角，使得气流喷嘴所产生的气流柱与藻悬液的液面之间的夹角为0～45°，进行扰动分离，所述扰动分离至不同形态种微囊藻群体分类聚集形成明显的，肉眼可见的聚集体后停止，分类收集不同微囊藻形态种聚集体实现分离。在本发明中所述收集优选的采用本领域常规的分离器具即可，优选的为吸管。在本发明中，所述扰动分离的原理为：利用气流扰动增加微囊藻之间的碰撞机率，不同形态种微囊藻由于胞外聚合物(具有粘性的物质)的组成差异而发生同类聚集，不同类分散的现象，从而实现不同形态种微囊藻的快速分离。
在本发明获得不同微囊藻形态种聚集体后，优选的还包括不同微囊藻形态种聚集体的进一步纯化步骤；在本发明中所述的进一步纯化步骤为将获得的不同微囊藻形态种聚集体分别再与电解质溶液混合制备藻悬液，将所述藻悬液置于分离器中利用本发明所述的分离装置进行二次扰动分离，获得纯化的不同微囊藻形态种。在本发明中所述二次扰动分离的条件与上述扰动分离的条件一致，在此不再赘述。
在本发明中所述二次扰动分离纯化后的不同微囊藻形态种优选的进行鉴定，所述鉴定优选的为显微观察鉴定，具体的实施过程中，结合文献对不同微囊藻形态种的形态学描述对不同微囊藻形态种进行显微观察鉴定。
下面结合实施例对本发明提供的一种微囊藻形态种的分离装置和微囊藻形态种的分离方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例具体的试验流程如图2所示包括以下步骤：
野外微囊藻富集：采用浮游生物富集网(孔径63μm)，富集太湖梅梁湾的群体微囊藻，获得富集的微囊藻藻样，在低温保存下(4℃)迅速带回实验室进行分离操作。
藻悬液制备：取所述藻样，加入到NaCl溶液中混匀，配制成藻细胞浓度为107cells/mL的藻悬液。其中盐溶液中的阳离子浓度设置5个浓度，分别为1、10、20、40、80mmol/L。
扰动分类聚集：将上述藻悬液倒入到分离装置中的分离器(培养皿)中，接通气泵电源产生气流，调节气流速和气流喷嘴与培养皿中藻悬液之间的夹角，使得气流流速刚好能够使整个培养皿中的藻悬液定向循环移动，同时气流喷嘴所产生的气流柱与藻悬液之间的夹角为5°，吹拂扰动至不同形态种微囊藻群体分类聚集。
进一步分离纯化：将所述聚集体按照不同形态种类型分类取出，分别加入到相同浓度的新鲜NaCl溶液中。再次进行藻悬液制备和扰动分类聚集，获取不同形态种微囊藻聚集体。
形态种鉴定：结合文献对其进行显微观察鉴定。
图3，图4和图5为分离出的微囊藻团聚体照片，以及其显微照片。具体有图3为铜绿微囊藻聚团集体及其显微照片；图4为挪氏微囊藻团聚集体及其显微照片；图5为鱼害微囊藻团聚体及其显微照片。这表明不同形态种微囊藻能够在本方案中有效分类聚集，进而可被有效分离。
将不同聚集体取出后，测量不同浓度NaCl溶液下微囊藻团聚体大小的差异。实验结果如图6所示，NaCl溶液能够有效的分离不同形态微囊藻。
实施例2
野外微囊藻富集：采用浮游生物富集网(孔径63μm)，富集太湖梅梁湾中的群体微囊藻，获得富集的微囊藻藻样，在低温保存下(4℃)迅速带回实验室进行分离操作。
藻悬液制备：取所述藻样，加入到MgCl2溶液中混匀，配制成藻细胞浓度为107cells/mL的藻悬液。其中盐溶液中的阳离子浓度设置五个浓度，分别为1mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、40mmol/L、80mmol/L。
扰动分类聚集：将上述藻悬液倒入到分离装置的分离器(培养皿)中，接通气泵电源产生气流，调节气流速和气流喷嘴与培养皿中藻悬液之间的夹角，使得气流流速刚好能够使整个培养皿中的藻悬液定向循环移动，同时气流喷嘴所产生的气流柱与藻悬液之间的夹角为10°。吹拂扰动至不同形态种微囊藻群体分类聚集。
进一步分离纯化：将所述聚集体按照不同形态种类型分类取出，分别加入到相同浓度的新鲜MgCl2溶液中。再次进行藻悬液制备和扰动分类聚集中的内容，获取不同形态种微囊藻团聚体。
形态种鉴定：结合文献对其进行显微观察鉴定。
图7为不同浓度MgCl2溶液下微囊藻团聚体大小的差异。实验结果表明，MgCl2溶液能够有效的分离不同形态微囊藻。
实施例3
野外微囊藻富集：采用浮游生物富集网(孔径63μm)，富集无锡太湖梅梁湾中的群体微囊藻，获得富集的微囊藻藻样，在低温保存下(4℃)迅速带回实验室进行分离操作。
藻悬液制备：取所述藻样，加入到CaCl2溶液中混匀，配制成藻细胞浓度为107cells/mL的藻悬液。其中盐溶液中的阳离子浓度设置五个浓度，分别为1、10、20、40、80mmol/L。
扰动分类聚集：将上述藻悬液倒入到分离装置的分离器(培养皿)中，接通气泵电源产生气流，调节气流速和气流喷嘴与培养皿中藻悬液之间的夹角，使得气流流速刚好能够使整个培养皿中的藻悬液定向循环移动，同时气流喷嘴所产生的气流柱与藻悬液之间的夹角为20°。吹拂扰动至不同形态种微囊藻群体分类聚集。
进一步分离纯化：将所述聚集体按照不同形态种类型分类取出，分别加入到相同浓度的新鲜CaCl2溶液中。再次进行藻悬液制备和扰动分类聚集中获取不同形态种微囊藻团聚体。
形态种鉴定：结合文献对其进行显微观察鉴定。
图8为不同浓度CaCl2溶液下微囊藻团聚体大小的差异。实验结果表明，CaCl2溶液能够有效的分离不同形态微囊藻。
由上述实施例可知，本发明提供的微囊藻形态种的分离方法，采用简单的扰动分离，能够实现野外环境中富集的不同形态种微囊藻的快速分离；为研究自然条件下，不同微囊藻形态种之间的生理及生态行为差异提供了可行性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分离微囊藻形态种的方法，包括以下步骤：
1)提供微囊藻藻样；
2)将所述微囊藻藻样与电解质溶液混合获得藻悬液；
3)将所述藻悬液置于分离装置的分离器中；
所述分离装置，包括顺次连通的可调节气流气泵、传输管道和气流喷嘴，以及用于盛放藻悬液的分离器；所述气流喷嘴置于分离器底部；所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液进行扰动分离；
所述可调节气流气泵产生的气流经过传输管道后由气流喷嘴喷出，作用于分离器中的藻悬液，对所述藻悬液进行扰动分离获得不同微囊藻形态种的聚集体，分类收集不同微囊藻形态种聚集体。
2.根据权利要求1所述的分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，所述可调节气流气泵设置若干个气流输出口，每一个气流输出口对应一条传输管道，每一传输管道的气流出口与一个气流喷嘴的气流入口相连。
3.根据权利要求1所述的分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，所述可调节气流气泵上还设置有气流调制器。
4.根据权利要求1所述的分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，所述气流喷嘴与分离器中藻悬液液面夹角为0～45°。
5.根据权利要求1所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，步骤2)中所述电解质溶液中阳离子浓度为1～1000mmol/L。
6.根据权利要求1或5所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，所述电解质溶液为NaCl溶液、MgCl2溶液或CaCl2溶液。
7.根据权利要求1所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，步骤2)中所述藻悬液的藻细胞浓度为104～107cells/mL。
8.根据权利要求1所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，步骤3)中所述气流的流速为5～30m/s。
9.根据权利要求1或8所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，步骤3)中所述扰动分离过程中气流与藻悬液的液面之间的夹角为0～45°。
10.根据权利要求1所述分离微囊藻形态种的方法，其特征在于，所述步骤3)中分类收集后还包括对不同微囊藻形态种聚集体进一步纯化，所述纯化为：将获得的不同微囊藻形态种聚集体与电解质溶液混合进行二次扰动分离，获得纯化的不同微囊藻形态种。
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