CN109022269B - 多通道室内反硝化培养装置及其培养方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多通道室内反硝化培养装置，其包括培养管组件、管架、恒温槽及磁力搅拌装置，培养管组件设置在管架上，管架设置在恒温槽的内部，恒温槽内设置有恒温水，磁力搅拌装置设置在相邻培养管组件之间；培养管组件的顶盖及底盖的周向设置有卡槽，密封圈设置在卡槽与管体内壁之间；管架的支杆设置在上盘与下盘之间；培养管组件穿过上盘上的限位孔并由下盘上的支撑孔卡接。本发明提供的一种多通道室内反硝化培养装置用于沉积物反硝化、厌氧铵氧化及固氮速率测定，其结构合理，集培养管、磁力搅拌、取样、温度控制于一体，在全封闭的状态下反硝化培养，避免外界的干扰，以便开展多样品同时连续培养，及连续取样测定。

Description

多通道室内反硝化培养装置及其培养方法

技术领域

本发明涉及氮循环技术领域，尤其涉及一种多通道室内反硝化培养装置及其培养方法。

背景技术

氮同位素示踪技术是海洋氮循环研究的有效手段，目前已被广泛应用于海洋生物地球化学的研究。而氮同位素的测定是示踪技术的关键所在。氮循环是由微生物催化的各种含氮化合物之间的转化过程。氮化合物是海洋生物生长的重要营养盐之一，它们调控着世界大多数海域的初级生产力水平。海洋初级生产过程可通过生物泵的作用吸收大气CO₂，影响地球的气候，同时其所合成的有机物是石油矿床沉积的物质来源，而一些微生物代谢过程所产生的氮化合物气体也是温室气体，同样也对气候变化有影响。因此，理解海洋环境中的氮循环具有重要意义。

海洋氮收支是否平衡对是海洋氮循环的长期研究中到目前为止仍未解决的一个问题。在传统观点中，生物固氮作用被认为是生物可利用性氮的主要来源，而反硝化作用和新发现的厌氧氨氧化过程被认为是海洋环境中可利用性氮的主要来源。

因此，要获得可供测定的N₂，培养装置的合理、可靠、稳定性显得尤其重要。亟需设计一种多通道室内反硝化培养装置，用于沉积物反硝化、厌氧铵氧化及固氮速率测定。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，本发明提供的一种多通道室内反硝化培养装置，用于沉积物反硝化、厌氧铵氧化及固氮速率测定，其结构合理，集培养管、磁力搅拌、取样、温度控制于一体，在全封闭的状态下反硝化培养，避免外界的干扰，以便开展多样品同时连续培养，及连续取样测定。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种多通道室内反硝化培养装置，其包括培养管组件、管架、恒温槽及磁力搅拌装置，所述培养管组件设置在管架上，管架设置在恒温槽的内部，恒温槽内设置有恒温水，磁力搅拌装置设置在相邻培养管组件之间；所述培养管组件包括顶盖、管体及底盖，顶盖及底盖的周向设置有卡槽，密封圈设置在卡槽与管体内壁之间；所述管架包括上盘、支杆及下盘，支杆设置在上盘与下盘之间；所述培养管组件穿过上盘上的限位孔并由下盘上的支撑孔卡接；磁力搅拌装置包括磁铁及磁棒，磁铁设置在上盘上电机的驱动轴上，磁棒的外侧包裹有装载器内并放置在培养管组件上的管体内。

在一些实施例中，所述顶盖为圆柱体，其中心设置有取样孔，其底部设置有弯形面；所述顶盖的顶部设置有压装孔，其对称设置在取样孔的两侧。

在一些实施例中，所述卡槽设置在圆柱体的周向，其数量为多个。

在一些实施例中，所述取样孔为通孔，其与顶盖底部的弯形面相通；所述压装孔为盲孔。

在一些实施例中，所述底盖包括柱体、限位板及定位柱，其为一体化结构，限位板的上部设置有卡接槽，管体的端部设置在卡接槽内。

在一些实施例中，所述卡槽设置在柱体的周向，其数量为多个。

在一些实施例中，所述管体为石英管，顶盖及底盖为聚四氟乙烯。

在一些实施例中，所述限位孔和支撑孔为多组，用以固定多组培养管组件。

本发明还提供的一种多通道室内反硝化培养方法，利用上述多通道室内反硝化培养装置，具体步骤包括：

1)将一个或多个管体插入水底沉积物中，插入深度为10cm，转动提取管体，快速将带有密封圈的底盖安装在管体的下部；

2)加入99％高丰度的¹⁵N硝酸钾，再将带有密封圈的顶盖安装在管体的上部，顶盖的取样孔连接取样阀门，取样阀门依次连接取样软管和取样瓶，轻压顶盖排出空气，拧紧取样阀门，将管体放入管架上；

3)启动恒温槽上的温度控制仪，设定培养温度，进行培养，定时打开取样阀门进行水样采集；取样采用压盖模式，轻压取样压杆使水样通过取样阀门自动流出进入取样瓶；具体的将取样压杆插入顶盖上的压装孔上，打开取样阀门，顶盖就相当于一个活塞，水样随着取样孔上流，经过取样阀门流至与取样阀门连接的取样软管，最终进入取样瓶。

4)采集的样品送至实验室进行¹⁵N同位素测定，并进行反硝化速率估算和相关分析。

作为优选的实施方式，进行培养时，开启电机，在电机驱动轴的带动下，驱动轴上的磁铁上下移动，带动管体内的磁棒上下运动，以搅拌管体内的培养液。

本发明有益效果：

本发明提供的一种多通道室内反硝化培养装置用于沉积物反硝化、厌氧铵氧化及固氮速率测定，其具有以下技术效果：

(1)本申请集培养管、磁力搅拌、取样、温度控制于一体，在全封闭的状态下反硝化培养，避免外界的干扰，确保良好的试验效果；

(2)本申请能够开展多组样品在同一环境下培养，创新的顶盖及其密封与活塞取样设计，保证了随时连续取样的便利，减少了误差，为反硝化过程的研究提供条件。

(3)独特的搅拌方式，即能使细长培养管中水体均匀，又不会对沉积物进行扰动，不会改变底物浓度，保持水相体系的均匀性，提高采样检测结果的准确性。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明所述一种多通道室内反硝化培养装置的结构示意图；

图2是图1对应不含恒温槽的多通道室内反硝化培养装置的结构示意图；

图3是本发明之管架的结构示意图；

图4是本发明之培养管组件的结构示意图；

图5是图4对应的爆炸图；

图6是本发明之顶盖的结构示意图；

图7是本发明之底盖的结构示意图。

图中：

10.培养管组件；11.顶盖。111.取样孔，112.压装孔；12.管体；13.底盖，131.主体，132.限位板，133.定位柱，134.卡接槽；14.卡槽；

20.管架；21.上盘，211.限位孔；22.支柱；23.下盘，231.支撑孔；

30.恒温槽；31.循环管路；32.温度控制仪；

40.磁力搅拌装置；41.磁铁；42.磁棒；43.电机；44.装载器；

50.密封圈。

具体实施方式

图1至图7是本发明所述一种反硝化原位培养装置的相关示意图，下面结合具体实施例和附图，对本申请进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。

本申请所述一种多通道室内反硝化培养装置的结构示意图，如图1所示，其具体包括培养管组件10、管架20、恒温槽30及磁力搅拌装置40，所述培养管组件10设置在管架20上，管架20设置在恒温槽30的内部，恒温槽30内设置有恒温水，磁力搅拌装置40设置在相邻培养管组件10之间；在图1所示的实施例中，恒温槽30的内部设置有恒温水，循环管路31内有循环水，循环管路31上设置有温度控制仪32，以便准确控制恒温槽温度，保障反硝化培养所处的试验条件。

本申请中，所述培养管组件10包括顶盖11、管体12及底盖13，如图4所示，顶盖11及底盖13的周向设置有卡槽14，密封圈50设置在卡槽14与管体12内壁之间；

在一些实施例中，所述管架20包括上盘21、支杆22及下盘23，支杆22设置在上盘21与下盘23之间，如图2所示；所述培养管组件10穿过上盘21上的限位孔211并由下盘23上的支撑孔231卡接，如图3所示；

传统的搅拌方式是机械搅拌或侧向定点磁搅拌，这两种方式很难将细长管中的水混匀，而且由于本培养管组件的管体下部为沉积物，为了测定水体中的氮循环，应避免扰动沉积物，传统的磁力搅拌是使磁棒在容器底部做圆周运动，无法对细长管上部空间做有效搅拌，且扰动剧烈，本发明创新的采用如下方式，磁力搅拌装置40包括磁铁41及磁棒42，磁铁41设置在上盘21上电机43的驱动轴上，磁棒42的外侧包裹有装载器44内并放置在培养管组件10上的管体12内，如图1-5所示。磁棒可以选择半月型，以使磁棒能与管壁贴面吻合，提高搅拌效果，装载器44可以选择适应于磁棒的外形，材质为聚四氟乙烯。在图1所示的实施例中，在电机43驱动轴的带动下，驱动轴上的磁铁41在上下移动，带动管体12内的磁棒42上下运动，以达到搅拌管体12内的培养液的目的。如此，即能使水体均匀，又不会对沉积物进行扰动，不会改变底物浓度，保持水相体系的均匀性，提高采样检测结果的准确性。

并且，可以适当调节培养管组件之间的距离，使得相邻的培养管组件的搅拌只需要一组电机43通过磁铁41驱动即可，以提高效率，降低装置复杂度，便于后期的维护。

本申请中，所述顶盖11为圆柱体，其中心设置有取样孔111，其底部设置有弯形面，以保证在装样后使水充满管体12而不留空间；所述顶盖11的顶部设置有压装孔112，其对称设置在取样孔111的两侧，如图6所示；所述取样孔111为通孔，其与顶盖11底部的弯形面112相通；所述压装孔112为盲孔。所述卡槽14设置在圆柱体的周向，其数量为多个，以保证顶盖11与管体12的密封性，在图5所示的实施例中，卡槽14的数量为三件，密封圈50为硅胶，其设置在卡槽14与管体12的内壁之间。

图7是本发明之底盖的结构示意图，所述底盖13包括柱体131、限位板132及定位柱133，其为一体化结构；所述限位板132的上部设置有卡接槽134，管体12的端部设置在卡接槽134内，管体12设置在卡节操134内；所述卡槽14设置在柱体131的周向，其数量为多个，以保证底盖13与管体12的密封性，在图5所示的实施例中，卡槽14的数量为三件，密封圈50为硅胶，其设置在卡槽14与管体12的内壁之间。

在一些实施例中，所述管体12为石英管，顶盖11及底盖13为聚四氟乙烯，密封圈50采用硅胶，这样可以避免培养装置的部件对反硝化的影响，保证试验的顺利开展。

下面简要陈述一下多通道室内反硝化培养装置的培养方法：

1)将一个或多个管体插入水底沉积物中，插入深度为10cm，转动提取管体12，快速将带有密封圈50的底盖13安装在管体12的下部；

2)加入标记物，如99％高丰度的¹⁵N硝酸钾，再将带有密封圈50的顶盖11安装在管体12的上部，顶盖11的取样孔连接取样阀门，取样阀门依次连接取样软管和取样瓶，轻压顶盖11排出空气，拧紧取样阀门，将管体11放入管架20上；

3)启动恒温槽30上的温度控制仪32，设定培养温度，进行培养，定时打开取样阀门进行水样采集；取样采用压盖模式，轻压取样压杆使水样通过取样阀门自动流出进入取样瓶；具体的将取样压杆插入顶盖11上的压装孔112上，打开取样阀门，顶盖11就相当于一个活塞，水样随着取样孔111上流，经过取样阀门流至与取样阀门连接的取样软管，最终进入取样瓶。

4)采集的样品送至实验室进行¹⁵N同位素测定，并进行反硝化速率估算和相关分析。

进行培养时，开启电机43，在电机43驱动轴的带动下，驱动轴上的磁铁41上下移动，带动管体12内的磁棒42上下运动，以搅拌管体12内的培养液。

与现有技术相比，本发明提供的一种多通道室内反硝化培养装置用于沉积物反硝化、厌氧铵氧化及固氮速率测定，其结构合理，集培养管、磁力搅拌、取样、温度控制于一体，在全封闭的状态下反硝化培养，避免外界的干扰，以便开展多样品同时连续培养，及连续取样测定。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多通道室内反硝化培养方法，其特征在于，使用多通道室内反硝化培养装置，所述多通道室内反硝化培养装置包括培养管组件（10）、管架（20）、恒温槽（30）及磁力搅拌装置（40），所述培养管组件（10）设置在管架（20）上，管架（20）设置在恒温槽（30）的内部，恒温槽（30）内设置有恒温水，磁力搅拌装置（40）设置在相邻培养管组件（10）之间；所述培养管组件（10）包括顶盖（11）、管体（12）及底盖（13），顶盖（11）及底盖（13）的周向设置有卡槽（14），密封圈（50）设置在卡槽（14）与管体（12）内壁之间；所述管架（20）包括上盘（21）、支杆（22）及下盘（23），支杆（22）设置在上盘（21）与下盘（23）之间；所述培养管组件（10）穿过上盘（21）上的限位孔（211）并由下盘（23）上的支撑孔（231）卡接；磁力搅拌装置（40）包括磁铁（41）及磁棒（42），磁铁（41）设置在上盘（21）上电机（43）的驱动轴上，磁棒（42）的外侧包裹有装载器（44）内并放置在培养管组件（10）上的管体（12）内；

所述顶盖（11）为圆柱体，其中心设置有取样孔（111），其底部设置有弯形面；所述顶盖（11）的顶部设置有压装孔（112），其对称设置在取样孔（111）的两侧；

所述卡槽（14）设置在圆柱体的周向，其数量为多个；

所述取样孔（111）为通孔，其与顶盖（11）底部的弯形面相通；所述压装孔（112）为盲孔；

所述底盖（13）包括柱体（131）、限位板（132）及定位柱（133），其为一体化结构，限位板（132）的上部设置有卡接槽（134），管体（12）的端部设置在卡接槽（134）内；

所述卡槽（14）设置在柱体（131）的周向，其数量为多个；

所述限位孔（211）和支撑孔（231）为多组，用以固定多组培养管组件（10）；

包括如下步骤：

1）将一个或多个管体插入水底沉积物中，插入深度为10cm，转动提取管体（12），快速将带有密封圈（50）的底盖（13）安装在管体（12）的下部；

2）加入99%高丰度的¹⁵N硝酸钾，再将带有密封圈（50）的顶盖（11）安装在管体（12）的上部，顶盖（11）的取样孔连接取样阀门，取样阀门依次连接取样软管和取样瓶，轻压顶盖（11）排出空气，拧紧取样阀门，将管体（11）放入管架20上；

3）启动恒温槽（30）上的温度控制仪（32），设定培养温度，进行培养，进行培养时，开启电机（43），在电机（43）驱动轴的带动下，驱动轴上的磁铁（41）上下移动，带动管体（12）内的磁棒（42）上下运动，以搅拌管体（12）内的培养液，定时打开取样阀门进行水样采集；取样采用压盖模式，轻压取样压杆使水样通过取样阀门自动流出进入取样瓶；具体的将取样压杆插入顶盖（11）上的压装孔（112）上，打开取样阀门，顶盖（11）就相当于一个活塞，水样随着取样孔（111）上流，经过取样阀门流至与取样阀门连接的取样软管，最终进入取样瓶；

4）采集的样品送至实验室进行¹⁵N同位素测定，并进行反硝化速率估算。

2.根据权利要求1所述的多通道室内反硝化培养方法，其特征在于，所述管体（12）为石英管，顶盖（11）及底盖（13）为聚四氟乙烯。