CN111269813B - 一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境微塑料领域，具体涉及一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法。本发明的取样装置包括套袋、设置在套袋内部的若干取样管和套设在套袋外部的保护罩；所述取样管包括石英砂的玻璃管和滤膜，所述玻璃管两端管口通过滤膜包覆并通过捆扎固定；所述玻璃管两端的滤膜之间缠绕包覆设置有封口膜。本发明中的取样装置结构简单，取样方法操作方便，可一次性进行野外环境下多重复样本的收集，数据真实可靠且成本低廉。

Description

一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法

技术领域

本发明属于环境微塑料领域，具体涉及一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法。

背景技术

微塑料，指的是直径小于5毫米的塑料颗粒，其粒径范围从几微米到几毫米，是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体，肉眼往往难以分辨，被形象地称为"海中的PM2.5"。作为一种相对较新的水环境污染物，其疏水表面可以快速刺激水体中生物膜的形成，成为有害微生物及微型动物定植和运输的载体。塑料的硬表面为机会微生物定居者提供了形成生物膜的理想环境，并可能提供能够支持多种不同微生物的保护性生态位，称为“塑料球”。该生物区可作为病原体、粪便指示生物(FIO)和有害藻华物种(HAB)在沙滩和浴场环境中持续存在和传播的重要载体。从北太平洋和北大西洋副热带的微塑料样品上的细菌群落发现低纬度呈现更高的丰富度。在北亚得里亚海微塑料表明的细菌群落中发现了致病性鱼类细菌沙门氏气单胞菌，可见微塑料在鱼类摄食微塑料时能成为传播细菌的重要途径。因此，探究微生物与微塑料的特定类型和大小、以及在其堆积地点的相互作用，量化微塑料与可能附着的有害微生物的时空变化特性，以及由此给人类健康带来的风险，具有重要的理论价值和实际意义。

2018年Miao L.Z.等人发表的《Distinct community structure and microbialfunctions of biofilms colonizing microplastics》一文中也对聚丙烯和聚乙烯材质的微塑料在水环境中吸附的微生物群落进行了研究，文中选用野外环境获取并过滤的水体进行试验，在实验槽中放置处理过的水体并放入不同的微塑料，然后置于温室中，每天人工搅拌四五次以模拟水体流动状态，促进微塑料表面生物膜形成。文中的实验设计优点在于条件可控，操作方便，但是该种设计仅为人工模拟状态，并不能代表野外环境水体中微塑料上吸附微生物的真实情况，而且微塑料粒径较小，如果直接投入水体中进行微生物吸附实验，容易出现样品丢失、收集难度大、易受水体中其它生物体干扰等问题。因此需要设计一种适合在野外环境水体中获取微塑料附着微生物的取样装置及方法。

专利文件CN204981873U中公开了一种水质微生物采样器，包括样品瓶、样品瓶盖，固定支架、托盘、倒U型的转动支架；托盘上设置有两个固定支架，转动支架的中下部与固定支架上端铰接，固定支架与转动支架至少一侧的重合部位设置有锁定装置，浮绳与连接杆上端连接，连接杆穿过转动支架顶端且连接杆底端设置有可倒扣卡接在样品瓶盖上的卡盖，在卡盖与转动支架之间的连接杆上套设有压缩弹簧。使用该实用新型装置在采集水样的过程中，可以保证所采集的水样中的生物体不会被外界的生物体干扰，而且支架之间设有锁定装置，开启后可轻松的拿取样品，锁定后可适用于高流速的水体环境采集样品。但是在收集微塑料附着微生物的过程中，装置内所放微塑料应与环境中的水体直接接触且保持一定时间，所接触的水体应保持流动状态，该实用新型装置不能满足这一点。

发明内容

本发明的目的是提供一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法。本发明中的取样装置结构简单，操作方法方便，可一次性进行野外环境下多重复样本的收集，数据真实可靠且成本低廉。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，包括套袋、设置在套袋内部的若干取样管和套设在套袋外部的保护罩；所述套袋为一端开口的长方体网布，所述套袋包括弹性件，所述弹性件包括穿设在开口处边沿的收紧绳A和分别穿设在套袋两侧长边内的收紧绳B，所述收紧绳B内设置有不锈钢丝；

所述取样管包括石英砂的玻璃管和滤膜，所述玻璃管两端管口通过滤膜包覆并通过橡皮筋捆扎固定；所述玻璃管两端的滤膜之间缠绕包覆设置有封口膜；

所述保护罩包括第一护体和第二护体，所述第二护体的下端边缘与第一护体的上端边缘通过线缝合固定；所述第一护体的侧壁上竖直设置有拉链。

其中，所述滤膜为孔径不超过5μm的玻璃纤维滤膜。

其中，所述套袋由尼龙材质制成。

其中，所述第一护体为顶端开口的圆筒状结构，所述第二护体为上窄下宽的圆锥状结构；所述第一护体和第二护体的侧壁均为网状结构；所述第一护体底部设置有十字状加固织带。

其中，所述保护罩由聚酯纤维材质制成。

其中，还包括设置在保护罩第二护体顶端的用以将整个取样装置从水中拉出的连接绳；所述连接绳末端设置有可调节的卡扣。

一种利用获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置进行取样的方法，具体包括如下步骤：

A1、选取一定量的微塑料，放入取样管中，做好标记；然后将取样管放入套袋，并拉紧收紧绳；再通过保护罩上的拉链将装有取样管的套袋放入其中；

A2、将经过步骤A1处理的取样装置通过连接绳的一端连接，放入选定的水环境中，然后将连接绳的另一端利用其末端的卡扣固定在水环境周边的树木或者固定的参照物上，试验周期结束后取出；

A3、将取样装置中的取样管取出，并用无菌水冲净取样管外表面；

A4、拆开取样管，将其中的内容物用已灭菌的500目纱绢进行过滤，同时用超纯水将玻璃管内壁的粘附物进行冲洗并过滤，合并沉淀物，即得到水环境中微塑料上吸附的微生物样品。

其中，所述步骤A4得到的微生物样品置于-20℃～-80℃条件下冷冻保存，待测序分析。

本发明有益效果如下：

1.本发明中，取样装置包括套袋、设置在套袋内部的取样管和设置在套袋外部的保护罩，所述取样管包括中空的石英砂玻璃管、滤膜和橡皮筋，将一定量的微塑料放入玻璃管中，两端用玻璃纤维滤膜封住并用橡皮筋固定，再用封口膜将两端的滤膜进行缠绕固定，以确保水体只能通过玻璃管两端管口处的滤膜进入玻璃管内部。中空的石英砂玻璃管，保证了管内水体的流动性不受阻碍；管口两端用孔径不大于5μm的玻璃纤维滤膜封口，保证了只有微生物的进出，且管中的微塑料不会流出；石英砂材质的玻璃管保证了最终收集到的微生物样品仅来源于置于其中的微塑料所吸附，避免了对最终样品的污染。

2.本发明中，套袋为一端开口的长方体网状结构，套袋中开口处和套袋的两侧长边均设置有收紧绳，便于在取样管放入后，收紧套袋，保证放入其中的取样管的在水环境中的稳定性，并且套袋的长边处收紧绳内设置有不锈钢丝，可以增强该套袋的稳固性，从而增加该套袋的使用寿命。

3.本发明中，保护罩为上方圆锥下方圆筒状的网兜，保护罩中的第一护体上竖向设置有拉链，便于样品的放入，而且拉链的设计使得样品的放入与取出操作更加便捷。保护罩顶端连接有连接绳，用于将整个取样装置从水体中取出，并且连接绳末端设置有卡扣，便于在实际操作过程中，取样装置放入水中后，连接绳的另一端与水体附近的树木或者固定的参照物进行固定。

4.本发明中，装有样品的取样管置于套袋内部，再将装有样品的套袋放入保护罩中，然后通过连接绳将取样装置放入选定的野外水体环境中。网状的保护罩和套袋阻止了水体中的鱼类或者其他生物体对该取样装置中取样管的损害，并且网状结构的设计不会影响水体的正常流动，保证了取样管中微塑料样品在自然条件下对水体中的微生物进行吸附，不受干扰。本发明中取样装置结构简单，操作方法方便，可以一次性满足多种重复样本的收集，且成本较低，并且该取样装置可以直接应用于野外，保证了野外采集数据的真实性与可靠性。

附图说明

图1为本发明中取样装置的结构示意图；

图2为本发明取样装置中套袋的结构示意图；

图3为本发明取样装置中取样管的结构示意图；

图4为本发明取样装置中石英砂玻璃管的结构示意图；

图5为本发明实施例中未处理的轮胎微塑料扫描电镜图像；

图6为本发明实施例中放置在人工湿地进水池中1个月的轮胎微塑料扫描电镜图像。

其中：

1、套袋；11、弹性件；111、收紧绳A；112、收紧绳B；113、不锈钢丝；2、取样管；21、玻璃管；22、滤膜；23、橡皮筋；24、封口膜；3、保护罩；31、第一护体；311、拉链；32、第二护体；4、连接绳；41、卡扣。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明提供的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置及方法作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图4，一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，包括套袋1、设置在套袋1内部的若干取样管2和套设在套袋1外部的保护罩3；所述套袋1为一端开口的长方体网布，所述套袋1包括弹性件11，所述弹性件11包括穿设在开口处边沿的收紧绳A111和分别穿设在套袋1两侧长边内的收紧绳B112，保证放入其中的取样管2的在水环境中的稳定性，并且套袋1的长边处收紧绳内设置有不锈钢丝113，可以增强该套袋1的稳固性，从而增加该套袋1的使用寿命。

所述取样管2包括石英砂的玻璃管21和滤膜22，所述玻璃管21两端管口通过滤膜22包覆并通过橡皮筋23捆扎固定；所述玻璃管21两端的滤膜22之间缠绕包覆设置有封口膜24。

所述保护罩3包括第一护体31和第二护体32，所述第二护体32的下端边缘与第一护体31的上端边缘通过线缝合固定；所述第一护体31的侧壁上竖直设置有拉链311，使得样品的放入与取出操作更加便捷。

进一步地，所述第一护体31为顶端开口的圆筒状结构，所述第二护体32为上窄下宽的圆锥状结构；所述第一护体31和第二护体32的侧壁均为网状结构；第一护体31底部设置有十字状加固织带。网状的保护罩3和套袋1阻止了水体中的鱼类或者其他生物体对该取样装置中取样管2的损害，并且网状结构的设计不会影响水体的正常流动，保证了取样管2中微塑料样品在自然条件下对水体中的微生物进行吸附，不受干扰。

进一步地，还包括设置在保护罩3第二护体32顶端的用以将整个取样装置从水中拉出的连接绳4；所述连接绳4末端设置有可调节的卡扣41。便于在实际操作过程中，取样装置放入水中后，连接绳4的另一端与水体附近的树木或者固定的参照物进行固定。

一种获取水环境中微塑料附着微生物的方法，具体包括如下步骤：

A1、选取不同粒径的轮胎微塑料各0.2g，放入长为8cm，直径2cm的中空的石英砂玻璃管21中，并将玻璃管21的两端管口用直径8cm，孔径5μm玻璃纤维滤膜22封住，同时用橡皮筋23固定并做好标记；然后将处理好的取样管2放入尼龙材质的套袋1中；

A2、再将装有取样管2的套袋1通过拉链311放入长55cm，直径35cm的聚酯纤维材质的保护罩3中；使用长为5m，直径0.5cm的尼龙绳将该取样装置通过卡扣41链接到树上，取样装置放入水中，选定的水环境为中国科学院城市环境研究所人工湿地，1个月后取出观察；

A3、将取样装置中的取样管2取出，并用无菌水冲净取样管2外表面；

A4、拆开取样管2，将其中的内容物用灭菌过的500目纱绢进行过滤，同时用超纯水将玻璃管21内壁的粘附物进行冲洗并过滤，合并沉淀物，即得到水环境中轮胎微塑料附着的微生物样品，于-80℃条件保存，待后续测序分析。

测试方法

采用日立S-4800场发射扫描电子显微镜，对实施例1中放入水中1个月取出的轮胎微塑料和未放入水中的轮胎微塑料一同进行观察，结果如附图5-6所示。

由图5-6可知，未处理的轮胎微塑料形状规整，且视野背景干净，无杂质。而放入水中1个月后取出的轮胎微塑料的电镜图中，可以看出视野中的微塑料表面吸附有细菌或者细菌的分泌物，且有的变为破碎的细长形状，有的表面变钝或变粗糙并出现明显裂痕，表明将轮胎微塑料放入本发明中的微生物取样装置中，可以成功的收集到水环境中的微生物。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：包括套袋（1）、设置在套袋（1）内部的若干取样管（2）和套设在套袋（1）外部的保护罩（3）；所述套袋（1）为一端开口的长方体网布，所述套袋（1）包括弹性件（11），所述弹性件（11）包括穿设在开口处边沿的收紧绳A（111）和分别穿设在套袋（1）两侧长边内的收紧绳B（112），所述收紧绳B（112）内设置有不锈钢丝（113）；

所述取样管（2）包括石英砂的玻璃管（21）和滤膜（22），所述玻璃管（21）两端管口通过滤膜（22）包覆并通过橡皮筋（23）捆扎固定；所述玻璃管（21）两端的滤膜（22）之间缠绕包覆设置有封口膜（24）；所述保护罩（3）包括第一护体（31）和第二护体（32），所述第一护体（31）和第二护体（32）的侧壁均为网状结构；所述第二护体（32）的下端边缘与第一护体（31）的上端边缘通过线缝合固定；所述第一护体（31）的侧壁上竖直设置有拉链（311）。

2.如权利要求1所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：所述滤膜（22）为孔径不超过5 μm的玻璃纤维滤膜。

3.如权利要求1所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：所述套袋（1）由尼龙材料制成。

4.如权利要求1所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：所述第一护体（31）为顶端开口的圆筒状结构，所述第二护体（32）为上窄下宽的圆锥状结构；所述第一护体（31）底部设置有十字状加固织带。

5.如权利要求1所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：所述保护罩（3）由聚酯纤维材料制成。

6.如权利要求1-5任一所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置，其特征在于：还包括设置在保护罩（3）第二护体（32）顶端的用以将整个取样装置从水中拉出的连接绳（4）；所述连接绳（4）末端设置有可调节的卡扣（41）。

7.一种利用权利要求1所述的获取水环境中微塑料附着微生物的取样装置进行取样的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

A1、选取一定量的微塑料，放入取样管（2）中，做好标记；然后将

取样管（2）放入套袋（1），并拉紧收紧绳；再通过保护罩（3）上的拉链（311）将装有取样管（2）的套袋（1）放入其中；

A2、将经过步骤A1处理的取样装置通过连接绳（4）的一端连接，放入选定的水环境中，然后将连接绳（4）的另一端利用其末端的卡扣（41）固定在水环境周边的树木或者固定的参照物上，试验周期结束后取出；

A3、将取样装置中的取样管（2）取出，并用无菌水冲净取样管（2）外表面；

A4、拆开取样管（2），将其中的内容物用已灭菌的500目纱绢进行过滤，同时用超纯水将玻璃管（21）内壁的粘附物进行冲洗并过滤，合并沉淀物，即得到水环境中微塑料附着的微生物样品。

8.如权利要求7所述的一种获取水环境中微塑料附着微生物的方法，其特征在于：所述步骤A4得到的微生物样品置于冷冻条件下保存，待测序分析。

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