CN111751503B - 一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋生物技术领域，具体涉及一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，包括构建模拟装置和食物链；设置模拟装置的环境因子参数；驯化实验动物；投放有毒赤潮藻；实验动物按照实验设计摄食有毒赤潮藻，收集样品；按需要决定是否需对下一营养级生物进行驯化，并把已经累积赤潮毒素的上一营养级生物作为饵料投喂给下一营养级生物，依次类推，直至完成研究。本发明通过构建自然海区环境因子和营养级生物系统，模拟赤潮毒素在环境因子作用下沿初级生长者到各级消费者累积与传递过程，探明赤潮毒素的食物链累积与传递特征及其机理，为我国海洋环境保护、海产品消费安全和海洋经济可持续发展提供科学依据。
Description
技术领域
本发明属于海洋生物技术领域，具体涉及一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法。
背景技术
赤潮通常指一些海洋微藻、原生动物或细菌在水体中过度繁殖或聚集而令海水变色的现象，习惯上往往将海水中藻类达到一定密度后的生态现象称为赤潮。赤潮是海洋中原本就存在的自然现象，然而，进入20世纪，随着人类社会的发展，导致赤潮发生的原因发生了根本的变化，赤潮已从海洋生态系统一种自我调整的正常自然现象，演变为在人类活动干扰下、频繁发生的异常生态灾害。我国近海多次或大面积引发赤潮的多发性赤潮生物主要包括甲藻门、金藻门、黄藻门和硅藻门4大门类。
赤潮毒素一般由海洋中的有毒赤潮藻产生，因常被贝类滤食毒素富集在贝类体内，人类食用贝类后引发中毒而得名。根据人类中毒症状，分为麻痹性贝毒、腹泻性贝毒、神经性贝毒、记忆缺失性贝毒、西加鱼毒（雪卡毒素）。根据化学结构及其溶解性，又可分为水溶性贝类毒素：石房蛤毒素和软骨藻酸；脂溶性贝类毒素：原多甲藻酸、短裸甲藻毒素、环亚胺、大田软海绵酸、蛤毒素和虾夷扇贝毒素；其它毒素还有溶血性毒素、西加鱼毒、海葵毒素等。麻痹性贝毒在我国的污染问题十分突出，呈逐年加剧趋势，主要产毒藻为亚历山大藻和裸甲藻等；记忆缺失性贝毒我国近海有检出但未发现超标，对应的产毒藻是拟菱形藻；脂溶性贝毒在我国近海常年可检出，虾夷扇贝毒素和鳍藻毒素偶有超标，产毒微藻为鳍藻、原甲藻及网状原甲藻等；雪卡毒素在我国南部珊瑚礁海区污染比较严重，由底栖甲藻冈比亚藻产生，不过由于需要潜水采样及毒素标准物质的匮乏，了解较少。
贝类和鱼类及其生活的海域沾染赤潮毒素是我国和世界上沿海国家常见的水产品安全问题。近几十年来，我国近海富营养化日趋严重，有害藻赤潮问题相当突出，与之相关的海产品食用安全问题愈发严峻。然而，我们对赤潮毒素发生机理、迁移规律及风险预警方面认识仍不够，缺乏对毒素溯源和产毒机制的深入研究，未能建立毒素与产毒生物之间、毒素与环境因子之间、毒素与营养级各级生物之间的系统关联。随着新的赤潮毒素成分和产毒生物的不断发现，亟需发明一套通用的室内模拟装置和模拟方法构建自然海区环境因子和营养级，探明赤潮毒素的食物链累积与传递特征及其机理，为我国海洋环境保护、海产品消费安全和海洋经济可持续发展提供科学依据。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法的技术方案。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于包括：
1）构建模拟装置，构建以有毒赤潮藻作为初级生产者的食物链；
2）按照研究要求设置模拟装置的环境因子参数；
3）实验动物在模拟装置中进行驯化；
4）把事先培养好的有毒赤潮藻投放到模拟装置中；
5）实验动物按照实验设计摄食有毒赤潮藻，收集样品；
6）按需要决定是否需对下一营养级生物进行驯化，并把已经累积赤潮毒素的上一营养级生物作为饵料投喂给下一营养级生物，依次类推，直至完成研究。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述环境因子参数包括光照、温度、盐度、流速中的任意多种。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述食物链为有毒赤潮藻→大型浮游动物→食浮游动物的鱼类→食鱼的鱼类或有毒赤潮藻→滤食性植食者→底栖肉食者→食鱼的鱼类。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述模拟装置包括
主水槽，所述主水槽上设置灯具，主水槽的前后两端分别设置整流盒和水位隔板；
底槽过滤系统，所述底槽过滤系统用以对主水槽排出的水进行过滤；
水体变温设备，所述水体变温设备用以对主水槽排出的水进行变温；以及
第一管路系统，所述第一管路系统用以将主水槽溢出水位隔板的水输送至底槽过滤系统和水体变温设备分别进行过滤和变温，再将经过过滤和变温的水输送至整流盒。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于还包括第二管路系统，所述第二管路系统用以将主水槽溢出水位隔板的水输送至整流盒，所述第二管路系统包括配合安装于整流盒与主水槽后端之间的第五循环水管、与第五循环水管配合安装的第二循环水泵，第五循环水管上配合安装第二阀门。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述第一管路系统包括配合安装于主水槽后端与底槽过滤系统之间的第一循环水管、用以对底槽过滤系统进行抽水的第一循环水泵、配合安装于底槽过滤系统与整流盒之间并与第一循环水泵配合安装的第二循环水管、配合安装于第二循环水管与水体变温设备之间的第三循环水管及配合安装于底槽过滤系统与水体变温设备之间的第四循环水管，第二循环水管上配合安装第一阀门。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述底槽过滤系统包括底槽，底槽上设置依次连通的第二过滤格、第三过滤格和第五过滤格，第二过滤格用以与第一循环水管和第四循环水管配合连接，其内设置滤袋，第三过滤格内设置蛋白质分离器，第五过滤格用以与第二循环水管配合连接。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述底槽上还设置第一过滤格和第四过滤格，第一过滤格与第二过滤格连通，第二过滤格通过第一过滤格与第一循环水管和第四循环水管配合连接，第三过滤格通过第四过滤格与第五过滤格连通。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述主水槽上设置摄像头；所述水体变温设备为冷暖两用冷水机。
所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述主水槽的上端两侧设置加强板。
本发明通过构建自然海区环境因子和营养级生物系统，模拟赤潮毒素在环境因子作用下沿初级生长者到各级消费者的累积与传递过程，探明赤潮毒素食物链累积与传递特征及其机理，为我国海洋环境保护、海产品消费安全和海洋经济可持续发展提供科学依据。
附图说明
图1为本发明的模拟方法流程图；
图2为本发明的模拟装置结构示意图之一；
图3为本发明的模拟装置结构示意图之二；
图4为本发明的模拟装置结构示意图之三；
图5为本发明的模拟装置中底槽及其内部结构示意图之一；
图6为本发明的模拟装置中底槽及其内部结构示意图之二，图中未示出底槽的顶板；
图7为本发明的模拟装置中水位隔板结构示意图；
图8为本发明的模拟装置中整流盒截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，包括：
1）构建模拟装置，构建以有毒赤潮藻作为初级生产者的食物链；
2）按照研究要求设置模拟装置的环境因子参数；
3）实验动物在模拟装置中进行驯化；
4）把事先培养好的有毒赤潮藻投放到模拟装置中；
5）实验动物按照实验设计摄食有毒赤潮藻，收集样品；
6）按需要决定是否需对下一营养级生物进行驯化，并把已经累积赤潮毒素的上一营养级生物作为饵料投喂给下一营养级生物，依次类推，直至完成研究。
所述环境因子参数包括光照、温度、盐度、流速等。
对上述模拟方法的进一步说明：通过在环境可控的模拟装置中构建初级生产者（有毒赤潮藻）→各级消费者食物链，模拟由有毒赤潮藻产生的赤潮毒素在不同营养级间累积和传递。具体地，通过构建经典食物链：有毒微藻→大型浮游动物（桡足类）→食浮游动物的鱼类→食鱼的鱼类或有毒微藻→滤食性植食者（蛤、蚌类）→底栖肉食者→食鱼的鱼类，具体食物链层级数视研究需要决定。
所述模拟装置包括主水槽1、底槽过滤系统、水体变温设备5及第一管路系统，所述主水槽1上设置灯具2，主水槽1的前后两端分别设置整流盒3和水位隔板4；所述底槽过滤系统用以对主水槽1排出的水进行过滤；所述水体变温设备5用以对主水槽1排出的水进行变温；所述第一管路系统用以将主水槽1溢出水位隔板4的水输送至底槽过滤系统和水体变温设备5分别进行过滤和变温，再将经过过滤和变温的水输送至整流盒3。
作为优化，本发明的模拟装置还包括第二管路系统，所述第二管路系统用以将主水槽1溢出水位隔板4的水不经过底槽过滤系统直接输送至整流盒3。
所述第二管路系统包括配合安装于整流盒3与主水槽1后端之间的第五循环水管6、与第五循环水管6配合安装的第二循环水泵7，第五循环水管6上配合安装第二阀门8。
作为优化：所述第一管路系统包括配合安装于主水槽1后端与底槽过滤系统之间的第一循环水管9、用以对底槽过滤系统进行抽水的第一循环水泵10、配合安装于底槽过滤系统与整流盒3之间并与第一循环水泵10配合安装的第二循环水管11、配合安装于第二循环水管11与水体变温设备5之间的第三循环水管12及配合安装于底槽过滤系统与水体变温设备5之间的第四循环水管13，第二循环水管11上配合安装第一阀门14。
作为优化：所述底槽过滤系统包括底槽15，底槽15上设置依次连通的第二过滤格17、第三过滤格18和第五过滤格20，第二过滤格17用以与第一循环水管9和第四循环水管13配合连接，其内设置滤袋21，第三过滤格18内设置蛋白质分离器22，第五过滤格20用以与第二循环水管11配合连接。
更进一步的，所述底槽15上还设置第一过滤格16和第四过滤格19，第一过滤格16与第二过滤格17连通，第二过滤格17通过第一过滤格16与第一循环水管9和第四循环水管13配合连接，第三过滤格18通过第四过滤格19与第五过滤格20连通。各过滤格之间通过底部通水或通过溢流过水。
作为优化：所述主水槽1上设置摄像头23，摄像头23用以实时监控实验动物的行为，记录发现其在赤潮毒素影响下的异常行为。
更进一步的，主水槽1上设置用以安装摄像头3和灯具2的支架24。
作为优化：所述水体变温设备5为冷暖两用冷水机。
作为优化：所述主水槽1的上端两侧设置加强板25。
作为优化：本发明的模拟装置还包括用以支撑主水槽1的框架26，底槽15设置于框架26内，水体变温设备5设置于框架26一侧。
作为优化：所述整流盒3为一具有具有空腔的长方体结构，其内部上端固定一挡板300，挡板300与整流盒3的底部之间留出一定的空间，整流盒3朝向主水槽1中心的一侧开设排水口301。
作为优化：所述水位隔板4的顶部开设多个小槽，用于隔挡大型游泳生物。
所述环境因子参数中的光照通过灯具2调整，温度通过水体变温设备调整，盐度通过补水机构调整，流速通过水泵和整流盒3调整。
在本发明的模拟装置中，框架26采用4040铝型材，主水槽1和整流盒3均采用亚克力有机玻璃。为了水流均匀，主水槽配备两只水泵，可调流量0-6000L/H，电机最大功率50W，出水口直径1"/32mm，实现流速1-9档任意切换。管路系统采用1"/32mm u-pvc管，出水通过整流盒3调节后平稳呈片状流出。管路系统配备控制阀门两只，通过水泵调速和阀门开闭程度可实现较广范围的流量及流速调整。为了模拟大自然真实光照情况，主水槽1上方；并采用四组灯具2，灯具2具体采用LED灯（COOLOOK，A2型号，规格350，功率90W×4），灯组通过支架24固定，支架24具体采用万能角钢架，可上下调整，LED灯组可对日升、日平、日落、夜间时间长短及光强大小进行模式设置，设定后自动按参数循环，从而对水槽实现全光谱覆盖，光强和光照韵律的调整。一般实验采用日升3小时，日平8小时，日落3小时，夜间10小时模式。
本发明还配备水体变温设备5，水体变温设备5具体采用冷暖两用冷水机，冷暖两用冷水机通过一路管道与主水槽相连接，将实验温度控制在10-35℃，并借助摄像头23实时监控实验生物摄食情况及可能伴随的生理反应。为了适应长时间实验，本发明还配备底槽过滤系统一套，去除实验生物的排泄物，保证水质正常，底槽过滤系统内装有200微米孔径滤袋21、蛋白质分离器22等机械过滤结构，同时底槽内的第四过滤格19可供摆放过滤材料或者饲养大型藻类，通过物理和生物过程保证水质稳定，以供长期试验的要求。第四过滤格19内还固定一补水安装架27，用于安装浮球补水阀和自来水管或电动红外补水器实现自动补水保证实验海水盐度恒定，通过浮球补水阀和电动红外补水器自动补水为公知技术，本发明不再赘述。
本发明的水流系统分为两路，分别为用于过滤的第一管路系统和用于内循环的第二管路系统，分别由第一循环水泵10和第二循环水泵7驱动，用于短时间周期实验时，可不接入第一管路系统，具体操作是关闭第一循环水管9上的阀门，来实现主水槽1水体单独循环实验；用于时间较长实验时，则将第一循环水管9上的阀门打开，将底槽过滤系统接入主水槽1，作为旁流式过滤，即两个管路系统同时工作，不将全部水引入底槽过滤系统，进入底槽15内的水进水方式为溢流和虹吸，不采用水泵送水。
第一管路系统的水流路径：主水槽1中溢出水位隔板4的水经第一循环水管9流入底槽15的第一过滤格16，从第一过滤格16溢流到第二过滤格17，经滤袋21的过滤后从第二过滤格17的底部流到第三过滤格18，在第三过滤格18内经蛋白质分离器22的过滤，然后溢流到第四过滤格19，再溢流到第五过滤格20，经第一循环水泵10抽吸到第二循环水管11，一部分经过第二循环水管11流到整流盒3，从整流盒3中呈片状流出并回到主水槽1，另一部分从第二循环水管11流入第三循环水管12，再从第三循环水管12流入冷暖两用冷水机，水经过降温后经第四循环水管13重新排入第一过滤格16，然后循环往复。
第二管路系统的水流路径：主水槽1中溢出水位隔板4的水经第二循环水泵7抽吸到第五循环水管9，然后经过第五循环水管9直接流到整流盒3，从整流盒3中呈片状流出并回到主水槽1。
本发明的蛋白质分离器22内带有自吸水的针刷式水泵，能自主吸水并产生大量泡沫，可以通过泡沫将水中一些悬浮颗粒物和有机质吸附于表面，通过气泡上升带入污水收集杯，干净的水由于重力作用则不会往上走，从蛋白质分离器侧部出水管流出。
本发明的冷暖两用冷水机出水温度偏低，因此其出水先通入第一过滤格16，再流经其它过滤格，回到主水槽1以降低主水槽1内的水温，这样可以有所缓冲。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于包括：
1）构建模拟装置，构建以有毒赤潮藻作为初级生产者的食物链；
2）按照研究要求设置模拟装置的环境因子参数；
3）实验动物在模拟装置中进行驯化；
4）把事先培养好的有毒赤潮藻投放到模拟装置中；
5）实验动物按照实验设计摄食有毒赤潮藻，收集样品；
6）按需要决定是否需对下一营养级生物进行驯化，并把已经累积赤潮毒素的上一营养级生物作为饵料投喂给下一营养级生物，依次类推，直至完成研究；
所述模拟装置包括
主水槽（1），所述主水槽（1）上设置灯具（2），主水槽（1）的前后两端分别设置整流盒（3）和水位隔板（4）；
底槽过滤系统，所述底槽过滤系统用以对主水槽（1）排出的水进行过滤；
水体变温设备（5），所述水体变温设备（5）用以对主水槽（1）排出的水进行变温；
第一管路系统，所述第一管路系统用以将主水槽（1）溢出水位隔板（4）的水输送至底槽过滤系统和水体变温设备（5）分别进行过滤和变温，再将经过过滤和变温的水输送至整流盒（3），所述第一管路系统包括配合安装于主水槽（1）后端与底槽过滤系统之间的第一循环水管（9）、用以对底槽过滤系统进行抽水的第一循环水泵（10）、配合安装于底槽过滤系统与整流盒（3）之间并与第一循环水泵（10）配合安装的第二循环水管（11）、配合安装于第二循环水管（11）与水体变温设备（5）之间的第三循环水管（12）及配合安装于底槽过滤系统与水体变温设备（5）之间的第四循环水管（13），第二循环水管（11）上配合安装第一阀门（14）；以及
第二管路系统，所述第二管路系统用以将主水槽（1）溢出水位隔板（4）的水输送至整流盒（3），所述第二管路系统包括配合安装于整流盒（3）与主水槽（1）后端之间的第五循环水管（6）、与第五循环水管（6）配合安装的第二循环水泵（7），第五循环水管（6）上配合安装第二阀门（8）。
2.根据权利要求1所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述环境因子参数包括光照、温度、盐度、流速中的任意多种。
3.根据权利要求1所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述食物链为有毒赤潮藻→大型浮游动物→食浮游动物的鱼类→食鱼的鱼类或有毒赤潮藻→滤食性植食者→底栖肉食者→食鱼的鱼类。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述底槽过滤系统包括底槽（15），底槽（15）上设置依次连通的第二过滤格（17）、第三过滤格（18）和第五过滤格（20），第二过滤格（17）用以与第一循环水管（9）和第四循环水管（13）配合连接，其内设置滤袋（21），第三过滤格（18）内设置蛋白质分离器（22），第五过滤格（20）用以与第二循环水管（11）配合连接。
5.根据权利要求4所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述底槽（15）上还设置第一过滤格（16）和第四过滤格（19），第一过滤格（16）与第二过滤格（17）连通，第二过滤格（17）通过第一过滤格（16）与第一循环水管（9）和第四循环水管（13）配合连接，第三过滤格（18）通过第四过滤格（19）与第五过滤格（20）连通。
6.根据权利要求1-3中任一所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述主水槽（1）上设置摄像头（23）；所述水体变温设备（5）为冷暖两用冷水机。
7.根据权利要求1-3中任一所述的一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法，其特征在于所述主水槽（1）的上端两侧设置加强板（25）。
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