CN203187688U

CN203187688U - 一种藻类培养箱

Info

Publication number: CN203187688U
Application number: CN 201320211461
Authority: CN
Inventors: 李哲; 刘静; 张利萍; 闫彬; 张呈; 方芳; 郭劲松
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-04-24

Abstract

一种藻类培养箱，包括培养箱本体，该培养箱本体由不透明的材料制成，该培养箱本体的上部安装有不透明的顶部封盖，该顶部封盖下方均布有位于所述培养箱本体上部的光源；光源只分布在培养箱本体的上部，使培养箱内的光照具有单向性，模拟天然水体中光从水面向下单向传递，从而实现模拟自然水体中光照垂直方向单向分布的特性，培养箱内入射光强与波长均可实现人工调节或改变，从而很好地实现了对天然水体中光照单向传递的真实模拟；光源都均匀分布，使得照射到水面的光线均匀，光源中加入紫外线灯管，起到杀菌的作用，减少细菌对藻类培养的影响。

Description

一种藻类培养箱

技术领域

本实用新型涉及生态环境研究领域用的培养箱，具体涉及一种可以模拟自然水体光照分布特性、可在线监测和控制环境参数的藻类培养箱。培养箱用于藻类生理生态响应及其种群动态研究，特别是对光照响应机制的研究。

背景技术

悬浮生长于水中的藻类是水域生态系统的主要生产者。它们通过光合作用有机合成大气中二氧化碳，是水域生态系统主要的能量来源，亦对全球二氧化碳吸收具有重要贡献，是近年来生态环境学科领域的重点关注对象。

光照是藻类进行光能合成的必需条件，是研究不同生境下藻类生理生态响应机制的关键参量，具有重要科学意义。通常，天然水体中光从水面向下单向传递，传递过程中受水中颗粒物、溶解物质等的影响而沿垂直方向逐渐衰减，天然水体中水下光强衰减过程符合Lambert-Beer’s定律。研究藻类在光照条件下改变的生理生态响应机制，目前常采用的研究方案有室内模拟实验和野外原位试验。

室内模拟实验通常使用光照培养箱作为培养装置，但光照培养箱存在一定缺陷：

1）光源在箱内呈三面分布，通过镜面反射使培养箱内光照分布均匀，致使培养箱内光照不具有单向性，难以模拟自然水体中光照垂直方向上单向分布的特征；

2）尽管光照培养箱内光照强度可调，但因光照培养箱容积相对有限，通常仅允许锥形瓶在箱内进行培养，在一定程度上忽视了培养瓶内光照衰减对实际藻类生长的影响。此外，因容积有限，亦无法放置水下光量子仪以准确计量藻类实际接受的光照强度。

3）光照培养箱只能通过调节出不同的光照强度，尽管能够开展种群生物量积累研究，但因光照均匀分布，无法研究因水下光照梯度改变而导致的藻类垂向运动过程。

4）光照培养箱内通常采用锥形瓶进行培养，控温方式通过鼓风加热或制冷进行温度调节，无法实现对不同水层深度出的独立温度控制，故无法模拟天然水体中水柱温度分层的现象。

野外原位培养光照来源为自然光照，极容易受到天气的影响，光照日变化大。由于整个试验系统处于野外环境中，难以按照实验需求对单一因子进行独立的控制，给定量分析光照与光照分布对藻类生理生态的影响带来一定的困难。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种密封培养，能够模拟自然水体光照垂向分布特性、且能够在线监测和控制环境参数的藻类培养箱

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种藻类培养箱,包括培养箱本体，其特征在于，所述培养箱本体由不透明的材料制成，该培养箱本体的上部安装有不透明的顶部封盖，该顶部封盖下方均布有位于所述培养箱本体上部的光源。

所述光源为对称的两组光源阵列，每组光源阵列都由平行设置的荧光灯管组成，该荧光灯管都安装在透明有机玻璃板的上表面，在该透明有机玻璃板的上表面还安装有紫外线灯管，该紫外线灯管平行均布在荧光灯管之间，所述透明有机玻璃板安装在所述培养箱本体的上部开口，在该透明有机玻璃板的下表面安装有机玻璃顶板。

所述培养箱本体的侧壁上包裹有保温层，该保温层中横向穿插安装有加热管或制冷片，该加热管或制冷片连接有控制器。

还包括供气干管，该供气干管的进气口与一个三通管的出气口连接，该三通管的两个进气口分别与一个高纯氮气瓶和一个纯二氧化碳瓶的出气口连接，所述供气干管的出气口与所述培养箱本体底部的曝气支管的进气口连接，该曝气支管至少2根，该曝气支管都并排设置在所述培养箱本体的底部，在曝气支管上均布有曝气沙头。

所述培养箱本体底部的还设置有穿出所述培养箱本体的培养液进样管，该培养液进样管的进液口位于所述培养箱本体的外部，在所述培养箱本体的外部还设置有培养液进样系统和蠕动泵，该培养液进样系统的出液口与所述蠕动泵的进液口连接，该蠕动泵的出液口与所述该培养液进样管的进液口连接。

所述培养箱本体内壁上竖直安装有导轨，该导轨的下部安装有可沿导轨升降的升降平台，该升降平台还连接有连杆，所述升降平台上安装有水下光量子探头，所述连杆的上部通过所述有机玻璃顶板设置的水下光量子仪测量孔穿出。

所述培养箱本体的侧壁上还竖直并排设置有一组与所述培养箱本体内部连通的出水口。

培养箱本体内还设置有在线监测探头，该在线监测探头的电线穿过设在所述有机玻璃顶板上的在线监测探头安装孔与所述控制器连接。

所述培养箱本体顶部的内部侧壁上设置有承插槽，所述透明有机玻璃板的边沿装入所述培养箱本体侧壁的承插槽。

所述培养箱本体的侧壁上还内嵌有用于观察本体内部的透明板，在培养箱本体的侧壁上还设置有位于所述透明板外壁的遮光板承插槽，该遮光板承插槽内安装有上下滑动的避光板。

本实用新型的积极效果是：

1.光源只分布在培养箱本体的上部，使培养箱内的光照具有单向性，模拟天然水体中光从水面向下单向传递，从而实现模拟自然水体中光照垂直方向单向分布的特性，培养箱内入射光强与波长均可实现人工调节或改变，从而很好地实现了对天然水体中光照单向传递的真实模拟；

2．光源都均匀分布，使得照射到水面的光线均匀，光源中加入紫外线灯管，起到杀菌的作用，减少细菌对藻类培养的影响。

3．培养箱本体的侧壁上包裹有保温层，该保温层中横向穿插安装有加热管或制冷片，该加热管或制冷片连接有控制器，通过控制器控制加热管或制冷片，实现对不同水层深度处的独立温度控制，实现模拟天然水体中水柱温度分层的现象。

4.通过供气干管向述培养箱本体底部鼓入二氧化碳，保证藻类光合作用所需要的二氧化碳，氮气起到调节二氧化碳浓度的作用。

5.通过蠕动泵向培养箱本体中添加培养液，保证藻类生长所需要的营养物质物质等。

6. 通过连杆带动升降平台沿着导轨上下滑动，从而带动光量子探头检测不同深度处的光照强度，从而能够实现对培养箱内藻类生长过程的精确监控，解决了现有光照培养箱无法实现关键参数在线监控的缺陷。

7.通过培养箱本体的侧壁上竖直并排设置的与培养箱本体内部连通的出水口，实现调节培养箱本体内水体高度的作用，实现对藻类不同水深生长状况的研究，亦能开展藻类垂向运动的研究，培养箱亦可通过水深调节实现对不同容积的培养需求。

8. 培养箱通过设置在线控制探头，能够实现对培养箱内藻类生长过程的精确监控，解决了现有光照培养箱无法实现关键参数在线监控的缺陷。

9. 培养箱本体的侧壁上内嵌有用于观察本体内部的透明板，通过滑动安装在承插槽中的避光板，即可实现观察培养箱本体内的藻类，在观察完毕后使用滑动避光板遮挡住透明板。

附图说明

图1为培养箱顶部平面图；

图2为培养箱底部平面图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图1的B-B剖面图；

图为5培养箱光源阵列示意图；

图6为培养箱顶部光源阵列安装局部大样；

图7为培养箱侧面结构示意图；

图8为侧面的温控装置示意图；

图9为承插式观察孔结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图9所示，一种藻类培养箱,包括培养箱本体1，该培养箱本体1由不透明的材料（如：PVC板）制成，该培养箱本体1的上部安装有不透明的顶部封盖35，该顶部封盖35内部粘有反光材料（如锡纸贴膜等），培养箱本体1和顶部封盖35共同实现了本发明的藻类培养箱的全避光密封。顶部封盖35下方均布有位于培养箱本体1上部的光源阵列7，该光源阵列7为对称的两组荧光灯管31，每组荧光灯管31的荧光灯管31都并拍设置，光源只分布在培养箱本体1的上部，使培养箱内的光照具有单向性，模拟天然水体中光从水面向下单向传递，从而实现模拟自然水体中光照垂直方向单向分布的特性，培养箱内入射光强与波长均可实现人工调节或改变，从而很好地实现了对天然水体中光照单向传递的真实模拟。

上述的荧光灯管31都安装在透明有机玻璃板34的上表面，该透明有机玻璃板34的下表面贴合安装有有机玻璃顶板2，培养箱本体1顶部的内部侧壁上设置有承插槽36，透明有机玻璃板34的边沿与培养箱本体1侧壁的承插槽36配合，装入该承插槽36，实现了将透明有机玻璃板34安装在培养箱本体1的顶部。在平行设置的荧光灯管31之间还均布有三根紫外线灯管32，紫外线灯管32，起到杀菌的作用，减少细菌对藻类培养的影响。

培养箱本体1的侧壁上包裹有保温层37，该保温层37中横向穿插安装有加热管或制冷片18，该加热管或制冷片18连接有控制器19，通过控制器19控制加热管或制冷片18，实现对不同水层深度处的独立温度控制，实现模拟天然水体中水柱温度分层的现象。

在培养箱本体1上还安装有供气干管6，该供气干管6的进气口与一个三通管的出气口连接，该三通管的第一进气口依次通过一个流量调节阀和流量计后与一个纯二氧化碳瓶的出气口连接，三通管的第二进气口依次通过一个流量调节阀和流量计后与一个高纯氮气瓶的出气口连接，供气干管6的出气口通过过滤器28后与培养箱本体1底部的曝气支管11的进气口连接，该曝气支管11为并排平行设置的4根，该曝气支管11都设置在培养箱本体1底部的曝气支管管槽12内，在曝气支管11上均布有曝气沙头13，通过供气干管6向述培养箱本体1底部鼓入二氧化碳，保证藻类光合作用所需要的二氧化碳，氮气起到调节二氧化碳浓度的作用。

在培养箱本体1底部的还设置有穿出所述培养箱本体1的培养液进样管14，该培养液进样管14上均布有培养液进样孔15。培养液进样管14的进液口位于培养箱本体1的外部，在培养箱本体1的外部还设置有培养液进样系统20和蠕动泵21，该培养液进样系统20的出液口与蠕动泵21的进液口连接，该蠕动泵21的出液口与该培养液进样管14的进液口连接，通过蠕动泵21向培养箱本体1中的水体中添加培养液，保证藻类生长所需要的营养物质等。

在培养箱本体1内壁上竖直安装有导轨17，该导轨17的下部安装有可沿导轨升降的升降平台16，该升降平台16上安装有水下光量子探头22，升降平台16还连接有连杆23，该连杆23的上部通过所述有机玻璃顶板2设置的水下光量子仪测量孔5穿出，通过连杆23带动升降平台16沿着导轨17向上或向下滑动，从而带动光量子探头22检测不同深度处的光照强度，实现对培养箱内藻类生长过程的精确监控。

通过培养箱本体1的侧壁上竖直并排设置的与培养箱本体1内部连通的出水口10，实现调节培养箱本体1内水体高度的作用，实现对藻类不同水深生长状况的研究，亦能开展藻类垂向运动的研究，培养箱亦可通过水深调节实现对不同容积的培养需求。

培养箱本体1内还设置有在线监测探头29，该在线监测探头29的电线穿过设在有机玻璃顶板2上的在线监测探头安装孔4与控制器19连接；通过设置在线控制探头29，能够实现对培养箱内藻类生长过程的实时、精确监控，解决了现有光照培养箱无法实现关键参数在线监控的缺陷。

在培养箱本体1的侧壁上还内嵌有用于观察本体内部的透明板40，该透明板40采用有机玻璃制成，在培养箱本体1的侧壁上还设置有遮光板承插槽38，该遮光板承插槽内安装有上下滑动的避光板41。通过滑动安装在承插槽中的避光板41，即可实现观察培养箱本体内的情况，在观察完毕后使用滑动避光板41遮挡住透明板40。

实施例1：

设计了长为600mm、宽为400mm、高为400mm的培养箱，箱体内水面高度300mm。水下光量子仪采用Li-Cor 192SA型。装置内接种小球藻，接种起始浓度为1×10⁴cell/L。通过调节荧光灯管31管开放组数与功率，在特定状态下水柱内不同深度处光强如下表：

水面下深度（mm）	0	50	100	150	200
						水下光强（μmol photos m^-2 s^-1）	1361.5	1171.0	1059.6	980.4	869.1

对水下光强的监测结果表明，培养箱内能够实现对不同水层深度处水下光照强度的有效测量；且对水下光强的测量结果得到培养箱内光强在不同水深处呈指数衰减规律，上述监测数据用Lambert-Beer’s模型拟合，拟合优度R²达到0.9923，显著性p≤0.01；所测试的水下光强衰减系数K_d为2.270，说明培养箱内能够实现对天然水体水下光强分布特征的有效模拟。

采用温控单元（与控制器连接的加热管或制冷片18）对顶层100mm内水体进行加热同时对底层100mm内水体进行制冷，实现了温度分层，不同水层内温度如下表：

水面下深度（mm）	0	50	100	150	200	300
							水温（℃）	24.3	24.3	24.2	23.7	22.5	22.0

上述结果说明，所设计的藻类培养箱能够实现对天然水体中水柱温度分层特征的有效模拟。

通过对藻类培养表明，间歇运行模式下（即一次性注入培养液、藻类接种液，出水口关闭，培养数日）培养箱内部的小球藻初期接种后进入指数增长期，在二十天时，生物量达到稳定期。连续运行模式（即连续注入培养液、出水口开启，培养数日），达到稳定状态后，藻类生长速率同培养箱内水体更新速率相同。

实施例表明，所设计的藻类培养箱，能够实现对天然水体中光线单向传递的有效模拟，能够对藻类生长环境中的各种参数进行准确实时观测，能够开展藻类培养与相关实验，具有运行方式灵活，功能全面的显著特征。

本实用新型的上述实施例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims

1.一种藻类培养箱,包括培养箱本体（1），其特征在于，所述培养箱本体（1）由不透明的材料制成，该培养箱本体（1）的上部安装有不透明的顶部封盖（35），该顶部封盖（35）下方均布有位于所述培养箱本体（1）上部的光源。

2.根据权利要求1所述的藻类培养箱，其特征在于，所述光源为对称的两组光源阵列（7），每组光源阵列（7）都由平行设置的荧光灯管（31）组成，该荧光灯管（31）都安装在透明有机玻璃板（34）的上表面，在该透明有机玻璃板（34）的上表面还安装有紫外线灯管（32），该紫外线灯管（32）平行均布在荧光灯管（31）之间，所述透明有机玻璃板（34）安装在所述培养箱本体（1）的上部开口，在该透明有机玻璃板（34）的下表面贴合安装有机玻璃顶板（2）。

3.根据权利要求1或2所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）的侧壁上包裹有保温层（37），该保温层（37）中横向穿插安装有加热管或制冷片（18），该加热管或制冷片（18）连接有控制器（19）。

4.根据权利要求1所述的藻类培养箱，其特征在于，还包括供气干管（6），该供气干管（6）的进气口与一个三通管的出气口连接，该三通管的两个进气口分别与一个高纯氮气瓶和一个纯二氧化碳瓶的出气口连接，所述供气干管（6）的出气口与所述培养箱本体（1）底部的曝气支管（11）的进气口连接，该曝气支管（11）至少2根，该曝气支管（11）都并排设置在所述培养箱本体（1）的底部，在曝气支管（11）上均布有曝气沙头（13）。

5.根据权利要求3所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）底部的还设置有穿出所述培养箱本体（1）的培养液进样管（14），该培养液进样管（14）的进液口位于所述培养箱本体（1）的外部，在所述培养箱本体（1）的外部还设置有培养液进样系统（20）和蠕动泵（21），该培养液进样系统（20）的出液口与所述蠕动泵（21）的进液口连接，该蠕动泵（21）的出液口与所述该培养液进样管（14）的进液口连接。

6.根据权利要求5所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）内壁上竖直安装有导轨（17），该导轨（17）的下部安装有可沿导轨升降的升降平台（16），该升降平台（16）还连接有连杆（23），所述升降平台（16）上安装有水下光量子探头（22），所述连杆（23）的上部通过所述有机玻璃顶板（2）设置的水下光量子仪测量孔（5）穿出。

7.根据权利要求6所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）的侧壁上还竖直并排设置有一组与所述培养箱本体（1）内部连通的出水口（10）。

8.根据权利要求7所述的藻类培养箱，其特征在于，培养箱本体（1）内还设置有在线监测探头（29），该在线监测探头（29）的电线穿过设在所述有机玻璃顶板（2）上的在线监测探头安装孔（4）与所述控制器（19）连接。

9.根据权利要求8所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）顶部的内部侧壁上设置有承插槽，所述透明有机玻璃板（34）的边沿装入所述培养箱本体（1）侧壁的承插槽。

10.根据权利要求9所述的藻类培养箱，其特征在于，所述培养箱本体（1）的侧壁上还内嵌有用于观察本体内部的透明板（40），在培养箱本体（1）的侧壁上还设置有位于所述透明板（40）外壁的遮光板承插槽，该遮光板承插槽内安装有上下滑动的避光板（41）。