專利名稱：一種測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)生物呼吸作用的研究與測(cè)定，尤其涉及對(duì)生物膜、沉積物或水體中 的微生物以及小型生物等研究的一種測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
地表水體氧氣是維持生物，如魚類，底棲動(dòng)物等生存的基本條件，且是生物地球化 學(xué)循環(huán)中一個(gè)最重要的反應(yīng)物。水生生物對(duì)水體氧氣的利用是水體氧氣消耗和有機(jī)質(zhì)降解 的一個(gè)重要?jiǎng)恿?；生物的有氧呼吸作用?duì)是指生物體在有氧的參與下，通過酶的催化作用， 將糖類等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放大量能量的過程。準(zhǔn)確測(cè)定 水體生物對(duì)氧氣的利用速率對(duì)理解地表水體以及沉積物-水界面處氧氣動(dòng)力變化是十分 重要的。生物的有氧呼吸作用，一般以單位時(shí)間內(nèi)生物對(duì)氧氣的消耗量來表示。測(cè)定生物 的呼吸作用，可以采用氧氣電極或化學(xué)滴定的方法測(cè)定實(shí)驗(yàn)起始時(shí)氧氣的含量和實(shí)驗(yàn)終止 時(shí)氧氣的含量來進(jìn)行；也可以采用氧氣電極的方式測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中氧氣的連續(xù)變化來進(jìn) 行。隨著氧電極的普及使用，生物的呼吸作用的測(cè)定，逐步傾向于使用氧氣電極來測(cè)定氧氣 含量。然而，目前的測(cè)定方法均難以勝任小體積生物氧氣消耗量的測(cè)定。比如，葉生生物膜 或石生生物膜，其本身所含微生物生物量較少，較大體積的測(cè)定體系，難以敏感地反映生物 膜的呼吸作用。再如，對(duì)水蚯蚓或搖蚊幼體的呼吸作用測(cè)定時(shí)，大體積的測(cè)定體系同樣難以 反映微小的氧氣變化。因此，目前對(duì)微小生物呼吸作用的測(cè)定方法上，仍存在較大的空缺， 亟待一簡(jiǎn)單實(shí)用的方法予以彌補(bǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種測(cè)定微小生物呼吸作用的微呼吸系 統(tǒng)，測(cè)定系統(tǒng)引入不消耗氧氣的光學(xué)微電極，測(cè)定微小生物的呼吸作用以及光合作用，可以 測(cè)定微升級(jí)小體積樣品中氧氣的含量，滿足測(cè)定微小體系樣品氧氣消耗速率的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種測(cè)定微小生物呼吸作用的裝 置，其特征是設(shè)置一管狀反應(yīng)腔體，管腔內(nèi)壁上設(shè)有一反應(yīng)篩將管狀反應(yīng)腔體分隔成上下 兩部分，管口設(shè)有密封塞，密封塞上設(shè)有一通孔，電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應(yīng)腔 體之上半部；將管狀反應(yīng)腔體垂直放置于一恒溫水浴內(nèi)，恒溫水浴設(shè)有進(jìn)、出水口與恒溫水 槽連通循環(huán)，管狀反應(yīng)腔體底面與恒溫水浴底面接觸，恒溫水浴頂部設(shè)有與管狀反應(yīng)腔體 之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應(yīng)腔體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于 磁力攪拌器上，管狀反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，生物樣品放置在反應(yīng)篩上，反應(yīng)篩孔小于生物 樣品的體積。所述反應(yīng)篩的孔徑為20-1000 μ m,電極頭部距離反應(yīng)篩小于0. 5cm。所述管狀反應(yīng)腔體、反應(yīng)篩、恒溫水浴，密封塞均為透明體。應(yīng)用上述裝置測(cè)定微小生物呼吸作用的方法，按以下步驟
(1)將恒溫水槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口對(duì)應(yīng)連接，開啟恒溫水槽，調(diào)節(jié) 水溫至預(yù)設(shè)恒定溫度，恒溫水槽水溫與生物樣品采樣地的原位水水溫相近，開啟水泵使恒 溫水槽出水并流經(jīng)恒溫水浴循環(huán)；(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體內(nèi)，將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體內(nèi)壁支點(diǎn)上；(3)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，該反應(yīng)液為生物樣品采樣地的原位水；(4)放置底棲動(dòng)物或生物膜于反應(yīng)篩上，輕蓋上密封塞；(5)將微電極穿過硅膠密封墊和密封塞通孔，暴露微電極頭部敏感部位于反應(yīng)腔 體內(nèi)之反應(yīng)篩之上；(6)啟動(dòng)磁力攪拌器，并調(diào)節(jié)其調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速大小以達(dá)到反應(yīng)篩上方水體勻 速轉(zhuǎn)動(dòng)為宜；(7)實(shí)驗(yàn)開始，記錄時(shí)間，開啟與電極連接的溶解氧儀，記錄初始氧氣濃度，觀察反 應(yīng)液中溶解氧濃度的變化，定期檢測(cè)水體溶解氧濃度；(8)待溶解氧顯著降低至一數(shù)值后，獲得這一時(shí)間段內(nèi)氧氣的下降速率；溶解氧 的降低，以不低于初始氧20%為宜，關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，取出微電極，打開密封塞，清理 反應(yīng)腔體中反應(yīng)液及生物樣品，測(cè)定結(jié)束。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果它具有小容積反應(yīng)腔體的微呼吸系統(tǒng)裝置，該微呼吸 系統(tǒng)裝置制作簡(jiǎn)單，需樣量小，測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定，可適用于大多實(shí)驗(yàn)室對(duì)呼吸作用的測(cè)定要 求。對(duì)于非商業(yè)用途的實(shí)驗(yàn)室，可根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容，自行加工或改裝成類似的微呼吸系統(tǒng)。 微電極的引入，特別是，對(duì)于小體積樣品中氧氣消耗速率的測(cè)定而言，是一個(gè)利好消息。微 電極敏感頭部可小于20微米，因此，利用微電極技術(shù)，設(shè)計(jì)小體積的反應(yīng)腔體(反應(yīng)腔體容 積2毫升)，該微小腔體中可放置各類生物樣品，如含微生物的生物膜或沉積物，小型生物 (如搖蚊)等。


圖1本發(fā)明裝置的正視圖；圖2本發(fā)明裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖中標(biāo)號(hào)說明1，微電極線，連接溶解氧測(cè)定儀；2，微電極；3，硅膠墊；4，管狀通 孔；5，密封塞；6，恒溫水??；7，反應(yīng)腔體；8，反應(yīng)篩篩孔；9，反應(yīng)篩；10，反應(yīng)篩支點(diǎn)；11，磁 轉(zhuǎn)子；12，進(jìn)、出水口 ；13，磁鐵；14，磁力攪拌器；15，調(diào)頻電機(jī)；16，微電極頭部敏感部位。參看圖1、2，設(shè)置一管狀反應(yīng)腔體7(管徑8毫米，密封塞5以下高度4厘米)，并 配備密封系統(tǒng)，恒溫水浴系統(tǒng)，擾動(dòng)系統(tǒng)及微電極檢測(cè)系統(tǒng)。反應(yīng)腔體7內(nèi)中部具支點(diǎn)10， 支點(diǎn)上方放置反應(yīng)篩9 ；反應(yīng)篩的篩孔8，反應(yīng)腔體7與密封塞5無縫連接，密封塞中心具一 管狀小孔4，管狀小孔4上方設(shè)有硅膠密封墊3。反應(yīng)腔體內(nèi)置于恒溫水浴6內(nèi)，恒溫水槽 (圖中未示出)中的循環(huán)水被泵出，經(jīng)過進(jìn)出水口 12流經(jīng)恒溫水浴6后返回恒溫水槽。反 應(yīng)腔體7置于磁力攪拌器14上；反應(yīng)腔體內(nèi)底部設(shè)置一磁轉(zhuǎn)子11。微電極2穿過硅膠墊 3，通過密封塞5中心的管狀小孔4后暴露微電極敏感部位于反應(yīng)腔體7上腔內(nèi)。其中，反 應(yīng)腔體7，反應(yīng)篩9，恒溫水浴6，密封塞5均為透明質(zhì)地。
本裝置的測(cè)定過程如下(1)將恒溫水槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口對(duì)應(yīng)連接，開啟恒溫水槽，調(diào)節(jié) 水溫至預(yù)設(shè)恒定溫度，恒溫水槽水溫與生物樣品采樣地的原位水水溫相近，開啟水泵使恒 溫水槽出水并流經(jīng)恒溫水浴循環(huán)；(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體內(nèi)，將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體內(nèi)壁支點(diǎn)上；(3)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，該反應(yīng)液為生物樣品采樣地的原位水；(4)放置底棲動(dòng)物或生物膜于反應(yīng)篩上，輕蓋上密封塞；(5)將微電極穿過硅膠密封墊和密封塞通孔，暴露微電極頭部敏感部位于反應(yīng)腔 體內(nèi)之反應(yīng)篩之上；(6)啟動(dòng)磁力攪拌器，并調(diào)節(jié)其調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速大小以達(dá)到反應(yīng)篩上方水體勻 速轉(zhuǎn)動(dòng)為宜；(7)實(shí)驗(yàn)開始，記錄時(shí)間，開啟與電極連接的溶解氧儀，記錄初始氧氣濃度，觀察反 應(yīng)液中溶解氧濃度的變化，定期檢測(cè)水體溶解氧濃度；(8)待溶解氧顯著降低至一數(shù)值后，獲得這一時(shí)間段內(nèi)氧氣的下降速率；溶解氧 的降低，以不低于初始氧20%為宜，關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，取出微電極，打開密封塞，清理 反應(yīng)腔體中反應(yīng)液及生物樣品，測(cè)定結(jié)束。為說明本發(fā)明裝置的測(cè)定方法實(shí)施過程，我們選擇太湖沉積物，太湖沉積物中的 搖蚊以及云南老君山溪流石生生物膜為研究對(duì)象，就測(cè)定太湖沉積物中搖蚊的呼吸速率， 不同溫度條件下太湖沉積物耗氧速率，以及溪流石生生物膜的凈初級(jí)生產(chǎn)率/異養(yǎng)呼吸速 率等分別進(jìn)行介紹。上述搖蚊以及沉積物或者石生生物膜中的微生物，其個(gè)體均較小，想獲 得較大量的樣品量也比較困難(如石生生物膜)，因此，較大體積的反應(yīng)裝置，很難完成預(yù) 設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；選擇小體積的裝置，保證實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)體系的溫度穩(wěn)定以及精確確定小體 積反應(yīng)體系中的氧氣含量的變化，顯得尤為重要。1，太湖沉積物中搖蚊的呼吸速率于2008年7月采集太湖表層沉積物，并篩取沉積物獲得搖蚊；同時(shí)采集沉積 物-水界面處的上覆水。采樣時(shí)，沉積物-水界面的溫度為21°C。本案例目的在于理解原 位溫度條件下?lián)u蚊的呼吸速率，具體測(cè)定方法如下(1)將恒溫槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口連接，開啟恒溫槽，調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)恒 定溫度21°C，并讓水泵出恒溫槽，并流經(jīng)恒溫腔體。氣體在水體中的溶解度對(duì)溫度較為敏 感，且溫度與生物的呼吸速率密切相關(guān)，因此嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)過程中的溫度至關(guān)重要。恒溫水 體溫度可根據(jù)采樣時(shí)的實(shí)際溫度而確定，也可根據(jù)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)而決定。如本案例中，采樣 時(shí)的實(shí)際水溫為21°C，所以為了獲得實(shí)際條件下?lián)u蚊的呼吸速率，我們選擇21°C作為實(shí)驗(yàn) 溫度。(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體底部，并將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體中的反應(yīng)篩支點(diǎn)上。(3)反應(yīng)篩孔徑的選擇，與待測(cè)生物樣品的個(gè)體大小有關(guān)。反應(yīng)篩的作用在于提供 一個(gè)支撐面，保證待測(cè)樣品能夠在實(shí)驗(yàn)過程中位于反應(yīng)篩上方，避免反應(yīng)篩下方的磁轉(zhuǎn)子 損壞待測(cè)生物樣品。如本案例中待測(cè)樣品為搖蚊，其個(gè)體長度可達(dá)一厘米，而其個(gè)體直徑可 僅為1000 μ m,因此選擇孔徑為500 μ m的反應(yīng)篩，一般可保證實(shí)驗(yàn)過程中搖蚊不掉至反應(yīng) 篩下方。
(4)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液(本案例中為0. 2 μ m濾膜過濾的湖水)；0. 2 μ m過 濾可除去水體中大部分微生物和顆粒物，使得反應(yīng)液中盡量不含有具消耗氧氣的生物或顆 粒物質(zhì)，以減免反應(yīng)液中氧氣消耗對(duì)搖蚊氧氣消耗速率的影響。( 采用鑷子無損傷的夾放或采用牙簽輕挑搖蚊四條放于反應(yīng)篩上。然后，輕蓋上 密封塞，讓部分不含目標(biāo)測(cè)定物的反應(yīng)液溢流。(6)將微電極穿過硅膠墊和密封塞的管狀小孔，并壓緊；硅膠墊緊貼于管狀小孔 的上方，這樣可達(dá)到對(duì)反應(yīng)腔體密封的目的。密封塞的管狀小孔與使用的微電級(jí)的直徑有 關(guān)。我們使用的微電極直徑為1mm，因此，密封塞管狀小孔的直徑為1. 1mm。(7)暴露出微電極敏感部位于反應(yīng)液內(nèi)，微電極敏感部位距反應(yīng)篩的距離控制在 0. 5cm范圍內(nèi)，以確保微電極可敏感記錄溶解氧的變化。(8)啟動(dòng)磁力攪拌器，調(diào)節(jié)調(diào)頻電機(jī)使磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為30rmp/min ；轉(zhuǎn)速大小以達(dá) 到反應(yīng)篩上方水體單向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為宜，這樣可保證整個(gè)反應(yīng)腔體的水體處于混勻狀態(tài)。(9)開啟溶解氧儀，觀察反應(yīng)液中溶解氧濃度的變化，正常條件下，溶解氧濃度不 會(huì)存在劇烈的變化。(10)記錄初始氧氣濃度7. aiig/Ι，每5秒記錄一次水體溶解氧濃度。(ll)30min后，溶解氧顯著降低至6. 5mg/l，從而獲得15min內(nèi)氧氣的下降速率；溶 解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜，在該氧氣降低范圍內(nèi)氧氣的下降速率接近線性。(12)關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，從密封塞的管狀小孔和硅膠墊中取出微電極，打開 密封塞，清理出反應(yīng)腔體中反應(yīng)液及生物樣品搖蚊。(13)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。2，不同溫度條件下太湖沉積物耗氧速率
于2009年12月采集太湖表層沉積物，同時(shí)采集沉積物_水界面處的上覆水。采 樣時(shí)，沉積物-水界面的溫度為12°C。本案例的目的在于測(cè)定溫度增加后，沉積物耗氧速率 的變化。具體測(cè)定方案如下(1)將恒溫槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口連接，開啟恒溫槽，調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)恒 定溫度12°C，并讓水泵出恒溫槽，并流經(jīng)恒溫腔體。氣體在水體中的溶解度與溫度較為敏 感，且溫度與生物的呼吸速率密切相關(guān)，因此嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)過程中的溫度至關(guān)重要。恒溫水 體溫度可根據(jù)采樣時(shí)的實(shí)際溫度而確定，也可根據(jù)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)而決定。(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體底部，并將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體中的反應(yīng)篩支點(diǎn)上。(3)反應(yīng)篩孔徑的選擇，與待測(cè)生物樣品的大小有關(guān)。反應(yīng)篩的作用在于提供一個(gè) 支撐面，保證待測(cè)樣品能夠在實(shí)驗(yàn)過程中位于反應(yīng)篩上方，避免反應(yīng)篩下方的磁轉(zhuǎn)子傷害 待測(cè)生物體。如本案例中待測(cè)樣品為沉積物，因此選擇孔徑最小的20 μ m的反應(yīng)篩，這樣可 保證大部分含微小生物體的顆粒物能夠懸浮于反應(yīng)篩上方。(4)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿0. 2 μ m濾膜過濾的湖水；0. 2 μ m過濾可除去水體中大部分 微生物和顆粒物，反應(yīng)液中盡量不含有具消耗氧氣的生物或物質(zhì)，以減免反應(yīng)液中氧氣消 耗對(duì)沉積物氧氣消耗速率的影響。(5)采用2ml反應(yīng)液稀釋0. Ig沉積物，獲得均勻混合液，然后使用移液器或微量注 射器吸取0. 2ml的混合液輕放于反應(yīng)篩上方。然后，輕蓋上密封塞，讓部分不含沉積物的反 應(yīng)液溢流。
(6)密封塞的管狀小孔與使用的微電級(jí)的直徑有關(guān)。我們使用的微電極直徑為 1mm，因此，管狀小孔的直徑為確定為1. 1mm。(7)將微電極穿過硅膠墊和密封塞的管狀小孔，并壓緊；硅膠墊緊貼于管狀小孔 的上方，這樣可達(dá)到對(duì)反應(yīng)腔體密封的目的。(8)暴露出微電極敏感部位于反應(yīng)腔體內(nèi)，微電極敏感部位距反應(yīng)篩的距離控制 在0. 5cm范圍內(nèi)，以確保微電極可敏感記錄溶解氧的變化。(9)啟動(dòng)磁力攪拌器，調(diào)節(jié)調(diào)頻電機(jī)使磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為30rmp/min ；轉(zhuǎn)速大小以達(dá) 到反應(yīng)篩上方水體單向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為宜，這樣可保證整個(gè)反應(yīng)腔體的水體處于混勻狀態(tài)。(10)開啟溶解氧儀，觀察反應(yīng)液中溶解氧濃度的變化，正常條件下，溶解氧濃度不 會(huì)存在劇烈的變化。(11)記錄初始氧氣濃度為9. 8mg/l，每5秒記錄一次水體溶解氧濃度。(12)20min后，溶解氧顯著降低至9.0mg/l，從而獲得一定時(shí)間段內(nèi)氧氣的下降速 率；溶解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜，在該氧氣降低范圍內(nèi)氧氣的下降速率接近 線性。(13)關(guān)閉溶解氧儀。(14)調(diào)節(jié)恒溫槽至恒定溫度15°C，保持恒溫水被泵出恒溫槽，并流經(jīng)恒溫腔體。 靜待20min，確保反應(yīng)腔內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度15°C。(15)重復(fù)第10-12步，記錄反應(yīng)腔內(nèi)的溶解氧濃度隨時(shí)間的變化，獲得在15°C條 件下氧氣隨時(shí)間下降的速率。(16)關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，從密封塞的管狀小孔和硅膠墊中取出微電極，打開 密封塞，清理出反應(yīng)腔體中反應(yīng)液及沉積物。(17)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。3，溪流石生生物膜的凈初級(jí)生產(chǎn)率/異養(yǎng)呼吸速率的測(cè)定于2009年11月采集云南老君山溪流的石生生物膜樣品，同時(shí)采集溪水，一并低溫 冷藏條件下帶回實(shí)驗(yàn)室。采樣時(shí)，沉積物-水界面的溫度為9°C。本案例目的在于獲得溪流 石生生物膜樣品的呼吸速率及光合速率，具體測(cè)定方案如下(1)將恒溫槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口連接，開啟恒溫槽，調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)恒 定溫度10°c，并讓水泵出恒溫槽，并流經(jīng)恒溫腔體。氣體在水體中的溶解度與溫度較為敏 感，且溫度與生物的呼吸速率密切相關(guān)，因此嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)過程中的溫度至關(guān)重要。(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體底部，并將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體中的反應(yīng)篩支點(diǎn)上。(3)反應(yīng)篩孔徑的選擇，與待測(cè)樣品有關(guān)。反應(yīng)篩的作用在于提供一個(gè)支撐面， 保證待測(cè)樣品能夠在實(shí)驗(yàn)過程中位于反應(yīng)篩上方，避免反應(yīng)篩下方的磁轉(zhuǎn)子傷害待測(cè)生物 體。如本案例中待測(cè)樣品為石生生物膜，因此選擇孔徑為20 μ m的反應(yīng)篩，這樣可保證大部 分含微小生物體的顆粒物能夠懸浮于反應(yīng)篩的上方。(4)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，如0. 2 μ m濾膜過濾的溪水；0. 2 μ m過濾可除去溪 水中大部分微生物和顆粒物，反應(yīng)液中盡量不含有具消耗氧氣的生物或物質(zhì)，以減免反應(yīng) 液中氧氣消耗對(duì)生物膜氧氣消耗或生成速率的影響。(5)采用2ml反應(yīng)液稀0. Ig生物膜，獲得均勻混合液，然后使用移液器或微量注射 器吸取0. 2ml的混合液輕放于反應(yīng)篩上方。然后，輕蓋上密封塞，讓部分不含生物膜的反應(yīng)液溢流。(6)密封塞的管狀小孔與使用的微電級(jí)的直徑有關(guān)。我們使用的微電極直徑為 1mm，因此，管狀小孔的直徑為確定為1. 1mm。(7)將微電極穿過硅膠墊和密封塞的管狀小孔，并壓緊；硅膠墊緊貼于管狀小孔 的上方，這樣可達(dá)到對(duì)反應(yīng)腔體密封的目的。(8)暴露出微電極敏感部位于反應(yīng)腔體內(nèi)，微電極敏感部位距反應(yīng)篩的距離控制 在0. 5cm范圍內(nèi)，以確保微電極可敏感記錄溶解氧的變化。(9)啟動(dòng)磁力攪拌器，調(diào)節(jié)調(diào)頻電機(jī)使磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為30rmp/min ；轉(zhuǎn)速大小以達(dá) 到反應(yīng)篩上方水體單向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為宜，這樣可保證整個(gè)反應(yīng)腔體的水體處于混勻狀態(tài)。(10)用遮光罩罩住反應(yīng)腔體，避免生物膜的光合作用。(11)開啟溶解氧儀，觀察反應(yīng)液中溶解氧濃度的變化，正常條件下，溶解氧濃度不 會(huì)存在劇烈的變化。(12)記錄初始氧氣濃度9. Omg/1，每5秒記錄一次水體溶解氧濃度。(13)15min后，溶解氧顯著降低至8.;3mg/l，從而獲得一定時(shí)間段內(nèi)氧氣的下降速 率，計(jì)算得到單位質(zhì)量生物膜的異氧呼吸速率；溶解氧的降低，以不低于初始氧20%為宜， 在該氧氣降低范圍內(nèi)氧氣的下降速率接近線性。(14)關(guān)閉溶解氧儀。(15去除遮光罩，為反應(yīng)腔體提供光源(60mOl/m2/S，金鹵燈)。(16)重復(fù)第11-13步，記錄反應(yīng)腔內(nèi)的溶解氧濃度隨時(shí)間的變化，獲得氧氣隨時(shí) 間變化的速率，計(jì)算得到單位質(zhì)量生物膜的毛初級(jí)生產(chǎn)力。結(jié)合第13步獲得的黑暗條件下 生物膜的異氧呼吸速率，根據(jù)公式“凈初級(jí)生產(chǎn)率=毛初級(jí)生產(chǎn)率-異養(yǎng)呼吸速率”，計(jì)算 得到生物膜的凈初級(jí)生產(chǎn)率。(17)關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，從密封塞的管狀小孔和硅膠墊中取出微電極，打開 密封塞，清理出反應(yīng)腔體中反應(yīng)液及生物膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是設(shè)置一管狀反應(yīng)腔體，管腔內(nèi)壁上 設(shè)有一反應(yīng)篩將管狀反應(yīng)腔體分隔成上下兩部分，管口設(shè)有密封塞，密封塞上設(shè)有一通孔， 電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應(yīng)腔體之上半部；將管狀反應(yīng)腔體垂直放置于一恒溫 水浴內(nèi)，恒溫水浴設(shè)有進(jìn)、出水口與恒溫水槽連通循環(huán)，管狀反應(yīng)腔體底面與恒溫水浴底面 接觸，恒溫水浴頂部設(shè)有與管狀反應(yīng)腔體之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應(yīng)腔 體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于磁力攪拌器上，管狀反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，生物 樣品放置在反應(yīng)篩上，反應(yīng)篩孔小于生物樣品的體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是所述反應(yīng)篩的孔 徑為20-1000 μ m,電極頭部距離反應(yīng)篩小于0. 5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置，其特征是所述管狀反 應(yīng)腔體、反應(yīng)篩、恒溫水浴，密封塞均為透明體。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置測(cè)定微小生物呼吸作用的方法，按以下步驟(1)將恒溫水槽的進(jìn)出水口與恒溫腔體的進(jìn)出水口對(duì)應(yīng)連接，開啟恒溫水槽，調(diào)節(jié)水溫 至預(yù)設(shè)恒定溫度，恒溫水槽水溫與生物樣品采樣地的原位水水溫相近，開啟水泵使恒溫水 槽出水并流經(jīng)恒溫水浴循環(huán)；(2)將磁轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)腔體內(nèi)，將反應(yīng)篩放置在反應(yīng)腔體內(nèi)壁支點(diǎn)上；(3)在反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，該反應(yīng)液為生物樣品采樣地的原位水；(4)放置底棲動(dòng)物或生物膜于反應(yīng)篩上，輕蓋上密封塞；(5)將微電極穿過硅膠密封墊和密封塞通孔，暴露微電極頭部敏感部位于反應(yīng)腔體內(nèi) 之反應(yīng)篩之上；(6)啟動(dòng)磁力攪拌器，并調(diào)節(jié)其調(diào)頻電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速大小以達(dá)到反應(yīng)篩上方水體勻速轉(zhuǎn) 動(dòng)為宜；(7)實(shí)驗(yàn)開始，記錄時(shí)間，開啟與電極連接的溶解氧儀，記錄初始氧氣濃度，觀察反應(yīng)液 中溶解氧濃度的變化，定期檢測(cè)水體溶解氧濃度；(8)待溶解氧顯著降低至一數(shù)值后，獲得這一時(shí)間段內(nèi)氧氣的下降速率；溶解氧的降 低，以不低于初始氧20%為宜，關(guān)閉恒溫槽和溶解氧儀，取出微電極，打開密封塞，清理反應(yīng) 腔體中反應(yīng)液及生物樣品，測(cè)定結(jié)束。
全文摘要
一種測(cè)定微小生物呼吸作用的裝置，設(shè)置一管狀反應(yīng)腔體，管腔內(nèi)壁上設(shè)有一反應(yīng)篩將反應(yīng)腔體分隔成上下兩部分，管口設(shè)有密封塞，密封塞上設(shè)有一通孔，電極頭部密封穿過該通孔伸入管狀反應(yīng)腔體之上半部；將管狀反應(yīng)腔體垂直放置于一恒溫水浴內(nèi)，恒溫水浴設(shè)有進(jìn)、出水口與恒溫水槽連通循環(huán)，管狀反應(yīng)腔體底面與恒溫水浴底面接觸，恒溫水浴頂部設(shè)有與管狀反應(yīng)腔體之管口外徑相配的孔，兩者之間密封，管狀反應(yīng)腔體的底面上放置磁片，恒溫水浴底面置于磁力攪拌器上，管狀反應(yīng)腔體內(nèi)注滿反應(yīng)液，生物樣品放置在反應(yīng)篩上，反應(yīng)篩孔小于生物樣品的體積。
文檔編號(hào)G01N27/409GK102121917SQ20111004883
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者張路, 沈吉, 王建軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所