一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统

1.本发明涉及一种微生物培养箱技术领域，具体是一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统。


背景技术：

2.全球气候变化已是不争的事实，据ipcc报道，1906-2005年间全球地表温度上升了0.74℃，预计本世纪末大气中co2浓度将增加到550-970ppm，地表温度仍将升高1.1-6.4℃。自上世纪50年代开始，全球大部分地区夜间最低气温升幅高于白天最高气温升幅，导致昼夜温差(最高温－最低温)下降。气候变化的特征包括地表平均气温显著增加、降水量变化年代际波动较大、日照时数和近地表平均风速均显著减少等。
3.全球气候变化已经日益对全球自然环境产生重大影响。微生物作为生态系统中最敏感的类群，对我们评估气候变化的影响至关重要。然而，对于生物如何响应气候变化尚不清楚。据已有的研究表明，作为最明显的气候变化过程之一，气温升高对生物的生理生态过程有着不同类型、程度的影响。朱二雄和曹郑娇发现增温处理显著抑制了土壤中有机氮水解酶的活性，降低了无机氮素的可利用性，从而增强了微生物的氮限值。邓建明等人指出平均温度升高使浮游植物群落结构朝着有害蓝藻占优的方向发展。另外，海洋酸化会抑制古生菌和细菌的硝化作用，co2浓度升高会改变土壤中微生物群落的组成、功能、互作网络等。但实际生态系统错综复杂，多重环境因子对生物的共同影响机制需要进一步研究。
4.然而，大部分研究都是基于单一变量控制，对于多参数共同作用的研究缺少相应的研究设备。而且目前大部分微生物培养箱只能设定恒温和固定光照，需要手动改变培养条件，不仅无法模拟野外连续变化的气候条件，而且耗费人力。为此我们提出一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统，所述培养系统包括箱盖和箱体，箱盖两侧设有进风口和排风口，进风口由气体导管连接外部空气压缩机，箱盖外侧设有显示屏，显示屏与内侧带有无线传输模块的控制器连接，箱盖内部设置有支架，支架上放置电机，电机与位于培养液中心的搅拌桨叶相连，伸入培养液中的温度传感器和ph探测仪通过电线固定在支架上，支架下方设有灯管，箱盖内还设有气体传感器和风扇，箱体两侧设有进料口和出料口，箱体两侧还均设有制冷器，底部设有加热器。
8.优选地，所述箱体为上部敞口底部封闭的圆柱形，采用玻璃或不锈钢材质，箱盖为上部封闭底部敞口的圆柱形，采用不锈钢材质，箱体与箱盖的接口处设有密封圈，整体培养系统内部封闭，不与外界直接相通。
9.优选地，所述进风口设置有防尘防菌过滤网，控制器能远程定时并调节运行参数，实现系统内气体浓度、ph等参数自动读取、所有数据远程浏览，显示屏通过培养系统软件界面，设置实验运行期间各参数。
10.优选地，所述气体传感器能监测到的气体种类包括但不限于co2、ch4。
11.优选地，所述电机、温度传感器、ph探测仪、灯管、气体传感器和风扇均与控制器连接。
12.优选地，所述制冷器和加热器对培养液进行温度调节，温度调节过程在半小时内完成并稳定保持。
13.优选地，所述培养系统用于探究在不同参数条件下的蓝藻生长情况。
14.优选地，所述不同参数条件包括在室内条件和模拟野外条件下的生长差异、气候变化对生长的影响、温度的记忆效应。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16.1.本发明培养系统能够实现多个运行参数预先打包设置，在试验阶段系统内光强、温度、扰动等运行参数按照预设自动调控；
17.2.本发明培养系统能实现系统内气体浓度、扰动速率、ph等参数自动读取；
18.3.本发明培养系统能实现系统运行参数远程输入控制，所有数据远程浏览；4.本发明培养系统能实现系统内定时营养盐补给和均匀取样。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明培养系统结构示意图；
21.图2是本发明培养系统软件界面示意图；
22.图3是本发明培养条件设定图。
23.图中：1、空气压缩机；2、进风口；3、控制器；4、显示屏；5、气体传感器；6、灯管；7、电机；8、排风口；9、风扇；10、箱盖；11、进料口；12、制冷器；13、箱体；14、温度传感器；15、ph探测仪；16、搅拌桨叶；17、加热器；18、出料口。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.请参阅图1所示，一种气候变化条件下多参数智能化微生物培养系统，培养系统包括箱盖10和箱体13。
27.进一步的，箱体13为上部敞口底部封闭的圆柱形，底部直径30cm、高40cm，采用玻璃或不锈钢材质，最多可以盛放25l培养液，箱盖10为上部封闭底部敞口的圆柱形，底部直径30cm、高20cm，采用不锈钢材质，箱体13与箱盖10的接口处设有密封圈，整体培养系统内部封闭，不与外界直接相通。
28.进一步的，箱盖10两侧设有进风口2和排风口8，进风口2设置有防尘防菌过滤网，进风口2由气体导管连接外部空气压缩机1，箱盖10外侧设有显示屏4，显示屏4与内侧带有无线传输模块的控制器3连接，控制器3能远程定时并调节运行参数，实现系统内气体浓度、ph等参数自动读取、所有数据远程浏览，显示屏4通过培养系统软件界面，设置实验运行期间各参数；
29.进一步的，箱盖10内部设置有支架，支架上放置电机7，电机7与位于培养液中心的搅拌桨叶16相连，伸入培养液中的温度传感器14和ph探测仪15通过电线固定在支架上，支架下方设有灯管6，箱盖10内还设有气体传感器5和风扇9，气体传感器5能监测到的气体种类包括但不限于co2、ch4等，电机7、温度传感器14、ph探测仪15、灯管6、气体传感器5和风扇9均与控制器连接。
30.进一步的，箱体13两侧设有进料口11和出料口18，箱体13两侧还均设有制冷器12，底部设有加热器17；
31.进一步的，制冷器12和加热器17对培养液进行温度调节，温度控制精度在
±
0.1-0.2℃，温度调节过程需在半小时内完成并稳定保持。
32.实施例1
33.为探究蓝藻在室内条件和模拟野外条件下的生长差异，设计了两个实验组。在两组培养箱体内同时加入配置好的2l bg11培养基和30ml密度为8
×
104cells ml-1
的蓝藻溶液。
34.在显示屏上设置第一组的实验条件：将温度和光照强度设置为25℃和60μmol photons m-2
s-1
，光暗比12h：12h，扰动强度设置为50r/min，在白天间歇式扰动(扰动：不扰动＝2h:1h)，夜晚停止扰动，连续培养10天后在取料口处取样，作为空白组探究在室内正常培养条件下蓝藻的生长情况。
35.在显示屏上设置第二组的实验条件：输入太湖一天内光照强度随时间的变化曲线(变化范围为0-90μmol photons m-2
s-1
)，输入夏季太湖一天内温度随时间的变化曲线(变化范围为27-36℃)，将太湖一天内风浪扰动情况转换为扰动强度随时间的变化曲线(变化范围为40-80r/min)输入到系统中，连续培养10天后在取料口处取样，探究在太湖野外条件下蓝藻的生长情况。
36.实施例2
37.为探究气候变化对蓝藻生长的影响，设计了4个培养阶段使培养条件从正常逐渐向高温、低扰动、高光强转变。
38.将四个阶段的培养条件输入到表格(如图3所示)，然后在培养箱显示器上读取表格完成培养条件的设定。再分别将配置好的20l bg11培养基和300ml密度为8
×
104cells ml-1
的蓝藻溶液从进料口依次加入培养箱体内进行培养。培养箱在每个培养阶段结束后从
出料口放出20l藻液，再从进料口泵入20l新鲜的培养液，维持藻类的生长。在每次出料口排出藻液时取样测定蓝藻生长的生理指标，探究温度、扰动和光强的变化对蓝藻生长的共同作用。
39.实施例3
40.为探究蓝藻对温度的记忆效应，设计了三个实验组。将第一组培养箱条件设置为：温度为10℃，培养时间为10个月，培养周期共10代，每个月一代。将第二组培养箱条件设置为：温度为15℃，培养时间为5个月，培养周期共10代，每15天一代。将第三组培养箱条件设置为：温度为25℃，培养时间为2个月，培养周期共10代，每6天一代。三组培养箱的其他条件均相同：光照为120μmol photons m-2
s-1
，光暗比12h：12h，扰动强度为20r/min，在白天间歇式扰动(扰动：不扰动＝2h:1h)，夜晚停止扰动。
41.在培养过程中，培养箱在每代培养完成后从出料口放出20l藻液，再从进料口泵入20l新鲜的培养液，使系统内藻类生物量处于相对平衡的状态。
42.待三组培养箱分别培养到10代后自动升温到25℃，继续培养半个月，在每次出料口排出藻液时取样测定蓝藻生长的生理指标。在升温前和升温并培养半个月后分别取样，测定基因组和代谢组。探究在不同低温条件下适应后，升温对于蓝藻基因组和代谢组进化方向的影响。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。