微生物富集培养装置

1.本实用新型涉及环境微生物富集技术，具体地，涉及一种微生物富集培养装置。


背景技术：

2.酸性矿山废水(amd)的重金属污染是全球公认的环境问题，也是我国所面临的严峻环境挑战。amd产生的原理主要是通过铁硫代谢微生物作用于硫化矿物，造成矿物的溶解、硫酸的形成以及金属离子的释放。随着矿山绿色开采的要求，国家对于amd治理的要求也不断提高。
3.形成amd的相关微生物通常是嗜酸铁硫代谢功能微生物，如嗜酸氧化亚铁硫杆菌(acidithiobacillus ferrooxidans)、嗜热硫氧化硫化杆菌(sulfobacillus thermosulfidooxidans)、氧化亚铁钩端螺旋菌(leptospirillum ferrooxidans)、嗜酸异养菌(acidiphilium acidophilum)等，除了这些已经分离到的微生物，还包括一些不能分离纯培养的微生物类群，所以目前矿山环境治理时除了利用已知功能的微生物之外，还必须考虑土著微生物的作用。此外，铁硫还原微生物通过将重金属离子固定，在矿山修复过程中起到重要作用。
4.目前对于amd微生物富集培养的方法，主要通过在好氧或者厌氧的条件下分别培养，获得富集培养物或者纯培养物，使用时再将其混合。该方法的缺点在于，在好氧或者厌氧条件下，会造成其他菌的逐渐丢失，由于不同类型微生物之间往往存在着相互作用或共生关系，当两种不同条件下的微生物混合之后，可能造成某些功能的缺失，对于从事相关领域的基础研究或者应用开发而言，会造成微生物资源的浪费。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的好氧或者厌氧条件会造成amd微生物功能缺失、资源浪费的问题，提供一种微生物富集培养装置，该装置能够根据不同微生物生长时的溶氧喜好，富集具有多种共生关系的微生物，富集时间短，富集效率高，且富集微生物种类多。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种微生物富集培养装置，包括培养柱和位于培养柱内的沉积物存储箱，所述培养柱包括两端呈开口的主体柱、与所述主体柱的一端密封连接的第一端盖和与所述主体柱的另一端密封连接的第二端盖，所述沉积物存储箱位于所述主体柱内靠近所述第二端盖的一端，所述主体柱的侧壁上设置有至少一个取样口和至少一个监测组件。
7.优选地，所述第二端盖与所述主体柱可拆卸连接，所述沉积物存储箱的外径小于所述主体柱的内径。
8.更优选地，所述沉积物存储箱背向所述第二端盖的一端为开口状、朝向所述第二端盖的一端为橡胶垫。
9.作为一种优选的结构形式，所述监测组件设置为多个且位于所述主体柱的侧壁上
不同的高度，所述取样口与所述监测组件一一对应设置。
10.优选地，每个所述监测组件包括监测口、位于所述监测口内的ph电极和位于所述监测口内的溶氧电极。
11.更优选地，所述ph电极和所述溶氧电极均通过电极橡胶塞与所述监测口密封连接，每个所述取样口内设置有能够将该取样口封闭的取样橡胶塞。
12.进一步优选地，所述监测组件和所述取样口分别沿所述主体柱的高度方向均匀分布。
13.具体地，所述第一端盖上设置有通气孔、搅拌器和至少一个加料管，所述搅拌器的搅拌桨位于所述主体柱内。
14.更具体地，所述加料管设置为多个，多个所述加料管的出口位于所述主体柱内不同的高度。
15.典型地，所述主体柱、所述第一端盖和所述沉积物存储箱分别采用透明材料的成型件，所述第二端盖设置为锥形结构。
16.通过上述技术方案，本实用新型提供的微生物富集培养装置，通过在培养柱内设置有沉淀物存储箱，在培养柱内注入富集微生物种类所需要的筛选培养基，并将amd等环境中采集的沉积物置于沉积物存储箱内，提供能源和微量元素，以能够更加真实地模拟amd环境，提高富集微生物的多样性和富集效率；通过监测组件对培养柱内不同高度的环境参数进行实时监测，通过取样口取样检测培养柱不同位置微生物的生长情况和主要离子浓度的组成情况，可用于模拟amd环境条件下嗜酸微生物与环境变量之间相关性研究工作，进而能够根据不同微生物生长时的溶氧喜好，富集具有多种共生关系的微生物，富集时间短，富集效率高，且富集微生物种类多。
17.在本实用新型的优选实施方式中，沉积物存储箱的外径小于主体柱的内径，且第二端盖与主体柱可拆卸连接，方便沉积物存储箱的更换，操作简单，沉积物存储箱底部的橡胶垫能够起到缓冲作用；第一端盖上设置有搅拌器，能够对主体柱内的上层溶液进行搅拌，模拟上层水流扰动。
18.本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.图1是本实用新型中微生物富集培养装置的一种具体实施方式的结构示意图；
20.图2是本实用新型中微生物富集培养装置富集到的铁硫代谢功能微生物的分类学组成信息交互展示图；
21.图3是本实用新型中微生物富集培养装置富集到的微生物在摇瓶中进行微生物耐汞机制实验时，含硫能源底物培养条件下，不同汞浓度时富集物细胞浓度变化曲线；
22.图4是本实用新型中微生物富集培养装置富集到的微生物在摇瓶中进行微生物耐汞机制实验时，含亚铁能源底物培养条件下，不同汞浓度时富集物细胞浓度变化曲线；
23.图5是本实用新型中微生物富集培养装置进行混合菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌acidithiobacillus ferrooxidans和嗜酸异养菌acidiphilium acidophilum)铁硫氧化/还原模拟实验时不同高度位置的ph变化曲线；
24.图6是本实用新型中微生物富集培养装置进行混合菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌
acidithiobacillus ferrooxidans和嗜酸异养菌acidiphilium acidophilum)铁硫氧化/还原模拟实验时不同高度位置的溶氧浓度变化曲线；
25.图7是本实用新型中微生物富集培养装置进行混合菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌acidithiobacillus ferrooxidans和嗜酸异养菌acidiphilium acidophilum)铁硫氧化/还原模拟实验时不同高度位置的fe
3+
浓度变化曲线；
26.图8是本实用新型中微生物富集培养装置进行混合菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌acidithiobacillus ferrooxidans和嗜酸异养菌acidiphilium acidophilum)铁硫氧化/还原模拟实验时不同高度位置的so
42-浓度变化曲线。
27.附图标记说明
28.1主体柱
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2第一端盖
29.21通气孔
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22搅拌器
30.23加料管
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3沉积物存储箱
31.4第二端盖
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5取样口
32.6监测组件
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61监测口
33.62ph电极
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63溶氧电极
具体实施方式
34.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
35.首先需要说明的是，在本实用新型下述技术方案的描述中，采用的方位词术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。例如，基于主体柱1，“上”指的是在主体柱1的开口沿竖直方向放置时顶部开口所在的位置，“下”指的是在主体柱1的开口沿竖直方向放置时底部开口所在的位置，“外”指的是主体柱1的外侧，“内”指的是主体柱1的内部。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”、“卡接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.本实用新型提供的微生物富集培养装置，参见图1，包括培养柱和位于培养柱内的沉积物存储箱3，培养柱包括两端呈开口的主体柱1、与主体柱1的一端密封连接的第一端盖2和与主体柱1的另一端密封连接的第二端盖4，沉积物存储箱3位于主体柱1内靠近第二端盖4的一端，主体柱1的侧壁上设置有至少一个取样口5和至少一个监测组件6。
38.需要说明的是，主体柱1可以根据实际使用的需求，设计为圆柱形、方柱形或者其他任意一种柱形的形状；主体柱1与第一端盖2和第二端盖4密封连接形成培养柱，一般使用时培养柱竖直放置，第一端盖2位于培养柱的顶部、第二端盖4位于培养柱的底部；主体柱1的高度与内外径根据微生物富集培养的需要进行设计，例如，主体柱1的高为1150mm、内径
为120mm、外径为130mm。本实用新型提供的微生物富集培养装置可以应用于amd嗜酸微生物的富集、其他微生物的富集，或者应用于混合菌铁硫氧化/还原等模拟实验。
39.本实用新型的上述基本技术方案的微生物富集培养装置，用于富集微生物时，在培养柱内注入富集微生物种类所需要的筛选培养基，并将amd等环境中采集的沉积物置于沉积物存储箱3内，再进行微生物培养以对所需的微生物种类进行富集；在微生物培养过程中，通过监测组件6对培养柱内的环境参数进行实时监测，通过取样口5取样检测培养柱不同位置微生物的生长情况和主要离子浓度的组成情况，可用于模拟amd环境条件下嗜酸微生物与环境变量之间相关性研究工作，进而能够根据不同微生物生长时的溶氧喜好，富集具有多种共生关系的微生物，沉积物存储箱3内的沉积物能够提供能源和微量元素，以更加真实地模拟amd环境，提高富集微生物的多样性和富集效率；该微生物富集培养装置能够实现富集时间短、富集效率高，且富集微生物种类多。
40.本实用新型中，第一端盖2和第二端盖4可以设置为与主体柱1固定密封连接，沉积物存储箱3内的沉积物注入或取出可以通过在第一端盖2或主体柱1的侧壁上设置沉积物的输料管实现；第一端盖2和/或第二端盖4也可以设置为与主体柱1可拆卸连接，以方便沉积物存储箱3的安装和取出。作为本实用新型中微生物富集培养装置的一种优选实施方式，第二端盖4与主体柱1可拆卸连接，沉积物存储箱3的外径小于主体柱1的内径。由于沉积物存储箱3位于主体柱1内靠近第二端盖4的一端，在需要安装或取出沉积物存储箱3时，第二端盖4拆卸后将更加便于操作，同时沉积物存储箱3的外径设置为稍微小于主体柱1的内径，进一步方便沉积物存储箱3的取出或安装。
41.本实用新型中，沉积物存储箱3背向第二端盖4的一端为开口状，以使得沉积物存储箱3内置入amd等环境中采集的沉积物后，能够与培养柱内的筛选培养基和微生物充分接触，模拟沉积物在amd环境中与微生物的接触环境。沉积物存储箱3朝向第二端盖4的一端(即沉积物存储箱3的底板)可以设置为与其主体一致的材质，优选情况下，可以设置为橡胶垫，以能够在培养柱内形成扰流时起到一定的缓冲作用，更加真实地模拟amd环境对微生物生长的影响。
42.作为本实用新型中微生物富集培养装置的另一种优选实施方式，监测组件6设置为多个且位于主体柱1的侧壁上不同的高度，取样口5与监测组件6一一对应设置。监测组件6与取样口5相配合，以能够对培养柱内的不同高度进行环境参数的监测，同时能够对相应高度的培养物进行取样分析，以更好地模拟amd环境条件下嗜酸微生物与环境变量之间相关性研究工作。
43.优选情况下，监测组件6和取样口5分别沿主体柱1的高度方向均匀分布。示例性地，取样口5与监测组件6可以分别设置为3个，位于主体柱1的上部、中部和下部。
44.本实用新型中，监测组件6可以用于监测主体柱1内的ph、温度、溶氧等环境参数，具体地，在需要监测主体柱1内ph和溶氧浓度的变化时，每个监测组件6包括监测口61、位于监测口61内的ph电极62和位于监测口61内的溶氧电极63。
45.优选情况下，ph电极62和溶氧电极63均通过电极橡胶塞与监测口61密封连接，监测口61一般通过电极橡胶塞进行封闭，ph电极62和溶氧电极63插接在电极橡胶塞内，以使得ph电极62和溶氧电极63与监测口61之间密封效果好，避免主体柱1内的液体出现从监测口61泄漏的现象。同样地，每个取样口5内设置有将该取样口5封闭的取样橡胶塞，在需要从
取样口5取样时，将取样管插接在取样橡胶塞上进行取样操作，取样橡胶塞能够保证取样口5的密封效果，避免主体柱1内的液体泄漏。
46.作为本实用新型中第一端盖2的一种优选实施方式，第一端盖2上设置有通气孔21、搅拌器22和至少一个加料管23，搅拌器22的搅拌桨位于主体柱1内。通气孔21的设置可以保证培养柱与外界气体的交换；搅拌器22的搅拌桨对培养柱内的筛选培养基进行搅动，以模拟amd水环境的扰动；加料管23的设置能够方便在微生物富集前以及微生物富集时，进行筛选培养基或者其他所需料液的添加。本实用新型中，加料管23也可以不作设置，可以通过取样口5或者第一端盖2的拆卸进行加料操作。
47.优选情况下，加料管23设置为多个，多个加料管23的出口位于主体柱1内不同的高度，加料管23的内径为2-3mm。多个加料管23便于将筛选培养基或者其他所需料液输送至主体柱1内相应的高度，减小对其它高度的微生物培养的影响；加料管23的内径设置能够降低加料时对主体柱1内的微生物培养体系产生的波动。
48.本实用新型中，主体柱1、第一端盖2和沉积物存储箱3分别采用透明材料的成型件，包括但不限于聚丙烯、高密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等材质，优选为采用聚甲基丙烯酸甲酯制成的成型件。第二端盖4设置为锥形结构，便于在微生物培养后将主体柱1内的培养液排出。
49.作为本实用新型中微生物富集培养装置一个相对优选的具体实施例，包括培养柱和位于培养柱内的沉积物存储箱3，培养柱包括两端呈开口的主体柱1、与主体柱1的一端密封连接的第一端盖2和与主体柱1的另一端密封连接的第二端盖4，沉积物存储箱3位于主体柱1内靠近第二端盖4的一端，主体柱1的侧壁上设置有三个取样口5和三个监测组件6，主体柱1的高为1150mm、内径为120mm、外径为130mm，监测组件6位于主体柱1的高度为1000mm(上部)、550mm(中部)和100mm(下部)处，取样口5与监测组件6一一对应设置；第二端盖4与主体柱1可拆卸连接，沉积物存储箱3的外径小于主体柱1的内径，沉积物存储箱3背向第二端盖4的一端为开口状，朝向第二端盖4的一端设置为橡胶垫，每个监测组件6包括监测口61、位于监测口61内的ph电极62和位于监测口61内的溶氧电极63，ph电极62和溶氧电极63均通过电极橡胶塞与监测口61密封连接，每个取样口5内设置有将该取样口5封闭的取样橡胶塞；第一端盖2上设置有通气孔21、搅拌器22和多个加料管23，通气孔21的直径为15mm，搅拌器22的搅拌桨位于主体柱1内，多个加料管23的出口位于主体柱1内不同的高度，加料管23的内径为2-3mm，主体柱1、第一端盖2和沉积物存储箱3分别采用透明材料的成型件。
50.上述具体实施例提供的微生物富集培养装置，应用于某amd嗜酸微生物的富集时，从该amd环境中取amd沉积物和amd水样，将沉积物置于沉积物存储箱3内后，将沉积物存储箱3从主体柱1与第二端盖4连接的一端放入主体柱1内，再将第二端盖4与主体柱1密封连接，然后将amd水样从加料管23加入主体柱1内，再从加料管23加入1g/l的fe
2+
、1g/l的s0、fes2作为电子受体/供体，进行微生物富集培养，在培养过程中，利用ph电极62和溶氧电极63实时监测主体柱1内上部、中部和下部位置处的ph和溶氧等参数变化，根据需求进行实时调节，并通过取样口5取样检测主体柱1内上部、中部和下部位置处的微生物的生长情况和主要离子浓度的组成情况，通过宏基因组学测序分析获得具有铁硫代谢等功能的嗜酸富集物，基于krona获得富集到的铁硫代谢功能微生物的分类学组成信息交互展示图，如图2所示，图2中从内到外的7个圆环，分别表示微生物分类学上的界、门、纲、目、科、属、种。
51.将富集到的铁硫代谢功能微生物(即图2所示的混合菌)作为出发微生物，研究富集微生物的耐汞机制。实验过程为：将富集微生物(即图2所示的混合菌)加入100ml 9k基础培养基(配方：(nh4)2so
4 3g/l、k2hpo40.5g/l、mgso4·
7h2o 0.5g/l、kcl 0.1g/l、ca(no3)
2 0.01g/l)，置于250ml锥形瓶，分别以fe
2+
、s0为能源底物，研究富集微生物分别在这两种能源底物中生长时的耐汞机制(汞浓度分别为0、2、5、10mg/l)，通过测定锥形瓶中细胞浓度变化，获得不同汞浓度培养下富集微生物的生长曲线，结果见图3和图4。
52.上述具体实施例提供的微生物富集培养装置，还可以应用于某混合菌铁硫氧化/还原模拟实验研究，具体实验过程为：将嗜酸氧化亚铁硫杆菌(acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜酸异养菌(acidiphilium acidophilum)两种菌在该装置的主体柱1中混合，向主体柱1中加入9k基础培养基，构建简单的amd模拟环境，通过测定不同位置处的ph和溶氧以及fe
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和so
42-等浓度的变化，研究嗜酸自养和异养微生物与铁硫氧化/还原过程的关联性，在培养过程中，利用ph电极62和溶氧电极63实时监测主体柱1内上部、中部和下部位置处的ph和溶氧等参数变化，结果见图5和图6，并通过取样口5取样检测主体柱1内上部、中部和下部位置处fe
3+
和so
42-等浓度的变化，结果见图7和图8。
53.以上描述可以看出，本实用新型的微生物富集培养装置，通过在培养柱内设置有沉淀物存储箱3，在培养柱内注入富集微生物种类所需要的筛选培养基，并将amd等环境中采集的沉积物置于沉积物存储箱3内，提供能源和微量元素，以能够更加真实地模拟amd环境，提高富集微生物的多样性和富集效率；通过监测组件6对培养柱内不同高度的环境参数进行实时监测，通过取样口5取样检测培养柱内不同高度位置微生物的生长情况和主要离子浓度的组成情况，可用于模拟amd环境条件下嗜酸微生物与环境变量之间相关性研究工作，进而能够根据不同微生物生长时的溶氧喜好，富集具有多种共生关系的微生物，富集时间短，富集效率高，且富集微生物种类多。
54.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。