一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置和测试方法
【专利摘要】一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置及测试方法，该测试装置包括圆形水槽、多块玻璃挡板、固定在水槽中央的中轴、覆盖在水槽上方的由多种不同的滤光片拼接成的组合体以及不同透光率的玻片/中性网，其中所述多块玻璃挡板呈辐射状均匀设置在中轴上。所述测试方法包括如下步骤：(1)首先将一定量的浮游生物培养在圆形水槽中；(2)测试检测前，将所述挡板从水槽中升起，使整个水槽内的液体混合均匀；(3)对玻璃挡板间隔形成的多个辐射区域经不同波段和强度的紫外辐射处理后，将挡板降下，插入水槽内，将各辐射区域形成隔断，从而对各辐射水平下的浮游生物进行统计，以各区域内的浮游生物的数目或所占比例作为认定该生物偏向选择某一辐射处理的依据。
【专利说明】一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置和测试方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及浮游生物行为学研究领域，具体涉及一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置和测试方法。
【背景技术】
[0002]包括鱼类、鳞虾、浮游动物在内的海洋或淡水生物的昼夜迁移现象是自然界中最为常见的现象之一，也是研究较为广泛的科学问题之一。对这种迁移现象的最早描述距今已经一百多年，然而到目前为止，对此现象机制的研究仍然是动物行为学及生态学研究的热点问题。昼夜迁移现象是地球上生物量最大的迁移活动之一，在食物链、生物地球化学循环等诸多过程中具有十分重要的作用。除昼夜垂直迁移外，研究表明浮游动物也具有水平迁移行为，这种水平迁移行为同样也与躲避捕食者的捕食以及阳光紫外辐射有关。我们通过前期的室内研究发现，海洋浮游桡足类具有感知高光强，并通过水平迁移躲避高强度辐射的行为，这一响应高光强的水平迁移行为在原位淡水水体中也得到了进一步的证实。然而，浮游动物响应阳光辐射的水平迁移行为与阳光辐射光谱中各波段之间的关系如何，仍需深入探讨。虽然以往研究已经证明浮游动物可以感受到紫外辐射并通过垂直或水平迁移的方式躲避紫外辐射，然而，尚未有研究以及相关测试装置系统阐述不同波段的紫外辐射对浮游生物行为调节的影响。
[0003]到达地面的阳光福射主要包括可见光PAR(PhotosyntheticalIy activeradiat1n, 400-700nm)、UVA (320-400nm)以及 UVB (280-320nm)。UVA 和 UVB 辐射可穿过臭氧层及云层到达地表及水体，其辐射强度与纬度、海拔高度、水体溶解及颗粒有机质有着紧密联系。在透光率较高的湖泊中，1%的紫外辐射的透射深度可到达数十米。紫外辐射的负面效应主要是由UVB波段引起。UV波段的光，波长越短，单位光量子的能量越强，破坏性也就越大。相对于UVB波段，UVA波段的光破坏性相对较小，在390-400nm处甚至具有一定的正面效应，可辅助修复损伤的蛋白质以及DNA。因而研究紫外辐射的生物学效应时，对紫外辐射各波段进行区分研究尤为重要。
[0004]关于光驱动的浮游动物行为变化，很少有研究者将紫外辐射作用光谱细化开展相关研究(280-400nm)，阐述浮游动物的行为及生理变化是如何响应不同波段紫外辐射作用光谱的。鉴于紫外辐射各波段的效应有所不同，仍然需要进一步探讨细化紫外辐射作用光谱与迁移行为的关系，这将有助于我们了解紫外辐射各波段的生物学效应。在长期的进化过程中，浮游动物已经形成了相应的适应和保护机制来应对紫外辐射所带来的负面作用。水生动物对紫外辐射的响应可包括形态、生理以及行为等方面，其中行为的响应是最为直接、迅速与高效的。在具有大型水草或珊瑚礁等区域，水平方向上的迁移可避免穿过温度跃层，相对于垂直迁移，在能量利用上更具有优势，对于躲避紫外辐射具有非常重要的生态意义。虽然浮游动物水平方向上的迁移同时会被动地受水体物理因素(流)等影响，然而室内及室外研究都证明，浮游动物更具有主动的通过水平移动躲避潜在高光及紫外胁迫的行为。
[0005]虽然有关阳光紫外辐射对浮游动物影响的研究并不鲜见，然而绝大多数的研究都是探讨UVB或UVA波段的生理学效应，研究紫外辐射作用光谱对生物行为的影响未见报道，且多数研究紫外辐射的获取方法各异，有些并不能反映浮游动物对紫外辐射的真实响应。另一方面，有关不同类型浮游动物的迁移行为，目前仍停留在推测阶段(躲避捕食者假说、能量和资源利用假说、光驱动假说等)，相关研究仍然需要进一步开展。
[0006]研究光强对浮游动物垂直迁移行为的影响，厦门大学的Zengling Ma等人在水库区域作了实验研究(“Behav1ral responses of zooplankton to solar radiat1nchanges:1n situ evidence，，，Zengling Ma etc.Hydrob1logia (2013) 711:155 - 163),其选择在水库建立实验模型，即通过对表层水体覆盖中性网滤除50%的太阳辐射作为实验组，相邻不加中性网的原位水体作为自然光照对照组，分别在阴天和晴天进行对比测试，该实验模型建立在原位水体中，模型建立困难，而且近岸因素具有人类活动等许多不确定导致，导致实验的操作性以及光强、光质梯度的系列性设置不易大面积开展，使实验的完整性受到一定影响，其可操作性和重复性都存在进一步改进的空间。室内模拟实验测定浮游动物对光质的水平迁移行为， 申请人:前期的研究中使用的选择性长方形水槽为自行设计的水平选择水槽，其区域划分和辐射强度等模型建立中，各区域划分和辐射强度存在差异，浮游动物游动行为可能会受长方形水槽形状的影响，在一定程度上可能会影响实验结果的说服力，本发明中将对其进行进一步改进。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术中的缺陷，本发明公开了一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置和测试方法。
[0008]本发明采用下述技术方案:
[0009]一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置，该测试装置包括圆形水槽、多块玻璃挡板、固定在水槽中央的中轴以及覆盖在水槽上方的由多种不同的滤光片拼接成的组合体，其中所述多块玻璃挡板呈辐射状均匀设置在中轴上，从而将水槽划分为多个辐射区域，所述多个辐射区域内可获得经相应滤光片滤光后的多种不同波段的紫外光；通过在所述的滤光片组合体上方覆盖不同透光率的玻片或中性网，可获得该波段下不同辐射强度的光，可用来研究不同波段及强度的紫外光对负有浮游生物的行为学效应。
[0010]进一步地，所述多块玻璃挡板为3-6块，从而将水槽划分为相应的3-6个辐射区域，各辐射区域上方分别设置有不同规格的滤光片。
[0011]进一步地，圆形水槽由黑色有机玻璃(防止外界其它光源影响)制成，其直径为20cm,高 5cm。
[0012]进一步地，所述滤光片可选择性滤除不同波长的紫外线，或具有不同透光率。
[0013]本发明还涉及一种采用上述测试装置进行的紫外光谱对浮游生物行为学影响的测试方法，包括如下步骤:
[0014](I)首先将一定量的浮游生物培养在圆形水槽中；
[0015](2)测试检测前，将所述挡板从水槽中升起，使整个水槽内的液体混合均匀；
[0016](3)对所述多个辐射区域经不同波段的紫外辐射处理后，将挡板降下，插入水槽内，将各辐射区域形成隔断，从而对各辐射水平下的浮游生物进行统计，以各区域内的浮游生物的数目或所占比例作为认定该生物偏向选择某一辐射处理的依据。
[0017]进一步地，上述测试方法中，所述多块玻璃挡板为6块，从而将水槽划分为相应的6个辐射区域，各辐射区域上方分别设置有6种不同规格的滤光片。
[0018]进一步地，上述测试方法中，6种不同滤光片分别为WG280、WG295、WG305、WG320、Glass350以及GG395，其可分别滤除280、295、305、320、350及395nm以下的紫外辐射；6种不同滤光片/中性网为不同透光效果的滤光片:分别具有100%，55%，30%，18%，6%和O %的透光率，从而可获得光强从100%至O的水平的光强。
[0019]进一步地，上述测试方法中，圆形水槽中浮游生物接受辐射处理5、10、15、30或60分钟。
[0020]本发明的有益效果是:研究紫外辐射作用光谱对浮游生物行为学的影响(水平迁移行为)，相关的小型实验装置尚未见报导，利用本发明的测试装置和测试方法可简单有效的进行紫外光谱对浮游生物行为学的影响的实验研究，具有可靠的说服力和可重复性，为水生生态系统的系统研究和自然科学发展提供可靠实验依据。
【专利附图】
【附图说明】
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[0021]图1是室内实验验证浮游动物对光质的水平选择性模型示意图出块玻璃挡板)；
[0022]图2是室内实验验证浮游动物对光质的水平选择性模型示意图(3块玻璃挡板)；
[0023]图3是雄性及雌性日本虎斑猛水蚤(Tigr1pus japonicus)在pH8.15 (A, B)、7.80(C，D)及 7.60(E，F)下，接受辐射处理 10，20 及 30 分钟后在 P、PA (Photosyntheticallyactive radiat1n+UVA, PA)及 PAB(Photosynthetically active radiat1n+UVA+UVB,PAB)下的分布情况(N = 3，3个重复培养)。
[0024]其中，图1左图表示辐射处理时升起挡板，图1右图表示辐射处理结束降下挡板
[0025]1-玻片或中性网；2_滤光片；3_挡板；4_圆形水槽；5_中轴
【具体实施方式】
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[0026]现结合附图将本发明的一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置和测试方法做进一步的说明。
[0027]如图1所示为本发明的一种典型实验装置，从图1中可以看到，本发明的实验装置为圆环形设计，此圆环形设计方式可有效避免因水槽长度较长而影响浮游生物自由游动，该设计方式能够更加准确地反映浮游动物对光质或光强的选择性，也更有说服力。从图1中可以看到，本发明的测试装置包括:圆形有机玻璃水槽，6块玻璃挡板，固定在水槽中央的中轴以及覆盖在水槽上方的由6种不同的滤光片拼接成的组合体，其中所述6块玻璃挡板呈辐射状均匀设置在中轴上，从而将水槽划分为6个辐射区域，所述6个辐射区域内可辐射经滤光片滤光后的多种不同紫外作用光谱。
[0028]其中，可通过在有机玻璃水槽上方的滤光片设置为不同的滤光膜，从而可获取不同波段的紫外作用光线。实验检测前，将挡板从水槽中升起，使整个水槽内的液体混合均匀。上述多个区域经不同波段的紫外辐射处理后，将挡板降下，插入水槽内，将各辐射区域形成隔断，即可对各辐射水平下的浮游生物进行统计，以各区域内的浮游生物的数目或所占比例作为认定该生物偏向选择某一辐射处理的依据。
[0029]选用不同透光特性的滤光片，例如WG280、WG295、WG305、WG320、Glass350以及GG395，它们可分别滤除280、295、305、320、350及395nm以下的紫外辐射，可用来研究更为细致的光谱效应；如研究阳光辐射强度对浮游生物行为学的影响，可将上述滤光片置换或在其上方覆盖不同透光效果的玻片或中性网(例如100 %，75 %，50 %，25 %，10 %和O %的透光率)，可获得从100%至O的水平的光强。
[0030]如图2所示为本发明的测试装置的另一种实施方式，在该测试装置中玻璃挡板为3块，将圆形有机玻璃水槽划分为三个不同辐射区域，各辐射区域上方设置不同的滤光片。
[0031]在进一步地实验研究中，采用使用图2中所述测试装置对浮游动物日本虎斑猛水蚤响应可见光(P)、可见光+紫外线A (PA)以及可见光+紫外线A+紫外线B (PAB)的行为学变化，研究表明无论是正常PH还是酸化(低pH)条件下，雌性及雄性日本虎斑猛水蚤都表现出显著的躲避UV福射的行为(Li and Gao, unpublished data)。
[0032]使用本专利设计的原型装置对浮游动物日本虎斑猛水蚤响应可见光(P)、可见光+紫外线A(PA)以及可见光+紫外线A+紫外线B(PAB)的行为学变化，在测试过程中，针对接受辐射处理10，20及30分钟的不同辐射时间长度，以及在不同pH条件下(pH8.15 (A，B)、7.80 (C, D)及7.60 (E, F))，分别进行了实验研究，研究表明无论是正常还是酸化条件下，雌性及雄性日本虎斑猛水蚤都表现出显著的躲避UV辐射的行为(Li and Gao, unpublisheddata)。
[0033]通过本发明的测试装置来进行室内研究浮游动物响应阳光紫外辐射不同波段的行为学变化，内容有以下几点:
[0034](I)研究相同辐射剂量、不同辐射强度对浮游动物水平迁移的影响
[0035]模拟自然条件下阳光辐射的强度(阴天、多云以及晴天等)设置三种辐射强度，即低光强、中等强度的辐射以及高光强辐射处理(具体辐射强度的设置参考当地气象部门阳光辐射的数据)。在上述三种辐射处理下设置3-5个辐射剂量，通过设置不同的辐射时间，即低光强下进行长时间辐射、高光强下进行短时间辐射，使三种辐射强度下的总辐射剂量相等，统计不同辐射强度、辐射剂量下不同类型的浮游动物分布比例。
[0036](2)研究相同辐射强度、不同辐射剂量对浮游动物水平迁移的影响
[0037]低、中及高的辐射强度设置同上，在上述三种辐射强度下处理5、10、15、30、60分钟后，统计不同辐射剂量处理下不同类型的浮游动物分布情况。具体操作步骤如下:
[0038]挑取健康、活泼(显微镜下进行)的上述浮游动物，置于图1所示的圆形水槽中(50-100只个体)，并注入过滤后的水样(液面高度保持着2-3cm，防止因液面过高导致光质在水体中的衰减，可保证水体接受辐射强度与设置的辐射强度相吻合)，置于太阳模拟器下进行辐射处理。
[0039]实验期间，升起挡板至液面上方，待辐射处理结束时将挡板降下，对各辐射区域内的浮游动物个体进行统计。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种研究紫外光谱对浮游生物行为学的影响的测试装置，其特征在于:该测试装置包括圆形水槽、多块玻璃挡板、固定在水槽中央的中轴以及覆盖在水槽上方的由多种不同的滤光片拼接成的组合体，其中所述多块玻璃挡板呈辐射状均匀设置在中轴上，从而将水槽划分为多个辐射区域，所述多个辐射区域内可获得经相应滤光片滤光后的多种不同波段的紫外光；通过在所述的滤光片组合体上方覆盖不同透光率的玻片或中性网，可获得该波段下不同辐射强度的光，可用来研究不同波段及强度的紫外光对浮游生物的行为学效应。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于:所述多块玻璃挡板为3-6块，从而将水槽划分为相应的3-6个辐射区域，各辐射区域上方分别设置有不同规格的滤光片。
3.根据权利要求1-2任一项所述的测试装置，其特征在于:圆形水槽由黑色有机玻璃制成，其直径为20cm,高5cm。
4.根据权利要求1-3任一所述的测试装置，其特征在于:所述滤光片可选择性滤除不同波段的紫外线，或具有不同透光率。
5.一种采用权利要求1-4任一所述的测试装置进行的紫外光谱对浮游生物行为学影响的测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)首先将一定量的浮游生物培养在圆形水槽中； (2)测试检测前，将所述挡板从水槽中升起，使整个水槽内的液体混合均匀； (3)对所述多个辐射区域经不同波段的紫外辐射处理后，将挡板降下，插入水槽内，将各辐射区域形成隔断，从而对各辐射水平下的浮游生物进行统计，以各区域内的浮游生物的数目或所占比例作为认定该生物偏向选择某一辐射处理的依据。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于:所述多块玻璃挡板为6块，从而将水槽划分为相应的6个辐射区域，各辐射区域上方分别设置有6种不同规格的滤光片/中性网。
7.根据权利要求5-6任一项所述的测试方法，其特征在于:6种不同滤光片分别为WG280、WG295、WG305、WG320、Glass350 以及 GG395，其可分别滤除 280、295、305、320、350 及395nm以下的紫外辐射；或者6种不同滤光片为不同透光效果的滤光片:分别具有100%，55 %，30 %，18 %，6 %和O %的透光率，从而可获得光强从100 %至O %的水平的光强。
8.根据权利要求5-7任一所述的测试方法，其特征在于:圆形水槽中浮游生物接受辐射处理5、10、15、30或60分钟。
【文档编号】G01N33/48GK104237494SQ201410509738
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】李伟, 徐军田, 杨雨玲, 董丽丽, 黄松 申请人:黄山学院