一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置的制作方法

本发明涉及一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置，具体涉及一种雨生红球藻养殖与积累虾青素的装置，属于雨生红球藻的养殖领域。

背景技术：

雨生红球藻(haematococcuspluvialis)是一种淡水单细胞微藻，在生长环境(温度、光强、营养盐等)适宜情况下，它会迅速生长繁殖，扩大生物量；在不利的环境下,如强光、高盐度、高温、营养盐(氮、磷等)缺乏等条件下，它的细胞壁会加厚，逐渐变为不动细胞，并大量积累虾青素。其含量可达细胞干重的4％左右，远高于从其它水产品中的提取量，因此雨生红球藻被公认为是自然界中生产天然虾青素最理想的原材料。全球虾青素市场规模，预计从2017年的5.5亿美元到2022年达到8.1亿美元，以8.02％的增长率扩大，目前，虾青素在食品添加剂、农业、水产养殖、保健、医疗、化妆品等行业的市场前景十分广阔。

基于雨生红球藻的生活史及虾青素积累特性，养殖雨生红球藻获得虾青素时一般采用两阶段法，即在营养生长阶段，常温常光照促进雨生红球藻细胞密度的积累；而在虾青素积累阶段则使用高温、强光、缺氮等胁迫条件，促进雨生红球藻虾青素的积累，其中高光是诱导雨生红球藻中虾青素积累最有效的方法。

目前雨生红球藻规模化养殖装置多种多样，“一种雨生红球藻大规模养殖装置”的发明专利(公开号为cn208008801u)公开了利用透明玻璃管养殖雨生红球藻的方法，类似的还有“一种雨生红球藻多次积累虾青素的装置”的发明专利(公开号cn207933423u)等，均为雨生红球藻大规模养殖提供了方法。

近年来，雨生红球藻在大规模养殖工业化生产中多采用开放式的培养系统，如跑道池或开放池；封闭式的培养系统，如管道式光生物反应器、立柱式光生物反应器、平板式光生物反应器、薄膜式光生物反应器以及半球体式光生物反应器，主要是占地面积大、养殖密度低、转化积累慢、开放式养殖容易污染等问题。据报道，平板式光生物反应器可以达到很高的光合效率，很适合微藻的大规模培养。本发明拟采用透明玻璃圆角长方体薄板来培养雨生红球藻。本发明专利结构设计合理，具有透光性好，能够对雨生红球藻实现快速高效培养、诱导，实现半连续生产，整个装置处于密封状态，显著减少了杂菌的污染；整个装置呈“大树型”结构，利用生物学中的生态位原理，充分利用大自然的阳光，同时可以大大节约占地面积，为雨生红球藻高效大规模养殖提供新途径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置，其结构设计合理，透光性好，能够对雨生红球藻实现快速高效培养、诱导，实现半连续生产，整个装置处于密封状态，显著减少了杂菌的污染；整个装置呈“大树型”结构，利用生物中的生态位原理，充分利用大自然的阳光，同时可以大大节约占地面积，为雨生红球藻高效规模养殖提供了新途径。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置，主体为圆形底座，底座上分布有贮液池、中转池和收藻池，底座的中央设有树干型支架；其特征在于：

所述的树干型支架垂直的固定于圆形底座中央上；所述的树干型支架的下部分布有多个培养雨生红球藻的藻液时所用的透明玻璃圆角长方体薄板a；所述的树干型支架的上部分布有多个诱导雨生红球藻的藻液变红时所用的透明玻璃圆角长方体薄板b；所述的树干型支架的下端的侧壁上安装有控制器；

所述的透明玻璃圆角长方体薄板a和透明玻璃圆角长方体薄板b，通过收放装置分别连接到树干型支架的下部和上部，透明玻璃圆角长方体薄板a和透明玻璃圆角长方体薄板b连接到树干型支架上时，板面向上；

所述的贮液池，配设有补料管和进料管，其中：补料管与能够提供新鲜培养基的装置相连接，补料管上安装有补液电磁阀；进料管上安装有料液泵i和电磁阀a，进料管分为多个支路，每个支路与透明玻璃圆角长方体薄板a相连通，每个支路上设有两个分支电磁阀，其中一个分支电磁阀b远离透明玻璃圆角长方体薄板a，另一个分支电磁阀c靠近透明玻璃圆角长方体薄板a；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置，配设有一根藻液管；藻液管中央设有电磁阀d从而将藻液管分为上下两部分，上部分为上管、下部分为下管；上管分为多个支路，每个支路与透明玻璃圆角长方体薄板b相连通，每个支路上设有分支电磁阀e；下管的下方设有电磁阀f从而将下管也分为两部分，上部分为回藻管、下部分为送藻管；所述的回藻管，分为多个支路，每个支路通过电磁阀c与透明玻璃圆角长方体薄板a相连通；所述的送藻管分为两条支路，一条支路为中转管、另一条为收藻管；中转管与中转池相连通，且中转管上安装有料液泵ii和电磁阀g；收藻管与收藻池相连通，且收藻管上安装有电磁阀h；

所述的收藻池配设有出液管，出液管上安装有出液电磁阀；

所述的透明玻璃圆角长方体薄板a的上方安装有荧光灯管，所述的透明玻璃圆角长方体薄板b的上方安装有led灯管；荧光灯管和led灯管与控制器电连接；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置配设有通气装置，通气装置分别通过管路与透明玻璃圆角长方体薄板a、透明玻璃圆角长方体薄板b相连通；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置的顶端安装有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄电池电连接，蓄电池与控制器电连接；太阳能电池板，白天将光能转化为电能后供夜间荧光灯管和led灯管使用。

上述技术方案中，所述的收放装置包括球型铰链、拉杆和收放环：透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b的内侧面通过球型铰链装置与树干型支架相连接；收放环套设在树干型支架上，拉杆的一端与透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b的上板面中心位置相连接、另一端与收放环相连接；拉动收放环，拉杆带动透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b向上倾斜45度或者向下倾斜45度。

上述技术方案中，所述的雨生红球藻大规模养殖装置中，电磁阀、料液泵均与控制器电连接，收放装置与控制器电连接。

上述技术方案中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板a优选为4块，进料管优选分为4个支路：左下支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀为b1和电磁阀c1，右下支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀为b2和电磁阀c2，左上支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀b3、电磁阀c3，右上支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀b4、电磁阀c4；电磁阀c1、电磁阀c2、电磁阀c3、电磁阀c4分别通过管路与回藻管相连接。

上述技术方案中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板b优选为6块，上管优选分6个支路：左下支路、右下支路、左中支路、右中支路、左上支路、右上支路上的分支电磁阀门分别为电磁阀e1、电磁阀e2、电磁阀e3、电磁阀e4、电磁阀e5、电磁阀e6。

上述技术方案中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板a，表面积从下到上依次递减，最下方的透明玻璃圆角长方体薄板a的规格为长2m、宽1m、高0.15m，上下相邻的两块透明玻璃圆角长方体薄板a之间的距离为0.5m。

上述技术方案中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板b，表面积从下到上依次递减，最下方的透明玻璃圆角长方体薄板b的规格为长1.25m、宽1m、高0.15m，上下相邻的两块透明玻璃圆角长方体薄板b之间的距离为0.5m。

上述技术方案中，所述的树干型支架垂直固定圆形底座中央位置上，所述的透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b，前后、左右、上下交错的分布于树干型支架的四周(类似大树)；最下方的透明玻璃圆角长方体薄板b的表面积小于最上方的透明玻璃圆角长方体薄板a的表面积，整个装置的构型下宽上窄，犹如一棵傲立苍穹的大树，整个装置的有效装液体积大约为4.65m³。

上述技术方案中，所述的荧光灯管分布于透明玻璃圆角长方体薄板a的上方0.25m处，所述的led灯管分布于透明玻璃圆角长方体薄板b的上方0.25m处。

上述技术方案中，所述的收藻池的底面为斜面，所述的出料管位于斜面的最低处。

上述技术方案中，所述的圆形底座采用坚固的钢筋混泥土制成，其面积大小以及坚固程度以使其能够支撑起其上部注满藻液后的总重量为宜。

本发明还提供一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)打开补液电磁阀，将新鲜的培养液注入贮液池中，向培养液中添加雨生红球藻的藻种后，利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向下倾斜45度，即外侧面向下倾斜45度；在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵i、电磁阀a、进料管支路上的电磁阀b和电磁阀c，培养液流入透明玻璃圆角长方体薄板a中，待透明玻璃圆角长方体薄板a中培养液加满时停止加液，关闭相应的电磁阀及料液泵i，将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上利用荧光灯管，其他培养条件与传统方法相同；

(2)当透明玻璃圆角长方体薄板a中的雨生红球藻的生物量达到最大值后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开电磁阀c、电磁阀f、电磁阀g，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向上倾斜45度，在重力的作用下，雨生红球藻的藻液全部流入至中转池中，然后将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；

(3)在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵ii、电磁阀g、电磁阀f、电磁阀d、上管支路上的电磁阀e，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向下倾斜45度，中转池中的藻液流入到透明玻璃圆角长方体薄板b中，待藻液加满后，关闭相应的电磁阀及料液泵ii，将透明玻璃圆角长方体薄板b恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上白天利用自然光，晚上led灯管，其他培养条件与传统方法相同；

(4)当透明玻璃圆角长方体薄板b中的雨生红球藻的藻液变红后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开上管支路上的电磁阀e、电磁阀d、电磁阀f、电磁阀h，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向上倾斜45度，在重力的作用下，变红的藻液全部流入至收藻池中。

本发明技术方案的优点在于：与现有技术采用开放池对雨生红球藻进行培育不同，本发明养殖雨生红球藻的装置为全封闭结构，有效减少了杂菌污染；另外，本发明利用生物中的生态位原理将雨生红球藻的培养过程与诱导转红过程有机结合起来，整个养殖装置类似一棵坚固大树，在其顶部安置太阳能电池板，大大增加了阳光的利用率，因此，其在满足雨生红球藻养殖量的情况下，有效节约了占地面积，为雨生红球藻高效大规模养殖提供了新途径。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的电磁阀门分布示意图；

图3为本发明装置将培养基输送至透明玻璃圆角长方体薄板a的结构示意图；

图4为本发明装置将藻液输送至透明玻璃圆角长方体薄板b的结构示意图；

图5为本发明方法的流程图；

其中：1为圆形底座；2为补液电磁阀；3为透明玻璃圆角长方体薄板a；4为荧光灯管；5为透明玻璃圆角长方体薄板b；6为led灯管；7为贮液池；8为补料管；9为进料管；10为料液泵i；11为电磁阀a；12为控制器；13为中转池；14为中转管；15为料液泵ii；16为树干型支架；17为出液电磁阀；18为出液管；19为收藻池；20为收藻管；21为电磁阀h；22为电磁阀g；23为电磁阀f；24为电磁阀为b2；25为球型铰链；26为电磁阀c2；27为电磁阀为b1；28为电磁阀c1；29为电磁阀b3；30为电磁阀c3；31为电磁阀b4；32为电磁阀c4；33为电磁阀d；34为电磁阀e1；35为电磁阀e2；36为电磁阀e3；37为电磁阀e4；38为电磁阀e5；39为电磁阀e6；40为太阳能电池板；41为拉杆；42为收放环；43为通气装置；44为上管；45为回藻管；46为送藻管。

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

本发明中的所有零部件均为市售产品。

一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置，主体为圆形底座1，底座上分布有贮液池7、中转池13和收藻池19，底座的中央设有树干型支架16；如图1-4所示：

所述的树干型支架垂直的固定于圆形底座中央上；所述的树干型支架的下部分布有多个培养雨生红球藻的藻液时所用的透明玻璃圆角长方体薄板a3；所述的树干型支架的上部分布有多个诱导雨生红球藻的藻液变红时所用的透明玻璃圆角长方体薄板b5；所述的树干型支架的下端的侧壁上安装有控制器12；

所述的透明玻璃圆角长方体薄板a和透明玻璃圆角长方体薄板b，通过收放装置分别连接到树干型支架的下部和上部，透明玻璃圆角长方体薄板a和透明玻璃圆角长方体薄板b连接到树干型支架上时，板面向上；

所述的贮液池，配设有补料管8和进料管9，其中：补料管与能够提供新鲜培养基的装置相连接，补料管上安装有补液电磁阀2；进料管上安装有料液泵i10和电磁阀a11，进料管分为多个支路，每个支路与透明玻璃圆角长方体薄板a相连通，每个支路上设有两个分支电磁阀，其中一个分支电磁阀b远离透明玻璃圆角长方体薄板a，另一个分支电磁阀c靠近透明玻璃圆角长方体薄板a；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置，配设有一根藻液管；藻液管中央设有电磁阀d33从而将藻液管分为上下两部分，上部分为上管44、下部分为下管；上管分为多个支路，每个支路与透明玻璃圆角长方体薄板b相连通，每个支路上设有分支电磁阀e；下管的下方设有电磁阀f23从而将下管也分为两部分，上部分为回藻管45、下部分为送藻管46；所述的回藻管，分为多个支路，每个支路通过电磁阀c与透明玻璃圆角长方体薄板a相连通；所述的送藻管分为两条支路，一条支路为中转管14、另一条为收藻管20；中转管与中转池相连通，且中转管上安装有料液泵ii15和电磁阀g22；收藻管与收藻池相连通，且收藻管上安装有电磁阀h21；

所述的收藻池配设有出液管18，出液管上安装有出液电磁阀17；

所述的透明玻璃圆角长方体薄板a的上方安装有荧光灯管4，所述的透明玻璃圆角长方体薄板b的上方安装有led灯管6；荧光灯管和led灯管与控制器电连接；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置配设有通气装置43，通气装置分别通过管路与透明玻璃圆角长方体薄板a、透明玻璃圆角长方体薄板b相连通；

所述的雨生红球藻大规模养殖装置的顶端安装有太阳能电池板40，太阳能电池板与蓄电池电连接，蓄电池与控制器电连接；太阳能电池板，白天将光能转化为电能后供夜间荧光灯管和led灯管使用。

本发明中，所述的收放装置包括球型铰链25、拉杆41和收放环42：透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b的内侧面通过球型铰链装置与树干型支架相连接；收放环套设在树干型支架上，拉杆的一端与透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b的上板面中心位置相连接、另一端与收放环相连接；拉动收放环，拉杆带动透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b向上倾斜45度或者向下倾斜45度。

本发明中，所述的雨生红球藻大规模养殖装置中，电磁阀、料液泵均与控制器电连接，收放装置与控制器电连接。

本发明中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板a，表面积从下到上依次递减，最下方的透明玻璃圆角长方体薄板a的规格为长2m、宽1m、高0.15m，上下相邻的两块透明玻璃圆角长方体薄板a之间的距离为0.5m。

本发明中，所述的透明玻璃圆角长方体薄板b，表面积从下到上依次递减，最下方的透明玻璃圆角长方体薄板b的规格为长1.25m、宽1m、高0.15m，上下相邻的两块透明玻璃圆角长方体薄板b之间的距离为0.5m。

本发明中，所述的树干型支架垂直固定圆形底座中央位置上，所述的透明玻璃圆角长方体薄板a或透明玻璃圆角长方体薄板b，前后、左右、上下交错的分布于树干型支架的四周(类似大树)；最下方的透明玻璃圆角长方体薄板b的表面积小于最上方的透明玻璃圆角长方体薄板a的表面积，整个装置的构型下宽上窄，犹如一棵傲立苍穹的大树，整个装置的有效装液体积大为4.65m³。

本发明中，所述的荧光灯管分布于透明玻璃圆角长方体薄板a的上方0.5m处，所述的led灯管分布于透明玻璃圆角长方体薄板b的上方0.25m处。

本发明中，所述的收藻池的底面为斜面，所述的出料管位于斜面的最低处。

本发明中，所述的圆形底座采用坚固的钢筋混泥土制成，其面积大小以及坚固程度以使其能够支撑起其上部注满藻液后的总重量为宜。

本发明还提供一种利用生态位原理制作的雨生红球藻大规模养殖装置的使用方法，流程图如图5所示：

(1)打开补液电磁阀，将新鲜的培养液注入贮液池中，向培养液中添加雨生红球藻的藻种后，利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向下倾斜45度，即外侧面向下倾斜45度；在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵i、电磁阀a、进料管支路上的电磁阀b和电磁阀c，培养液流入透明玻璃圆角长方体薄板a中，待透明玻璃圆角长方体薄板a中培养液加满时停止加液，关闭相应的电磁阀及料液泵i，将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上利用荧光灯管，其他培养条件与传统方法相同；

(2)当透明玻璃圆角长方体薄板a中的雨生红球藻的生物量达到最大值后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开电磁阀c、电磁阀f、电磁阀g，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向上倾斜45度，在重力的作用下，雨生红球藻的藻液全部流入至中转池中，然后将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；

(3)在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵ii、电磁阀g、电磁阀f、电磁阀d、上管支路上的电磁阀e，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向下倾斜45度，中转池中的藻液流入到透明玻璃圆角长方体薄板b中，待藻液加满后，关闭相应的电磁阀及料液泵ii，将透明玻璃圆角长方体薄板b恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上白天利用自然光，晚上led灯管，其他培养条件与传统方法相同；

(4)当透明玻璃圆角长方体薄板b中的雨生红球藻的藻液变红后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开上管支路上的电磁阀e、电磁阀d、电磁阀f、电磁阀h，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向上倾斜45度，在重力的作用下，变红的藻液全部流入至收藻池中。

下面结合具体的实施例对本发明进行阐述：

实施例1：

本实施例中透明玻璃圆角长方体薄板a为4块，进料管分为4个支路：左下支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀为b127和电磁阀c128，右下支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀为b224和电磁阀c226，左上支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀b329、电磁阀c330，右上支路上远离和靠近透明玻璃圆角长方体薄板a的分支电磁阀分别为电磁阀b431、电磁阀c432；电磁阀c128、电磁阀c226、电磁阀c330、电磁阀c432分别通过管路与回藻管45相连接。

实施例2：

本实施例中透明玻璃圆角长方体薄板b为6块，上管44分6个支路：左下支路、右下支路、左中支路、右中支路、左上支路、右上支路上的分支电磁阀门分别为电磁阀e134、电磁阀e235、电磁阀e336、电磁阀e437、电磁阀e538、电磁阀e639。

实施例3：

本实施例中透明玻璃圆角长方体薄板a为4块，透明玻璃圆角长方体薄板b为6块，采用该装置中进行雨生红球藻的培养：

(1)打开补液电磁阀2，将新鲜的培养液注入贮液池7中，向培养液中添加雨生红球藻的藻种后，利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向下倾斜45度，即外侧面向下倾斜45度；在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵i10、电磁阀a11、电磁阀b224、电磁阀c226、电磁阀b127、电磁阀c128、电磁阀b329、电磁阀c330、电磁阀b431、电磁阀c432，培养液流入透明玻璃圆角长方体薄板a3中，待透明玻璃圆角长方体薄板a中培养液加满时停止加液，关闭相应的电磁阀及料液泵i，将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上利用荧光灯管4，其他培养条件与传统方法相同；

(2)当透明玻璃圆角长方体薄板a中的雨生红球藻的生物量达到最大值后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开电磁阀c128、电磁阀c226、电磁阀c330、电磁阀c432、电磁阀f23、电磁阀g22，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板a向上倾斜45度，在重力的作用下，雨生红球藻的藻液全部流入至中转池13中，然后将透明玻璃圆角长方体薄板a恢复为水平状态；

(3)在其他电磁阀均关闭的前提下，打开料液泵ii15、电磁阀g22、电磁阀f23、电磁阀d33、电磁阀e134、电磁阀e235、电磁阀e336、电磁阀e437、电磁阀e538、电磁阀e639，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向下倾斜45度，中转池中的藻液流入到透明玻璃圆角长方体薄板b中，待藻液加满后，关闭相应的电磁阀及料液泵ii，将透明玻璃圆角长方体薄板b恢复为水平状态；白天利用自然光，晚上白天利用自然光，晚上led灯管6，其他培养条件与传统方法相同；

(4)当透明玻璃圆角长方体薄板b中的雨生红球藻的藻液变红后，在其他电磁阀均关闭的前提下，打开电磁阀d33、电磁阀e134、电磁阀e235、电磁阀e336、电磁阀e437、电磁阀e538、电磁阀e639、电磁阀f23、电磁阀h21，同时利用收放装置将透明玻璃圆角长方体薄板b向上倾斜45度，在重力的作用下，变红的藻液全部流入至收藻池19中。

上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。