白蚁菌圃微生物多样性分析取样装置及方法与流程

1.本发明涉及生物多样性分析技术领域，具体涉及白蚁菌圃微生物多样性分析取样装置及方法。


背景技术：

2.在自然界的食木昆虫中，特别是低等白蚁具有降解木质纤维素的酶能力，因此白蚁在生物燃料和生物能源方面受到了广泛的关注。而白蚁菌圃作为白蚁生活的土壤环境，也作为分解木质纤维素的主要场所，其中所含的微生物群落起到了重要的辅助作用。现有研究主要集中在研究白蚁肠道微生物群落多样性以及对相关功能菌的筛选，对白蚁菌圃微生物群落多样性的研究相对较少。
3.针对白蚁菌圃微生物多样性的分析，需要先对白蚁菌圃进行打碎、混匀，然后再过筛，并用烧杯分装，从而得到样品。分析时，在样品中加水后震荡，取上清液，提取其中的总dna，通过扩增目标功能区域、基因文库构建和高通量测序，对样本中微生物多样性及结构进行了分析。然而，目前实验室中缺乏能实现白蚁菌圃样品的制备(包括打碎、混匀、过筛、分装步骤)的相关设备，如果借助其他领域的设备，一方面设备尺寸大，不宜在实验室中使用，另一方面还需多个设备联用，操作十分麻烦。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供白蚁菌圃微生物多样性分析取样装置及方法，其能同时完成打碎、混匀、过筛、分装的步骤，从而实现实验室中白蚁菌圃样品的制备。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.白蚁菌圃微生物多样性分析取样装置，包括顶部带进料口的壳体，所述壳体内横向设有过滤网，所述过滤网将壳体内部分为上腔体和下腔体，壳体顶部设有驱动件，所述驱动件的输出端连接有转轴，所述转轴向下伸入上腔体内，转轴外壁设有若干活动杆，所述上腔体内壁设有若干固定杆，所述活动杆和固定杆交错穿插分布，所述下腔体底面为敞口，且在敞口内可拆卸插入有若干分装杯，所述分装杯杯口朝上并排设置并将敞口处封堵。
7.进一步改进在于，所述活动杆和固定杆上均设有若干破碎刀，且活动杆和固定杆上的破碎刀交错穿插分布。
8.进一步改进在于，所述转轴的底部连接旋转柱，所述旋转柱外壁设有螺纹凸条，所述过滤网上活动设有导向杆，所述导向杆外壁套设有弹簧，导向杆顶部设有圆筒，所述圆筒包裹于旋转柱外部，且圆筒内壁设有突出部，所述突出部与螺纹凸条的下侧面活动接触，圆筒外壁连接有移动板，所述移动板活动拦截于上腔体，且在移动板上开设有若干个缺口，所述缺口内可转动设有密封盖，所述密封盖始终具有关闭趋势且仅可向上转动打开，所述过滤网上设有若干个阻挡杆，所述阻挡杆一一对应位于缺口位置下方；
9.当转轴带动活动杆转动对白蚁菌圃打碎混匀时，所述旋转柱随转轴同步转动，所述突出部由螺纹凸条顶端向底端移动，并在螺纹凸条推动下使突出部和圆筒匀速向下移
动，直至突出部脱离螺纹凸条底端的瞬间，通过弹簧的弹性作用使突出部回到螺纹凸条的顶端，并使圆筒快速向上移动；
10.其中：在圆筒匀速向下移动过程中，带动移动板同步向下移动，先挤压打碎混匀后的白蚁菌圃穿过过滤网，进入各分装杯中，再在密封盖受阻挡杆阻挡向上打开时，使移动板上方的白蚁菌圃落入到移动板下方；在圆筒快速向上移动过程中，带动移动板同步向上移动，先在密封盖仍然打开时，继续使移动板上方的白蚁菌圃落入到移动板下方，再在密封盖脱离阻挡杆并关闭时，使移动板下方产生负压，利用气流对过滤网网孔进行反吹，清理堵塞的网孔。
11.进一步改进在于，所述螺纹凸条的顶端和底端分别与旋转柱的顶端和底端平齐，且螺纹凸条在竖直方向不重叠。
12.进一步改进在于，所述突出部上设有一滚轮，突出部通过滚轮与螺纹凸条的下侧面滚动接触。
13.进一步改进在于，所述旋转柱顶端设有连接盘，所述转轴的底部与连接盘可转动连接，转轴内部偏心位置沿长度方向开设有贯穿的通道，所述通道随转轴沿圆周轨迹转动，通道内滑动放置有滑块，所述壳体上设有与转轴顶面活动密封接触的橡胶盖，所述橡胶盖上在通道的圆周轨迹位置开设有大气连通孔，所述连接盘顶面沿通道的圆周轨迹开设有环形槽，所述环形槽的槽底深度均匀变化而形成台阶；
14.当转轴带动活动杆转动对白蚁菌圃打碎混匀时，所述通道随转轴沿圆周轨迹转动，使通道顶端间断性与大气连通孔连通，在重力和气压吸力作用下，滑块沿通道间断性下落，该过程内连接盘静止不动，直至滑块落入到连接盘的环形槽内并与台阶相抵后，转轴带动连接盘以及旋转柱同步转动。
15.进一步改进在于，所述环形槽内开设有泄压孔，用于通道内滑块下方空间保持常压。
16.本发明还提供了一种利用所述装置进行的白蚁菌圃微生物多样性分析取样方法，步骤包括：
17.通过进料口往壳体上腔体内加入白蚁菌圃原料，启动驱动件，通过转轴带动活动杆转动，在活动杆与固定杆的作用下，使白蚁菌圃原料被打碎混匀，打碎混匀后的白蚁菌圃经过滤网过滤后，落入各分装杯中进行分装，最后取出各分装杯，即得白蚁菌圃样品。
18.本发明的有益效果在于：
19.(1)本发明采用一体式分析取样装置，其结构小巧，且能同时完成白蚁菌圃原料的打碎、混匀、过筛、分装的步骤，从而实现实验室中白蚁菌圃分析样品的制备；
20.(2)本发明中所采用的装置仅通过一个常规驱动件，即可实现分阶段先打碎混匀后过筛的功能，且在过筛过程中不断重复挤压促进过筛以及过滤网反吹清理的步骤，促进过筛的顺畅性，且有助于简化操作控制，提高取样流程的稳定性和样品的一致性。
附图说明
21.图1为本发明在密封盖关闭时的整体结构示意图；
22.图2为转轴顶部位置的结构放大图；
23.图3为转轴底部位置的结构放大图；
24.图4为连接盘的结构示意图；
25.图5为转筒的结构示意图；
26.图6为密封盖的结构示意图；
27.图7为本发明在密封盖打开时的整体结构示意图；
28.图中：1、进料口；2、壳体；3、过滤网；4、驱动件；5、转轴；6、活动杆；7、固定杆；8、分装杯；9、破碎刀；10、旋转柱；11、螺纹凸条；12、导向杆；13、弹簧；14、圆筒；15、突出部；16、移动板；17、密封盖；18、阻挡杆；19、滚轮；20、连接盘；21、通道；22、滑块；23、橡胶盖；24、大气连通孔；25、环形槽；26、台阶；27、泄压孔。
具体实施方式
29.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
30.结合图1至图7所示，白蚁菌圃微生物多样性分析取样装置，包括顶部带进料口1的壳体2，壳体2内横向设有过滤网3，过滤网3将壳体2内部分为上腔体和下腔体，壳体2顶部设有驱动件4，驱动件4可以为一减速电机，驱动件4的输出端连接有转轴5，转轴5向下伸入上腔体内，转轴5外壁设有若干活动杆6，上腔体内壁设有若干固定杆7，活动杆6和固定杆7交错穿插分布，下腔体底面为敞口，且在敞口内可拆卸插入有若干分装杯8，分装杯8杯口朝上并排设置并将敞口处封堵。在使用时，通过进料口1往壳体2上腔体内加入白蚁菌圃原料(购于广东省茂名市白蚁菌巢，黑翅土白蚁，置于黑暗潮湿条件下放置)，启动驱动件4，通过转轴5带动活动杆6转动，在活动杆6与固定杆7的作用下，使白蚁菌圃原料被打碎混匀，相比较于只有活动杆6的搅拌，该装置活动杆6与固定杆7一静一动的配合，可使得打碎效果显著提升。打碎混匀后的白蚁菌圃经过滤网3过滤后，落入各分装杯8中进行分装，最后取出各分装杯8，即得白蚁菌圃样品。
31.优选的，活动杆6和固定杆7上均设有若干破碎刀9，破碎刀9垂直于活动杆6以及固定杆7设置，且活动杆6和固定杆7上的破碎刀9交错穿插分布，打碎效果突出。
32.为了促进白蚁菌圃过筛的顺畅性，本发明转轴5的底部连接旋转柱10，旋转柱10外壁设有螺纹凸条11，过滤网3上活动设有导向杆12，导向杆12外壁套设有弹簧13，导向杆12顶部设有圆筒14，圆筒14包裹于旋转柱10外部，圆筒14通过弹簧13弹性支撑在过滤网3中心位置，且圆筒14内壁设有突出部15，突出部15与螺纹凸条11的下侧面活动接触，圆筒14外壁连接有移动板16，移动板16活动拦截于上腔体，可以在上腔体内壁设置供移动板16上下移动的轨道，在移动板16上开设有若干个缺口，缺口内可转动设有密封盖17，密封盖17始终具有关闭趋势且仅可向上转动打开(可通过弹性轴实现始终具有关闭趋势，通过缺口口沿限制其只能向上转动打开)，过滤网3上竖立设有若干个阻挡杆18，阻挡杆18一一对应位于缺口位置下方。
33.当转轴5带动活动杆6转动对白蚁菌圃打碎混匀时，旋转柱10随转轴5同步转动，突出部15由螺纹凸条11顶端向底端移动，并在螺纹凸条11推动下使突出部15和圆筒14匀速向下移动，直至突出部15脱离螺纹凸条11底端的瞬间，通过弹簧13的弹性作用使突出部15回到螺纹凸条11的顶端，并使圆筒14快速向上移动；
34.其中：在圆筒14匀速向下移动过程中，带动移动板16同步向下移动，分两个阶段，第一阶段移动板16(此时密封盖17关闭)挤压打碎混匀后的白蚁菌圃穿过过滤网3，进入各分装杯8中，第二阶段在密封盖17受阻挡杆18阻挡向上打开时，使移动板16上方的白蚁菌圃落入到移动板16下方；在圆筒14快速向上移动过程中，带动移动板16同步向上移动，同样分两个阶段，第一阶段密封盖17仍然打开时，继续使移动板16上方的白蚁菌圃落入到移动板16下方，第二阶段在密封盖17脱离阻挡杆18并关闭时，使移动板16下方产生负压，产生由下往下穿过过滤网3的气流(过滤网3的下方可通过壳体2侧壁开孔与外界连通，保持气体进入)，利用气流对过滤网3网孔进行反吹，清理堵塞的网孔。圆筒14往复进行上下移动，从而不断重复挤压促进过筛以及过滤网3反吹清理的步骤，促进过筛的顺畅性。
35.优选的，螺纹凸条11的顶端和底端分别与旋转柱10的顶端和底端平齐，且螺纹凸条11在竖直方向不重叠，这样可提高圆筒14上下移动幅度，以及确保突出部15脱离螺纹凸条11底端的瞬间，能回到螺纹凸条11的顶端。
36.优选的，突出部15上设有一滚轮19，突出部15通过滚轮19与螺纹凸条11的下侧面滚动接触，滚动接触有助于减小摩擦阻力，促进突出部15在螺纹凸条11上的移动。
37.在取样时，需要先进行一段时间的打碎混匀工作，再进行过筛，为此，本发明进一步的：旋转柱10顶端设有连接盘20，转轴5的底部与连接盘20可转动连接，转轴5内部偏心位置沿长度方向开设有贯穿的通道21，通道21随转轴5沿圆周轨迹转动，通道21内滑动放置有滑块22，壳体2上设有与转轴5顶面活动密封接触的橡胶盖23，橡胶盖23上在通道21的圆周轨迹位置开设有大气连通孔24，连接盘20顶面沿通道21的圆周轨迹开设有环形槽25，环形槽25的槽底深度均匀变化而形成台阶26；
38.初始状态下，滑块22位于通道21的顶部位置，当转轴5带动活动杆6转动对白蚁菌圃打碎混匀时，通道21随转轴5沿圆周轨迹转动，使通道21顶端间断性与大气连通孔24连通，在重力和气压吸力作用下，滑块22沿通道21间断性下落(当通道21顶端不与大气连通孔24连通时，滑块22会受气压吸力停止下落)，该过程内连接盘20静止不动，相应的旋转柱10也不会转动，从而不会出现前文提到的移动板上密封盖17被打开的情况，保证白蚁菌圃被充分打碎混匀。直至滑块22落入到连接盘20的环形槽25内并与台阶26相抵后，转轴5带动连接盘20以及旋转柱10同步转动，此时即进行前文提到的重复挤压促进过筛以及过滤网3反吹清理的步骤。
39.优选的，环形槽25内开设有泄压孔27，用于通道21内滑块22下方空间保持常压，确保滑块22可顺利下落，泄压孔27可经过旋转柱10、圆筒14、导向杆内部与过滤网下方空间连通，过滤网3的下方可通过壳体2侧壁开孔与外界连通，保持气体通畅。
40.本发明还提供了一种利用所述装置进行的白蚁菌圃微生物多样性分析取样方法，步骤包括：
41.通过进料口1往壳体2上腔体内加入白蚁菌圃原料，启动驱动件4，通过转轴5带动活动杆6转动，在活动杆6与固定杆7的作用下，使白蚁菌圃原料被打碎混匀，打碎混匀后的白蚁菌圃经过滤网3过滤后，落入各分装杯8中进行分装，最后取出各分装杯8，即得白蚁菌圃样品。
42.在分析前，先对样品进行ph测定，测定方法：取样品5g放入50ml锥形瓶中，水土比为2.5：1，加入去离子水12.5ml，震荡30min，使样品充分分散，去除滤渣测上清液的ph值。分
析过程以不同ph下的白蚁菌圃样品进行测试，提取其中的总dna(按照sk8255(细菌)/sk8259(真菌)试剂盒上的方法进行操作)，通过扩增目标功能区域、基因文库构建和高通量测序，对样本中微生物多样性及结构进行了分析，得到群落中物种的丰度、覆盖度和多样性等信息。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。