[发明专利]深海冷泉模拟及低温高压微生物培养系统

说明书

技术领域

本发明涉及微生物培养技术领域，特别是指一种深海冷泉模拟及低温高压微生物培养系统。

背景技术

深海是全球最大的独立生态系统，包括深层海水（deeplayerwater），表层沉积物（toplayersediment）以及冷泉（coldseep）、热液（hydrothermal vent）、多金属结核区（metallicnodules）等地质结构。深海深部生物圈的微生物生物量占全球总量的90%。从深海检测到的微生物与其他环境的微生物有明显差异，具有独特代谢途径、信号传导和防御机制，是研究早期生命过程与地球环境演化的活化石，具有无可替代的科学价值。蕴藏着最丰富的微生物资源，是联合国关注的“人类共同继承财产”。海水70%的海洋是处在38MPa以上的高压环境。因此深海微生物适应了高压环境，具有耐压性甚至嗜压性。高压是深海区别于其他生态系统的一个基本环境参数。冷泉是在海床的某些地点，富含甲烷、碳水化合物、硫化氢等化学物质的深层空隙水沿着地壳岩层裂缝渗漏到海底表面，或者以泥火山(mudvolcano)的形式与泥浆、岩石等一起喷发到海底表面。冷泉的温度与周围海水温度相似，这一点与热液有显著区别。冷泉微生物繁殖速度很慢，生态系统需要数年，甚至数十年才能形成。对冷泉微生物的富集需要长期稳定提供高浓度甲烷的流动式高压培养设备。这一特殊的设备需求成为冷泉微生物研究领域长期以来面临的瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供一种设备系统模拟深海冷泉这一类型的有活跃地质活动的特殊深海环境，解决了安全供气、气液混合、温压控制、连续运转四个技术难题。用于对深海冷泉生态系统的实验室模拟并对冷泉微生物的培养，突破了深海微生物研究的一个关键技术瓶颈。

为解决上述技术问题，本发明的实施提供一种深海冷泉模拟及低温高压微生物培养系统，包括用于传送气体、液体的管道，还包括：

高压底物配料单元，用于均匀混合高压气体和高压海水，获取溶解有高浓度气体的高压海水培养基；

低温高压培养单元，用于在低于50℃适合于中温和低温微生物生长的温度且高压条件下培养微生物；

气体供应单元，用于为高压底物配料单元和低温高压培养单元提供高压气体；

流动控制单元，用于控制高压底物配料单元和低温高压培养釜单元内的压强，以及连续培养过程中的流速；

气体监测控制单元，用于检测环境中可燃气体的浓度，判断底物配料单元和高压培养单元中可燃气体是否泄漏，并根据判断结果及时报警或自动切断气体供应单元供气。

作为优选，所述的气体供应单元包括气瓶、调压阀、用于向高压底物配料单元输送气体的输气口和用于将存留在管道里的气体放空的排气口，所述调压阀和气瓶之间设有电磁阀，所述气体监测控制单元还用于控制电磁阀的开关；所述排气口和气瓶之间设有阀门和阻燃器。

作为优选，所述的高压底物配料单元包括气体缓冲瓶、培养基、盛有高压气体和高压海水的高压配料釜；所述气体缓冲瓶下端通过管道连通至高压配料釜；所述气体缓冲瓶上端与气体供应单元中输气口相连；所述高压配料釜上端设有防止内部气压过高导致爆破的第一防爆膜和第一安全阀；所述高压配料釜（23）还设有用于搅拌混合高压气体和高压海水的防爆电控搅拌器；所述高压配料釜还设有用于显示釜内压强的第一压力表；所述培养液通过管道连通至高压配料釜，其中用于连通培养基和高压配料釜的管道上设有第一取样口。

作为优选，所述的低温高压培养单元包括低温高压培养釜和废液缸；所述低温高压培养釜通过管道与废液缸相连通；所述低温高压培养釜放置在自动控温培养箱内；所述低温高压培养釜上端设有防止内部气压过高导致爆破的第二防爆膜和第二安全阀；所述低温高压培养釜还设有用于显示釜内压强的第二压力表；所述高压配料釜底部通过管道和阀门连通至低温高压培养釜釜顶；连通高压配料釜和低温高压培养釜的管道上设有第二取样口；用于连通低温高压培养釜和废液缸的管道上设有第三取样口，所述第三取样口和背压阀之间的管道上还设有用于避免低温高压培养釜内流出液体中含有颗粒物对背压阀造成伤害的过滤器。

作为优选，所述的流动控制单元包括第一液体计量泵、第二液体计量泵和背压阀；所述第一液体计量泵位于培养基和第一取样口之间的管道上；所述第二液体计量泵位于第二取样口和低温高压培养釜之间的管道上；所述背压阀位于过滤器和废液缸之间的管道上。