深海实验生态系统时间序列原位观测装置的研制
发布时间：2020-07-22 02:20
【摘要】：海洋具有丰富的资源,具有巨大的开发利用潜力。在深海黑暗、高压、低温寡营养的极端环境,仍然存在有生命,这些深海生物在极端环境里依靠氧化还原反应利用不同来源的地球化学能量,其独特的代谢途径、代谢产物和基因类型具有重要的科研价值。而较为常规的实验室模拟培养和深海取样研究都存在自身的局限性,难以满足部分的科研要求,因此研究者需要一套可以实现在深海原位环境进行人工诱导培养并记录该过程的实验装置。论文从实际应用需求出发,对现有培养装置进行总结和改进,提出了设计并研制一款可搭载独立工作系统的深海实验生态系统时间序列原位观测装置的需求。论文将对下列几部分进行详细介绍主要研究和工作内容:首先给出了深海实验生态系统时间序列原位观测装置研制的背景和意义,总结了实验室培养和深海取样研究的局限性。其次根据实际需求,给出了装置的功能要求,并进行了总体方案设计,将装置分为培养观测系统、注液反应系统和供电控制系统进行了详细的设计介绍,主要包括深海蠕动泵、反应舱、培养箱、闭门触发机构、控制电路和控制程序的相关设计,对关键零部件的强度进行了设计并校核,并给出了整体模型。对深海蠕动泵设计中遇到的高压动密封问题进行相应的有限元仿真分析和实验验证,得到了车氏密封在不同压力下的摩擦力矩大小,两者基本呈现线性关系,解决了深海蠕动泵电机扭矩参数选择问题。最后进行了深海蠕动泵的单圈排量值计算测试和寿命测试,对闭门机构的触发机构进行了实验验证和拉拔力测量,最后完成装置整体的接线工作,进行电路和功能调试,并搭载着陆器于南海进行了短期功能性测试,为长期布放提供了可行性验证。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715
【图文】：
第１章绪论逡逑＿丽逡逑图１．１管状蠕虫逦图１．２贝贻逡逑海洋拥有洋壳、热液口、冷泉及沉积物等多种物理化学性质迥异的地质结构，造就逡逑了地球上最大的微生物系统【７］，以热液口为例，其生态系统包括细菌、古菌、病毒、底逡逑栖生物和浮游动物１８〗，据估算，深海沉积物中蕴藏有１０３１个细胞之多的微生物，占全球逡逑原核生物总量的７邋０邋％邋ｗ。这些在极端环境里的微生物依靠氧化还原反应利用不同来源的逡逑地球化学能量ｕ］，其独特的代谢途径、代谢产物和基因类型具有重要的科研价值和经济逡逑价值，是一个无可替代的宝贵基因库，在生物医药、环保产业、海洋防腐、冶金和化学逡逑方面具有广阔的应用背景，也是人们探索生命起源反生命演化的重要途径［ｉｎ］。逡逑然而深海微生物由于其独特的生存特性，使得对其取样、培养、研究整个过程都存逡逑在难度。目前
在深海微生物培养系统研制方面比较先进的主要有美国Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ大学地质地球物逡逑理系、加州大学伯克利分校间和ＷＨＯＩ研究所［２３］以及日本海洋科学研究中心［２４］，如逡逑美国Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ大学的研制用于开展深海微生物地球化学反应研究的设备，如图１．３所逡逑示；ＷＨ？丨研究所研制用于培养嗜压菌的高压恒化器，如图１．４所示，它的主要工作原逡逑理是定量泵通过单向阀向反应釜加压，釜内压力通过步进电机控制的节流阀实现控制。逡逑Ｍ逡逑媝逡逑图１．３深海微生物实验设备逦图１．４高压培养恒化器逡逑２０１５年美国Ｃａｒｎｅｇｉｅ研究所的地球物理实验室研制了一种利用钛合金忖料的台式搅逡逑拌式连续培养反应釜，如图１．５所示，其温度调节范围２５？１２０°Ｃ，最太工作压力为５９ＭＰａ，逡逑主要用于研究在不同温度、压力、营养液浓度条件下微生物的生长状况［Ｍ』。逡逑ｌ逦１邋—逦逦逡逑…－Ｔｂｓ逡逑图１．５邋Ｃａｒｎｅｇｉｅ研究所的培养釜逡逑国内在实验室模拟培养方面的研究起步较晚，这使得我国在深海生物资源的开r绣义暇克绞艿较拗啤Ｊ迤诩洌烧憬笱У认喙氐ノ缓献鳎晒ρ兄屏松詈；肪衬Ｄ庾板义希村义
本文编号：2765174
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715
【图文】：
第１章绪论逡逑＿丽逡逑图１．１管状蠕虫逦图１．２贝贻逡逑海洋拥有洋壳、热液口、冷泉及沉积物等多种物理化学性质迥异的地质结构，造就逡逑了地球上最大的微生物系统【７］，以热液口为例，其生态系统包括细菌、古菌、病毒、底逡逑栖生物和浮游动物１８〗，据估算，深海沉积物中蕴藏有１０３１个细胞之多的微生物，占全球逡逑原核生物总量的７邋０邋％邋ｗ。这些在极端环境里的微生物依靠氧化还原反应利用不同来源的逡逑地球化学能量ｕ］，其独特的代谢途径、代谢产物和基因类型具有重要的科研价值和经济逡逑价值，是一个无可替代的宝贵基因库，在生物医药、环保产业、海洋防腐、冶金和化学逡逑方面具有广阔的应用背景，也是人们探索生命起源反生命演化的重要途径［ｉｎ］。逡逑然而深海微生物由于其独特的生存特性，使得对其取样、培养、研究整个过程都存逡逑在难度。目前
在深海微生物培养系统研制方面比较先进的主要有美国Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ大学地质地球物逡逑理系、加州大学伯克利分校间和ＷＨＯＩ研究所［２３］以及日本海洋科学研究中心［２４］，如逡逑美国Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ大学的研制用于开展深海微生物地球化学反应研究的设备，如图１．３所逡逑示；ＷＨ？丨研究所研制用于培养嗜压菌的高压恒化器，如图１．４所示，它的主要工作原逡逑理是定量泵通过单向阀向反应釜加压，釜内压力通过步进电机控制的节流阀实现控制。逡逑Ｍ逡逑媝逡逑图１．３深海微生物实验设备逦图１．４高压培养恒化器逡逑２０１５年美国Ｃａｒｎｅｇｉｅ研究所的地球物理实验室研制了一种利用钛合金忖料的台式搅逡逑拌式连续培养反应釜，如图１．５所示，其温度调节范围２５？１２０°Ｃ，最太工作压力为５９ＭＰａ，逡逑主要用于研究在不同温度、压力、营养液浓度条件下微生物的生长状况［Ｍ』。逡逑ｌ逦１邋—逦逦逡逑…－Ｔｂｓ逡逑图１．５邋Ｃａｒｎｅｇｉｅ研究所的培养釜逡逑国内在实验室模拟培养方面的研究起步较晚，这使得我国在深海生物资源的开r绣义暇克绞艿较拗啤Ｊ迤诩洌烧憬笱У认喙氐ノ缓献鳎晒ρ兄屏松詈；肪衬Ｄ庾板义希村义
本文编号：2765174
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