深海极端环境模拟平台电液比例压力控制技术研究

发布时间：2020-04-06 09:56

【摘要】：将深海海底热液活动环境在陆上实验室再现,以实现在实验室内对采集的深海微生物进行扩增及培养研究,不仅可以了解深海中存在的微生物种类而且可以随时观察温度和压力等因素对深海微生物生长繁殖的影响,也是对深海微生物进行开发利用的基础。论文根据目前国内外深海微生物培养研究的现状,设计研制了一套由计算机闭环控制的包括高温高压反应釜和循环流动装置等设备的深海极端环境模拟平台,可以模拟深海微生物生长的各种不同环境并进行控制,用于生物基因工程的开发与研究。论文从总体方案论证,液压系统设计,电控系统设计、控制策略研究和软件实现等角度论述了深海极端环境模拟平台系统的设计原理。重点针对深海极端环境的高压微流动特点,在分析了目前海、淡水液压元件的研究应用现状的基础上,设计研制了微流量超高压海水比例溢流阀并设计实现了模拟平台的电液比例压力控制系统;同时对压力控制系统的控制策略进行了分析和实验研究:最后将研究成果应用到了国家“863”计划资助项目“高温高压化学传感器试验校正平台”、中国大洋“十五攻关”课题“模拟深海极端环境的船载微生物培养装置”以及中国科学院仪器研制项目“极端海底环境分子生物地球化学多级模拟反应和监测系统研制”三个项目的开发工作中进行了模拟平台的实验研究。现场实验表明,控制系统的性能达到并超过了设计要求,依此所研制的模拟平台,是目前在深海微生物培养领域国内外性能指标领先的一套微生物培养系统。全文分为七章。第一章介绍了国内外目前在深海海底热液作用与极端生态系统研究领域的研究开发背景,从深海极端环境模拟监控技术的角度阐述了国内外在该领域的科研设备等支撑技术方面的研究现状,介绍了微流量海、淡水液压系统比例压力控制技术目前的研究应用情况,提出了论文研究的目的、内容、主要技术难点和意义。第二章总体阐述了深海极端环境模拟平台的设计原理。按照系统的结构组成,详尽地介绍了循环培养系统和监测控制系统的实现方案及工作原理,同时给出了其它相关模块的设计方案,分析了存在的关键技术难点,并在此基础上提出了可行性的解决方案。第三章在分析海、淡水作为液压介质存在的优缺点的基础上,针对深海极端环境模拟监控平台的技术要求,从材料、设计和加工制造这三大关键基础技术方面入手分析提
【图文】：

深海生物,海底热液活动,烟筒,支撑技术

浙江大学硕士学位论文相伴生。更为有趣的是热液活动区往往发育有大量不靠太阳能而依赖热液营生的自养型深海海底微生物群落(如图1一l)。其中的深海海底微生物基因资源是国际海底的一种新型资源，在工业、医药、环保、国防等领域都具有广泛的应用前景【2，。目前有关深海微生物的分子生物学研究、基因工程学研究及其与环境关系的分子生物地球化学研究等相关领域的研究正逐渐成为国际上一个富有活力的新型交叉学科研究方向。图1一1海底热液活动区的“烟筒状”矿体和深海生物群落但是，由于多种原因使然，我国在热液活动研究中的支撑技术和国外先进水平相比还有较大的差距。国内目前使用的海洋高新技术装备90%以上是进口的。特别是在深海领域，科研装备几乎一片空白。如何将深海海底热液活动区在陆上实验室再现，实现深海海底热液活动区极端环境的真实模拟，为我国在此领域的研究提供完善的实验平台和技术手段皆是本论文旨在探讨和解决得主要内容。1.2深海热液作用和极端生态系统研究开发背景20世纪60年代在红海发现高热卤水以及Atlnatisn海渊热液多金属软泥揭开了现代海底热液活动研究的序幕13，。在随后的大洋调查中，首先在大洋中脊取得了一系列重要发现:70年代，在大西洋的ATG热液区发现了海底热泉和低温热液矿床

冷泉,深海底,黑烟囱,热泉

深海底“黑烟囱”和热泉生态系统是极端环境下生态系统的典型代表，另外在海底热液生物群体外，也存在生活在低温冷泉口这一特殊海洋环境中的细菌群，如在墨西哥湾3270米处海底，发现大量密集成层的白色细菌(如图1一3)覆盖在底面上。这些细菌与一些蠕虫和双壳类动物一起共生，构成了海底特殊的生物群落。这些生活在海底极端环境下的细菌群落主要依靠化学合成生产有机物质。这就说明地球上不仅有我们所习惯的，在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机物质的’有光食物链‘，还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用(。hmeosynthesis)生产有机物质的‘黑暗食物链’【.7日，。从热液口和冷泉口的环境特征来看，它们与地球表面生物圈进化初期(前寒武纪早期)的海洋环境很类似，一些科学家据此推论地球上的生命可能来源于与热液口状况相似的环境条件之下。因此，极端环境下微生物的发现对地球生命起源提出了新的研究课题。同时深海极端微生物面临三个极端环境:低温(或高温)、高压和低营养水平，这些菌种具有嗜冷(或嗜热)、耐压(或嗜压)、抗毒等一系列特点
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH137

【引证文献】