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利用北极双壳类动物监测水环境的生物传感器的研发
作者:    来源:https://fis.com    发布日期:2020-07-30 17:08    字体大小:【大】【中】【小】

在水生环境中监测水质的传统系统相当昂贵,并且依赖大量的人力资源去采集样本,进行化学分析和毒性测量,在环境条件非常严酷的北极地区尤其如此,由于低温和光照不足在冬季更甚。一种理想的解决方案是开发无需人工操作即可工作的系统,这些系统既可以作为传感器本身使用,也可以作为预警检测器来触发采样活动。

早在2012年,挪威Akvaplan-niva公司和法国EPOC研究机构就组成研究团队在挪威斯瓦尔巴特群岛展开研究,应用一款由EPOC研发的监测双壳类动物张开和闭合行为的生物传感器“valvometer”,监测北极环境状况,以便研究冰岛扇贝在北极环境下的行为,及其生物节律是如何去适应北极环境的,2016年又将“valvometer”生物传感器部署在斯瓦尔巴特群岛的紫贻贝上研究该物种的生物学。为了实地环境监测双壳类动物的活动,研究人员将“valvometer”装在一个密闭的盒子中,再将一对带有柔韧导线的重量极轻的电极分别粘在两边壳体上。两个电极之间产生的一个电磁流让测量壳体的张合成为可能。一个典型的研究部署是:16对电极耦合到在双壳类动物附近的防水盒中,同时记录下16个双壳类动物的行为。防水盒内包含有一个管控电极的电路板,它通过导线再与海面或陆地上的第二个电路板相连。采集的数据被存储并数字化,然后传输到一台超级计算机上。该系统每1.6秒测量一次双壳类动物的开合情况。

通过持续不断的监测,研究人员可以掌握双壳类动物的基准张合行为、壳体的生长情况以及环境的变化如何影响其生命周期。惊人的发现是,尽管在极夜期间缺乏光照,但被监测的两个物种仍在冬季继续生长,其行为仍保持着昼夜循环。而一旦研究掌握了双壳类动物的特征性基准行为,就能研究温度上升或水体中存在毒素等压力因子如何干扰其张合行为。2020年,研究团队将在实验室环境下把北极扇贝暴露在有害藻类环境中,测试它们是否会改变其基准行为。如果成功,研究人员将把“valvometer”生物传感器作为预警系统进行部署,用于探测北部海域的有害藻华。这样的监测工具是如今急需的,特别是在鲑鱼养殖业。

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主办单位:中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所(渔机所)

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