Ten protokół opisuje rozwój modułowego, kontrolowanego systemu mikrourządzeń, który może być stosowany do długoterminowej hodowli i monitorowania koralowców morskich.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Zintegrowany system mikrourządzeń do hodowli i monitorowania koralowców
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Koralowce są podstawowymi organizmami w ekosystemach morskich i przybrzeżnych. Wraz z postępem badań nad ochroną koralowców w ostatnich latach, precyzyjna kontrola środowiska hodowli koralowców jest bardzo potrzebna do ochrony i badań koralowców. Tutaj opracowaliśmy półzamknięty system mikrourządzeń do hodowli koralowców jako wielofunkcyjną platformę, która może zapewnić dokładną i programowalną kontrolę temperatury, sterylne środowisko początkowe, długoterminową stabilną jakość wody, regulowane stężenie rozpuszczonego tlenu i dostosowane spektrum światła dla koralowców. Dzięki modułowej konstrukcji system hodowli koralowców może być modernizowany lub modyfikowany poprzez instalację pożądanych nowych modułów lub usunięcie istniejących. Obecnie, w odpowiednich warunkach i przy odpowiedniej konserwacji systemu, próbki koralowców mogą przetrwać co najmniej 30 dni w stanie zdrowym. Ponadto, ze względu na kontrolowane i sterylne środowisko początkowe, ten system hodowli koralowców może wspierać badania nad symbiotycznym związkiem między koralowcami a powiązanymi mikroorganizmami. Dlatego ten system mikrourządzeń może być stosowany do monitorowania i badania koralowców morskich w stosunkowo ilościowy sposób.
Wprowadzenie
Degradacja ekosystemów raf koralowych miała miejsce na całym świecie w ciągu ostatnich 70 lat. Biorąc pod uwagę wszystkie główne obszary koralowców w Ameryce Środkowej1, Azji Południowo-Wschodniej2,3,4,5,6, Australia7,8 i Afryka Wschodnia9, globalny zasięg raf koralowych zmniejszył się o połowę od lat 50. XX wieku10. Ta masowa utrata raf koralowych spowodowała problemy ekologiczne i ekonomiczne. Na przykład, śledząc obecność/brak i liczebność wszelkiego rodzaju ryb zależnych od koralowców przez 8 lat, naukowcy doszli do wniosku, że spadek liczebności koralowców bezpośrednio spowodował znaczny spadek różnorodności biologicznej i liczebności ryb w Papui-Nowej Gwinei11. Wynik ten dowiódł, że spadek liczebności koralowców może nie tylko podważyć systemy biologiczne oparte na rafach koralowych, ale także zmniejszyć dochody rybołówstwa.
Przez dziesięciolecia badań terenowych, w tym bezpośredniego monitoringu, teledetekcji i porównywania danych, społeczność naukowa zidentyfikowała kilka czynników powodujących masowy spadek liczebności koralowców. Jednym z głównych powodów masowego spadku liczebności koralowców jest blaknięcie koralowców spowodowane wysokimi temperaturami wody morskiej12,13. Łącząc bielenie i dane meteorologiczne, naukowcy doszli do wniosku, że blaknięcie koralowców zdarza się częściej w fazach El Niño-Oscylacji Południowej14. Innym powodem spadku liczebności koralowców jest zakwaszenie oceanów. Ze względu na zwiększone stężenie CO2 zarówno w atmosferze, jak i w wodzie morskiej, węglan wapnia rozpuszcza się szybciej niż wcześniej, powodując zmniejszenie skali zwapnienia rafy koralowej15. Rzeczywiście, stwierdzono, że gdy stężenie CO2 w atmosferze osiągnie powyżej 500 ppm, ucierpią dziesiątki milionów ludzi, a rafy koralowe będą narażone na znaczne pogorszenie stanu i oderwanie symbiodinium16,17. Istnieją inne czynniki, które mogą również wpływać na przetrwanie koralowców, takie jak zanieczyszczenia przybrzeżne powodujące lub przyspieszające spadek liczebności koralowców. Naukowcy z Hawajów zmierzyli izotopy węgla, tlenu i azotu w koralowcach, wraz z rozpuszczonym węglanem nieorganicznym i powiązanymi składnikami odżywczymi (NH4+, PO43-, NO2− i NO3−) i doszli do wniosku, że zanieczyszczenie z lądu zwiększyło zakwaszenie wybrzeży i bioerozję koralowców18. Oprócz zanieczyszczeń, urbanizacja zagraża również przetrwaniu koralowców i powoduje stosunkowo niską złożoność architektoniczną koralowców, jak ujawniły badania dotyczące stanu przetrwania koralowców w Singapurze, Dżakarcie, Hongkongu i Okinawie. W związku z tym wpływ antropogenicznych czynników stresogennych i nakładające się na siebie skutki zmiany klimatu prowadzą do powszechnego zmniejszenia różnorodności biologicznej raf koralowych i związanego z tym spadku funkcji ekologicznych i odporności koralowców19.
Należy również zauważyć, że duża liczba mikroorganizmów uczestniczy w fizjologicznych funkcjach koralowców, w tym w wiązaniu azotu, rozkładzie chityny, syntezie związków organicznych i odporności20, a zatem te mikroorganizmy powinny być uwzględnione przy rozważaniu degradacji rafy koralowej. W środowiskach naturalnych, takich jak rafy koralowe, wiele czynników powoduje warunki niedotlenienia lub beztlenie, w tym niewystarczającą cyrkulację wody, wysięk glonów i przerost glonów. Zjawisko to negatywnie wpływa na rozmieszczenie populacji koralowców i mikroorganizmów związanych z koralowcami. Na przykład wietnamscy naukowcy odkryli, że w Nha Trang, Phu Quoc i Ujung Gelam skład bakterii koralowca Acropora Formosa może być zaburzony przez rozpuszczony tlen w różnych miejscach21. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych badali warunki niedotlenienia lub niedotlenienia koralowców i odkryli, że wysięki glonów mogą pośredniczyć w aktywności mikrobiologicznej, prowadząc do miejscowych warunków niedotlenienia, które może powodować śmiertelność koralowców w bezpośrednim sąsiedztwie. Odkryli również, że koralowce mogą tolerować zmniejszone stężenie tlenu, ale tylko powyżej określonego progu określonego przez kombinację czasu ekspozycji i stężenia tlenu22. Naukowcy z Indii odkryli, że gdy zakwitły glony Noctiluca scintillans, ilość rozpuszczonego tlenu spadła do 2 mg/L. Poniżej tego stężenia około 70% Acropora montiporacan zmarło z powodu niedotlenienia23.
Wszystkie wyżej wymienione fakty i czynniki sugerują, że zmiany środowiskowe prowadzą do degradacji raf koralowych. Aby hodować i badać koralowce rafowe w określonych warunkach, ważne jest dokładne i kompleksowe zbudowanie kontrolowanego mikroskopijnego środowiska, w którym mogą zamieszkiwać koralowce rafowe. Zwykle naukowcy skupiają się na temperaturze, świetle, przepływie wody i składnikach odżywczych. Jednak inne cechy, takie jak stężenie rozpuszczonego tlenu, obfitość mikroorganizmów i różnorodność mikroorganizmów w wodzie morskiej, są powszechnie ignorowane. W tym celu nasza grupa zbadała możliwość zastosowania małego sprzętu do hodowli polipów koralowców w stosunkowo kontrolowanym środowisku24,25. W ramach tych prac zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy modułowy system mikrourządzeń do hodowli koralowców. Ten modułowy system mikrourządzeń może zapewnić kontrolowane mikrośrodowisko pod względem temperatury, widma światła, stężenia rozpuszczonego tlenu, składników odżywczych i mikroorganizmów itp., a także ma zdolność do rozbudowy i modernizacji.
Moduły i funkcje urządzenia
System mikrourządzeń został zainspirowany berlińskim systemem26, ale w obecnym systemie nie używa się żywych skał. Jak pokazano na Rysunek 1, obecny system składa się z sześciu głównych modułów, dwóch bezszczotkowych pomp silnikowych, jednej pompy gazowej, jednej przepływowej lampy UV, jednego zasilacza, niektórych elektronicznych elementów sterujących oraz powiązanych przewodów i. Sześć głównych modułów obejmuje moduł magazynowania wody morskiej (z pompą powietrza i czujnikiem temperatury), moduł kontroli temperatury, moduł oczyszczania glonów, moduł oczyszczania mikrobiologicznego, moduł oczyszczania węgla aktywnego oraz moduł hodowli koralowców.
Architektura urządzenia
Jak pokazano na Rysunek 2 i Rysunek 3, cały system mikrourządzeń można podzielić poziomo na dwie komory z modułem kontroli temperatury pomiędzy nimi. Ze względów bezpieczeństwa wszystkie moduły i części zawierające wodę morską są umieszczone w lewej komorze, zwanej komorą hodowlaną. Pozostałe części elektroniczne są umieszczone w prawej komorze, zwanej komorą elektroniczną. Obie komory są zamknięte lub zapakowane w muszle. Moduł kontroli temperatury jest zamocowany w płycie rozdzielającej pomiędzy. Skorupa komory hodowlanej zawiera listwę przypodłogową i trzy płytki mocujące. Taka konstrukcja zapewnia szczelność komory i ułatwia obsługę systemu. Dodatkowo szczelność sprzyja dokładnej kontroli temperatury. Obudowa komory elektronicznej zawiera listwę przypodłogową, dwie płytki mocujące i jeden przedni panel sterowania.
Obieg wody
Wstępnie zaprojektowano wewnętrzną i zewnętrzną pętlę cyrkulacji wody morskiej połączoną z modułem magazynu wody morskiej. Wewnętrzna pętla cyrkulacyjna z powodzeniem łączy moduł magazynowania wody morskiej, moduł kontroli temperatury, przepływową lampę UV, moduł oczyszczania glonów i moduł oczyszczania mikrobiologicznego. Ta pętla cyrkulacyjna ma na celu zapewnienie koralowcom odpowiednich warunków fizykochemicznych i fizjologicznych wody morskiej i nie jest wymagana częsta konserwacja. Moduł oczyszczania glonów zawiera glony Chaetomorpha, które wchłaniają dodatkowe składniki odżywcze (azotany i fosforany) z wody. Moduł oczyszczania mikrobiologicznego zawiera substrat do hodowli bakteryjnej, który pielęgnuje mikrobiom w celu przeniesienia azotynów i amonu do azotanów w celu oczyszczenia wody. Wszystkie te moduły należy wymieniać tylko w krytycznych okolicznościach.
Zewnętrzna pętla cyrkulacji kolejno łączy moduł magazynu wody morskiej, moduł hodowli koralowców i moduł węgla aktywnego. Ta pętla cyrkulacyjna ma na celu zapewnienie koralowcom światła, szczelności, prądu wodnego i wysokiej jakości wody morskiej. Woda morska może być odświeżana przez wlot i wylot wody. Dodatki są dodawane przez zawór trójdrogowy, a próbka wody morskiej może być również pobrana z tego zaworu w celu kontroli. Powietrze może być pompowane przez wlot powietrza i odprowadzane z wylotu powietrza.
Projektowanie elektroniczne<br /> Cały system zasilany jest prądem zmiennym 220 V z wyłącznikiem i bezpiecznikiem. Moc wejściowa jest podzielona na cztery gałęzie. Pierwsza gałąź trafia do zasilacza 12 V DC, który bezpośrednio zasila panel grzewczy, panel chłodzący i wentylator chłodzący. Odgałęzienie to zasila również pośrednio dwie pompy i dwa panele oświetleniowe poprzez czterokanałowy transformator prądu stałego. Druga gałąź idzie do regulatora temperatury PID. Trzecia gałąź idzie do zasilacza pompy powietrza. Ostatnia gałąź łączy się z zasilaniem lampy UV. Przekaźnik półprzewodnikowy łączy regulator temperatury PID z panelem chłodzenia w module regulacji temperatury. Zwykły przekaźnik służy do połączenia regulatora temperatury PID z panelem grzewczym. Czterokanałowy transformator prądu stałego przekształca napięcie na wymagane.
Po prawej stronie systemu znajdują się dwa panele sterowania. Na górnym panelu znajdują się cztery przełączniki i jeden sterownik lampy UV, w tym główny wyłącznik zasilania, wyłącznik zasilania lampy UV, przełącznik pompy powietrza i przełącznik kontroli temperatury. Główny wyłącznik zasilania steruje zasilaniem 12 V systemu.
Regulator temperatury PID, zegar cyklu, czterokanałowy transformator prądu stałego i trzykanałowy timer znajdują się na panelu przednim. Regulator temperatury PID reguluje temperaturę wody poprzez sterowanie panelami grzewczymi i chłodzącymi w module regulacji temperatury. Moduł regulacji temperatury działa tylko wtedy, gdy pracuje wewnętrzna pompa obiegowa, a woda przepływa obok modułu sterującego temperaturą. Timer cyklu jest podłączony do linii zasilającej pompy powietrza. Jego celem jest przypisanie czasu pracy pompie powietrza. W komorze elektronicznej znajduje się również trzykanałowy timer. Ten zegar kontroluje czas pracy pompy powietrza, światła koralowców i światła glonów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Koralowce użyte do niniejszego badania to Seriatopora caliendrum, które są hodowane w naszym laboratorium. Wszystkie koralowce zostały dzięki uprzejmości Instytutu Oceanologii Morza Południowochińskiego Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk.
1. Inspekcja i uruchomienie
UWAGA: Każdy moduł musi być przetestowany indywidualnie pod kątem szczelności i działania przed montażem systemu. Do sprawdzenia szczelności modułu należy użyć wody dejonizowanej. Szczegóły handlowe wszystkich elementów modułu znajdują się w Tabeli Materiałów.
- Próba szczelności połączenia międzymodułowego
- Podłącz wszystkie moduły i pompy (Rysunek 1) i upewnij się, że woda przepływa okrężnie po systemie przez co najmniej 30 minut.
- Sprawdź wszystkie szwy pod kątem ewentualnych problemów z wyciekami. Jeśli dojdzie do nieszczelności w którymkolwiek ze szwów łączących, należy nałożyć klej łączący od zewnątrz. Jeśli wystąpi nieszczelność w którymkolwiek ze szwów połączeniowych, ponownie dokręć połączenie i sprawdź, czy uszczelka nie wymaga wymiany.
- Ładowania
- Po próbie szczelności opróżnij i osusz wodę w środku.
- Załaduj odpowiednią zawartość.
UWAGA: Na przykład substrat kultury bakteryjnej jest ładowany do modułu oczyszczania mikrobiologicznego, a glony Chaetomorpha są ładowane do modułu oczyszczania glonów.
- Montaż i testowanie całego systemu
- Po załadowaniu przymocuj moduły do listwy przypodłogowej za pomocą.
- Połącz moduły cyrkulacji wewnętrznej z modułami cyrkulacji zewnętrznej (bez modułu hodowli koralowców).
- Aby uzyskać perfuzję wody morskiej, wstrzyknij wodę morską przez wlot wody w module magazynu wody morskiej. Gdy poziom wody jest o 3 cm wyższy niż wloty wody pomp, włącz pompy i kontynuuj wtryskiwanie wody morskiej, aż wewnętrzne moduły cyrkulacyjne wypełnią się wodą morską, z miejscem na powietrze (3 cm wysokości) w module magazynowania wody morskiej.
UWAGA: Woda morska jest przygotowywana przy użyciu czystej wody i soli morskiej (patrz Tabela Materiałów).
- Test systemu
- Włącz wszystkie przełączniki i ustaw napięcie obu pomp wody morskiej na 9 V. Ustaw temperaturę wody na 25 °C.
- Ustaw timer cyklu na "1 minuta wł. i 1 minuta wyłączenia". Ustaw wszystkie trzy kanały trzykanałowego timera na "9:00 włączone" i "5:00 wyłączone".
- Monitoruj system przez co najmniej 24 godziny pod kątem usterek. Jeśli nie zostanie znaleziony żaden problem, system jest gotowy do następnego kroku operacji.
UWAGA: Ważne jest, aby usunąć wszystkie bąbelki we wszystkich modułach z wyjątkiem modułu magazynu wody morskiej. Cały system można lekko podnieść i potrząsnąć, aby przesunąć pęcherzyki z wlotu modułu do wylotu.
2. Stworzenie środowiska mikrobiologicznego
UWAGA: Stworzenie przyjaznego dla koralowców środowiska mikrobiologicznego jest konieczne przed przeszczepem koralowców. W celu hodowli mikroorganizmów w systemie, zwłaszcza w module oczyszczania mikrobiologicznego, należy dodać rozcieńczony roztwór probiotyczny jako źródło mikrobiologiczne dla systemu nitryfikacji.
- Dodawanie źródła mikrobiomu
- Dodaj 1 ml komercyjnego roztworu źródłowego mikrobiomu (patrz tabela materiałów) do 500 ml wody morskiej, mieszając.
- Wstrzyknąć 50 ml powyższego rozcieńczonego roztworu i 10 μl komercyjnego roztworu do odżywiania koralowców (patrz Tabela Materiałów) do systemu krążenia.
- Hodowla mikrobiomu
- Włącz wewnętrzną pompę obiegową i pompę powietrza, aby hodować mikrobiom przez 21 dni. Wymagania dotyczące zawartości tlenu w mikrobiomie określają proporcje czasu włączenia i wyłączenia pompy powietrza.
UWAGA: Ten krok ma na celu hodowlę mikrobiomu oczyszczającego wodę morską i promowanie wzrostu mikrobiomu korzystnego dla koralowców w systemie. W tym procesie woda morska zaczyna stawać się mętna od drugiego do czwartego dnia po wstrzyknięciu mikrobiomu. Po tym procesie hodowli mikrobiomu należy ustalić zdolność degradacji składników odżywczych w systemie. Należy zauważyć, że aby spełnić różne wymagania eksperymentalne, do stworzenia środowiska mikrobiomu można wykorzystać różne źródła mikrobiomu.
- Włącz wewnętrzną pompę obiegową i pompę powietrza, aby hodować mikrobiom przez 21 dni. Wymagania dotyczące zawartości tlenu w mikrobiomie określają proporcje czasu włączenia i wyłączenia pompy powietrza.
3. Przeszczep i wzrost koralowców
- Przeszczep koralowców
- Wytnij surowe gałęzie koralowe w skalach długości 3-5 cm, a następnie przyklej te gałęzie koralowe do wydrukowanych w 3D podstaw nośnych koralowców (Dodatkowy plik kodowania 1).
- Umieść te próbki gałęzi koralowych z powrotem w oryginalnym zbiorniku z wodą morską na co najmniej 7 dni w celu odzyskania.
- Przymocuj koralową podstawę nośną do jednostki obrotowej za pomocą kleju. Zmontuj moduł hodowli koralowców i podłącz go do zewnętrznej pętli cyrkulacyjnej.
- Obrazowanie wzrostu koralowców
UWAGA: Obrazy koralowców w czasie muszą być uzyskane, aby ocenić wzrost koralowców. Korzystanie z demontowalnego połączenia umożliwia wygodne wyjęcie modułu hodowli koralowców z całego systemu w celu obrazowania. W tym celu budowane jest mini-studio fotograficzne z odpowiednimi warunkami oświetleniowymi. Aparat fotograficzny z obiektywem makro (patrz tabela materiałów) służy do uchwycenia morfologii powierzchni koralowców w różnych okresach. Jednostka rotacji koralowców w module hodowli może być obsługiwana na zewnątrz modułu w trybie bezdotykowym. Obracając uchwyt magnetyczny przylegający do modułu, można uchwycić obrazy koralowców pod pełnym kątem.- Umieść kamerę na górze studia i rób zdjęcia w widoku pionowym.
- Umieść moduł hodowli koralowców w mini-studiu fotograficznym z koralowcem umieszczonym pośrodku i na dole.
- Uchwyć obrazy koralowców, obracając zewnętrzny uchwyt.
UWAGA: Ze względu na przeżywalność koralowców, czas obrazowania powinien być ograniczony do 15 minut.
4. Rutynowa konserwacja systemu
UWAGA: Rutynowa konserwacja obejmuje kontrolę szczelności, kontrolę awarii, dodawanie dodatków i wymianę wody morskiej.
- Kontrola szczelności
- Sprawdź listwę przypodłogową pod kątem plam lub kropel wody. Ponieważ osłona systemu jest przezroczysta, wizualna kontrola wycieku wody jest łatwa i wygodna. Kontrola ta musi być wykonywana codziennie.
- Kontrola usterki
- Upewnij się, że ten krok obejmuje kontrolę temperatury wody, pomp, napięcia światła, stanu pompy powietrza i stanu timera, w tym wizualne sprawdzenie i zarejestrowanie ustawionej temperatury wody, temperatury w czasie rzeczywistym, napięcia wyjściowego transformatora, UV lamp ustawienia i stan pracy timera. Kontrola ta powinna być wykonywana codziennie.
UWAGA: Niektóre awarie systemu można zdiagnozować na podstawie nietypowych dźwięków lub nietypowych temperatur.
- Upewnij się, że ten krok obejmuje kontrolę temperatury wody, pomp, napięcia światła, stanu pompy powietrza i stanu timera, w tym wizualne sprawdzenie i zarejestrowanie ustawionej temperatury wody, temperatury w czasie rzeczywistym, napięcia wyjściowego transformatora, UV lamp ustawienia i stan pracy timera. Kontrola ta powinna być wykonywana codziennie.
- Dodatek dodatkowy
UWAGA: Dodawanie dodatków to proces dodawania składników odżywczych i innych odczynników do systemu.- Na przykład wyekstrahuj 10 ml wody morskiej za pomocą strzykawki z zaworu trójdrogowego między modułem węgla aktywnego a modułem wody morskiej.
- Rozpuść dodatki w wyekstrahowanej wodzie morskiej.
- Wstrzyknąć roztwór z powrotem do systemu przez zawór trójdrogowy. W rzeczywistych przypadkach rodzaje, ilości i częstotliwość dodawania dodatków są determinowane przez jakość wody morskiej systemu, biorąc pod uwagę wymagania eksperymentalne.
- Wymiana wody
UWAGA: Rutynowa wymiana wody może zmniejszyć stężenie toksyn i eutrofizację w systemie hodowli. Jeśli pozwalają na to warunki eksperymentalne, wymiana wody morskiej może być rutynową operacją.- Ze względów bezpieczeństwa wyłącz zasilanie całego systemu i odłącz zasilający.
- Usuń moduł hodowli koralowców.
- Podłącz zewnętrzny rurociąg kanalizacyjny do wylotu w module zasobnika wody morskiej.
- Obróć system i umieść go przodem do dołu.
- Włącz gniazdko. Pozwól, aby wewnętrzna woda morska wypłynęła z systemu.
UWAGA: Nie używaj żadnej pompy do wyciągania wody, ponieważ wewnętrzne podciśnienie może uszkodzić system. - Spuść odpowiednią ilość wody morskiej i wyłącz wylot. Ilość odprowadzanej wody morskiej zależy od stanu fizjologicznego koralowców.
- Zresetuj system i wstrzyknij nowo przygotowaną wodę morską do systemu przez wlot wody.
- Zainstaluj moduł hodowli koralowców z powrotem w systemie.
- Włącz zasilanie systemu i poczekaj, aż cały system wróci do normy.
5. Wymiana modułu
UWAGA: Jeśli jakiś moduł musi zostać wymieniony z powodu awarii lub zgodnie z układem eksperymentalnym, ważne jest, aby zmienić moduł bez zawieszania lub negatywnego wpływu na eksperyment hodowlany.
- W przypadku modułu magazynowania wody morskiej, modułu oczyszczania glonów, modułu oczyszczania mikrobiologicznego lub modułu oczyszczania węgla aktywnego należy wyłączyć wewnętrzną pompę obiegową i poluzować mocujące moduł.
- Odłącz rurociągi między dwoma połączonymi modułami i zdemontuj moduł, który ma zostać wymieniony z systemu. Ostatnim krokiem jest montaż nowego modułu w systemie poprzez połączenie rurociągów i ponowne dokręcenie mocujących.
UWAGA: Wymiana modułu kontroli temperatury jest w jakiś sposób inna. Najpierw należy odłączyć wszystkie przewody od modułu. Następnie odkręca się mocujące, a rurociągi są odłączane. Następnie panel grzewczy jest demontowany, a moduł jest demontowany z systemu. Proces instalacji modułu kontroli temperatury jest procesem odwrotnym.
6. Wyłączanie systemu i przywracanie go do stanu początkowego
UWAGA: System zostanie ostatecznie wyłączony po przeprowadzeniu niezbędnego eksperymentu z hodowlą koralowców. System musi zostać przywrócony do pierwotnego stanu.
- Wyłączanie systemu
- Wyłącz zasilanie systemu i odłącz zasilający.
- Opróżnij wodę morską z wnętrza systemu.
- Zdemontuj moduły w następującej kolejności: moduł hodowli koralowców, moduł oczyszczania węgla aktywnego, moduł magazynowania wody morskiej, moduł oczyszczania glonów, moduł oczyszczania mikrobiologicznego, lampa UV, dwie pompy obiegowe i moduł kontroli temperatury.
- Przywracanie systemu
- Wyczyść wszystkie moduły czystą wodą i środkami powierzchniowo czynnymi (patrz Tabela Materiałów).
- Wysterylizuj moduły 3% roztworem nadtlenku wodoru.
UWAGA: Do mycia modułów nie używaj żadnych rozpuszczalników organicznych. - Suszyć moduły w temperaturze 40 °C przez 12 godzin. Upewnij się, że cała woda wewnątrz systemu została odparowana.
- Oczyść wszystkie rurociągi i zawory przy użyciu tych samych środków powierzchniowo czynnych.
7. Modyfikacja dla kontrolowanego środowiska mikroorganizmów
UWAGA: Oprócz eksperymentu z hodowlą koralowców, w przypadku niektórych specjalnych eksperymentów, takich jak uzyskanie kontrolowanego środowiska mikroorganizmów w systemie, gatunki i liczebność mikrobiomu muszą być ściśle kontrolowane. Najbardziej innowacyjną cechą naszego systemu hodowli koralowców jest to, że aktywność fizjologiczną koralowców można badać w specyficznym środowisku mikrobiologicznym w stosunkowo zamkniętym mikroekosystemie. Wykonywanie tej funkcji wymaga innej procedury operacyjnej.
- Sterylizacja wstępna
- Wysterylizuj wszystkie moduły, rurociągi i zawory za pomocą 3% roztworu nadtlenku wodoru przed montażem systemu.
- Wysterylizuj substrat kultury bakteryjnej za pomocą autoklawowania.
- Wysterylizuj glony Chaetomorpha 75% roztworem etanolu i wysusz je sterylnym papierem.
- Modyfikacja i sterylizacja systemu
- Podczas montażu systemu należy dodać filtr sterylizujący powietrze (patrz Tabela materiałów) między pompą powietrza a modułem magazynowania wody morskiej.
- Dodaj filtr sterylizujący wodę między wlotem a zaworem trójdrogowym. Ten krok zapewnia sterylizację powietrza i wody wtryskiwane do systemu.
- Wprowadź ozon do systemu, aby wyeliminować pozostały mikrobiom.
- Zmyj pozostałe środki dezynfekujące sterylną wodą morską trzy razy i wstrzyknij sterylną wodę morską do systemu.
- Tylko w celu stworzenia środowiska mikrobiologicznego należy wstrzyknąć roztwór źródłowy mikrobiomu przez wylot wody.
UWAGA: Nie używaj wlotu wody do wstrzykiwania źródła mikrobiomu. Inne odczynniki i woda morska są nadal wstrzykiwane przez wlot wody.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Dokładność kontroli temperatury
Temperaturę systemu zazwyczaj ustawia się w zakresie 23-28 °C, w zależności od gatunku koralowca. Jednakże, jako jeden z najważniejszych czynników, wahania temperatury mogą silnie wpływać na przeżywalność koralowców. W związku z tym dokładność kontroli temperatury jest decydującym czynnikiem dla systemu hodowli koralowców. Do przetestowania dokładności kontroli temperatury w module hodowli koralowców można użyć czujnika temperatury i niezależnego rejestratora danych z ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Ten system hodowli koralowców został zaprojektowany tak, aby symulować i zapewniać stosunkowo naturalne lub dostosowane mikrośrodowisko, do którego koralowce mogą zostać przeszczepione i przetrwać. Tymczasem, jako samodzielnie opracowany sprzęt, system ten musi być niezawodny, przyjazny dla użytkownika i bezpieczny. Na przykład, jeśli chodzi o kontrolę temperatury, temperatura wody morskiej powinna być odpowiednio kontrolowana w oparciu o codzienne warunki środowiskowe. System został przetestowany poprzez hodowlę koralow...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych.
Podziękowania
To badanie było wspierane przez Państwowe Kluczowe Programy Rozwoju dla Badań Podstawowych Chin (2021YFC3100502).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zasilacz 12V DC | Delixi Electric Co., Ltd. | CDKU-S150W | 12V12.5A |
| 3% roztwór nadtlenku wodoru | Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd | NULL | NULL |
| 75% roztwór etanolu | Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd | NULL NULL | |
| Pompa powietrza | Chongyoujia Supply Chain Management Co., Ltd. | NHY-001 | NULL |
| Filtr sterylizujący powietrze | Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd | S593CSFTR-0.2H83SH83SN8-A | Kamera NULL |
| SONY | i Alpha; 7r4-ILCE-76M4A | NULL | |
| Roztwór do odżywiania koralowców | Red Sea Aquatics Co., Ltd. | 22101 | Odżywianie koralowców |
| Sól koralowa pro (sól morska) | Red Sea Aquatics Co., Ltd. | R11231 | |
| NULL Zegar cyklu | Leqing Shangjin Instrument Equipment Co., Ltd. | Wersja CN102A | 220V |
| Podwójnie zamknięte szybkozłącze | JOSOT Co., Ltd | NL4-2103T | NULL |
| Przepływowa lampa UV | Zhongshan Xinsheng Electronic technology Co., Ltd. | 211 | NULL |
| Transformator czterokanałowy | Dongguan Shanggushidai Electronic Technology Co., Ltd | LM2596 | NULL |
| Obiektyw makro | SONY | FE 90mm F2.8 Macro G OSS | NULL |
| Rozwiązanie źródłowe mikrobiomu | Guangzhou BIOZYM Microbial Technology Co., Ltd. | 303 | NULL |
| Mini-studio fotograficzne | Shaoxing Shangyu Fabryka sprzętu fotograficznego | CM-45 | NULL |
| Regulator temperatury PID | Guangdong Dongqi Elektryczna Co., Sp. z o.o. | TE9-SC18W | Pompa w wersji SSR |
| (do wody) | Zhongxiang Pump Co., Ltd. | ZX43D | Wersja do wody |
| morskiej Maszyna do czystej wody | Kemflo ( Nanjing) technologia środowiska Co, ltd | kemflo A600 | NULL |
| Przekaźnik półprzewodnikowy | Delixi Electric Co., Ltd. | DD25A | NULL |
| Środki powierzchniowo czynne | Guangzhou Liby Group Co., Ltd. | Libai detergent | NULL |
| Trzykanałowy timer | Leqing Changhong Intelligent Technology Co., Ltd. | Wersja CHE325-3 | 220V |
| Filtr do sterylizacji wody | Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd | S593CSFTR-0,2H83SH83SN8-L | NULL |
Bibliografia
- Gardner, T. A., Côté, I. M., Gill, J. A., Grant, A., Watkinson, A. R. Long-term region-wide declines in Caribbean corals. Science. 301 (5635), 958-960 (2003).
- Kennedy, E. V., et al. Coral reef community changes in Karimunjawa national park, Indonesia: assessing the efficacy of management in the face of local and global stressors. Journal of Marine science and Engineering. 8 (10), 760-787 (2020).
- Cleary, D. F., et al. Coral reefs next to a major conurbation: a study of temporal change (1985−2011) in coral cover and composition in the reefs of Jakarta, Indonesia. Marine Ecology Progress Series. 501, 89-98 (2014).
- Sun, Y. F., Huang, L. T., McCook, L. J., Huang, H. Joint protection of a crucial reef ecosystem. Science. 337 (6611), 1163-1163 (2022).
- Huang, D. W., et al. Conservation of reef corals in the South China Sea based on species and evolutionary diversity. Biodiversity and Conservation. 25 (2), 331-344 (2016).
- Jiang, L., et al. Impacts of elevated temperature and pCO2 on the brooded larvae of Pocillopora damicornis from Luhuitou Reef, China: Evidence for local acclimatization. Coral Reefs. 39 (2), 331-344 (2020).
- Babcock, R. C., et al. Recurrent coral bleaching in north-western Australia and associated declines in coral cover. Marine and Freshwater Research. 72 (5), 620-632 (2021).
- Sweatman, H., Delean, S., Syms, C. Assessing loss of coral cover on Australia's Great Barrier Reef over two decades, with implications for longer-term trends. Coral Reefs. 30 (2), 521-531 (2011).
- Elliott, J. A., Patterson, M. R., Staub, C. G., Koonjul, M., Elliott, S. M. Decline in coral cover and flattening of the reefs around Mauritius (1998-2010). PeerJ. 6, e6014(2018).
- Eddy, T. D., et al. Global decline in capacity of coral reefs to provide ecosystem services. One Earth. 4 (9), 1278-1285 (2021).
- Jones, G. P., McCormick, M. I., Srinivasan, M., Eagle, J. V. Coral decline threatens fish biodiversity in marine reserves. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (21), 8251-8253 (2004).
- Hughes, T. P., et al. Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature. 543 (7645), 373-377 (2017).
- Carpenter, K. E., et al. One-third of reef-building corals face elevated extinction risk from climate change and local impacts. Science. 321 (5888), 560-563 (2008).
- Hughes, T. P., et al. Spatial and temporal patterns of mass bleaching of corals in the Anthropocene. Science. 359 (6371), 80-83 (2018).
- Albright, R., et al. Reversal of ocean acidification enhances net coral reef calcification. Nature. 531 (7594), 362-365 (2016).
- Hoegh-Guldberg, O., et al. Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science. 318 (5857), 1737-1742 (2007).
- Mason, R. A. Decline in symbiont densities of tropical and subtropical scleractinian corals under ocean acidification. Coral Reefs. 37 (3), 945-953 (2018).
- Prouty, N. G., et al. Vulnerability of Coral reefs to bioerosion from land-based sources of pollution. Journal of Geophysical Research: Oceans. 122 (12), 9319-9331 (2017).
- Heery, E. C., et al. Urban coral reefs: Degradation and resilience of hard coral assemblages in coastal cities of East and Southeast Asia. Marine Pollution Bulletin. 135, 654-681 (2018).
- Rosenberg, E., Koren, O., Reshef, L., Efrony, R., Zilber-Rosenberg, I. The role of microorganisms in coral health, disease and evolution. Nature Reviews: Microbiology. 5 (5), 355-362 (2007).
- Bui, V. N., et al. Diversity and biogeography of coral mucus-associated bacterial communities: The case of Acropora formosa. Journal of Marine Science and Engineering. 11 (1), 74(2023).
- Hass, A. F., Smith, J. E., Thompson, M., Deheyn, D. D. Effects of reduced dissolved oxygen concentrations on physiology and fluorescence of hermatypic corals and benthic algae. PeerJ. 2, 235(2014).
- Raj, K. D., et al. Low oxygen levels caused by Noctiluca scintillans bloom kills corals in Gulf of Mannar, India. Scientific Reports. 10 (1), 22133(2020).
- Luo, Y. S., Zhao, J. L., He, C. P., Lu, Z. H., Lu, X. L. Miniaturized platform for individual coral polyps culture and monitoring. Micromachines. 11 (2), 127(2020).
- Pang, A. P., Luo, Y. S., He, C. P., Lu, Z. H., Lu, X. L. A polyp-on-chip for coral long-term culture. Scientific Reports. 10 (1), 6964(2020).
- Yan, L. I., et al. Effects of live rock removal of dissolved inorganic nitrogen in coral aquaria. Acta Oceanologica Sinica. 36 (12), 87-94 (2017).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
