NS-ZS602 沉入式濁度數(shù)字傳感器在微藻智能定量中的應(yīng)用

趙曼茜 孫亞慧 張津源 于國欣 周 瑋

(大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023)

微藻生物餌料普遍應(yīng)用于雙殼貝類的苗種生產(chǎn)中，還作為動物性生物餌料的食物和營養(yǎng)強化劑間接應(yīng)用于水產(chǎn)經(jīng)濟動物的苗種生產(chǎn)。定量投喂是重要的投餌原則之一，也是決定育苗成敗的重要環(huán)節(jié)。在蝦夷扇貝人工育苗中，親貝促熟階段餌料以硅藻為主，每天投喂8～12 次，每次2 萬個/毫升；幼體培育開口餌料為金藻，每天0.5 萬～1 萬個/毫升，隨幼體長大其投喂量增加。投餌量不足會造成幼蟲營養(yǎng)不良，投餌量過多會敗壞水質(zhì)，影響幼蟲的生長發(fā)育，因此尋找一種簡單準(zhǔn)確、應(yīng)用于生產(chǎn)的餌料定量方法尤為重要。

現(xiàn)有的微藻生物量測定方式有多種，如顯微鏡計數(shù)法、葉綠素a 含量測定法、可見分光光度法、熒光分光光度法、流式細(xì)胞儀法和熒光圖像計數(shù)法等。顯微鏡計數(shù)法是最直接的計數(shù)方法，但受人為因素影響大；葉綠素a含量測定法操作繁瑣、耗費時間長；熒光分光光度計法能較快反映藻類密度狀況，但缺少葉綠素a 的標(biāo)準(zhǔn)換算關(guān)系；熊忠亮等(2018年)使用流式細(xì)胞儀法對混合藻類進(jìn)行計數(shù)，但計數(shù)范圍局限于102～106個/毫升內(nèi)；劉世晶等(2012年)采用熒光圖像計數(shù)法，利用葉綠素a的熒光特性自動計數(shù)，能有效區(qū)分藻類和雜質(zhì)，但在圖像處理過程中存在一定的偏差。

濁度儀通過檢測光線通過溶液時所受到的阻礙程度得出懸浮顆粒物粒徑分布情況，主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥、電子和能源工業(yè)中。朱金林等(2005年)在研究飼料耐水性時發(fā)現(xiàn)飼料浸泡樣的質(zhì)量與濁度呈良好的線性關(guān)系，通過測定飼料浸泡液的濁度能反映飼料的溶解程度；鄧才等(2016年)發(fā)現(xiàn)天然水體的含沙量與濁度值也呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，濁度儀可以快速精準(zhǔn)地測定水體含沙量；王祖峰等(2015年)對濁度儀測定單胞藻密度進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)單胞藻藻液密度與濁度信號值呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，但缺少濁度信號值與濁度單位的換算關(guān)系。

本實驗以廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖中的小新月菱形藻、亞心形扁藻、球等鞭金藻、小球藻為研究對象，使用NS-ZS602 沉入式濁度數(shù)字傳感器進(jìn)一步研究濁度儀在微藻定量中的應(yīng)用。

一、材料與方法

1.實驗材料

實驗材料為單一的小新月菱形藻、亞心形扁藻、球等鞭金藻、小球藻藻種原液。

2.實驗試劑及儀器

實驗試劑及儀器為魯格氏碘液、凈化海水、量筒、燒杯、玻璃棒、NS-ZS602 沉入式濁度數(shù)字傳感器、洗瓶、光學(xué)顯微鏡、血球計數(shù)板、蓋玻片、1000微升移液槍。

3.實驗方法

(1)藻液稀釋：用量筒準(zhǔn)確量取藻種原液500 毫升，利用溶液稀釋簡便算法：應(yīng)加水＝(大分子－小分子)/小分子×溶液量，計算出應(yīng)加海水的量，將藻種原液進(jìn)行梯度稀釋(表1)。

表1 藻液濃度稀釋配比

(2)測定藻液濁度：測量前使用凈化海水沖洗濁度儀探頭。在避光條件下將探頭完全浸入稀釋后均勻混合的藻液中，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄濁度值，重復(fù)3次取平均值作為該濃度的濁度值。使用上述方法逐次測定各濃度藻液的濁度。

(3)復(fù)測藻液濃度：使用魯格氏碘液分別固定各濃度梯度藻液并搖勻，取各濃度藻液1毫升于血球計數(shù)板內(nèi)，蓋上蓋玻片，使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行計數(shù)，重復(fù)3次取平均值，計算各梯度藻液濃度。

二、實驗結(jié)果

實驗結(jié)果見圖1～4。

圖1 小新月菱形藻不同藻液濃度下的濁度

圖2 亞心形扁藻不同藻液濃度下的濁度

圖3 球等鞭金藻不同藻液濃度下的濁度

圖4 小球藻不同藻液濃度下的濁度

由圖1可知，小新月菱形藻的藻液濃度與濁度值呈良好的線性關(guān)系，隨著藻液濃度的升高，對應(yīng)的濁度值升高。藻種母液濃度為2.02×106個/毫升，對應(yīng)的濁度為(294.5±2.37)散射濁度單位(NTU)。線性回歸方程和回歸系數(shù)分別為：y＝134.82x＋23.004，R2＝0.9921。

由圖2可知，亞心形扁藻的藻液濃度與濁度值呈良好的線性關(guān)系，隨著藻液濃度的升高，對應(yīng)的濁度值升高。藻種母液濃度為3.60×105個/毫升，對應(yīng)的濁度為(403.2±2.8)NTU。線性回歸方程和回歸系數(shù)分別為：y＝1123.7x＋6.5545，R2＝0.9978。

由圖3可知，球等鞭金藻的藻液濃度與濁度值呈良好的線性關(guān)系，隨著藻液濃度的升高，對應(yīng)的濁度值升高。藻種母液濃度為1.28×106個/毫升，對應(yīng)的濁度為(381.6±0.8)NTU。線性回歸方程和回歸系數(shù)分別為：y＝285.79x＋12.578，R2＝0.9993。

由圖4可知，小球藻的藻液濃度與濁度值呈良好的線性關(guān)系，隨著藻液濃度的升高，對應(yīng)的濁度值升高。藻種母液濃度為2.08×107個/毫升，對應(yīng)的濁度為(568.7±0.71)NTU。線性回歸方程和回 歸 系 數(shù) 分 別 為：y＝26.618x ＋11.405，R2＝0.9997。

三、討論

濁度儀測量的是水中懸浮顆粒對光散射的量，與懸浮顆粒的數(shù)量成正比。本實驗4種藻液的濃度與濁度均呈良好的線性關(guān)系，且呈極顯著相關(guān)(P＜0.001)。濁度儀在單一藻種的定量測量中能較好地反映藻液濃度，同時應(yīng)用濁度儀測定藻液濃度具有以下優(yōu)點：①結(jié)果更準(zhǔn)確。本實驗的測定結(jié)果中亞心形扁藻、小球藻的回歸系數(shù)均高于光密度法。②量程更大。本實驗中測定的小球藻母液濃度達(dá)2.08×107個/毫升，遠(yuǎn)大于流式細(xì)胞儀法。③耗時更短。濁度儀測定一個樣品只需要幾秒鐘。④成本更低。濁度儀在確保結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上更具價格優(yōu)勢。

濁度不僅與懸浮物的濃度有關(guān)，還與懸浮物的種類、粒徑、形狀等有關(guān)。本實驗在相同測量條件下，不同藻種對應(yīng)的線性方程斜率不同，斜率大小表現(xiàn)為：亞心形扁藻＞球等鞭金藻＞小新月菱形藻＞小球藻。4種藻細(xì)胞的大小為亞心形扁藻最大，其次是球等鞭金藻和小新月菱形藻，小球藻最小，藻細(xì)胞的大小與線性方程斜率的大小相對應(yīng)。

綜上所述，用濁度儀法測定藻液濁度值可反映藻液濃度。NS-ZS602 沉入式濁度數(shù)字傳感器應(yīng)用于微藻智能測量，可以在移動端接收和處理數(shù)據(jù)，將濁度值通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算直接輸出為藻液濃度，縮短人工計數(shù)的耗時，減少人為因素導(dǎo)致的實驗誤差，能更好地應(yīng)用于智能化、集約化的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)管理，實現(xiàn)安全、高效、自動化、精準(zhǔn)化養(yǎng)殖。濁度儀可以廣泛地應(yīng)用于微藻定量檢測，實現(xiàn)對養(yǎng)殖過程中餌料投喂的科學(xué)管控。