低温冷冻试验（共6篇）
低温冷冻试验 篇1
1 前言
混凝土抗冻性能是混凝土长期性能和耐久性能的一个重要指标, 国标GB/T82-85对普通混凝土抗冻性能的试验规定了两种方法:慢冻法和快冻法, 并指出快冻法特别适用于抗冻性要求较高的混凝土。近年来, 由于对混凝土长期性能和耐久性能的要求不断提高, 快冻法越来越多的被使用。
快冻法试验需要混凝土快速冻融试验机来完成, 市售的混凝土快速冻融试验机价格国产的一般都在十几二十万元, 进口的在三四十万, 这对实验室来说是一笔不小的投资。
一般的材料实验室都会有低温冷冻试验箱, 考虑用低温冷冻试验箱通过改造来实现混凝土快速冻融, 满足混凝土快速冻融试验机的要求不失为一个好的思路, 这样可以达到一机多用, 节省投资。
2 现有基础
低温冷冻试验箱1台, 容积1m3, 水冷, 最低温度可以到-30℃。
3 达到的目的
国标GB/T82-85对混凝土快速冻融的冻融循环过程的要求:
(1) 每次冻融循环应在2~4小时内完成, 其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。
(2) 在冻结和融化终了时, 试件中心温度应分别控制在-17±2℃和8±2℃。
(3) 试件从6℃降至-15℃所用的时间不得少于冻结时间的1/2。试件从-15℃升至6℃所用的时间不得少于整个融化时间的1/2, 试件内外的温差不宜超过28℃。
(4) 冻和融之间的转换时间不宜超过10分钟。
(5) 能在20~-20℃范围内测定试件中心温度。温度精度不低于±0.5℃。
(6) 满载运转时冻融箱内各点温度的极差不得超过2℃。
工作的目的就是要使改造后的设备完全满足上述要求, 不但能用于快速冻融试验, 而且不影响用于常规冷冻。
4 实施方案
4.1 试验箱的改造
原设备只有制冷功能, 蒸发器的冷量靠自然对流传递, 蒸发器设置在试验箱的顶部。试验箱空间分为两层, 中部有试样托架。原设备是自然对流, 换热速度较慢, 不能实现速冻速融的要求, 为了加速冻融速度, 我们在试验箱内同一侧平行装置两台Φ100mm轴流风机, 使箱内的空气强制流动。轴流分机与水平面有一定的仰角, 以使风能直接吹向蒸发器并形成循环风。在试验箱的下部两侧装置4个500W的电加热管, 用于融化时加热。试验箱内的布置见图1。
4.2 试件盒制作
标准要求
试件尺寸为100mm×100mm×400mm,
试件盒由1mm~2mm厚的钢板制成。其净截面尺寸应为110mm×110mm, 高度应比试件高出50mm~100mm。试样要求完全浸入水中, 试件底部垫起后盒内水面应至少能高出试件顶面5mm。为保证经久耐用, 采用1mm不锈钢板加工, 下部和四侧面有5mm厚橡胶定位块。考虑到制冷量的大小和试验箱的容积, 我们加工了10个试样盒, 9个用于试验试样, 1个用于中心试样, 可以同时完成3组试样的试验。
4.3 控制器的设计
控制器要求达到能实现温度显示、温度控制、冻融过程的转化、冻融循环次数自动记录等功能。为了达到这些功能, 我们选用的主要元器件有:
(1) XSR30八通道无纸记录仪1台, 铜电阻作为温度传感器。该记录仪有可组态8点上下限报警功能, 每个通道最多可用4个报警点, 且有报警回差设置, 报警继电器原始状态为常开, 可直接或转换为常闭状态用于实现控制功能。零点修正和满度修正功能, 用于修正由于传感器、引线、仪表本身或其它原因引起的测量误差, 以提高测量和显示精度。各通道的温度可以自动记录、储存并以曲线的形式显示, 方便即时查看冻融过程。
通道1为PID输出控制, 用来控制加热时试验箱内的加热温度。PID变送输出电压0~5v可调, 便于实现加热温度的精确控制和加热功率的调节。通过最高温度和加热功率的控制, 达到速融过程的控制。通道2测量中心试样的中心温度, 用于判断冻和融的结束和控制冻融转换。其它通道用于测量试样的表面温度和布置在试验箱的上中下等不同位置, 用于测量和观察试验箱的温度均匀度。
(2) ZSGJ单设定数显计数控制器两台, 该计数控制器可用开关量、电平脉冲作为输入信号来计数, 带有控制继电器, 计数断电有储存。我们用于冻融循环次数的统计。其中一个用于统计每一个冻融单元 (比如冻融25次测量一次动弹性模量) 的冻融次数, 达到设定值自动停机并报警, 测量完动弹性模量后清零就可重新启动设备, 另一个用于总的冻融循环次数的统计。ZSGJ单设定数显计数控制器线柱图见图2。
(3) JGXH2调压型调压模块一块, 用于驱动电加热管工作。该模块由控制端0~5v电压的变化, 实现对输出电压的无极调节, 能保证温度的精确控制。控制端0~5v电压由无纸记录仪通道1的PID输出控制提供, 因为无纸记录仪的PID输出电压上下限可以设定, 比如上限设定为4v时, 输出电压是220 v的80%左右, 因此可以实现加热功率的无极调节, 通过改变加热功率, 可以实现对速融时间的控制。
一次冻融循环时间的长短取决于速冻过程的长短, 所以速冻的时间不需要控制, 应在比较快的时间内完成, 速冻过程受压缩机的制冷量、热交换过程的效果、试样箱内试样的多少的影响, 应根据具体情况以使过程满足试验要求。电器控制原理图见图3。
J1、J2反向继电器J3压缩机驱动继电器K1冷冻冻融转换开关K2计数器电源开关RL1、RL2、RL3记录仪低限报警、高限报警、高高限报警 (图中省略总电源开关和XSR30记录仪)
5 工作原理
XSR30记录仪通道1是加热时试验箱内温度控制, 设定通道1温度控制点为35℃ (以达到融化要求的条件为准, 根据试验确定) 。报警继电器RL1、RL2、RL3定义在通道2上, 同时定义RL1为低限报警, 设置报警温度为-15℃, RL2、RL3为高限和高高限报警, 设置报警温度都为6℃。RL1是制冷控制点, RL2是加热控制点, RL3提供冻融次数计数信号。
常规冷冻过程:
K1、K2断开, 开总电源开关, XSR30记录仪上电准备, K1的12点接通, 当温度高于记录仪设定的低限报警温度时, RL1常开, J3导通, 制冷压缩机工作;当达到或低于设定的低限报警温度时, RL1闭合, 反向继电器J1通电, J1常闭触点断开, 制冷电路断开, 停止制冷;当温度升高到记录仪回差控制点外, RL1断开, 反向继电器J1断电, J1常闭触点闭合, 制冷电路导通, 压缩机工作, 这样就达到常规制冷控制要求。
冻融循环过程:K1、K2断开, 开总电源开关, XSR30记录仪上电准备, K1的13、1/3/触点接通;当温度高于记录仪设定的低限报警温度时, RL1常开, J3导通, 制冷压缩机工作;在温度降低到XSR30记录仪高限报警温度 (6℃) 以下后, 闭合K2, 计数器上电工作;当达到或低于设定的低限报警温度时, RL1闭合, 反向继电器J1通电, J1常闭触点断开, 制冷电路断开, 停止制冷, 同时加热电路中J1常开触点闭合, 加热电路导通, 开始加热;当加热到XSR30记录仪高限报警温度时, RL3闭合, 计数器计数一次;RL2闭合, 反向继电器J2上电, J2常闭触点断开, 停止加热, 同时制冷电路中J2常闭触点断开, 反向继电器J1断电, 制冷电路导通, 开始制冷;过程会周而复始, 当计数器计数达到设定的值时, 计数器常闭触点断开, 停机并触发报警电路, 提示工作人员进行后续工作, 计数器清零后可继续开始。
6 具体操作
为保证箱内空气的流动, 试样的放置应沿轴流分机的风向放置, 10个试样盒在试验箱内分两层放置, 每层放置5个, 保证一定的水平。试验时应定期观察试样盒的水量并及时加水 (最好在融化环节) , 以使水面应至少能高出试件顶面5mm。
通道2的温度传感器预埋入中心试样的中心, 用于测定试样的中心温度, 要正确定义通道2的报警温度值。常规制冷低限报警RL1设置为所需要的制冷温度, 冻融循环时RL1低限报警设置为-15℃, RL2、RL3高限报警和高高限报警设置为6℃。
常规制冷时不用开计数器电源开关K2。冻融循环时在每次开机前都需要断开计数器电源开关K2, 当中心试样的中心温度降低到通道2的高限报警温度之下时再打开K2, 因为当温度越过高限报警温度一次, 计数器会计数一次, 从高温向低温转化越过高限报警是一次误计数, 只有从低温向高温转化越过高限报警时才表示一个冻融过程的完成, 才应该计数一次。
7 结论
1) 通过试验, 证明此次改造完全满足标准和实验要求, 通过了计量部门的实验设备校验, 投入运行。
2) 实现了一机多用, 节约了设备投入费用, 在较小投入的情况下, 满足了实验室对设备的需求。
3) 整个改造投入不足1万元, 真正体现了经济实用。
摘要：混凝土快速冻融试验机是混凝土耐久性实验必备的试验设备, 将实验室低温冷冻试验箱改造为混凝土快速冻融试验机, 能够一机多用, 可以在保证完成实验任务的基础上, 减少设备投入, 节约资金。本文就改造的具体方法做了较为详细的说明。
关键词：实验设备,改造,快速冻融
低温冷冻试验 篇2
1参试树种
该试验参试树种5种, 分别为:经济林小灌木西伯利亚白刺, 枸杞优良品种-宁杞一号、大麻叶, 内蒙种源沙枣, 沙棘。
2试验法及试验材料
2.1试验材料
取5个耐盐碱经济树种 (西伯利亚白刺、宁杞一号、大麻叶、内蒙种源沙枣和沙棘) 当年生枝条中部为试验材料。
2.2试验方法
每样品称重0.50 g, 放入50 m L三角瓶中加入40 m L蒸馏水, 于室内静置10 h, 测得的电导值为煮沸前电导值。然后沸水浴15 min, 静置2 h, 测得的电导值为煮沸后电导值, 计算出相对单导率。在不同低温处理下, 得出各树种的相对电导率曲线呈“S”型, 应用电导法配合Logistic方程求出“S”型曲线的拐点温度能较准确地估计出植物组织的低温半致死温度。
3试验结果与分析
3.1相对电导率的计算
相对电导率= (煮前电导率-煮后电导率) ×100%, 结果见表1。
在不同低温处理下, 得出植物的相对电导率曲线, 通过曲线拐点温度较准确地估计出植物组织的低温半致死温度 (LT50) , 其计算结果见表2。
从表2中可以看出, 5个测试树种抗寒性均较强, 其中西伯利亚白刺最抗寒, 半致死温度达-43.7℃;枸杞优良品种宁杞一号和大麻叶抗寒性较抗寒, 半致死温度分别达到-40.08℃和-40.04℃;沙棘抗寒性次之, 半致死温度为-39.4℃;内蒙古种源沙枣的抗寒性稍低;半致死温度为-38.0℃。
4结语
试验可知:参试的5个耐盐碱经济树种半致死温度分别为:西伯利亚白刺-43.7℃, 枸杞优良品种-宁杞一号和大麻叶为-40.08℃和-40.04℃, 沙棘为-39.4℃, 内蒙古种源沙枣为-38.0℃。由此可推断出5个耐盐碱经济树种的抗寒性顺序为:西伯利亚白刺抗寒最强, 枸杞优良品种-宁杞一号和大麻叶仅次之, 沙棘排位第四, 内蒙古种源沙枣抗寒性在5种树种中最低。而5个耐盐碱经济树种的半致死温度均低于-38.0℃, 说明均具有较强的抗寒性, 都可以在吉林省西部地区以及年最低温度在-38.0℃以上地区的盐碱地上大面积推广。
摘要：吉林西部是吉林省生态建设的重点地区, 而目前吉林西部的生态建设的重心正在由单一的生态型向生态经济型转变, 为了给吉林西部中、重度盐碱地治理的生态经济型发展提供科技支撑, 该试验选择了生态作用大、经济价值高、产业化前景广阔的珍贵耐盐碱经济树种-西伯利亚白刺、枸杞、沙枣、沙棘等, 开展了低温冷冻试验, 试验通过蒸煮前后电导率的测定, 配合Logistic方程求出“S”型曲线的拐点温度, 即致死温度, 从而测定几种耐盐碱珍贵经济树种的抗寒性, 以便在适宜区域的盐碱地上进行产业化推广应用。
关键词：耐盐碱经济树种,低温冷冻试验,抗寒性
参考文献
[1]郝建军, 康宗利, 于洋, 等.植物生理学实验技术[M].北京:化学工业出版社.2007:100-101.
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[3]郑元, 杨途熙, 魏安智, 等.低温胁迫对仁用杏几个抗寒生理指标的影响[J].西北农林科技大学学报:自然科学版, 2008, 40 (2) :419-425.
低温冷冻试验 篇3
1 ICF平面低温冷冻靶系统的设计及性能
选用G-M制冷机, 并连续充放冷气原理持续工作, 其制冷过程由等容充气、等压充气、等容放气、等压充放气四个过程来实现。依据美国碰面冷冻靶试验装置, 本文所设计的系统主要包括:G-M制冷机、真空泵、温度传感器、测温控温仪、真空罩、靶架等。靶架及靶盒选用高导无氧铜、均用石英光学玻璃进行密封, 在密封玻璃主体上开一个导孔, 并用0.2mm的微铜管将靶盒与微充气管连接起来。在导入气体时, 同时将G-M制冷机所提供的低温源冷冻为固态或液态。对进入靶盒的气流量利用MFC (流量控制器) 做好调解, 设定最小流量在2ml/min。此外, 靶盒上下温度梯度主要通过上下两个冷头的温度来实现。整个系统的热屏蔽主要通过多层真空屏蔽方式来实现。
在G-M制冷机制冷中, 一级冷头作为初级制冷, 二级冷头则作为终极制冷, 两个冷头温度有明显差异, 一般情况下, 二级冷头温度要低于一级冷头。当一级冷头在35K时, 其制冷功率为0, 也就是说, 一级冷头最低温度能够达到25K, 而二级冷头最低温度智能达到10K。值得注意的是, 二级冷头标准在14K的制冷功率为3W, 在18.6K时, 其制冷功率为6.5W。通过数据比对, 证明该系统能够实现H2和D2其他冷冻成液态或固态的目的。
在设计过程中, 要在冷头1中埋设温度传感器, 在冷头2中则埋设加热电阻丝。在调节冷头温度时主要是依靠控温仪调节制冷机与电阻丝这两者的制冷与加热功率, 且在开展降温活动时, 要保证冷头1比冷头2的温度要高。采用这种设计的主要目的在于制备冷冻靶时, 若温度比在等待冷冻的气体液化温度要稍低时, 则要避免在重力作用下, 冷冻冰层逐渐沉积至下方。此时可采取的主要措施在于对冷头1与冷头2之间存在的温度差予以有效调节, 保证已经被冷冻好的处于固体状态下的冰层其分布的均匀性。若按照预先设定方案, 则冷头1与冷头2之间的温度差为15K, 且还能够依据实际所需对其予以自由调节。在冷冻靶系统中, 若要将靶架从室温降低至11K的温度, 则需要历经40分钟才能完成。通过实践表明, 在该设计中, 实际状况下的制冷速率是与预定值保持一致的。
2 ICF平面冷冻靶系统的初步应用
在系统应用前, 需要先将冷冻室及靶盒抽成真空, 其真空高度确保高于0.01Pa, 以6K/min的制冷速率, 并参考氩的三相点温度83.8K, 气化温度87.3K后, 先将靶盒从300K降至85K, 确保靶盒上下温差为0。同时调控导管以15ml/min的流量, 向靶盒通入氩气15分钟。由于在85K温度状态行啊, 氩处于液态。导入完成后, 通过数据发现, 靶盒内的气压为86k Pa。我们还可以利用M-Z干涉法, 通过干涉图像来观测氩气变化。倘若将液态氩气相位移动为φ, 液态呀的条纹平均间距为d, 则有
同时用激光对真空状态和液氩状态进行照射, 其靶盒相位差为:
式中:n为液氩的折射率;t (x, y) 为在位置 (x, y) 处液氩的厚度, I0为入射光的初始强度;φ0为一参考相位。根据式 (1) 和式 (2) 。通过计算, 可求出t (x, y) 。
利用设计的平面冷冻靶系统, 再对氢的冷冻过程进行研究, 同时也对氢冷冻后进行M-Z干涉法进行干涉。由于氢的临界点温度为33.19K, 沸点在20.39K, 三相点温度为13.96K, 因此在本次试验中, 将试验温度选定为15K。在15K的实验温度中, 氢的的饱和蒸气压为12.8k Pa, 对铜管的进气速率调整为最低速率2ml/min, 通过观测, 此时管道内气压为15k Pa, 且上下冷头的温差为0。通过光学干涉发现, 氢的漫射过程与液态氮冷冻过程类似。实验过程中, 随着向靶盒不断输入气体, 液氢的区域不断扩散, 而气体氢不断收缩。
在实验中, 通过观测发现, 温度以0.1K/min的速度由14K降低至12K。且上下两个冷头的温差仍然设置为0。随着温度的降低, 靶盒中心开始形成一个结晶点, 随着温度持续降低, 结晶点不断生长最后靶盒内液态氢全部转变为固态。
在低温靶架上放置ICF靶丸, 而后对其结构与温度之间的关联性进行分析说明, 所应用的主要检测方法为M-Z干涉法, 且为在线检测。在实验过程中所选用的ICF靶丸其壁厚和直径分别为5Lm, 240Lm, 且其属于PS (聚苯乙烯) 空心微球。在干涉光路Mach-Zehnder中放置好平面低温冷冻系统, 在系统内部行真空抽取工作, 待真空度超过0.01Pa后即可停止。而后, 在对PS微球进行冷却, 速率保持在6.5K/min。在此过程中, 应用上文提及过的M-Z干涉仪来对温度存在差异情况下的PS微球与温度之间的变化关系进行检测。由此可知, 单纯应用光学图像无法对PS微球随着温度的改变而出现的结构变化进行在线检测。若温度出现下降现象, 干涉条纹会产生扭曲以及变形现象, 这样一来就致使条纹, 尤其是位于中间的条纹的圆形度产生变化, 效果下降。这表明在对PS微球进行冷却的过程中其产生了变形现象, 而变形的主要原因则是温度。对此进行分析后发现, 温度的变化导致PS微球产生形变的主要原因在于在冷冻靶制备的过程中, 涉及到了靶丸所具备的低温性能, 且这一涉及具有必然性。由此可知, 温度效应对于靶丸冷冻过程中的细致结构具有重要作用。
3结论
本实验低温源的主要来源是G-M制冷机。而后开发出了平面低温冷冻靶系统。这个系统的极限低温为10K, 且其制冷功率有两个, 分别为6.5W (即18.6K) 以及3W (即14K) 。应用该系统来开展实验, 最终获取了氩和氢的平面冷冻靶, 同时由于低温效应导致聚变靶丸产生的形变现象也得以清晰呈现。
参考文献
[1]林伟, 王凯, 黎军, 刘元琼, 唐永建, 雷海乐.ICF平面冷冻靶制备中充气速率效应[J].强激光与粒子束, 2013, 12∶3243-3246.
低温冷冻试验 篇4
关键词：麻疯树,柳州,冷害,冻害,调查
麻疯树 (Jatropha curcas L.) 原产于热带及亚热带地区, 是世界公认的可再生生物能源植物。麻疯树也是低温敏感植物, 0℃以下的低温对麻疯树有致命伤害, 而对0℃以上低温具有一定的耐受性[1]。随着国内麻疯树栽培的北移和向高海拔山区的拓展, 低温冷害成为限制麻疯树产业发展的主要环境因素[2]。为此, 前人基于Worldclim气候数据, 利用Diva-gis软件中整合的Bioclim模型和Domain模型预测了麻疯树在我国境内的适生区为北纬18°~30°, 东经97°~120°的地区, 最适生区为川滇交界地区、云南中部及滇黔桂边界的条带状地区 (北纬21°~27°, 东经98°~107°) [3]。柳州位于广西中部, 地处北纬23°54′~26°03′, 东经108°32′~110°28′之间, 部分县区具备麻疯树生长的基本气候条件[1]。近年来, 在相关科技部门的科研立项支持下, 柳州进行了麻疯树引种试验[4,5]。本研究为“生物能源树种麻疯树引种试验研究”课题的一部分, 报道柳州引种麻疯树遇到的低温冷冻灾害情况, 以为麻疯树引种、驯化和推广种植提供参考。
1 调查地点与方法
1.1 调查时间与地点
2011年1~4月, 对种植于柳州市沙塘镇 (北纬24°44′, 东经109°37′) 的麻疯树进行冷害调查;2013年1~4月, 对种植于柳州市区 (北纬24°33′, 东经109°43′) 的麻疯树进行冷害调查;2014年1~4月, 对种植于柳州市鹿寨县江口乡 (北纬24°25′, 109°61′) 、柳州市区 (北纬24°33′, 109°43′) 及柳州市柳城县太平镇 (北纬24°65′, 109°24′) 的麻疯树进行冷冻害调查。同时, 对麻疯树发生冷冻害的气象条件进行观测, 观测点位于柳州市农业气象试验站 (北纬24°44′, 东经109°37′) , 观测点与麻疯树各种植点间距在40 km内, 期间气温和降雨条件分别见图1、图2。
1.2 调查项目与统计
冷害或冻害发生后, 于当年1月对各种植点麻疯树的叶片受害率、花序受害率及幼果受害率进行调查;于当年4月初 (存活麻疯树已长出新叶) 对各种植点麻疯树的植株受害率、茎枝顶端受害率、茎枝受害率、植株死亡率进行调查。计算公式分别为:叶片受害率 (%) =受害叶片数×100/调查叶片数, 花序受害率 (%) =受害花序数×100/调查花序数, 幼果受害率 (%) =受害幼果数×100/调查幼果数, 植株受害率 (%) =受害植株数×100/调查植株数, 茎枝顶端受害率 (%) =受害茎枝数×100/调查茎枝数, 茎枝受害率 (%) =受害茎枝长度×100/调查茎枝总长度, 植株死亡率 (%) =死亡植株数×100/调查植株数。应用Excel2007软件进行数据处理。
2 结果与分析
2.1 2011年、2013年柳州麻疯树冷害情况
2011年1月2~8日柳州气象观测点出现日平均气温为3.1℃~5.8℃、日最低气温为1.8℃~4.4℃、日降雨量为0.1~2.3 mm的低温小雨天气后, 种植于沙塘镇的4年生麻疯树叶片出现烫伤、萎蔫及干枯症状, 茎枝顶端也变得柔软、萎蔫;随后出现长达26 d的日平均气温为2.0℃~8.9℃、日最低气温为-0.4℃~6.8℃的低温阴雨寡照天气, 麻疯树植株进一步受害;至2011年4月, 麻疯树植株因冷害而全部死亡 (见表1) 。
2013年1月3~7日气象观测点出现日平均气温为1.5℃~6.2℃、日最低气温为0.9℃~3.7℃、日降雨量为0~2.1 mm的低温阴雨天气后, 种植于柳州市区的4月生麻疯树叶片和茎顶端出现烫伤和萎蔫症状;随后气温呈间歇式上升, 植株萎蔫向茎中下部蔓延, 受害部位逐渐出现干枯、腐烂症状, 受害严重的植株因此而死亡;至2013年4月, 超过90%的植株受害, 近60%的植株死亡。可见, 低温阴雨天气会造成麻疯树严重冷害和植株大量死亡。
2.2 2014年柳州麻疯树冷冻害情况
2014年1月柳州气象观测点未出现类似2011年1月和2013年1月的低温阴雨寡照天气, 但14日、15日及22日、23日夜间出现了霜冻 (其中江口乡种植点出现了当地农民俗称的“白头霜”严重霜冻) , 各种植点麻疯树叶片全部受冻害, 茎枝顶端也不同程度受害, 太平镇种植点16月生麻疯树的花序和幼果也全部受害;至1月29日, 各种植点的麻疯树叶片、花序或幼果果柄全部干枯, 茎顶端也不同程度变软、干枯或腐烂, 茎枝髓部出现中空或隔断 (见表2) 。可见, 持续霜冻会造成麻疯树叶片、茎顶端、花序及幼果等幼嫩部位严重冻害。
注:表中“-”为低温冻害发生前该部位尚未形成或已脱落。
2014年2月6日后, 柳州气象观测点出现了持续14 d的日平均气温为3.6~7.8℃、日最低气温为-1~7.2℃的低温阴雨寡照天气, 麻疯树植株进一步受害;至2014年4月, 各种植点麻疯树植株呈现不同程度的干枯或死亡, 但不同品种、不同种植点或不同树龄间麻疯树植株的受害程度有一定差异 (见表2) 。其中, 不同品种间, 昆明种源4月生麻疯树在柳州市区和太平镇种植点的植株受害率、茎枝顶端受害率较南宁种源的低, 但昆明种源4月生麻疯树在3个种植点的茎枝受害率和植株死亡率较南宁种源的高。不同种植点间, 麻疯树植株死亡率为8.45%~32.25%, 且种植于江口乡的麻疯树植株受害率、茎枝顶端受害率、茎枝受害率及植株死亡率最高, 其次是种植于太平镇的, 而种植于柳州市区的麻疯树受害相对较轻。不同树龄间, 南宁种源麻疯树受害的规律不尽相同, 其中种植于江口乡的麻疯树受害程度随树龄的增加而增加, 且种植于野外坡地的16月生麻疯树全部死亡;种植于柳州市区的麻疯树则是8月生的受害最为严重, 其次是4月生的, 而16月生的受害相对较轻;种植于太平镇的4月生麻疯树的茎枝顶端受害率、茎枝受害率及植株死亡率较16月生麻疯树的高, 但4月生麻疯树的植株受害率较16月生麻疯树的低。可见, 麻疯树的低温冷冻灾害不仅与霜冻和低温阴雨天气直接相关, 还与麻疯树的品种特性、植株性状及立地环境密切相关。
3 小结与讨论
麻疯树对低温敏感, 要求年极端最低气温不低于-2℃, 在干热河谷特殊地形条件下年极端最低气温不得低于-4℃才能保证其越冬安全[1]。低温或霜冻直接影响到麻疯树的存活。据报道, 在温度低于8℃条件下, 随着时间的延长和温度的降低, 麻疯树幼苗受冷伤害愈加严重[6];2008年特大雨雪冰冻低温气候给贵州麻疯树1~3年生幼林和苗木造成了很大灾害, 海拔600 m以上的幼林和苗木受害率达100%[7];2011年初, 贵州低热河谷地区出现突发冰冻雨雪天气, 持续时间长, 平均气温仅有5.5℃~13.2℃, 当地2县5个乡 (镇) 的8个村组麻疯树受到不同程度冻害, 部分种植点的麻疯树死亡率达80%以上[8]。本研究发现, 持续低温阴雨寡照天气、霜冻或霜冻与低温阴雨寡照天气叠加作用会造成柳州引种麻疯树不同程度的冷害或冻害, 其中2011年和2013年个别种植点麻疯树的死亡率达100%。可见, 在目前的种植品种和栽培技术条件下, 麻疯树难以抵御持续雨雪冰冻天气、低温阴雨天气或严重霜冻天气的为害。因此, 在冬季频繁出现持续低温天气的柳州及气候条件相似地区, 引种或发展麻疯树种植应慎重。
麻疯树出现低温冷冻灾害不仅与地区大气候条件有关, 还与品种、树龄、苗木形状及种植地的小气候条件相关。其中, 云南永胜种源的抗冷性较云南红河县及四川攀枝花市的强[6];攀枝花会理、云南绿春、广西西林种源的耐寒能力较其他地区的强[9];贵州树龄较长的麻疯树当地品种比引进品种有较强的抗冻能力[8]。本研究发现, 昆明种源麻疯树的植株受害率、茎枝顶端受害率较南宁种源的低, 但茎枝受害率和植株死亡率较南宁种源的高。可见, 不同种源的耐低温能力有一定差异。因此, 在麻疯树引种时, 可根据气候条件选择适宜的耐寒品种。陈波涛等[7]研究贵州麻疯树雨雪冰冻低温灾害发现, 高海拔麻疯树幼林和苗木受害率较低海拔的高, 阳坡和半阳坡的麻疯树为害程度比阴坡和半阴坡低, 同一坡向的中下部受害程度明显低于中上部, 迎风面受害程度最为严重;韦冬萍等[5]研究发现, 种植于露地的麻疯树冬季冷害程度较种植于林间地或遮雨棚的严重。本研究发现, 2014年江口乡种植点麻疯树的受害程度较太平镇和柳州市区种植点的严重;江口乡种植点野外坡地麻疯树的受害程度较村庄菜地的严重。究其原因, 可能是各种植点的霜冻差异和种植点气温、土温、空气湿度、土壤湿度、土壤温度、风速等差异的缘故, 但具体机理需要进一步研究。研究还发现, 不同树龄间麻疯树的受害规律不一致, 与王晓敏等[8]研究结果也不尽相同, 其原因可能是不同种植点同一树龄的树体形态、苗木质量、植株生理活性、落叶时间以及立地微气候条件差异的缘故。可见, 麻疯树的低温冷冻灾害受遗传因素、环境条件及植株形态特征共同影响, 其中立地小气候条件对麻疯树低温冷冻灾害的影响尤为明显。因此, 在引种、驯化或推广种植麻疯树时, 可根据麻疯树在当地越冬气候条件的优劣, 因势利导, 选择耐寒品种和适宜地段栽培, 并通过提高植株质量[10]、入冬前覆盖[5,8]及灾后适时剪除受害茎枝[8,9]等措施减轻低温冷冻天气对麻疯树的为害。
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低温冷冻试验 篇5
1材料
1. 1试验动物及处理
雄性健康德国牧羊犬6只( 四川农业大学实习牧场提供) ,用手握按摩法采集精液,每只获得精液量2 ~5 mL,精液色泽乳白,略有腥味,密度在2. 0 × 108个/mL以上,pH值为6. 2 ~ 7. 0,活率大于80%, 顶体完整率大于80%。
1. 2试剂和仪器
醋酸、醋酸钠、甲苯胺兰、透明质酸钠、明胶、甲醛,均由四川农业大学动物医学院临床实验室提供; 精子顶体酶活性检测试剂盒和精子酸性磷酸酶测定试剂盒,购自瑞爱金生物科技有限公司; Varioskan酶标仪,购自Thermo公司。
洗涤液( 葡萄糖2 g,柠檬酸1. 2 g,三羟甲基氨基甲烷2. 4 g,卵黄20 mL,甘油4 mL,青链霉素各1 g,加双蒸水到100 mL) ,自制。
稀释液Ⅰ: 将洗涤液甘油浓度改为2 mL。
稀释液Ⅱ:将洗涤液甘油浓度改为6 mL。
2方法
2. 1冻精的制备和解冻
将鲜精离心( 1 000 r/min,10 min) 、稀释( 稀释液 Ⅰ按1∶1进行稀释) ,4 ℃ 平衡1. 5 h; 再加入4 ℃ 的稀释液Ⅱ按1∶1比例进行稀释,将稀释平衡后的精液,在距离氮面1 ~ 2 cm冷冻漂浮器上,制成精液颗粒,熏蒸5 min; 再放入液氮中保存。使用时采用干解冻法( 38 ℃,30 s) 对冻精进行解冻。
2. 2顶体酶类活性的测定
2. 2. 1HYD活性的测定方法采用改良明胶底膜法。在0. 2 mol/L醋酸- 醋酸钠缓冲液( pH值为4. 5) 中校正基质膜的pH值,20 min后取出,自然晾干; 将稀释好的精液直接均匀涂于玻片基质膜上,置恒温湿盒( 37 ℃) 内温孵3 h; 取出后,在0. 02% 甲苯胺兰染液中染色5 min; 丙酮分色3 ~5 s; 晾干后用相差显微镜观察。HYD阳性反应率: 观察精子头部周围是否有圆形蛋白光轮出现( 随机观察6个以上视野) ,至少计算200个精子中的HYD阳性反应率。 HYD活性强度: 用测微器测量反应区光轮直径的大小( 随机选择6个以上视野) ,测得平均光轮直径,作为判断HYD活性强度的指标。
2. 2. 2 ACE活性的测定方法采用改良Na - 苯甲酰- DL - 精氨酸P - 硝酰基苯胺( BNPNA) 法( 按检测试剂盒说明操作) 测定。采用1 cm光径比色杯,测定波长为410 nm的OD值。ACE活性计算: 以在24 ℃ 水解1. 0 μmol BAPNA / min的底物量定为1 IU ACE活性。ACE活性[1 × 10- 6μIU]=[测定管吸光度- 空白管吸光度) ×106]/247. 5 ×10。
2. 2. 3ACP活性的测定方法采用磷酸苯二钠法( 按检测试剂盒说明操作) 测定。采用1 cm光径比色杯,测定波长为510 nm的OD值。ACP活性计算: 以每毫升精液在37 ℃与磷酸苯二钠作用15 min,产生10 mg酚为一个酶活力单位。 酸性磷酸酶( U/mL) =[测定管吸光度/标准管吸光度] × 0. 005 mg × 100 mL。
2. 2. 4犬鲜精顶体酶类的测定将6只德国牧羊犬鲜精分别进行顶体酶类( HYD、ACE和ACE) 活性检测并记录数据。试验重复5次。
2. 2. 5超低温冷冻后犬精子顶体酶类的测定取冻存的德国牧羊犬精液分别进行解冻( 38 ℃,30 s) ,然后分别进行顶体酶类( HYD、ACP和ACE) 活性检测并记录数据。试验重复5次。
2. 3顶体酶类活性与精子活率、顶体完整率和畸形率的相关性
将测得的每份冻精的活率、顶体完整率、畸形率、 HYD活性、ACE活性及ACP活性分别两两进行相关性分析,相关性系数用r表示,显著性用P值表示。
2. 4统计分析
采用Excel( 2003) 软件整理数据,用SPSS13. 0软件进行方差分析,检验其差异显著性和相关性,所得数据均用平均数 ± 标准误表示。
3结果
3. 1超低温冷冻对德国牧羊犬精子顶体酶类活性的影响
精子顶体酶类存在于精子顶体内,与精子获能和发生顶体反应有关。超低温冷冻对精子顶体膜结构产生损伤,可能会引起顶体内各种酶的流失,从而影响顶体酶类的活性。与鲜精组相比,冻精组3种顶体酶活性均极显著降低( P <0. 01) ,见表1。说明超低温冷冻会使德国牧羊犬精子顶体酶类活性降低。
注: 同列数据肩标大写字母不同表示差异极显著( P <0.01) 。
3. 2顶体酶类活性与精子活率、顶体完整率和畸形率的相关性
超低温冷冻后精子3种顶体酶类活性分别与精子顶体完整率和活率呈正相关,其中ACE活性与顶体完整率呈极显著正相关,相关系数r为0. 487( P < 0. 01) ; 3种顶体酶类活性与畸形率均呈显著负相关( P <0. 05) 。ACE活性与精子顶体完整率的相关系数r为0. 487,相关度大于HYD( 0. 439和0. 459) 和ACP( 0. 440) ,而HYD活性与精子活率的相关系数r为0. 404和0. 423,相关度大于ACE( 0. 377) 和ACP ( 0. 369) ,见表2。
注: ** 表示极显著相关( P < 0. 01) ,* 表示显著相关( P < 0. 05) 。
4讨论
4. 1 HYD、ACE和ACP的重要性及超低温冷冻对其活性的影响
HYD存在于顶体内,是精子受精过程中第一个起作用的顶体酶类[5]。M. Abdul - Aziz等[6]的研究证实,HYD活性较低的精子人工授精成功率低,但如果通过细胞浆内单精子注射治疗,精子受精能力会明显增高,进一步说明精子HYD在受精过程中的重要作用。C. Barthelemy等[7]发现在冻存后精子膜结构( 质膜和顶体) 受到不同程度的损伤,主要表现为质膜( 或顶体) 肿胀、破裂,顶体内各种酶大量流失。苏昀等[8]认为甘油浓度越高,冻精HYD活性下降越明显,呈负相关,说明冷冻保护剂对精子HYD活性有一定影响。本试验制作德国牧羊犬冻精时所用的稀释液配方是甘油- 卵黄- 柠檬酸,分两次添加含有不同浓度的甘油( 2%、6%) 稀释液,减少甘油浓度对冻后HYD活性的影响,但HYD的阳性率和活性明显下降。笔者通过对超微结构的观察发现,冻存后精子质膜和顶体肿胀、破裂等,使得顶体内各种酶大量流失, 从而引起HYD的阳性率和活性明显下降,与刘睿智等[9]的研究结果相同。
ACE在发生顶体反应过程中起着关键作用,当精子头部进入卵透明带发生顶体反应时,顶体酶原被激活成ACE并被释放出来,水解透明带糖蛋白,通过精子强烈的活动力及楔样作用协助精子穿过卵丘再穿过透明带,使精子与卵子完成受精过程[10 -11]。当ACE活性较低时,精子分解卵丘和穿过透明带的能力会受到明显影响,导致精子无法顺利受精。因此, 精子ACE活性可作为判断精子质量和生育力的一项重要指标[12]。ACE活性与正常形态精子率呈显著正相关; 检测ACE活性对精子的功能病症的诊断具有重要意义[13 -14]。ACE活性的变化与顶体反应有直接关系,M. I. Rosatti等[15]通过研究牛精子获能和顶体反应时顶体酶原/顶体酶活性,发现精子获能后,精子ACE活性明显升高。许多学者认为,ACE活性低下可能是导致不明原因不育的重要原因[16]。因此, 精子ACE活性不仅可以作为检测冻精顶体完整率的一项指标,而且可以用于临床上检测雄性不育[17 -18]。
精浆中ACP含量可反映前列腺的分泌功能,对前列腺疾病诊断有重要意义[19]。犬的副性腺中只有前列腺,因此ACP检测对犬的繁育能力评估具有极其重要意义。ACP主要是通过磷酸化来水解精液, 使精液中的磷酸胆碱、磷酸甘油及核苷酸等物质被分解,从而影响精子的活力和代谢[20]。王瑞等[21]对不育男性精浆ACP和锌与精液参数分析后,发现ACP水平下降可导致精子活力降低,认为ACP可以作为诊断男性不育的一项指标。潘云等[22]对精浆中ACP含量与精子密度、活率和黏度的关系进行研究时,认为精浆ACP含量与精子质量密切相关。ACP不同于其他顶体酶,在顶体不同发育期间均可检测出其活性,其含量和活性检测既可用于评价精子获能和顶体反应,又可作为雄性不育的实验诊断指标[23]。ACP检测法与其他评价精子顶体反应的方法相比具有三大优势: 一是ACP检测法可以检测精子获能和顶体反应介质中ACP含量,其结果可反映整个精子群体的功能状态。二是ACP检测法不仅操作简便、快捷、 耗时少,不需要特殊仪器设备,而且可同时检测多份样本。三是ACP检测法检测结果相对于其他评估精子顶体反应的方法而言,更为客观和稳定,避免了直接评估精子顶体反应的主观性。ACP检测法评价和分析精子顶体反应虽然简便易行、耗时少,且能较为客观地反映精子群体顶体反应状态,但不能忽视蛋白酶的潜在影响[24]。本试验结果显示,超低温冷冻后德国牧羊犬精子HYD、ACE和ACP活性显著降低, 这可能是引起冻精受胎率较低的重要原因。研究超低温冷冻对德国牧羊犬精子顶体酶类活性的影响,可为犬精液冷冻保护剂和稀释剂的研制提供理论数据支撑,不仅有助于冷冻后精液品质的检查,还有助于其精液冷冻保护剂的改进和稀释液配方的优化和创新。
4. 2顶体酶类活性与顶体完整率、活率和畸形率的相关性
低温冷冻试验 篇6
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择我院2012年1月—2013年5月行纤维支气管镜冷冻治疗的72例支气管内膜结核病人, 其中男28例, 女44例;年龄18岁~62岁;均有不同程度的咳嗽、咳痰、呼吸困难等症状;左主支气管+气管15例, 左主支气管23例, 左主支气管+左上叶支气管9例, 左上叶支气管8例, 左下叶支气管4例, 右主支气管6例, 右上叶支气管4例, 右主支气管+右中叶支气管3例;均进行2HRZE/6HR[异烟肼 (H) 、利福平 (R) 、吡嗪酰胺 (Z) 、乙胺丁醇 (E) ]全身抗结核治疗。将72例病人随机分为观察组和对照组各36例。两组病人性别、年龄、文化程度、职业、病情轻重等比较, 差异均无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 设备仪器
本组支气管镜为Olympus BF-T240, 冷冻气源为二氧化碳, 北京库兰K500型冷冻治疗仪及软性可弯曲冷冻探头, 探头直径1.9mm, 长度90cm, 探针末端长度5mm。
1.2.2干预方法
对照组采用常规护理, 观察组术前、术中、术后给予护理干预, 具体内容如下。
1.2.2. 1 术前准备
保持环境温度、湿度适宜。做好术前心理护理, 让病人了解检查的基本过程, 做到心中有数, 给病人解释放松情绪配合治疗能提前完成操作。告知病人操作时感觉难受不能忍受时举手示意, 头不要过度摆动。同时了解病人既往史, 排除严重心肺疾病、血友病等。术前禁食、禁饮6h。检查出凝血时间、血气分析、胸部X线片、肺部CT、心电图结果是否带齐全。常规雾化吸入麻醉, 给病人解释口腔有苦感及麻木感为正常现象。准备2%利多卡因、0.1%肾上腺素、生理盐水及治疗抢救用药摆放在治疗车上, 方便操作, 检查仪器性能是否完好。协助操作者调试好支气管镜, 并在支气管镜远端涂抹硅油润滑。给予病人吸氧3L/min, 用一次性口罩盖住病人双眼, 以减轻其恐惧感, 置病人于舒适体位, 头尽量后仰, 肩下垫高15cm~25cm, 以利于支气管镜顺利插入[3]。
1.2.2. 2 术中护理
操作中护士可握住病人一手行穴位按摩, 及时清理病人口腔分泌物。不断和病人交流, 以分散其注意力, 同时用赞扬等语言使其配合治疗。经2%利多卡因表面麻醉后插入支气管镜, 对气管、支气管进行检查确定病变部位, 并用活检钳对病灶表面的坏死组织等进行清理, 然后将支气管镜插入距离病灶0.5cm处, 由操作孔置入冷冻探头, 冷冻探头应伸出支气管镜至少3mm, 冷冻头插入病灶内或侧壁紧贴病灶, 踩下冷冻踏板, 冷冻持续30s~50s, 此时可见病灶发白并冷冻结在一起, 松开踏板后让其融化, 融化约需60s, 此过程称冷冻融, 完成一次冷冻融循环为2.5min~3.0min。选取另一个冷冻点, 重复上述过程。3个~5个冻融过程后组织可有少量渗血, 多可自行缓解, 必要时可局部用少量肾上腺素止血。术中严密观察病人心率、血氧饱和度及血压变化。血氧饱和度下降严重时及时提醒操作者退出支气管镜休息片刻, 并加大氧流量。病人呛咳剧烈嘱其行深呼吸、张嘴呼吸以缓解不适, 正确留取标本行化验检查。
1.2.2. 3 术后护理
操作毕帮助病人清理口腔、鼻腔及眼角分泌物, 保持病人外表整洁以增加自尊心, 嘱病人术后需禁水、禁饮2h。同时让病人在休息室休息半个小时, 无不适后方可离开。告知病人下次复查时间, 冷冻后1周左右复查支气管镜, 对冷冻治疗效果进行评估的同时还可清理冷冻后坏死组织, 或再次进行冷冻, 1周后再进行再次评估, 每例病人治疗2次~8次, 一般1个月~1.5个月。
1.2.3 观察指标
观察两组病人术中主动配合程度, 术后询问病人的舒适程度 (包括恐惧感、咽喉不适、气促感、因病情需要愿意接受再次治疗) 。
1.2.4 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行数据分析, 计量资料采用χ2检验, 以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
例
3 讨论
冷冻治疗又称冷刀治疗, 是近几年发展起来的一种非接触式气管内消融新技术[4]。为寻找制冷效果, Au等[5]利用猪作为研究对象, 结果发现经支气管镜给予-196℃超低温可导致气道黏膜富含水分较多的上皮细胞坏死脱落, 黏膜下层及结缔组织层水肿, 中性粒细胞浸润, 随着喷射冷冻时间延长及冻融周期增加, 冷冻深度可波及到但不超过气道软骨层。经研究证实, 冷冻治疗支气管内膜结核有较好的中长期疗效[6]。由于冷冻治疗需反复多次治疗效果才显著, 对于初次接受治疗的病人, 第一次治疗的感觉会直接影响病人能否下次继续接受治疗, 护理干预后病人的舒适度和配合程度得到提高, 愿意主动继续接受治疗, 提示护理工作者必须主动、耐心地做好各种解释, 全程为病人服务, 以减轻病人痛苦, 达到治疗目的。
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