一、系統(tǒng)模型總體設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是專門為人工水產(chǎn)品養(yǎng)殖到銷售環(huán)節(jié)設(shè)計的，采用無線傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化管理等先進(jìn)管理方法對養(yǎng)殖環(huán)境、水質(zhì)、魚類生長狀況、藥物使用、廢水處理、運輸環(huán)節(jié)等進(jìn)行全方位管理、監(jiān)測，具有數(shù)據(jù)實時采集及分析、食品溯源、生產(chǎn)基地遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含6個子系統(tǒng)及1個數(shù)據(jù)庫，涵蓋了漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖、加工、運輸及銷售環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用。

二、系統(tǒng)的組成

2.1水產(chǎn)品智能環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)

水產(chǎn)品智能環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)集成水質(zhì)傳感器、無線傳感網(wǎng)、無線通信、嵌入式系統(tǒng)、自動控制等技術(shù)，可自動采集養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)，上報到智能平板終端及物聯(lián)網(wǎng)云中心。并通過無線傳輸方式自動控制各繼電器給給排水設(shè)備、增壓泵、水溫控制設(shè)備工作。

2.2水產(chǎn)品智能養(yǎng)殖管理系統(tǒng)

一、水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)介紹

對本專業(yè)學(xué)生的知識要求為：掌握現(xiàn)代生物科學(xué)（包括形態(tài)、分類、生態(tài)、生理生化、遺傳學(xué)等）和環(huán)境科學(xué)（包括生態(tài)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測與分析、環(huán)境保護(hù)等）的基本理論；掌握水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動植物的增養(yǎng)殖技術(shù)、營養(yǎng)與飼料研發(fā)、病害防治、育種和漁業(yè)水域環(huán)境管理、調(diào)控和生態(tài)修復(fù)等方面的基本知識和基本技能；掌握主要養(yǎng)殖魚類、甲殼類、貝類、藻類的人工育苗、育種和成體的集約化養(yǎng)殖等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)；掌握內(nèi)陸水域、淺海、灘涂的漁業(yè)資源和環(huán)境調(diào)查與規(guī)劃的基本方法，了解現(xiàn)代化養(yǎng)殖工程、海洋漁業(yè)和水產(chǎn)品加工利用的基本知識；了解水產(chǎn)增養(yǎng)殖學(xué)和生命科學(xué)的前沿和發(fā)展趨勢；熟悉有關(guān)水產(chǎn)資源保護(hù)、環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、捕撈和漁政等方面的方針、政策和法規(guī)。

二、水生生物資源與環(huán)境調(diào)查實習(xí)的歷史沿革

無論從水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)要求，還是從專業(yè)特色來看，水產(chǎn)資源保護(hù)和漁業(yè)水域環(huán)境調(diào)控都是本專業(yè)的核心內(nèi)容，因此本實習(xí)都有著十分重要的地位。本實習(xí)經(jīng)歷了多次更名，最早為“漁業(yè)資源調(diào)查（淡水生物）教學(xué)實習(xí)”，2006年更名為“漁業(yè)環(huán)境生物調(diào)查實習(xí)”，2008年更名為“水生生物調(diào)查實習(xí)”，2010年更名為“水生生物認(rèn)識實習(xí)”，2014年更名為“水生生物資源與環(huán)境調(diào)查”，實習(xí)內(nèi)容逐步豐富并跟進(jìn)學(xué)科的發(fā)展和以生為本教學(xué)理念的變化。

三、水生生物資源與環(huán)境調(diào)查實習(xí)的目的和要求

通過本實習(xí)，要求學(xué)生進(jìn)一步鞏固課堂所學(xué)水生生物學(xué)的基本知識，初步掌握內(nèi)陸淡水水域水生生物資源與環(huán)境調(diào)查研究方法，培養(yǎng)獨立分析與研究問題的能力。通過實習(xí)觀察各類水生植物、無脊椎動物、魚類的形態(tài)特征、生活習(xí)性及所處水域生態(tài)環(huán)境特征，熟悉各類水生生物標(biāo)本的采集、固定方法和鑒定方法。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、動手實踐能力、文獻(xiàn)查閱能力、口頭表達(dá)能力和科技報告的撰寫能力。

高密度魚蝦養(yǎng)殖池水體中殘餌、糞便量大，水質(zhì)易惡化。生物活性水質(zhì)改良劑能將水體和底泥中的氨氮、硫化氫等有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸娴奈镔|(zhì)，從而改良水質(zhì)，促進(jìn)魚蝦生長，增產(chǎn)增收。

常用的生物活性改良劑有下列6種：

1、光合細(xì)菌高密度魚蝦池水中所含的大量糞便和殘餌，腐改后產(chǎn)生氨態(tài)氮、硫化氫等有害物質(zhì)，污染水體和底質(zhì)，造成魚蝦生長緩慢甚至中毒死亡。同時，水體富營養(yǎng)化后病原微生物滋生，魚蝦會感染發(fā)病，光合細(xì)菌能吸收水體中有的有毒物質(zhì)，長成自己有效力的細(xì)胞，并形成優(yōu)勢群落，抑制病原微生物生長，凈化水質(zhì)。施用光合細(xì)菌，苗池每次用10－50毫克／升；成魚、蝦、蟹池首次用5－10毫克／升，以后用量減半，每次間隔7－10天。

2、硝化細(xì)菌在水環(huán)境中，硝化細(xì)菌可將由腐生菌和固氮菌分解或合成的氨或氨基酸轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使水體和底泥中的有毒成分轉(zhuǎn)化為無毒成分，凈化水質(zhì)。成魚、蝦、蟹池每次施用硝化細(xì)菌2－5毫克／升。

3、乳酸菌群乳酸菌屬嫌氣性菌群，靠攝取光合細(xì)菌、酵母菌產(chǎn)生的糖類形成乳酸。乳酸具有殺菌作用，能抑制有害微生物活動，致病菌增殖和無機(jī)物腐敗；并能使木質(zhì)和纖維素有機(jī)物發(fā)酵分解，有利于動植物吸收。

4、酵母菌群酵母菌屬好氣性菌群，它能利用植物根部分泌及其他有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)酵力，合成促根系生長及細(xì)胞分裂的活性物質(zhì)。酵母菌能為乳酸菌、放線菌等提供增殖基質(zhì)，為動物提供單細(xì)胞蛋白。

1解決池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)問題是發(fā)展健康、高效生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的必然要求

在現(xiàn)代社會中，人民生活水平不斷提高的同時，生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，水質(zhì)問題不可避免地對水產(chǎn)品健康生長造成危害，間接影響食用者身體健康，人們對水產(chǎn)品健康狀況愈加重視。其次，大力解決池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)問題是當(dāng)前環(huán)境下發(fā)展健康、生態(tài)、可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的必然要求，也是推進(jìn)池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)不斷向前發(fā)展的必由之路。

2池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖常見水質(zhì)問題及危害

近年來，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，自然生態(tài)環(huán)境狀況不斷惡化，植被銳減、大氣污染、工業(yè)排放等因素都對自然水體構(gòu)成嚴(yán)重危害，致使水質(zhì)狀態(tài)每況愈下，對池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成嚴(yán)重影響。綜合來講，池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖常見水質(zhì)問題主要表現(xiàn)為以下幾類：

2.1池塘水體中PH值異常。

PH值即酸堿度，是衡量水體酸堿度的重要指標(biāo)，PH值異常對池塘水產(chǎn)品的生長造成不良影響，甚至造成水產(chǎn)品死亡。當(dāng)PH值過低時，水體呈現(xiàn)酸性，致使在水中生長的水產(chǎn)品血液PH值降低，水產(chǎn)品動物血液載氧能力下降，容易造成動物生理性缺氧，暈厥而浮出水面。當(dāng)水體PH過高，水體呈堿性，此時水體腐蝕性強(qiáng)，容易對動物器官組織造成損傷，甚至引起動物大量死亡。此外，水體PH值異常還容易使水體中的微生物受到抑制，有機(jī)物常留水體，不易分解，水體毒性強(qiáng)，動物不易生存，更談不上生長發(fā)育。

1魚塘清整與消毒

1.1魚塘清淤

魚、蝦、蟹等經(jīng)1年的飼養(yǎng)后，池底往往沉積著大量的食物殘渣和排泄物，這些有機(jī)廢物經(jīng)腐爛、分解后在池底形成淤泥，而淤泥是細(xì)菌很好的培養(yǎng)基。因此，當(dāng)淤泥沉積到一定厚度時，必須及時清除。銀鯽類的出血病及羅氏沼蝦、青蝦等細(xì)菌性病害的發(fā)病率的上升與池底淤泥不及時清理有一定的關(guān)系。按國外對蝦養(yǎng)殖經(jīng)驗來看，高密度蝦類養(yǎng)殖，最好每年將池底的1層浮泥予以清除，其目的也是去除細(xì)菌滋生所需的營養(yǎng)源。另外，淤泥中有大量的寄生蟲卵及孢子等，挖除多余的淤泥亦可大大減低侵襲性病害的發(fā)生率。一般來講，池底淤泥厚度只需15cm左右即可。這樣既使水體有一定肥度培育浮游生物，滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖類對天然餌料的需求，又可減少致病菌的滋生場所和細(xì)菌密度。因此，每年對魚池清整時，必須清除池底多余的淤泥。

1.2池底曝曬與冰凍

池底每年需經(jīng)15d左右的曝曬和冰凍，一是改良池底的土質(zhì)，二是使池底淤泥中的致病菌和寄生蟲卵及孢子的密度下降。池底經(jīng)曝曬和冰凍的魚池，養(yǎng)殖病害的發(fā)病率明顯下降。但池底干枯時間過長則易引起草荒。

1.3藥物清塘

1淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖如何影響漁業(yè)水域環(huán)境

1.1殘餌、排泄物、分泌物

人類在進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖中，尤其是一些池塘養(yǎng)殖，水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的營養(yǎng)能量來源是人工投餌，但不可避免的是人類投餌的食物并不能完全被養(yǎng)殖生物所吸收，就會導(dǎo)致無法被養(yǎng)殖生物所食的餌料排泄物及分泌物溶解出來的營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)污染環(huán)境，這些有機(jī)物在淡水中進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化會消耗大量的溶解氧，直接引起魚蝦貝類生長受抑、餌料系數(shù)降低，嚴(yán)重的還會出現(xiàn)窒息死亡。有機(jī)物的氨化作用會產(chǎn)生氨，氨會轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽，這是導(dǎo)致水產(chǎn)動物發(fā)生疾病的重要因素，比如一定數(shù)量的分子氨會直接損失魚鰓表皮細(xì)胞，降低魚類的免疫力。

1.2化學(xué)農(nóng)藥、抗生素、飼料添加劑

在淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖中，人類為了加快促進(jìn)生物的生長，維持水體的環(huán)境相對穩(wěn)定性，防治病害的發(fā)生，會使用一些化學(xué)農(nóng)藥、抗生素和飼料添加劑，這些是現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖中非常重要的技術(shù)手段，但不可忽視的是，由于人為主觀原因，導(dǎo)致了化學(xué)農(nóng)藥和抗生素的濫用，加上沒有合理和使用搭配飼料添加劑，也會導(dǎo)致是殘留和積累的水產(chǎn)品在水域中。

2治理措施

1.“洼地效應(yīng)”理論的引入分析

一是具有比較性。這是“洼地效應(yīng)”的核心特征，是開展經(jīng)濟(jì)活動的基礎(chǔ)，更是抓好產(chǎn)業(yè)布局的關(guān)鍵，決策群體可以通過不同區(qū)域之間的區(qū)位、交通、資源、人才、技術(shù)、政策等因素的比較，根據(jù)需要做出適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最佳組合。二是具有趨向性。趨向性即是一種形象性的概括，也是遵循市場規(guī)律的體現(xiàn)，市場在資源配置過程中，由于供需、成本、政策導(dǎo)向、資源開發(fā)等關(guān)系的作用下，引發(fā)資本流向發(fā)生改變，形成新興的產(chǎn)業(yè)集聚鄂爾多斯的羊絨、鏡泊湖旅游、深圳特區(qū)都是“洼地效應(yīng)”的趨向性體現(xiàn)。三是具有周期性。洼地效應(yīng)也是一個歷史發(fā)展過程，有其產(chǎn)生、發(fā)展、壯大、消亡的客觀規(guī)律，起始“洼地效應(yīng)”不是那么，伴隨著“底層”設(shè)施建設(shè)、各項規(guī)章制度制定，“洼地效應(yīng)”才會慢慢顯現(xiàn)出來，隨著資金、技術(shù)、勞動力的不間斷流入，市場開始飽和起來，對外依賴開始加大，競爭逐漸嚴(yán)重，“洼地效應(yīng)”逐漸消失，也跟水流一樣，隨著位勢的降低速度不斷趨緩。

2.八五五農(nóng)場創(chuàng)造“洼地效應(yīng)”的比較優(yōu)勢

前面我們從理論層面對“洼地效應(yīng)”進(jìn)行了簡要分析，在汲取科學(xué)發(fā)展要素的基礎(chǔ)上，下面我們以發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為重點，分析八五五農(nóng)場產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛力和優(yōu)勢。

2.1區(qū)位優(yōu)勢

八五五農(nóng)場，隸屬黑龍江農(nóng)墾總局牡丹江管理局，位于密山市境西北部與寶清縣、七臺河市交界處。場部距密山市區(qū)60里路程。結(jié)合自然條件下的地理環(huán)境和發(fā)展乳肉禽蛋產(chǎn)業(yè)的區(qū)位要求，八五五農(nóng)場具備了發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖的區(qū)位優(yōu)勢。

1智能體系統(tǒng)設(shè)計

1.1信息采集智能體設(shè)計信息采集智能體由信息采集模塊和CC2530芯片組成，兩者通過CC2530芯片的通用I／O口相連接，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其控制核心為CC2530芯片，該芯片內(nèi)部集成有A／D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)型8051處理器和ZigBee無線單元，負(fù)責(zé)對各類傳感器進(jìn)行管理，實現(xiàn)環(huán)境因子信息的采集、預(yù)處理和發(fā)送。信息采集模塊中的溫度傳感器、溶解氧傳感器、pH傳感器等采集到的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，通過調(diào)理電路，進(jìn)行濾波和電壓整定，并通過I／O口送入A／D轉(zhuǎn)換器；增強(qiáng)型8051處理器讀取A／D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化處理后的環(huán)境因子信息，最終送入ZigBee無線單元，該單元通過射頻信號將數(shù)據(jù)傳給該養(yǎng)殖池內(nèi)的信息匯聚智能體。每個養(yǎng)殖池內(nèi)可以在不同區(qū)域設(shè)有多個信息采集智能體，供信息匯聚智能體讀取數(shù)據(jù)，以保證采集數(shù)據(jù)的可信度。

1.2信息匯聚智能體設(shè)計信息匯聚智能體結(jié)構(gòu)如圖3所示。該結(jié)構(gòu)具有兩項功能：一方面起到環(huán)境因子數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)作用，按現(xiàn)場監(jiān)控智能體的要求，采用輪詢的方式讀取本池中各信息采集智能體發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控智能體；另一方面兼有圖像采集與發(fā)送功能，利用串口CMOS攝像頭進(jìn)行養(yǎng)殖物圖像采集，攝像頭通過RS232與CC2530中的無線單元ZigBee相連，由無線單元ZigBee完成圖像向現(xiàn)場監(jiān)控智能體的傳輸。

1.3環(huán)境調(diào)節(jié)智能體設(shè)計環(huán)境調(diào)節(jié)智能體由無線收發(fā)模塊和工控機(jī)組成，兩者通過RS485相連，如圖4所示。無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)接收現(xiàn)場監(jiān)控智能體通過無線通信發(fā)送過來的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，進(jìn)行解調(diào)，最終上傳給工控機(jī)。工控機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)其具備的知識對數(shù)據(jù)進(jìn)行推理（推理模塊），并將推理結(jié)果（調(diào)節(jié)任務(wù)）交給決策模塊進(jìn)行評價和決策。決策模塊利用已有的知識和各種狀態(tài)數(shù)據(jù)對推理結(jié)果進(jìn)行評價和決策，如果具備執(zhí)行該任務(wù)的能力，則交給控制模塊去執(zhí)行，否則啟動通信模塊與現(xiàn)場監(jiān)控智能體進(jìn)行協(xié)商?？刂颇K通過設(shè)備接口把任務(wù)交給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成。決策模塊還能通過人機(jī)界面向操作員分發(fā)報警、決策請求等事件，并接收操作員的輸入信息。工控機(jī)強(qiáng)大的控制功能和可擴(kuò)展性，使得一個環(huán)境調(diào)節(jié)智能體能夠?qū)λ叙B(yǎng)殖池的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有電磁閥（溫度和pH調(diào)節(jié)）、水泵、增氧機(jī)、攪拌機(jī)等，用于調(diào)節(jié)養(yǎng)殖池中各環(huán)境因子，以提供養(yǎng)殖物生長的最佳環(huán)境。環(huán)境調(diào)節(jié)智能體對養(yǎng)殖環(huán)境的調(diào)節(jié)采取閉環(huán)控制，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)在進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)的同時，該智能體中的無線收發(fā)模塊實時讀取養(yǎng)殖池中的各項環(huán)境參數(shù)，并進(jìn)行判斷，任一項參數(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)要求即關(guān)閉相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.4現(xiàn)場監(jiān)控智能體設(shè)計現(xiàn)場監(jiān)控智能體由信息收發(fā)單元和監(jiān)控計算機(jī)組成，兩者之間通過RS232／485總線連接，其功能結(jié)構(gòu)與環(huán)境調(diào)節(jié)智能體基本相同。信息收發(fā)單元負(fù)責(zé)接收各養(yǎng)殖池中的IGA上傳來的信號，并傳送給監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行保存，監(jiān)控計算機(jī)通過比較判斷，如需要對環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，則通過信息收發(fā)單元以無線方式通知環(huán)境調(diào)節(jié)智能體工作，實現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的閉環(huán)控制。監(jiān)控計算機(jī)的另一項任務(wù)，是通過信息匯聚智能體定期采集養(yǎng)殖物質(zhì)體的圖像（此時信息采集智能體處于休眠狀態(tài)），并利用專用軟件對采集到的圖像進(jìn)行處理與診斷，如發(fā)現(xiàn)有病變嫌疑則及時報警，避免重大損失的發(fā)生。

1.5各智能體間的協(xié)作基于多智能體的協(xié)同水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)，通過多智能體之間的相互協(xié)作，來增強(qiáng)系統(tǒng)的監(jiān)控能力，系統(tǒng)具有更好的靈活性和魯棒性，便于適應(yīng)多變的養(yǎng)殖環(huán)境，其協(xié)作模型如圖5所示。下級智能體接收到上級智能體的任務(wù)請求后，根據(jù)自身的能力描述和當(dāng)前狀態(tài)，判斷任務(wù)是否可以接受：如果處于故障狀態(tài)或忙碌狀態(tài)，則對該請求進(jìn)行回絕；如果能接受這項請求，則返回接受信號，對請求的任務(wù)進(jìn)行評

1硬件組成

水產(chǎn)養(yǎng)殖智能控制系統(tǒng)主要由臺達(dá)TP04P一體機(jī)、溶氧溫度傳感器(RS485接口)、工業(yè)級GPRSDTU模塊和智能監(jiān)控管理系統(tǒng)等組成(圖1)。TP04P文本一體機(jī)的COM2為內(nèi)建PLC的主站口，通過MODBUSRTU協(xié)議讀取溶氧溫度傳感器的溶氧值和溫度值;COM3口為內(nèi)建PLC的從站口(需新測試版軟件的支持)，用戶借助互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺和DTU模塊，通過COM3口遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。

2控制要求

用戶通過文本顯示器可以讀取當(dāng)前水中的溶氧值和溫度值，并且將其顯示在首頁。用戶可以設(shè)定溶氧值的上下限，在旋鈕旋至自動模式時，水中溶氧值一旦低于設(shè)定的下限值，便自動啟動增氧機(jī)，水中溶氧值大于設(shè)定的上限值，便自動關(guān)閉增氧機(jī)。沖洗泵用于自動清洗傳感器，系統(tǒng)工作時，清洗15minh。用戶可以設(shè)定每天3個時間段強(qiáng)制增氧，當(dāng)全設(shè)為0或錯設(shè)時不起作用;可以設(shè)定每天兩個時間點的自動投食，投食時長可以設(shè)定;可以設(shè)定萬年歷。用戶的網(wǎng)頁控制平臺可以通過GPRSDTU模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控(讀取溶氧和溫度、設(shè)定1個啟動時間段、啟停投食、遠(yuǎn)程控制增氧機(jī)的啟停等)。

3實現(xiàn)過程

3.1溶氧傳感器協(xié)議用戶的溶氧傳感器為MODBUSRTU協(xié)議，格式要求如下。①波特率:9600;②起始位:1;③數(shù)據(jù)位:8;④奇偶校驗位:無;⑤終止位:1。本協(xié)議參照Modbus消息幀，由地址域、功能域、數(shù)據(jù)域和錯誤檢測域4個域構(gòu)成。①設(shè)備地址:1個字節(jié)，地址10為默認(rèn)地址;②功能碼:長度為1個字節(jié);③數(shù)據(jù)域;④CRC校驗。長度為2個字節(jié)，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。應(yīng)答協(xié)議格式如表1所示。表1應(yīng)答協(xié)議格式Tab.1Responseprotocolformat地址域功能碼字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)(高字節(jié)在前低字節(jié)在后)CRC161004H08H8字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)注:數(shù)據(jù)區(qū)=溫度電極電壓(2B)+溫度(2B)+溶解氧電極電壓(2B)+溶解氧(2B)舉例:發(fā)送:020400000008F1FF應(yīng)答:020408102C290977179C279ED5

1D-loop區(qū)

線粒體DNA非編碼區(qū)由兩個tRNA基因分離，D-loop區(qū)域就處在這個非編碼區(qū)中[2]。在線粒體DNA中，D-loop區(qū)是重鏈和輕鏈的復(fù)制起點，也稱之為“控制區(qū)ControlRegion”，其進(jìn)化壓力較小，是線粒體DNA基因組序列和長度變異最大的區(qū)域，Horai等[3]發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的基因變化速度比細(xì)胞核DNA和其他細(xì)胞器的基因快5倍，同時也是進(jìn)化最快的部分。因此，選擇D-loop區(qū)作為鑒定種群遺傳狀況的分子標(biāo)記直接有效。利用D-loop的序列在群體遺傳學(xué)上進(jìn)行分析的工作在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)展開了，那時候僅僅用于分析區(qū)域內(nèi)種間的親緣關(guān)系。現(xiàn)今，D-loop區(qū)已經(jīng)廣泛被用作非常高效的工具來推斷不同區(qū)域內(nèi)種間或種內(nèi)的親緣關(guān)系和遺傳狀況。D-loop區(qū)中仍然細(xì)分為3個部分，中央保守區(qū)、終止序列區(qū)和保守序列區(qū)。其中終止序列區(qū)包含了線粒體DNA終止復(fù)制的相關(guān)序列，是變異最大的部分[4]，最具研究和分析價值。在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果分析時，由D-loop序列分析得到的單倍型多樣性指數(shù)和核苷酸多樣性是兩個評價群體遺傳資源或者群遺傳多樣性的重要指標(biāo)。

1.1野生群體遺傳多樣性分析

1.1.1D-loop部分序列分析D-loop序列分析中，由于并不是整個D-loop序列都發(fā)生堿基的插入或者替換，可以采取對保守序列區(qū)或者終止序列區(qū)的部分區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增。由于這兩個部分的進(jìn)化比中央保守區(qū)迅速得多，只對這一區(qū)段的序列進(jìn)行分析也能代表物種的遺傳多樣性和進(jìn)化過程。張仁意等[5]對青海4個不同湖水采集的155尾裸鯉（Gymnocyprisprzewalskii）個體的線粒體DNA的D-loop區(qū)中部分序列進(jìn)行擴(kuò)增，得到754bp的序列長度，分析發(fā)現(xiàn)155個樣本中有34個單倍型，但4個群體中可魯克湖群體的單倍型多樣性和核苷酸多樣性遠(yuǎn)低于其他種群；進(jìn)一步的遺傳分化系數(shù)的分析表明，該地區(qū)已經(jīng)產(chǎn)生一定的遺傳分化，但由于地理隔離的原因，系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果還沒有發(fā)展出明顯的單枝，加之該區(qū)域群體的遺傳多樣性偏低，需要進(jìn)行重點保護(hù)。

鄭真真等[6]對全球大青鯊（Prionaceglauca）進(jìn)行了D-loop區(qū)中694bp擴(kuò)增分析，采集了來自中東太平洋、中西太平洋、中東大西洋、西南大西洋和印度洋5個海域的165尾個體，分析發(fā)現(xiàn)145個單倍型，變異程度非常大。進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)5個區(qū)域的大青鯊種群的單倍型和核苷酸都處于較高水平，種質(zhì)資源較好；但是遺傳分化指數(shù)顯示5個區(qū)域存在強(qiáng)烈的基因交流，種群遺傳分化水平較低。鄒芝英等[7]采集了8尾長鰭鯉（Cyprinuscarpiovar.longfin），擴(kuò)增得到600bp的部分序列，找到了與終止區(qū)域相關(guān)的6個特征序列；對這些特定的區(qū)域分析得到6個單倍型，13個變異位點，顯示了較好的種質(zhì)資源狀況，核苷酸多樣性數(shù)值與其他魚類接近，遺傳狀況中等，由于該物種稀有且僅存在偏遠(yuǎn)地區(qū)，保護(hù)珍惜水產(chǎn)動物資源已經(jīng)迫在眉睫。向燕等[8]為了了解3種鱘魚：達(dá)氏鱘（Acipenserdabryanus）、中華鱘（A.sinensi）和史氏鱘（A.schrencki）親魚的遺傳狀況和遺傳背景，對線粒體D-loop區(qū)部分序列進(jìn)行分析，擴(kuò)增得到400bp的序列，49尾親魚個體一共得到僅18個單倍型，并且對于單倍型系統(tǒng)發(fā)育樹分析后，發(fā)現(xiàn)集中在6個單倍型中，說明這些群體很有可能來自同一母親；不過各單倍型遺傳距離較遠(yuǎn)，說明父本來自不同的個體；其結(jié)果提示，在生產(chǎn)中仍要采用不同單倍型進(jìn)行人工繁育，以避免近親而導(dǎo)致種質(zhì)退化。

Kumazawa等[9]研究發(fā)現(xiàn)，D-loop的5＇端和3＇端有串聯(lián)重復(fù)序列，這段的變異速率較快。Abinash等[10]在北美不同區(qū)域采集淡水扁頭鯰（Pylodictisolivaris），對35bp的串聯(lián)重復(fù)區(qū)進(jìn)行分析檢測，從美國35個水系采集了330尾樣本，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在東南墨西哥灣的70%樣本出現(xiàn)串聯(lián)重復(fù)的變異，而采自密西西比河95％的樣本和墨西哥灣西南沿岸的扁頭鯰沒有出現(xiàn)這個區(qū)域的變異；系統(tǒng)發(fā)育的計算結(jié)果表明，在70萬年和205萬年左右出現(xiàn)群體分流；從地理位置上看，密西西比河的支流進(jìn)入墨西哥灣西南沿岸流域，而東南墨西哥灣為另一條流域；該結(jié)果表明種群的遺傳結(jié)構(gòu)受到地域特殊性的影響。D-loop區(qū)部分序列的結(jié)果分析能滿足一定程度的遺傳多樣性和遺傳狀況分析，可以得到可靠的結(jié)果數(shù)據(jù)幫助人們進(jìn)行資源保護(hù)和簡單的育種工作。隨著科技進(jìn)步和測序水平的改善，進(jìn)行全序列的測序漸漸進(jìn)入研究者的視野，全長序列將獲得更加完整和正確的結(jié)果。