斑馬魚及水生無脊椎動(dòng)物呼吸代謝測量系統(tǒng)

是由丹麥哥本哈根大學(xué)和奧爾堡大學(xué)研制的、廣泛應(yīng)用的水生動(dòng)物特別是魚類的呼吸測量儀器，主要用于魚類、水生無脊椎動(dòng)物、魚卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測量。廣泛應(yīng)用于海洋淡水魚類等水生生物生態(tài)學(xué)、水體環(huán)境毒理學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、魚類行為生理生態(tài)、水生動(dòng)物發(fā)育生態(tài)及水族箱等研究。

  魚類及水生無脊椎動(dòng)物呼吸代謝測量系統(tǒng)采用了“間歇式”呼吸測量法，集合了“開放式”呼吸測量法測量時(shí)間長和“封閉式”呼吸測量法簡易的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了“開放式”時(shí)間解析度差、“封閉式”不能連續(xù)長時(shí)間測量的缺點(diǎn)。

“間歇式”測量的呼吸室放置在水浴槽（周邊水體）內(nèi)，與兩個(gè)潛水泵——一個(gè)循環(huán)泵和一個(gè)交換泵相連。循環(huán)泵可以確保呼吸室內(nèi)水體的均一且保證有足量的水流經(jīng)傳感器，而交換泵可以使周邊水體與呼吸室內(nèi)水體進(jìn)行交換。測量時(shí)交換泵關(guān)閉，此時(shí)呼吸室類似于“封閉式”，然后由計(jì)算機(jī)控制開啟交換泵，周邊水體被泵入呼吸室從而使氧氣水平達(dá)到測量前的水平。

整個(gè)過程分成3個(gè)步驟：測量、水體交換、等待，測量時(shí)循環(huán)泵開啟、水體交換時(shí)交換泵開啟循環(huán)泵關(guān)閉，等待時(shí)交換泵關(guān)閉循環(huán)泵開啟，每10分鐘即可測量1次。如此以來，像“開放式”呼吸測量一樣，實(shí)驗(yàn)可以無限期地進(jìn)行下去，從而進(jìn)行長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)分析測量。并且“間歇式”呼吸測量法有很高的時(shí)間解析度，可以反映突然的耗氧量變化。如下圖為幼體虹鱒魚的呼吸代謝測量，可以看出：在開始時(shí)由于處理魚時(shí)造成的應(yīng)激反應(yīng)，耗氧率很高，隨后即達(dá)到一個(gè)較低的平穩(wěn)水平——相當(dāng)于基礎(chǔ)代謝率。

在每個(gè)測量期，由于動(dòng)物的呼吸耗氧，溶解氧濃度隨著測量時(shí)間的延長而降低并呈直線相關(guān)關(guān)系。動(dòng)物耗氧率（每小時(shí)每公斤體重消耗的毫克氧氣）等于相關(guān)曲線的斜率乘以呼吸室的凈體積除以動(dòng)物的體重。

功能特點(diǎn)  

· “間歇式”呼吸測量法，集合了“開放式”呼吸測量法測量時(shí)間長和“封閉式”呼吸測量法簡易的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了“開放式”時(shí)間解析度差、“封閉式”不能連續(xù)長時(shí)間測量的缺點(diǎn)；

· 溶解氧測量采用熒光光纖氧氣測量技術(shù)，測量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、無氧耗；

· 呼吸測量室有靜態(tài)呼吸室和動(dòng)態(tài)呼吸室/游泳室，分別用于測量標(biāo)準(zhǔn)代謝（SMR）和不同游泳速度的活動(dòng)代謝（AMR）；

· 全自動(dòng)化控制、記錄及分析數(shù)據(jù)，簡單易用；潛水泵開閉的控制及氧氣信號(hào)的獲取均通過藍(lán)牙的方式，遠(yuǎn)程無線傳輸能夠有效避免多通道線纜連接的繁瑣和潛水泵工作時(shí)產(chǎn)生的噪音對使用者的影響。

· 呼吸室高度定制，可根據(jù)水生動(dòng)物的形態(tài)、大小定制各種形狀（如水平、立式）、各種尺寸的呼吸室。

配置方案

系統(tǒng)主要包括多通道熒光光纖氧氣測量主機(jī)及傳感器、靜態(tài)呼吸室、AutoResp自動(dòng)控制及分析軟件、水環(huán)境控制模塊及其他配件或備選件。根據(jù)需求，有單通道、四通道、八通道及更多通道測量系統(tǒng)，可以同時(shí)連接多個(gè)呼吸室以測量多個(gè)斑馬魚的呼吸代謝情況。

u 單通道系統(tǒng)：由單通道熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)、1個(gè)呼吸室、兩個(gè)潛水泵、管路等配件組成?？蛇x配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動(dòng)代謝研究，還可選配溫度及氧氣監(jiān)測控制模塊。

· 四通道系統(tǒng)：由四通道熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)、4個(gè)呼吸室、8個(gè)潛水泵等配件組成，可選配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動(dòng)代謝研究，還可選配溫度及氧氣監(jiān)測控制模塊。

· 八通道系統(tǒng)：由兩個(gè)四通道熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)、8個(gè)呼吸室等組成，可選配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動(dòng)代謝研究，還可選配溫度、氧氣監(jiān)測控制模塊。

技術(shù)指標(biāo)

· 熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)：包括四通道測量主機(jī)、粘貼式氧氣傳感器及溫度傳感器。高時(shí)空分辨率，藍(lán)牙通訊，可在線測量水體和空氣中的氧氣，可長期在線監(jiān)測，零氧耗、穩(wěn)定性高。

· 檢測極限0.03%或15ppb；

· 溫度、鹽度、氣壓實(shí)時(shí)補(bǔ)償，不受電磁信號(hào)干擾、實(shí)時(shí)記錄、顯示呼吸室內(nèi)氧氣隨時(shí)間的變化。

· AutoResp自動(dòng)控制及軟件：自動(dòng)計(jì)算顯示耗氧率、相關(guān)系數(shù)R2，實(shí)時(shí)記錄、顯示耗氧率隨時(shí)間的變化；實(shí)時(shí)記錄、顯示溫度隨時(shí)間的變化，測量數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)成Excel格式文檔，原始數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)成Txt格式文檔。

· 即時(shí)切換測量方法和調(diào)整間歇式呼吸測量法的測量/交換時(shí)間；

· 數(shù)據(jù)后分析：自動(dòng)計(jì)算SMR、Pcrit等參數(shù)，顯示計(jì)算圖表；

· 自動(dòng)設(shè)置：提供預(yù)設(shè)的系統(tǒng)配置供使用者選擇。

· 水環(huán)境控制模塊：包括溫度監(jiān)測控制模塊和溶解氧監(jiān)測控制模塊?？蓡为?dú)調(diào)控CO2/pH。

· 溫度監(jiān)測控制模塊包括溫度傳感器、潛水泵、不銹鋼散熱管等。溫度傳感器Pt1000測量范圍-50℃~180℃，精度±0.15℃；

· 氧氣監(jiān)測控制模塊包括熒光光纖氧氣傳感器、電磁閥、氣石等，模塊通過控制電磁閥加氧或者加氮以控制水體處于過氧或者缺氧狀態(tài)。

· CO2/pH監(jiān)測控制模塊包括控制器主機(jī)、pH計(jì)及探頭、電磁閥、氣石及CapCTRL調(diào)控軟件等，通過監(jiān)測pH值間接確定水中CO2含量并調(diào)節(jié)控制水的pH和CO2含量并實(shí)時(shí)監(jiān)測，pH值測量范圍0~14，分辨率0.01。

· 呼吸室：

丙烯酸或者硼硅玻璃，內(nèi)徑分別62 – 240mm或者9 – 45mm可選，長度可選（主要根據(jù)水生動(dòng)物的長度和體積）。還可根據(jù)動(dòng)物形狀及用戶具體要求定制其他各種類型的呼吸室，如斑馬魚呼吸室，適用于螃蟹、蚌等其他水生動(dòng)物的呼吸室等。

· 潛水泵：靜態(tài)游泳室有5L/min和10L/min兩種流速可選，與呼吸室的容積相匹配。

· 游泳室：包括外部水浴池、活動(dòng)室、馬達(dá)、潛水泵等，不同型號(hào)技術(shù)指標(biāo)如下表：

應(yīng)用案例

· 加拿大麥克馬斯特大學(xué)（McMaster University）的Du等人使用魚類呼吸代謝測量系統(tǒng)測量了污水處理廠下游兩處（50m和830m）的藍(lán)腮太陽魚的耗氧率。發(fā)現(xiàn)受污染區(qū)域藍(lán)腮太陽魚的標(biāo)準(zhǔn)代謝率相較于無污染的參照區(qū)域較高，即代謝成本升高。但代謝成本升高也伴隨著氧氣吸收、傳遞和利用等方面的生理補(bǔ)償性調(diào)整，如鰓表面積擴(kuò)大，血氧親和力降低，離體肝線粒體氧化磷酸化能力增強(qiáng)等等。該論文發(fā)表在2018年的《Environmental Science & Technology》（1區(qū)，IF = 6.653@ 2017-2018）雜志上。題目為《Metabolic costs of exposure to wastewater effluent lead to compensatory adjustments in respiratory physiology in bluegill sunfish》。