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野外魚類呼吸代謝測量及運動、行為監測系統
發布時間： 2018-08-09 點擊次數： 4061次關鍵詞：魚類 呼吸代謝 動物行為 動物遷徙 DST 生理監測 PIT標簽
近日，多通道魚類間歇式呼吸測量系統被北密歇根大學Jill Leonard實驗室的研究小組帶到了野外。他們的目標是測量野生溪紅點鮭的靜止代謝率和大代謝率，從而評估其代謝水平以區分魚個體，并且對個體進行PIT標記研究其遷徙規律。
四通道魚類間歇式呼吸測量系統用于野生溪紅點鮭的呼吸代謝測量
Jill Leonard向我們詳細介紹了研究小組所使用的設備：“野外測量獲得的呼吸代謝數據和實驗室測量的相匹配，我們會拿這些數據和傳統實驗獲得的參數進行比較。為了實現野外實地測量，這套呼吸測量系統采用了發電機供電。同時為了充分利用野外環境和獲取更為真實準確的數據，我們用天然河水來測量和進行溫度控制。在確定了個體的代謝水平并且據此對其歸類之后，溪紅點鮭將會被電子標簽標記，并放回河流中。我們之后會使用固定式和移動式的天線終端監測其運動行為。”
Jill Leonard和野生溪紅點鮭
先前的研究已經確定了魚類多種多樣的連續的運動策略，包括在特定地點定居、穿越整條河流洄游。Jill希望探究個體水平上的魚類運動行為和生理參數的相關性，以此來幫助解釋半洄游種群為什么會選擇不同的生活史策略。
北京易科泰提供完整的野外魚類呼吸代謝測量及運動、行為監測系統，讓您帶著“魚類實驗室”去野外進行調查和研究。該系統主要用于魚類行為、遷徙及生理學的綜合性研究，適合動物生理學、動物生態學、環境毒理學等領域。主要包括：
- 多通道魚類間歇式呼吸測量系統；
- 植入式動物生理監測系統；
- 水生動物行為觀測系統。
- 多通道魚類間歇式呼吸測量系統
耗氧率是一個靈敏反映硬骨魚水下生活環境的變化的重要指標（Turker，2011），因此耗氧率及其計算參數常常用來衡量環境變化（溫度、酸化、重金屬污染）對魚類的影響。利用耗氧率（MO2）計算得到的基礎代謝率（BMR）及維持基礎代謝的低環境氧氣分壓（Pcrit）是常用的指標之一（Bilberg et al.，2010）。
采用間歇式呼吸測量技術獲得的鱸魚耗氧率曲線，水平虛線代表基礎代謝率BMR
自動化的間歇式呼吸測量技術廣泛地用于水生生物生態學、水體環境毒理學等領域，其優勢在于：一方面，該技術對耗氧率的測量能夠達到很高的時間分辨率。自動化的魚類的呼吸監測不僅能夠長達數小時、數天，而且能夠做到每十分鐘甚至更短的時間內就能得到魚類的耗氧率，因此能夠揭示呼吸的短期變化（Bilberg et al.，2010）。另一方面，該技術配套的環境控制單元能夠實現對多種環境因子的調控，例如水體流速、CO2濃度（Melzner，et al., 2009）、pH、溫度等，從而能夠自動化地模擬海水酸化、溫度升高等氣候變化。
基于間歇式呼吸測量技術的游泳室，可調控水體流速進行游泳測試
連續記錄大西洋鱈魚在游泳室適應期的代謝率（A）；高CO2分壓下的代謝率和游泳速度的關系（B）
- 植入式動物生理監測系統
近年來魚類跟蹤相關的技術大量涌現。被動式電子標簽(Passive Integrated Transponder，PIT)和DST數據存儲技術（Data Storage Tag，DST）相比于其他傳統的魚類標記和跟蹤技術，具有*的優勢。
PIT標簽是一個微小的包含特定編號的無線電應答器，能夠賦予單個個體（魚類、兩棲動物、爬行動物甚至巖石）一個*的字母數字識別號碼。標簽的識別需要使用標簽讀取器（Reader或者Scanner）：讀取器能夠發射射頻，當標簽處于讀取范圍內時，標簽能夠把識別號碼反饋給讀取器。被動式電子標簽并不需要電池，因此能夠大大縮小標簽的體積用于微小組織，延長魚類等研究對象的壽命。
DST數據存儲技術（Data Storage Tag，DST）因其“小巧、高精度、生物相容性”等優勢而被廣泛使用于實驗動物監測、動物生理生態研究、藥理學研究、病理學研究、毒性實驗、免疫學研究實驗、能量代謝測量監測等領域。
DST記錄器通過縫合固定到大西洋鱈魚的腹鰭以小化標簽的移動，降低記錄誤差
無鉛的設計使得DST記錄器的植入對魚類的侵害降低到低且易于恢復。DST記錄器體積小、質量輕，且能夠把實時數據記錄在內置存儲器里。數據獲取完畢可將其擦除重置繼續投入使用。
魚類植入式的DST記錄器能夠長期記錄體溫、心率和活動等參數。三種類型的數據既可單獨使用，也可相互配合使用，又可分析三者的相關性。體溫記錄適用于無干擾地記錄研究周期內魚類的核心體溫，活動記錄的是相對于地球重力場的三個維度上的加速度，結合心率的數據，幫助研究者推斷研究對象在數月乃至數年內的一系列生理活動和變化，例如晝夜節律、冬眠模式、脅迫響應、溫度調節等等。
- 水生動物行為觀測系統
在一定的環境脅迫下，動物對外界環境變化進行適應首要體現在行為上。當外界某一或多個環境因子發生變化時，動物能夠依靠行為調節機制保持體內生理環境的穩定，以快速適應環境變化。所以，生物行為狀態的變化（由強至弱或由弱至強）通常被用作外界環境變化導致其死亡的早期診斷指標。而水生動物的行為變化也常常用于水質的快速監測預警（梁鴻等，2016）。
動物行為觀測系統由動物行為分析軟件、動物活動室/池、攝像頭等組成，通過數碼攝像頭錄制數碼視頻，并通過軟件在計算機上根據反差法（彩色或黑白）原理對視頻中的目標動物進行行為分析。
動物行為觀測系統的組成和原理；追蹤分析24孔板里的斑馬魚行為
通過動物行為觀測系統能夠獲得諸如動物活動時間與非活動時間、活動速度、加速度、轉彎率、在某一區域的逗留時間和訪問次數等行為學的數據。這些行為學的參數能夠很敏感地反映環境水體的變化，尤其是污染物（C. Ferrario et al.，2018）。
不同濃度的殺蟲劑毒死蜱（CPF）對大型溞游泳行為的影響
因此，動物行為觀測系統在野外實地調查和水質監測中發揮著重要作用。又如，根據鹵蟲無節幼蟲的行為追蹤和分析，動物行為觀測系統配合定制的微流控芯片能夠實現水質的快速監測（Huang Y，et al.，2016）。
動物行為觀測系統和微流控芯片組成的水質快速監測系統
主要參考文獻
Bilberg K, Malte H, Wang T, et al. Silver nanoparticles and silver nitrate cause respiratory stress in Eurasian perch (Perca fluviatilis).[J]. Aquatic Toxicology, 2010, 96(2):159-165.
Ferrario C, Parolini M, De Felice B, et al. Linking sub-individual and supra-individual effects in Daphnia magna exposed to sub-lethal concentration of chlorpyrifos[J]. Environmental Pollution, 2018, 235: 411-418.
Huang Y, Nigam A, Campana O, et al. Miniaturized video-microscopy system for near real-time water quality biomonitoring using microfluidic chip-based devices[C]// SPIE BioPhotonics Australasia. 2016:100131R.
Melzner F, Göbel S, Langenbuch M, et al. Swimming performance in Atlantic Cod (Gadus morhua) following long-term (4-12 months) acclimation to elevated seawater PCO2.[J]. Aquatic Toxicology, 2009, 92(1):30.
Turker H. The effect of water temperature on standard and routine metabolic rate in two different sizes of Nile tilapia.[J]. Kafkas Universitesi Veteriner Fakultesi Dergisi, 2011, 17(4):575-580.