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魚類及水生無(wú)脊椎動(dòng)物呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)是由丹麥哥本哈根大學(xué)和奧爾堡大學(xué)研制的世界上**的、廣泛應(yīng)用的水生動(dòng)物特別是魚類的呼吸測(cè)量?jī)x器，主要用于魚類、水生無(wú)脊椎動(dòng)物、魚卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測(cè)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(wú)脊椎動(dòng)物呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)采用了“間歇式”呼吸測(cè)量法，集合了“開(kāi)放式”呼吸測(cè)量法測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)和“封閉式”呼吸測(cè)量法簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了“開(kāi)放式”時(shí)間解析度差、“封閉式”不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的缺點(diǎn)。

“間歇式”測(cè)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(cè)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(kāi)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(cè)量前的水平。

整個(gè)過(guò)程分成3個(gè)步驟：測(cè)量、水體交換、等待，測(cè)量時(shí)循環(huán)泵開(kāi)啟、水體交換時(shí)交換泵開(kāi)啟循環(huán)泵關(guān)閉，等待時(shí)交換泵關(guān)閉循環(huán)泵開(kāi)啟，每10分鐘即可測(cè)量1次。如此以來(lái)，像“開(kāi)放式”呼吸測(cè)量一樣，實(shí)驗(yàn)可以無(wú)限期地進(jìn)行下去，從而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)分析測(cè)量。并且“間歇式”呼吸測(cè)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(cè)量，可以看出：在開(kāi)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(cè)量期，由于動(dòng)物的呼吸耗氧，溶解氧濃度隨著測(cè)量時(shí)間的延長(zhǎng)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)

l “間歇式”呼吸測(cè)量法，集合了“開(kāi)放式”呼吸測(cè)量法測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)和“封閉式”呼吸測(cè)量法簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了“開(kāi)放式”時(shí)間解析度差、“封閉式”不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的缺點(diǎn)；

l 溶解氧測(cè)量采用熒光光纖氧氣測(cè)量技術(shù)，測(cè)量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、無(wú)氧耗；

l 呼吸測(cè)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)代謝（SMR）和不同游泳速度的活動(dòng)代謝（AMR）；

l 全自動(dòng)化控制、記錄及分析數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單易用；潛水泵開(kāi)閉的控制及氧氣信號(hào)的獲取均通過(guò)藍(lán)牙的方式，遠(yuǎn)程無(wú)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(duì)使用者的影響。

l 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(cè)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(cè)量系統(tǒng)，可以同時(shí)連接多個(gè)呼吸室以測(cè)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(cè)量系統(tǒng)、1個(gè)呼吸室、兩個(gè)潛水泵、管路等配件組成。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(cè)控制模塊。

u 四通道系統(tǒng)：由四通道熒光光纖氧氣測(cè)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(cè)控制模塊。

u 八通道系統(tǒng)：由兩個(gè)四通道熒光光纖氧氣測(cè)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(cè)控制模塊。

技術(shù)指標(biāo)

? 熒光光纖氧氣測(cè)量系統(tǒng)：包括四通道測(cè)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(cè)量水體和空氣中的氧氣，可長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)，零氧耗、穩(wěn)定性極強(qiáng)。

a. 氧氣測(cè)量范圍0 – 100%或0 – 45ppm；

b. 檢測(cè)極限0.03%或15ppb；

c. 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(cè)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。

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

b. 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；

c. 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(cè)控制模塊和溶解氧監(jiān)測(cè)控制模塊。可單獨(dú)調(diào)控CO2/pH。

a. 溫度監(jiān)測(cè)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(cè)量范圍-50℃~180℃，精度±0.15℃；

b. 氧氣監(jiān)測(cè)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(guò)控制電磁閥加氧或者加氮以控制水體處于過(guò)氧或者缺氧狀態(tài)。

c. CO2/pH監(jiān)測(cè)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(guò)監(jiān)測(cè)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(cè)，pH值測(cè)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(zhǎng)度可選（主要根據(jù)水生動(dòng)物的長(zhǎng)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

1． 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(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了污水處理廠下游兩處（50m和830m）的藍(lán)腮太陽(yáng)魚的耗氧率。發(fā)現(xiàn)受污染區(qū)域藍(lán)腮太陽(yáng)魚的標(biāo)準(zhǔn)代謝率相較于無(wú)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》。

2. 捷克科學(xué)院脊椎動(dòng)物生物研究所Reichard等人使用魚類呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了存在干旱梯度的假鰓鳉屬8個(gè)自然種群的靜態(tài)代謝率和**代謝率，并以此計(jì)算代謝范圍，用以研究其壽命與老化的種內(nèi)差異。該論文發(fā)表于2016年的《Evolution》（2區(qū)，IF = 3.818@ 2017-2018）雜志，題目為《Repeated intraspecific divergence in life span and aging of African annual fishes along an aridity gradient》。