野外(wai)魚(yu)類(lei)呼(hu)吸(xi)代謝(xie)測量及運(yun)動、行為監(jian)測系統(tong)

關(guan)鍵(jian)詞(ci)：魚(yu)類(lei) 呼(hu)吸(xi)代謝(xie) 動物(wu)行為 動物(wu)遷(qian)徙 DST 生理(li)監(jian)測 PIT標簽(qian)

近(jin)日(ri)，多通道(dao)魚(yu)類(lei)間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量系統(tong)被(bei)北密(mi)歇(xie)根大學Jill Leonard實(shi)驗室(shi)的(de)研究小組帶(dai)到(dao)了野(ye)外。他(ta)們的(de)目標(biao)是(shi)測量野(ye)生溪(xi)紅點鮭的(de)靜止(zhi)代謝(xie)率(lv)和大代謝(xie)率(lv)，從(cong)而評估(gu)其代謝(xie)水(shui)平以區分(fen)魚(yu)個(ge)體(ti)，並(bing)且(qie)對(dui)個(ge)體(ti)進(jin)行PIT標記(ji)研究其遷(qian)徙規律(lv)。

四(si)通道(dao)魚(yu)類(lei)間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量系統(tong)用於野生溪(xi)紅點鮭的(de)呼(hu)吸(xi)代謝(xie)測量

Jill Leonard向(xiang)我(wo)們詳(xiang)細(xi)介紹了研究小組所使用(yong)的(de)設備：“野外(wai)測量獲(huo)得(de)的(de)呼(hu)吸(xi)代謝(xie)數據和(he)實(shi)驗室(shi)測量的(de)相匹配，我(wo)們會(hui)拿這(zhe)些(xie)數據和(he)傳(chuan)統(tong)實(shi)驗獲(huo)得(de)的(de)參數進(jin)行比較。為了實(shi)現(xian)野外(wai)實(shi)地測量，這(zhe)套呼(hu)吸(xi)測量系統(tong)采用(yong)了(le)發(fa)電機供(gong)電。同時為了充(chong)分(fen)利用(yong)野外環(huan)境(jing)和獲(huo)取更為真實(shi)準確的(de)數據，我(wo)們用(yong)天然河(he)水來(lai)測量和(he)進(jin)行溫度(du)控(kong)制。在(zai)確定了(le)個(ge)體(ti)的(de)代謝(xie)水(shui)平並(bing)且(qie)據(ju)此對(dui)其歸類(lei)之(zhi)後(hou)，溪(xi)紅點鮭將會(hui)被(bei)電子標簽(qian)標記(ji)，並(bing)放(fang)回(hui)河流中(zhong)。我(wo)們之(zhi)後(hou)會使用(yong)固定式(shi)和移(yi)動式(shi)的(de)天線終端(duan)監(jian)測其運(yun)動行為。”

Jill Leonard和(he)野生溪(xi)紅點鮭

先前(qian)的(de)研究已經確定了(le)魚(yu)類(lei)多種(zhong)多樣(yang)的(de)連續(xu)的(de)運(yun)動策(ce)略(lve)，包(bao)括(kuo)在特定地(di)點定居、穿(chuan)越(yue)整條河(he)流洄(hui)遊。Jill希望(wang)探(tan)究個(ge)體(ti)水平上的(de)魚(yu)類(lei)運(yun)動行為和生理(li)參(can)數的(de)相關性，以此來(lai)幫助解釋(shi)半洄(hui)遊(you)種(zhong)群(qun)為什麽會選擇(ze)不(bu)同的(de)生活史(shi)策(ce)略(lve)。

北京(jing)易科泰提(ti)供(gong)完(wan)整的(de)野外(wai)魚(yu)類(lei)呼(hu)吸(xi)代謝(xie)測量及運(yun)動、行為監(jian)測系統(tong)，讓您(nin)帶(dai)著(zhe)“魚(yu)類(lei)實(shi)驗室(shi)”去(qu)野外(wai)進(jin)行調(tiao)查(zha)和(he)研究。該系統(tong)主(zhu)要用(yong)於魚(yu)類(lei)行為、遷(qian)徙及生理(li)學的(de)綜合性研究，適(shi)合動物(wu)生理(li)學、動物(wu)生態學、環(huan)境(jing)毒(du)理(li)學等領域(yu)。主(zhu)要包(bao)括(kuo)：

• 多通道(dao)魚(yu)類(lei)間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量系統(tong)；
• 植入(ru)式(shi)動物(wu)生理(li)監(jian)測系統(tong)；
• 水(shui)生動物(wu)行為觀測系統(tong)。

• 多通道(dao)魚(yu)類(lei)間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量系統(tong)

耗氧(yang)率是(shi)壹個(ge)靈(ling)敏(min)反映(ying)硬(ying)骨(gu)魚(yu)水(shui)下生活環(huan)境(jing)的(de)變化(hua)的(de)重(zhong)要指(zhi)標（Turker，2011），因(yin)此耗(hao)氧(yang)率及其計(ji)算(suan)參數常(chang)常(chang)用(yong)來衡量(liang)環(huan)境(jing)變化(hua)（溫度(du)、酸化(hua)、重(zhong)金屬(shu)汙(wu)染）對魚(yu)類(lei)的(de)影響(xiang)。利用耗(hao)氧(yang)率（MO2）計(ji)算(suan)得(de)到(dao)的(de)基礎(chu)代謝(xie)率(lv)（BMR）及維(wei)持基礎(chu)代謝(xie)的(de)低環(huan)境(jing)氧(yang)氣分(fen)壓（Pcrit）是(shi)常(chang)用(yong)的(de)指(zhi)標之(zhi)壹（Bilberg et al.，2010）。

采(cai)用間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量技術(shu)獲(huo)得(de)的(de)鱸魚(yu)耗(hao)氧(yang)率曲(qu)線，水平虛線代表(biao)基礎(chu)代謝(xie)率(lv)BMR

自(zi)動化(hua)的(de)間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量技術(shu)廣(guang)泛地(di)用於水生生物生態學、水體(ti)環(huan)境(jing)毒(du)理(li)學等領域(yu)，其優(you)勢(shi)在(zai)於：壹方面(mian)，該技術(shu)對(dui)耗氧(yang)率的(de)測量能(neng)夠達(da)到(dao)很高(gao)的(de)時間分(fen)辨率(lv)。自(zi)動化(hua)的(de)魚(yu)類(lei)的(de)呼(hu)吸(xi)監(jian)測不(bu)僅能(neng)夠長(chang)達(da)數小時、數天，而且能(neng)夠做到(dao)每(mei)十分(fen)鐘甚(shen)至更短的(de)時間內就(jiu)能(neng)得(de)到(dao)魚(yu)類(lei)的(de)耗氧(yang)率，因(yin)此能(neng)夠揭(jie)示呼(hu)吸(xi)的(de)短期變化(hua)（Bilberg et al.，2010）。另壹方面(mian)，該技術(shu)配套的(de)環(huan)境(jing)控(kong)制單(dan)元(yuan)能(neng)夠實(shi)現(xian)對多種(zhong)環(huan)境(jing)因(yin)子的(de)調(tiao)控(kong)，例(li)如(ru)水(shui)體(ti)流速(su)、CO2濃度(du)（Melzner，et al., 2009）、pH、溫度(du)等(deng)，從(cong)而能(neng)夠自(zi)動化(hua)地(di)模(mo)擬(ni)海(hai)水(shui)酸化(hua)、溫度(du)升(sheng)高等氣(qi)候變化(hua)。

 基於間歇式(shi)呼(hu)吸(xi)測量技術(shu)的(de)遊泳(yong)室(shi)，可調(tiao)控(kong)水(shui)體(ti)流速(su)進(jin)行遊泳(yong)測試

連(lian)續(xu)記(ji)錄(lu)大西(xi)洋(yang)鱈(xue)魚(yu)在(zai)遊泳(yong)室(shi)適(shi)應(ying)期的(de)代謝(xie)率(lv)（A）；高CO2分(fen)壓下的(de)代謝(xie)率(lv)和遊泳(yong)速(su)度(du)的(de)關系（B）

• 植(zhi)入(ru)式(shi)動物(wu)生理(li)監(jian)測系統(tong)

近年(nian)來(lai)魚(yu)類(lei)跟蹤(zong)相關的(de)技術(shu)大(da)量湧(yong)現(xian)。被(bei)動式(shi)電子標簽(qian)(Passive Integrated Transponder，PIT)和DST數據存(cun)儲(chu)技術(shu)（Data Storage Tag，DST）相比於其他傳(chuan)統(tong)的(de)魚(yu)類(lei)標記(ji)和跟(gen)蹤(zong)技術(shu)，具有(you)*的(de)優(you)勢(shi)。

PIT標(biao)簽(qian)是(shi)壹個(ge)微(wei)小的(de)包(bao)含(han)特定編號(hao)的(de)無線電應答(da)器(qi)，能(neng)夠賦(fu)予單(dan)個(ge)個(ge)體(ti)（魚(yu)類(lei)、兩棲(qi)動物(wu)、爬(pa)行動物(wu)甚(shen)至巖石(shi)）壹個(ge)*的(de)字母數字識別號(hao)碼。標簽(qian)的(de)識別需(xu)要使用(yong)標(biao)簽(qian)讀(du)取器(qi)（Reader或者Scanner）：讀(du)取器(qi)能(neng)夠發(fa)射(she)射頻(pin)，當(dang)標(biao)簽(qian)處於讀(du)取範圍(wei)內時，標簽(qian)能(neng)夠把(ba)識別號(hao)碼反饋給讀(du)取器(qi)。被(bei)動式(shi)電子標簽(qian)並(bing)不(bu)需(xu)要電池(chi)，因(yin)此能(neng)夠大(da)大縮(suo)小標簽(qian)的(de)體積(ji)用於微(wei)小組織(zhi)，延長魚(yu)類(lei)等研(yan)究對(dui)象的(de)壽命。

DST數據存(cun)儲(chu)技術(shu)（Data Storage Tag，DST）因(yin)其“小巧(qiao)、高精(jing)度(du)、生物相容性”等優(you)勢(shi)而被(bei)廣(guang)泛使用(yong)於實(shi)驗動物(wu)監(jian)測、動物(wu)生理(li)生態研究、藥(yao)理(li)學研究、病理(li)學研究、毒(du)性實(shi)驗、免疫學研究實(shi)驗、能(neng)量代謝(xie)測量監(jian)測等領域(yu)。

DST記(ji)錄(lu)器通過(guo)縫(feng)合固定到(dao)大西(xi)洋(yang)鱈(xue)魚(yu)的(de)腹鰭(qi)以小化標(biao)簽(qian)的(de)移(yi)動，降(jiang)低(di)記(ji)錄(lu)誤差(cha)

無(wu)鉛的(de)設計(ji)使得(de)DST記(ji)錄(lu)器的(de)植入(ru)對魚(yu)類(lei)的(de)侵(qin)害降(jiang)低(di)到(dao)低且(qie)易於恢復。DST記(ji)錄(lu)器體(ti)積小、質量輕(qing)，且能(neng)夠把(ba)實(shi)時數據記(ji)錄(lu)在內(nei)置存(cun)儲(chu)器(qi)裏(li)。數據獲(huo)取完(wan)畢(bi)可將(jiang)其擦除(chu)重(zhong)置繼續(xu)投(tou)入(ru)使用(yong)。

魚(yu)類(lei)植入(ru)式(shi)的(de)DST記(ji)錄(lu)器能(neng)夠長(chang)期記(ji)錄(lu)體溫、心率和(he)活(huo)動等(deng)參(can)數。三(san)種(zhong)類(lei)型的(de)數據既(ji)可單(dan)獨(du)使用(yong)，也(ye)可相互配合使用(yong)，又(you)可分(fen)析(xi)三(san)者的(de)相關性。體溫記(ji)錄(lu)適用(yong)於無幹擾(rao)地(di)記(ji)錄(lu)研究周期內魚(yu)類(lei)的(de)核心(xin)體溫，活動記(ji)錄(lu)的(de)是(shi)相對於地球重力場的(de)三(san)個(ge)維(wei)度(du)上(shang)的(de)加速(su)度(du)，結(jie)合心率(lv)的(de)數據，幫(bang)助研(yan)究者推斷研(yan)究對(dui)象在(zai)數月(yue)乃至數年(nian)內(nei)的(de)壹系列(lie)生理(li)活(huo)動和(he)變(bian)化，例(li)如(ru)晝夜節(jie)律(lv)、冬眠模(mo)式(shi)、脅迫(po)響(xiang)應、溫度(du)調(tiao)節(jie)等(deng)等。

• 水(shui)生動物(wu)行為觀測系統(tong)

在(zai)壹定的(de)環(huan)境(jing)脅迫(po)下，動物(wu)對(dui)外界環(huan)境(jing)變化(hua)進(jin)行適應首要體(ti)現(xian)在行為上。當(dang)外(wai)界某壹或多個(ge)環(huan)境(jing)因(yin)子發(fa)生變化時，動物(wu)能(neng)夠依靠(kao)行為調(tiao)節(jie)機(ji)制保持體內生理(li)環(huan)境(jing)的(de)穩定，以快速(su)適(shi)應(ying)環(huan)境(jing)變化(hua)。所以，生物行為狀(zhuang)態的(de)變化(hua)（由強(qiang)至弱或由弱至強(qiang)）通常(chang)被(bei)用作外界環(huan)境(jing)變化(hua)導致其死亡(wang)的(de)早期診斷指(zhi)標。而水生動物(wu)的(de)行為變化(hua)也(ye)常(chang)常(chang)用(yong)於水質的(de)快速(su)監(jian)測預警（梁鴻等，2016）。

動物(wu)行為觀測系統(tong)由動物(wu)行為分(fen)析(xi)軟件(jian)、動物(wu)活(huo)動室(shi)/池(chi)、攝像頭(tou)等(deng)組成(cheng)，通過(guo)數碼攝像頭(tou)錄(lu)制數碼視頻(pin)，並(bing)通過(guo)軟件(jian)在計(ji)算(suan)機上(shang)根據反差(cha)法(fa)（彩色(se)或黑(hei)白(bai)）原(yuan)理(li)對(dui)視頻(pin)中(zhong)的(de)目標(biao)動物(wu)進(jin)行行為分(fen)析(xi)。

動物(wu)行為觀測系統(tong)的(de)組成(cheng)和原(yuan)理(li)；追(zhui)蹤分(fen)析(xi)24孔(kong)板(ban)裏的(de)斑(ban)馬魚(yu)行為

通過(guo)動物(wu)行為觀測系統(tong)能(neng)夠獲(huo)得(de)諸(zhu)如(ru)動物(wu)活(huo)動時間與非活(huo)動時間、活動速(su)度(du)、加(jia)速(su)度(du)、轉彎率(lv)、在(zai)某(mou)壹區域(yu)的(de)逗留(liu)時間和訪(fang)問(wen)次數等行為學的(de)數據。這(zhe)些(xie)行為學的(de)參數能(neng)夠很(hen)敏(min)感(gan)地反映(ying)環(huan)境(jing)水體(ti)的(de)變化(hua)，尤(you)其是(shi)汙(wu)染物（C. Ferrario et al.，2018）。

不(bu)同濃度(du)的(de)殺蟲(chong)劑(ji)毒(du)死蜱(pi)（CPF）對大型溞遊泳(yong)行為的(de)影響(xiang)

因(yin)此，動物(wu)行為觀測系統(tong)在野(ye)外(wai)實(shi)地調(tiao)查(zha)和(he)水質監(jian)測中發(fa)揮(hui)著(zhe)重要作(zuo)用(yong)。又(you)如(ru)，根據鹵(lu)蟲(chong)無(wu)節(jie)幼(you)蟲(chong)的(de)行為追(zhui)蹤和(he)分(fen)析(xi)，動物(wu)行為觀測系統(tong)配合定制的(de)微(wei)流控(kong)芯(xin)片能(neng)夠實(shi)現(xian)水質的(de)快速(su)監(jian)測（Huang Y，et al.，2016）。

動物(wu)行為觀測系統(tong)和微(wei)流控(kong)芯(xin)片組成(cheng)的(de)水質快速(su)監(jian)測系統(tong)

主(zhu)要參(can)考文(wen)獻(xian)

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.