環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)與能量代(dai)謝研究(jiu)案例

    能量(liang)代(dai)謝是機(ji)體生(sheng)命(ming)活(huo)動(dong)的(de)基本(ben)特(te)征，機(ji)體的(de)能量(liang)代(dai)謝受很多因(yin)素(su)影響，其(qi)中(zhong)內(nei)在因(yin)素有肌(ji)肉(rou)活動(dong)、精神活(huo)動(dong)等(deng)，外(wai)在(zai)因(yin)素(su)中(zhong)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)是壹(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)，不(bu)管過(guo)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)還是過低的(de)溫(wen)度(du)，對生(sheng)物(wu)體(ti)的(de)能量(liang)代(dai)謝過程都(dou)會(hui)產生(sheng)影響，而且(qie)影響機(ji)制極(ji)為復雜(za)。多年(nian)來眾多學(xue)者(zhe)做(zuo)了(le)很多相(xiang)關實驗對此展開(kai)了(le)研究(jiu)，下(xia)面是幾(ji)個發(fa)表(biao)在Nature或(huo)其子(zi)刊上的(de)研究(jiu)實例，供(gong)參考(kao)（文(wen)獻全文(wen)和產品詳細資料(liao)請(qing)聯(lian)系我(wo)公司(si)）。

    這方(fang)面研究(jiu)往往涉及(ji)壹(yi)個(ge)臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)的(de)概念(nian)：臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)，在生(sheng)態(tai)學(xue)中(zhong)指生(sheng)物(wu)進(jin)行(xing)正(zheng)常生(sheng)命(ming)活(huo)動(dong)（生(sheng)長(chang)、發(fa)育(yu)和生(sheng)殖(zhi)等(deng)）所(suo)需(xu)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)上限或下(xia)限(xian)，也(ye)就是(shi)動(dong)物(wu)能(neng)夠(gou)生(sheng)長(chang)發(fa)育(yu)的(de)極限(xian)高溫(wen)和極(ji)限(xian)低溫(wen)，通(tong)常稱為臨(lin)界(jie)高(gao)溫(wen)（critical thermal maxi-mum，CTMax）和臨(lin)界(jie)低溫(wen)（critical thermal mini-mum，CTMin），環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)高於或低於(yu)臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)，動(dong)物(wu)發(fa)育(yu)將(jiang)停(ting)滯或(huo)進(jin)入(ru)休眠狀態(tai)，所(suo)以(yi)臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)是反映動(dong)物(wu)（尤其是(shi)非(fei)恒溫(wen)動(dong)物(wu)）耐熱(re)性(xing)和耐寒(han)性(xing)的(de)常用(yong)指(zhi)標，也是動(dong)物(wu)熱(re)生(sheng)物(wu)學(xue)的(de)重(zhong)要(yao)特(te)征之壹(yi)，在(zai)壹(yi)定(ding)程度(du)上反映了(le)該物(wu)種的(de)特性(xing)，也反(fan)映著這壹(yi)特(te)定(ding)物(wu)種對地(di)理環(huan)境(jing)和季(ji)節(jie)變(bian)化的(de)適應(ying)能力(li)。

    ※美國(guo)威(wei)廉斯(si)堡(bao)威(wei)廉和瑪(ma)麗學(xue)院(yuan)生(sheng)物(wu)系（Department of Biology, College of William and Mary）的(de)Donna G. Folk等(deng)以(yi)黑(hei)腹(fu)果(guo)蠅（Drosophila melanogaster）為實(shi)驗對(dui)象，比(bi)較(jiao)了(le)高擊倒溫(wen)度(du)品系（簡寫為HN，High Knockdown lines (‘High TKD’)），低擊倒溫(wen)度(du)品系（簡寫為LN，Low knockdown lines (‘Low TKD’)）和對(dui)照(zhao)品系（簡寫為CN，Control lines）的(de)臨(lin)界(jie)高(gao)溫(wen)、臨(lin)界(jie)低溫(wen)和擊倒溫(wen)度(du)（knockdown temperature），並(bing)且(qie)使用(yong)美國(guo) SSI 公(gong)司(si)（Sable Systems International）的(de)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)測(ce)量(liang)果(guo)蠅的(de)呼吸(xi)速率(lv)，同時使(shi)用(yong)SSI公(gong)司(si)的(de)AD-1（升(sheng)級後(hou)的(de)新型(xing)號是AD-2）昆蟲(chong)活動(dong)記(ji)錄(lu)儀測(ce)量(liang)果(guo)蠅的(de)活動(dong)狀(zhuang)態(tai)，呼(hu)吸(xi)速(su)率(lv)數據和活(huo)動(dong)狀(zhuang)態(tai)數據相結合來確(que)定(ding)溫(wen)度(du)對實驗對(dui)象來(lai)說(shuo)是(shi)否達到臨(lin)界(jie)點(dian)。

上圖X軸(zhou)是溫(wen)度(du)值(zhi)，Y軸(zhou)黑(hei)線是(shi)SSI呼(hu)吸(xi)測(ce)量(liang)系統(tong)測(ce)得(de)的(de)昆蟲(chong)呼吸(xi)速(su)率(lv)（單(dan)位體(ti)重(zhong)單(dan)位時(shi)間CO2釋(shi)放(fang)量(liang)）；紅(hong)線是(shi)SSI的(de)AD-1昆蟲(chong)活動(dong)記(ji)錄(lu)儀測(ce)得(de)的(de)活動(dong)狀(zhuang)態(tai)。從(cong)圖表(biao)可以(yi)看到臨(lin)界(jie)高(gao)溫(wen)是(shi)在41℃左右

    ※南非(fei)斯(si)泰倫(lun)博(bo)斯大(da)學(xue)入(ru)侵(qin)生(sheng)物(wu)學(xue)中(zhong)心(xin)保護(hu)生(sheng)態(tai)與(yu)昆(kun)蟲(chong)學(xue)系（Department of Conservation Ecology and Entomology, Centre for Invasion Biology, Stellenbosch University）的(de)Leigh Boardman等(deng)在研(yan)究(jiu)蘋(ping)果(guo)異脛小(xiao)卷蛾（Thaumatotibia leucotreta）耐寒(han)性(xing)和氧(yang)氣供(gong)應(ying)量(liang)的(de)關系時，使用(yong)美國(guo) SSI 公(gong)司(si)（Sable Systems International）的(de)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)包(bao)括AD-2昆蟲(chong)活動(dong)記(ji)錄(lu)儀測(ce)量(liang)昆蟲(chong)的(de)厭(yan)氧(yang)代(dai)謝及(ji)其(qi)活(huo)動(dong)狀(zhuang)態(tai)。實(shi)驗(yan)揭(jie)示(shi)出雖然氧(yang)氣供(gong)應(ying)量(liang)影響到了(le)昆蟲(chong)的(de)厭(yan)氧(yang)代(dai)謝，但是並(bing)未影響到昆(kun)蟲(chong)的(de)耐寒(han)性(xing)。

上面圖表(biao)揭示(shi)的(de)是在(zai)不同氧(yang)氣分(fen)壓條(tiao)件下(xia)，通(tong)過熱限呼吸法（thermolimit respirometry (TLR) ）確定(ding)的(de)臨(lin)界(jie)低溫(wen)（critical thermal minima，反映生(sheng)物(wu)耐寒(han)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)）。

 上圖揭(jie)示(shi)的(de)是臨(lin)界(jie)氧(yang)分壓（critical oxygen partial pressure (Pcrit) (A)）和昆(kun)蟲(chong)CO2消耗速(su)率(lv)（rate of CO2 release (V CO2)）的(de)變(bian)化關系。

    ※中(zhong)科院(yuan)動(dong)物(wu)研(yan)究(jiu)所(suo)昆蟲(chong)與嚙(nie)齒動(dong)物(wu)綜合治理(li)國(guo)家(jia)重(zhong)點(dian)實驗室劉柱(zhu)東等(deng)利用(yong)美國(guo) SSI 公(gong)司(si)（Sable Systems International）的(de)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)，研究(jiu)了(le)高溫(wen)條(tiao)件（35℃）下(xia)煙(yan)青(qing)蟲(chong)（Helicoverpa assulta（Hübner））夏滯(zhi)育(yu)率(lv)、蛹重(zhong)及(ji)代(dai)謝速率(lv)的(de)變(bian)化關系，結果(guo)顯示(shi)高(gao)溫(wen)能(neng)誘導煙青(qing)蟲(chong)進(jin)入(ru)夏滯育(yu)，並(bing)且(qie)夏滯(zhi)育(yu)蛹能通(tong)過維持(chi)低的(de)代(dai)謝水(shui)平(ping)來適應(ying)炎熱的(de)夏天，具(ju)有壹(yi)定(ding)的(de)生(sheng)態(tai)適應(ying)意義(yi)。

上圖是(shi)處於不(bu)同蛹齡(ling)的(de)滯育(yu)期蟲(chong)蛹和非(fei)滯(zhi)育(yu)期蟲(chong)蛹的(de)呼吸(xi)速率(lv)動(dong)態(tai)關系。

    ※美國(guo)蒙(meng)大(da)拿州密(mi)蘇(su)拉州蒙(meng)大(da)納大學(xue)蒙(meng)大(da)拿州合作野(ye)生(sheng)動(dong)物(wu)研(yan)究(jiu)室（Montana Cooperative Wildlife Research Unit, University of Montana）的(de)Riccardo Ton等(deng)，在研(yan)究(jiu)鳥類胚胎發(fa)育(yu)過程中(zhong)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)影響時(shi)，使(shi)用(yong)美國(guo) SSI 公(gong)司(si)（Sable Systems International）的(de)Foxbox便攜式(shi)呼(hu)吸測(ce)量(liang)系統(tong)測(ce)量(liang)鳥卵的(de)能量(liang)代(dai)謝，終的(de)實驗(yan)結果(guo)表(biao)明環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)在鳥類胚胎發(fa)育(yu)過程中(zhong)的(de)作用(yong)比(bi)以(yi)前認(ren)為(wei)的(de)大得(de)多(duo)。

上圖是(shi)9種鳥類單(dan)位質(zhi)量代(dai)謝率(lv)（mass-specific metabolic rate (mL O2 h−1)）處理(li)組(zu)和對(dui)照(zhao)組(zu)之間的(de)平(ping)均差異(yi)。

北京(jing)易(yi)科泰生(sheng)態(tai)技(ji)術(shu)有限(xian)公(gong)司(si)作為(wei)美國(guo) SSI 公(gong)司(si)（Sable Systems International）在中(zhong)國(guo)合作十(shi)余年(nian)的(de)代(dai)理和售(shou)後(hou)服(fu)務(wu)中(zhong)心(xin)，為國(guo)內(nei)科研(yan)院校(xiao)提(ti)供(gong)了(le)上百套動(dong)物(wu)能(neng)量(liang)代(dai)謝儀器設備和相(xiang)應(ying)技(ji)術(shu)服(fu)務(wu)，包括：

1) 牛(niu)羊等(deng)家畜(chu)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)

2) 家禽(qin)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)

3) 實驗(yan)動(dong)物(wu)（大(da)鼠(shu)、小(xiao)鼠(shu)等(deng)）呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)

4) 兩爬類(lei)呼(hu)吸代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)

5) 蚜蟲(chong)及(ji)昆(kun)蟲(chong)呼吸(xi)代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)

6) 斑馬(ma)魚及(ji)魚(yu)類(lei)呼(hu)吸代(dai)謝測(ce)量(liang)系統(tong)等(deng)

    上述測(ce)量(liang)系統(tong)都(dou)采用(yong)非(fei)常先(xian)進(jin)的(de)間接測(ce)熱(re)法（indirect calorimetry），並(bing)結合行(xing)為(wei)觀測(ce)、環(huan)境(jing)調控(kong)（如溫(wen)度(du)調控等(deng)）、體溫(wen)心(xin)率(lv)監測(ce)等(deng)技(ji)術(shu)；除(chu)實(shi)驗(yan)室測(ce)量(liang)儀器(qi)外(wai)，還(hai)提(ti)供(gong)了(le)大量(liang) FMS、 FoxBox 等(deng)便攜式(shi)能(neng)量代(dai)謝測(ce)量(liang)儀器(qi)。公(gong)司(si)還通(tong)過 Ecolab 生(sheng)態(tai)實(shi)驗(yan)室平(ping)臺(tai)，與(yu)中(zhong)科院(yuan)動(dong)物(wu)所(suo)（動(dong)物(wu)生(sheng)理(li)生(sheng)態(tai)與(yu)能(neng)量代(dai)謝）、農科(ke)院(yuan)畜(chu)牧(mu)所(suo)（家禽(qin)呼吸代(dai)謝）、農科(ke)院(yuan)植(zhi)保所(suo)（蚜蟲(chong)呼吸(xi)代(dai)謝）、疾(ji)控中(zhong)心(xin)、北京實驗(yan)動(dong)物(wu)中(zhong)心(xin)等(deng)保持(chi)密(mi)切(qie)合作關系。

    易(yi)科泰公(gong)司(si)積十(shi)幾(ji)年動(dong)物(wu)能(neng)量(liang)代(dai)謝與生(sheng)理(li)生(sheng)態(tai)儀(yi)器(qi)技(ji)術(shu)服(fu)務(wu)經驗，為(wei)動(dong)物(wu)生(sheng)理(li)生(sheng)態(tai)、生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)等(deng)科研(yan)工作(zuo)者提供(gong)動(dong)物(wu)能(neng)量(liang)代(dai)謝與動(dong)物(wu)生(sheng)理(li)生(sheng)態(tai)全面解(jie)決方(fang)案，包(bao)括實驗動(dong)物(wu)（斑(ban)馬(ma)魚(yu)、大(da)小(xiao)鼠(shu)、豚(tun)鼠(shu)、家(jia)兔等(deng)）、家畜(chu)家禽(qin)等(deng)各種動(dong)物(wu)呼(hu)吸(xi)、能(neng)量(liang)代(dai)謝、紅(hong)外(wai)熱(re)成(cheng)像(xiang)、體溫(wen)心(xin)率(lv)監測(ce)、行(xing)為(wei)觀測(ce)分(fen)析等(deng)。