鱼类及水生无脊椎动物呼吸代谢测量系统

鱼类及水生无脊椎动物呼吸代谢测量系统是由丹麦哥本哈根大学和奥尔堡大学研制的世界上著名的、广泛应用的水生动物特别是鱼类的呼吸测量仪器，主要用于鱼类、水生无脊椎动物、鱼卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量测量。广泛应用于海洋淡水鱼类等水生生物生态学、水体环境毒理学、水产养殖、鱼类行为生理生态、水生动物发育生态及水族箱等研究。

鱼类及水生无脊椎动物呼吸代谢测量系统采用了“间歇式”呼吸测量法，集合了“开放式”呼吸测量法测量时间长和“封闭式”呼吸测量法简易的优点，同时克服了“开放式”时间解析度差、“封闭式”不能连续长时间测量的缺点。

“间歇式”测量的呼吸室放置在水浴槽（周边水体）内，与两个潜水泵——一个循环泵和一个交换泵相连。循环泵可以确保呼吸室内水体的均一且保证有足量的水流经传感器，而交换泵可以使周边水体与呼吸室内水体进行交换。测量时交换泵关闭，此时呼吸室类似于“封闭式”，然后由计算机控制开启交换泵，周边水体被泵入呼吸室从而使氧气水平达到测量前的水平。

整个过程分成3个步骤：测量、水体交换、等待，测量时循环泵开启、水体交换时交换泵开启循环泵关闭，等待时交换泵关闭循环泵开启，每10分钟即可测量1次。如此以来，像“开放式”呼吸测量一样，实验可以无限期地进行下去，从而进行长时间的实验分析测量。并且“间歇式”呼吸测量法有很高的时间解析度，可以反映突然的耗氧量变化。如下图为幼体虹鳟鱼的呼吸代谢测量，可以看出：在开始时由于处理鱼时造成的应激反应，耗氧率很高，随后即达到一个较低的平稳水平——相当于基础代谢率。

在每个测量期，由于动物的呼吸耗氧，溶解氧浓度随着测量时间的延长而降低并呈直线相关关系。动物耗氧率（每小时每公斤体重消耗的毫克氧气）等于相关曲线的斜率乘以呼吸室的净体积除以动物的体重。

功能特点

l “间歇式”呼吸测量法，集合了“开放式”呼吸测量法测量时间长和“封闭式”呼吸测量法简易的优点，同时克服了“开放式”时间解析度差、“封闭式”不能连续长时间测量的缺点；

l 溶解氧测量采用荧光光纤氧气测量技术，测量精度高、稳定性强、无氧耗；

l 呼吸测量室有静态呼吸室和动态呼吸室/游泳室，分别用于测量标准代谢（SMR）和不同游泳速度的活动代谢（AMR）；

l 全自动化控制、记录及分析数据，简单易用；潜水泵开闭的控制及氧气信号的获取均通过蓝牙的方式，远程无线传输能够有效避免多通道线缆连接的繁琐和潜水泵工作时产生的噪音对使用者的影响。

l 呼吸室高度定制，可根据水生动物的形态、大小定制各种形状（如水平、立式）、各种尺寸的呼吸室。

配置方案

系统主要包括多通道荧光光纤氧气测量主机及传感器、静态呼吸室、AutoResp自动控制及分析软件、水环境控制模块及其他配件或备选件。根据需求，有单通道、四通道、八通道及更多通道测量系统，可以同时连接多个呼吸室以测量多个斑马鱼的呼吸代谢情况。

u 单通道系统：由单通道荧光光纤氧气测量系统、1个呼吸室、两个潜水泵、管路等配件组成。可选配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活动代谢研究，还可选配温度及氧气监测控制模块。

u 四通道系统：由四通道荧光光纤氧气测量系统、4个呼吸室、8个潜水泵等配件组成，可选配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活动代谢研究，还可选配温度及氧气监测控制模块。

u 八通道系统：由两个四通道荧光光纤氧气测量系统、8个呼吸室等组成，可选配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活动代谢研究，还可选配温度、氧气监测控制模块。

技术指标

? 荧光光纤氧气测量系统：包括四通道测量主机、粘贴式氧气传感器及温度传感器。高时空分辨率，蓝牙通讯，可在线测量水体和空气中的氧气，可长期在线监测，零氧耗、稳定性极强。

a. 氧气测量范围0 – 100%或0 – 45ppm；

b. 检测极限0.03%或15ppb；

c. 温度、盐度、气压实时补偿，不受电磁信号干扰、实时记录、显示呼吸室内氧气随时间的变化。

? AutoResp自动控制及软件：自动计算显示耗氧率、相关系数R2，实时记录、显示耗氧率随时间的变化；实时记录、显示温度随时间的变化，测量数据自动存储成Excel格式文档，原始数据自动存储成Txt格式文档。

a. 即时切换测量方法和调整间歇式呼吸测量法的测量/交换时间；

b. 数据后分析：自动计算SMR、Pcrit等参数，显示计算图表；

c. 自动设置：提供预设的系统配置供使用者选择。

? 水环境控制模块：包括温度监测控制模块和溶解氧监测控制模块。可单独调控CO2/pH。

a. 温度监测控制模块包括温度传感器、潜水泵、不锈钢散热管等。温度传感器Pt1000测量范围-50℃~180℃，精度±0.15℃；

b. 氧气监测控制模块包括荧光光纤氧气传感器、电磁阀、气石等，模块通过控制电磁阀加氧或者加氮以控制水体处于过氧或者缺氧状态。

c. CO2/pH监测控制模块包括控制器主机、pH计及探头、电磁阀、气石及CapCTRL调控软件等，通过监测pH值间接确定水中CO2含量并调节控制水的pH和CO2含量并实时监测，pH值测量范围0~14，分辨率0.01。

? 呼吸室：

丙烯酸或者硼硅玻璃，内径分别62 – 240mm或者9 – 45mm可选，长度可选（主要根据水生动物的长度和体积）。还可根据动物形状及用户具体要求定制其他各种类型的呼吸室，如斑马鱼呼吸室，适用于螃蟹、蚌等其他水生动物的呼吸室等。

? 潜水泵：静态游泳室有5L/min和10L/min两种流速可选，与呼吸室的容积相匹配。

? 游泳室：包括外部水浴池、活动室、马达、潜水泵等，不同型号技术指标如下表：

应用案例

1． 加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）的Du等人使用鱼类呼吸代谢测量系统测量了污水处理厂下游两处（50m和830m）的蓝腮太阳鱼的耗氧率。发现受污染区域蓝腮太阳鱼的标准代谢率相较于无污染的参照区域较高，即代谢成本升高。但代谢成本升高也伴随着氧气吸收、传递和利用等方面的生理补偿性调整，如鳃表面积扩大，血氧亲和力降低，离体肝线粒体氧化磷酸化能力增强等等。该论文发表在2018年的《Environmental Science & Technology》（1区，IF = 6.653@ 2017-2018）杂志上。题目为《Metabolic costs of exposure to wastewater effluent lead to compensatory adjustments in respiratory physiology in bluegill sunfish》。

2. 捷克科学院脊椎动物生物研究所Reichard等人使用鱼类呼吸代谢测量系统测量了存在干旱梯度的假鳃鳉属8个自然种群的静态代谢率和最大代谢率，并以此计算代谢范围，用以研究其寿命与老化的种内差异。该论文发表于2016年的《Evolution》（2区，IF = 3.818@ 2017-2018）杂志，题目为《Repeated intraspecific divergence in life span and aging of African annual fishes along an aridity gradient》。