动物呼吸代谢与生理生态研究技术

动物呼吸代谢与生理生态研究技术 Metabolic Measurement and Phenotyping for Animal and Human Health新陈代谢是生命的基本特征，包括物质代谢和能量代谢，动物通过呼吸将摄取的物质转化为能量，呼吸测量技术（respirometry）不仅是研究测量动物能量代谢、生理生态、营养转化规律等的主要技术手段，也是药理学、生态毒理学、动物表型分析（Phenotyping）、衰老生理学、运动生理学、药理学、生物医学研究等的重要工具。

本专集主要介绍动物呼吸代谢测量技术包括陆生动物测量技术和水生生物（鱼类等）测量技术，还包括动物活动或行为观测技术等，具体包括开放式呼吸代谢测量技术、封闭式呼吸代谢测量技术、Stop-flow呼吸代谢测量技术、鱼类间歇式呼吸代谢测量技术、AD-2红外昆虫活动强度监测、红外动物位移跟踪观测技术、视频动物轨迹跟踪观测技术等，这些技术方法主要通过如下仪器设备得以实现：1)SSI果蝇呼吸代谢测量系统2)SSI动物呼吸代谢测量系统3)SSI中大型动物呼吸代谢测量系统4)Promethion实验动物呼吸代谢与行为观测系统5)Promethion人类呼吸代谢观测系统6)Promethion中大型动物呼吸代谢观测系统7)FMS便携式动物呼吸代谢测量系统8)FoxBox便携式动物呼吸代谢测量系统9)DST植入式动物体温与心律记录仪10)Loligo斑马鱼／水生生物呼吸代谢测量系统11)穿梭池动物喜好度观测系统12)LoliTrack动物行为观测分析系统需要强调说明的是，易科泰生态技术公司可以根据您的预算、研究目的、实验动物等具体情况，定制不同的系统方案，提供最优的专家支持！无论是常用的实验动物如果蝇、大小鼠、家兔、猕猴，还是土壤动物、昆虫、鱼类、两爬类、鸟类、野生动物乃至海洋动物、牛羊等家畜及家禽，即便只有几万元的预算，我们总会给您提供最佳方案！1. SSI果蝇呼吸代谢与活动观测系统果蝇作为重要的实验动物，易于培育、生活史短、性状变异多，广泛应用于遗传学、发育生物学、基础医学乃至生物检测如室内空气污染检测等，其呼吸代谢的测量成为其最为基本的研究技术。

美国Sable公司的多通道昆虫呼吸代谢测量系统用于精确测量果蝇等昆虫乃至其它动物呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可计算呼吸商、同步化监测昆虫活动及其与呼吸代谢的关系等，广泛应用于果蝇及其它小型昆虫等动物呼吸代谢有关的研究，如遗传学、医学实验、病虫害防治、预防医学研究实验、昆虫等动物生态学等。

系统由二氧化碳分析仪、氧气分析仪、多通道气路转换器、气流控制器、数据采集器及程序软件、气室（呼吸室等组成）。

可根据研究内容及经费预算定制8通道（可同时测量7个动物的呼吸代谢）或更多通道观测系统，或选择同时测量CO2、O2、RQ及H2O，亦可根据要求只选择测量CO2或O2的测量系统。

功能特点：1)模块式结构，具备强大的系统扩展功能和灵活多样的实验配置，是目前世界上果蝇呼吸代谢研究应用最广、发表论文最多的仪器系统2)标准配置为8通道，可扩展为16通道、24通道或更多通道，应用于果蝇等微小昆虫或其它微小生物呼吸代谢测量生物在线实时分析（开放式分析）的仪器系统4)可通过选配AD-­‐2红外活动监测装置，实时同步化监测果蝇等活动强度（昆虫活动呼吸室置入红外活动监测仪上，昆虫的任何活动都会导致反射红外光强度的细微变化，这种细微的变化经检测器监测到并加以放大，转变成电压信号经由数据采集器采集和分析，最终反映昆虫的活动状况）5)可选配温度调控系统进行温度控制6)可以设置不同的测量方法，如封闭式、开放式、抽样流动注射等测量技术技术指标：1.氧气分析测量：氧气测量范围0－100％，分辨率0.0001%，精确度优于0.1％，响应时间小于7秒，24小时漂移低于0.01％，20分钟噪音低于0.002％pk-pk；温度、压力补偿,4通道模拟输出，16bit分辨率；数码过滤（噪音）0-50秒可调，增幅0.2秒，内置A/D转换器分辨率24 bits；可同时测量温度（测量范围0-60℃，分辨率0.001℃）和气压（测量范围30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示氧气含量和气压；大小33x25x10cm，重量约4.5kg。

另有双通道高精度氧气分析测量仪备选。

2.高精度差分氧气分析仪（备选），适于果蝇等微小昆虫的开放式在线呼吸代谢测量，测量范围0－100%，精度0.1%，分辨率0.0001%3.二氧化碳分析测量（CA-10）：双波长非色散红外技术，测量范围0－5％或0－15％两级选择（双程），内置数据采集系统，实时测量，响应时间小于1秒，分辨率优于0.0001%或1ppm（可达0.1ppm），精确度1%，建议气流5－2000ml/分钟，噪音小于2ppm，24小时漂移低于0.002%，通过软件温度补偿，采样频率10Hz；具两含量和气压；4通道模拟输出，16bit 行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示CO2分辨率，具数码过滤（噪音）；大小33x25x10cm，重量约4.5kg4.超高精度二氧化碳分析测量（备选）：差分非色散红外气体分析仪，用于在线测量果蝇等微小生物或蜱螨类微小动物的呼吸代谢，测量范围0－3000ppm，分辨率达0.01ppm，精确度1%5.RH－300水气测量仪（备选）：测量范围0.2％－100％（相对湿度）、分辨率0.001%（相对湿度），露点温度-40~40℃、分辨率0.002℃（露点温度），水汽密度0-10µg/ml、分辨率0.0001µg/ml，水汽压力0-20kPa、分辨率0.01Pa；模拟输出16 bits，建议气流速度5-2000ml/min，具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示水汽含量和温度6.SS4气体二次抽样单元：包括一个泵、针阀（控制进出泵体的气流）和气流计（0－2000ml/m）；隔膜泵，滚轴马达，最大流速2-4L/min；热桥式气流计，分辨率1ml/min，精确度2%；模拟输出12 bits；重量约2kg7.气路转换器：8通道（包括一个Baseline通道），采样频率10Hz8.UI-2数据采集器，12通道，8个模拟输入，16bit分辨率；4个温度输入，分辨率0.001度调制9.昆虫玻璃气室：超低二氧化碳和水气吸收或通透性，直径33mm，标配包括50mm、100mm两种长度（可选配其它长度），气路接口OD3.2mm，特殊设计的双通（两端开通）密封盖和挡板装置，以使气流均匀分布10.微型呼吸室：呼吸室及密封盖均为硼硅玻璃材质，用于果蝇等微小昆虫及昆虫卵等的呼吸测量，直径9.0mm，体积0.5－1.0ml，气路接口OD1.5mm，硼硅玻璃密封盖11.红外活动监测（可选配）：红外发射与检测技术，900nm近红外光，不会被昆虫察觉而造成干扰，也不会产生明显的热效应，用于监测0.0005-1g的各种昆虫、蜱螨等无脊椎动物的活动状态，以研究昆虫等动物的生理生态、昆虫活动与温度的关系、昆虫活动与呼吸代谢的关系、昆虫健康状况及生理状态、杀虫剂对昆虫的影响及最小致死量、临界热极值CTmax(critical thermal maximum)、不连续气体交换DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。

12.专业技术配置与培训，包括封闭式、开放式、抽气式、推气式、抽样流动注射法等不同技术装配与操作技术培训。

应用案例Donna G. Folk等（The Journal of Experimental Biology, 2007）利用配备有红外昆虫活动监测装置的SSI果蝇呼吸代谢测量系统，对不同品系的果蝇热耐受性进行了研究。

系统配置主要包括高精度CO2分析仪、8通道气路切换系统（组成8通道测量系统）、AD-1活动监测装置、气体精确控制采样系统、数据采集与分析系统、温度调控系统及温度传感器。

果蝇呼吸（图中黑色实线）和活动（图中红色实线）同步纪录数据参见Fig.2，图中A、B、C、D分别表示指数上升相、平稳相、致死下降相和致死后峰四个时相（phase）。

结果表明，果蝇性别对Q10没有显著影响，但选择性处理（HN－high knockdown lines, LN－low knockdown lines, CN－control knockdown lines）对Q10具有显著影响。

适合度（fitness）通常以个体所繁殖的后代数量来衡量，但实际上适合度又是生物发育过程和生理过程的结果，这与其新陈代谢有着密切的关系。

芬兰于韦斯屈莱大学（University of Jyväskylä）生物与环境科学系（Department of Biological and Environmental Science）的Terhi Honkola（2009），利用SSI多通道昆虫呼吸测量系统，对近交、杂交、环境胁迫（盐胁迫）对果蝇（Drosophila）新陈代谢速率的影响进行了测量研究，结果表明，近交果蝇呼吸代谢率低于杂交果蝇，从而支持“低代谢率意味着低适合度”的理论；盐胁迫对果蝇呼吸代谢影响不显著。

Greg Suh等（2004）在Nature上发表了“A single population ofolfactory sensory neurons mediates aninnate avoidance behavior inDrosophila”的文章，实验发现果蝇天生有回避受胁果蝇（比如通过震动造成对果蝇的胁迫）发出的气味的本性，而CO2是这种气味的主要成分之一并能诱导其它果蝇的回避行为。

明尼苏达大学生态、进化与行为学系Aziz Khazaeli等（2005），利用SSI多通道果蝇呼吸测量系统，测量了不同年龄成体黑腹果蝇的呼吸代谢，以确定呼吸代谢遗传变异与寿命的关系，结果表明，年龄对呼吸代谢的影响显著表现在年轻时期（5日龄到16日龄），16日龄后果蝇年龄对呼吸代谢的影响显著降低，没有证据表明呼吸代谢率与存活存在负相关，即研究结果不支持“rate of living” 理论（该理论认为高呼吸代谢率则意味着低寿命）。

2. SSI动物呼吸代谢测量系统SSI动物呼吸代谢测量系统用于精确测量各种动物的呼吸代谢，包括呼出的二氧化碳量、耗氧量、水汽量等，并可计算呼吸商，广泛应用于昆虫、两爬类、啮齿动物及其它各种陆生脊椎动物和无脊椎动物呼吸代谢有关的研究，如遗传学、医学实验、病虫害防治、预防医学研究实验、动物生理生态学、生态毒理学、动物营养学等。

系统由二氧化碳分析仪、氧气分析仪、多通道气路转换器、气流控制器、数据采集器与程序软件、呼吸室等组成。