帶著走起 魚類野外調(diào)查開始嘍 ——野外魚類呼吸代謝測量及運動、行為監(jiān)測系統(tǒng)

關鍵詞：魚類 呼吸代謝 動物行為 動物遷徙 DST 生理監(jiān)測 PIT標簽

近日，多通道魚類間歇式呼吸測量系統(tǒng)被北密歇根大學Jill Leonard實驗室的研究小組帶到了野外。他們的目標是測量野生溪紅點鮭的靜止代謝率和最大代謝率，從而評估其代謝水平以區(qū)分魚個體，并且對個體進行PIT標記研究其遷徙規(guī)律。

 

四通道魚類間歇式呼吸測量系統(tǒng)用于野生溪紅點鮭的呼吸代謝測量

Jill Leonard向我們詳細介紹了研究小組所使用的設備：“野外測量獲得的呼吸代謝數(shù)據(jù)和實驗室測量的相匹配，我們會拿這些數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)實驗獲得的參數(shù)進行比較。為了實現(xiàn)野外實地測量，這套呼吸測量系統(tǒng)采用了發(fā)電機供電。同時為了充分利用野外環(huán)境和獲取更為真實準確的數(shù)據(jù)，我們用天然河水來測量和進行溫度控制。在確定了個體的代謝水平并且據(jù)此對其歸類之后，溪紅點鮭將會被電子標簽標記，并放回河流中。我們之后會使用固定式和移動式的天線終端監(jiān)測其運動行為。”

 

Jill Leonard和野生溪紅點鮭

先前的研究已經(jīng)確定了魚類多種多樣的連續(xù)的運動策略，包括在特定地點定居、穿越整條河流洄游。Jill希望探究個體水平上的魚類運動行為和生理參數(shù)的相關性，以此來幫助解釋半洄游種群為什么會選擇不同的生活史策略。

北京易科泰提供完整的野外魚類呼吸代謝測量及運動、行為監(jiān)測系統(tǒng)，讓您帶著“魚類實驗室”去野外進行調(diào)查和研究。該系統(tǒng)主要用于魚類行為、遷徙及生理學的綜合性研究，適合動物生理學、動物生態(tài)學、環(huán)境毒理學等領域。主要包括：

•   多通道魚類間歇式呼吸測量系統(tǒng)；
•   植入式動物生理監(jiān)測系統(tǒng)；
•   水生動物行為觀測系統(tǒng)。

1.多通道魚類間歇式呼吸測量系統(tǒng)

耗氧率是一個靈敏反映硬骨魚水下生活環(huán)境的變化的重要指標（Turker，2011），因此耗氧率及其計算參數(shù)常常用來衡量環(huán)境變化（溫度、酸化、重金屬污染）對魚類的影響。利用耗氧率（MO2）計算得到的基礎代謝率（BMR）及維持基礎代謝的最低環(huán)境氧氣分壓（Pcrit）是常用的指標之一（Bilberg et al.，2010）。

 

采用間歇式呼吸測量技術獲得的鱸魚耗氧率曲線，水平虛線代表基礎代謝率BMR

自動化的間歇式呼吸測量技術廣泛地用于水生生物生態(tài)學、水體環(huán)境毒理學等領域，其優(yōu)勢在于：一方面，該技術對耗氧率的測量能夠達到很高的時間分辨率。自動化的魚類的呼吸監(jiān)測不僅能夠長達數(shù)小時、數(shù)天，而且能夠做到每十分鐘甚至更短的時間內(nèi)就能得到魚類的耗氧率，因此能夠揭示呼吸的短期變化（Bilberg et al.，2010）。另一方面，該技術配套的環(huán)境控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對多種環(huán)境因子的調(diào)控，例如水體流速、CO2濃度（Melzner，et al., 2009）、pH、溫度等，從而能夠自動化地模擬海水酸化、溫度升高等全球氣候變化。

 

 基于間歇式呼吸測量技術的游泳室，可調(diào)控水體流速進行游泳測試

 

連續(xù)記錄大西洋鱈魚在游泳室適應期的代謝率（A）；高CO2分壓下的代謝率和游泳速度的關系（B）

2.植入式動物生理監(jiān)測系統(tǒng)

近年來魚類跟蹤相關的技術大量涌現(xiàn)。被動式電子標簽(Passive Integrated Transponder，PIT)和DST數(shù)據(jù)存儲技術（Data Storage Tag，DST）相比于其他傳統(tǒng)的魚類標記和跟蹤技術，具有無可比擬的優(yōu)勢。

PIT標簽是一個微小的包含特定編號的無線電應答器，能夠賦予單個個體（魚類、兩棲動物、爬行動物甚至巖石）一個獨有的字母數(shù)字識別號碼。標簽的識別需要使用標簽讀取器（Reader或者Scanner）：讀取器能夠發(fā)射射頻，當標簽處于讀取范圍內(nèi)時，標簽能夠把識別號碼反饋給讀取器。被動式電子標簽并不需要電池，因此能夠大大縮小標簽的體積用于微小組織，延長魚類等研究對象的壽命。

DST數(shù)據(jù)存儲技術（Data Storage Tag，DST）因其“小巧、高精度、生物相容性”等優(yōu)勢而被廣泛使用于實驗動物監(jiān)測、動物生理生態(tài)研究、藥理學研究、病理學研究、毒性實驗、免疫學研究實驗、能量代謝測量監(jiān)測等領域。

 

DST記錄器通過縫合固定到大西洋鱈魚的腹鰭以最小化標簽的移動，降低記錄誤差

無鉛的設計使得DST記錄器的植入對魚類的侵害降低到最低且易于恢復。DST記錄器體積小、質(zhì)量輕，且能夠把實時數(shù)據(jù)記錄在內(nèi)置存儲器里。數(shù)據(jù)獲取完畢可將其擦除重置繼續(xù)投入使用。

魚類植入式的DST記錄器能夠長期記錄體溫、心率和活動等參數(shù)。三種類型的數(shù)據(jù)既可單獨使用，也可相互配合使用，又可分析三者的相關性。體溫記錄適用于無干擾地記錄研究周期內(nèi)魚類的核心體溫，活動記錄的是相對于地球重力場的三個維度上的加速度，結(jié)合心率的數(shù)據(jù)，幫助研究者推斷研究對象在數(shù)月乃至數(shù)年內(nèi)的一系列生理活動和變化，例如晝夜節(jié)律、冬眠模式、脅迫響應、溫度調(diào)節(jié)等等。

 

3.水生動物行為觀測系統(tǒng)

在一定的環(huán)境脅迫下，動物對外界環(huán)境變化進行適應首要體現(xiàn)在行為上。當外界某一或多個環(huán)境因子發(fā)生變化時，動物能夠依靠行為調(diào)節(jié)機制保持體內(nèi)生理環(huán)境的穩(wěn)定，以快速適應環(huán)境變化。所以，生物行為狀態(tài)的變化（由強至弱或由弱至強）通常被用作外界環(huán)境變化導致其死亡的早期診斷指標。而水生動物的行為變化也常常用于水質(zhì)的快速監(jiān)測預警（梁鴻等，2016）。

動物行為觀測系統(tǒng)由動物行為分析軟件、動物活動室/池、攝像頭等組成，通過數(shù)碼攝像頭錄制數(shù)碼視頻，并通過軟件在計算機上根據(jù)反差法（彩色或黑白）原理對視頻中的目標動物進行行為分析。

 

動物行為觀測系統(tǒng)的組成和原理；追蹤分析24孔板里的斑馬魚行為

通過動物行為觀測系統(tǒng)能夠獲得諸如動物活動時間與非活動時間、活動速度、加速度、轉(zhuǎn)彎率、在某一區(qū)域的逗留時間和訪問次數(shù)等行為學的數(shù)據(jù)。這些行為學的參數(shù)能夠很敏感地反映環(huán)境水體的變化，尤其是污染物（C. Ferrario et al.，2018）。

 

不同濃度的殺蟲劑毒死蜱（CPF）對大型溞游泳行為的影響

因此，動物行為觀測系統(tǒng)在野外實地調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用。又如，根據(jù)鹵蟲無節(jié)幼蟲的行為追蹤和分析，動物行為觀測系統(tǒng)配合定制的微流控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)的快速監(jiān)測（Huang Y，et al.，2016）。  

動物行為觀測系統(tǒng)和微流控芯片組成的水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)

北京易科泰生態(tài)技術有限公司為您提供專業(yè)的魚類等水生動物野外和實驗室調(diào)查研究方案和完善優(yōu)質(zhì)的售后服務，期待您的關注。

主要參考文獻

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.