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带着走起鱼类野外调查开始喽 ——野外鱼类呼吸代谢测量及运动、行为监测系统

带着走起鱼类野外调查开始喽 ——野外鱼类呼吸代谢测量及运动、行为监测系统

带着走起鱼类野外调查开始喽

——野外鱼类呼吸代谢测量及运动、行为监测系统

 

 

关键词:鱼类呼吸代谢动物行为动物迁徙DST生理监测PIT标签

 

近日,多通道鱼类间歇式呼吸测量系统被北密歇根大学Jill Leonard实验室的研究小组带到了野外。他们的目标是测量野生溪红点鲑的静止代谢率和最大代谢率,从而评估其代谢水平以区分鱼个体,并且对个体进行PIT标记研究其迁徙规律。

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四通道鱼类间歇式呼吸测量系统用于野生溪红点鲑的呼吸代谢测量

 

Jill Leonard向我们详细介绍了研究小组所使用的设备:“野外测量获得的呼吸代谢数据和实验室测量的相匹配,我们会拿这些数据和传统实验获得的参数进行比较。为了实现野外实地测量,这套呼吸测量系统采用了发电机供电。同时为了充分利用野外环境和获取更为真实准确的数据,我们用天然河水来测量和进行温度控制。在确定了个体的代谢水平并且据此对其归类之后,溪红点鲑将会被电子标签标记,并放回河流中。我们之后会使用固定式和移动式的天线终端监测其运动行为。”

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Jill Leonard和野生溪红点鲑

 

先前的研究已经确定了鱼类多种多样的连续的运动策略,包括在特定地点定居、穿越整条河流洄游。Jill希望探究个体水平上的鱼类运动行为和生理参数的相关性,以此来帮助解释半洄游种群为什么会选择不同的生活史策略。

 

北京易科泰提供完整的野外鱼类呼吸代谢测量及运动、行为监测系统,让您带着“鱼类实验室”去野外进行调查和研究。该系统主要用于鱼类行为、迁徙及生理学的综合性研究,适合动物生理学、动物生态学、环境毒理学等领域。主要包括:

一、     多通道鱼类间歇式呼吸测量系统;

二、     植入式动物生理监测系统;

三、     水生动物行为观测系统。

 

一、      多通道鱼类间歇式呼吸测量系统

 

耗氧率是一个灵敏反映硬骨鱼水下生活环境的变化的重要指标(Turker,2011),因此耗氧率及其计算参数常常用来衡量环境变化(温度、酸化、重金属污染)对鱼类的影响。利用耗氧率(MO2)计算得到的基础代谢率(BMR)及维持基础代谢的最低环境氧气分压(Pcrit)是常用的指标之一(Bilberg et al.,2010)。

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采用间歇式呼吸测量技术获得的鲈鱼耗氧率曲线,水平虚线代表基础代谢率BMR

 

自动化的间歇式呼吸测量技术广泛地用于水生生物生态学、水体环境毒理学等领域,其优势在于:一方面,该技术对耗氧率的测量能够达到很高的时间分辨率。自动化的鱼类的呼吸监测不仅能够长达数小时、数天,而且能够做到每十分钟甚至更短的时间内就能得到鱼类的耗氧率,因此能够揭示呼吸的短期变化(Bilberg et al.,2010)。另一方面,该技术配套的环境控制单元能够实现对多种环境因子的调控,例如水体流速、CO2浓度(Melzner,et al., 2009)、pH、温度等,从而能够自动化地模拟海水酸化、温度升高等全球气候变化。

 

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基于间歇式呼吸测量技术的游泳室,可调控水体流速进行游泳测试

 

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连续记录大西洋鳕鱼在游泳室适应期的代谢率(A);高CO2分压下的代谢率和游泳速度的关系(B)

 

二、      植入式动物生理监测系统

 

近年来鱼类跟踪相关的技术大量涌现。被动式电子标签(Passive Integrated Transponder,PIT)和DST数据存储技术(Data Storage Tag,DST)相比于其他传统的鱼类标记和跟踪技术,具有无可比拟的优势。

PIT标签是一个微小的包含特定编号的无线电应答器,能够赋予单个个体(鱼类、两栖动物、爬行动物甚至岩石)一个独有的字母数字识别号码。标签的识别需要使用标签读取器(Reader或者Scanner):读取器能够发射射频,当标签处于读取范围内时,标签能够把识别号码反馈给读取器。被动式电子标签并不需要电池,因此能够大大缩小标签的体积用于微小组织,延长鱼类等研究对象的寿命。

DST数据存储技术(Data Storage Tag,DST)因其“小巧、高精度、生物相容性”等优势而被广泛使用于实验动物监测、动物生理生态研究、药理学研究、病理学研究、毒性实验、免疫学研究实验、能量代谢测量监测等领域。

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DST记录器通过缝合固定到大西洋鳕鱼的腹鳍以最小化标签的移动,降低记录误差

 

无铅的设计使得DST记录器的植入对鱼类的侵害降低到最低且易于恢复。DST记录器体积小、质量轻,且能够把实时数据记录在内置存储器里。数据获取完毕可将其擦除重置继续投入使用。

鱼类植入式的DST记录器能够长期记录体温、心率和活动等参数。三种类型的数据既可单独使用,也可相互配合使用,又可分析三者的相关性。体温记录适用于无干扰地记录研究周期内鱼类的核心体温,活动记录的是相对于地球重力场的三个维度上的加速度,结合心率的数据,帮助研究者推断研究对象在数月乃至数年内的一系列生理活动和变化,例如昼夜节律、冬眠模式、胁迫响应、温度调节等等。

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三、      水生动物行为观测系统

 

在一定的环境胁迫下,动物对外界环境变化进行适应首要体现在行为上。当外界某一或多个环境因子发生变化时,动物能够依靠行为调节机制保持体内生理环境的稳定,以快速适应环境变化。所以,生物行为状态的变化(由强至弱或由弱至强)通常被用作外界环境变化导致其死亡的早期诊断指标。而水生动物的行为变化也常常用于水质的快速监测预警(梁鸿等,2016)。

动物行为观测系统由动物行为分析软件、动物活动室/池、摄像头等组成,通过数码摄像头录制数码视频,并通过软件在计算机上根据反差法(彩色或黑白)原理对视频中的目标动物进行行为分析。

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动物行为观测系统的组成和原理;追踪分析24孔板里的斑马鱼行为

 

通过动物行为观测系统能够获得诸如动物活动时间与非活动时间、活动速度、加速度、转弯率、在某一区域的逗留时间和访问次数等行为学的数据。这些行为学的参数能够很敏感地反映环境水体的变化,尤其是污染物(C. Ferrario et al.,2018)。

 

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不同浓度的杀虫剂毒死蜱(CPF)对大型溞游泳行为的影响

 

因此,动物行为观测系统在野外实地调查和水质监测中发挥着重要作用。又如,根据卤虫无节幼虫的行为追踪和分析,动物行为观测系统配合定制的微流控芯片能够实现水质的快速监测(Huang Y,et al.,2016)。

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动物行为观测系统和微流控芯片组成的水质快速监测系统

 

 

北京易科泰生态技术有限公司为您提供专业的鱼类等水生动物野外和实验室调查研究方案和完善优质的售后服务,期待您的关注。

 

 

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主要参考文献

 

Bilberg K, Malte H, Wang T, et al. Silver nanoparticles and silver nitrate cause respiratory stress in Eurasian perch (Percafluviatilis).[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 (Gadusmorhua) 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]. KafkasUniversitesiVeterinerFakultesiDergisi, 2011, 17(4):575-580.