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魚類及水生無脊椎動物呼吸代謝測量系統
更新時間：2025-07-01
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魚類及水生無脊椎動物呼吸代謝測量系統是由丹麥哥本哈根大學和奧爾堡大學研制的世界上著名、較為廣泛應用的水生動物特別是魚類的呼吸測量儀器，主要用于魚類、水生無脊椎動物、魚卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測量。廣泛應用于海洋淡水魚類等水生生物生態學、水體環境毒理學、水產養殖、魚類行為生理生態、水生動物發育生態及水族箱等研究。
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魚類及水生無脊椎動物呼吸代謝測量系統是由丹麥哥本哈根大學和奧爾堡大學研制的世界上著名、為廣泛應用的水生動物特別是魚類的呼吸測量儀器，主要用于魚類、水生無脊椎動物、魚卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測量。廣泛應用于海洋淡水魚類等水生生物生態學、水體環境毒理學、水產養殖、魚類行為生理生態、水生動物發育生態及水族箱等研究。
魚類及水生無脊椎動物呼吸代謝測量系統采用了“間歇式”呼吸測量法，集合了“開放式”呼吸測量法測量時間長和“封閉式”呼吸測量法簡易的優點，同時克服了“開放式”時間解析度差、“封閉式”不能連續長時間測量的缺點。
“間歇式”測量的呼吸室放置在水浴槽（周邊水體）內，與兩個潛水泵——一個循環泵和一個交換泵相連。循環泵可以確保呼吸室內水體的均一且保證有足量的水流經傳感器，而交換泵可以使周邊水體與呼吸室內水體進行交換。測量時交換泵關閉，此時呼吸室類似于“封閉式”，然后由計算機控制開啟交換泵，周邊水體被泵入呼吸室從而使氧氣水平達到測量前的水平。
整個過程分成3個步驟：測量、水體交換、等待，測量時循環泵開啟、水體交換時交換泵開啟循環泵關閉，等待時交換泵關閉循環泵開啟，每10分鐘即可測量1次。如此以來，像“開放式”呼吸測量一樣，實驗可以無限期地進行下去，從而進行長時間的實驗分析測量。并且“間歇式”呼吸測量法有很高的時間解析度，可以反映突然的耗氧量變化。如下圖為幼體虹鱒魚的呼吸代謝測量，可以看出：在開始時由于處理魚時造成的應激反應，耗氧率很高，隨后即達到一個較低的平穩水平——相當于基礎代謝率。
在每個測量期，由于動物的呼吸耗氧，溶解氧濃度隨著測量時間的延長而降低并呈直線相關關系。動物耗氧率（每小時每公斤體重消耗的毫克氧氣）等于相關曲線的斜率乘以呼吸室的凈體積除以動物的體重。
功能特點
- “間歇式”呼吸測量法，集合了“開放式”呼吸測量法測量時間長和“封閉式”呼吸測量法簡易的優點，同時克服了“開放式”時間解析度差、“封閉式”不能連續長時間測量的缺點；
- 溶解氧測量采用熒光光纖氧氣測量技術，測量精度高、穩定性強、無氧耗；
- 呼吸測量室有靜態呼吸室和動態呼吸室/游泳室，分別用于測量標準代謝（SMR）和不同游泳速度的活動代謝（AMR）；
- 全自動化控制、記錄及分析數據，簡單易用；潛水泵開閉的控制及氧氣信號的獲取均通過藍牙的方式，遠程無線傳輸能夠有效避免多通道線纜連接的繁瑣和潛水泵工作時產生的噪音對使用者的影響。
- 呼吸室高度定制，可根據水生動物的形態、大小定制各種形狀（如水平、立式）、各種尺寸的呼吸室。
配置方案
系統主要包括多通道熒光光纖氧氣測量主機及傳感器、靜態呼吸室、AutoResp自動控制及分析軟件、水環境控制模塊及其他配件或備選件。根據需求，有單通道、四通道、八通道及更多通道測量系統，可以同時連接多個呼吸室以測量多個斑馬魚的呼吸代謝情況。
u 單通道系統：由單通道熒光光纖氧氣測量系統、1個呼吸室、兩個潛水泵、管路等配件組成。可選配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動代謝研究，還可選配溫度及氧氣監測控制模塊。
- 四通道系統：由四通道熒光光纖氧氣測量系統、4個呼吸室、8個潛水泵等配件組成，可選配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動代謝研究，還可選配溫度及氧氣監測控制模塊。
- 八通道系統：由兩個四通道熒光光纖氧氣測量系統、8個呼吸室等組成，可選配游泳室及其他配件用于不同游泳速度下的活動代謝研究，還可選配溫度、氧氣監測控制模塊。
技術指標
- 熒光光纖氧氣測量系統：包括四通道測量主機、粘貼式氧氣傳感器及溫度傳感器。高時空分辨率，藍牙通訊，可在線測量水體和空氣中的氧氣，可長期在線監測，零氧耗、穩定性*。
- 氧氣測量范圍0 – 100%或0 – 45ppm；
- 檢測極限0.03%或15ppb；
- 溫度、鹽度、氣壓實時補償，不受電磁信號干擾、實時記錄、顯示呼吸室內氧氣隨時間的變化。
- AutoResp自動控制及軟件：自動計算顯示耗氧率、相關系數R2，實時記錄、顯示耗氧率隨時間的變化；實時記錄、顯示溫度隨時間的變化，測量數據自動存儲成Excel格式文檔，原始數據自動存儲成Txt格式文檔。
- 即時切換測量方法和調整間歇式呼吸測量法的測量/交換時間；
- 數據后分析：自動計算SMR、Pcrit等參數，顯示計算圖表；
- 自動設置：提供預設的系統配置供使用者選擇。
- 水環境控制模塊：包括溫度監測控制模塊和溶解氧監測控制模塊。可單獨調控CO2/pH。
- 溫度監測控制模塊包括溫度傳感器、潛水泵、不銹鋼散熱管等。溫度傳感器Pt1000測量范圍-50℃~180℃，精度±0.15℃；
- 氧氣監測控制模塊包括熒光光纖氧氣傳感器、電磁閥、氣石等，模塊通過控制電磁閥加氧或者加氮以控制水體處于過氧或者缺氧狀態。
- CO2/pH監測控制模塊包括控制器主機、pH計及探頭、電磁閥、氣石及CapCTRL調控軟件等，通過監測pH值間接確定水中CO2含量并調節控制水的pH和CO2含量并實時監測，pH值測量范圍0~14，分辨率0.01。
- 呼吸室：
丙烯酸或者硼硅玻璃，內徑分別62 – 240mm或者9 – 45mm可選，長度可選（主要根據水生動物的長度和體積）。還可根據動物形狀及用戶具體要求定制其他各種類型的呼吸室，如斑馬魚呼吸室，適用于螃蟹、蚌等其他水生動物的呼吸室等。
- 潛水泵：靜態游泳室有5L/min和10L/min兩種流速可選，與呼吸室的容積相匹配。
- 游泳室：包括外部水浴池、活動室、馬達、潛水泵等，不同型號技術指標如下表：
應用案例
- 加拿大麥克馬斯特大學（McMaster University）的Du等人使用魚類呼吸代謝測量系統測量了污水處理廠下游兩處（50m和830m）的藍腮太陽魚的耗氧率。發現受污染區域藍腮太陽魚的標準代謝率相較于無污染的參照區域較高，即代謝成本升高。但代謝成本升高也伴隨著氧氣吸收、傳遞和利用等方面的生理補償性調整，如鰓表面積擴大，血氧親和力降低，離體肝線粒體氧化磷酸化能力增強等等。該論文發表在2018年的《Environmental Science & Technology》（1區，IF = 6.653@ 2017-2018）雜志上。題目為《Metabolic costs of exposure to wastewater effluent lead to compensatory adjustments in respiratory physiology in bluegill sunfish》。
2. 捷克科學院脊椎動物生物研究所Reichard等人使用魚類呼吸代謝測量系統測量了存在干旱梯度的假鰓鳉屬8個自然種群的靜態代謝率和大代謝率，并以此計算代謝范圍，用以研究其壽命與老化的種內差異。該論文發表于2016年的《Evolution》（2區，IF = 3.818@ 2017-2018）雜志，題目為《Repeated intraspecific divergence in life span and aging of African annual fishes along an aridity gradient》。
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