Aqua-RF水生动物呼吸与能量代谢测量客户定制方案

Aqua-RF水生生物呼吸测量系统用于鱼类、贝类、水生无脊椎动物、鱼卵及其胚胎乃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。

鱼类等水生动物的呼吸代谢测量系统通常采用“间歇式”呼吸测量法（下左图）：呼吸室与两个潜水泵——一个循环泵（recirculating pump）和一个交换泵（flush pump）相连，放置在水箱中。循环泵能够将呼吸通路中溶解氧混匀且保证有足量的水流经氧气传感器，而交换泵可以使水箱中的水与呼吸室内水进行交换，补充水生动物消耗的溶解氧。测量时交换泵关闭、循环泵开启，此时呼吸室类似于“封闭式”；测量完成后，循环泵关闭，交换泵开启，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（下右图）。

因此整个测量过程可以分为2个阶段：测量阶段（measurement phase）和交换阶段（flushing phase），两个阶段交替进行，因此可长时间对水生动物进行测量（下左图）。通过测量阶段溶解氧线性下降的速率（即曲线斜率）可计算耗氧率，并可根据多次测量的耗氧率数据计算代谢率（下右图）。

系统主要包括溶解氧监测单元、水流控制单元、呼吸室及管路配件，可选配溶解氧、温度等水环境控制单元。

功能特点

1. 高度定制：针对不同类型的实验动物和样品，选择合适的测量方法、传感器类型、呼吸室尺寸、潜水泵流量、管路口径等，从而制定出ZJ的测量系统

2. 经典的“间歇”测量法：，持续测量鱼类的耗氧率，具备高时间解析度

3. “封闭”测量法：测量鱼卵、小型鱼的耗氧率，简单易操作

4. REDFLASH荧光光纤氧气传感器技术，高速响应、高精度测量溶解氧，温度实时补偿

5. 氧气传感器类型多样可选：T型“Flow-through”流通式氧气传感器或探头／探针式氧气传感器，还可选配粘贴式“Spot”氧气传感器

6. 静态呼吸室客户定制，用于测量不同种类的鱼类、贝类等不同水生动物的标准代谢率（SMR）

7. 可选配动态呼吸室（游泳室），用于测量鱼类不同游泳速度的呼吸代谢

8. 可选配环境调控系统，调控温度、溶解氧及pH/pCO2（可用于海水酸化观测实验等）

9. 可选配行为观测单元包括高速摄像头和行为分析软件，用于观测分析动物的活动状况

技术性能指标

1. 测量参数：耗氧率MO2，标准代谢率（SMR），静息代谢率（RMR），ZD代谢率（MMR）、有氧代谢率AMR等

2. 溶解氧监测单元，包括氧气测量仪主机和氧气传感器

2.1 新一代FireSting-O2（FS-O2）测量仪，1通道、2通道、4通道可供选配，分别可接1个、2个或4个氧气或温度传感器；另具备一个PT100热电阻温度传感器通道

2.2 ZD采样频率：每秒10-20次

2.3 内置气压传感器，300－1100mbar，0.06mbar分辨率，精确度±3mbar

2.4 内置湿度传感器，0－100%RH，分辨率0.04%，精确度±0.2%

2.5 具模拟输出和自动模式，0－2.5VDC

2.6 USB2.0接口，通过USB口PC供电，20mA@5VDC

2.7 端口：串行接口UART

2.8 大小：78x120x24mm，重290g

2.9 操作环境：0-50℃，非冷凝

2.10 软件：Pyro Workbench，Windows7/8/10，ZD配置700MB硬盘、1GB内存、1360×768屏幕分辨率

2.11 软件具备耗氧率计算和漂移补偿的功能

2.12 氧气传感器：溶解氧ZJ测量范围 0-22mg/L，ZD测量范围0-44mg/L，检测极限 0.01mg/L（溶解氧），响应时间（t90）低0.3s

2.13 氧气传感器多种可选，包括探头、探针、裸光纤等接触式传感器以及薄膜贴、流通管、呼吸瓶等非接触传感器

3. 水流控制单元，包括潜水泵和定时装置，可实现潜水泵自动交替开闭

3.1 潜水泵：流量5L/min和10L/min可选，可选配小型水泵

3.2 定时装置可重复循环开关，一键启动，具备断电记忆

4. 呼吸室：丙烯酸材质，呼吸室内径和长度根据鱼类体重和体长确定。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

应用案例

1. 澳大利亚珊瑚礁研究中心研究了海洋水温变暖的背景下鱼类对环境的适应与规避行为。研究人员选取对温度比较敏感的珊瑚礁鱼类模式物种-蓝绿色雀鲷Chromis viridis，使用FSO2氧气测量仪测量了其在控温环境中的ZD代谢率MMR、标准代谢率SMR及有氧代谢率AMR。研究结果发表在2016年的《Global Change Biology》杂志。

2. 来自澳大利亚海洋科学研究所和哥德堡大学的科学家对鲈鱼的耐热性的生理基础进行研究，分别对有氧呼吸代谢率和静脉血分压进行了测量。

3. 詹姆斯·库克大学的研究者使用FSO2四通道测量仪和薄膜贴式氧气传感器测量鱼类的耗氧率，即有氧代谢率（静息代谢率和ZD代谢率），用以研究气候变化相关胁迫，包括温度升高和海水酸化，对珊瑚鱼生理的影响。

4. 美国伍兹霍尔海洋研究所的研究者使用使用FSO2四通道测量仪和薄膜贴式氧气传感器测量海洋无脊椎动物，其使用注射器当做呼吸室，可根据动物大小和代谢率灵活调整体积。

近年部分参考文献

l Beman, J. M. et al. Biogeochemistry and hydrography shape microbial community assembly and activity in the eastern tropical North Pacific Ocean oxygen minimum zone. Environmental Microbiology n/a,.

l Stadler, M., Ejarque, E. & Kainz, M. J. In-lake transformations of dissolved organic matter composition in a subalpine lake do not change its biodegradability. Limnology and Oceanography 65, 1554–1572 (2020).

l Shrestha, P. et al. Biodegradation testing of volatile hydrophobic chemicals in water-sediment systems – Experimental developments and challenges. Chemosphere 238, 124516 (2020).

l Michaud, A. B. et al. Glacial influence on the iron and sulfur cycles in Arctic fjord sediments (Svalbard). Geochimica et Cosmochimica Acta 280, 423–440 (2020).

l Hu, B. et al. Diurnal variations of greenhouse gases emissions from reclamation mariculture ponds. Estuarine, Coastal and Shelf Science 237, 106677 (2020).

l Graffam, M., Paulsen, R. & Volkenborn, N. Hydro-biogeochemical processes and nitrogen removal potential of a tidally influenced permeable reactive barrier behind a perforated marine bulkhead. Ecological Engineering 155, 105933 (2020).

l Gu, X.-B., Cai, H.-J., Du, Y.-D. & Li, Y.-N. Effects of film mulching and nitrogen fertilization on rhizosphere soil environment, root growth and nutrient uptake of winter oilseed rape in northwest China. Soil and Tillage Research 187, 194–203 (2019).

l Xia, D. et al. Role of sulphide reduction by magnesium hydroxide on the sediment of the eutrophic closed bay. Aquaculture Research 49, 462–470 (2018).

l Long, M. H. & Nicholson, D. P. Surface gas exchange determined from an aquatic eddy covariance floating platform. Limnology and Oceanography: Methods 16, 145–159 (2018).

l Boyko, V., Torfstein, A. & Kamyshny, A. Oxygen Consumption in Permeable and Cohesive Sediments of the Gulf of Aqaba. Aquat Geochem 24, 165–193 (2018).

l Habary, A., Johansen, J. L., Nay, T. J., Steffensen, J. F. & Rummer, J. L. Adapt, move or die – how will tropical coral reef fishes cope with ocean warming? Glob Change Biol 23, 566–577 (2017).

产地：德国