鳥類和兩棲動(dòng)物呼吸與能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成功落戶蘭州大學(xué)

近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司為蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院安裝運(yùn)行了兩套SSI鳥類和小型兩棲動(dòng)物呼吸與能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)的成功運(yùn)行將助力蘭州大學(xué)對(duì)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性以及西北地區(qū)兩棲爬行動(dòng)物的研究。

這兩套系統(tǒng)主要包括氣體監(jiān)測(cè)、氣流控制、高通量多通道控制以及標(biāo)準(zhǔn)呼吸室（定制）等模塊，分別針對(duì)我國(guó)西北地區(qū)野生鳥類和樹(shù)蛙、青蛙等兩棲動(dòng)物的O2和CO2等呼吸代謝氣體進(jìn)行精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析。針對(duì)不同的研究對(duì)象和研究方法，通過(guò)模塊化和高度集成的設(shè)計(jì) + 定制化呼吸室/呼吸倉(cāng)，北京易科泰為研究人員提供了自由、多樣、針對(duì)性的呼吸與能量代謝監(jiān)測(cè)配置方案。

對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景主要為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的客戶，可以選擇模塊式配置結(jié)構(gòu)：

a) 可選配單通道系統(tǒng)，也可選配多通道系統(tǒng)；

b) 可只選配CO2分析儀或O2分析儀，還可同時(shí)選配CO2分析儀、O2分析儀、H2O分析儀、CH4分析儀等；

c) 可通過(guò)選配高精度差分O2分析儀及高精度CO2分析儀、高精度低量程氣體抽樣控制單元，對(duì)微小動(dòng)物如蚜蟲、蚊子、土壤動(dòng)物等進(jìn)行開(kāi)放式呼吸代謝實(shí)時(shí)測(cè)量；

d) 可通過(guò)選配高量程（最高可達(dá)2000L/min）氣體流量控制與抽樣系統(tǒng)，對(duì)中大型動(dòng)物進(jìn)行呼吸代謝測(cè)量；

e) 可選配溫度控制系統(tǒng)，對(duì)不同溫度條件下的動(dòng)物特別是變溫動(dòng)物的呼吸代謝進(jìn)行測(cè)量，并求出Q10；

f) 可選配氣體調(diào)控系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)控制進(jìn)入呼吸室中的O2或CO2濃度；

g) 可選配不同類型的活動(dòng)監(jiān)測(cè)單元，以對(duì)動(dòng)物活動(dòng)進(jìn)行同步化監(jiān)測(cè)并進(jìn)而分析動(dòng)物活動(dòng)與呼吸代謝的關(guān)系。

而對(duì)于需要外出監(jiān)測(cè)的研究人員，可選擇集成一體化的FMS或FOXBOX便攜式能量代謝系統(tǒng)：

其包括CO2分析儀、O2分析儀、水汽分析儀（FMS）、溫度監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、氣體抽樣單元及BaseLine/Chamber雙通道氣路切換器（FMS）等多種功能，高度集成、便于攜帶，可同時(shí)用于室內(nèi)室外等多種試驗(yàn)環(huán)境。

同樣，也可以通過(guò)給SSI便攜式能量代謝系統(tǒng)加配單獨(dú)的功能模塊以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜多樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。  

通過(guò)搭配專業(yè)軟件，可以查看各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，實(shí)現(xiàn)全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的查看、管理、下載與分析。如上圖所示，整個(gè)測(cè)量模塊十分靈敏，在設(shè)備調(diào)試期間改變進(jìn)氣源會(huì)造成數(shù)據(jù)的顯著波動(dòng)化。

應(yīng)用案例：

鳥類:

俄羅斯和越南的研究團(tuán)隊(duì)利用SSI便攜式鳥類能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫帶和熱帶地區(qū)的鳥類進(jìn)行了跟蹤研究，結(jié)果（見(jiàn)上圖）發(fā)現(xiàn)熱帶地區(qū)鳥類的基礎(chǔ)代謝率 (BMR) 低于溫帶物種，且遷往溫帶和高緯度地區(qū)的雀形目遷徙者的 BMR 高于熱帶久坐的雀形目。

加州大學(xué)同哈佛大學(xué)的研究人員利用SSI多通道鳥類能量代謝系統(tǒng)對(duì)秘魯和巴拿馬等不同維度、不同海拔地區(qū)的鳥類進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鳥類的基礎(chǔ)代謝率 (BMR)與體重有很強(qiáng)的相關(guān)性，但海拔之間沒(méi)有差異；而秘魯和巴拿馬地區(qū)不同鳥類在兩個(gè)區(qū)域之間的 BMR 沒(méi)有差異。同樣，他們對(duì)熱帶和溫帶繁殖鳥類的基礎(chǔ)代謝率（BMR）進(jìn)行分析，OLS ANCOVA和系統(tǒng)發(fā)育廣義最小二乘法的結(jié)果揭示了大規(guī)模的繁殖棲息地移動(dòng)差異性、數(shù)據(jù)集之間的差異性以及熱帶物種具有較低的BMR。

兩棲動(dòng)物：

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和渥太華大學(xué)生物系的研究人員通過(guò)對(duì)法國(guó)境內(nèi)不同區(qū)域非洲爪蟾標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）的分析，來(lái)進(jìn)一步探討外來(lái)入侵物種的生理變化和入侵潛力。研究結(jié)果表明非洲爪蟾的SMR與個(gè)體大小和體重之間存在正相關(guān)，較小和較輕的爪蟾?jìng)€(gè)體都具有較低的SMR，而且性別和體重之間存在顯著的交互作用。法國(guó)境內(nèi)山脈中心區(qū)域的雄性SMR高于雌性，而外圍區(qū)域的雌性SMR則高于雄性。來(lái)自外圍地區(qū)的雌性非洲爪蟾具有相對(duì)較高的SMR（與雄性相比）很可能是由于其繁殖過(guò)程需要大量的能量成本，用以支持種群向邊緣區(qū)域不斷擴(kuò)張。從保護(hù)生物學(xué)的角度來(lái)看，這些結(jié)果證明了理解生物和進(jìn)化機(jī)制的重要性，這些機(jī)制是選擇性狀的基礎(chǔ)，可以用于評(píng)估外來(lái)物種的入侵潛力。

易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司十多年來(lái)作為美國(guó)Sable公司中國(guó)區(qū)的合作伙伴，為國(guó)內(nèi)客戶提供各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（及人體等）個(gè)性化的精準(zhǔn)能量代謝監(jiān)測(cè)解決方案，系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果除了常見(jiàn)的實(shí)時(shí)氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸商（RQ）、產(chǎn)熱量（EE）、熱傳導(dǎo)速率（Ct）外，還可以提取研究者感興趣的其它代謝率指標(biāo)（如日代謝率DEE、最大代謝率MRmax等），以及獲得呼吸水分喪失（EWL）、能量當(dāng)量、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)、活動(dòng)指數(shù)、致死溫度LLT等重要參數(shù)。系統(tǒng)配置方案包括便攜式能量代謝測(cè)量系統(tǒng)、模塊式能量代謝測(cè)量系統(tǒng)等，全面滿足不同動(dòng)物能量代謝測(cè)量、活動(dòng)監(jiān)測(cè)、體溫心率監(jiān)測(cè)等需求。

參考資料：

1. Bushuev, A., Tolstenkov, O.O., Zubkova, E., Solovyeva, E., & Kerimov, A.B. (2018). Basal metabolic rate in free-living tropical birds: the influence of phylogenetic, behavioral, and ecological factors. Current Zoology, 64, 33 - 43.

2. Londo?o, Gustavo A., Mark A. Chappell, María del Rosario Casta?eda, Jill E. Jankowski and Scott K. Robinson. “Basal metabolism in tropical birds: latitude, altitude, and the ‘pace of life’." Functional Ecology 29 (2015): 338-346.

3. Louppe, V., Courant, J., Videlier, M., & Herrel, A. (2018). Differences in standard metabolic rate at the range edge versus the center of an expanding invasive population of Xenopus laevis in the West of France. Journal of Zoology, 305, 163-172.