Aqua-RF水生動(dòng)物呼吸與能量代謝技術(shù)方案用于魚類、貝類及其它水生生物包括魚卵及其胚胎乃至浮游生物的呼吸代謝測(cè)量研究，同時(shí)還可以選配高速攝像頭和行為分析軟件用于行為觀測(cè)分析。可應(yīng)用于水體環(huán)境毒理學(xué)、水質(zhì)生物檢測(cè)、環(huán)境衛(wèi)生及藥理學(xué)研究、海洋淡水魚類及貝類等水生生物生態(tài)學(xué)、魚類貝類等行為生態(tài)、水生動(dòng)物發(fā)育生態(tài)等研究。
系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集控制模塊、熒光光纖O2測(cè)量單元、水環(huán)境控制單元、呼吸室及其它配件或備選件。其主要功能特點(diǎn)如下：
1.RF-O2熒光光纖氧氣傳感器技術(shù)測(cè)量魚類及其它水生生物（如浮游動(dòng)物、貝類、甲殼動(dòng)物等）呼吸與能量代謝
2.
“封閉式”測(cè)量技術(shù)或“間歇式”測(cè)量技術(shù)，前者配置簡(jiǎn)單方便，后者采用“間歇式”封閉測(cè)量技術(shù)，具備可以持續(xù)測(cè)量觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)
3.熒光光纖氧氣傳感器技術(shù)，T型“Flow-through”流通式氧氣傳感器或探頭／探針式氧氣傳感器，測(cè)量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、無耗氧；還可選配粘貼式“Spot”氧氣傳感器（根據(jù)研究的對(duì)象及研究目的而定）
4.客戶定制不同類型靜態(tài)呼吸室，用于測(cè)量不同魚類、貝類等不同水生動(dòng)物基礎(chǔ)代謝
5.可定制動(dòng)態(tài)呼吸室（游泳室），用于測(cè)量魚類不同游泳速度的呼吸代謝
6.可選配環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，調(diào)控溫度、溶解氧及pH/pCO2（可用于海水酸化觀測(cè)實(shí)驗(yàn)等）
7.可選配行為觀測(cè)單元包括高速攝像頭和行為分析軟件，用于觀測(cè)分析動(dòng)物的活動(dòng)狀況
8.可選配便攜式測(cè)量系統(tǒng)，方便野外使用或教學(xué)科研用
9.可定制高通量水生動(dòng)物呼吸與能量代謝測(cè)量系統(tǒng)，適用于斑馬魚等微小型魚類及水生動(dòng)物、卵高通量呼吸代謝觀測(cè)分析
10.可選配全自動(dòng)離子分析儀進(jìn)行水質(zhì)分析，或選配在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)及藻類濃度和生態(tài)
主要性能指標(biāo)
1） 有1通道、2通道、4通道可供選配，分別可接1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)O2傳感器，可并聯(lián)組成8通道甚至更多通道；另具備一個(gè)溫度傳感器通道（可選配4通道溫度傳感器）
2） RF熒光光纖O2測(cè)量技術(shù)，高時(shí)空分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性，溫度、氣壓補(bǔ)償，激發(fā)光源620nm，監(jiān)測(cè)器760nm（NIR），既可在線測(cè)量水體溶解氧，又可測(cè)量空氣中的氧氣
3） O2測(cè)量范圍0-50%（0-23mg/l）（可選配其它范圍），檢測(cè)極限0.02%（0.01mg/l），分辨率0.05%（0.025mg/l）@20% O2，精確度±0.2％（0.1mg/l）@20% O2，低使用壽命1千萬數(shù)據(jù)點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要選配流通管式或探頭式、探針式、粘貼式熒光光纖氧氣傳感器
4） USB接口，與計(jì)算機(jī)連接使用，采樣頻率：每秒4次
5） 軟件用于參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)顯示包括圖表顯示、數(shù)據(jù)輸出等功能，實(shí)時(shí)記錄顯示周邊水體（水浴槽）O2隨時(shí)間變化，實(shí)時(shí)記錄顯示溫度等隨時(shí)間的變化等
6） 呼吸室：各種規(guī)格供選配，可定制適于不同魚類或水產(chǎn)動(dòng)物（如螃蟹、軟體動(dòng)物等）、不同大小物種呼吸代謝測(cè)量研究。
研究案例——?dú)夂蜃兓瘜?duì)魚類行為與能量代謝的影響：
當(dāng)前氣候變化問題是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，氣候變化對(duì)地球生態(tài)的影響是的，海洋是氣候系統(tǒng)儲(chǔ)存能量的主要載體，氣候變化給生活于其中的魚類帶來的影響不可忽視。氣候的變化影響著各大洋的氣候變化模式以及海洋環(huán)境要素（海水升溫，海水酸化、富營(yíng)養(yǎng)化，海水含氧量變化，海洋環(huán)流變化等）的變化，這些變化通過對(duì)魚類個(gè)體的直接作用或生態(tài)系統(tǒng)食物鏈傳遞的間接作用影響海洋魚類，包括魚類的（生長(zhǎng)、繁殖、洄游）、物候、資源量以及分布等，并形成了對(duì)整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。
2018年的《Diversity》刊登了澳大利亞詹姆斯庫(kù)克大學(xué)（James Cook University）的Taryn D. Laubenstein等的科研論文，該論文闡述了一種重要的海洋經(jīng)濟(jì)魚類-黃尾鰤?mèng)~（yellowtail kingfish，Seriola lalandi）在海水酸化、水溫升高等環(huán)境變化情況下的代謝特征（耗氧率）和行為特征。實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室控制水溫和水體CO2的方式，研究了魚卵孵化、幼魚成長(zhǎng)過程，使用Lolitrack動(dòng)物行為觀測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)魚的行為進(jìn)行觀測(cè)與分析，使用RF-O2熒光光纖氧氣測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量魚的耗氧率，研究表明：水溫升高對(duì)幼魚行為和特性的影響大于水體CO2濃度升高；CO2濃度升高確實(shí)增加了魚的靜息攝氧率（resting oxygen uptake rates），并且和水溫變化有錯(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系。他們的研究結(jié)果證實(shí)了大型中上層魚類（large pelagic fish）對(duì)海洋酸化和變暖的反應(yīng)，提供了新的行為和數(shù)據(jù)并且證實(shí)了這些特征之間的相關(guān)性，以及這些相關(guān)性和魚類適應(yīng)氣候變化的關(guān)系。
澳大利亞珊瑚礁研究中心（ARC Cee of Excellence for Coral Reef Studies）的Adam Habary等在2016年的《Global Change Biology》發(fā)表了題為《Adapt, move or die – how will tropical coral reef fishes cope with ocean warming?》的論文，該論文研究了在海洋變暖的影響下熱帶珊瑚礁魚類的有氧代謝和對(duì)溫度變化的應(yīng)激反應(yīng)，研究結(jié)果反映了海洋水溫變暖的背景下，魚類對(duì)環(huán)境的適應(yīng)與規(guī)避行為。
該實(shí)驗(yàn)選取對(duì)溫度比較敏感的珊瑚礁魚類模式物種-藍(lán)綠色雀鯛（Chromis viridis），使用實(shí)驗(yàn)室模擬控制水溫變化的方法，采用多通道呼吸室測(cè)量法，使用RF-O2熒光光纖氧氣測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量魚的大代謝率（maximal metabolic rates，MMR），標(biāo)準(zhǔn)代謝率（standard metabolic rates，SMR）和有氧代謝率（aerobic metabolic scopes，AMR），使用Lolitrack動(dòng)物行為觀測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)魚在不同溫度的穿梭池系統(tǒng)中的喜好與規(guī)避行為進(jìn)行觀測(cè)與分析。
研究案例——高通量呼吸代謝測(cè)量方案
高通量測(cè)量微小生物如藻類等浮游植物、浮游動(dòng)物、魚類蟲卵、土壤微生物、果蠅、斑馬魚等呼吸與能量代謝，對(duì)于實(shí)驗(yàn)生物學(xué)研究、污染生態(tài)學(xué)與環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境科學(xué)與氣候變化研究等，都具有越來越重要的意義
早在2005年，為了實(shí)現(xiàn)個(gè)體水平上的海底無脊椎動(dòng)物胚胎（或幼蟲）的呼吸率的高通量測(cè)量，美國(guó)特拉華大學(xué)的Szela和Marsh把384孔微量滴定板改造成384個(gè)呼吸室/微型呼吸計(jì)，采用平板讀取的熒光計(jì)對(duì)鹵蟲無節(jié)幼蟲的呼吸率進(jìn)行了持續(xù)實(shí)時(shí)的測(cè)量（參見下圖）。
384孔微量滴定板中的25個(gè)孔內(nèi)的鹵蟲無節(jié)幼蟲的氧氣濃度在兩小時(shí)內(nèi)的變化。通過氧氣濃度（μM）-時(shí)間（h）的線性回歸計(jì)算呼吸率。每個(gè)曲線下方的圓圈內(nèi)數(shù)字代表鹵蟲無節(jié)幼蟲的數(shù)量。
商業(yè)化的高通量呼吸測(cè)量系統(tǒng)的問世，使得水生動(dòng)物的胚胎（或幼蟲）呼吸測(cè)量變得高效、精確，配合自動(dòng)化的水體環(huán)境因子調(diào)控的設(shè)備，魚類等水生動(dòng)物的胚胎和發(fā)育學(xué)研究變得方便快速。例如，2017年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Flynn和Todgham采用高通量呼吸測(cè)量技術(shù)，對(duì)發(fā)育的南極魚代謝活動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量和分析（參見下圖）。
左圖成年深海龍魚保護(hù)著一次產(chǎn)的胚胎；右圖深海龍魚胚胎處于開放的呼吸室；呼吸測(cè)量（氧氣飽和度VS時(shí)間）
美國(guó)海洋和大氣管理和研究局的（NOAA）Xaymara Serrano等（2018）使用200微升的高通量呼吸系統(tǒng)測(cè)量了兩個(gè)物種的加勒比礁珊瑚幼蟲的耗氧率（參見下圖）。研究團(tuán)隊(duì)的成員來自位于邁阿密的大西洋海洋和氣象實(shí)驗(yàn)室以及邁阿密大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，他們研究了多種因子（如溫度、硝酸鹽富集）對(duì)幼蟲的活動(dòng)的影響，研究結(jié)果刊登在《Coral Reefs》雜志上，并在論文里詳細(xì)介紹了他們是如何使用該技術(shù)測(cè)量如此微小的生物的耗氧率。
礁珊瑚幼蟲耗氧率測(cè)量
