Aqua-RF水生動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量研究，同時還可以選配高速攝像頭和行為分析軟件用于行為觀測分析?？蓱?yīng)用于水體環(huán)境毒理學(xué)、水質(zhì)生物檢測、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)、魚類貝類等行為生理生態(tài)、水生動物發(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。其主要功能特點如下：
1.RF-O2熒光光纖氧氣傳感器技術(shù)測量魚類及其它水生生物（如浮游動物、貝類、甲殼動物等）呼吸與能量代謝
2.
“封閉式”測量技術(shù)或“間歇式”測量技術(shù)，前者配置簡單方便，后者采用“間歇式”封閉測量技術(shù)，具備可以持續(xù)測量觀測的優(yōu)點
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，測量精度高、穩(wěn)定性強、無耗氧；還可選配粘貼式“Spot”氧氣傳感器（根據(jù)研究的對象及研究目的而定）
4.客戶定制不同類型靜態(tài)呼吸室，用于測量不同魚類、貝類等不同水生動物基礎(chǔ)代謝
5.可定制動態(tài)呼吸室（游泳室），用于測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實驗等）
7.可選配行為觀測單元包括高速攝像頭和行為分析軟件，用于觀測分析動物的活動狀況
8.可選配便攜式測量系統(tǒng)，方便野外使用或教學(xué)科研用
9.可定制高通量水生動物呼吸與能量代謝測量系統(tǒng)，適用于斑馬魚等微小型魚類及水生動物、卵高通量呼吸代謝觀測分析
10.可選配全自動離子分析儀進行水質(zhì)分析，或選配在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測水質(zhì)及藻類濃度和生理生態(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、2個和4個O2傳感器，可并聯(lián)組成8通道甚至更多通道；另具備一個溫度傳感器通道（可選配4通道溫度傳感器）
2） RF熒光光纖O2測量技術(shù)，高時空分辨率、高精確度、高穩(wěn)定性，溫度、氣壓補償，激發(fā)光源620nm，監(jiān)測器760nm（NIR），既可在線測量水體溶解氧，又可測量空氣中的氧氣
3） O2測量范圍0-50%（0-23mg/l）（可選配其它范圍），檢測極限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，*使用壽命1千萬數(shù)據(jù)點。可根據(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，與計算機連接使用，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，實時記錄顯示周邊水體（水浴槽）O2隨時間變化，實時記錄顯示溫度等隨時間的變化等
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)動物（如螃蟹、軟體動物等）、不同大小物種呼吸代謝測量研究。
研究案例——氣候變化對魚類行為與能量代謝的影響：
當(dāng)前氣候變化問題是社會關(guān)注的熱點，氣候變化對地球生態(tài)的影響是的，海洋是氣候系統(tǒng)儲存能量的主要載體，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，這些變化通過對魚類個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，包括魚類的生理（生長、繁殖、洄游）、物候、資源量以及分布等，并形成了對整個海洋生態(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)濟魚類-黃尾鰤魚（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。實驗采用實驗室控制水溫和水體CO2的方式，研究了魚卵孵化、幼魚成長過程，使用Lolitrack動物行為觀測分析系統(tǒng)對魚的行為進行觀測與分析，使用RF-O2熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)測量魚的耗氧率，研究表明：水溫升高對幼魚行為和生理特性的影響大于水體CO2濃度升高；CO2濃度升高確實增加了魚的靜息攝氧率（resting oxygen uptake rates），并且和水溫變化有錯綜復(fù)雜的相互關(guān)系。他們的研究結(jié)果證實了大型中上層魚類（large pelagic fish）對海洋酸化和變暖的反應(yīng)，提供了新的行為和生理數(shù)據(jù)并且證實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 Centre 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，魚類對環(huán)境的適應(yīng)與規(guī)避行為。
該實驗選取對溫度比較敏感的珊瑚礁魚類模式物種-藍綠色雀鯛（Chromis viridis），使用實驗室模擬控制水溫變化的方法，采用多通道呼吸室測量法，使用RF-O2熒光光纖氧氣測量系統(tǒng)測量魚的*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動物行為觀測分析系統(tǒng)對魚在不同溫度的穿梭池系統(tǒng)中的喜好與規(guī)避行為進行觀測與分析。
研究案例——高通量呼吸代謝測量方案
高通量測量微小生物如藻類等浮游植物、浮游動物、魚類蟲卵、土壤微生物、果蠅、斑馬魚等呼吸與能量代謝，對于實驗生物學(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，為了實現(xiàn)個體水平上的海底無脊椎動物胚胎（或幼蟲）的呼吸率的高通量測量，美國特拉華大學(xué)的Szela和Marsh把384孔微量滴定板改造成384個呼吸室/微型呼吸計，采用平板讀取的熒光計對鹵蟲無節(jié)幼蟲的呼吸率進行了持續(xù)實時的測量（參見下圖）。
384孔微量滴定板中的25個孔內(nèi)的鹵蟲無節(jié)幼蟲的氧氣濃度在兩小時內(nèi)的變化。通過氧氣濃度（μM）-時間（h）的線性回歸計算呼吸率。每個曲線下方的圓圈內(nèi)數(shù)字代表鹵蟲無節(jié)幼蟲的數(shù)量。
商業(yè)化的高通量呼吸測量系統(tǒng)的問世，使得水生動物的胚胎（或幼蟲）呼吸測量變得高效、精確，配合自動化的水體環(huán)境因子調(diào)控的設(shè)備，魚類等水生動物的胚胎和發(fā)育學(xué)研究變得方便快速。例如，2017年，美國加利福尼亞大學(xué)的Flynn和Todgham采用高通量呼吸測量技術(shù)，對發(fā)育的南極魚代謝活動進行了測量和分析（參見下圖）。
左圖成年深海龍魚保護著一次產(chǎn)的胚胎；右圖深海龍魚胚胎處于開放的呼吸室；呼吸測量（氧氣飽和度VS時間）
美國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)測量了兩個物種的加勒比礁珊瑚幼蟲的耗氧率（參見下圖）。研究團隊的成員來自位于邁阿密的大西洋海洋和氣象實驗室以及邁阿密大學(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）對幼蟲的活動的影響，研究結(jié)果刊登在《Coral Reefs》雜志上，并在論文里詳細介紹了他們是如何使用該技術(shù)測量如此微小的生物的耗氧率。
礁珊瑚幼蟲耗氧率測量
