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環(huán)境溫度與能量代謝研究案例
發(fā)布時(shí)間: 2020-02-12 點(diǎn)擊次數(shù): 2022次能量代謝是機(jī)體生命活動(dòng)的基本特征,機(jī)體的能量代謝受很多因素影響,其中內(nèi)在因素有肌肉活動(dòng)、精神活動(dòng)等,外在因素中環(huán)境溫度是一個(gè)重要因素,不管過(guò)高的溫度還是過(guò)低的溫度,對(duì)生物體的能量代謝過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生影響,而且影響機(jī)制極為復(fù)雜。多年來(lái)眾多學(xué)者做了很多相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)此展開了研究,下面是幾個(gè)發(fā)表在Nature或其子刊上的研究實(shí)例,供參考(文獻(xiàn)全文和產(chǎn)品詳細(xì)資料請(qǐng)聯(lián)系我公司)。
這方面研究往往涉及一個(gè)臨界溫度的概念:臨界溫度,在生態(tài)學(xué)中指生物進(jìn)行正常生命活動(dòng)(生長(zhǎng)、發(fā)育和生殖等)所需的環(huán)境溫度的上限或下限,也就是動(dòng)物能夠生長(zhǎng)發(fā)育的極限高溫和極限低溫,通常稱為臨界高溫(critical thermal maxi-mum,CTMax)和臨界低溫(critical thermal mini-mum,CTMin),環(huán)境溫度高于或低于臨界溫度,動(dòng)物發(fā)育將停滯或進(jìn)入休眠狀態(tài),所以臨界溫度是反映動(dòng)物(尤其是非恒溫動(dòng)物)耐熱性和耐寒性的常用指標(biāo),也是動(dòng)物熱生物學(xué)的重要特征之一,在一定程度上反映了該物種的特性,也反映著這一特定物種對(duì)地理環(huán)境和季節(jié)變化的適應(yīng)能力。
※美國(guó)威廉斯堡威廉和瑪麗學(xué)院生物系(Department of Biology, College of William and Mary)的Donna G. Folk等以黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,比較了高擊倒溫度品系(簡(jiǎn)寫為HN,High Knockdown lines (‘High TKD’)),低擊倒溫度品系(簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)N,Low knockdown lines (‘Low TKD’))和對(duì)照品系(簡(jiǎn)寫為CN,Control lines)的臨界高溫、臨界低溫和擊倒溫度(knockdown temperature),并且使用美國(guó) SSI 公司(Sable Systems International)的呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量果蠅的呼吸速率,同時(shí)使用SSI公司的AD-1(升級(jí)后的新型號(hào)是AD-2)昆蟲活動(dòng)記錄儀測(cè)量果蠅的活動(dòng)狀態(tài),呼吸速率數(shù)據(jù)和活動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合來(lái)確定溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象來(lái)說(shuō)是否達(dá)到臨界點(diǎn)。
上圖X軸是溫度值,Y軸黑線是SSI呼吸測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的昆蟲呼吸速率(單位體重單位時(shí)間CO2釋放量);紅線是SSI的AD-1昆蟲活動(dòng)記錄儀測(cè)得的活動(dòng)狀態(tài)。從圖表可以看到臨界高溫是在41℃左右
※南非斯泰倫博斯大學(xué)入侵生物學(xué)中心保護(hù)生態(tài)與昆蟲學(xué)系(Department of Conservation Ecology and Entomology, Centre for Invasion Biology, Stellenbosch University)的Leigh Boardman等在研究蘋果異脛小卷蛾(Thaumatotibia leucotreta)耐寒性和氧氣供應(yīng)量的關(guān)系時(shí),使用美國(guó) SSI 公司(Sable Systems International)的呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)包括AD-2昆蟲活動(dòng)記錄儀測(cè)量昆蟲的厭氧代謝及其活動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)揭示出雖然氧氣供應(yīng)量影響到了昆蟲的厭氧代謝,但是并未影響到昆蟲的耐寒性。
上面圖表揭示的是在不同氧氣分壓條件下,通過(guò)熱限呼吸法(thermolimit respirometry (TLR) )確定的臨界低溫(critical thermal minima,反映生物耐寒性的重要指標(biāo))。
上圖揭示的是臨界氧分壓(critical oxygen partial pressure (Pcrit) (A))和昆蟲CO2消耗速率(rate of CO2 release (V CO2))的變化關(guān)系。
※中科院動(dòng)物研究所昆蟲與嚙齒動(dòng)物綜合治理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉柱東等利用美國(guó) SSI 公司(Sable Systems International)的呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng),研究了高溫條件(35℃)下煙青蟲(Helicoverpa assulta(Hübner))夏滯育率、蛹重及代謝速率的變化關(guān)系,結(jié)果顯示高溫能誘導(dǎo)煙青蟲進(jìn)入夏滯育,并且夏滯育蛹能通過(guò)維持低的代謝水平來(lái)適應(yīng)炎熱的夏天,具有一定的生態(tài)適應(yīng)意義。
上圖是處于不同蛹齡的滯育期蟲蛹和非滯育期蟲蛹的呼吸速率動(dòng)態(tài)關(guān)系。
※美國(guó)蒙大拿州密蘇拉州蒙大納大學(xué)蒙大拿州合作野生動(dòng)物研究室(Montana Cooperative Wildlife Research Unit, University of Montana)的Riccardo Ton等,在研究鳥類胚胎發(fā)育過(guò)程中環(huán)境溫度的影響時(shí),使用美國(guó) SSI 公司(Sable Systems International)的Foxbox便攜式呼吸測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量鳥卵的能量代謝,終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明環(huán)境溫度在鳥類胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用比以前認(rèn)為的大得多。
上圖是9種鳥類單位質(zhì)量代謝率(mass-specific metabolic rate (mL O2 h−1))處理組和對(duì)照組之間的平均差異。
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司作為美國(guó) SSI 公司(Sable Systems International)在中國(guó)合作十余年的代理和售后服務(wù)中心,為國(guó)內(nèi)科研院校提供了上百套動(dòng)物能量代謝儀器設(shè)備和相應(yīng)技術(shù)服務(wù),包括:
1) 牛羊等家畜呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)
2) 家禽呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)
3) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(大鼠、小鼠等)呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)
4) 兩爬類呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)
5) 蚜蟲及昆蟲呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)
6) 斑馬魚及魚類呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)等
上述測(cè)量系統(tǒng)都采用非常先進(jìn)的間接測(cè)熱法(indirect calorimetry),并結(jié)合行為觀測(cè)、環(huán)境調(diào)控(如溫度調(diào)控等)、體溫心率監(jiān)測(cè)等技術(shù);除實(shí)驗(yàn)室測(cè)量?jī)x器外,還提供了大量 FMS、 FoxBox 等便攜式能量代謝測(cè)量?jī)x器。公司還通過(guò) Ecolab 生態(tài)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),與中科院動(dòng)物所(動(dòng)物生理生態(tài)與能量代謝)、農(nóng)科院畜牧所(家禽呼吸代謝)、農(nóng)科院植保所(蚜蟲呼吸代謝)、疾控中心、北京實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心等保持密切合作關(guān)系。
易科泰公司積十幾年動(dòng)物能量代謝與生理生態(tài)儀器技術(shù)服務(wù)經(jīng)驗(yàn),為動(dòng)物生理生態(tài)、生物醫(yī)學(xué)等科研工作者提供動(dòng)物能量代謝與動(dòng)物生理生態(tài)全面解決方案,包括實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(斑馬魚、大小鼠、豚鼠、家兔等)、家畜家禽等各種動(dòng)物呼吸、能量代謝、紅外熱成像、體溫心率監(jiān)測(cè)、行為觀測(cè)分析等。