環(huán)境溫度與能量代謝研究案例

    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，不管過高的溫度還是過低的溫度，對(duì)生物體的能量代謝過程都會(huì)產(chǎn)生影響，而且影響機(jī)制極為復(fù)雜。多年來眾多學(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、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LN，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 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)合來確定溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象來說是否達(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 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)物綜合治理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉柱東等利用美國 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維持低的代謝水平來適應(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)育過程中環(huán)境溫度的影響時(shí)，使用美國 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 SSI 公司（Sable Systems International）在中國合作十余年的代理和售后服務(wù)中心，為國內(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)量儀器外，還提供了大量 FMS、 FoxBox 等便攜式能量代謝測(cè)量儀器。公司還通過 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。