SSI果蠅呼吸代謝與活動觀測系統(tǒng)

美國Sable公司的多通道昆蟲呼吸代謝測量系統(tǒng)用于精確測量果蠅等昆蟲乃至其它動物呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可計算呼吸商、同步化監(jiān)測昆蟲活動及其與呼吸代謝的關(guān)系等，廣泛應(yīng)用于果蠅及其它小型昆蟲等動物呼吸代謝有關(guān)的研究，如遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)實驗、病蟲害防治、預(yù)防醫(yī)學(xué)研究實驗、昆蟲等動物生態(tài)學(xué)等。系統(tǒng)由二氧化碳分析儀、氧氣分析儀、多通道氣路轉(zhuǎn)換器、氣流控制器、數(shù)據(jù)采集器及程序軟件、氣室（呼吸室等組成）?？筛鶕?jù)研究內(nèi)容及經(jīng)費預(yù)算定制8通道（可同時測量7個動物的呼吸代謝）或更多通道觀測系統(tǒng)，或選擇同時測量CO₂、O₂、RQ及H₂O，亦可根據(jù)要求只選擇測量CO₂或O₂的測量系統(tǒng)。

功能特點：

1) 模塊式結(jié)構(gòu)，具備強(qiáng)大的系統(tǒng)擴(kuò)展功能和靈活多樣的實驗配置，是目前世界上果蠅呼吸代謝研究應(yīng)用、發(fā)表論文多的儀器系統(tǒng)

2) 標(biāo)準(zhǔn)配置為8通道，可擴(kuò)展為16通道、24通道或更多通道，應(yīng)用于果蠅等微小昆蟲或其它微小生物呼吸代謝測量

3) 高靈敏度、高精確度O2/CO2分析儀，是目前世界上可直接對單個果蠅等微小生物在線實時分析（開放式分析）的儀器系統(tǒng)

4) 可通過選配AD-2紅外活動監(jiān)測裝置，實時同步化監(jiān)測果蠅等活動強(qiáng)度（昆蟲活動呼吸室置入紅外活動監(jiān)測儀上，昆蟲的任何活動都會導(dǎo)致反射紅外光強(qiáng)度的細(xì)微變化，這種細(xì)微的變化經(jīng)檢測器監(jiān)測到并加以放大，轉(zhuǎn)變成電壓信號經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器采集和分析，終反映昆蟲的活動狀況）

5) 可選配溫度調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制

6) 可以設(shè)置不同的測量方法，如封閉式、開放式、抽樣流動注射等測量技術(shù)

7) 可選配紅外熱成像監(jiān)測模塊，同步監(jiān)測昆蟲體溫

技術(shù)指標(biāo)：

1) 氧氣分析測量：氧氣測量范圍0－100％，分辨率0.0001%，精確度優(yōu)于0.1％，響應(yīng)時間小于7秒，24小時漂移低于0.01％，20分鐘噪音低于0.002％pk-pk；溫度、壓力補(bǔ)償,4通道模擬輸出，16bit分辨率；數(shù)碼過濾（噪音）0-50秒可調(diào)，增幅0.2秒，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器分辨率24 bits；可同時測量溫度（測量范圍0-60℃，分辨率0.001℃）和氣壓（測量范圍30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時顯示氧氣含量和氣壓；大小33x25x10cm，重量約4.5kg。另有雙通道高精度氧氣分析測量儀備選。

2) 高精度差分氧氣分析儀（備選），適于果蠅等微小昆蟲的開放式在線呼吸代謝測量，測量范圍0－*，精度0.1%，分辨率0.0001%

3) 二氧化碳分析測量（CA-10）：雙波長非色散紅外技術(shù)，測量范圍0－5％或0－10％兩級選擇（雙程），內(nèi)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時測量，響應(yīng)時間小于1秒，分辨率優(yōu)于0.0001%或1ppm（可達(dá)0.1ppm），精確度1%，建議氣流5－2000ml/分鐘，噪音小于2ppm，24小時漂移低于0.002%，通過軟件溫度補(bǔ)償，采樣頻率10Hz；具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時顯示CO₂含量和氣壓；4通道模擬輸出，16bit分辨率，具數(shù)碼過濾（噪音）；大小33x25x10cm，重量約4.5kg

4) 超高精度二氧化碳分析測量（備選）：差分非色散紅外氣體分析儀，用于在線測量果蠅等微小生物或蜱螨類微小動物的呼吸代謝，測量范圍0－3000ppm，分辨率達(dá)0.01ppm，精確度1%

5) RH－300水氣測量儀（備選）：測量范圍0.2％－100％（相對濕度）、分辨率0.001%（相對濕度），露點溫度-40~40℃、分辨率0.002℃（露點溫度），水汽密度0-10µg/ml、分辨率0.0001µg/ml，水汽壓力0-20kPa、分辨率0.01Pa；模擬輸出16 bits，建議氣流速度5-2000ml/min，具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時顯示水汽含量和溫度

6) SS4氣體二次抽樣單元：包括一個泵、針閥（控制進(jìn)出泵體的氣流）和氣流計（0－2000ml/m）；隔膜泵，滾軸馬達(dá)，大流速2-4L/min；熱橋式氣流計，分辨率1ml/min，精確度2%；模擬輸出12 bits；重量約2kg

7) 氣路轉(zhuǎn)換器：8通道（包括一個Baseline通道），采樣頻率10Hz

8) UI-3數(shù)據(jù)采集器，12通道，8個模擬輸入，16bit分辨率；4個溫度輸入，分辨率0.001攝氏度；8個數(shù)字輸出用于系統(tǒng)控制，1個16bit計數(shù)器，2通道電壓輸出，脈沖寬度調(diào)制

9) 昆蟲玻璃氣室：超低二氧化碳和水氣吸收或通透性， 直徑33mm，標(biāo)配包括50mm、100mm兩種長度（可選配其它長度），氣路接口OD3.2mm，特殊設(shè)計的雙通（兩端開通）密封蓋和擋板裝置，以使氣流均勻分布

10) 微型呼吸室：呼吸室及密封蓋均為硼硅玻璃材質(zhì)，用于果蠅等微小昆蟲及昆蟲卵等的呼吸測量，直徑9.0mm，體積0.5－1.0ml，氣路接口OD1.5mm，硼硅玻璃密封蓋

11) 紅外活動監(jiān)測（可選配）：紅外發(fā)射與檢測技術(shù)，900nm近紅外光，不會被昆蟲察覺而造成干擾，也不會產(chǎn)生明顯的熱效應(yīng)，用于監(jiān)測0.0005-1g的各種昆蟲、蜱螨等無脊椎動物的活動狀態(tài)，以研究昆蟲等動物的生理生態(tài)、昆蟲活動與溫度的關(guān)系、昆蟲活動與呼吸代謝的關(guān)系、昆蟲健康狀況及生理狀態(tài)、殺蟲劑對昆蟲的影響及小致死量、臨界熱極值CTmax(critical thermal maximum)、不連續(xù)氣體交換DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。

12) Maven高通量昆蟲呼吸測量模塊：該模塊可同時測量16通道的昆蟲呼吸室，高度集成性，涵蓋了呼吸室、RM8、Model840、MFC-2及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)UI-3和ExpeData軟件等。

13) 專業(yè)技術(shù)配置與培訓(xùn)，包括封閉式、開放式、抽氣式、推氣式、抽樣流動注射法等不同技術(shù)裝配與操作技術(shù)培訓(xùn)。

應(yīng)用案例

Donna G. Folk等（The Journal of Experimental Biology, 2007）利用配備有紅外昆蟲活動監(jiān)測裝置的SSI果蠅呼吸代謝測量系統(tǒng)，對不同品系的果蠅熱耐受性進(jìn)行了研究。系統(tǒng)配置主要包括高精度CO2分析儀、8通道氣路切換系統(tǒng)（組成8通道測量系統(tǒng)）、AD-1活動監(jiān)測裝置、氣體精確控制采樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、溫度調(diào)控系統(tǒng)及溫度傳感器。果蠅呼吸（圖中黑色實線）和活動（圖中紅色實線）同步紀(jì)錄數(shù)據(jù)參見Fig.2，圖中A、B、C、D分別表示指數(shù)上升相、平穩(wěn)相、致死下降相和致死后峰四個時相（phase）。結(jié)果表明，果蠅性別對Q10沒有顯著影響，但選擇性處理（HN－h(huán)igh knockdown lines, LN－low knockdown lines, CN－control knockdown lines）對Q10具有顯著影響。

適合度（fitness）通常以個體所繁殖的后代數(shù)量來衡量，但實際上適合度又是生物發(fā)育過程和生理過程的結(jié)果，這與其新陳代謝有著密切的關(guān)系。芬蘭于韋斯屈萊大學(xué)（University of Jyv?skyl?）生物與環(huán)境科學(xué)系（Department of Biological and Environmental Science）的Terhi Honkola（2009），利用SSI多通道昆蟲呼吸測量系統(tǒng)，對近交、雜交、環(huán)境脅迫（鹽脅迫）對果蠅（Drosophila）新陳代謝速率的影響進(jìn)行了測量研究，結(jié)果表明，近交果蠅呼吸代謝率低于雜交果蠅，從而支持“低代謝率意味著低適合度”的理論；鹽脅迫對果蠅呼吸代謝影響不顯著。

Greg Suh等（2004）在Nature上發(fā)表了“A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behavior in Drosophila”的文章，實驗發(fā)現(xiàn)果蠅天生有回避受脅果蠅（比如通過震動造成對果蠅的脅迫）發(fā)出的氣味的本性，而CO2是這種氣味的主要成分之一并能誘導(dǎo)其它果蠅的回避行為。

明尼蘇達(dá)大學(xué)生態(tài)、進(jìn)化與行為學(xué)系A(chǔ)ziz Khazaeli等（2005），利用SSI多通道果蠅呼吸測量系統(tǒng)，測量了不同年齡成體黑腹果蠅的呼吸代謝，以確定呼吸代謝遺傳變異與壽命的關(guān)系，結(jié)果表明，年齡對呼吸代謝的影響顯著表現(xiàn)在年輕時期（5日齡到16日齡），16日齡后果蠅年齡對呼吸代謝的影響顯著降低，沒有證據(jù)表明呼吸代謝率與存活存在負(fù)相關(guān)，即研究結(jié)果不支持“rate of living” 理論（該理論認(rèn)為高呼吸代謝率則意味著低壽命）。

2017年Helmut Kovac等人在《J COMP PHYSIOL B》雜志上發(fā)表了：“Comparison of thermal traits of Polistes dominula and Polistes gallicus, two European paper wasps with strongly differing distribution ranges”一文，該文應(yīng)用了SSI的昆蟲呼吸代謝測量系統(tǒng)以及紅外熱成像系統(tǒng)，對兩種歐洲黃蜂的體溫和新陳代謝進(jìn)行了研究，證明了在不同溫度環(huán)境條件下，兩種黃蜂對環(huán)境的耐受性不同，其體溫調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定了對不同地域的適應(yīng)性。

Anton Stabentheiner等人在《Thermochimica Acta》雜志上發(fā)表了：“Assessing honeybee and wasp thermoregulation and energetics—New insights by combination of flow-through respirometry with infrared thermography”一文，對蜜蜂和黃蜂等昆蟲的體熱調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究，他們展示了用紅外熱成像技術(shù)和呼吸測量技術(shù)對昆蟲生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，并獲得了準(zhǔn)確的結(jié)果。蜜蜂和黃蜂的大熱臨界值不同，這使得蜜蜂可以通過加熱殺死黃蜂。在確定昆蟲呼吸臨界熱極限的過程中，呼吸測量和熱成像的聯(lián)合使用對昆蟲的呼吸痕跡進(jìn)行了強(qiáng)有力的解釋。

產(chǎn)地：美國