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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）,。可根據(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)，具備強大的系統(tǒng)擴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)用最廣,、發(fā)表論文最多的儀器系統(tǒng)

2)   標準配置為8通道，可擴展為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,，是目前世界上唯一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)致反射紅外光強度的細微變化,，這種細微的變化經(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,，最終反映昆蟲的活動狀況）

5)   可選配溫度調(diào)控系統(tǒng)進行溫度控制

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：

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）,；具兩行文字數(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0－100%,，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%，通過軟件溫度補償,，采樣頻率10Hz,；具兩行文字數(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,，具兩行文字數(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（控制進出泵體的氣流）和氣流計（0－2000ml/m）,；隔膜泵，滾軸馬達,，最大流速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最小致死量,、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。

明尼蘇達大學(xué)生態(tài),、進化與行為學(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相關(guān)，即研究結(jié)果不支持“rate of living” 理論（該理論認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,，并獲得了準確的結(jié)果,。蜜蜂和黃蜂的最大熱臨界值不同，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行了強有力的解釋。

產(chǎn)地：美國