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環境溫度與能量代謝研究案例
發布時間： 2020-02-12 點擊次數： 2674次能量代謝是機體生命活動的基本特征，機體的能量代謝受很多因素影響，其中內在因素有肌肉活動、精神活動等，外在因素中環境溫度是一個重要因素，不管過高的溫度還是過低的溫度，對生物體的能量代謝過程都會產生影響，而且影響機制極為復雜。多年來眾多學者做了很多相關實驗對此展開了研究，下面是幾個發表在Nature或其子刊上的研究實例，供參考（文獻全文和產品詳細資料請聯系我公司）。
這方面研究往往涉及一個臨界溫度的概念：臨界溫度，在生態學中指生物進行正常生命活動（生長、發育和生殖等）所需的環境溫度的上限或下限，也就是動物能夠生長發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），環境溫度高于或低于臨界溫度，動物發育將停滯或進入休眠狀態，所以臨界溫度是反映動物（尤其是非恒溫動物）耐熱性和耐寒性的常用指標，也是動物熱生物學的重要特征之一，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地理環境和季節變化的適應能力。
※美國威廉斯堡威廉和瑪麗學院生物系（Department of Biology, College of William and Mary）的Donna G. Folk等以黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）為實驗對象，比較了高擊倒溫度品系（簡寫為HN，High Knockdown lines (‘High TKD’)），低擊倒溫度品系（簡寫為LN，Low knockdown lines (‘Low TKD’)）和對照品系（簡寫為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）的呼吸代謝測量系統測量果蠅的呼吸速率，同時使用SSI公司的AD-1（升級后的新型號是AD-2）昆蟲活動記錄儀測量果蠅的活動狀態，呼吸速率數據和活動狀態數據相結合來確定溫度對實驗對象來說是否達到臨界點。
上圖X軸是溫度值，Y軸黑線是SSI呼吸測量系統測得的昆蟲呼吸速率（單位體重單位時間CO2釋放量）；紅線是SSI的AD-1昆蟲活動記錄儀測得的活動狀態。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入侵生物學中心保護生態與昆蟲學系（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）耐寒性和氧氣供應量的關系時，使用美國 SSI 公司（Sable Systems International）的呼吸代謝測量系統包括AD-2昆蟲活動記錄儀測量昆蟲的厭氧代謝及其活動狀態。實驗揭示出雖然氧氣供應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）。
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)）的變化關系。
※中科院動物研究所昆蟲與嚙齒動物綜合治理國家重點實驗室劉柱東等利用美國 SSI 公司（Sable Systems International）的呼吸代謝測量系統，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系，結果顯示高溫能誘導煙青蟲進入夏滯育，并且夏滯育蛹能通過維持低的代謝水平來適應炎熱的夏天，具有一定的生態適應意義。
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態關系。
※美國蒙大拿州密蘇拉州蒙大納大學蒙大拿州合作野生動物研究室（Montana Cooperative Wildlife Research Unit, University of Montana）的Riccardo Ton等，在研究鳥類胚胎發育過程中環境溫度的影響時，使用美國 SSI 公司（Sable Systems International）的Foxbox便攜式呼吸測量系統測量鳥卵的能量代謝，終的實驗結果表明環境溫度在鳥類胚胎發育過程中的作用比以前認為的大得多。
上圖是9種鳥類單位質量代謝率（mass-specific metabolic rate (mL O2 h−1)）處理組和對照組之間的平均差異。
北京易科泰生態技術有限公司作為美國 SSI 公司（Sable Systems International）在中國合作十余年的代理和售后服務中心，為國內科研院校提供了上百套動物能量代謝儀器設備和相應技術服務，包括：
1) 牛羊等家畜呼吸代謝測量系統
2) 家禽呼吸代謝測量系統
3) 實驗動物（大鼠、小鼠等）呼吸代謝測量系統
4) 兩爬類呼吸代謝測量系統
5) 蚜蟲及昆蟲呼吸代謝測量系統
6) 斑馬魚及魚類呼吸代謝測量系統等
上述測量系統都采用非常先進的間接測熱法（indirect calorimetry），并結合行為觀測、環境調控（如溫度調控等）、體溫心率監測等技術；除實驗室測量儀器外，還提供了大量 FMS、 FoxBox 等便攜式能量代謝測量儀器。公司還通過 Ecolab 生態實驗室平臺，與中科院動物所（動物生理生態與能量代謝）、農科院畜牧所（家禽呼吸代謝）、農科院植保所（蚜蟲呼吸代謝）、疾控中心、北京實驗動物中心等保持密切合作關系。
易科泰公司積十幾年動物能量代謝與生理生態儀器技術服務經驗，為動物生理生態、生物醫學等科研工作者提供動物能量代謝與動物生理生態全面解決方案，包括實驗動物（斑馬魚、大小鼠、豚鼠、家兔等）、家畜家禽等各種動物呼吸、能量代謝、紅外熱成像、體溫心率監測、行為觀測分析等。
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