動物學(xué)相關(guān)技術(shù)與推廣研究報告

動物學(xué)相關(guān)技術(shù)與推廣研究報告第1頁/共44頁動物呼吸類產(chǎn)品應(yīng)用:用于精確測量生物呼吸(CO2、O2、CH4、H2O)等方面的研究,廣泛用于動物生理學(xué)、運動生理學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、植物(果蔬、花卉、種質(zhì)資源)儲存等領(lǐng)域。特點:該產(chǎn)品在呼吸領(lǐng)域研究處于國際前沿,與其它產(chǎn)品競爭擁有不用分辨的信譽和地位。第2頁/共44頁背景知識空氣中CO2濃度390PPM，O2約21.95%第3頁/共44頁系統(tǒng)主要由以下各組件組成：1.SS4氣體二次抽樣單元2.MFC-2雙通道氣體流量控制器和840氣體流量控制閥3.RM8多通道氣路轉(zhuǎn)換器（包括呼吸室）4.UI-2數(shù)據(jù)采集器5.CA-10ACO2分析儀6.FC-10AO2分析儀7.EXPADATA程序軟件。第4頁/共44頁組成元件的名稱及作用

1.SS4氣體二次抽樣單元第5頁/共44頁上圖是SS4氣體二次抽樣單元的簡單示意圖?？梢?，它由氣體泵、針閥（控制進出泵體的氣流）和氣流計（0－2000ml/min）三部分組成。它不僅能對氣體進行二次抽樣，而且有氣泵和氣流計的功能。氣體泵是氣體流動的根本動力，可通過調(diào)節(jié)旋扭來設(shè)定驅(qū)動力的大小；針閥用來控制氣流的大小，其調(diào)得越緊，流經(jīng)的氣體越少；調(diào)得越松，流經(jīng)的氣體越多，可對氣流大小進行微調(diào)；氣流計用來顯示讀數(shù)。當(dāng)實際氣流讀數(shù)與設(shè)定值相差較大時，顯示屏上會顯示“rough”，此時應(yīng)該繼續(xù)調(diào)節(jié)氣流大小，以更接近于設(shè)定值；當(dāng)實際讀數(shù)與設(shè)定讀數(shù)接近時，顯示屏上會顯示“approximate”，此時應(yīng)該進一步對針閥等進行微調(diào)，使數(shù)值更精確（此時顯示屏上會顯示ML/MIN）。第6頁/共44頁二次抽樣的意義：對于大象、牛羊等大動物來說，其呼吸過程中會產(chǎn)生較強大的氣流，往往超出了儀器所能承受和檢測的范圍。因此常常僅取其中一小部分支路氣流用作檢測，其余的散失到空氣中。如上圖所示。對于昆蟲等微小動物，氣流調(diào)節(jié)得過大即氣流流速過大會使其呼出的極微量的CO2隨氣流散失掉，檢測不出結(jié)果；而對于嚙齒類、鳥類甚至更大的動物來說，如果氣流調(diào)節(jié)得過小，會造成呼吸室內(nèi)氧氣不足和二氧化碳聚集，從而影響正常的即時呼吸測量。因此，小的動物如昆蟲等，其氣體流速往往設(shè)置為100ml/min以下，而大的動物則要提供較大的氣流流速。二次抽樣:二次氣體抽樣一般是從Manifold（多支管）的底部，以低于進氣流速的一半的流速進行次級抽樣.第7頁/共44頁SS3使用注意事項：1.不要讓氣流（氣壓）聚集于流量計然后突然釋放，以免損壞流量計；不要進入水或空氣顆粒，特別是進入流量計，盡管流量計內(nèi)置有過濾裝置，但還是容易引起堵塞2.在流量驅(qū)動調(diào)節(jié)（%）模式下，可通過旋鈕將氣泵調(diào)至OFF關(guān)閉狀態(tài)——不用氣泵時應(yīng)調(diào)至OFF3.氣泵驅(qū)動調(diào)節(jié)為PWM模式（pulsewidthmodulation，即脈沖寬度調(diào)制法），一般情況下不建議驅(qū)動設(shè)置在10%以下，過低有可能會導(dǎo)致誤差過大或者根本沒有氣流通過4.建議氣流計不要直接與氣泵相連，而是通過控制閥或“緩沖式”以平息泵出氣流的波動5.模擬輸出選擇模式（顯示O/P）：主要對流速量程進行調(diào)節(jié)（標準量程為0-1000ml/min），此時模擬信號輸出范圍為0-4V6.流速平均模式：對流速進行平均，標準默認設(shè)置為1秒，如果設(shè)置時間長可以使顯示更穩(wěn)定，但會導(dǎo)致慢的響應(yīng)時間第8頁/共44頁MODE,ENTER和ADJUST三個旋扭（或按扭）

可以看到，SS3和大部分其他元件上都有這MODE,ENTER和ADJUST這三個旋扭（或按扭），它們的功能相似。MODE即模式鍵：用于選定所要設(shè)定的參數(shù)。旋動這一旋扭，可對所有可設(shè)定的參數(shù)進行調(diào)節(jié)：如泵速、模擬輸出范圍、氣體流速等。每旋動一次，雙行的液晶顯示屏上就用箭頭指向一個當(dāng)前可設(shè)置的參數(shù)；ADJUST即調(diào)節(jié)鍵：旋動這一旋扭，可對當(dāng)前可設(shè)定的參數(shù)的大小進行調(diào)節(jié)。順時針旋動，數(shù)值逐漸增大；逆時針旋動，數(shù)值逐漸減??；旋動的速度越快，數(shù)值變化的幅度就越大。當(dāng)數(shù)值達到最大（或最?。┲岛?，繼續(xù)旋動，數(shù)值就會重新回到最小（或最大）值，重新開始變化。ENTER即確認鍵：當(dāng)所需的參數(shù)設(shè)定完成后，按一下此按扭，儀器就會將已設(shè)定的參數(shù)保存，并回到正常的工作狀態(tài)。若不想對設(shè)定的參數(shù)保存，則向任意方面旋動MODE扭即可，不按ENTER。其他各元件上的這三個扭的功能相似，故不再贅述。第9頁/共44頁2.MFC-2雙通道氣流控制器和840氣體流量閥第10頁/共44頁MFC-2雙通道氣體流量控制器和840氣體流量控制閥（0-500sccm,sccm即標況毫升每分）二者須配合使用。MFC-2是氣體流量控制的電子單元，本身沒有氣流通過；氣體經(jīng)840通過后，將讀數(shù)顯示在MFC-2的液晶顯示屏上。顧名思義，MFC-2的后面有兩個模擬輸出通道接口，可對兩個通道的氣流進行設(shè)置。如只需要一個通道，使用時，可將任意一個通道接通后，對該通道的氣流進行設(shè)置。氣流的大小是通過最大氣流的百分比來調(diào)節(jié)實際氣流。例如，840的最大流速是500ml/min，如將百分比設(shè)定為40%，則實際氣流為200ml/min。

MFC-2的雙行液晶顯示屏上的兩行分別顯示兩個通道的數(shù)據(jù)，每個通道的數(shù)據(jù)分左右兩個顯示。左邊的數(shù)據(jù)是已設(shè)定的氣流值，右邊的數(shù)據(jù)是實際的氣流值。由于氣流的穩(wěn)定性等一系列原因的影響，實際值總會有輕微的變動，但只要和設(shè)定值相差很小，不會影響實驗結(jié)果，但若相差較大，則應(yīng)該對實際氣流進一步調(diào)節(jié)（可檢查是否由于SS3的針閥過緊等原因造成氣流不能正常通過，或是多路器中氣路是否受阻未流通）。第11頁/共44頁MFC-2使用注意事項：840量程為0-500ml/min，MFC-2以百分比調(diào)控設(shè)置在10%以下的情況下（即流速在50ml/min以下）會導(dǎo)致精確度的降低，如：一般情況下控制閥精度為滿量程（fullscall）的1%-2%，這意味著，最大量程的10%可能會產(chǎn)生10%-20%的誤差，在這種情況下，最好用最大量程低的控制閥如200ml/min或100ml/minMFC-2后面的9針串口輸出可與計算機連接以運行終端程序（terminalprogram）Sieraa流量控制閥廠商網(wǎng)站：，中國網(wǎng)站：，公司中文名稱：美國斯亞樂儀表有限公司第12頁/共44頁3.RM8多通道氣路轉(zhuǎn)換器（包括呼吸室）由多路器和8個昆蟲呼吸室（低CO2和H2O吸收）構(gòu)成，可至多同時測量7個昆蟲的呼吸代謝；至少一個通道為空白實驗或稱基線（Baseline），不放置任何昆蟲。若通道數(shù)量有限，想同時依次測量更多只昆蟲的呼吸代謝，則可另串聯(lián)一個或多個4通道或8通道氣路轉(zhuǎn)換器進行測量，可同時依次至多測量255個昆蟲。第13頁/共44頁氣體分流器RM8使用注意事項：

1.用于通道選擇、分流、關(guān)閉或開放呼吸室、不同位置的氣體采樣等；2.不要進入水汽或空氣顆粒，可以在氣流進入前用10-micron的過濾器過濾空氣；3..操作模式：默認模式為01-08數(shù)碼控制模式，4位數(shù)字輸入，通過數(shù)采與RM8后面的I/O口連接以控制通道轉(zhuǎn)換；手控模式01-08可以通過轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)鈕在8個通道間切換；4.把氣泵驅(qū)動調(diào)至30%，流速約為1540，然后連接到RM8后面的PURGEINPUT，則氣流從A排（即上面的）2-8通道流出（1通道上面指示燈量，沒有氣流通過，最右邊的COM也沒有氣流流出），流速約為190-260ml/min之間，而B排（下面）沒有氣流流出；5.泵出氣流與A1相連，B1沒有氣流通過，只有A-COM有氣流通過（流出）；如果泵出氣流與B1相連，則只有B-COM有氣流通過（流出）6.RM8后面還有兩個串口是為了與其他RM串聯(lián)組成8通道以上的多通道系統(tǒng)的第14頁/共44頁4.UI-2數(shù)據(jù)采集器

第15頁/共44頁UI-2上有12個接口，由8個模擬電壓輸出接口和4個溫度輸出接口組成。同軸電纜（BNC）的兩端分別連接于UI-2上的接口和檢測器上的數(shù)據(jù)接口，就能將數(shù)據(jù)采集到UI-2上，通過連接到計算機，用Expedata軟件來記錄和分析。背面有三個接口，其中上方的黑色小接口用于接電源；EXPANSONPORT用于接RM8多通道氣路轉(zhuǎn)換器上的DIGITALI/O；RS-232PORT用于連接計算機。如果是臺式機，可直接連接在主機后面的9針孔接口上；若是筆記本電腦，則還要連接一個USB轉(zhuǎn)換接口，連接于USB接口上。第16頁/共44頁5.CA-10ACO2分析儀

CA-10ACO2分析儀用于檢測昆蟲呼吸過程中CO2的濃度，用百分數(shù)表示。右邊的圖是顯示屏，可讀取CO2的濃度和大氣壓（單位：kPa）的數(shù)值。第17頁/共44頁這是CA-10ACO2分析儀和O2分析儀的背面（二者背面完全相同）。左邊的SERIALI/O可接計算機主機；右邊的黑色接口接電源；中間的四個模擬輸出接口可接BNC。第一個接口為氣體濃度（%kPa）輸出；第二個接口為大氣壓（BARPRESS）輸出；第三個接口為溫度（TEMP）輸出；第四個是用戶自定義接口（USER-DEF）。BNC第18頁/共44頁CA-10ACO2分析儀使用注意事項：1.不要輸入水汽和空氣顆粒等，在潮濕地區(qū)使用尤其應(yīng)注意不要長時間輸入潮濕空氣；儀器IN口內(nèi)置過濾器，不要把外部氣體泵入OUT口2.校準模式：需要定期校準3.單位模式：有3種單位供選擇：默認模式為氣壓補償?shù)?含量（%C），其他還有沒有氣壓補償?shù)陌俜趾浚?U）、分壓kPa，正常情況下請使用%C。注：標準氣壓為101.3kPa4.CO2噪音過濾模式：應(yīng)用IIR數(shù)碼過濾器過濾噪音。在大多數(shù)情況下，默認的5秒設(shè)置是一個很好的妥協(xié)方案5.背光模式：跟RH-300及FC-10一樣，為了在野外節(jié)省電或避免儀器內(nèi)部發(fā)熱以穩(wěn)定測量，可關(guān)掉背光6.CO2量程模式：本設(shè)置不影響顯示讀數(shù)，但分辨率會受影響，量程越大分辨率越低，在0-1%范圍內(nèi)的分辨率為0.0001%（1ppm），如果過濾設(shè)置在7秒以上，則此范圍的分辨率可達0.1ppm。量程在5%以上的分辨率為0.01%。正常情況下量程設(shè)置為0-1%，在要求高分辨率的情況下，量程可以設(shè)置為0-0.5%或更低7.溫度量程模式：儀表不顯示溫度，只能通過串口或模擬溫度輸出。同樣，量程范圍的轉(zhuǎn)換不影響實際讀數(shù)。默認量程為0-50攝氏度8.氣壓量程模式：默認量程范圍為0-125kPa，改變量程不影響讀數(shù)9.串口輸出模式：第19頁/共44頁6.FC-10AO2分析儀

與CA-10ACO2分析儀完全相似，不再贅述。第20頁/共44頁FC-10AO2分析儀使用注意事項：1.兩年后需要更換燃料電池2.固定氧氣量程模式（Fixedoxygenspanmode）：有濾掉水汽和CO2的空氣氧濃度20.95%、純氧氣濃度100%和用于Span的氧氣濃度3種選擇3.空氣越穩(wěn)定，所測量的氧氣濃度漂變越小，溫度的細微變化足以引起所測氧氣濃度的漂變4.變化氧氣量程模式：5.氧氣濃度單位模式：%C、%U和kPa三種單位可選，正常情況下選擇%C6.氧氣濃度平均模式：一般設(shè)置為2秒7.氧氣量程范圍模式（Oxygenrangemode）：默認設(shè)置為19-21.5%，范圍的改變不影響讀數(shù)8.溫度范圍：設(shè)置為0-50攝氏度9.氣壓范圍：設(shè)置為0-125kPa第21頁/共44頁7.RH-300水氣分析儀

RH-300（RH：relativehumidity）用于測量水蒸氣壓、水蒸氣密度和露點溫度等。背面左邊的RS-232Output可接計算機主機，右邊是電源接口。雙行顯示屏上當(dāng)前分別顯示的是露點溫度和水氣含量的讀數(shù)。第22頁/共44頁RH-300水汽分析儀使用注意事項：1.4種單位供選擇：默認為相對濕度%，其他可選單位包括露點溫度（攝氏度或華氏度）、水汽壓WVP單位為kPa、水汽密度WVD單位為microgram/ml2.在濕度較大的情況下，RH-300的進出氣口位置應(yīng)保持比管道位置高，以避免水滴流入儀器內(nèi)；另外RH-300沒有內(nèi)置過濾器，進入氣體必須保持潔凈3.原則上，儀器第一次使用必須進行校準，以后需定期進行校準。0校準時先把氮氣或干燥后的氣體通過RH-300，待顯示穩(wěn)定后，調(diào)至0校準模式，調(diào)節(jié)旋鈕至0，然后確認第23頁/共44頁各組成元件的連接方法

PULL模式PUSH模式SS3在呼吸室下游，通過氣泵將氣體拉進呼吸室SS3在呼吸室上游，通過氣泵將氣體推進呼吸室第24頁/共44頁如果使用呼吸罩或未封閉的動物活動室（“呼吸室”），Pull模式是唯一的選擇；Pull模式下由于氣泵的抽拉作用會導(dǎo)致呼吸室的負壓從而抽進外部空氣，因此在一般情況下都有Push模式恢復(fù)出廠設(shè)置：關(guān)掉電源，然后按住確認鍵同時打開電源（OFF，ON+ENTER），直到出現(xiàn)“Resetting”即可。第25頁/共44頁第26頁/共44頁FoxBox便攜式動物呼吸測量儀第27頁/共44頁Promethion動物行為與能量代謝觀測系統(tǒng)

同步化監(jiān)測動物飲食、活動、體重及呼吸代謝；分析CO2、水汽及氧氣；分析軟件分析動物的行為譜及時間分配。第28頁/共44頁中大型動物呼吸測量系統(tǒng)

第29頁/共44頁(Chietal.,2011.JCompPhysiolB)第30頁/共44頁(Chietal.,2011.JCompPhysiolB)第31頁/共44頁注射法測量呼吸—植物、昆蟲第32頁/共44頁圖1空氣中二氧化碳被吸收后犁氣體中CO2的峰值（中間兩個小峰）第33頁/共44頁

圖2基于零二氧化碳水平的犁氣體CO2濃度第34頁/共44頁圖3基線單元與呼吸室蘋果氣體中CO2濃度的切換第35頁/共44頁動物活動與GPS軌跡記錄儀1英國利用GPS項圈證明羊群的自私性。

2加拿大利用GPS發(fā)現(xiàn)馬鹿個體氣質(zhì)特征差異，并檢驗了被捕獵者趨于冒險性個體，從而可是羊群在進化壓力下邊的更保守（Ciutietal.,2012