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  能量代謝是動物生理學的核心組成部分，其變化往往反映了動物在面對環(huán)境壓力時的生理響應。近年來，隨著毒理學研究的不斷深入，能量代謝在動物毒理學中的應用日益受到關(guān)注。北京易科泰能量代謝測量技術(shù)能夠精確地測量動物的標準代謝率（SMR）和耗氧率（VO?）等，為研究動物在污染物暴露下的生理變化提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

• 易科泰技術(shù)方案

（一）動物呼吸代謝測量系統(tǒng)

圖1左：便攜式多功能能量代謝測量儀；圖1中：魚類呼吸代謝測量系統(tǒng)；圖1右：斑馬魚胚胎及幼魚高通量呼吸測量系統(tǒng)

（二）動物游泳能力及喜好監(jiān)測系統(tǒng)

圖2左：魚類游泳能力研究系統(tǒng)；圖2中/右：穿梭池動物喜好度觀測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析界面

（三）動物視頻跟蹤和行為分析系統(tǒng)

圖3左/中：CentriTower斑馬魚、果蠅高通量行為分析系統(tǒng)；圖3右：VISIR動物行為觀測分析結(jié)果

（四）水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

圖4 基于國際先進監(jiān)測傳感器，全方位在線監(jiān)測水體營養(yǎng)鹽、藍藻水華、溶解氧、pH等

• 應用案例

（一）非洲爪蟾暴露于鹽和農(nóng)藥后的能量代謝響應

  Alvarez-Vergarat團隊利用便攜式能量代謝系統(tǒng)研究了鹽度和有機磷農(nóng)藥氯氰菊酯（CPF）對非洲爪蟾（Xenopus laevis）的生理和代謝影響。實驗設(shè)置了兩種鹽度環(huán)境（150 mOsm和400 mOsm NaCl）以及兩種農(nóng)藥濃度（0和1.0 μg/L CPF），并讓成年雄性非洲爪蟾暴露于這些環(huán)境45天。

圖5 不同鹽度和農(nóng)藥暴露條件下非洲爪蟾的代謝率、體重及器官質(zhì)量

  研究人員發(fā)現(xiàn)，暴露于農(nóng)藥的動物SMR顯著降低，表明CPF對非洲爪蟾的能量代謝產(chǎn)生了顯著的抑制作用。此外，同時暴露于鹽水和農(nóng)藥的動物在調(diào)節(jié)血漿滲透壓方面的能力也顯著下降，這進一步證實了農(nóng)藥對動物滲透調(diào)節(jié)能力的負面影響。這些結(jié)果表明，鹽度和農(nóng)藥的聯(lián)合暴露對非洲爪蟾的生理功能產(chǎn)生了協(xié)同抑制作用，影響了其生存和適應能力。

（二）佛羅里達綠水蛇體內(nèi)汞和放射性銫積累與能量代謝的關(guān)系

  Brown等人（University of Georgia）利用便攜式能量代謝系統(tǒng)研究了汞（Hg）和放射性銫（137Cs）在佛羅里達綠水蛇（Nerodia floridana）中的生物累積及亞致死效應。研究團隊從美國能源部薩凡納河基地（South Carolina, USA）的三個前核冷卻水庫中捕獲了 78 條佛羅里達綠水蛇，并通過能量代謝系統(tǒng)測量了它們的標準代謝率（SMR）。

圖6左: 體重對佛羅里達綠水蛇標準代謝率的影響；圖6右: 佛羅里達綠水蛇不同參數(shù)（耗氧率VO2等）的比較分析

  研究發(fā)現(xiàn)，佛羅里達綠水蛇能積累汞和放射性銫，其體內(nèi)含量與蛇的體型和捕獲地點的污染歷史相關(guān)。盡管這些污染物對蛇的標準代謝率無顯著影響，但放射性銫含量與血細胞寄生蟲感染率呈負相關(guān)，表明放射性銫可能對寄生蟲或宿主有負面影響。這為理解放射性污染物的生態(tài)影響提供了新視角，并凸顯了佛羅里達綠水蛇作為環(huán)境污染生物指示物種的價值。

（三）微塑料污染對水生生物的毒性影響

  武漢大學的劉曉寧等研究人員在《環(huán)境化學工程雜志》上發(fā)表了一項研究，探討了微塑料對草魚（Ctenopharyngodon idellus）的毒性效應及其對游泳能力的影響。該研究基于控制實驗，將草魚幼魚暴露于不同濃度的聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）中6天，評估了微塑料在魚體內(nèi)的積累情況及其對草魚氧化應激、神經(jīng)毒性、腸道微生物多樣性和游泳能力的影響。

圖7  微塑料對草魚生理與行為影響的綜合分析圖示

  結(jié)果顯示，PS-MPs暴露顯著抑制了草魚大腦中的乙酰膽堿酯酶（AChE）活性，并在1和10 mg/L暴露濃度下顯著增加了超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）水平，同時改變了草魚腸道微生物群落并降低了香農(nóng)多樣性指數(shù)。此外，PS-MPs顯著提高了草魚的誘導游泳速度，并降低了臨界游泳速度，這可能延遲草魚完成生命周期。研究還發(fā)現(xiàn)生物標志物與游泳能力指標之間存在顯著相關(guān)性。該研究結(jié)果表明，微塑料對魚類的生理特性產(chǎn)生了負面影響，降低了遷徙魚類的游泳能力，強調(diào)了微塑料污染可能對水生生態(tài)系統(tǒng)功能和生物多樣性的長遠影響，為理解持久性污染物微塑料對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響提供了新的見解。

  易科泰生態(tài)技術(shù)公司設(shè)有EcoTech^®實驗室、能量代謝實驗室、光譜成像與無人機遙感技術(shù)研究中心及SpectrAPP光譜成像創(chuàng)新應用項目，歡迎合作！

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參考文獻：

• Álvarez-Vergara F, Sanchez-Hernandez J C, Sabat P. Biochemical and osmoregulatory responses of the African clawed frog experimentally exposed to salt and pesticide[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 2022, 258: 109367.
• Brown M K, Haskins D L, Russell A L, et al. Mercury and radiocesium accumulation and associations with sublethal endpoints in the Florida green watersnake (Nerodia floridana)[J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2022, 41(3): 758-770.
• Liu M, Liu X, Xu J. Influence of microplastic pollution on the toxicity of potamodromous fish grass carp (Ctenopharyngodon idellus) and its swimming capacity[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2024, 12(5): 113520.