了解双壳类滤食性动物对溶解氧等环境变量的行为响应，有助于解释某些生态系统过程。我们开发了一种低成本的基于实验室的应变仪监测器（SGM），用于测量美洲牡蛎（Crassostrea virginica）在昼夜循环低氧和周期性pH条件下的壳开合响应。
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摘要
摘要
开发了一种低成本、基于实验室的应变片瓣膜开度监测器（SGM），用于监测双壳软体动物在昼夜循环缺氧条件下的瓣膜开合行为。将应变片连接至牡蛎（Crassostrea virginica）的壳上，并接入惠斯通电桥电路。记录到的信号可连续监测双壳类动物在实验诱导的昼夜循环缺氧及昼夜循环pH变化条件下，为期两天的开闭活动。本文描述了一种低成本应变片监测器的构建方案，并通过一个示例性实验室实验，说明如何利用该装置测量美洲牡蛎（C. virginica）在昼夜循环缺氧和pH周期性变化条件下的瓣膜开合行为。实验中测量了牡蛎在以下条件下的瓣膜开度：周期性严重缺氧（0.6 mg/L）溶解氧环境，伴有或不伴有周期性pH变化；周期性轻度缺氧（1.7 mg/L）条件；以及常氧（7.3 mg/L）条件。结果表明，当牡蛎经历反复的昼夜循环时，其对严重缺氧会迅速做出反应并关闭外壳，而对轻度缺氧则存在时间延迟地关闭；当恢复常氧状态时，它们又迅速重新打开。在严重缺氧基础上叠加周期性pH变化时，牡蛎未表现出额外响应。在低氧条件下，超过三分之一的牡蛎同时关闭外壳。本研究证明，牡蛎对昼夜循环缺氧具有明确反应，因此在评估双壳类动物对溶解氧变化的行为响应时，必须考虑这一因素。该瓣膜SGM可用于评估双壳软体动物对溶解氧变化或污染物的反应。目前仍需进一步改进密封技术，以更好地防止海水侵蚀瓣膜开度应变片，从而延长传感器的使用寿命。
引言
缺氧， 即， 溶解氧浓度[DO]低至足以对生物和生态过程产生负面影响，但通常在功能上定义为[DO]低于 < 2 mg/L1，以及缺氧（功能上定义为溶解氧浓度[DO]为0.0–0.2 mg/L）在全球沿海水域、河口和深海中出现的频率和严重程度正在增加2,3 并且常常因富营养化的加剧而恶化4,5随着缺氧和无氧区域面积的不断扩大，大型底栖动物受到负面影响，其栖息地范围和栖息地质量均会下降。气候变化预计将加剧缺氧和无氧状况。6.
在美国切萨皮克湾等许多分层且富营养化的河口，季节性持续性缺氧现象普遍存在，并可能年复一年地发生2。此外，昼夜循环性缺氧在切萨皮克湾及其他类似地区十分常见，通常发生在夏季的夜间后期或清晨时段7,8。
大多数研究集中于生物长期暴露于低溶解氧浓度（[DO]）的影响，以及它们对缺氧和无氧环境的耐受能力
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方案
1. 构建阀门开口装置的惠斯通电桥
注意：应变片的标称电阻为 1000 Ω，因此为了完全平衡并调零电桥，所有组件都应为 1000 Ω。
- 如图1所示，将两个1 kΩ精密电阻相互焊接，然后再连接一个约976 Ω的电阻和一个100 Ω十圈电位器。典型的应变片阻值范围在标称1000 Ω附近变化几欧姆，因此只需匹配此阻值。为此目的，使用一个固定的976 Ω电阻和一个可调电阻（十圈电位器）。
- 将可变支路的一端和1 kΩ电阻的一端引至连接器，用于连接双壳类动物的应变片，如图1所示。
- 将电桥的顶部和底部连接至电源，以向电桥提供偏置电流，如图1所示。
- 将电桥的两个中点连接至前置放大器和数据记录仪，如图1所示。这将记录双壳类动物的反应，因其开壳运动会调制应变片的电阻。
- 在双壳类动物应变片安装完成后，通过调节十圈电位器使数据记录仪输入端的电压为零，以平衡电桥。为此可使用独立的BNC连接器和手持式电压表。
注意：平衡输出意味着可以在不使输入饱和的情况下对数据记录仪使用非常高的增益，从而能够精确测量微小电压（开壳响应）。
注意：我们的多通道装置....
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结果
牡蛎暴露于持续含氧的河口水中（在每日周期的低平阶段无缺氧情况）时，大部分时间保持开放，仅偶尔短暂关闭（图5）。关闭时间因个体而异。Loosanoff 和 Nomejko 194644 以及 Higgins 198039 也曾观察到类似模式。牡蛎对昼夜明暗周期的变化亦无响应。
图5。（a-g）七只牡蛎在（h）两.......
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讨论
典型的研究主要关注长期持续的低氧条件以及动物对此的反应，这种反应通常以存活率来衡量。然而，目前我们对动物在昼夜循环性缺氧条件下的行为反应知之甚少63。因此，未来应开展更多研究，重点关注在夏季许多河口地区周期性出现的昼夜循环性缺氧条件下，生物体的行为响应7,8。
本文介绍了一种连续测量双壳类动物对昼夜循环低氧和周期性pH变化行为响应的方法。牡蛎对pH的昼夜循环未表现出明显的行为反应。然而，在低氧条件下，牡蛎通过显著减少壳口开度作出强烈响应。此外，在缺氧处理期间，超过三分之一的牡蛎同时长时间关闭外壳，但在随后的常氧阶段大多数又重新打开。通过增加壳口开度并减少瓣膜闭合，以补偿严重缺氧期间延长的闭壳时间，可能减轻昼夜循环缺氧对牡蛎自身及其滤食的浮游植物的影响。因此，此类行为补偿可能最小化对食物网或生态系统的影响。
该SGM方法中的一个关键步骤是成功密封裂隙传感器。如果传感.......
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披露
我们没有需要披露的内容。
致谢
我们感谢Melinda Forseth使用ImageJ拍摄牡蛎照片并测量其开壳宽度。我们感谢Denise Breitburg提供具有昼夜循环低氧和周期性pH条件的水族箱。我们感谢位于马里兰州伊迪科特的史密森尼环境研究中心为实验提供场地。低氧实验由美国国家海洋和大气管理局—海岸带海洋研究资助中心授予Denise Breitburg的项目（编号NA10NOS4780138）以及史密森尼亨特登基金资助。低氧实验期间的贝壳开合测量由华盛顿学院授予Elka T. Porter的教师提升资助项目资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Campbell CR 10x 数据记录仪 | Campbell Scientific, Logan, Utah | 或其他数据记录仪。在 Campbell 公司，CR 10X 已被 CR 1000 取代 | |
| Campbell CR 10x 多路复用器 | Campbell Scientific, Logan, Utah | 数据记录仪需具备 12 个通道的空间 | |
| Dsub 连接器公头压接端子 | TE Connectivity | 205089-1 | 用于张口传感器引线的端子 |
| PCA 胶带 | Micro Measurements Corp, NC | 用于密封应变片 | |
| Duro Quick Gel | Ace Hardware | 超级胶水 | |
| SG13/1000-LY43 或 LY41 | Omega Engineering Inc., Stanford, CT | 应变片 | |
| 32 AWG (7/40) 聚四氟乙烯 Alpha 电线 | AlphaWire, Elizabeth, NJ | 2840/7 | 传感器电缆，提供不同颜色 |
| 1/16" 热缩管 | Qualtek | B01A3QKKO6 | 用于密封传感器电缆引线 |
| Weller WES51 模拟焊台 | Amazon | 需要大量焊接操作，需配备优质电烙铁。https://www.amazon.com/Weller-WES51-Analog-Soldering-Station/dp/B000BRC2XU/ref=sr_1_23?s=hi&ie=UTF8&qid=1505654295 &sr=1-23&keywords=soldering+iron | |
| 松香焊锡膏 | Amazon | 焊接所需 | |
| 60-40 锡铅松香芯焊锡丝 | Amazon | 焊接所需 | |
| 水族箱密封胶 | Home Depot | 将传感器固定在双壳类动物上 | |
| PC 笔记本电脑 | 任意旧款 PC，用于运行 Campbell 张口程序 | ||
| 热风枪 | Amazon | 用于收缩热缩管 | |
| 电钻 | 五金商店，Amazon | 用于绞合导线以制作传感器电缆 | |
| 交流转直流电源模块 | Acopian | DB15-30 | 惠斯通电桥电源 |
| 电位器 | Clarostat | 733A | 惠斯通电桥调零 |
| 隔离式 BNC 连接器 | Sterren Electronics | "200-148 | 惠斯通电桥输出至万用表 |
| 带保险丝的交流插座面板模块 | Adam technologies | IEC-GS-1-200 | 惠斯通电桥电源连接器 |
| 976 欧姆 1% 电阻 | Vishay Dale | CMF50976R00FHEB | 惠斯通电桥电阻 |
| 1 千欧 1% 电阻 | Vishay Dale | CMF501K0000FHEB | 惠斯通电桥电阻 |
| 电位器刻度盘 | Kilo International | 462 | 10 圈调节旋钮，用于电位器调零 |
| DB25 公头面板连接器 | TE connectivity | 1757819-8 | 惠斯通电桥上的数据记录仪连接器 |
| DB25 母头面板连接器 | TE connectivity | 1757819-8 | 传感器连接器连接至惠斯通电桥 |
| 穿孔电路板 | Vector electronics | 64P44WE | 用于安装电桥组件的电路板 |
| 外壳 | Hammond Manufacturing | 1444-29 | 传感器读出电子设备的外壳 |
参考文献
- Vaquer-Sunyer, R., Duarte, C. M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (40), 15452-15457 (2008).
- Diaz, R. J., Rosenberg, R. Spreading dead zones and conseque....
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