方法文章

小龙虾心脏的连续无创测量与行为活动

DOI：

10.3791/58555

⸱

2019年2月6日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Fisheries and Protection of Waters, South Bohemian Research Center of Aquaculture and Biodiversity of Hydrocenoses, University of South Bohemia in České Budĕjovice

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

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本文介绍了一种用于小龙虾心脏和运动活动连续记录和分析的无创生物监测系统。该系统由近红外光学传感器、视频跟踪模块和评估小龙虾心跳的软件组成, 该软件反映了小龙虾的生理状态, 并描述了小龙虾在心跳波动期间的行为特征。

摘要

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小龙虾是一种重要的水生生物, 既是无脊椎动物行为和生理研究的实用生物模型, 也是水质的有用生物指标。尽管小龙虾不能直接指定导致水质恶化的物质, 但它们可以立即 (在几秒钟内) 通过心脏和行为活动的剧烈变化警告人类水质恶化。

在本研究中, 我们提出了一种非侵入性方法, 由于一个模型结合了简单性和可靠性, 可以在各种条件下实现。

这种将生物生物应用到环境评价过程中的方法, 为警告和防止环境中的急性水恶化提供了可靠和及时的警报。因此, 对这种基于小龙虾生理和伦理参数记录的无创系统进行了研究, 以检测水生环境中的变化。该系统现已应用于当地一家啤酒厂, 用于控制饮料生产用水的质量, 但可用于任何水处理和供水设施, 用于持续、实时的水质评价和定期实验室研究小龙虾心脏生理和行为。

引言

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水生生物的应用主题, 既是各种实验室调查的示范生物 1、2,也是监测工业和自然环境水质的工具 3、4, 似乎是很好的研究。然而, 这一主题仍然是人类值得注意的问题, 无论他们是属于科学界还是属于其他职业。尽管存在一些先进的方法来监测某些参数 (所谓的 "生物标志物")5,6, 7,8,选择指标由三个简单因素组成: (一) 简单性, (二) 可靠性, (三) 一般可用性。

小龙虾作为淡水动物的重要代表, 之所以与众不同, 是因为它在世界范围内很普遍, 而且在大多数情况下,9 有足够大和坚硬的甲壳, 适合操作。这种甲壳类动物属于较高的无脊椎动物群体, 它们提供了重要的生理系统和各自器官的充分发展, 同时保持了一个相对简单的组织10。

方法在对小龙....

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方案

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1. 小龙虾选择

  1. 为了成功地将目前的方法应用于小龙虾, 请选择具有足够甲壳大小 (甲壳长度至少为30毫米) 的相应成人标本用于传感器附件, 对其是否有疾病进行目视检查, 并进行检查它是否在触摸时将两个切菜都抬起。上述参数表明小龙虾健康状况合格。
    请注意:如果在试验中预计将使用几条小龙虾, 并暴露在相同的条件下, 应根据几个参数形成实验组: (一) 重量和长度相似;(ii) 可比较的心率;(iii) 明显的夜间活动;(iv) 定期食用食物;(v) 模间成型期17。有时, 很难通过心率测量或视觉或触觉检查来确定小龙虾是否接近蜕皮;因此, 对小龙虾血淋巴总蛋白含量的分析是有帮助的。当小龙虾更接近蜕皮时, 蛋白质含量有望高于模间状态18。

2. 记录小龙虾心脏活动和行为

  1. 为了非侵入性地测量小龙虾心率, 初步准备传感器为此做法。在此之前, 用清水将小龙虾放入水箱中, 让它在那里适应几天, 因为传感器1 9 的准备也需要几天时间。
    1. 轴向耦合红外发光二极管 (led) 与光电晶体管。将光学传感器电路连接到电路板上;它将需要 5 v 的电源。对于 led 连接, 在红外传感器板上放置一个200ω电阻器;为....

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结果

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因此, 我们获得了小龙虾心脏和行为活动的组合, 记录并保存在 txt 格式的文件中 (图 3)。除了实验小龙虾的数量、日期和采样率外, 该文件还包括三列: (1) 以 hh:mm:ss 格式连续的时间;(2) 心率以每分钟节拍自动计算;(3) 登记为没有 (0) 或存在任何运动的运动。当小龙虾处于非活动状态时, 将零分配给负责移动的细胞, 当它移动时, 第一个就出现在各自的细胞中。连续录制时, 每天在 00:00 (12:00 am) 自动创建数据文件。包括运动是至关重要的, 因为它可能会导致心率的变化 (图 4)。10秒后, 食物气味 (磨碎、过滤和稀释的幼虫) 被输送到装有小龙虾的鱼缸中, 使用的是蠕动泵。在14岁时, 小龙虾识别出刺激, 由于所谓的定向反应, 它的心跳率略有下降。2 0 后, 心跳加快, 导致心脏间隔缩短。26秒时, 小龙虾向刺激源移动, 食物气味引起的生理兴奋和运动萌发都会导致心率大幅增加。37岁时, 也有证据表明小龙虾突然运动。.......

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讨论

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人们普遍认为, 测量某些生理参数 (如心脏或通气率或两者兼而有之) 是记录小龙虾反应的更可靠的方法, 而不是对并不总是发生的行为反应的评价立刻11。然而, 评估小龙虾对环境变化的真正反应的最有效方法显然是心脏活动和行为记录的结合, 因为这样就可以看到小龙虾心跳的原因这些变化是否因周围环境的化学变化或运动的开始而发生。在水质监测过程中, 至关重要的是要消除外界对小龙虾生理标记变化的所有影响, 包括对心率的影响越来越大但不会对生物监测系统产生警报的突然运动。

促进更精确和信息丰富的心跳评估的另一种可能性是对小龙虾心脏活动的时间和各向异性参数分析, 主要与小龙虾心脏信号19中的特定形状有关。这样的分析证实, 即使心跳每分钟只改变几次节拍, 一些二级参数也能表明小龙虾心脏活动的显著变化。

尽管使用所述方法有很多好处, 但围绕监测小龙虾的研究已朝着绝对最小化触觉小龙虾操作的方向发展。在最近开发的.......

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披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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这项研究得到了捷克共和国教育、青年和体育部 "cenakva" 项目 "cenakva" 项目的支持。CZ.1.05/2.1.00/01.0024 和 "cenakva ii" 否。根据国家可持续发展方案 i, 由捷克布杰约维采的南波希米亚大学赠款机构 (012/2016/z) 和捷克共和国赠款机构 (16-06498s 号) 提交

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
红外 LED 二极管金布赖特电子KP-3216F3C
光电晶体管EVERLIGHTELPT15-21C
电阻器ROYAL OHM0805S8J0201T5E
电阻器ROYAL OHM0805S8F2200T5E
电容器KEMETC0805C334K5RACTU
电缆TECHNOKABELFTPKAT.5E 4X2X0,14C
连接器HARTING21348100380005
连接器HARTING21348000380005
电介质凝胶KRAYDENSylgard 535
模数转换器TEDIAUDAQ-1416CA
胶水KUPSITO.SK7338723044
Kinect 摄像机ABCSTORE 的。CZGT3-00002
分析软件南波希米亚大学 Ceske Budejovice， 渔业与水域保护学院， 复杂系统链接到软件： www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring
用户名：frov
密码：CF2018
研究所

参考文献

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  1. Bownik, A., Sokołowska, N., Ślaska, B. Effects of apomorphine, a dopamine agonist, on Daphnia magna: Imaging of swimming track density as a novel tool in the assessment of swimming activity. Science of the Total Environment. 635, 249-258 (2018).
  2. Jeong, T. Y., Yoon, D., Kim, S., Kim, H. Y., Kim, S. D.

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