定制的循环斑马鱼饲养系统

摘要

在这里，我们介绍一种新颖、易于构建且成本低廉的斑马鱼循环养殖方案。

摘要

斑马鱼是进行 体内 研究的热门模式生物，部分原因是其饲养和维护成本低廉。然而，商业住房系统对较小的研究团队来说通常成本过高。市面上存在多种定制的斑马鱼饲养系统，但存在水质不稳定、水循环率低和鱼缸脆弱的问题。这些设计问题降低了这些系统的长期研究项目可行性。本文介绍一款定制的循环斑马鱼饲养架，新颖、实惠且易于制作。该系统结合我们之前发布的饲养缸设计，使斑马鱼在任何发育阶段都能被安置。有多个过滤和灭菌层次，能够稳定水质条件，使斑马鱼能够长期用于科研和教学。下文所述的系统已被我们实验室用于饲养斑马鱼长达9年，代表了多代家养鱼类和数百次实验。

引言

斑马鱼是生物研究中常用的模式生物。它们能耐受多种环境条件，繁殖能力强，后代数量^众多。它们是广泛生物学研究的良好模型，包括人体健康、炎症、遗传学和毒^理学1,2,3,4,5,6,7。它们也提供了一种经济实惠且维护需求较低的选择。然而，建立斑马鱼养殖系统可能令人望而生畏，尤其是对经验较少的人来说——应考虑许多因素，如循环率、水质以及在斑马鱼发育多个阶段安置的挑战。

商业斑马鱼养殖系统通常价格昂贵，这对小型实验室或资金有限的实验室构成重大障碍。这些系统可能花费数万美元，尤其是配备自动喂食器和自动清洁等功能，但对于预算有限的实验室以及希望在课堂中使用斑马鱼的人来说，这些设备并不必要。对于这类设施，建设斑马鱼养殖系统要合理得多。还有其他关于定制施工图纸的文章发表，但每种方案都有其缺点。Kim 等人展示了一种方法，可以创建一个易于构建的 80^{罐系统 8}.发表时，建造费用约为500美元，但现在成本会高得多。佩奇等人制定了一个改进上述方法的方案，但建造成本为1500^美元。此外，维持一个150条鱼群的费用估计为每^3个月1000美元。

本文建立了一种构建循环斑马鱼饲养和过滤系统的方法，结合之前发表的饲养缸设计¹⁰，成本明显低于商业化系统。此外，它用一些常见工具也很容易制作。当系统使用30个独立雾仓（~70%容量）时，声音相对安静，约产生60分贝的声音，相当于普通对话或电视¹¹分贝。通过几项简单改造或减少水箱数量，我们相信该系统可以直接在课堂环境中使用，而不会分散学生注意力。循环系统的整体设计如下：经过加热和调节的水从集水池抽送，通过主供水管线，主供水管线通过壳架中央向上输送。主供水管线上的球阀为挡板供水，挡板以可调节流量向各层的各水箱供水。为防止主供水管内压力过大，系统采用带有可调节球阀的压力释放管线将多余水回流至集水坑。从挡板进入水箱的水在水箱内循环，“溢流”被一个略微倾斜的槽水收集，该槽在每个层的壳体架中央穿过。水槽中的水随后流入垂直回流管，回流至集水坑，在那里通过多级罐式过滤器清洗，并用紫外线灯消毒。

方案

本文所述的方案此前已获北密歇根大学和谢南多厄大学机构动物护理与使用委员会批准使用。

备注：切割回水部分PVC管道时需要用锯子。该方案使用旋转工具，但除了罐回水管所需的切割外，其他类型的锯子即可完成大多数切割。为了切割供水管线的透明乙烯基管，使用了美工刀。拧紧软管夹时需要使用螺丝刀。要将PVC罐回水槽连接到PVC回水架，需要一把带有3/16英寸（0.47厘米）钻头的钻头（稍大或稍小的钻头也可以）。为避免受伤，使用电动工具时必须小心。以下协议描述了与之前发布的坦克设计¹⁰配套的外壳架的生产过程。如果使用替代水箱，则需要调整水箱供水和回水说明以符合水箱规格。

1. 组装外壳架（见图1A）

1. 组装支撑支架。每个支撑支架必须距离地面21又1/4英寸（54厘米）、37英寸（94厘米）和52又3/4英寸（134厘米），第四层距地面为68又1/8英寸（173厘米）。将每个搁板放在支撑上。这些数字代表了这里展示的设计高度。
2. 如果系统因成本或可用性考虑使用不同的机架，请相应调整其他所有测量。如果所用的水箱不是Lipscomb等人¹⁰中描述的，情况也同样适用。

2. 罐回水系统的支撑支架（图1A）

1. 将直径3/4英寸（1.9厘米）的聚氯乙烯（PVC）管道切割到5英尺（152.4厘米）。这将是罐回水管的支撑。
2. 把支撑滑到系统上。将支撑垂直放置，贯穿四层书架。放在架子的末端（纵向）和中间宽度的位置。在回风支撑下方放入一小块泡沫塑料（或任何耐潮物），防止泡沫从货架底部的架子掉落。
3. 在支架上钻孔，每个层架上直接穿过支撑。在每个搁板表面上方7英寸（17.78厘米）处钻孔。然后，将一根10英寸（25.4厘米）的铁丝或绳子穿过孔。之后用这块来固定PVC回水管。

3. 组装回水系统（图1B-D）

注意：回水管接收来自各个水箱的水，并输送至垂直回水管，将水输送至集水坑，在那里经过过滤后最终循环回系统。

1. 组装垂直回流管（见图1B）。垂直回水管将水从回水管引导至集水池。
   注： 图1 展示了回流管三层中仅两层的组装过程。
   1. 将直径2英寸（5.08厘米）的PVC管切割成四段对应长度的部分：4英寸（10.16厘米）、12又3/4英寸（32.39厘米）、11又1/2英寸（29.21厘米）和3英寸（7.62厘米）。
   2. 拿4英寸（10.16厘米）的木条，在上下两侧做标记。在底部连接一个PVCT型接头（T型接头使其45°角朝下）。
   3. 将12-3/4英寸（32.39厘米）的PVC片连接到步骤3.1.2中T型接头的另一端。
   4. 像之前一样，再连接一个PVCT接头到PVC的可用端端。
   5. 将11.1/2英寸（29.21厘米）的PVC片连接到步骤3.1.4中T字接头的另一端。
   6. 按照步骤3.1.5，再连接一个PVC的T型接头到PVC的可用端端。
   7. 将3英寸（7.62厘米）的PVC接到步骤3.1.6的T型接头的另一端。
   8. 将2英寸（5.08厘米）的PVC盖装在步骤3.1.7的PVC可用端端。
   9. 将2英寸（5.08厘米）的45°PVC弯头连接到第3.1.8步中3英寸（7.62厘米）PVC管的末端
   10. 用紧固件带将垂直回风板固定在支架上。
       1. 把垂直回风板安装在支架中央。将每个T形接头的开口端朝向内侧，靠近外壳架，位置位于正下方的搁板上方约1-2英寸（2.5-5.08厘米）。
       2. 将底部45°弯头放置在集水坑上方，这样水在完成后能直接流入水池。
2. 组装回水管（图1C-D）。PVC管将水从壳体罐输送回3.1步的垂直回风口。
   1. 将1-1/2英寸（3.81厘米）的PVC管切割成三段，每段4英尺（121.92厘米）。
   2. 将1-1/2英寸（3.81厘米）的PVC管纵向切割，形成一个U形槽。这一步需要沿管道长度切割两口以形成槽。
   3. 将第二步切割好的PVC管放置在每个搁板上，使一端插入主垂直回风管的T型接头。用之前插入的绳子/线穿过支撑支架孔，固定切割的PVC管另一端，使其缓缓向下倾斜，朝向垂直回风管的T形接头方向。目标是1.5到2°的斜度向下延伸至主垂直回风的T节。
   4. 可选：在切割1-1/2英寸（3.81厘米）的回水PVC管上盖上盖子，以防止意外回流。

4. 集水池组装

注意：集水池通过作为水储量，限制电导率、pH值、硝酸盐/亚硝酸盐含量和温度的波动（见图1A）。集水池还设有多个过滤阶段。

1. 在组装好的机架下方放置集水池。确保水盆上方约5-5/8英寸（14.29厘米）的空隙，且在第一个层板下方保持空隙。确保集水坑稍微突出于架子，这样垂直回水管就能悬出，将水箱水带回集水坑。
2. 将两个泡沫过滤器放入集水坑，并连接一段2.1/2英尺（76.2厘米）长的透明乙烯基管。之后，将管子的自由端连接到空气泵。
3. 将组装好的罐式过滤器进水管放在靠近集水坑的一根腿上。
4. 将罐式过滤器的输出端口放在系统另一侧，靠近集水坑。
5. 安装紫外线（UV）灭菌器时，将罐式过滤器的出口管线引入紫外线灭菌器，强制无颗粒水通过。
6. 如果环境室温未保持在恒定的28.5°C，则在集水坑中添加潜水加热器。根据房间环境温度添加第二个加热器，作为单台设备故障的保险。
7. 将水泵安装到集水坑中，使泵与回水系统的支撑支架对齐。

5. 组装主供水管线（图1A、F）

注意：由于缺乏粘合剂，主供水管线可以快速建成并拆解以便清洁。为避免泄漏，所有乙烯基管都可以安装软管夹。这些可以在系统首次启动并评估泄漏后添加。

1. 剪一根3/4英寸（1.905厘米）的乙烯基管，长度为27.5英寸（69.85厘米），然后连接到泵上。
2. 在第5.1步的管路上接一个T型接头。将这个T型接头稍微放在第二个搁板下方，并朝向集水坑的另一侧。
3. 将一条3/4英寸（1.905厘米）的乙烯基管切割成14.5英寸（36.195厘米）长度，并直接固定在第5.2步T型接头的另一端。
4. 再接一个T型接头到管子上。将T型接头放置在第二个搁板稍下方，并朝向集水坑的另一侧。
5. 将一条3/4英寸（1.905厘米）的乙烯基管切割成14.5英寸（36.195厘米）长，并直接固定在第5.4步T型接头的另一端。
6. 再接一个T型接头到管子上。将T型接头放置在第二个搁板稍下方，并朝向集水坑的另一侧。
7. 剪一根3/4英寸（1.905厘米）的乙烯基管，长度为14.5英寸（36.83厘米），然后直接固定在第5.6步T型联结器的另一端。
8. 用1/2英寸（1.27厘米）公头适配器将3/4英寸（1.905厘米）到1/2英寸（1.27厘米）的减角弯头连接到管子上。将减弯和公适配器放在第四层架子的顶部。弯头和适配器会连接到乙烯基压力释放管，该管线又延伸回集水坑。

6. 压力释放管线组装（图1A，左侧面板）

1. 剪一根5/8英寸（1.5875厘米）的乙烯基管，剪成3英寸（7.62厘米）长。把它连接到架子顶部的1/2英寸（1.27厘米）公适配器上。
2. 将其中一个球阀连接到第6.1步管路的另一端。
3. 剪一根5/8英寸（1.5875厘米）的乙烯基管，长度为7英尺（213.36厘米），然后连接到第6.2步的自由接头上。
4. 把管子穿过机架顶部，然后沿着外壳架的腿往下穿回集水坑。
5. 为了将管子固定在外壳架的支腿上，可以使用固定带。

7. 组装水箱供水管线（图1E）

注意：水箱供水管线将水从主供水管输送到各个水箱。

1. 剪断三段5/8英寸（1.575厘米）的乙烯基管，长度为2.5英寸（6.35厘米）。每个接头连接到主供水管线上的三个自由T型接头之一。
2. 在步骤7.1的三个自由端上分别接一个球头。
3. 剪下三段5/8英寸（1.575厘米）的乙烯基管，长度为2.5英寸（6.35厘米），并连接到三个球头的自由端。
4. 将5/8英寸到3/8英寸（1.5875厘米到0.9525厘米）的减针连接到第7.3步的5/8英寸（1.5875厘米）管子上。
5. 剪断三段3/8英寸（0.9525厘米）的管子，长度为2又1/4英寸（5.715厘米）。连接到第7.4步的减速器。
6. 从第7.5步开始，每个管子上接一个3/8英寸（0.9525厘米）的尼龙T型接头。
7. 剪断六段3/8英寸（0.9525厘米）乙烯基管，长度为2英寸（5.08厘米）。连接到第7.6步的T型接头。
8. 在步骤7.7的六个部件上各接一个软管夹。
9. 在第7.7步的每个可用端端安装一个钢制水族阀门。把软管夹紧在钢制水族箱阀门上。
10. 用固定带将钢制水族阀门固定在上方的架子上。
11. 剪裁0.17英寸（0.4318厘米）的乙烯基管，长度合适，以便到达每个罐子。

8. 系统运行准备

注意：必须采取后续步骤以确保系统内鱼类的健康和存活。这一过程必须至少在添加鱼类前一周完成。

1. 按照^{前面描述的}准备系统水9。
2. 将两个生物海绵过滤器通过管子的两个自由端连接到空气泵。
3. 确保所有球阀的方向合适。关闭系统顶部的压力释放阀外的所有球阀。为防止显著压力积累，保持该阀门当前开启。
   在程序开始前，请联系机构的IACUC代表以确保电气合规。电气连接的一些考虑因素如下：
   1. 所有电气元件均使用接地故障断路器（GFCI）插座。
   2. 在电力浪涌时使用插板防止设备损坏。
   3. 确保延长板高于系统最高点，以减少意外引入系统水的可能性。
   4. 所有电线使用滴水环，以减少水沿电线流向电源的风险。
4. 打开水泵，检查系统是否有泄漏。
5. 如果出现漏水，可以在每个漏水的接头处加装软管夹。
6. 打开罐式过滤器，确保水流正常。确保罐式过滤器的进水口位于集水坑底部。
   注意：如果系统严重泄漏，泵将在整个系统排空前自动关闭。过滤器进水口设在底部，水会继续在泵内循环，避免损坏。
7. 只有在罐式过滤器运行后才打开紫外线消毒器。

9. 例行维护

1. 为了获得最佳住房，请每天检查并调整以下各项：
   1. 电导率保持在600到800微秒/厘米之间。
   2. 保持pH值在7-8之间。
   3. 保持水温28.5°C。
   4. 确保氨浓度为零。
   5. 确保没有氯的存在。
   6. 硝酸盐含量保持在50毫克/升以下。
   7. 确保水流通过压力释放管线。
   8. 确保水在系统中的每个水箱里都顺畅进出。
   9. 确保水流通过过滤系统。
   10. 确保紫外线消毒灯泡开着。
   11. 保持水位。如果没有交配或水交换，系统每周大约需要增加10加仑水，以防蒸发。这个体积会根据环境室温和交配频率而变化。
2. 每周监控以下各项：
   1. 检查水箱供水管线中的水流情况。盐分会在钢制水族箱阀门内积聚，减少水流。用管道清洁棒插入堵塞的阀门，清理盐分堆积。
   2. 解决水位和水资源交换问题。如果系统中没有定期排走水分（如交配时），当氨水平上升或硝酸盐浓度变得不安全时，应交换约30%的系统水。
      1. 用压力释放管线流出的水装满一个桶或其他大型容器的系统水。把它固定在外壳架腿上的带子取下来。
      2. 将收集的水倒入水槽排水管，重复此过程，直到系统中大约30%的水（水箱和集水坑）被清除。
      3. 在系统中添加新的反渗透（RO）或脱氯自来水，使水位距离集水坑顶部仅几厘米。
      4. 调整电导率和pH值。根据设施内使用的水量，制定每升水的标准盐分/pH修正剂添加量。
   3. 每周用标准火鸡吸管去除Murm。
3. 请每月检查以下各项：
   1. 清理罐式过滤器。
      1. 拔掉罐式过滤器。
      2. 拔掉紫外线消毒器电源。当滤网未运行时关闭紫外线消毒器，以防止紫外线过热。
      3. 鱼满后每3个月更换系统过滤垫和木炭。
      4. 使用自来水和清洁海绵手动清洁罐式过滤器组件，除生物珠外，它们浸泡在反渗透水（或脱氯自来水）中。
      5. 手动清洁和更换滤器后，用反渗透水（或脱氯自来水）重新注满罐式过滤器，然后重新连接系统。
      6. 在打开紫外线消毒器或离开设施前，确保罐式过滤器的水流稳定。
         注意：清洁过程中可能会引入小气泡。这些气泡即使在最初稳定流动后，也会阻止过滤器的流动。如果滤芯流量5分钟后没有出现干扰，可以放心认为滤芯正常运行。
   2. 每个月检查生物海绵。根据系统中成鱼的密度，每4到6个月更换一次。
4. 每年进行以下各项维护工作。
   1. 全面系统清洁：每年关闭并拆解整个系统。使用标准实验室刷子手动刷洗所有部件。
      注意：肥皂绝不能用于任何部件。
   2. 水底水坑清洁：使用火鸡吸管清除底部积聚的水垢。用刷子轻轻清除集水坑侧面和底部的积垢。然后用吸管去除“沉淀物”。

10. 常见故障排查

1. 如果在水箱供水管线附近发现小漏水，应在漏水处使用环夹。
2. 如果水族箱供水管线的水流减少，使用管状清洁棒清除钢制水族箱阀门内的盐分堆积。清洁时保持阀门打开。
3. 由于过度喂食或水流不足，鲈鱼可能会积聚在水族箱底部。用火鸡吸管清除所有鱼缸底部多余的积物，减少每次喂食的食物量。
4. 系统内可能出现藻类快速或过多堆积。灯光的摆放和过量食物都可能促进藻类生长。确保没有过度喂食，并调整照明亮度以减缓藻类生长。
5. 水没有流过系统。在电力浪涌后，泵上的磁性电机可能会错位，导致水流停止。拔掉泵电源，取下磁性马达，重新插入，确保重新对准。
6. 如果更换滤芯后罐式过滤器没有水流，手动灌水泵直到水流畅。
7. 如果鱼交配效率不高，确保喂食和水质都得到优化。水的pH值下降会导致交配效率大幅下降。
8. 水质在水交换期间波动很大。当大量淡水（反渗透或脱氯）同时加入时，就会发生这种情况。为了减少波动，先向专用的5加仑（18.9升）容器中加入淡水，并在注入集水坑前调整pH值。但不要在加装集水坑前调整导电率。
9. 泵坏了，水无法通过系统流动。如果水质得到适当维护，鱼类在没有水循环的情况下48小时或更长时间都不会有问题。不过，在此期间，将喂养量减少到一天一次。如果水循环不足持续超过48小时，手动移除水箱容量的三分之一，换成集水坑的水。
10. 罐式过滤器坏了，过滤也没有发生。只要水质得到适当维护，鱼类在无过滤的情况下最多一周内不会有问题。将喂食减少到每天一次，并在过滤恢复前每天检测水质。如果水质下降，进行换水。

11. 其他考虑因素

1. 与任何循环养殖系统一样，鱼类的健康依赖于系统水的持续过滤以及水在鱼缸内的循环。由于部件故障可能影响过滤和循环，务必备备一台备用水泵、罐式过滤器（或罐式过滤器的第二个电机）和潜水式热水器。

结果

这里提出的方案将创建一个三层循环斑马鱼养殖系统（见图1）。结合此前发布的模块化斑马鱼缸设计¹⁰，该系统可轻松容纳30至36个独立鱼缸，每个大型缸可容纳约40条鱼，密度低于每^升1升10条成鱼。整个饲养系统可容纳超过1200条成年斑马鱼，整体占地较小（~5英尺×7英尺）（~1.52米×2.13米）。由于有多阶段过滤和可调节的水箱流量，幼虫可在受精后7天内进入系统，成功养育至成虫，无需单独的幼虫育幼系统。为实现这一目标，幼虫应如^详尽说明般饲养和喂养。随着系统循环系统水，用户可以通过调整每个水箱的流量，最大限度地减少有毒废弃物副产品的积累。以先前确定的36个大型储罐设计，系统容量约为340升，包括集水池中的水。连接到紫外线灭菌器的罐式过滤器可以净化并过滤大约567升/小时，相当于在最大系统容量下每小时1.67个完整系统过滤器（见图2A）。当水泵装满模块化水箱（36个水箱）时，每个水箱可...

讨论

本文所述的循环住房系统总成本低于1500美元。假设不需要更换主要部件，年成本估计仅为75美元，所有部件均可通过本地和在线零售商购买。完成该项目无需特殊工具或技能，使大多数人易于组装，但如果材料长度未使用此处描述的完全金属支架，则必须调整。组装过程中也没有使用有害化学品或粘合剂，这使维护和施工更加简单。该系统可在一小时内拆解、清洁和重建。此外，由于拆卸和重新组装的便利性，整个系统可以从一个空间移动到另一个空间，甚至根据实验室需求调整以容纳更多储罐的储物架层次。我们还发现该系统的耐用性相当坚固。在运行这个系统9年里，我们只更换过一次主泵，一次罐式过滤器，还更换过五个潜水加热器。

该养殖系统为养育斑马鱼幼鱼和保持健康的繁殖成年斑马鱼提供了充足的水循环（见图2）。其他已发表系统则描述利用重力以^{稳定速率将}淡水输送到水箱^8.9。这里描述的模型允许根据储...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.17"内径透明乙烯基管道20英尺	Lowes	814315
1-1/2" PVC管帽x3	Lowes	23899
2" PVC管帽x1	Lowes	23900
3/4"内径透明乙烯基管道5英尺	Lowes	879267
3/4"到1/2"螺纹弯头和1/2"适配器	Lowes	23931
3/4" x 3/4" x 1/2" Tx4	Lowes	3311539
3/8"软管接头尼龙T接头x3	Lowes	877110
3/8"内径透明乙烯基管道5英尺	Lowes	879263
40加仑集水盆	Tractor Supply	2229846
5/8"内径透明乙烯基管道10英尺	Lowes	814320
AAwipes 8-in-1 水族箱测试套件	Amazon	B0D2RG3LXR
Attmu 50 件可重复使用的紧固带	Attmu	8350503624091
Bacto-sure 高密度泡沫过滤器（2 件装）	Pets Warehouse	8729780257055
Cascade CCF3UL 滤筒，100加仑，265sph	Aquatic Warehouse	30172015946	从亚马逊购买
Charlotte pipe 10 英尺 PVC 管道 1-1/2" 直径 x2	Lowes	23830
Charlotte pipe 2-in x 2-in PVC DWV 卫生 T	Lowes	23395
Charlotte pipe 5 英尺 PVC 管道 1-1/4" 直径	Lowes	23982
Charlotte pipe 5 英尺 PVC 管道 2" 直径	Lowes	23832
Charlotte pipe 5 英尺 PVC 管道 3/4" 直径	Lowes	23990
Honeforest TDS 计	Walmart	B073713G5F
工业强度货架 48 x 24 x 72	Lowes	23395
Ispinner 28 件蜗杆软管夹具	Home Depot	313206783
JoyTube 塑料软管接头减压器管件 5/8"到3/8" 3 件装	Amazon	B08DNJY57G
LASCO 2-in x 2-in x 2-in 直径 PVC 弯头配件	Lowes	23910
池塘泵潜水式（2100 GPH）	Amazon	B004DFMZME
Qmseller 不锈钢水族箱阀门 x6	Amazon	B07PDSVH3N
水族箱潜水加热器	Amazon	B0DLG8VSL8
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UV 光线杀菌器 Coralife Turbo Twist UV 杀菌器，6x	Coralife	96316156005	从亚马逊购买
Uxcell 滴灌蛛纤维值为 5/8" 双雄蛙蛙阀水流控制 - 3 件装 x2	Harfington	1003460	从亚马逊购买