本文介绍一种新型、易于构建且低成本的循环水斑马鱼养殖方案。
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本文介绍一种新型、易于构建且低成本的循环水斑马鱼养殖方案。
斑马鱼是进行体内研究的常用模式生物,部分原因在于其饲养和维护成本相对较低。然而,商业化的饲养系统通常价格昂贵,小型研究团队难以负担。目前已存在多种自行构建的斑马鱼饲养系统,但这些系统普遍存在水质条件不稳定、水循环速率低以及饲养容器易损等问题。这些设计缺陷限制了它们在长期科研项目中的应用可行性。本文介绍一种自行构建的循环式斑马鱼饲养架,该系统具有新颖性、成本低廉且易于搭建。当本系统与我们先前发表的饲养容器设计结合使用时,可支持斑马鱼在发育各阶段的饲养。系统具备多级过滤与消毒装置,能够建立稳定的水质环境,从而支持斑马鱼在科研与教学中的长期使用。下文所述系统已在我们的实验室中连续使用9年,成功维持了多代斑马鱼的繁殖,并支持了数百项实验研究。
斑马鱼是生物学研究中常用的一种模式生物。它们对多种环境条件具有耐受性,且易于繁殖,后代数量众多1。斑马鱼是开展多种生物学研究的理想模型,包括人类健康、炎症、遗传学和毒理学等研究领域1,2,3,4,5,6,7。此外,斑马鱼饲养成本较低,维护需求相对较少,具有较高的经济性。然而,建立斑马鱼饲养系统可能令人望而生畏,尤其对于经验较少的研究人员而言——需综合考虑诸多因素,例如水体循环速率、水质控制,以及在斑马鱼不同发育阶段进行饲养所面临的挑战。
商用斑马鱼养殖系统通常价格昂贵,这对于规模较小或资金有限的实验室而言可能构成重大障碍。这类系统的成本可达数万美元,尤其是加装自动喂食器和自动清洁等附加组件时;但对于预算有限的实验室,以及希望在课堂教学中使用斑马鱼的机构而言,这些附加功能并非必要。对于此类机构,自行构建斑马鱼养殖系统更为合理。已有其他文献发表过定制化构建方案,但每种方案均有其自身缺点。Kim 等人展示了一种易于构建、包含80个鱼缸的系统8。在该论文发表时,建造成本约为500美元,但以当前物价计算,成本将显著更高。Paige 等人提出了一种旨在改进前述方法的设计方案,但其建造成本达1500美元9。此外,维持一个150条鱼的种群,预计每3个月的维护费用为1000美元9。
本文建立了一种循环式斑马鱼饲养与过滤系统构建方法,当与先前发表的饲养箱设计10结合使用时,其成本显著低于市售系统。此外,该系统仅需少量常用工具即可简便搭建。该系统在使用30个独立水箱(约70%容量)时运行相对安静,产生的噪音约为60 dBA,相当于正常对话或电视机的声音水平11。通过一些简单的修改,或减少运行的水箱数量,我们相信该系统可直接用于课堂教学环境,而不会对学生产生干扰。循环系统的整体设计如下:经过加热和处理的水从集水槽泵出,经主供水管输送,沿饲养架中心向上流动。主供水管上的球阀将水导入导流板,后者以可调节流速向各层的独立水箱供水。为防止主供水管内压力过高,系统配备了一条带可调球阀的压力释放管路,将多余的水回流至集水槽。从导流板进入水箱的水在箱内循环,各层饲养架中央设有轻微倾斜的集水槽,用于收集水箱的"溢流水"。集水槽中的水随后流入垂直回水管,返回集水槽,在那里通过多级滤筒过滤器进行净化,并经紫外灯灭菌。
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本方案此前已获得北密歇根大学和雪兰多大学机构动物护理与使用委员会的批准使用。
注意事项:需要使用锯子切割系统中用于回水部分的PVC管。本方案使用了旋转工具,但对于除水箱回水管以外的大多数切割工作,其他类型的锯子也足够适用。切割供水管用的透明乙烯基软管时,使用了美工刀。紧固软管夹时需要使用螺丝刀。将PVC水箱回水管连接至PVC回水管固定座时,需要使用配备3/16"(0.47 cm)钻头的电钻(稍大或稍小的钻头也可使用)。使用电动工具时必须小心,以避免受伤。以下方案描述了一种饲养架的制作过程,该饲养架可与先前发表的水箱设计10配套使用。如果使用其他类型的水箱,则需要根据水箱的具体规格,对水箱供水和回水部分的操作说明进行相应调整。
1. 组装饲养架(图1A)
2. 水箱回流系统的支撑支架(图1A)
3. 组装回水系统(图1B-D)
注意:回水管从各个水箱收集水,并将其输送至垂直回流管,水经由垂直回流管被运送至集水槽,在集水槽中经过过滤后,最终重新循环回系统中。
4. 组装集水盆
注意:集水槽作为储水区,可减少电导率、pH、硝酸盐/亚硝酸盐水平和温度的波动(图1A)。集水槽处还进行多级过滤。
5. 组装主供水管(图1A、F)
注意:由于未使用粘合剂,主供液管路可快速组装和拆卸,便于清洁。为避免泄漏,所有乙烯基软管均可安装软管夹。这些软管夹可在系统首次启动并检查泄漏情况后安装。
6. 组装压力释放管路(图1A,左侧面板)
7. 组装水箱供水管路(图1E)
注意:水箱供水管路将水从主供水管路输送至各个水箱。
8. 准备系统以进行操作
注意:必须采取以下步骤以确保饲养在系统中的鱼类的健康与存活。此过程必须在将鱼类加入系统前至少一周进行。
9. 常规维护
10. 常见故障排除
11. 其他注意事项
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本文所述方案将构建一个三级循环斑马鱼养殖系统(图1)。结合先前发表的模块化斑马鱼养殖箱设计10,该系统可轻松容纳30至36个独立养殖箱,每个大箱可在成鱼密度低于10尾/升的条件下容纳约40尾鱼1。总体而言,该养殖系统可在较小占地面积(约5英尺×7英尺)(约1.52米×2.13米)内饲养超过1,200尾成年斑马鱼。由于系统具备多级过滤装置以及可调节的养殖箱流速,受精后7天的幼鱼即可直接接入系统,并成功培育至成鱼阶段,无需额外配备独立的幼鱼培育系统。为实现这一目标,幼鱼的放养与投喂应遵循已有详细描述的方法1。由于系统采用循环水设计,用户可通过调节流入和流出各养殖箱的流速,有效减少有毒代谢废物的积累。在采用先前确定的养殖箱设计(36个大箱)满负荷运行时,系统总水量约为340升,包括集水槽中的水量。连接至紫外灭菌器的筒式过滤器每小时可过滤和净化约567升水,在系统最大容积下相当于每小时完成1.67次全系统过滤(
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本文所述的循环水养殖系统总建造成本可控制在1500美元以内。假设无需更换主要部件,年度运行成本估计仅为75美元,且所有组件均可通过本地或在线零售商购得。本项目无需特殊工具或专业技能即可完成组装,因此大多数人员均可操作;但若未使用本文所述方案中的确切金属支架,则必须对材料长度进行相应调整。系统组装过程中不使用任何有害化学物质或粘合剂,从而简化了维护和建造过程。该系统可在一小时内完成拆卸、清洁和重新组装。此外,由于拆装简便,整个系统可轻松从一个地点转移至另一地点,甚至可根据实验室需求改装为更少或多级的水族箱架设层级。我们还发现该系统具有较强的耐用性。在连续运行该系统的9年中,我们仅更换过一次主水泵、一次筒式过滤器,以及五次浸入式加热器。
该饲养系统提供了充足的水循环,可用于培育幼年斑马鱼,并维持健康成年斑马鱼的繁殖状态(图2)。其他已发表的系统描述了利用重力以恒定速率将新鲜水输送至水箱的方法8,9。本文所述模型...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者谨此感谢过去9年来众多学生在维护和改进饲养系统方面所提供的帮助。
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| 内径 3/4" 透明乙烯基软管,5 英尺 | Lowes | 879267 | |
| 3/4" 转 1/2" 螺纹弯头及 1/2" 接头 | Lowes | 23931 | |
| 3/4" × 3/4" × 1/2" Tx4 | Lowes | 3311539 | |
| 3/8" 软管接头尼龙三通接头 ×3 | Lowes | 877110 | |
| 内径 3/8" 透明乙烯基软管,5 英尺 | Lowes | 879263 | |
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