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SSI中大型动物呼吸代谢测量系统

SSI中大型动物呼吸代谢测量系统
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SSI中大型动物呼吸代谢测量系统是SSI动物呼吸代谢测量系统在中大型动物呼吸代谢研究中的应用扩展,系统配备有高通量Flowkit系列气体发生控制系统与定制呼吸室或呼吸代谢罩,用于家兔、犬等以上的中大型兽类、鸡以上大小的家禽和鸟类等呼吸代谢测量,可选配动物活动监测模块、植入式动物体温与心律记录仪等。该系统也可用于人类的呼吸代谢测量与活动观测。

主要功能特点:

1.   可选配CO2分析仪、O2分析仪、CH4分析仪、H2O分析仪等,

2.   根据动物大小,可选配不同型号的Flowkit气体发生控制系统,如Flowkit100(气体通量可达100L/min,适于大的家禽等中型动物呼吸代谢测量)、Flowkit500(气体通量可达500L/min)、Flowkit1000(气体通量可达1000L/min)、Flowkit2000(气体通量可达2000L/min,适于牛等大型动物的呼吸代谢测量)

3.   可选配单通道、多通道测量系统(下图为多通道大型家禽呼吸代谢配置)

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4.   可根据研究需求定制呼吸室、呼吸罩、代谢舱等,代谢舱可控制O2或CO2浓度等,并配置动物行为观测系统

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5.   可选配植入式动物体温、心律记录仪,甚至可无线遥测动物体温、心律等

6.   可选配动物活动监测模块,监测分析动物的活动强度、频次、时间分配等(下图为牛的反刍行为及其它活动监测)

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应用案例:

中国肉羊体系客户群之内蒙农业大学动物科学学院多通道家畜呼吸测热系统

   


该呼吸测热系统是一套模块化结构的系统,具有高度的可扩展性和灵活性,系统配置了FC-10氧气分析仪,CA-10二氧化碳分析仪、MA-10甲烷分析仪以及RH-300水汽分析仪,以及Flowkit500+SS4组合的气体抽样控制单元,保证了气流的准确性和稳定性,进而得到高精度、高灵敏度的原始数据;气体分析仪自带温度、气压补偿,确保了在不同海拔、不同温度条件下均可得到标准状态数据,保证了数据的准确性。

下表为中国农业科学院饲料研究所等单位利用同样的系统方案对绵羊所做的研究(丁静美,邓凯东等,2018)。

 

 

随着 NDF /NFC 比例的降低,饲喂后0~ 2 h、2~ 4 h、7~ 8 h 内,饲粮 4 的甲烷排放量均显著低于其他三种饲粮( P<0.05) 。随着时间的变化,甲烷排放量呈现出先下降后上升的趋势。在饲喂后 0~ 2 h 内,四种饲粮均甲烷排放量显著高于其他时间段( P<0.05)。

 

该套系统除标准配置外,可选配监测多种生理指标:

l  选配植入式动物体温与心率自动记录仪

l  选配活动监测单元,全面记录动物活动状况、反刍频次等,同时还可自动记录体表温度及水分(发汗情况)

l  选配红外热成像观测系统,已精确成像测量分析动物体温分布及散热情况等

l  选配气体调控系统,以调节控制进入呼吸室中的氧气或者二氧化碳浓度

 

家畜呼吸测热系统在国内有广泛的客户群,如山西农业大学、中国农业科学院饲料研究所、内蒙古大学、青海大学、中科院等等单位,并发表了高影响因子的中英文章。

 

美国地质勘探局(USGS)野生动物保护专家Anthony M Pagano博士于 2018年2月份在Science杂志发表“高能量、高脂肪生活方式成就极地顶级捕食者北极熊”一文,本文采用了同位素技术、生理生化技术、加速度技术、开放式能量代谢技术等综合性方法设计实验方案。令人兴奋的是该科学家利用能量代谢技术一年就可以发表至少3篇高影响因子论文。

新陈代谢决定了生物体能量需求速率,测定代谢率成为联系北极海冰到北极熊存活下降提供一个重要的指标。能量消耗增加或觅食机会减少引起的能量平衡变化可能导致健康状态、存活或者繁殖成功的下降。

  使用开放式能量代谢技术测量成年雌性北极熊静止代谢率,通过与自由活动的北极熊及其它哺乳动物比较来评估该物种的基础能量消耗。 

 

成都大熊猫基地科研人员使用SSI动物代谢系统从2015年至2017年连发三篇SCI文章,其中2016年在Nature杂志发表“大熊猫的代谢率发现其保护策略”一文,通过对大熊猫生长发育过程的能量代谢研究来揭示濒危动物的保护策略。

  

 

美国加利福尼亚大学生态与进化生物学系于2013年在The Journal of Experimental Biology杂志发表了 “气候影响非洲象和亚洲象的热平衡与水分利用:生理学可以预测大象分布的驱动因素”一文,本文通过红外热成像技术和开放式呼吸代谢测量技术获得大象的体表温度、皮肤蒸发失水和蒸发热损失、静止产热量、呼吸蒸发失水量等生理参数来预测大象种群对地表水资源管理利用能力。

由于大象对植物有明显冲撞习惯,强烈影响大象利用景观尺度的因素受到密切关注。作为对水资源依赖较强的动物,地表水资源的管理可用于缓解局部区域过多大象造成的资源冲突。假设热耗散依赖于蒸发降温有助于大象对水的依赖,是大型哺乳动物的一个重要挑战。温度和地面水分布的交互作用是大象景观利用的重要驱动因素。

大象可以通过各种非蒸发性策略散热,如耳朵适应性的最大化热传导,表皮较低的毛发密度可以在较低风速下提高热散失,以及寻找阴凉处的行为策略。在较高的温度下,蓄热或蒸发降温是动物驱散多余代谢热的独有机理。水依赖条件下的热调节是不同气候下大象种群差异化景观利用的关键驱动因子。

 

左图为大象定制呼吸罩、右图为大象随时间的热丢失量变化

 

产地:美国

参考文献

Hales K. E., Cole N. A. and MacDonald J. C. 2012. Effects of corn processing method and dietary inclusion of wet distillers grains with solubles on energy metabolism, carbonnitrogen balance, and methane emissions of cattle.Journal of animal science, 3174-3185.

Deng K. D., Diao Q.-Y., Jiang C.-G., Tu Y., Zhang N.-F., Liu J., Ma T., Zhao Y.-G., Xu G.-S. 2012. Energy requirements for maintenance and growth of Dorper crossbred ram lambs. Livestock Science, 150 : 102–110.

Puchala R., Min B. R., Goetsch A. L.and Sahlu T. 2005. The effect of a condensed tannin-containing forage on methane emission by goats. Journal of animal science, 83:182-186.

Animut G., Puchala R., Goetsch A.L., Patra A.K., Sahlu T., Varel V.H., Wells J.2008. Methane emission by goats consuming different sources of condensed tannins. Animal Feed Science and Technology, 144: 228–241.

Puchala R., Tovar-Luna I., Goetsch  A.L. , Sahlu T., Carstens G.E. , Freetly H.C. 2007. The relationship between heart rate and energy expenditure in Alpine, Angora, Boer and Spanish goat wethers consuming different quality diets at level of intake near maintenance or fasting. Small Ruminant Research, 70: 183–193.

Tovar-Luna, I., Goetsch, A.L., Puchala, R., Sahlu, T., Carstens, G.E., Freetly, H.C., Johnson, Z.B., 2007. Effects of moderate feed restriction on energy expenditure by 2-year-old crossbred Boer goats. Small Rumin. Res. 72, 25–32.

Fei Y, Hou R, Spotila J R, et al. Metabolic rates of giant pandas inform conservation strategies[J]. Scientific reports, 2016, 6: 27248.

Fei Y, Hou R, Spotila J R, et al. Metabolic rate of the red panda, Ailurus fulgens, a dietary bamboo specialist[J]. PloS one, 2017, 12(3): e0173274.

Fei Y. The Metabolic Rates of Giant Panda and Red Panda[D]. Drexel University, 2015.

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