隨著CO2等傳感器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，特別是熒光光纖O2傳感器技術(shù)的應(yīng)用，高通量測(cè)量微小生物如藻類(lèi)等浮游植物、浮游動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)蟲(chóng)卵、土壤微生物、果蠅、斑馬魚(yú)等呼吸與能量代謝，對(duì)于實(shí)驗(yàn)生物學(xué)研究、污染生態(tài)學(xué)與環(huán)境毒理學(xué)、環(huán)境科學(xué)與氣候變化研究等，都具有越來(lái)越重要的意義
早在2005年，為了實(shí)現(xiàn)個(gè)體水平上的海底無(wú)脊椎動(dòng)物胚胎（或幼蟲(chóng)）的呼吸率的高通量測(cè)量，美國(guó)特拉華大學(xué)的Szela和Marsh把384孔微量滴定板改造成384個(gè)呼吸室/微型呼吸計(jì)，采用平板讀取的熒光計(jì)對(duì)鹵蟲(chóng)無(wú)節(jié)幼蟲(chóng)的呼吸率進(jìn)行了持續(xù)實(shí)時(shí)的測(cè)量（參見(jiàn)下圖）。
384孔微量滴定板中的25個(gè)孔內(nèi)的鹵蟲(chóng)無(wú)節(jié)幼蟲(chóng)的氧氣濃度在兩小時(shí)內(nèi)的變化。通過(guò)氧氣濃度（μM）-時(shí)間（h）的線(xiàn)性回歸計(jì)算呼吸率。每個(gè)曲線(xiàn)下方的圓圈內(nèi)數(shù)字代表鹵蟲(chóng)無(wú)節(jié)幼蟲(chóng)的數(shù)量。
Koster等（2008）則對(duì)海洋浮游動(dòng)物（橈足類(lèi)幼蟲(chóng)）呼吸進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到穩(wěn)定的線(xiàn)性呼吸率曲線(xiàn)（參見(jiàn)下圖）。
上左圖為微型呼吸室的溶解氧測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：1-3表示呼吸室、培養(yǎng)箱和熒光讀取器等，4-9表示供電及數(shù)據(jù)采集裝置，10-14表示溶氧光學(xué)測(cè)量裝置；上右圖為單個(gè)試管里恒溫培養(yǎng)的3或4只橈足類(lèi)幼蟲(chóng)的氧氣濃度在6小時(shí)內(nèi)的變化
商業(yè)化的高通量呼吸測(cè)量系統(tǒng)的問(wèn)世，使得水生動(dòng)物的胚胎（或幼蟲(chóng)）呼吸測(cè)量變得高效、精確，配合自動(dòng)化的水體環(huán)境因子調(diào)控的設(shè)備，魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物的胚胎和發(fā)育學(xué)研究變得方便快速。例如，2017年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Flynn和Todgham采用高通量呼吸測(cè)量技術(shù)，對(duì)發(fā)育的南極魚(yú)代謝活動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量和分析（參見(jiàn)下圖）。
左圖成年深海龍魚(yú)保護(hù)著一次產(chǎn)的胚胎；右圖深海龍魚(yú)胚胎處于開(kāi)放的呼吸室；呼吸測(cè)量（氧氣飽和度VS時(shí)間）
美國(guó)海洋和大氣管理和研究局的（NOAA）Xaymara Serrano等（2018）使用200微升的高通量呼吸系統(tǒng)測(cè)量了兩個(gè)物種的加勒比礁珊瑚幼蟲(chóng)的耗氧率（參見(jiàn)下圖）。研究團(tuán)隊(duì)的成員來(lái)自位于邁阿密的大西洋海洋和氣象實(shí)驗(yàn)室以及邁阿密大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，他們研究了多種因子（如溫度、硝酸鹽富集）對(duì)幼蟲(chóng)的活動(dòng)的影響，研究結(jié)果刊登在《Coral Reefs》雜志上，并在論文里詳細(xì)介紹了他們是如何使用該技術(shù)測(cè)量如此微小的生物的耗氧率。
礁珊瑚幼蟲(chóng)耗氧率測(cè)量
不列顛哥倫比亞大學(xué)的Bernhardt等（2017），則利用200微升的高通量溶解氧測(cè)量技術(shù)，對(duì)浮游植物細(xì)胞光照條件下的放氧量及黑暗條件下的氧氣消耗量進(jìn)行了測(cè)量分析，并計(jì)算其質(zhì)量歸一化代謝率（氧通量/總細(xì)胞體積）和光合作用的活化能。實(shí)驗(yàn)中使用了透明的PCR膜密封呼吸室，在3小時(shí)內(nèi)每隔15秒測(cè)量一次氧氣濃度（參見(jiàn)下圖）。
圖8Tetraselmistetrahele質(zhì)量歸一化代謝率隨溫度的變化。
英國(guó)約克大學(xué)的Prendergast-Miller等（2017），借助高通量呼吸測(cè)量技術(shù)對(duì)土壤微生物耗氧率進(jìn)行測(cè)量進(jìn)而對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行快速評(píng)估。該研究小組使用600微升的高通量呼吸測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量不同土壤類(lèi)型、蚯蚓處理及C源供給的土壤懸浮液的子樣品的2小時(shí)內(nèi)的氧氣消耗，發(fā)現(xiàn)蚯蚓能夠改變土壤微生物結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤微生物的耗氧率。
土壤微生物耗氧率測(cè)量概念示意圖
北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司近20年來(lái)致力于生物呼吸與能量代謝技術(shù)的推廣和技術(shù)服務(wù)，為您提供全面高通量生物呼吸與能量代謝測(cè)量方案：
1) 高通量藻類(lèi)光合-呼吸測(cè)量技術(shù)方案
2) 高通量浮游動(dòng)物呼吸測(cè)量技術(shù)方案
3) 高通量斑馬魚(yú)魚(yú)卵與魚(yú)苗發(fā)育期呼吸測(cè)量技術(shù)方案
4) 高通量果蠅呼吸與能量代謝測(cè)量技術(shù)方案（CO2與O2測(cè)量）
5) 高通量土壤呼吸/土壤微生物呼吸測(cè)量技術(shù)方案
參考文獻(xiàn)：
Szela T L, Marsh A G. Microtiter plate, optoderespirometry, and inter-individual variance in metabolic rates among nauplii of Artemiasp[J]. Marine Ecology Progress, 2005, 296:281-289.
Köster M, Krause C, Paffenhöfer G. Time-series measurements of oxygen consumption of copepod nauplii[J]. Marine Ecology Progress, 2008, 353(01):157-164.
Flynn E E, Todgham A E. Thermal windows and metabolic performance curves in a developing Antarctic fish.[J]. Journal of Comparative Physiology B, 2017, 188(2):1-12.
Serrano X M, Miller M W, Hendee J C, et al. Effects of thermal stress and nitrate enrichment on the larval performance of two Caribbean reef corals[J]. Coral Reefs, 2018, 37(1):173-182.
Bernhardt J, Sunday J M, O'Connor M I. An empirical test of the temperature dependence of carrying capacity[J]. bioRxiv, 2017: 210690.
Prendergastmiller M T, Thurston J, Taylor J, et al. Rapid determination of soil quality and earthworm impacts on soil microbial communities using fluorescence-based respirometry[C]// EGU General Assembly Conference. EGU General Assembly Conference Abstracts, 2017.
Mclamore E S, Garland J L, Mackowiak C, et al. Development and validation of an open source O2-sensitive gel for physiological profiling of soil microbial communities[J]. J Microbiol Methods, 2014, 96(1):62-67.
