疫情的爆發(fā)和蔓延，讓人類愈發(fā)認(rèn)識(shí)到生態(tài)健康的重要性。指出“小康全面不全面，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量很關(guān)鍵”，將實(shí)現(xiàn)全面小康建設(shè)和生態(tài)健康的重要標(biāo)志—生態(tài)環(huán)境質(zhì)量緊密聯(lián)系起來(lái)（方世南，2020）。

生態(tài)健康是人類自然環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境及其賴以生存的生命支持系統(tǒng)的代謝過程和服務(wù)功能完好程度的系統(tǒng)指標(biāo)。包括人居物理環(huán)境、生物環(huán)境和代謝環(huán)境的生態(tài)健康，人體和人群的生理和心理的生態(tài)健康，產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)和城市系統(tǒng)代謝過程的生態(tài)健康；景觀、區(qū)域系統(tǒng)格局和服務(wù)功能的生態(tài)健康等（蔣正華，2005）。因此，生態(tài)健康與人類的生存和生活質(zhì)量息息相關(guān)。

作為生態(tài)健康領(lǐng)域的*，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司*提出了“生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康”的發(fā)展理念和戰(zhàn)略方向并為之實(shí)踐。憑借近20年科研設(shè)備引進(jìn)和研發(fā)的豐厚經(jīng)驗(yàn)，北京易科泰向廣大科研單位、醫(yī)藥公司、檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供完備成熟的技術(shù)方案和服務(wù)，包括動(dòng)物能量代謝測(cè)量（包括斑馬魚、大小鼠等各類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物）、生物醫(yī)學(xué)成像、食品藥品檢測(cè)和藥用植物表型測(cè)量和中藥材鑒定等。

環(huán)境污染一直是生態(tài)健康領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)和著力解決的問題。環(huán)境污染物會(huì)對(duì)生物及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生損害，包括不同的層次：分子水平、亞細(xì)胞水平、細(xì)胞水平、組織水平、器官水平、個(gè)體水平、種群水平、群落水平、生態(tài)系統(tǒng)（孟紫強(qiáng)，2009）。動(dòng)物能量代謝測(cè)量能夠評(píng)估動(dòng)物個(gè)體水平的正常的生理范圍和對(duì)環(huán)境污染物的響應(yīng)，具備毒性反應(yīng)快速和低劑量敏感的特點(diǎn)，對(duì)于監(jiān)測(cè)波動(dòng)的污染物暴露、充當(dāng)急性環(huán)境污染事件早期預(yù)警系統(tǒng)意義重大（Handy and Depledge, 1999）。

本文摘選了易科泰動(dòng)物能量代謝測(cè)量技術(shù)在環(huán)境污染對(duì)動(dòng)物影響的研究案例，囊括了昆蟲、鳥類、嚙齒類、水生無(wú)脊椎動(dòng)物、魚類等動(dòng)物。希望能為生態(tài)毒理學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的科研工作者提供些許借鑒。

新煙堿（殺蟲劑）-蜜蜂

類尼古丁（Neonicotinoid），又稱“新煙堿”，是一類和尼古丁相關(guān)的神經(jīng)毒性殺蟲劑的總稱。作為昆蟲煙酰乙酰膽堿受體（nAChRs）的激動(dòng)劑，不可逆轉(zhuǎn)地與受體結(jié)合，導(dǎo)致昆蟲無(wú)法控制的肌肉活動(dòng)、癱瘓，并終死亡。使用新煙堿殺蟲劑現(xiàn)在無(wú)處不在，由于其具備廣譜性、高殘留特點(diǎn)，導(dǎo)致非目標(biāo)節(jié)肢動(dòng)物暴露在其殘留藥物中，如蜜蜂種群大量消亡。

據(jù)報(bào)道，地球上約有8成開花植物需要蜜蜂幫忙授粉，蜜蜂存亡與糧食生產(chǎn)和生物多樣性高度相關(guān)，但很少有研究探討亞致命性接觸新煙堿類農(nóng)藥如何影響蜜蜂代謝生理學(xué)，包括營(yíng)養(yǎng)和能量平衡，這兩種平衡對(duì)維持蜂群健康都很重要。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部-ARS蜜蜂研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家對(duì)蜜蜂長(zhǎng)期口服接觸噻蟲胺和吡蟲啉兩種亞致死濃度新煙堿藥物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用SSI昆蟲呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量蜜蜂在33℃下的二氧化碳排放情況，系統(tǒng)以150毫升/分鐘的干燥、無(wú)CO2的新鮮空氣通入RM8連接的8個(gè)呼吸室內(nèi)，每個(gè)呼吸室記錄10分鐘，高氯酸鎂去除昆蟲產(chǎn)生的水汽后進(jìn)入CA-10分析儀進(jìn)行CO2排放測(cè)量分析。下圖展示了不同處理的代謝率測(cè)量結(jié)果，其中CLLO、CLHI代表低劑量和高劑量的噻蟲胺處理，IMLO、IMHI代表低劑量和高劑量的吡蟲啉。研究結(jié)果顯示，新煙堿藥物以復(fù)合和劑量依賴的方式改變了蜜蜂營(yíng)養(yǎng)和代謝生理學(xué)，兩種化合物在低劑量減少蜜蜂的體重。低劑量噻蟲胺接觸導(dǎo)致蜜蜂的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物和糖原水平與新出現(xiàn)蜜蜂相似，高劑量噻蟲胺接觸降低了蜜蜂的脂質(zhì)和糖原含量；高劑量的吡蟲啉暴露導(dǎo)致蜜蜂的代謝率下降，低劑量的吡蟲啉接觸導(dǎo)致蜜蜂分別攝入低水平的蛋白質(zhì)和高水平碳水化合物的食物。結(jié)果表明，新煙堿干擾蜜蜂內(nèi)分泌神經(jīng)生理途徑。復(fù)合效應(yīng)和劑量依賴效應(yīng)可能代表決定觀測(cè)效應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，以及對(duì)蜜蜂生理學(xué)的復(fù)合效應(yīng)閾值（Cook S, 2019）。

磷酸三苯（增塑劑）-鵪鶉

磷酸三苯（TPHP）是一種常用的增塑劑和阻燃劑，并已被鑒定為加拿大聯(lián)邦化學(xué)公司的潛在高風(fēng)險(xiǎn)化學(xué)品管理計(jì)劃（加拿大環(huán)境部，2016年）。TPHP可以通過家庭和工業(yè)活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境。因?yàn)門PHP是一種添加阻燃劑，它很容易被釋放到空氣、土壤以及廢水中。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明TPHP暴露可以導(dǎo)致魚類代謝和內(nèi)分泌紊亂。TPHP在魚類和哺乳動(dòng)物中是一種潛在的內(nèi)分泌和代謝干擾物，但對(duì)鳥類研究較少。        

本研究評(píng)估了TPHP對(duì)日本鵪鶉孵化參數(shù)的影響，包括畸形發(fā)生率、甲狀腺功能、生長(zhǎng)和代謝。實(shí)驗(yàn)通過卵母細(xì)胞注射暴露，孵化成功后連續(xù)5天每天口頭接觸紅花油 （對(duì)照） 或溶解于載劑的TPHP低（5 ng TPHP/g）、中（50 ng TPHP/g）、或高 （100 ng TPHP/g） 劑量。低TPHP劑量代表野生鳥蛋中的濃度；中高劑量為低劑量濃度的10倍和20倍，代表未來(lái)環(huán)境TPHP濃度的潛在增加。盡管對(duì)甲狀腺相關(guān)基因的mRNA表達(dá)沒有影響，TPHP暴露增強(qiáng)了高TPHP雄性的甲狀腺結(jié)構(gòu)，但在雌性中抑制甲狀腺結(jié)構(gòu)和活性（所有TPHP雌性），以及循環(huán)游離三碘甲狀腺素（僅高TPHP雌性）。與甲狀腺變化一致，與對(duì)照組相比，中高TPHP小鵪鶉的休息代謝率（≤13%，下右圖）和生長(zhǎng)（≤53%）顯著降低；中TPHP雄性和高TPHP雌性明顯個(gè)頭較小。觀察到的甲狀腺效應(yīng)和抑制的幼鳥的生長(zhǎng)和代謝率表明，TPHP可能對(duì)野生鳥類的健康產(chǎn)生不利影響。實(shí)驗(yàn)中采用FMS便攜式呼吸代謝系統(tǒng)測(cè)量個(gè)體的代謝率（M.F.Guiguenoet al., 2019）。

毒死蜱（農(nóng)藥）-田鼠

毒死蜱（CPF）是一種常用的有機(jī)磷殺蟲劑，CPF的生物活性產(chǎn)生更具神經(jīng)毒性的CPF-oxon，抑制乙酰膽堿酯酶活性，導(dǎo)致膽堿能神經(jīng)元反復(fù)放電，使得昆蟲異常興奮、痙攣、麻痹、死亡。嚙齒動(dòng)物棲息于農(nóng)田，因此其暴露風(fēng)險(xiǎn)很高。雖然它們不是目標(biāo)生物，殺蟲劑可能不會(huì)總是殺死非目標(biāo)生物，但它們會(huì)降低它們的生理性能。有機(jī)磷殺蟲劑暴露會(huì)改變嚙齒類動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)，這可能會(huì)削弱動(dòng)物應(yīng)對(duì)不利熱環(huán)境的能力。

農(nóng)用化學(xué)品可能對(duì)非目標(biāo)生物造成不利影響。動(dòng)物能量代謝率可以通過影響食物消耗、生物轉(zhuǎn)化和毒物的消除率來(lái)影響其對(duì)農(nóng)藥的易感性。文中使用實(shí)驗(yàn)進(jìn)化來(lái)研究能量代謝速率和接觸有機(jī)磷殺蟲劑毒死蜱（CPF）對(duì)野生嚙齒動(dòng)物田鼠的產(chǎn)熱能力內(nèi)在差異的影響。實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別劃分為四個(gè)高游泳誘導(dǎo)有氧運(yùn)動(dòng)能量代謝（A）組和四個(gè)未選擇對(duì)照（C）。在 A 組中，產(chǎn)熱能力以大冷誘發(fā)的耗氧率（VO2 cold）衡量，高于C組；在通過食物持續(xù)接觸 CPF或通過口服量帶單劑量后，產(chǎn)熱能力降低，但僅在接觸后不久測(cè)量時(shí)降低。VO2冷暴露測(cè)量24小時(shí)后，反復(fù)暴露不受影響。此外，單劑量灌胃可減少食物消耗和體重?fù)p失。重要的是，CPF的不良反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間沒有區(qū)別。因此，接觸CPF對(duì)該物種的熱調(diào)節(jié)性能和能量平衡有不利影響。其影響是短暫的，其影響大小與能量代謝的內(nèi)在水平不相關(guān)。即使沒有嚴(yán)重的中毒癥狀，在惡劣的環(huán)境條件下，如寒冷和潮濕的天氣，健康狀況也會(huì)損害(Dheyongera et al., 2016)。

文中嚙齒類產(chǎn)熱能力評(píng)估使用SSI呼吸代謝測(cè)量技術(shù)以2000毫升/分鐘的流速，以拉氣方式測(cè)量動(dòng)物在23至37攝氏度的耗氧量，詳細(xì)的技術(shù)方案請(qǐng)咨詢易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司。

原油（水溶性部分）-大型溞

商業(yè)化的微小生物體高通量呼吸測(cè)量系統(tǒng)的問世使得水生無(wú)脊椎動(dòng)物、魚類等水生動(dòng)物的胚胎呼吸測(cè)量變得高效。高通量呼吸測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量時(shí)單個(gè)樣品被放置于氣密性良好24孔板的微孔里（相當(dāng)于24個(gè)呼吸室），每個(gè)孔內(nèi)部都配備有可無(wú)損測(cè)量氧氣、可重復(fù)利用的氧氣傳感貼片，用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量耗氧率（上圖）。為了實(shí)現(xiàn)高通量，該套系統(tǒng)可以被升級(jí)成包含10件讀取器/24孔板的串聯(lián)組合，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量240個(gè)組織的呼吸。

芬蘭圖爾庫(kù)大學(xué)研究了原油水溶性部分（WSF）與可孤雌生殖的大型溞表型個(gè)體差異的關(guān)聯(lián)，包括劑量效應(yīng)和世代影響。結(jié)果顯示（上圖）：暴露于30%WSF 48小時(shí)的大型溞的耗氧率變異性低于暴露10%WSF的大型溞和對(duì)照組，但三者的平均值沒有變化；未暴露和10%WSF暴露的大型溞F1和F2代耗氧率低于親本F0，且低于30%暴露的子代，表現(xiàn)出了因環(huán)境污染導(dǎo)致的世代影響。大型溞耗氧率的測(cè)定采用了80μL的24孔板系統(tǒng)，對(duì)每種處理的21個(gè)個(gè)體（3個(gè)世代，每個(gè)世代7個(gè)個(gè)體）進(jìn)行了高通量呼吸測(cè)量(Nikinmaa et al., 2019)。

氧化銅納米粒子（防污涂層）-亞馬遜觀賞魚

氧化銅納米粒子（nCuO）廣泛應(yīng)用于船的防污涂料并由此釋放到環(huán)境，對(duì)水生生物具有潛在的毒害作用。

巴西國(guó)家亞馬遜研究所的Braz-Mota等人測(cè)量了短鯛和霓虹燈魚兩種亞馬遜觀賞魚的耗氧率，借以研究?jī)煞N形態(tài)的銅——溶解態(tài)銅（Cu）和氧化銅納米粒子（nCuO）對(duì)其影響。研究發(fā)現(xiàn)兩種魚的代謝應(yīng)激具有種特異性：僅暴露于Cu的霓虹燈魚耗氧率升高（nCuO未升高），而短鯛的兩種處理未見明顯變化。結(jié)合鰓滲透壓調(diào)節(jié)生理、線粒體功能、氧化應(yīng)激和形態(tài)學(xué)損傷等方面的數(shù)據(jù)，論文揭示了兩種亞馬遜魚對(duì)兩種形態(tài)的銅的不同代謝響應(yīng)，而代謝響應(yīng)的不同和兩種魚的生活史有關(guān)，意味著污染物不同的毒性作用機(jī)制與不同的滲透壓調(diào)節(jié)策略有關(guān)（Braz-Mota et al., 2018）。

論文中代謝率/耗氧率（MO2）數(shù)據(jù)的采集使用了魚類呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)試魚放于70mL的玻璃呼吸室中，測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行間歇、流通測(cè)量（automated intermittent flow respirometry），一個(gè)MO2數(shù)值的獲取包括3個(gè)階段：交換-等待-測(cè)量，每種處理的魚分別持續(xù)采集了4小時(shí)。

易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供動(dòng)物能量代謝測(cè)量研究全面解決方案：

1）果蠅等無(wú)脊椎動(dòng)物能量代謝與活動(dòng)觀測(cè)

2）脊椎動(dòng)物能量代謝與行為觀測(cè)

3）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝測(cè)量與行為觀測(cè)

4）植入式實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體溫與心率監(jiān)測(cè)

5）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物光譜成像分析

6）易科泰生態(tài)健康研究中心依托Ecolab實(shí)驗(yàn)室，誠(chéng)邀生物醫(yī)學(xué)、中醫(yī)藥合作實(shí)驗(yàn)研究

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