JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bu makalede, bir hayvan davranış çalışmaları için laboratuvar ortamında çözünmüş oksijen koşullarını işlemek için basit ve tekrarlanabilir bir protokol açıklamaktadır. Bu protokol çözünmüş oksijen konsantrasyonu değişikliklere macroinvertebrates, balıklar, ya da Amfibilerin organizma yanıtı değerlendirmek için hem eğitim ve araştırma laboratuvar ortamlarında kullanılabilir.

Özet

Bir laboratuvar ortamında çözünmüş oksijen (DO) manipüle etme yeteneği, ekolojik ve organizma davranış bir dizi soru araştırmak için önemli bir uygulama alanına sahiptir. Burada açıklanan protokol hipoksik ve anoksik koşullardan kaynaklanan Sudaki organizmalar davranışsal tepkiyi incelemek için DO işlemek için basit, tekrarlanabilir ve kontrollü bir yöntem sağlar. Azot genellikle laboratuvar ortamlarında kullanılan suyun gazdan arındırmayı yerine getirirken, ekolojik (su) uygulaması için hiçbir açık yöntem literatürde var ve bu protokol organizma yanıtı gözlemlemek için su Gazın için bir protokol tanımlamak için ilk. Bu teknik ve protokol su macroinvertebrates için doğrudan uygulama için geliştirilmiş; Ancak, küçük balık, amfibi ve suda yaşayan diğer omurgalılar kolayca ikame edilebilir. Bu, 2 mg / L'den 11 mg / kararlılık ile L arasında değişen DO seviyeleri kolayca müdahale edilebilmesini sağlar, 5 dakika hayvan gözlem süresi kadar.5 dk gözlem süresi dışında suyu sıcaklıkları yükselmeye başladı ve 10 dakika DO de seviyeleri korumak için çok kararsız hale geldi. protokol tanıtıcı öğretim laboratuarları ve üst düzey araştırma uygulamalarına hızlı uygulanması için izin, çalışma organizma ölçeklenebilir, tekrarlanabilir ve güvenilir. Bu tekniğin beklenen sonuçları organizmaların davranışsal tepkilerin oksijen değişiklikleri çözünmüş ilgili olmalıdır.

Giriş

Çözünmüş oksijen (DO) sucul ekosistemlerde içinde biyolojik ve ekolojik süreçlerin bir dizi aracılık önemli bir anahtar fizikokimyasal parametredir. Akut ve kronik alt öldürücü hipoksi pozlama bazı sucul böceklerin büyüme oranlarını azaltmak ve 1 maruz böceklerin hayatta azaltır. Bu protokol, hayvan davranışları üzerindeki etkilerini gözlemlemek için akarsuda DO düzeylerini işlemek için kontrollü bir yöntem sağlamak için geliştirilmiştir. tüm aerobik su organizmaların hayatta kalma yaşaması ve çoğalması için oksijen konsantrasyonuna bağlı olduğundan, DO konsantrasyonundaki değişiklikler sıklıkla organizmalar tarafından davranışsal değişiklikler yansıtılır. Daha hareketli su omurgasızları ve balık yüksek DO 2,3 ile yerellerde arayan düşük oksijen konsantrasyonu (hipoksik) yanıt vermek için gözlenmiştir. daha az hareketli Sudaki organizmalar için davranışsal uyarlamalar tek uygun seçenek olabilir DO alımını artırmak için. Signatürü sucul makroinvertebrat sırası6 - OPTera (stonefly) harici solungaçları 4 genelinde, oksijen suyun akışını ve alımını artırmak için "push-up" hareketleri gerçekleştirmek için not edilmiştir. Bu adaptif davranışlar doğal ortamlarında ve laboratuvar deneylerinde gözlenmiştir.

Suda DO Laboratuvar manipülasyon hayvan davranışı çalışmaları için önemli fırsatlar açılır, ancak metodolojik dağıtım konusunda önemli eksiklikler bulunmaktadır. Örneğin, bir çalışma azot ile gazla Aşağıdaki hipoksik ortamlarına ağızlı levrek fizyolojik tepki süresi (Micropterus salmoides) değerlendirmek için, büyük akvaryumları kullanılır, ancak yetersiz detay yöntemi 7 verilir. Zebra balığı (Danio rerio) üzerinde yapılan bir başka çalışmada su gazı teslim ve su 8 DO azaltmak için azot gazı ve gözenekli taş kullanarak nitelendirdi. kimya-tabanlı uygulamalar için, çözücülerin gazdan arındırma yöntemleri uzman kullanmakCihaz 9-11 çözücülerden oksijeni uzaklaştırmak üzere, hayvansal davranışı çalışmalar için uygun olmaz. Bu çalışmalar, su oksijeni uzaklaştırmak için yöntemler kullanır iken, hiçbir açıklayıcı bir yöntem değişiklikleri DO cevaben hayvan davranışlarının değerlendirilmesi için izin vereceğini tespit edilememiştir.

ilerde anlatılacak Bu yöntem tamamen azot gazı kullanılarak suyun DO manipülasyonu için bir protokol tanımlamak için bir girişimdir. Dahası, bu yöntem stonefly davranışı (itmek) arasındaki ilişkileri gözlemlemek yönelik geliştirilen ve bir birinci sınıf öğrencisi düzeyinde biyoloji laboratuarında kullanılmıştır DO edildi. Bu yöntemin önemli avantajlarından biri kolayca ortak cam ve çoğu orta ve yüksek öğretim kurumlarına erişilebilir malzemeler ile bir laboratuvar içinde yapılabilir olmasıdır. protokol bireylerin araştırma veya öğretim uygulamaları için belirtilen hedefleri karşılamak için prosedürü ölçek için izin de kolayca uyarlanabilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Not: Bu deney Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi Juniata Koleji Enstitüsü tarafından onaylanması gerek yoktu, bu nedenle omurgalıların kullanmak ve vermedi. Ancak omurgalılar ile kullanmak için bu yöntemi adapte bireyler için, IACUC onayı aranmalıdır.

1. Alan Örnek Toplama

  1. Belirleyin ve toplama, saklama yeteneği için potansiyel alan siteleri değerlendirmek ve ulaşım stoneflies hızla 1 saat transit önerilen maksimum süre ile transit süresini en aza indirmek için.
  2. En az 35 stoneflies 12 toplamak için standart tekme-net prosedürleri izleyerek seçilen alan yerinde yeterli kez tekme-net örnekleme gerçekleştirin.
  3. derelerden 2 cm maksimum çapı ile dere suyu ve kayaların 50 L toplayın.
  4. dere sitenin sıcaklığa ayarlanmış bir buzdolabında akvaryumlar yerleştirin. akvaryumlar içine dere yerinde toplanan kayalar dağıtın ve akvaryum başına dere su 4 L ile doldurun. 20 koyunakvaryum başına -30 toplanan stoneflies ve her tanka bir akvaryum kabarcık bağlı bir köpürme taş yerleştirmek ve sürekli suya oda havasını eklemek için kabarcık açın.
  5. stoneflies 48 saat süreyle akvaryumlarda yeni ortama uyum için izin ver.

figure-protocol-1257
Şekil 1. çözünmüş oksijen manipülasyon için ayarlayın. (A) 1) erkek hortum barb 2) durdurucu mühür Location bakır boru için takılması iyi sağlanması şişeyi sızdırmazlık incelemek için. (B) 1) yan kol şişeye 1.9 su 2) Gaz borusu sırasıyla azot kabarcıklandırması oda hava baloncuğu kullanılmak üzere hava kabarcık (mavi), 3), azot tankı L ve teraziye değerleri 4) 2 L'lik bir şişeye doldurulur 2L vakum tüpü 5 batık) Çözünmüş oksijen metre ile su 0.4 L ile dolu. için tıklayınızBu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek.

2. Deney Seti yukarı

  1. (Şekil 1B 1) gösterildiği gibi bir tezgah üstünde, 2 L yan kol şişenin yan koluna bir standart duvarlı vakum tüpü bağlayın.
  2. 12 ° C'ye kadar set buzdolabında toplanan dere su tutma 3 litrelik plastik kaplardan dere suyu 1.9 L şişesi doldurun.
  3. Şişe, iç görünümü engel olmadan yan kol şişesi etrafında bir buz banyosu tutun ve buz ile tepsiyi dolduracak kadar büyük bir tepsiye şişesi ve tüp yerleştirin.
  4. Kabına gazını ve 1), bir bakır boru geçişine izin vermek için bir lastik tıpa iki 3 mm çapında delik delin 2) Şekil 1B 2L yan kol şişeye DO metre prob (1) .
  5. stoper içine DO probunun telin oturma izin deliklerden birine stoper kenarından yanal kesi yapmak.
  6. 3 mm erkek hortum ile bağlayıcı bağlayındiken (Şekil 1A 1) 2 mm çapında bakır bir boru parçasına. Bu boru tıpa ile ulaşırken şişenin dibine 10 cm içinde ulaşmak için yeterli uzunlukta olduğundan emin olun.
  7. stoper altından uzunluğu kadar stoper ikinci delik şişenin dibine 10 cm içinde ulaşmak için yeterli olsa bağlayıcı ile boru yerleştirin.
  8. boru üzerinde birleştiriciye 3 mm bir çapı olan bir 0.75 metre uzunlukta ince duvarlı Gaz polietilen tüp bağlayın.
  9. balona DO probu ve bakır boru hem kaydırın ve tapa ile şişeyi mühür.
  10. tıpa ve şişe, hem de boru ve durdurucu olan prob tel arasında tatlı sıkı oturması arasında güvenli bir conta için kontrol edin.
  11. Musluk suyu 0.4 L bir 1 L şişe doldurun ve buz banyosu ve vakum şişesi ile tepsi bitişik yerleştirin.
  12. 1 L'lik şişenin suya büyük termos gelen polietilen tüp daldırın. güvenlibu deney yoluyla sular altında kalacağı şekilde bant ile tüp.
  13. Bir akvaryum odası hava kabarcığı için termos 3 mm çaplı gaz hattını bağlayın. Su oda havası ve oksijeni tanıttı akvaryum bubbler, takarak kabarcık 2 L balonuna su başlayın.
  14. 5 dakika boyunca DO metre ile DO konsantrasyon ve su sıcaklığını izlemek veya DO denge DO çok az değişiklik oluştuğunu şekilde bölme içinde kurulana kadar.

3. Test Deney Seti Up kararlılığı

  1. stoneflies eklenmesinden önce DO istikrar için her kurulum test edin.
  2. stoneflies itmek için elverişli substrat olması için 2 L'lik bir şişe, üç ya da dört kayalar ekleyin.
  3. kabarcık gaz tüpü çıkarmadan ve nitrojen gazı hattına takarak DO deneme manipülasyon başlayın.
  4. Yaklaşık 40 saat (CFH) başına 20 kübik feet azot köpüren başlayın1 dakika sn.
  5. DO 0.5 mg hedef konsantrasyon / L içinde düştü sonra, 15 CFH akışını azaltmak ve konsantrasyon hedefe azaltmak için izin verir.
  6. Hedef konsantrasyonu ulaşıldığında hemen azot akışını kesmeye.
  7. DO hedefin altında düşerse hedef konsantrasyonu konsantrasyonu dönmek için akvaryum odası hava bubbler kullanın.
  8. DO bir set-up testi sırasında kararsız ise, su sıcaklığı istikrarlı ve değişen değil, su hacmi 1.9 L hala ve su dışarı kabarmış olan kontrol ve tüm parçaları üzerinde mühürler sıkı ve sızdırmaz olduğu görülmektedir.
  9. Üç deneme yapılmış ve deneyci DO kontrol etme yeteneği güven vardır edildiğinde, kabarcık ve kabarcık gaz hattı tekrar denge ekleyin.
  10. Akvaryum kabarcık 3 mm çaplı gaz hattını bağlama ve konsantrasyonu kadar suya oda havası eklenmesini başlatarak denge BubbleSu içindeki oksijen geliştirmek ya da 3 dakika boyunca değişmez.
  11. Bir kez dengede, köpüren durdurmak ve şişeyi açmak.

4. Stonefly Push-up Deney

  1. gerçekleştirmek için çalışmaların sayısını belirlemek için gözlemci sayısına göre stoneflies toplam sayısını bölün.
  2. stoneflies davranış tepkisini (itmek sayısı) değerlendirmek için 2 ve 10 mg / L arasında farklı DO seviyelerini belirlemek.
  3. lastik tıpa ile şişesi yeniden mühürlemek sonra, deneme başına bir şişeyi kurmak ve balona gözlemciler (bu tasarım içinde 4 stoneflies) olduğu gibi stoneflies eşit sayıda eklemek geri balona sonda ve boru yerleştirin.
    Not: stoneflies örneklenmiş burada akışın DO konsantrasyonu nedeniyle belirgin bir 10 mg konsantrasyonun / L ilk gözlem noktası olarak seçilmiştir.
  4. Su şu 2.10-2.11 adımları köpüren 10 mg / L olduğunda, başlangıç ​​su sıcaklığını kaydetmek ve izinstoneflies şişede taş alt tabakanın takmak için.
  5. Stonefly tarafından sergilenen yukarı ve aşağı vücut hareketidir push-up davranış, doğru sayılmasını sağlamak için tek bir Stonefly izlemek için sadece bir gözlemci atayın.
  6. Kont ve 3 dk gözlem süresi boyunca gözlemlenen şınav sayısını kaydedin.
  7. Bir sonraki deneysel DO seviyeye DO işleyin ve ek deneysel seviyeleri için 3 dk gözlem dönemi tekrarlayın.
    Not: Bu deneysel tasarım içinde, üç farklı DO düzeyleri değerlendirildi.

5. İstatistiksel Analiz

  1. Belirli bir DO deneme için bir grup genelinde dört stoneflies arasında şınav istatistiksel analizi kullanımının ortalama sayısı gerçekleştirmek için.
  2. Şınav ve her deneysel deneme sırasını kullanarak DO konsantrasyonları sayısına Varyans (ANOVA) bir analizi gerçekleştirmek için ücretsiz R istatistiksel hesaplama yazılımı 12 kullanın (düzeyi DO) ve cov olarak sıcaklıkariates. Tek bir faktörün ayrı düzeyleri gibi DO analiz edilmiştir.
  3. Normallik 13 kontrol etmek için artıkların bir Anderson-Darling normallik testi kullanın.
  4. DO konsantrasyonlarına karşı şınav ortalama sayısını çizerek veriler üzerinde bir lineer regresyon gerçekleştirin.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

açıklanan kurulum altı denemeleri stoneflies suda farklı DO konsantrasyonuna yanıt olarak gerçekleştirmek şınav sayısını ölçmek için bir öğretim laboratuar ortamında 24 birinci sınıf lisans öğrencileri tarafından gerçekleştirildi. DO seviye içinde ve her deneme içinde gerçekleştirilen şınav ortalama sayısı Şekil 2'de DO seviyesine karşı şınav çizmek için toplanmış oldu. Bir ANOVA yanı sıra, DO konsantrasyon, çalışm...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

kritik adımlar
Bu prosedür Suda yaşayan organizmalar üzerinde davranışsal çalışmalar gerçekleştirmek için laboratuar ortamında DO işlemek için basit ve etkili bir yol sağlar. Biz doğrudan doğruya sonuçlarla ilgili bu deneyi gerçekleştirirken dikkat edilmesi gereken birkaç kritik adımlar / öğeleri orada buldum. Bir deneme içinde, su üstünde gazların kısmi basıncı değişiklikleri önlemek için hazne basıncını korumak için kritik öneme sahiptir ve sonraki dalgalanmalar DO. prot...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Açıklamalar

The authors declare that they have no competing financial interests.

Teşekkürler

The Authors would first like to acknowledge all students from the freshman Biology 121- Ecology Module lab at Juniata College for their help in generating data used in this study. We would also like to thank Dr. Randy Bennett, Chris Walls, Sherry Isenberg, and Taylor Cox for their assistance in acquiring materials necessary to develop this methodology. Additionally, we would like to thank Dr. Norris Muth and Dr. John Unger for their advice on methodological development and Dr. Jill Keeney and the Biology department for their support of this endeavor. We would also like to thank the anonymous reviewers that have helped to shape and focus this manuscript.  Last but not least, I'd like to thank Hudson Grant for his help with the initial stonefly collection for use in development of this technique

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Filter flask 2 LPyrex5340
Rubber Stopper size 6Sigma-AldrichZ164534
Nalgene 180 Clear Plastic TubingThermo Scienfitic8001-1216
Whisper 60 air pumpTetra
Standard flexible Air line tubingPenn PlaxST25
0.25 inch Copper tubingLowes Home Improvement23050
Male hose barbGrainger5LWH1
Female ConnectorGrainger20YZ22
Heavy Duty Dissolved Oxygen MeterExtech407510
Nitrogen gasMatheson TRIGAS
Radnor AF150-580 RegulatorAirgasRAD64003036

Referanslar

  1. Hoback, W., Stanley, D. Insects in hypoxia. J. Insect Physiol. 47 (6), 533-542 (2001).
  2. Craig, J., Crowder, L. Hypoxia-induced habitat shifts and energetic consequences in Atlantic croaker and brown shrimp on the Gulf of Mexico shelf. Mar Ecol-Prog Ser. 294, 79-94 (2005).
  3. Gaulke, G., Wolfe, J., Bradley, D., Moskus, P., Wahl, D., Suski, C. Behavioral and Physiological Responses of Largemouth Bass to Rain-Induced Reductions in Dissolved Oxygen in an Urban System. T Am Fish Soc. 144 (5), 927-941 (2015).
  4. Genkai-Kato, M., Nozaki, K., Mitsuhashi, H., Kohmatsu, Y., Miyasaka, H., Nakanishi, M. Push-up response of stonefly larvae in low-oxygen conditions. Ecol Res. 15 (2), 175-179 (2000).
  5. McCafferty, W. Aquatic Entomology: The Fishermen's and Ecologists' Illustrated Guide to Insects and Their Relatives. , Jones and Bartlett. (1983).
  6. Chapman, L., Schneider, K., Apodaca, C., Chapman, C. Respiratory ecology of macroinvertebrates in a swamp-river system of east Africa. Biotropica. 36 (4), 572-585 (2004).
  7. Suski, C., Killen, S., Kieffer, J., Tufts, B. The influence of environmental temperature and oxygen concentration on the recovery of largemouth bass from exercise implications for live - release angling tournaments. J Fish Biol. 68, 120-136 (2006).
  8. Abdallah, S., Thomas, B., Jonz, M. Aquatic surface respiration and swimming behaviour in adult and developing zebrafish exposed to hypoxia. J Exp Biol. 218 (11), 1777-1786 (2015).
  9. Ciba Geigy Ag. Method and apparatus for degassing viscous liquids and removing gas bubbles suspended therein. US patent. , 3,853,500 (1974).
  10. Hewlett-Packard Company. Apparatus for degassing liquids. US patent. , 6,258,154 (2001).
  11. Sims, C., Gerner, Y., Hamberg, K. Systec inc.,. Vacuum degassing. US patent. , 6494938 (2002).
  12. Barbour, M., Gerritsen, J., Snyder, B., Stribling, J. Report number EPA 841-B-99-002. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers. , USEPA. Washington. (1999).
  13. Anderson, T., Darling, D. A Test of Goodness of Fit. J Am Stat Assoc. 49 (268), 765-769 (1954).
  14. Rounds, S., Wilde, F., Ritz, G. Chapter A6 Field Measurements. Section 6.2 DISSOLVED OXYGEN. National Field Manual for the Collection of Water-Quality Data. , U.S. Geological Survery. Virginia, U.S. (2013).
  15. Hem, J. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural. , U.S. Geological Survery. (1985).
  16. Burggren, W. 34;Air Gulping" Improves Blood Oxygen Transport during Aquatic Hypoxia in the Goldfish Carassius auratus. Physiol Zool. 55 (4), 327-334 (2015).
  17. Frederic, H., Mathieu, J., Garlin, D., Freminet, A. Behavioral, Ventilatory, and Metabolic Responses to Severe Hypoxia and Subsequent Recovery of the Hypogean Niphargus rhenorhodanensis and the Epigean Gammarus fossarum (Crustacea: Amphipoda). Physiol Zool. 68 (2), 223-244 (2015).
  18. Ultsch, G., Duke, J. Gas Exchange and Habitat Selection in the Aquatic Salamanders Necturus maculosus and Cryptobranchus alleganiensis. Oecologia. 83 (2), 250-258 (1990).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

evre BilimleriSay 112Ekolojievre BilimiAzot degasificationz nm OksijenStonefliesSu Ekoloji

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır