Rearing and Experimental Uses of Daphnia: Controlling Animal Nutrition and Assessing Lifespan and Life-History Traits  

水蚤的培養與實驗應用：控制動物營養及評估壽命與生活史特征  

來源：Current Protocols, Volume 4, Article e1064 (2024)

《當代實驗方案》，第4卷，文章編號e1064（2024年）

 

摘要內容：  

本文系統闡述了以水蚤（Daphnia）為模式生物研究衰老和壽命的實驗方法。水蚤因其壽命短（50-100天）、培養成本低、生理過程透明可見等優勢，成為替代哺乳動物的理想衰老研究模型。論文詳細提供了水蚤的標準化培養流程，包括藻類食物培養、水蚤種群維持、營養控制、壽命監測及健康指標評估。重點強調了營養標準化對實驗可重復性的關鍵作用，并整合了心率、呼吸速率、生長率和繁殖力等多維度健康指標的測量技術。  

 

研究目的：  

建立水蚤實驗室培養和實驗操作的標準化流程，通過精準控制營養條件，實現對水蚤壽命、代謝和繁殖等健康指標的定量評估，為衰老機制研究和環境毒理學提供可靠模型。  

 

研究思路：  

營養基礎構建：通過培養高營養藻類（如Tetradesmus）作為食物源，優化COMBO培養基配方（表2）。  

 

 

種群維持：建立"母體-子代"傳代體系，利用孤雌生殖特性保證遺傳一致性。  

 

實驗標準化：  

 

營養控制：計算藻類碳含量，按水蚤生物量提供過量食物（表4）。  

 

環境控制：恒溫（20-25℃）、光照周期（16小時光照:8小時黑暗）。  

指標量化：  

 

壽命：單個體隔離培養，每日記錄存活率。  

 

生理指標：心率（顯微視頻分析）、耗氧率（微呼吸系統）、生長率（干重測量）、繁殖力（幼體計數）。  

 

測量數據及研究意義：  

藻類生物量（表2）  

 

數據：離心法測定藻類干重（0.05-0.2 mg/ml），轉化為碳含量（干重×50%）。  

 

意義：確保食物營養一致性，消除食物質量差異對實驗結果的干擾。  

水蚤存活率

 

數據：每日記錄死亡個體，繪制生存曲線（對照組30-40天平均壽命）。  

 

意義：量化環境脅迫（如毒素、溫度）對壽命的影響，評估抗衰老干預措施效果。  

心率（BPM）（表6）  

 

數據：顯微視頻記錄心臟搏動（正常值400 BPM），慢速播放人工計數。  

 

意義：反映代謝活性，應激狀態下心率異?？勺鳛樵缙诮】殿A警指標。  

呼吸速率

 

數據：Unisense微呼吸系統測量耗氧量（典型值0.3 μmol O?/mg干重/小時）。  

 

意義：直接表征能量代謝效率，用于檢測營養限制或毒物導致的代謝抑制。  

繁殖輸出

 

 

數據：記錄首次繁殖時間（7天）、窩仔數（10-20只/窩）、窩間隔（2-3天）。  

 

意義：評估生殖健康，繁殖下降預示慢性脅迫或衰老累積效應。  

 

結論：  

成功開發可重復的水蚤培養體系，涵蓋藻類食物生產、種群維持和營養控制全流程（圖2）。  

 

水蚤壽命和健康指標對溫度、營養敏感，標準化操作是獲得可靠數據的前提（表5-6）。  

 

多維生理指標（心率/呼吸/繁殖）的組合評估，為衰老機制研究提供整合分析框架。  

 

丹麥Unisense電極數據的詳細研究意義：  

使用Unisense微呼吸系統（含OX-MR氧傳感器、MR-CH4呼吸室）測量水蚤耗氧率：  

高精度代謝解析：  

 

技術優勢：檢測限達nmol O?/小時/μg干重，可捕捉輕微代謝變化（如藥物干預導致的5%耗氧下降）。  

 

操作要點：需預校準（零氧/飽和氧兩點校正），單次測量≤10分鐘防缺氧。  

應激響應量化：  

 

典型數據：正常耗氧率0.3 μmol O?/mg/h，饑餓或毒素暴露可降至0.1 μmol以下。  

 

生態意義：耗氧變化早于存活率下降，是環境脅迫的敏感早期預警指標。  

技術局限與對策：  

 

干擾因素：微生物污染會虛增耗氧，需預清洗水蚤并更換新鮮培養基。  

 

數據解讀：需同步測量干重（60℃烘干）以標準化為質量比速率。  

應用拓展：  

 

結合心率監測：揭示代謝率與心臟功能的關聯（如心率增加但耗氧不變提示效率降低）。  

 

毒理學研究：量化污染物對能量代謝的抑制效應，優于傳統LC50測試。