斑马鱼品系及斑马鱼房的自动化管理

doi:10.12300/j.issn.1674-5817.2025.136

实验动物与比较医学

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斑马鱼品系及斑马鱼房的自动化管理

卜纪雯¹()(), 华叶², 金仕容², 任宁欣¹, 李福宁¹, 杜久林¹

^1.中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 感觉整合与行为研究组, 上海 200031
^2.中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 全脑介观神经联接图谱研究平台(斑马鱼), 上海 200031

出版日期:2026-03-04
通讯作者: 卜纪雯（1982—），女，硕士，高级实验师，研究方向：分子发育生物学，E-mail：jwbu@ion.ac.cn。ORCID：0009-0006-0933-7314
作者简介:华叶（1983—），女，硕士，助理研究员，研究方向：斑马鱼早胚发育与精子发生，E-mail：ye.hua@ion.ac.cn；
金仕容（1994—），女，硕士，实验师，研究方向：水产养殖。E-mail：18817772747@163.com
第一联系人：卜纪雯负责项目管理，把握研究方向，方法设计，参与管理规则的制定和修正，负责写作，修订和绘图；华叶负责方法设计，负责斑马鱼品系的管理，管理规则的制定和修正，相应管理模块的设计；论文讨论，修订；金仕容负责方法设计，负责斑马鱼的养殖、斑马鱼房硬件设施的管理，管理规则的制定和修正，相应管理模块的设计；论文讨论；任宁欣负责方法设计，负责斑马鱼的养殖、斑马鱼房硬件设施的管理，相应管理模块的设计和修正；论文讨论，修订，参与部分绘图；李福宁参与论文作图，和部分内容讨论；杜久林负责研究工作的监督指导，参与研究内容的讨论，提供研究经费和相关资源。
卜纪雯（1982—），女，硕士，高级实验师，研究方向：分子发育生物学，E-mail：jwbu@ion.ac.cn；
基金资助:
国家自然科学基金创新研究群体项目“全脑尺度感觉-运动转导的神经机制”(32321003)

Automated Management of Zebrafish Strains and Its Facilities

BU Jiwen¹()(), HUA Ye², JIN Shirong², REN Ningxin¹, LI Funing¹, DU Jiulin¹

^1.Lab of Sensory Integration & Behavior, Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 200031, China
^2.Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology, Chinese Academy of Sciences, Research Platform of Whole Brain Mesoscopic Neural Junction Map (Zebrafish), Shanghai, 200031, China

Published:2026-03-04
Contact: BU Jiwen (ORCID: 0009-0006-0933-7314), E-mail:jwbu@ion.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

目的本研究旨在提升斑马鱼品系及鱼房管理效率，变革依赖人力的传统管理范式。推动管理模式从传统人工操作向标准化、数字化、自动化与精细化的全面转型，从而显著提升管理质量与工作效率。方法中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心感觉整合与行为研究组自主开发了“斑马鱼房及品系自动化管理系统V1.0”（软著登记号：2021SR0236837），完整记录了斑马鱼房全部运行数据及斑马鱼品系完整数据。基于以上数据的深度挖掘并结合管理经验，将管理规定转化为可执行的系统指令集，构建了“监测-分析-预警-任务派发-执行-记录”的全流程自动化管理闭环。结果本管理系统已稳定运行五年，成功应用于三个斑马鱼实验室，累计为78名科研人员提供支持，高效管理了1 108个质粒和1 123个斑马鱼品系，其中291个品系已纳入斑马鱼精子库管理。采用李克特五点量表对28名核心用户进行使用调研，四个大类共计14个评估维度平均分（M=4.46～4.89）均远高于中点值（3分），表明用户对系统的各个维度均给予了高度评价。同时，绝大多数维度标准差处于较低水平（SD≤ 0.44），反映出用户评价具有良好的一致性。结论本研究融合信息技术、大数据分析和现代管理理念，实现了斑马鱼房管理的“数据采集-分析执行-系统优化”的良性循环，显著提升了斑马鱼房的管理效率与精细化水平，推动了管理模式向自动化方向发展。

关键词: 斑马鱼, 信息化管理系统, 大数据分析, 自动化管理

Abstract:

Objective This study focuses on enhancing zebrafish line and facility management by shifting from a manual, labor-intensive paradigm toward a standardized, digitalized, automated, and refined model. The goal is to achieve a marked improvement in both management quality and operational efficiency. Methods The laboratory independently developed the "Zebrafish Facility and Strain Automation Management System V1.0 (Software Copyright Registration No.2021SR0236837), which comprehensively records all operational data of the zebrafish facility and complete strain data. By deeply analyzing these datasets and integrating practical management expertise, we have translated management protocols into executable system command sets, establishing a fully automated, closed-loop management framework: "Monitoring → Analysis → Early Warning → Task Assignment → Execution → Recording. Results Since its launch in April 2020, the system has been operating stably for five years and has been successfully applied in three zebrafish laboratories, providing support to 78 researchers. It has efficiently managed 1,108 plasmids, 1,123 zebrafish strains, and approximately 5,400 tanks. Among these, 291 strains have been incorporated into the zebrafish sperm bank. A Likert five-point scale survey was conducted among 28 core users, covering 14 evaluation dimensions across four major categories. The results showed high average scores (M = 4.46–4.89), significantly exceeding the midpoint value of 3. This indicates that users provided highly positive evaluations for all aspects of the system. Additionally, user feedback demonstrated high consistency, with most dimensions exhibiting low standard deviations (SD ≤ 0.44). Conclusion This study integrates information technology, big data analytics, and modern management concepts to achieve a virtuous cycle of "data collection – analysis and execution – system optimization" in zebrafish strain and facility management. It significantly enhances the operational efficiency and fine?grained management level of zebrafish strain and facilities and drives the shift of management models toward automation.

Key words: Zebrafish, Information Management System, Automated Management, Big Data Analysis

中图分类号:

Q95-33

卜纪雯,华叶,金仕容,等.斑马鱼品系及斑马鱼房的自动化管理[J]. 实验动物与比较医学.. DOI: 10.12300/j.issn.1674-5817.2025.136.

BU Jiwen,HUA Ye,JIN Shirong,et al. Automated Management of Zebrafish Strains and Its Facilities[J]. Laboratory Animal and Comparative Medicine. DOI: 10.12300/j.issn.1674-5817.2025.136.

图/表 8

参考文献 17

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指令大类 Major Categories of Commands	指令小类 Sub-categories of Commands	监测目标 Monitoring Target	预警触发条件 Alert Trigger Conditions	系统响应与操作 System Response and Actions	执行要求与流程 System Execution Requirements and Procedures
资源库监控指令 Resource Repository Monitoring Command	质粒库监控	质粒库存量	< 5 µL	自动发送预警提醒	需及时补充库存，系统追踪补充进度，直至恢复安全库存。
	精子库监控	品系冻存精子总数	< 3 管	自动发送预警提醒	需立即进行精子采集与冻存，系统追踪补充进度，直至恢复安全库存。
	鱼群库监控	同一品系下活体鱼总数及月龄	鱼总数< 10条，或所有月龄 ≥ 14月	自动发送传代繁殖指令，挂载传代电子标签	需立即启动繁殖计划，系统追踪进度，直至恢复安全水平
信息录入规范指令 Data Entry Standardization Command	新建品系	自构建品系	构建品系用质粒未入库	系统提示无法创建新品系	需提前将该质粒录入质粒库
	新建品系	外部引入品系（已发表）	未上传参考文献	系统提示无法创建新品系	需完善论文发表信息
	新建鱼群	新建鱼群所属的品系	没有建立品系；未填父母本信息	系统提示品系未建立；系统提示父母本信息缺失	需提前创建品系需选择父母本
	新建质粒	质粒信息	已发表质粒缺失参考文献	系统提示无参考文献无法新建质粒	需补充文献信息
交配用鱼指导指令 mating Fish Command	交配间隔	品系交配记录	交配间隔 < 7天	系统禁止使用，提示繁殖间隔不足	需等待≥7天后才可再次交配
交配用鱼指导指令 mating Fish Command	定期训鱼	品系交配记录	3–4个月内无交配使用记录	自动发送训鱼指令	需完成训鱼并提交使用记录
品系传代指令 Fish Line Propagation Command	常规传代	品系最年轻鱼群月龄	≥14月龄	自动发送传代指令，挂载传代电子标签	30日内完成新增鱼群登记，系统每日监测进度直至完成
品系传代指令 Fish Line Propagation Command	应急传代	新引入或濒危品系	由管理员手动启动	挂载传代电子标签	30日内完成新增鱼群登记，系统每日监测进度直至完成
空间轮转指令 Space Rotation Command	小鱼属性鱼架	小鱼月龄	≥ 2月龄	自动发送挪缸指令，挂载挪缸电子标签	5天内挪至普通鱼架，按成鱼方案喂养
空间轮转指令 Space Rotation Command	筛鱼小缸鱼架	单条鱼放置时长	放置时间≥ 10天	自动发送挪缸指令，挂载“挪缸”电子标签	14天内完成筛选，严禁长时间占用筛鱼小缸

指令大类 Major Categories of Commands	指令小类 Sub-categories of Commands	监测目标 Monitoring Target	预警触发条件 Alert Trigger Conditions	系统响应与操作 System Response and Actions	执行要求与流程 System Execution Requirements and Procedures
资源库监控指令 Resource Repository Monitoring Command	质粒库监控	质粒库存量	< 5 µL	自动发送预警提醒	需及时补充库存，系统追踪补充进度，直至恢复安全库存。
	精子库监控	品系冻存精子总数	< 3 管	自动发送预警提醒	需立即进行精子采集与冻存，系统追踪补充进度，直至恢复安全库存。
	鱼群库监控	同一品系下活体鱼总数及月龄	鱼总数< 10条，或所有月龄 ≥ 14月	自动发送传代繁殖指令，挂载传代电子标签	需立即启动繁殖计划，系统追踪进度，直至恢复安全水平
信息录入规范指令 Data Entry Standardization Command	新建品系	自构建品系	构建品系用质粒未入库	系统提示无法创建新品系	需提前将该质粒录入质粒库
	新建品系	外部引入品系（已发表）	未上传参考文献	系统提示无法创建新品系	需完善论文发表信息
	新建鱼群	新建鱼群所属的品系	没有建立品系；未填父母本信息	系统提示品系未建立；系统提示父母本信息缺失	需提前创建品系需选择父母本
	新建质粒	质粒信息	已发表质粒缺失参考文献	系统提示无参考文献无法新建质粒	需补充文献信息
交配用鱼指导指令 mating Fish Command	交配间隔	品系交配记录	交配间隔 < 7天	系统禁止使用，提示繁殖间隔不足	需等待≥7天后才可再次交配
交配用鱼指导指令 mating Fish Command	定期训鱼	品系交配记录	3–4个月内无交配使用记录	自动发送训鱼指令	需完成训鱼并提交使用记录
品系传代指令 Fish Line Propagation Command	常规传代	品系最年轻鱼群月龄	≥14月龄	自动发送传代指令，挂载传代电子标签	30日内完成新增鱼群登记，系统每日监测进度直至完成
品系传代指令 Fish Line Propagation Command	应急传代	新引入或濒危品系	由管理员手动启动	挂载传代电子标签	30日内完成新增鱼群登记，系统每日监测进度直至完成
空间轮转指令 Space Rotation Command	小鱼属性鱼架	小鱼月龄	≥ 2月龄	自动发送挪缸指令，挂载挪缸电子标签	5天内挪至普通鱼架，按成鱼方案喂养
空间轮转指令 Space Rotation Command	筛鱼小缸鱼架	单条鱼放置时长	放置时间≥ 10天	自动发送挪缸指令，挂载“挪缸”电子标签	14天内完成筛选，严禁长时间占用筛鱼小缸

维度 Category	评估问题描述 Assessment Item	平均分 Mean	标准差 SD
数据系统性和完整性维度 Data Systematicity and Integrity Dimension	·数据录入完整性：系统的强制填写项保证了记录数据的完整性。	4.79	0.42
	·数据录入规范性：系统的标准化选项保证了数据录入的规范性。	4.89	0.31
	·数据录入准确性：系统关键字段的“一键导入”功能避免了手动输入的多样性，确保数据准确。	4.86	0.36
	·数据可追溯性：系统中每个品系和每缸鱼都建立了完整的“终身档案”，可随时查看全部历史记录。	4.89	0.31
效率维度 Efficiency Dimension	·数据录入效率：系统关键字段“一键导入”和“一键操作”等功能减少了手动输入的时间，操作简易直观，极大提高了效率。	4.86	0.36
	·数据查询效率：所有功能模块深度互相关联，可任意点快速导航至相关信息。	4.86	0.36
	·库存盘点和计划效率：所有鱼系、质粒、精子库存和数量动态自动统计，进行全资源盘点可以减少人力投入，帮助我更容易地制定和跟踪品系的繁殖计划。	4.71	0.53
	·现场效率：可以在鱼房工作现场使用手持设备完成信息的查询和录入。	4.68	0.61
安全和稳定性维度 Safety and Stability Dimension	·实时预警：系统的预警功能（如“需要传代”、“小鱼需要挪缸”、“需要定期训鱼”，“需要清理”，“精子库存不足”等）能及时、有效地提醒我避免出现潜在问题和失误，保障资源安全。	4.46	0.69
安全和稳定性维度 Safety and Stability Dimension	·预见性决策：系统自动统计循环系统 pH参数，电导参数，水压参数，温度等详情，可以时时观测变化曲线，支持我做出了更好的日常管理决策，确保养殖系统稳定。	4.89	0.31
整体印象与接受度 Overall Satisfaction	·整体效率：总体而言，该系统提高了我在鱼房工作的效率。	4.89	0.31
	·整体信任：我信任该系统中所记录数据的准确性。	4.75	0.44
	·整体满意：总的来说，我对使用该系统的体验感到满意。	4.86	0.36
	·整体推荐：我会毫不犹豫地向其他斑马鱼研究人员推荐该系统。	4.89	0.32

维度 Category	评估问题描述 Assessment Item	平均分 Mean	标准差 SD
数据系统性和完整性维度 Data Systematicity and Integrity Dimension	·数据录入完整性：系统的强制填写项保证了记录数据的完整性。	4.79	0.42
	·数据录入规范性：系统的标准化选项保证了数据录入的规范性。	4.89	0.31
	·数据录入准确性：系统关键字段的“一键导入”功能避免了手动输入的多样性，确保数据准确。	4.86	0.36
	·数据可追溯性：系统中每个品系和每缸鱼都建立了完整的“终身档案”，可随时查看全部历史记录。	4.89	0.31
效率维度 Efficiency Dimension	·数据录入效率：系统关键字段“一键导入”和“一键操作”等功能减少了手动输入的时间，操作简易直观，极大提高了效率。	4.86	0.36
	·数据查询效率：所有功能模块深度互相关联，可任意点快速导航至相关信息。	4.86	0.36
	·库存盘点和计划效率：所有鱼系、质粒、精子库存和数量动态自动统计，进行全资源盘点可以减少人力投入，帮助我更容易地制定和跟踪品系的繁殖计划。	4.71	0.53
	·现场效率：可以在鱼房工作现场使用手持设备完成信息的查询和录入。	4.68	0.61
安全和稳定性维度 Safety and Stability Dimension	·实时预警：系统的预警功能（如“需要传代”、“小鱼需要挪缸”、“需要定期训鱼”，“需要清理”，“精子库存不足”等）能及时、有效地提醒我避免出现潜在问题和失误，保障资源安全。	4.46	0.69
安全和稳定性维度 Safety and Stability Dimension	·预见性决策：系统自动统计循环系统 pH参数，电导参数，水压参数，温度等详情，可以时时观测变化曲线，支持我做出了更好的日常管理决策，确保养殖系统稳定。	4.89	0.31
整体印象与接受度 Overall Satisfaction	·整体效率：总体而言，该系统提高了我在鱼房工作的效率。	4.89	0.31
	·整体信任：我信任该系统中所记录数据的准确性。	4.75	0.44
	·整体满意：总的来说，我对使用该系统的体验感到满意。	4.86	0.36
	·整体推荐：我会毫不犹豫地向其他斑马鱼研究人员推荐该系统。	4.89	0.32

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