光照對棕色田鼠和昆明小鼠眼胚后發育的影響

楊 希, 楊艷艷, 張 寧, 王振龍, 李揚威, 路紀琪

(鄭州大學 生物工程系生物多樣性與生態學研究所 河南 鄭州 450001)

0 引言

視覺器官在哺乳動物的所有感覺系統中具有極其重要的意義，有80%的外界信息是通過視覺系統接收、處理和感知的，視覺對動物的生活習性尤其是取食行為具有重要的影響.地下鼠是一類以植物為食的小型哺乳動物，終生營地下生活[1-2],全世界約有250種地下鼠[3].盡管分布在不同地區，但因長期棲息于地下黑暗環境，地下鼠在進化中表現出形態結構、功能等方面的高度相似性，如視覺系統嚴重退化，嗅覺和聽覺系統卻高度發達[4].地下鼠視覺系統中的成像分析結構、通過視覺誘導行為產生的腦區退化，而能夠感受不同光照現象的“非成像”視覺系統卻高度發達[5].迄今為止，學者們已對隱鼠(Cryptomyspretoriae)[6]、鼴形鼠(Spalaxehrenbergi)[5]、贊比亞鼴形鼠(Cryptomysanselli)[7]、裸鼢鼠(Heterocephalusglaber)[8]、根田鼠(Microtusoeconomus)[9]和甘肅鼢鼠(Eospalaxcasus)[5]等地下鼠的視覺結構進行了研究.

棕色田鼠(Lasiopodomysmandarinus)是一種農業害鼠，營地下生活，與其他地下生活的鼠類相似，其視覺器官亦趨于退化.張育輝等[10]對7種鼠的視覺器官進行了比較研究，發現棕色田鼠的眼球較小，視網膜外核層細胞的數目較其他夜行性鼠類少.本文擬通過不同光照對棕色田鼠視覺器官的影響研究，了解棕色田鼠視覺器官組織結構和發育進程特征，揭示光對地上鼠類和地下鼠類視覺發育影響的不同作用模式，為農業鼠防控提供基礎數據.

1 研究方法

1.1 實驗動物

本研究以棕色田鼠為對象，以昆明小鼠為對照.棕色田鼠活捕自河南省新鄭市農田(34 °52 ′N，113 °85 ′E)，于實驗室內采用標準小鼠飼養籠單獨飼養，飼養房溫度20～24 ℃，光照14L∶10D(光照時間為7∶00-21∶00，40 W燈泡照明).動物飼以大鼠顆粒飼料和兔顆粒飼料(河南省實驗動物中心生產)制成的混合飼料，飼料配比為1∶1，另外添加少量新鮮胡蘿卜，供以充足飲水.用于本實驗動物均為健康、成年的棕色田鼠和昆明小鼠.昆明小鼠購自河南省實驗動物中心(合格證號：0003433)，3月齡，單獨飼養，飼養管理條件與棕色田鼠相同.

1.2 實驗方法

將實驗動物分成正常光照組和全黑處理組，正常光照組的光照條件為12L∶12D，全黑處理組的光照條件為0L∶24D.各組的母體在正常光照或全黑條件下進行飼養和繁殖.子代飼養條件與母體相同，自子鼠出生后第3 d開始，每3 d測一次體重，直到出生后第24 d實驗結束；各組均于子代出生第6 d,12 d,18 d和24 d測定其眼發育指標，親本于子代斷乳后進行相同的測定.每個階段均取3只實驗鼠，頸椎脫臼法處死摘取眼球備用；用游標卡尺測量其顱骨長.

1.2.1眼球切片的制作

依據羅燦嶠等[11]的方法配制眼球標本固定液，眼球固定6 h后，沿角膜的邊緣部位剪開并去掉角膜，取出晶狀體，用游標卡尺分別測量眼球及晶狀體直徑.隨后常規石蠟包埋，包埋時進行眼球的定位.做過眼球矢狀面的切片，厚度為4 μm，進行常規H-E染色，封片.用Nikon ECL IPSE E200顯微鏡觀察及拍照.

1.2.2視網膜各層厚度及密度的測量

采用顯微照相系統對視網膜各層進行拍照，并對各層厚度和細胞密度進行測量.測定方法為：對測量部位拍照，在照片中從需要進行細胞密度測量的視網膜層選取一個點，在該層中沿垂直方向畫線，測量線的長度，對該線所經過的細胞進行計數；細胞密度(個/mm)=該線所經過的細胞數量(個)/測量線的長度(mm)，每層重復測量3次，取平均值.

1.3 數據分析

以SPSS 13.0執行數據處理與分析.采用One-Sample Kolmogorov-Smirnov檢驗所有數據分布型，所有數據均為正態分布型；采用線性回歸分析檢驗不同光照與鼠種發育體重間及不同光照與鼠種眼球、晶狀體和顱骨發育直徑間的相關性，利用可重復測量的雙因素方差(ANOVA)方法分析不同光照與鼠種因素對實驗動物視網膜各層厚度和總厚度及對外核層、內核層和神經節細胞層細胞密度的影響，以F檢驗確定其顯著性.取α=0.05為顯著性臨界值，所有數據均采用平均值±標準誤(Mean ± SE)表示.

2 結果

2.1 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠的眼球直徑發育的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠眼球直徑發育的影響不同(圖1).以同物種為組內，異物種為組間，結果表明，在組內，不同光照對兩物種眼球直徑發育的作用差異顯著(P<0.05)；在組間，兩物種間眼球直徑發育差異顯著(P<0.05)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

2.2 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠晶狀體直徑的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠晶狀體直徑發育的影響不同(圖2).結果表明，在組內均無顯著性影響，在組間，兩物種間晶狀體直徑發育差異顯著(P<0.01)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

2.3 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠色素層發育的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠色素層發育的影響不同(圖3).結果表明，在組內差異方面均無顯著性影響，兩物種間色素層發育的組間差異極顯著(P<0.01)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

2.4 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層發育的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層發育的影響不同(圖4).結果表明，在組內均無顯著性影響，在組間，兩物種間外核層發育差異極顯著(P<0.01)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

2.5 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠內核層發育的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠內核層發育的影響不同(圖5).結果表明，在組內均無顯著性影響，兩物種間內核層發育的組間差異極顯著(P<0.01)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

圖1 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠眼球直徑發育的影響

圖2 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠晶狀體直徑發育的影響

圖3 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠色素層發育的影響

圖4 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層發育的影響

2.6 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠視網膜發育的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠視網膜發育的影響不同(圖6).結果表明，在組內均無顯著性影響.在組間，兩物種間視網膜厚度的發育差異極顯著(P<0.01)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，但物種與不同光照處理間交互作用顯著(P<0.05).

2.7 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層細胞密度的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層細胞密度的影響不同(圖7).結果表明，在組內差異方面均無顯著性影響，兩物種間外核層細胞密度的組間差異不顯著(P>0.05)，而不同光照處理的作用則差異顯著(P<0.05)，但物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

2.8 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠神經節層細胞密度的影響

不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠神經節層細胞密度的影響不同(圖8).結果表明，在組內差異方面均無顯著性影響，但兩物種間神經節層細胞密度的組間差異顯著(P<0.05)，而不同光照處理的作用則差異不顯著(P>0.05)，物種與不同光照處理間交互作用不顯著(P>0.05).

3 討論

脊椎動物的視網膜(retina)是由視杯色素層與神經層分化而來的，具有色素層、視錐視桿層、外界膜、外核層、外網層、內核層、內網層、節細胞層、神經纖維層和內界膜等10層基本結構[12-15].地下嚙齒動物具有結構正常的視網膜，但表現出進化及退化鑲嵌的結構特點.晝行性和夜行性動物的視網膜結構不同，最顯著的差別是外核層細胞和神經節細胞的數目比例不同，典型晝行性動物的視網膜的外核層和節細胞層的細胞數量相同，而典型的夜行性動物的外核層細胞數量遠大于節細胞層細胞[16].棕色田鼠的外核層細胞數目遠遠大于節細胞層的細胞數量，表明棕色田鼠視網膜符合夜行性嚙齒動物的基本特征.

圖5 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠內核層發育的影響

圖6 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠視網膜發育的影響

圖7 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠外核層細胞密度的影響

圖8 不同光照對棕色田鼠和昆明小鼠神經節層細胞密度的影響

哺乳動物在剛出生時其視覺系統的發育尚未完成，仍處于動態發育過程中，在出生后由于環境刺激，視覺系統可進行自我調節，改變某些結構，這一時期被稱為關鍵期[17].大鼠在出生第15 d后睜眼，之后才開始接受視覺刺激，環境的變化才成視覺發育的主導因素.本研究發現棕色田鼠在出生15 d左右睜眼，而昆明小鼠比棕色田鼠早一天睜眼.對兩種鼠的視網膜結構觀察表明，昆明小鼠在正常光照和黑暗條件下出生后第6 d時，視網膜還未發育完全，其結構在兩種光照條件下幾乎無差異，外核層與內核層幾乎還未分開.而棕色田鼠在出生后第6 d時，雖然黑暗和光照條件下的視網膜結構均未發育完全，但外核層與內核層已經分化，而在黑暗條件下的分化更為明顯，說明光照對棕色田鼠視網膜的發育有抑制作用.在正常生理條件下，剛出生時小鼠的視網膜發育是不完善的，出生后視網膜則表現出從內層向外層、從中央向外周的發育特點.在發育過程中內核層、外核層和神經節細胞層的細胞數量逐漸減少，細胞層的厚度也經歷著由厚變薄的演變過程[18-22].本研究發現，昆明小鼠和棕色田鼠的視網膜的發育也遵循這一發育規律，無論在黑暗還是正常光照條件下，兩種鼠的外核層和內核層的核層厚度都逐漸由厚變薄.從視網膜總厚度在發育過程中的變化可見，在黑暗條件下昆明小鼠視網膜的厚度變薄，棕色田鼠呈現相反的變化；在給光刺激的條件下，昆明小鼠的視網膜的厚度有增大的趨勢，而棕色田鼠的視網膜則趨于變薄.這一結果提示，光刺激對兩種鼠視網膜厚度發育的作用方式不同，進一步證明地上鼠和地下鼠視網膜結構在不同光照下發育的區別，反映其不同的進化歷程.這種發育特征的分子機制尚待進一步研究.

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