祁連山地區巖羊粗毛顯微形態特征比較

單秀琪 王 芮 張致榮 朱澤宇 劉振生 滕麗微*

(1.東北林業大學野生動物與自然保護地學院，哈爾濱，150040；2.國家林業和草原局保護生物學重點實驗室，哈爾濱，150040；3.寧波機場集團有限公司，寧波，315012)

毛是哺乳動物(Mammalia)的皮膚衍生物，是高度特化與高度進化的結果[1]，通過毛固有的形態特征我們可以將其區別于任何纖維類物質，毛的結構差異又能體現哺乳動物各自的進化及適應特征[2]。使得毛的研究對揭示動物所處的環境特點有重要意義[3]。毛作為哺乳動物所特有的皮膚衍生物，是由表皮的上皮濾泡狀凹陷部分的基質細胞發育而成[4]。毛的微觀結構根據功能和適應性差異，存在著復雜性。以毛為材料研究動物體及其適應性具有不用傷害動物、便于推廣等特點，被用于物種鑒定、分類、功能適應性評價和毛制品品質研究，一直以來得到廣泛的關注[5]。毛與外界環境直接接觸，毛的顏色、結構可以體現動物對外界環境的適應特征。例如與周圍環境顏色相近的毛可以起到偽裝作用。氣候轉冷時，哺乳動物毛與毛之間形成的相對靜止的空氣層也能起到保溫作用。有資料表明，動物過冬的4種主要方式為儲存食物、冬眠、遷徙、換毛。多數哺乳動物采取換毛這一主要方式來適應季節性變化。國內外關于動物毛季節性變化的研究，已經涉及許多物種，包括紫貂(Marteszibellina)[6]、阿爾山雪兔(Lepustimidus)[7-8]、安哥拉長毛兔(Angorarabbit)[9]、鄂爾多斯細毛羊(Ovisaries)[10]、松鼠(Sciuridae)[11]等。巖羊(Pseudoisnayaur)[12]，又稱為崖羊、石羊，是國家Ⅱ級重點保護野生動物，毛被青灰色，常與巖石極難分辨，因而有保護作用。因為光照下毛色略泛灰藍，又稱為藍羊、青羊，英文名blue sheep 便是由此而來[13]。本文擬通過對祁連山地區的巖羊不同季節身體的毛進行檢測，來探究季節的變化對祁連山地區巖羊毛的影響，為哺乳動物對季節變化的適應性提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

祁連山脈位于中國青海省東北部與甘肅省西部邊境。東西長800 km，南北寬200—400 km，海拔4 000—6 000 m，山系西北高，東南低，地理坐標為94°10′—103°04′E，35°50′—39°19′N，面積約2 062 km2。祁連山地區為大陸性高寒半濕潤山地氣候，四季不甚分明。年均氣溫在4℃以下，氣溫年較差較大。全年降水量主要集中在5—9月，年降水量在400 mm左右。一般山地東部氣候較濕潤，西部較干燥。水主要來自冰川消融，是河西走廊綠洲的主要水源。

1.2 材料

2015年7—8月、2015年12月—2016年1月，分別前往蘭州市五泉山動物園采集救助于祁連山的野生成體巖羊的巖羊毛(♂：3只，♀：5只)。采集方法為直接采集頸部、背部、腹側、腹下、臀部、腿部、蹄部7個部位的夏季和冬季粗毛。在實驗室按照性別和季節分類，每個部位選取完整的毛(具有毛根、毛干、毛尖)50根，共計112種不同的毛，5 600個樣本。

1.3 實驗方法

1.3.1 光學顯微鏡樣本的制備

髓質花紋片的制備：前處理包括：脫脂、將毛樣置于小燒杯中，用脫脂液(乙醚和95%乙醇按體積1∶1組成)脫脂10 min，置于無水乙醇中脫水2 min；將脫水后毛樣置于二甲苯中透明15 min；最后用無水乙醇清洗并自然晾干。將晾干的毛樣本放到清潔的無機玻璃片上，用樹膠加蓋玻片封固，貼標簽，等待樹膠晾干。

1.3.2 掃描電鏡樣本的制備

掃描電鏡樣本制備：將毛樣放置于KQ5200DB超聲波清洗器中清洗4 h，自然干燥后，黏附在日新0.5 mm雙面碳導電膠帶上，放置于IB25離子濺射儀中鍍金30 s。將鍍金后的毛樣本再黏附到JCM-5000掃描電鏡載物臺上觀察并拍照。

1.4 數據測量及計算

1.4.1 粗毛自然長度、伸直長度、卷曲度測算

粗毛自然長度指自然狀態下由毛根到毛尖的距離；毛的伸直長度指將毛伸直后由毛根到毛尖的距離。測量毛伸直長度時將毛置于玻璃片上，滴一滴水，用棉簽將其挑直，再行測量。粗毛自然長度和毛伸直長度均采用德國美耐特數顯游標卡尺直接讀數(精度為0.01 mm)。此外，毛的卷曲度體現毛的彎曲程度，通過毛卷曲度=[(毛伸直長度-粗毛自然長度)/毛伸直長度]×100%進行計算。

1.4.2 毛細度、髓質細度、髓質指數的測算

每個樣本的毛細度、髓質細度，均通過裝有線形顯微測微尺的Olympus顯微鏡下測量。細度均選取毛的最粗段測量(圖1)，毛髓質指數=(毛髓質細度/毛細度)×100%，即毛髓質指數=(L1′/L1)×100%。

1.4.3 毛根與毛尖無髓段的長度及比例測算

毛尖無髓段長度為自毛尖到出現髓質處的長度；毛根無髓段長度為自髓質開始缺失至毛根末端的長度(圖2)，在裝有線形顯微測微尺的Olympus顯微鏡下直接測量。用毛尖和毛根無髓段的長度除以該毛的伸直長度即為對應無髓段的比例。

1.5 統計檢驗

用Excel與SPSS 22.0對實驗數據進行分析；利用單因素方差分析中的最小顯著差數法(LSD)進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 毛外觀特征

根據景松巖等[14]對毛類型的劃分，巖羊的體被為不成紡錘形的粗毛組成的覆蓋層，下層為絨毛。本次選取的7個部位中，腹下部毛為黃白色毛，可以直接區別于其他6個部位。頸部、背部、腹側部、臀部為青灰色，腿部和蹄部青灰色和黑色交替出現，雄性顏色比雌性略深。

2.2 粗毛自然長度與伸直長度

毛被長度是動物最直觀的形態特征，本次對祁連山地區巖羊粗毛自然長度、毛伸直長度進行了測量，統計結果見表1與表2。

表1 祁連山地區巖羊粗毛自然長度(平均值±標準差)

表2 祁連山地區巖羊毛伸直長度(平均值±標準差)

由表1和表2可知：巖羊7個部位的粗毛自然長度與毛伸直長度具有一定差異。除過冬季雄性外，祁連山地區巖羊臀部毛的長度與腹下部無顯著性差異(P>0.05)；從毛的伸直長度看，無論雌雄、季節、祁連山地區巖羊粗毛的毛伸直長度均保持腹下部最大，且顯著大于頸部、腿部和蹄部(P<0.05)。

2.2.1 冬夏兩季比較

由圖4 可以直觀看出，祁連山地區巖羊，同一個體相同部位冬季的粗毛自然長度、毛伸直長度均高于夏季，且經過顯著性檢驗，祁連山地區冬季巖羊體被粗毛的平均值顯著大于夏季(P<0.05)。

2.2.2 雌雄性二型性分析

對祁連山地區巖羊雌性和雄性體被(7個部位平均值)粗毛自然長度和伸直長度值進行顯著性檢驗，結果如表3所示。

表3 祁連山地區巖羊雌性與雄性體被粗毛自然長度、伸直長度差異性分析結果

由表3可知：祁連山地區巖羊的粗毛自然長度與伸直長度在雌性與雄性之間并無顯著性差異(P>0.05)。

2.3 卷曲度

祁連山地區巖羊粗毛卷曲度統計結果見表4。

表4 祁連山地區巖羊毛卷曲度(平均值±標準差)

由表4可知：祁連山巖羊冬季腹側部毛的卷曲度最小，顯著小于臀部(P<0.05)。夏季蹄部毛卷曲度最大，且顯著高于其他6個部位(P<0.05)。其他部位無顯著差異(P>0.05)。

對巖羊雌性和雄性體被(7個部位平均值)粗毛卷曲度進行顯著性檢驗，結果如表5所示。

表5 巖羊雌性與雄性體被粗毛卷曲度差異性分析結果

由表5可知：祁連山地區巖羊粗毛卷曲度在雌性與雄性之間并無顯著性差異(P>0.05)。

2.4 髓質細度與毛細度

祁連山地區巖羊粗毛毛髓質細度、毛細度統計結果如表6和7所示。

表6 祁連山地區巖羊毛髓質細度(平均值±標準差)

表7 祁連山地區巖羊毛細度(平均值±標準差)

由表6和表7可知：巖羊粗毛的毛細度和毛髓質細度變化具有一致性。祁連山巖羊粗毛毛細度和毛髓質細度以腹下部和臀部最大，顯著高于腿部和蹄部(P<0.05)。巖羊7個部位的毛髓質細度和毛細度大小順序為：腹下部/臀部>腹側部>背部/頸部>腿部>蹄部。

2.4.1 不同季節差異分析

由圖5，在同一個地區，巖羊粗毛的毛髓質細度與毛細度的變化趨勢是一致的，呈正相關。巖羊雄性個體冬毛的髓質細度與毛細度均顯著高于夏季(P<0.05)，巖羊雌性個體冬毛髓質細度與毛細度均顯著高于夏季(P<0.05)。

2.4.2 雌雄性二型性分析

對巖羊雌性和雄性體被(7個部位平均值)粗毛毛髓質細度和毛細度進行顯著性檢驗，結果如表8所示。

由表8可知：雌性和雄性相比，祁連山地區巖羊冬季粗毛毛髓質細度和毛細度之間差異極顯著(P<0.01)，夏季粗毛毛髓質細度差異顯著(P<0.05)，夏季粗毛毛細度差異極顯著(P<0.01)。

表8 巖羊雌性與雄性體被粗毛毛髓質細度、毛細度差異性分析結果

2.5 髓質指數

祁連山地區巖羊粗毛毛髓質指數結果如表9所示。

表9 祁連山地區巖羊毛髓質指數(平均值±標準差)

如表9所示：所測7個部位相比較，除蹄部和腿部夏季粗毛部分值外，其他部位髓質指數均在90%以上。經顯著性檢驗，祁連山地區巖羊臀部和背部粗毛髓質指數均無顯著差異(P>0.05)，且顯著高于腿部和蹄部(P<0.05)。祁連山地區巖羊的腹側部與臀部和背部粗毛毛髓質指數無顯著差異(P>0.05)。背部和臀部為本次所測7個部位中髓質指數最高部位，腹側部、腹下部，頸部次之，腿部和蹄部髓質指數最小。

2.5.1 不同季節差異分析

由圖6，祁連山地區巖羊同一個體相同部位冬季粗毛的髓質均高于夏季。

由表10可知：經過顯著性檢驗，祁連山地區雄性巖羊粗毛髓質指數在冬季和夏季之間差異極顯著(P<0.01)，雌性巖羊冬夏季粗毛髓質指數差異不顯著(P>0.05)。

表10 祁連山地區巖羊冬季與夏季粗毛毛髓質指數顯著性分析

2.5.2 雌雄性二型性分析

對祁連山地區巖羊雌性和雄性體被(7個部位平均值)粗毛髓質指數進行顯著性檢驗，結果如表11所示。

表11 巖羊雌性與雄性體被粗毛髓質指數差異性分析結果

由表11可知：祁連山地區巖羊粗毛髓質指數在雌性和雄性之間無顯著差異(P>0.05)。

2.6 毛根、毛尖無髓段比例

祁連山地區巖羊粗毛毛根、毛尖無髓段比例結果如表12和表13所示。

表12 祁連山地區巖羊毛根無髓段比例(平均值±標準差)

表13 祁連山地區巖羊毛尖無髓段比例(平均值±標準差)

由表12和表13可知：祁連山地區巖羊粗毛因部位不同而具有不一樣的無髓段比例。巖羊蹄部和腿部毛根無髓段比例最大，顯著高于背部和臀部(P<0.05)。

對祁連山地區巖羊雌性和雄性體被(7個部位平均值)粗毛髓質指數進行顯著性檢驗，結果如表14所示。

表14 巖羊雌性與雄性體被粗毛毛根、毛尖無髓段比例差異性分析結果

由表14可知：祁連山地區巖羊粗毛毛根無髓段比例在雌性與雄性之間無顯著差異(P>0.05)，夏季雌性與雄性粗毛毛尖無髓段顯著極差異(P<0.01)，冬季無顯著差異(P>0.05)。

3 討論

3.1 粗毛的顏色、結構與被毛功能的關系

哺乳動物的毛色受基因和環境的共同影響，在對哺乳動物毛色形成的影響因素的研究中發現，酪氨酸源性色素及其分布及黑色素合成相關的基因都能夠對哺乳動物的毛色產生影響[15]。毛色也會隨溫度、性別和年齡的不同而變化[16]。由于哺乳動物毛發形態結構特征與環境密不可分，因此不同部位的毛為適應環境產生不同也會產生功能上的分化[17]，這是自然長期選擇的結果。本次選取的7個部位中，腹下部毛的顏色與其他6個部位的毛色差異明顯，推測是功能的分化而引起的。

不同的粗毛的結構決定了其不同的功能[18]。本實驗研究的祁連山地區巖羊的粗毛的功能主要有保溫功能和保護功能兩種。其中，皮質指數越大，保護功能越強，如腿部，蹄部。髓腔所占比例越高，保溫功能就越強。髓質層由軟角蛋白構成，內有網格狀氣室，充滿空氣，祁連山地區年平均氣溫較低，發達的髓質有利于祁連山地區的巖羊進行保溫。在保溫上，絨毛的作用也不容忽視。在對鄂爾多斯細毛羊[10]、松鼠[11]等動物的絨毛進行季節性的研究時發現，冬季絨毛平均長度均高于夏季。此外，毛根無髓段比例反映了毛與皮膚的連接的穩定程度。蹄部和腿部毛短，皮質發達，毛根無髓段比例在腿部、蹄部處于較高水平，這使得在運動中不易凋落，也不易折斷，更易行使保護功能。

3.2 不同部位結構性變化與功能的關系

實驗發現，祁連山地區巖羊在粗毛自然長度、毛伸直長度、卷曲度、毛細度和髓質細度等方面均有差異。腹下部的毛伸直長度最大，且顯著大于頸部、腿部和蹄部；巖羊冬季腹側部毛的卷曲度最小，夏季蹄部毛卷曲度最大，且顯著高于其他6個部位。

巖羊粗毛的毛細度和毛髓質細度變化具有一致性。粗毛毛細度和毛髓質細度以腹下部和臀部最大，顯著高于腿部和蹄部；毛髓質指數可用來衡量動物髓腔大小，在所測的7個部位中，除蹄部和腿部夏季粗毛部分值外，其他部位髓質指數均在90%以上，背部和臀部髓質指數最高，腹側部、腹下部，頸部次之，腿部和蹄部髓質指數最小。由實驗數據也可以看出，以臀部為主的腹側、腹下、臀部、背部、頸部這5個部位粗毛主要行使保溫功能。為執行保溫功能，除增加毛密度外，長度與髓質指數增大是動物常采取的策略[19]。對巖羊行為觀察發現，巖羊臥息時四肢位于腹下直接著地，最后臀部著地[20]，我們猜測卷曲度與巖羊的行為有關，頻繁的臥息使得四肢和臀部承受外力頻次高，與環境摩擦更大，更需要強化保護功能。毛根與皮膚直接連接，不會受到外界磨損[21]，此外，本次結果顯示，擁有較高髓質指數的腹下部粗毛其毛根無髓段的比例也很大。考慮到巖羊臥息時腹下部粗毛實際會與地面有一定接觸，推測是較高的毛根無髓段比例使得腹下部粗毛與皮膚穩定接觸，不易掉落?？傮w來看，蹄部和腿部毛尖無髓段比例最大，這也是巖羊腹下部粗毛對提高耐磨性的適應性體現。

3.3 季節性變化差異

為適應季節的變化，很多動物都具有換毛現象，如黃鼬(Mustelasibirica)[22]、林麝(Moschusberezovskii)[23]、松鼠[11]、馬鹿(Cervuscanadensis)[19]等，巖羊[24]也是如此。巖羊軀體主要有粗毛和絨毛兩種類型的毛，粗毛具有發達的髓質。進入冬季以后，祁連山地區溫度降低，該地區的動物也會對于冷環境產生各種適應性變化，其中，增加隔熱是最直接的方式[25]。冬季與夏季相比，粗毛在長度和細度方面同時增大，實驗結果表明，同一個體相同部位冬季的粗毛自然長度、毛伸直長度、髓質細度和毛細度均高于夏季，推測是與抵御寒冷有關，擴大的髓腔容納更多空氣，以此增加隔熱。此外，實驗發現，冬季的雄性巖羊腹下部毛的長度顯著高于其臀部毛的粗毛自然長度，其他季節和性別的巖羊各部位粗毛自然長度均無顯著差異。由于冬季是巖羊的發情季節[26]，巖羊通常以混合群和雌性群為主進行集群活動[27]，對于這種變化，推測可能是與巖羊的發情及交配行為相關；但雌性的粗毛髓質指數在冬季與夏季之間差異卻不顯著，這一點與預期結果有所不同?？赡苁瞧钸B山地區晝夜溫差大，冬季長且寒冷干燥，夏季短而溫涼。雌性巖羊冬末秋初繁殖，孕期約160 d，次年5—6月產子[28]。巖羊為適應溫度變化并維持繁殖需要的體溫，因此即便是在夏天，雌性巖羊的毛也保持較高的髓質指數。

3.4 雌雄二型性

現有的研究表明巖羊雌性和雄性在身體形態、頭骨、牙齒[29]形態上存在著比較顯著差異。在本次實驗中，祁連山地區巖羊粗毛的粗毛自然長度、伸直長度、卷曲度、毛根無髓段比例和冬季粗毛毛尖無髓段在雌性與雄性之間并無顯著性差異，但是在粗毛毛髓質細度、毛細度、髓質指數和夏季粗毛毛尖無髓段差異顯著，雌性均大于雄性。推測是因為對于巖羊而言，盡管雌性和雄性具有相似的生理上行為，如臥息等，但是相對于雄性而言，雌性還需要生育和哺乳等，因此更需要將毛的結構復雜化，用以維持體溫。這也是雌性巖羊相對于雄性巖羊而言對分工不同的適應性的表現。