東北林蛙和黑龍江林蛙越冬前期體溫調(diào)節(jié)差異

李殿偉 劉佳慧 彭 婷 單洪佳 張博妍 孟繁星 姚 旭

(牡丹江師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，牡丹江，157011)

溫度是一項(xiàng)重要的生態(tài)因子，環(huán)境溫度的變化直接影響著動(dòng)物的生命活動(dòng)，尤其對(duì)于兩棲類、魚類、蛇類等變溫動(dòng)物，環(huán)境溫度對(duì)其地理分布、行為反應(yīng)、運(yùn)動(dòng)速率、繁殖活動(dòng)和代謝水平、體溫調(diào)節(jié)能力和胚胎發(fā)育速度等具有重要的影響[1-10]。變溫動(dòng)物的體溫與其所處環(huán)境溫度具有密切關(guān)系，存在同溫區(qū)現(xiàn)象，同溫區(qū)的溫度范圍以及溫度值直接影響動(dòng)物自我體溫調(diào)節(jié)能力，這一點(diǎn)在兩棲類表現(xiàn)尤為顯著[4]。作為典型的變溫動(dòng)物，兩棲類自身溫度調(diào)節(jié)能力較差，環(huán)境溫度的改變對(duì)兩棲動(dòng)物本身能量代謝、體溫調(diào)節(jié)有著巨大影響[4-9]。溫度過高或過低都會(huì)對(duì)兩棲動(dòng)物產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致死亡。為降低環(huán)境溫度變化造成的不利影響[8，11-12]，兩棲類通過行為熱調(diào)節(jié)(behavioral thermoregulation)和生理熱調(diào)節(jié)(physiological thermoregulation)2種方式實(shí)現(xiàn)體溫自我調(diào)節(jié)[4-5，13-14]。因此，探究溫度對(duì)兩棲動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)的影響具有重要科學(xué)意義和保護(hù)指導(dǎo)作用[4-10]。

東北林蛙(Ranadybowskii)和黑龍江林蛙(R.amurensis)均隸屬于蛙科(Ranidae)林蛙屬，是我國(guó)東北地區(qū)重要的兩棲動(dòng)物[4-5，10]。作為名貴食材和中藥材，林蛙具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此存在比較嚴(yán)重的掠奪性捕捉現(xiàn)象。加之生態(tài)環(huán)境破壞致使天然繁殖場(chǎng)所和冬眠場(chǎng)所縮小，這2個(gè)物種的數(shù)量有所下降，均被列入黑龍江省保護(hù)動(dòng)物[10]。2種林蛙都具有典型的冬眠習(xí)性，是適應(yīng)寒冷氣候的代表物種，也是進(jìn)行兩棲動(dòng)物熱生態(tài)學(xué)和對(duì)氣候變化反應(yīng)研究的理想物種[10]。目前，東北地區(qū)在林蛙人工養(yǎng)殖方面開展了嘗試和研究，其中養(yǎng)殖溫度條件是至關(guān)重要的因素[10，15]。本研究排除行為調(diào)節(jié)的影響，分析越冬前期2種林蛙在室溫和梯度變溫(緩慢升溫、緩慢降溫)條件下體溫的調(diào)節(jié)能力，旨在進(jìn)一步探討環(huán)境溫度對(duì)兩棲動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)能力的影響，并為探究?jī)蓷珓?dòng)物適應(yīng)氣候變化機(jī)制和林蛙全人工養(yǎng)殖中圈養(yǎng)越冬等關(guān)鍵技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物

1.2 動(dòng)物分組及飼養(yǎng)

對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行剪趾標(biāo)記，并按照種類、性別分成4組。將分組后的林蛙置于4個(gè)玻璃缸中，適應(yīng)環(huán)境溫度2 d。每天07：00—19：00模擬自然光給予12 h光照。測(cè)量室溫并記錄，每天換1次等溫水，喂食黃粉蟲。

1.3 體溫日節(jié)律測(cè)定

每天07：00、10：00、13：00、16：00、19：00測(cè)量室溫和2種林蛙的體溫(泄殖腔溫度)，測(cè)量3次取平均值。如07：00黑龍江林蛙體溫，即為07：00測(cè)得的所有黑龍江林蛙體溫的平均值，同理測(cè)定2種林蛙各時(shí)間點(diǎn)體溫平均值。

1.4 溫度梯度試驗(yàn)

選取2種林蛙，每種各2組，每組雌、雄各10只，置于玻璃缸中，從室溫條件下轉(zhuǎn)移至恒溫箱，初始溫度設(shè)置為10 ℃(或20 ℃)，適應(yīng)環(huán)境溫度2 d。之后將溫度每天升高(或降低)2 ℃，連續(xù)5 d，07：00—19：00給予12 h光照，每天在07：00、10：00、13：00、16：00、19：00測(cè)量林蛙體溫，測(cè)量3次取平均值，等溫點(diǎn)值是將回歸方程與等溫線方程聯(lián)立求解得出的。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2003和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理與檢驗(yàn)分析。統(tǒng)計(jì)分析前，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差齊性并記錄2種林蛙體溫平均值，經(jīng)檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)不符合正態(tài)性并且不具方差齊性，所以用非參數(shù)方法Mann-WhiteyU檢驗(yàn)體溫日節(jié)律、梯度溫度變化、兩性體溫差異。描述性統(tǒng)計(jì)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。利用Excel分析2種林蛙體溫與環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)(R)。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種林蛙的體溫差異

經(jīng)測(cè)定，東北林蛙體溫為(19.01±0.08)℃，其中雄性體溫為(18.98±0.09)℃，雌性體溫為(19.04±0.12)℃，雌雄體溫差異不顯著(Z=-0.500，P>0.05)。黑龍江林蛙體溫為(19.07±0.07)℃，其中雄性體溫為(18.96±0.11)℃，雌性體溫為(19.15±0.09)℃，雌雄之間體溫差異不顯著(Z=-1.605，P>0.05)。因2種林蛙體溫?zé)o性別差異，故忽略性別因素將數(shù)據(jù)進(jìn)行合并分析。2種林蛙的體溫日平均值接近，差異不顯著(Z=-1.435，P>0.05)。

2.2 2種林蛙體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系

室溫條件下，2種林蛙體溫隨環(huán)境溫度變化而變化，體溫變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度變化趨勢(shì)一致，13：00環(huán)境溫度最高，2種林蛙體溫也達(dá)到最高值。一天內(nèi)不同時(shí)間的體溫變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，東北林蛙與環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為0.899，而黑龍江林蛙與環(huán)境溫度的相關(guān)系數(shù)為0.647。東北林蛙的日最高體溫為(20.74±0.18)℃，日最低體溫為(18.06±0.11)℃，日體溫變化幅度為2.68 ℃；而黑龍江林蛙的日最高體溫為(19.97±0.15)℃，日最低體溫為(18.37±0.14)℃，日體溫變化幅度為1.6 ℃，表明東北林蛙的日體溫變化幅度高于黑龍江林蛙(圖1)。

圖1 林蛙體溫與環(huán)境溫度(室溫)的關(guān)系

2.3 升溫對(duì)2種林蛙體溫的影響

由圖2可見，2種林蛙體溫變化與環(huán)境溫度變化呈線性正相關(guān)，隨著溫度的升高，2種林蛙的體溫也隨之提高。在07：00、10：00、16：00、19：00，東北林蛙體溫與環(huán)境溫度的擬合度大于黑龍江林蛙。07：00、10：00、13：00、16：00、19：00東北林蛙的等溫點(diǎn)分別為16.43、16.24、20.19、16.40、17.87 ℃，黑龍江林蛙的等溫點(diǎn)分別為16.71、12.89、17.52、15.28、15.71 ℃，可見，除07：00外，東北林蛙的等溫點(diǎn)均大于黑龍江林蛙。

圖2 升溫處理時(shí)2種林蛙體溫與環(huán)境溫度(室溫)的線性回歸結(jié)果

2.4 降溫對(duì)2種林蛙體溫的影響

由圖3可見，2種林蛙體溫變化與環(huán)境溫度變化呈線性正相關(guān)，隨著溫度的降低，2種林蛙的體溫也隨之下降。在07：00、10：00、13：00、16：00，東北林蛙體溫與環(huán)境溫度的擬合度小于黑龍江林蛙。07：00、10：00、13：00、16：00、19：00東北林蛙的等溫點(diǎn)分別為10.44、12.09、13.41、12.26、10.67 ℃，黑龍江林蛙的等溫點(diǎn)分別為13.87、14.18、16.43、14.38、13.49 ℃，可見，東北林蛙的等溫點(diǎn)均小于黑龍江林蛙(圖3)。

圖3 降溫處理時(shí)2種林蛙體溫與環(huán)境溫度(室溫)的線性回歸結(jié)果

3 討論

體溫是影響動(dòng)物生活史特征的重要生態(tài)因子，相對(duì)較高而穩(wěn)定的體溫有利于動(dòng)物生理功能和行為模式的表達(dá)[4-9，11-12]。變溫動(dòng)物的體溫受個(gè)體大小、年齡、體內(nèi)激素、繁殖狀態(tài)、地理種群、環(huán)境溫度、光照周期等多種內(nèi)外因素影響，其中，環(huán)境溫度是尤為重要的外部因素[1-10]。均質(zhì)熱環(huán)境中，變溫動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)能力受到限制，體溫的變化與環(huán)境溫度變化直接有關(guān)；異質(zhì)熱環(huán)境中，變溫動(dòng)物會(huì)通過行為變化和生理方式選擇適宜環(huán)境或者改變自身?xiàng)l件，實(shí)現(xiàn)體溫調(diào)節(jié)，將體溫維持在相對(duì)較高且恒定的水平[2，16]。

兩棲類作為典型的變溫動(dòng)物，環(huán)境溫度對(duì)其體溫變化的影響極為重要。通常兩棲動(dòng)物的體溫與環(huán)境溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，隨著環(huán)境溫度升高，其體溫也隨之升高，在動(dòng)物自身沒有進(jìn)行行為調(diào)節(jié)的情況下，體溫升高的程度能夠表現(xiàn)其生理體溫調(diào)節(jié)能力[4-5]。本研究證實(shí)兩棲動(dòng)物體溫與環(huán)境溫度呈正相關(guān)，而且可以通過體溫變化幅度、體溫回歸方程斜率和等溫點(diǎn)3個(gè)指標(biāo)比較2種林蛙體溫調(diào)節(jié)的能力和對(duì)環(huán)境溫度的依賴性[4-5]。

在室溫條件下，2種林蛙的體溫與環(huán)境溫度的變化趨勢(shì)一致。在13：00時(shí)，環(huán)境溫度最高，2種林蛙的體溫也達(dá)到最高，且東北林蛙的體溫略高于黑龍江林蛙，東北林蛙的體溫日變化幅度隨環(huán)境溫度的變化也明顯大于黑龍江林蛙，說明東北林蛙的體溫變化不穩(wěn)定，其生理體溫調(diào)節(jié)能力弱于黑龍江林蛙。

升溫和降溫試驗(yàn)的線性回歸方程也表現(xiàn)出2種林蛙的體溫與環(huán)境溫度呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。回歸方程的斜率絕對(duì)值越大，體溫與環(huán)境溫度的依賴程度越大，體溫調(diào)節(jié)能力相對(duì)較弱，體溫恒定性較差[4-5]。無論是升溫還是降溫試驗(yàn)，東北林蛙的斜率絕對(duì)值多數(shù)都大于黑龍江林蛙，也說明黑龍江林蛙的生理體溫調(diào)節(jié)能力強(qiáng)于東北林蛙。

等溫點(diǎn)參數(shù)也是對(duì)變溫動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)具有顯著影響的觀測(cè)指標(biāo)。環(huán)境溫度高于等溫點(diǎn)時(shí)，動(dòng)物的體溫低于環(huán)境溫度，環(huán)境溫度低于等溫點(diǎn)時(shí)，動(dòng)物的體溫高于環(huán)境溫度[4-5]。黑龍江林蛙的等溫點(diǎn)高于東北林蛙，說明黑龍江林蛙體溫調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，體溫恒溫性更好，環(huán)境溫度變化時(shí)，黑龍江林蛙會(huì)調(diào)用更多能量用于生理體溫調(diào)節(jié)，維持自身的體溫趨于穩(wěn)定。主要表現(xiàn)為：環(huán)境溫度較高時(shí)，黑龍江林蛙的體溫低于東北林蛙，環(huán)境溫度較低時(shí)，黑龍江林蛙的體溫高于東北林蛙。

在研究地，2種林蛙為同域分布物種，但其越冬環(huán)境差異較大。通過主動(dòng)的行為調(diào)節(jié)，黑龍江林蛙選擇在水域附近的草叢、淤泥等環(huán)境中冬眠，東北林蛙多選擇在山區(qū)或半山區(qū)土壤不凍層中冬眠[10]，東北林蛙往返于生活水域與山林越冬地之間將消耗極大的能量。這種越冬生境的選擇性差異，除了受2種林蛙體型大小和運(yùn)動(dòng)能力影響之外，與各自的體溫調(diào)節(jié)能力也密不可分。