澤陸蛙的體溫調(diào)節(jié)及靜止代謝率

韋中惠，吳梅燕，李鈺慧，程碧霞，武正軍

(1.廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541006； 2.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541006)

澤陸蛙的體溫調(diào)節(jié)及靜止代謝率

韋中惠1，2，吳梅燕1，2，李鈺慧1，2，程碧霞1，2，武正軍1，2

(1.廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541006； 2.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541006)

澤陸蛙；耗氧量；體溫調(diào)節(jié)；靜止代謝率

動物能量代謝的研究涉及動物基礎(chǔ)代謝率、標(biāo)準(zhǔn)代謝率、靜止代謝率和平均日代謝率等內(nèi)容[1]，能量代謝作為生命活動的基本特征之一，對一個物種的分布和豐富度、繁殖成功和適合度等起著重要的決定作用[2]。靜止代謝率是指測定靜止、不受干擾的動物的能量消耗來確定動物能量需求關(guān)系[3]。外溫動物的靜止代謝率受多方面因素的影響，如環(huán)境溫度、馴化史、體質(zhì)量、季節(jié)、營養(yǎng)條件、種群來源和性別等[4]。靜止代謝率是動物能量消耗的重要參考數(shù)據(jù)，對其影響因素的研究，將對深入了解動物的生活史有很大的幫助。

兩棲類是世界動物資源的重要組成部分，作為環(huán)境惡化的重要指示者，研究兩棲類的生理生態(tài)學(xué)，對于探討全球環(huán)境氣候變化對生命系統(tǒng)的影響和保護(hù)人類生存環(huán)境有著重要的意義。然而，目前對兩棲類體溫調(diào)節(jié)和靜止代謝率的研究不多，僅見東北林蛙Ranadybowskii與黑龍江林蛙Ranaamurensis[5]、中國林蛙Ranachensinensis[6-8]等，對其研究都是使用封閉式流體壓力呼吸儀，而本研究采用開路式動物呼吸作用測量儀，因?yàn)樵搩x器測定呼吸代謝率時是接通空氣的，能比較準(zhǔn)確地測定出動物在自然條件下的靜止代謝率。

澤陸蛙Fejervaryamultistriata，隸屬于蛙科Ranidae陸蛙屬Fejervarya，在我國、日本以及東南亞廣泛分布，是我國農(nóng)田害蟲的重要捕食者。目前對澤陸蛙的熱生態(tài)學(xué)研究較少，僅見蔣斌等對澤蛙耗氧量季節(jié)變化的研究[9]，未見對澤陸蛙體溫調(diào)節(jié)和靜止代謝率的相關(guān)研究。本研究采用開路式動物呼吸作用測量儀和數(shù)字式溫度計(jì)分別測定澤陸蛙在不同溫度條件下的靜止代謝率ηRMR和體溫Tb，分析其體溫和靜止代謝率與環(huán)境溫度的關(guān)系，揭示澤陸蛙體溫調(diào)節(jié)和靜止代謝率的特征，探討澤陸蛙對環(huán)境溫度變化的適應(yīng)能力，旨在為人工養(yǎng)殖澤陸蛙及其種群保護(hù)提供參考資料，為兩棲動物的生理生態(tài)學(xué)研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

2014年7月在桂林市廣西師范大學(xué)雁山校區(qū)校園內(nèi)采集實(shí)驗(yàn)動物，從中隨機(jī)挑選出澤陸蛙成體20只(雌蛙、雄蛙各10只)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)期間將其飼養(yǎng)于廣西師范大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的玻璃缸(長×寬×高=100 cm×50 cm×30 cm)內(nèi)，并提供適量的食物(黃粉蟲、蚯蚓)和水。實(shí)驗(yàn)期間澤陸蛙正常取食，無異常現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)動物的體質(zhì)量和頭體長數(shù)據(jù)見表1。

表1 澤陸蛙體質(zhì)量和頭體長數(shù)據(jù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用開路式動物呼吸作用測量儀(型號：Q-BOX RP1LP，生產(chǎn)商：Qubit Systems Inc)和數(shù)字式溫度計(jì)(型號：TM-902C，生產(chǎn)商：蘇州泰世電子有限公司)，分別測定環(huán)境溫度Ta在10～35 ℃(環(huán)境溫度低于10 ℃時，所得數(shù)據(jù)與10 ℃的數(shù)據(jù)相差不大；環(huán)境溫度超過35 ℃時，澤陸蛙在樣品室中行為表現(xiàn)異常，無法保持其正常的生命活動)時澤陸蛙的耗氧量VO2和體溫Tb，由此計(jì)算出靜止代謝率ηRMR。ηRMR為每小時單位體質(zhì)量的耗氧量VO2(單位：mL/(g·h))。耗氧量測定采用開放式測定法(氣體分析法)，是指在機(jī)體呼吸空氣的條件下測定耗氧量的方法。根據(jù)吸入氣和呼出氣中氧氣的體積百分比的差數(shù)算出該時間內(nèi)的耗氧量，再根據(jù)耗氧量以及動物的體質(zhì)量計(jì)算出ηRMR[10]。

實(shí)驗(yàn)于2014年7月在廣西師范大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，測定前將澤陸蛙禁食1 d，稱其體質(zhì)量作為實(shí)驗(yàn)前的體質(zhì)量m1，然后將待測定的澤陸蛙放入一個剛好夠其活動的塑料杯(有杯蓋，杯蓋有孔洞供其呼吸又可以防止逃跑)中，一個塑料杯放一只澤陸蛙，置于RXZ智能型人工氣候箱中(設(shè)定需要測定的環(huán)境溫度)馴化12 h(目的是讓澤陸蛙適應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的環(huán)境溫度)。馴化完成后放進(jìn)圓筒形樣品室(容量218.5 mL，長20 cm×直徑3.7 cm)，置于RXZ智能型人工氣候箱中適應(yīng)30 min后開始測定。期間測定空氣的氧氣體積的百分比，作為澤陸蛙吸入氣中氧氣體積的百分比V1，實(shí)驗(yàn)分別在10、15、20、25、30、35 ℃的環(huán)境溫度Ta下進(jìn)行測量：每個溫度測定時間為30 min，記錄動物呼出氣中氧氣體積的百分比V2以及相應(yīng)的流量(qV)。每次實(shí)驗(yàn)后用數(shù)字式溫度計(jì)插入澤陸蛙的泄殖腔內(nèi)約1 cm，靜置大約30 s，測量澤陸蛙的體溫Tb。測完體溫后，稱其體質(zhì)量作為實(shí)驗(yàn)后的體質(zhì)量m2，以實(shí)驗(yàn)前后體質(zhì)量(精確到0.01 g)的平均值作為該溫度動物的體質(zhì)量m。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 19.0軟件和Excel軟件處理所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在做進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)前，用Kolmogotov-Smimov和Bartlett分別檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差同質(zhì)性。用相關(guān)性分析、線性回歸分析和T檢驗(yàn)等分析處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，顯著性水平設(shè)置為P=0.05。

靜止代謝率ηRMR(單位：mL/(g·h))；ηRMR的增加率Q=(M1-M2)/(T1-T2)，M1為T1溫度點(diǎn)的ηRMR，M2為T2溫度點(diǎn)的ηRMR，T1、T2為溫度點(diǎn)；耗氧量VO2=(V1-V2)×100%×qV×t，V1表示澤陸蛙吸入氣中氧氣體積的百分比，V2表示澤陸蛙呼出氣中氧氣體積的百分比，qV為空氣流量(單位：mL/min)，t表示測定時間(單位：min)；m=(m1+m2)/2，m1表示澤陸蛙個體實(shí)驗(yàn)前體質(zhì)量，m2表示實(shí)驗(yàn)后個體體質(zhì)量。

2 結(jié)果

2.1 環(huán)境溫度對澤陸蛙體溫的影響

對雌雄澤陸蛙在不同環(huán)境溫度條件下的體溫進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。結(jié)果顯示：雌雄澤陸蛙在不同環(huán)境溫度下的體溫?zé)o顯著性差異(P>0.05)，雌雄澤陸蛙的體溫?cái)?shù)據(jù)可以合并在一起處理。通過對澤陸蛙體溫與環(huán)境溫度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：澤陸蛙體溫與環(huán)境溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其線性回歸方程為Tb=0.881 7Ta-1.355 2(r2=0.996 1，F(xiàn)1，6=1 009.98，P<0.01)，如圖1，澤陸蛙的體溫隨環(huán)境溫度的升高而升高，且在研究的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，澤陸蛙的體溫都低于所處的環(huán)境溫度，回歸方程的斜率為0.881 7，表明環(huán)境溫度每升高1 ℃，澤陸蛙的體溫隨之增加0.881 7 ℃。

表2 雌雄澤陸蛙不同環(huán)境溫度下的體溫

圖1 澤陸蛙體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系Fig.1 Relationship between body temperature ofFejervarya multistriata and ambient temperature

圖2 澤陸蛙在不同環(huán)境溫度條件下靜止代謝率的變化Fig.2 Changes of resting metabolic rate with ambienttemperature in Fejervarya multistriata

2.2 環(huán)境溫度對澤陸蛙靜止代謝率的影響

表3 雌雄澤陸蛙不同溫度下的靜止代謝率

2.3 靜止代謝率與體質(zhì)量的關(guān)系

對澤陸蛙靜止代謝率與其體質(zhì)量進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果顯示：在20 ℃(r=-0.449，F(xiàn)1，20=4.555，P=0.047)、30 ℃(r=-0.523，F(xiàn)1，20=6.788，P=0.018)、35 ℃(r=-0.512，F(xiàn)1，20=6.382，P=0.021)時，澤陸蛙靜止代謝率與其體質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其線性回歸方程分別為：y20 ℃= -0.149 4x+2.624 4，y30 ℃=-0.330 5x+5.960 9，y35 ℃=-0.433 4x+8.725 9，如圖3，而在其他溫度無顯著性相關(guān)。

圖3 澤陸蛙靜止代謝率與體質(zhì)量的關(guān)系Fig.3 Relationship between RMR of Fejervarya multistriata and weight

3 討論

3.1 環(huán)境溫度對澤陸蛙體溫的影響

體溫是影響外溫動物活動、覓食、避敵、繁殖等生命活動最重要的生理生態(tài)變量之一[11-13]，無論是恒溫動物還是外溫動物，相對較高而穩(wěn)定的體溫均有利于動物生理和行為功能的較好表達(dá)[14]。與其他外溫動物一樣，澤陸蛙的體溫依賴于環(huán)境熱源，主要通過傳導(dǎo)作用或光照輻射從環(huán)境中獲得熱量。在10～35 ℃的環(huán)境溫度條件下，澤陸蛙雌雄個體的體溫差異不顯著，澤陸蛙的體溫與環(huán)境溫度呈顯著的線性正相關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，澤陸蛙的體溫也隨之升高，這與前人對外溫動物體溫調(diào)節(jié)的研究結(jié)果相類似，如多疣壁虎Gekkojaponicus[3]、東北林蛙與黑龍江林蛙[5]、蛤蚧Lacertagecko[10]、鱷蜥Shinisauruscrocodilurus[11-13]、爪鯢Onychodactylusficheri[15]、新疆鬣蜥Stelliostoliczkanus[16]、麗斑麻蜥Eremiasargus與草原沙蜥Phrynocephalusfrontalis[17]、新疆巖蜥Laudakiastoliczkana與長鬣蜥Physignathuscocincinus[18]、環(huán)頸蜥Crotaphytuscollaris[19]、北草蜥Takydromusseptentrionalis[20]、黑眉錦蛇Orthriophistaeniurus[21]、荒漠沙晰Phrynocephalusprzewalskii[22]等。然而在不同的環(huán)境溫度下，體溫變化不同，但體溫均低于所處的環(huán)境溫度，這可能與澤陸蛙的生理調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。在10 ℃的低溫環(huán)境和35 ℃的高溫環(huán)境下，澤陸蛙的體溫均較環(huán)境溫度低，說明澤陸蛙具有一定調(diào)節(jié)體溫的能力，但這種調(diào)節(jié)能力是有限的。

3.2 環(huán)境溫度對澤陸蛙靜止代謝率的影響

在影響外溫動物靜止代謝率的各種因素中，環(huán)境溫度對外溫動物靜止代謝率影響最顯著，靜止代謝率一般隨環(huán)境溫度的升高而升高[3，5，23]。已有的研究表明，外溫動物耗氧量隨溫度的變化模式有2種：(1)體溫偏離其喜好溫度時，耗氧量變化呈現(xiàn)溫度依賴性；體溫接近喜好溫度時，耗氧量變化的熱依賴性減小。(2)耗氧量隨溫度升高持續(xù)增加，直至耐受溫度上限[1]。在10～35 ℃的環(huán)境溫度條件下，澤陸蛙雌雄個體的靜止代謝率差異不顯著，澤陸蛙在空氣中的耗氧量隨溫度升高而增加，符合上述耗氧量隨溫度的升高而持續(xù)增加的能流模型，顯示了外溫動物代謝熱依賴性的一般特點(diǎn)，這與其他外溫動物相似，如多疣壁虎[3]、蛤蚧[10]、北草蜥[20]等。澤陸蛙的靜止代謝增加速率在不同環(huán)境溫度區(qū)間是不同的，在10～25 ℃，靜止代謝率隨環(huán)境溫度變化的增加速率變化緩慢，表明在這個環(huán)境溫度范圍內(nèi)靜止代謝率顯示相對的非熱敏感性，自身代謝活動較弱，而環(huán)境溫度超過25 ℃后，靜止代謝率隨環(huán)境溫度變化的增加速率明顯加快，說明其靜止代謝率變化的熱敏感性顯著提高，自身代謝活動加強(qiáng)，這可能與澤陸蛙體內(nèi)酶活性有關(guān)，因?yàn)樵谝欢囟确秶鷥?nèi)，酶活性隨溫度的升高而增強(qiáng)，其催化的代謝活動也相應(yīng)增強(qiáng)。

3.3 靜止代謝率與體質(zhì)量的關(guān)系

體質(zhì)量是影響所有已被研究的外溫動物靜止代謝率的重要因素[6-8，17，24]。根據(jù)體表面積定律，動物體質(zhì)量與耗氧量的一般規(guī)律是：單位體質(zhì)量的耗氧量隨體質(zhì)量的增加而下降、絕對耗氧量隨體質(zhì)量的增加而增加[3，5]。體質(zhì)量越小的個體單位體質(zhì)量的體表面積越大，體表散熱能力就越強(qiáng)，其靜止代謝率也相對較高。在本研究中，當(dāng)環(huán)境溫度為20、30、35 ℃時，澤陸蛙的靜止代謝率隨體質(zhì)量的增加而下降，靜止代謝率與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)在-0.523～-0.449，和麗斑麻蜥(-0.632)與草原沙蜥(-0.699)[17]相接近。本研究中雄性澤陸蛙的平均體質(zhì)量小于雌性的，而其靜止代謝率卻高于雌性的，符合上述體表面積定律。由此可以看出體質(zhì)量是影響澤陸蛙靜止代謝率的一個因素，體質(zhì)量越大，靜止代謝率就越?。惑w質(zhì)量越小，靜止代謝率就越大。

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(責(zé)任編輯 馬殷華)

The Study on Thermoregulation and Testing MetabolicRate of theFejervaryamultistriata

WEI Zhonghui1，2， WU Meiyan1，2， LI Yuhui1，2， CHENG Bixia1，2， WU Zhengjun1，2

(1. Guangxi Key Laboratory of Rare and Endangered Animal Ecology, Guilin Guangxi 541006, China;2. College of Life Science, Guangxi Normal University， Guilin Guangxi 541006， China)

In order to study the thermoregulation and resting metabolic rate ofFejervaryamultistriata， the oxygen consumption ofF.multistriatawas determined in laboratory using the open type respiration measurement instrument for determining the RMR. The results showed that the body temperature and RMR under different ambient temperature (10 ℃， 15 ℃， 20 ℃， 25 ℃， 30 ℃， 35 ℃) between the male and femaleF.multistriatawere not significantly different (P>0.05). The body temperature ofF.multistriatahad significant positive correlation with the ambient temperature (10～35 ℃)， the linear equation wasTb=0.881 7Ta-1.355 2 (r2=0.996 1，F(xiàn)1，6=1 009.98，P<0.01). TheηRMRofF.multistriataincreased with the ambient temperature (10～35 ℃)， the equation wasηRMR=3.176-0.314Ta+0.01Ta2(r2=0.976，F(xiàn)1，6=18.251，P=0.021). TheηRMRofF.multistriatahad significant negative correlation with the weight in 20 ℃， 30 ℃， 35 ℃， the correlation coefficients were -0.449， -0.523 and -0.512 respectively. The results indicated that the body temperature andηRMRofF.multistriatachanged with the ambient temperature， showing the characteristics of body temperature and metabolism of the cold-blooded animals， and the ability of conducting the body temperature by physiological thermoregulation.

Fejervaryamultistriata; oxygen consumption; thermoregulation; resting metabolic rate

10.16088/j.issn.1001-6600.2016.04.021

2016-06-10

廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目基金資助(桂科能16-A-01-02)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31360522)

武正軍(1970—)，男，湖南靖州人，廣西師范大學(xué)教授，博士。E-mail：wu＿zhengjun@aliyun.com

Q955

A

1001-6600(2016)04-0137-06