黃嘴白鷺初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律

雷　威，林清賢，陳小麟

(廈門大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，福建廈門361102)

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黃嘴白鷺初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律

雷威，林清賢，陳小麟*

(廈門大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，福建廈門361102)

摘要：采用性別鑒定分子技術(shù)研究易危物種黃嘴白鷺(Egretta eulophotes)的初雛性別比例(性比)，探討晚成鳥初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律.在種群水平上，黃嘴白鷺初雛性比沒有顯著的雌雄偏向(47.37%雄性，p=0.37)；平均窩卵數(shù)為3.71±0.09(n=109)，其中，擁有4枚卵的巢最常見(57.80%).在巢水平上，初雛性比隨窩卵數(shù)而變化(p=0.003)；擁有3枚卵的巢的初雛性比具有顯著的雄性偏向(69.23%雄性，p=0.02)，而擁有4枚卵的巢無顯著的性別偏向(44.23%雄性，p=0.17)，擁有5枚卵的巢則有顯著的雌性偏向(31.43%雄性，p=0.04)；擁有3枚卵的巢的初雛性比顯著大于擁有4枚卵的巢(p=0.005)及5枚卵的巢(p=0.001)，而初雛性比在擁有4枚卵的巢與擁有5枚卵的巢之間無顯著差異(p=0.17).綜上可見，黃嘴白鷺具有晚成鳥特有的性別分配機(jī)制，即窩卵數(shù)的變化能調(diào)整初雛性比.

關(guān)鍵詞：初雛性比；窩卵數(shù)；黃嘴白鷺；性雙態(tài)；鷺科鳥類

性別比例(性比)是影響種群數(shù)量動態(tài)變化的重要參數(shù)[1-3].鳥類后代性比可分為初雛性比(hatching sex ratio)和離巢雛鳥性比(fledging sex ratio)[4].Fisher假說認(rèn)為，理論上親代對子女的撫育投入是相同的，且絕大部分有性繁殖物種性比接近1∶1；然而，在自然選擇作用下，后代性比總是偏向有較高繁殖成效的性別[5-6].越來越多的鳥類學(xué)研究證實，雌親能夠調(diào)整后代性比以適應(yīng)社會因素或生態(tài)條件的變化，這些因素包括雄性對雌性的吸引力[7-10]、雄性婚外配行為[9，11]、不同性別配偶的擴(kuò)散能力[12]、不同性別配偶的食物資源多寡[9，13-15]等.?igarden 和 Lifjeld提出的性別分配機(jī)制認(rèn)為，晚成鳥類的雌親能根據(jù)窩卵數(shù)的多寡適應(yīng)性地調(diào)整后代性別組成[16].

黃嘴白鷺(Egrettaeulophotes，Chinese egret)隸屬鸛形目(Ciconiiformes)鷺科(Ardeidae)，其雛鳥為晚成性.黃嘴白鷺在1860年由英國人Swinhoe發(fā)現(xiàn)于廈門，目前全球種群數(shù)量只有2 600～3 400只，世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)將其列入易危物種[17-18].近年來，隨著人們對瀕危動物保護(hù)的關(guān)注，關(guān)于黃嘴白鷺的研究報道逐漸增多.Wei等[19]發(fā)現(xiàn)黃嘴白鷺雄鳥在繁殖季節(jié)有較高頻率的婚外配行為；Fang等[20]分析了黃嘴白鷺雛鳥的食性；微衛(wèi)星位點(SSR)、線粒體DNA(mtDNA)及主要組織相容性復(fù)合體(MHC)基因等分子標(biāo)記逐漸應(yīng)用于黃嘴白鷺種群遺傳學(xué)研究[21-25]；黃嘴白鷺性別及物種鑒定的分子方法也已成功建立[1-2，26].然而，對黃嘴白鷺乃至鷺科鳥類的性比研究至今卻未見報道.

本研究主要內(nèi)容：1) 調(diào)查黃嘴白鷺種群初雛性比；2) 探討黃嘴白鷺初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律；3) 通過比較卵體積及成鳥體尺的雌雄差異，評估雌親對雌雄后代撫育投入的差異，探討晚成鳥基于窩卵數(shù)變化的性別分配機(jī)制是否適用于黃嘴白鷺.

1材料與方法

1.1材料

黃嘴白鷺樣品采自遼寧省大連市無居民海島形人坨(39.52°N，123.05°E)及福建省廈門大嶼島白鷺自然保護(hù)區(qū)(24.45°N，118.03°E).組織或羽毛樣品均采自形人坨：背部羽毛采自5～10日齡的雛鳥，組織樣品采自野外死亡個體或未成功孵化的胚胎，并置于95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇中-20 ℃保存；大嶼島成鳥血樣使用肱骨下靜脈抽取方法采集，并置于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 乙二胺四乙酸(EDTA)中-20 ℃保存.基因組DNA提取試劑盒購自寶生物工程(大連)有限公司.

1.2方法

1.2.1野外調(diào)查

在2012年5—7月，每日搜尋并記錄形人坨黃嘴白鷺巢、卵及雛鳥，標(biāo)記新發(fā)現(xiàn)的巢及卵，環(huán)志新出殼的雛鳥.隨機(jī)選取70枚容易獲得的卵(取自70個不同的巢)，用精確度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺測量卵的長、短徑.為比較黃嘴白鷺雌雄成鳥體尺的差異，用精度為0.1 g的電子秤對大嶼島上隨機(jī)選取的40只成鳥稱質(zhì)量，并用精確度為0.1 mm的皮尺測量其體長、嘴峰長、翅長及跗蹠長.野外調(diào)查時間均限于每天早晨的6:00—8:00內(nèi)，完成調(diào)查取樣后，將卵、雛鳥及成鳥及時放歸原處，以減少人為干擾的傷害.

1.2.2物種與性別鑒定

使用基因組DNA提取試劑盒提取羽毛、血液及組織樣品的基因組DNA(方法參見說明書).由于黃嘴白鷺經(jīng)常與白鷺(E.garzetta)混群營巢[25-26]，本研究首先利用Huang等[26]的方法對樣本進(jìn)行物種鑒定，以排除白鷺對實驗結(jié)果可能造成的干擾，再利用Wang等[2]的方法對樣本進(jìn)行性別鑒定.

1.2.3數(shù)據(jù)分析

依據(jù)計算公式V=LW2π/6估算卵體積大小，其中V為卵體積，L為卵長徑，W為卵短徑[27].性比指雄性個體所占的比例.數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析：利用二項式檢驗檢測性比是否顯著偏離1∶1，利用柯爾莫可洛夫-斯米洛夫檢驗檢測數(shù)據(jù)的正態(tài)分布，利用獨立樣本t-檢驗比較各組平均值之間的差異，利用卡方檢驗比較各組比率值之間的差異.數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，顯著水平設(shè)定為p<0.05.

2結(jié)果與分析

2.1種群初雛性比

在形人坨黃嘴白鷺繁殖種群，總共發(fā)現(xiàn)109個巢，404枚卵，窩卵數(shù)為3.71±0.09(n=109)，其中擁有4枚卵的巢最為常見，占總巢數(shù)的57.80%(圖1).在404枚卵中，最終能提供有效基因組DNA以供性別鑒定的卵數(shù)為323枚(包括出殼雛鳥及未成功孵化的胚胎)，包括153枚雄性及170枚雌性，初雛性比沒有顯著的性別偏向(47.37%雄性，p=0.37).

圖1　黃嘴白鷺繁殖種群窩卵數(shù)的分布頻率Fig.1The distribution of clutch sizes in the Chinese egret

種群初雛性比觀測值與取樣樣本量大小的變化關(guān)系如圖2所示.當(dāng)樣本量達(dá)到170只(48個巢)時，種群初雛性比觀測值趨于穩(wěn)定，表明本研究基于323只雛鳥(109個巢)的種群初雛性比具有代表性.

圖2　種群初雛性比觀測值隨樣本量的變化趨勢Fig.2Hatching sex ratios of the Chinese egret plotted against numbers of hatchlings analyzed

在109個巢中，有59個巢共230枚卵或雛鳥獲得完整取樣，而另外50個巢則由于部分卵或雛鳥丟失，或無法提供有效基因組DNA導(dǎo)致最終取樣不全.基于這59個巢共230枚卵或雛鳥得到的窩卵數(shù)(3.90±0.08；t=-1.38，df=166，p=0.17)，擁有4枚卵的巢占比(66.10%；χ2=0.04，df=1，p=0.84)及初雛性比(46.52%雄性；χ2=1.11，df=1，p=0.29)與基于109個巢得到的數(shù)值均無顯著差異.

2.2初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律

59個完整取樣的巢包括13個擁有3枚卵的巢、39個擁有4枚卵的巢及7個擁有5枚卵的巢.在巢水平上，初雛性比隨窩卵數(shù)的不同而變化(χ2= 11.62，df=2，p=0.003).擁有3枚卵的巢的初雛性比有顯著的雄性偏向(69.23%雄性，p=0.02)，而擁有4枚卵的巢無明顯的性別偏向(44.23%雄性，p=0.17)，擁有5枚卵的巢則有顯著的雌性偏向(31.43%雄性，p=0.04).擁有3枚卵的巢的初雛性比顯著大于擁有4枚卵的巢(χ2= 7.80，df=1，p=0.005)及5枚卵的巢(χ2= 10.55，df=1，p=0.001)，而初雛性比在擁有4枚卵的巢與5枚卵的巢之間則無顯著差別(χ2= 1.93，df=1，p=0.17)(圖3).

U表示無明顯性別偏向，沒有相同字母標(biāo)注的 表示差異顯著(p<0.05).圖3　擁有不同窩卵數(shù)的巢的初雛性比差異比較Fig.3Hatching sex ratios varied with clutch sizes in the Chinese egret

表1　不同性別卵體積大小及成鳥體尺差異比較

Tab.1　Size differences of egg volume or adult body between different sexes in the Chinese egret

比較項卵體積/cm3體質(zhì)量/g體長/cm嘴峰長/cm翅長/cm跗蹠長/cm雄性28.23±0.39(n=23)406.50±7.37(n=12)58.20±0.57(n=12)10.03±0.10(n=12)26.77±0.17(n=12)5.67±0.07(n=12)雌性27.35±0.23(n=37)351.64±6.39(n=28)54.23±0.33(n=28)9.43±0.06(n=28)24.58±0.14(n=28)5.26±0.04(n=28)差異度/%3.2215.607.326.368.917.79t-1.965.026.255.639.215.46df583838383838p0.060.010.010.010.010.01

注：差異度指雌雄之間測量值的差值占雌性測量值的百分比[16]；t,df,p基于獨立樣本t-檢驗.

2.3卵體積及成鳥體尺的雌雄差異

隨機(jī)選取的70枚卵的長、短徑分別為(46.12±0.18)，(33.85±0.09) mm，其中有60枚卵最終能提供有效基因組DNA并用于后續(xù)研究，而另外10枚卵丟失或無法提供有效基因組DNA.基于這60枚卵比較雌雄卵體積大小差異，雄性卵體積((28.23±0.39) cm3，n=23)比雌性((27.35±0.23) cm3，n=37)大3.22%(p=0.06)；隨機(jī)選取的40只黃嘴白鷺成鳥包括12只雄性及28只雌性，成鳥性比有顯著的雌性偏向(30.00%雄性，p=0.02)；雄鳥體質(zhì)量、體長、嘴峰長、翅長及跗蹠長比雌鳥分別大15.60%，7.32%，6.36%，8.91%及7.79%(表1).

3討論

黃嘴白鷺種群的初雛性比無明顯性別偏向，其平均窩卵數(shù)(3.71枚)與最常見窩卵數(shù)(4枚)相近，且在擁有4枚卵的巢中，其初雛性比也無明顯性別偏向.Lack窩卵數(shù)假說認(rèn)為，鳥類在擁有最佳窩卵數(shù)時的繁殖成效達(dá)到最高，而最佳窩卵數(shù)近似于最常見窩卵數(shù)[28-29].可見，黃嘴白鷺窩卵數(shù)在4枚時，其后代性別比例達(dá)到了最優(yōu)化，繁殖成效也最高.黃嘴白鷺種群的初雛性比觀測值受樣本量大小影響，當(dāng)樣本量達(dá)到170只雛鳥(48個巢)時，觀測值能準(zhǔn)確地代表種群初雛性比的真實值.這與Johnson等[11]的觀點一致，即要對某個種群性別比例進(jìn)行可信的估算，樣本量應(yīng)超過150只個體(30個巢).

黃嘴白鷺的窩卵數(shù)變化能夠調(diào)整初雛性比，這種性別分配機(jī)制與雌雄個體需要的撫育投入差異有關(guān)，黃嘴白鷺雄性個體所需要的撫育投入大于雌性.盡管其雄性與雌性的卵體積之間無顯著差異，但是前者略大于后者，提示雄性在胚胎發(fā)育過程中對營養(yǎng)及能量的需求可能大于雌性[30-31]；而雄性成鳥體尺顯著大于雌性成鳥，也說明親代對雄性個體的撫育投入大于雌性[16，32].黃嘴白鷺初雛性比隨窩卵數(shù)的不同而出現(xiàn)規(guī)律性的變化.本研究發(fā)現(xiàn)，擁有4枚卵的巢無明顯性別偏向，擁有3枚卵的巢具有顯著的雄性偏向，而擁有5枚卵的巢則有顯著的雌性偏向.這一現(xiàn)象可由Trivers-Willard假說得到解釋：在有利于繁殖成效的進(jìn)化適應(yīng)上，當(dāng)食物資源充裕時，親代優(yōu)先繁育較強(qiáng)壯、生長快的雄性后代；反之，當(dāng)食物比較匱乏時，則繁育更多的雌性后代.顯然，雄性后代的撫育需要投入較大，食物資源充裕時才更有可能存活；食物匱乏時，繁育更多的雄性后代則導(dǎo)致競爭更激烈，這種進(jìn)化適應(yīng)有利于提高后代的繁殖成效[6，9，13-15，33].由于黃嘴白鷺雛鳥食物單一，主要來源于濱海濕地[20]，窩卵數(shù)較大勢必會造成同巢雛鳥的食物相對匱乏，競爭相對激烈.在擁有5枚卵的巢中，相比于擁有3枚卵或4枚卵的巢中，其后代食物相對比較匱乏，親代適應(yīng)性地繁育更多雌性后代，這種繁殖策略有利于保證后代對食物資源的需求；反之，在擁有3枚卵的巢中，由于后代食物相對比較充裕，親代則繁育較多的雄性后代.近年來，在對其他晚成鳥，如河烏(Cincluscinclus)和紅隼(Falcotinnunculus)進(jìn)行性比研究時也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)食物資源比較匱乏時，在擁有較大窩卵數(shù)的巢中，后代性比會出現(xiàn)明顯雌性偏向[16，34].

本研究分析了黃嘴白鷺初雛性比與窩卵數(shù)之間的變化規(guī)律，證實晚成鳥基于窩卵數(shù)變化的性別分配機(jī)制適用于黃嘴白鷺，該結(jié)果為今后深入闡明鷺科鳥類性別分配機(jī)制奠定了基礎(chǔ).本研究初步獲得黃嘴白鷺成鳥性比具有顯著的雌性偏向，然而，該結(jié)果僅基于40只個體，遠(yuǎn)低于黃嘴白鷺種群性比可信估算樣本量(170只)，因此，該雌性偏向是否具備種群的代表性仍有待于今后加大樣本量的進(jìn)一步檢驗.

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doi：10.6043/j.issn.0438-0479.201512020

收稿日期：2015-12-21錄用日期：2016-02-16

基金項目：國家自然科學(xué)基金(41476113，31272333)；科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(2015FY110200)；福建省科技創(chuàng)新平臺項目(2010Y2007)

*通信作者：xlchen@xmu.edu.cn

中圖分類號:Q 958.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0438-0479(2016)04-0510-05

Hatching Sex Ratio Varied with Clutch Size in the Vulnerable Chinese Egret (Egretta eulophotes)

LEI Wei，LIN Qingxian，CHEN Xiaolin*

(Key Laboratory of the Coastal and Wetland Ecosystems，Ministry of Education,College of the Environment & Ecology，Xiamen University，Xiamen 361102，China)

Abstract:This study used a molecular sexing technique to investigate the hatching sex ratio in the vulnerable Chinese egret (Egretta eulophotes) for the first time，and examined the variation of hatching sex ratio in relation to clutch size in this altricial bird.The hatching sex ratio of the Chinese egret was unbiased in the whole population (47.37% males，p=0.37).In this egret，the mean clutch size was 3.71±0.09 (n=109)，and four-egg occurred frequently in clutches (57.80%).However，there was a significant excess of males in three-egg clutches (69.23% males，p=0.02)，whereas deficit in five-egg clutches (31.43% males，p=0.04)，but no deviation from parity for four-egg clutches (44.23% males，p=0.17).The three-egg clutch category differed significantly from four-egg (p=0.005) and five-egg (p=0.001) clutch categories in hatching sex ratios，whereas the latter two clutch-size categories did not significantly differ from each other (p=0.17).These results confirm that the Chinese egret has the sex allocation mechanism specific in altricial birds，that is，the hatching sex ratio varies with clutch size.

Key words:hatching sex ratio;clutch size;Egretta eulophotes;sexually dimorphic;Ardeidae

Citation：LEI W，LIN Q X，CHEN X L．Hatching sex ratio varied with clutch size in the vulnerable Chinese egret (Egrettaeulophotes)[J].Journal of Xiamen University(Natural Science)，2016,55(4)：510-514．(in Chinese)