橫斷山不同地區(qū)大絨鼠冬季體重調(diào)節(jié)

韓春艷 賈 婷 楊 忌 王政昆 朱萬龍*

(1.云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)植物生態(tài)適應(yīng)進(jìn)化及保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程研究中心；云南省生物質(zhì)能與環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明，650500；2.云南經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，昆明，650106)

小型哺乳動(dòng)物通過調(diào)節(jié)能量的攝入和消耗來調(diào)節(jié)體重以適應(yīng)不同環(huán)境的變化[1-2]。動(dòng)物的消化道具有容納、處理食物和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力，食物的質(zhì)量等外界環(huán)境因素影響消化道長(zhǎng)度[3]。研究表明，小型哺乳動(dòng)物消化道長(zhǎng)度隨季節(jié)變化，是表型可塑性的一種[4]，指動(dòng)物為適應(yīng)食物質(zhì)量和環(huán)境溫度，消化道在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)上發(fā)生的可逆性變化[5]，是動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境的重要特征[6]。研究發(fā)現(xiàn)，小型哺乳動(dòng)物會(huì)通過降低體重和改變消化道長(zhǎng)度來提高在低溫和食物匱乏條件下的生存率[7]。

瘦素是白色脂肪分泌的一個(gè)16kDa的蛋白類激素，含167個(gè)氨基酸[8]，是一個(gè)重要的脂肪細(xì)胞因子[9]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中瘦素可抑制下丘腦弓狀核促食神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y，NPY)和刺鼠相關(guān)蛋白(agouti-related peptide，AgRP)的基因表達(dá)，同時(shí)，刺激弓狀核抑食神經(jīng)肽前阿黑皮素(pro-opiomelanocortin，POMC)和可卡因和安非他明調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄肽(cocaine and amphetamine regulated transcript peptide，CART)的表達(dá)，從而抑制攝食、促進(jìn)產(chǎn)熱、降低體重[10]。研究發(fā)現(xiàn)，高水平的瘦素可以抑制食欲，增加能量消耗[11]，低濃度的瘦素促進(jìn)小型哺乳動(dòng)物的進(jìn)食，影響動(dòng)物的體重及能量平衡[12]。

橫斷山位于中國西南部，青藏高原的東南部，作為長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)屏障區(qū)，是中國珍稀瀕危動(dòng)植物的避難所，也是世界上生物多樣性最豐富的地區(qū)之一[13]，對(duì)周邊區(qū)域乃至中國西部地區(qū)氣候和生態(tài)環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響[14]。該地區(qū)隨海拔升高，氣溫降低，降水增加，具有干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，立體氣候顯著等特點(diǎn)[15]。大絨鼠(Eothenomysmiletus)為橫斷山固有種[16]，主要分布于我國云南省的橫斷山地區(qū)中部，營地表淺層洞道生活，多在夜間活動(dòng)，以含水量高的鮮嫩植物、草的根部以及莖部為主要食物[17]。本研究組之前的研究結(jié)果表明，夏季香格里拉和德欽地區(qū)的大絨鼠體重顯著小于麗江、劍川和哀牢山3個(gè)地區(qū)，但是肝臟和小腸重顯著高于其它3個(gè)地區(qū)，表明不同地區(qū)大絨鼠通過調(diào)節(jié)體重和消化道形態(tài)等生理指標(biāo)來適應(yīng)不同的環(huán)境條件[18]。而冬季橫斷山區(qū)的環(huán)境因子更為脅迫，因此本研究采集冬季橫斷山區(qū)自北向南分別從德欽、香格里拉、麗江、劍川和哀牢山5個(gè)不同地區(qū)的大絨鼠，測(cè)定和比較其體重、身體組成、消化道、血清瘦素以及下丘腦神經(jīng)肽含量的變化，為探究大絨鼠在冬季對(duì)橫斷山不同地區(qū)適應(yīng)機(jī)制提供證據(jù)。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物于2019年冬季分別捕自橫斷山地區(qū)的5個(gè)地點(diǎn)，自南向北依次為：哀牢山、劍川、麗江、香格里拉和德欽。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均為非繁殖期的健康成年個(gè)體，每組6只動(dòng)物。

表1 橫斷山區(qū)大絨鼠采樣點(diǎn)Tab.1 Features of the sampling site in E.miletus from Hengduan Mountains

1.2 動(dòng)物處理

用捕鼠籠捕捉動(dòng)物，當(dāng)天在地方病防治站稱量體重后處死，記錄繁殖狀態(tài)等。將心、肺、肝、脾、腎、胃、小腸、大腸及盲腸完整取出，仔細(xì)剔除黏連的結(jié)締組織，在濾紙上蘸干，稱量鮮重(精度為0.1 mg)。取血清和下丘腦，血清瘦素濃度和下丘腦神經(jīng)肽基因表達(dá)量分別用放射免疫法和實(shí)時(shí)熒光定量方法測(cè)定，詳見Zhu等[19]2017研究報(bào)道。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行分析，所有數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。本研究組之前發(fā)現(xiàn)大絨鼠雌雄之間生理數(shù)據(jù)差異不明顯[20]，故數(shù)據(jù)合并分析。5個(gè)地區(qū)的各種指標(biāo)差異性采用單因素方差分析(one-way ANOVA)或協(xié)方差分析(ANCOVA)進(jìn)行分析，以體重作為協(xié)變量。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SE)表示，其中P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 體重、身體組成及消化道重量

冬季5個(gè)地區(qū)大絨鼠體重差異極顯著(F=22.23，P<0.01，圖1)，其中香格里拉和德欽地區(qū)的大絨鼠體重顯著低于其他3個(gè)地區(qū)。肝臟重量5個(gè)地區(qū)之間有顯著差異(F=3.25，P<0.05，表2)，其余身體組成重量均差異不顯著(P>0.05)。5個(gè)不同地區(qū)大絨鼠的胃重有極顯著差異(F=4.26，P<0.01)，盲腸重量5個(gè)地區(qū)之間差異顯著(F=2.69，P<0.05)，其余消化道重量差異不顯著。

表2 5個(gè)地區(qū)大絨鼠內(nèi)臟器官重量和消化道重量變化Tab.2 Changes of body composition and digestive tract masses in E.miletus at five regions

2.2 血清瘦素含量和下丘腦神經(jīng)肽表達(dá)量

冬季5個(gè)地區(qū)大絨鼠血清瘦素含量差異極顯著(F=8.69，P<0.01，圖2)，其中香格里拉和德欽地區(qū)的大絨鼠血清瘦素含量顯著低于其他3個(gè)地區(qū)。冬季5個(gè)地區(qū)大絨鼠下丘腦神經(jīng)肽NPY和AgRP表達(dá)量地區(qū)之間差異顯著(NPY：F=4.21，P<0.05；AgRP：F=2.89，P<0.05)，但是POMC和CART表達(dá)量沒有地區(qū)差異。

3 討論

小型哺乳動(dòng)物的體重變化受環(huán)境溫度、海拔及食物的影響，動(dòng)物為適應(yīng)不同的棲息環(huán)境，形成各自不同的獲能策略[21]。在自然條件下，小型哺乳動(dòng)物必須通過行為或生理調(diào)節(jié)來滿足能量需求[22]。本次采樣點(diǎn)從北向南分別在德欽、香格里拉、麗江、劍川和哀牢山，年平均氣溫和采樣期氣溫由北向南依次升高，本研究組之前的研究結(jié)果表明夏季橫斷山5個(gè)采樣地大絨鼠體重由南向北依次降低[18]，這可能和不同地區(qū)環(huán)境因素的漸變有關(guān)。本研究中，德欽和香格里拉的大絨鼠體重明顯低于其他3個(gè)地方，這可能和植被類型與高海拔低溫度有關(guān)。

肝臟是小型哺乳動(dòng)物的產(chǎn)熱的器官之一[23]。在本研究中，德欽和香格里拉兩個(gè)地區(qū)的大絨鼠肝臟重量明顯高于其他3個(gè)地區(qū)，表明大絨鼠可能通過增加肝臟重量，增加產(chǎn)熱，來抵抗兩個(gè)地區(qū)的低溫環(huán)境。胃作為小型哺乳動(dòng)物消化道的重要組成部分，其形態(tài)常因食性的不同而變化[24]。動(dòng)物胃的大小與溫度、食物質(zhì)量和繁殖狀態(tài)等很多因素有關(guān)[25]。胃越大，儲(chǔ)存的食物越多，食物在胃里消化時(shí)間變長(zhǎng)，增加食物消化吸收的效率[26]。本研究組之前的研究結(jié)果表明夏季哀牢山大絨鼠較劍川、麗江、德欽和香格里拉地區(qū)的胃重大[18]。冬季哀牢山大絨鼠胃重高于其他4個(gè)地區(qū)，劍川和麗江的大絨鼠胃重也顯著高于德欽和香格里拉地區(qū)，這可能是與溫度和植被類型有關(guān)。由于冬季哀牢山、劍川、麗江地區(qū)大絨鼠所食用的草根及嫩葉在冬天未被冰雪覆蓋，大絨鼠有充足的食物資源和相對(duì)較大的胃，具有重要的生態(tài)學(xué)意義，它既可提高覓食效率和獲得足夠食物，又可減少暴露時(shí)間，從而降低被捕食的風(fēng)險(xiǎn)[27]。盲腸是纖維素的發(fā)酵部位，纖維素經(jīng)盲腸分解后的營養(yǎng)物質(zhì)主要由大腸吸收[28]。盲腸對(duì)于食物質(zhì)量做出靈敏反應(yīng)，當(dāng)在低溫條件下，食物質(zhì)量下降，纖維素含量升高時(shí)，盲腸會(huì)變重[29-30]。

瘦素由白色脂肪組織分泌的，作為一種信號(hào)通過血液循環(huán)作用于下丘腦[31]。動(dòng)物在低溫時(shí)瘦素降低，低濃度的瘦素防止進(jìn)一步消耗能量。保持能量輸入和輸出的平衡[32]。本研究組之前結(jié)果表明，低溫誘導(dǎo)大絨鼠降低瘦素，低濃度的瘦素促進(jìn)大絨鼠進(jìn)食，增加能量收入，從而產(chǎn)生熱量適應(yīng)低溫環(huán)境[33]。本研究中，香格里拉和德欽的血清瘦素含量明顯低于其他3個(gè)地方，與之前結(jié)果一致，大絨鼠可能通過降低瘦素和體重適應(yīng)高海拔低溫度地區(qū)(香格里拉和德欽)惡劣的環(huán)境。通過比較4種小型哺乳動(dòng)物不同季節(jié)的血清瘦素和下丘腦神經(jīng)肽表達(dá)量變化(表3)，可見4種動(dòng)物下丘腦NPY表達(dá)量均在冬季增加，大絨鼠和高山姬鼠(Apodemuschevrieri)的AgRP表達(dá)量冬季比夏季高，其余兩種的AgRP不變。但是5個(gè)地區(qū)大絨鼠的下丘腦抑食類神經(jīng)肽POMC和CART相對(duì)表達(dá)量沒有顯著差異，可能和低溫環(huán)境中動(dòng)物的產(chǎn)熱增加有關(guān)，因?yàn)镻OMC和CART的表達(dá)水平越高，冬季產(chǎn)熱就越明顯[19]。這和中緬樹鼩(Tupaiabelangeri)的變化不同，但是和其他物種變化相似(表3)，說明不同季節(jié)不同物種的下丘腦神經(jīng)肽調(diào)節(jié)具有種屬特異性。本研究中，香格里拉和德欽NPY和AgRP相對(duì)表達(dá)量顯著高于其余其他3個(gè)地區(qū)，表明高海拔低溫度地區(qū)大絨鼠通過增加NPY和AgRP相對(duì)含量，增加食欲，促進(jìn)大絨鼠的進(jìn)食，增加產(chǎn)生熱量，抵抗低溫帶來的脅迫[34]。以上結(jié)果說明血清瘦素和下丘腦神經(jīng)肽表達(dá)量可能參與了大絨鼠的體重調(diào)節(jié)。

表3 4種小型哺乳動(dòng)物不同環(huán)境條件下的血清瘦素和下丘腦神經(jīng)肽表達(dá)量變化Tab.3 Changes of serum leptin levels and hypothalamic neuropeptide expressions in four small mammals under different environmental conditions

綜上所述，冬季橫斷山不同地區(qū)的大絨鼠通過改變體重、肝臟重量、大腸重量、盲腸重量、血清瘦素、下丘腦促食類神經(jīng)肽相對(duì)表達(dá)量，最終適應(yīng)該地區(qū)不同的環(huán)境變化。