不同溫度下黑線倉(cāng)鼠應(yīng)對(duì)食物短缺的能量學(xué)對(duì)策

霍達(dá)亮 廖莎莎 曹靜 趙志軍

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，溫州 325035）

動(dòng)物生理和行為特征的可塑性對(duì)其適應(yīng)環(huán)境變化、提高生存能力具有重要意義(Nespoloet al.,2001; Nayaet al., 2011; 王德華，2011; Zhanget al., 2016)。體重、能量攝入和能量支出的生理調(diào)節(jié)是小型哺乳動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境變化的主要能量學(xué)策略(Zhanget al., 2012; Khakisahnehet al., 2019; 崔志強(qiáng)等，2019)。食物資源的不確定性是動(dòng)物在自然環(huán)境中面臨的主要問(wèn)題之一，食物短缺條件下許多動(dòng)物通常動(dòng)員脂肪貯存，降低代謝率和活動(dòng)行為以降低能量支出，從而增強(qiáng)自身耐受能力(Hambly and Speakman,2005;Gutmanet al.,2007)；也有一些動(dòng)物通過(guò)增加活動(dòng)行為以尋覓食物，導(dǎo)致能量支出增加，使耐受食物短缺的能力降低，但與此同時(shí)增加了獲取食物資源的機(jī)會(huì)，增加生存概率(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002;趙志軍等，2009a，2009b)。在上述兩種應(yīng)對(duì)食物短缺的行為策略中，代謝產(chǎn)熱能量支出的生理調(diào)節(jié)可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。

靜息代謝率(resting metabolic rate, RMR) 和非顫抖性產(chǎn)熱(nonshivering thermogenesis,NST)是小型哺乳動(dòng)物主要的能量支出方式之一(Heldmaier,1971;Wang and Wang, 1996)，“代謝率轉(zhuǎn)換”假說(shuō)認(rèn)為，動(dòng)物能否適應(yīng)食物資源變化的關(guān)鍵在于其是否具備調(diào)節(jié)代謝率的能力，在食物短缺條件下，可通過(guò)“轉(zhuǎn)換”代謝率，降低代謝水平，以適應(yīng)長(zhǎng)期的食物短缺環(huán)境，動(dòng)物自身“轉(zhuǎn)換”代謝率能力是影響其適應(yīng)策略的主要因素之一(Merkt and Taylor,1994)。相對(duì)于大型動(dòng)物，非冬眠的小型嚙齒類動(dòng)物體型較小，體表面積與體重比值較高，維持恒定體溫調(diào)節(jié)的能量需求更高。小型嚙齒類動(dòng)物的RMR 和NST 水平較高，對(duì)維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)具有重要意義，但與此同時(shí)受環(huán)境因素的影響較大，特別是環(huán)境溫度的變化(Zhanget al.,2012; 趙志軍等，2014)。例如在冬季低溫環(huán)境下RMR 和NST 顯著增加以補(bǔ)償機(jī)體熱散失，夏季高溫環(huán)境下RMR 和NST 顯著降低以減少機(jī)體產(chǎn)熱從而維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)(Jefimowet al., 2004; Ne‐spolo and Franco,2007)。然而在不同的環(huán)境溫度下小型哺乳動(dòng)物是否采用“代謝率轉(zhuǎn)換”以應(yīng)對(duì)食物短缺，尚不明確。

甲狀腺激素(Thyroid hormone, TH) 是參與調(diào)節(jié)機(jī)體代謝和適應(yīng)性產(chǎn)熱最主要的內(nèi)分泌激素之一(Martínez-Sánchezet al.,2017)。TH 有T3和T4兩種主要形式，其中T3的生物活性最強(qiáng)，而血液中TH 主要以T4形式存在。TH 能促進(jìn)褐色脂肪組織、肝臟、腎臟、骨骼肌等組織的耗氧量和產(chǎn)熱量，從而促進(jìn)動(dòng)物整體RMR 和NST 顯著增加，對(duì)動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)具有重要意義(Silva,2006)。TH能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，對(duì)機(jī)體能量代謝平衡的適應(yīng)性調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用。TH 促進(jìn)脂肪酸氧化，加速脂肪分解，從而為機(jī)體提供更多能量(Lanniet al., 2003)。尤其在低溫環(huán)境下，許多動(dòng)物的代謝產(chǎn)熱增強(qiáng)，脂肪動(dòng)員增加，伴隨著血清TH 水平顯著升高(Parket al., 1989; Freake and Oppenheimer,1995)。但TH 在動(dòng)物應(yīng)對(duì)食物短缺的“代謝率轉(zhuǎn)換”策略中的意義尚不清楚，特別是在不同環(huán)境溫度下，TH 與動(dòng)物應(yīng)對(duì)食物短缺的耐受能力之間的關(guān)系尚不明確。

黑線倉(cāng)鼠(Cricetulus barabensis)，屬嚙齒目(Rodentia) 倉(cāng)鼠科(Cricetidae) 倉(cāng)鼠亞科(Hamster)倉(cāng)鼠屬(Cricetulus)，廣泛分布于我國(guó)東北和華北地區(qū)的農(nóng)田和草原，分布西界在甘肅河西走廊的張掖一帶，南界大約在秦嶺至長(zhǎng)江一帶，在安徽、江蘇兩省境內(nèi)有跨江分布記錄；國(guó)外分布于蒙古國(guó)、俄羅斯西伯利亞南部和朝鮮北部等地(張知彬和王祖望，1998)。棲息地氣候具有顯著的季節(jié)性變化，黑線倉(cāng)鼠不冬眠，冬季低溫環(huán)境下代謝率顯著增加，因此具有更高的能量攝入和代謝產(chǎn)熱的需求(Song and Wang,2003;Zhaoet al.,2010)。該鼠是食谷物為主的植食性動(dòng)物，春、夏季節(jié)不貯食，以植物根莖葉為食，秋季儲(chǔ)食作物種子，供越冬食用。由于食物的豐富度受自然環(huán)境的影響，該鼠在自然環(huán)境下的食性和食量也具有明顯季節(jié)性變化，也可能會(huì)面臨食物短缺(斷食或食物不足)的情況(張知彬和王祖望，1998)。黑線倉(cāng)鼠體型較小，代謝率相對(duì)較高，與代謝率低的動(dòng)物相比對(duì)食物短缺(限食和斷食) 耐受能力較低(Song and Wang, 2003;Zhaoet al., 2010; Wenet al., 2018a)。斷食后的黑線倉(cāng)鼠行為活動(dòng)發(fā)生顯著變化，夜間活動(dòng)行為增加，而晝間顯著減低(Wenet al., 2018b)。趙志軍(2012)發(fā)現(xiàn)室溫條件下經(jīng)90%、80%和70%限食馴化3周后，黑線倉(cāng)鼠降低了代謝水平，采用“代謝率轉(zhuǎn)換”策略以應(yīng)對(duì)食物短缺。本研究，在不同的溫度下(5.0℃、21.0℃和32.5℃) 將黑線倉(cāng)鼠完全剝奪食物(斷食處理)，再恢復(fù)自由取食(重喂食)，測(cè)定體溫、能量攝入、代謝率、身體脂肪貯存和血清TH 的變化。我們假設(shè)，在應(yīng)對(duì)急性食物短缺(斷食) 的條件下，黑線倉(cāng)鼠采取“代謝率轉(zhuǎn)換”能量學(xué)對(duì)策，但不同環(huán)境溫度下，其“代謝率轉(zhuǎn)換”能量學(xué)對(duì)策可能不同，優(yōu)先滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求以維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)，TH 可能在這一過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物來(lái)自野生黑線倉(cāng)鼠的室內(nèi)繁殖種群[溫州大學(xué)動(dòng)物氣候室，溫度(21.0±1.0)℃，光照12L∶12D]，動(dòng)物自由取食(北京科澳協(xié)力飼料有限公司，大小鼠維持飼料2212/2252；質(zhì)量比：粗脂肪4.0%、粗蛋白18.0%、粗纖維5.0%、碳水化合物65.1%，熱值為17.6 kJ/g) 和飲水。選取3 ~3.5月齡雄性黑線倉(cāng)鼠，單籠飼養(yǎng)(29 cm×18 cm×16 cm)。提供適量巢材(樺木刨花)，每日更換1次。

選取雄性黑線倉(cāng)鼠(3 ~ 3.5 月齡) 144 只，按照動(dòng)物體重分為3 組，再分別隨機(jī)指定為5.0℃組(n= 47)、21.0℃組(n= 46) 和32.5℃組(n= 51)。5.0℃為該鼠在野外自然環(huán)境下冬季洞穴的大致溫度，也是國(guó)際上通常采用的低溫處理溫度；21.0℃為其正常飼養(yǎng)環(huán)境的溫度，作為對(duì)照組溫度；32.5℃為該鼠熱中性區(qū)的上臨界溫度(Zhaoet al., 2010)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，動(dòng)物飼養(yǎng)在室溫(21.0℃)下自由取食和飲水，每天測(cè)定動(dòng)物體重和日攝食量，連續(xù)記錄7 d (day -7 ~ day 0)，之后5.0℃組動(dòng)物轉(zhuǎn)移至低溫室(5.0±1.0)℃，32.5℃組轉(zhuǎn)移至高溫室(32.5 ± 1.0)℃，動(dòng)物自由飲水，但完全移除食物(此后簡(jiǎn)稱“斷食”)。5.0℃組、21.0℃組和32.5℃組分別在斷食后的12 ~ 24 h、24 ~ 36 h 和36 ~ 48 h，各有1 只動(dòng)物發(fā)生死亡，故此3 組動(dòng)物分別在斷食后的24 h、36 h 和48 h終止斷食處理(Wallace,1976)。5.0℃組斷食24 h、21.0℃組斷食36 h、32.5℃組斷食48 h 后，分別恢復(fù)自由取食(此后簡(jiǎn)稱“重喂食”)，持續(xù)5 周(day1 ~ day35)。重喂食期間，每天測(cè)定動(dòng)物體重和日攝食量(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n=15，圖1)。當(dāng)日提供食物的重量和次日剩余量的差值計(jì)算日攝食量。在室內(nèi)飼養(yǎng)條件下，采用飼養(yǎng)籠飼喂，未發(fā)現(xiàn)黑線倉(cāng)鼠有明顯的貯食行為。

圖1 不同溫度下斷食和重喂食黑線倉(cāng)鼠的時(shí)間軸. RMR：靜息代謝率；NST：非顫抖性產(chǎn)熱. 斷食前和重喂食期間測(cè)定體重和攝食量Fig. 1 The timeline of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. DMR:Daily metabolic rate;Tb:Body temperature;RMR:Resting metabolic rate;NST:Nonshivering thermogenesis;TH:Thyroid hormones;DEI:Digestible energy intake.Body mass and food intake were measured before food deprivation and ad libitum refeeding

1.2 體溫

以體溫傳感器i-button(Maxmin,DS1923)測(cè)定動(dòng)物腹腔體溫(body temperature, Tb)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前1 周(5.0℃斷食組，n= 5；21.0℃斷食組，n= 6；32.5℃斷食組，n= 8)，將傳感器通過(guò)手術(shù)方式植入動(dòng)物腹腔，設(shè)置于1 周后啟動(dòng)記錄，每5 min 記錄1 次體溫?cái)?shù)據(jù)。

1.3 攝入能、消化能和消化率

在重喂食最后1 周測(cè)定攝入能(gross energy in‐take,GEI)和消化率(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n= 15)。稱量當(dāng)日投放食物的重量，48 h后測(cè)定剩余食物重量，收集籠內(nèi)墊料和動(dòng)物糞便，在60℃烘箱干燥至恒重，手動(dòng)分離食物殘?jiān)凹S便后使用氧彈量熱計(jì)(IKA, C2000) 測(cè)定糞便和食物的熱值。根據(jù)投放食物量及剩余食物量的差值計(jì)算出攝食量，根據(jù)以下公式計(jì)算攝入能、糞能(Gross energy of feces, GEF)、消化能(Digestible energy intake, DEI) 和消化率(Liu and Wang,2007;余靜欣等，2020)。

攝入能(kJ/d) = 攝食量(g/d) × [1 - 飼料含水量(%)]×食物能值(kJ/g)；

糞能(kJ/d)=糞粒干重(g/d)×糞粒的能值(kJ/g)；

消化能(kJ/d)=GEI-GEF；

消化率(%)=(DEI/GEI)×100%。

1.4 代謝率測(cè)定

代謝率以開(kāi)放式氧氣代謝儀(TSE, Germany)進(jìn)行測(cè)定。在斷食期間(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n= 8) 以及重喂食第5 周(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n=8)分別測(cè)定代謝率(daily metabolic rate,DMR)。氣體通過(guò)呼吸室的流速為1 L/min，氣體干燥后，以0.38 L/min 的流速通過(guò)氧氣分析儀取樣，氧氣分析儀每10 s 收集1 次數(shù)據(jù)，由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析軟件(TSE,Germany)計(jì)算分析代謝率。代謝率的測(cè)定溫度分別為5.0℃、21.0℃和32.5℃，由氣候箱控溫(± 0.5℃)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別測(cè)定24 h、36 h 和48 h。測(cè)定重喂食期間動(dòng)物的代謝率時(shí)，提供飼料和胡蘿卜。

重喂食第5周末，以開(kāi)放式氧氣代謝儀測(cè)定動(dòng)物RMR 和NST。RMR 測(cè)定溫度為(30.0 ± 1.0)℃(黑線倉(cāng)鼠熱中性區(qū)范圍內(nèi))。動(dòng)物在呼吸室適應(yīng)1 h后，連續(xù)測(cè)定3 h。采用10 min 內(nèi)連續(xù)最小耗氧率平均值計(jì)算RMR。NST 以皮下注射去甲腎上腺素(NE) 誘導(dǎo)的最大耗氧量來(lái)計(jì)算(Heldmaier, 1971;Zhaoet al.,2010)，劑量計(jì)算公式為：NE(mg/kg) =6.6 × Mb–0.458(g)(Heldmaier,1971)。NST在(25.0±1.0)℃下測(cè)定60 min。取10 min內(nèi)連續(xù)最大耗氧量計(jì)算NST。DMR、RMR 和NST 均校正至標(biāo)準(zhǔn)溫度和空氣壓力條件，表示為mLO2/h。

1.5 血清甲狀腺激素水平

斷食處理后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n= 8) 和重喂食5 周后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n=8)分別斷頸處死動(dòng)物，取血，自然凝集2 h 后，3 500 r/min離心10 min，吸取血清，保存于-20℃冰箱中。用放射性免疫法測(cè)定血清甲狀腺激素(T3、T4) 水平(北京北方生物技術(shù)研究所生產(chǎn)和測(cè)定)，T3批內(nèi)和批間測(cè)定變異系數(shù)分別小于2.4%和8.8%；T4分別小于4.3%和7.6%。

1.6 脂肪重量

收集血液后，快速分離BAT、睪丸周脂肪、皮下脂肪、腹腔脂肪和腸系膜脂肪，分別稱重(精確至l mg)，合計(jì)為總脂肪重量(斷食期：5.0℃組，n=10；21.0℃組，n= 10；32.5℃組，n=11。重喂食后：5.0℃組，n= 15；21.0℃組，n= 12；32.5℃組，n= 14)。去除內(nèi)臟器官(消化道、肝臟、心臟、脾臟、肺臟和腎臟) 后的胴體，稱重(精確至l mg)。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的處理采用SPSS 21.0 軟件包。統(tǒng)計(jì)分析前，數(shù)據(jù)經(jīng)Kolmogorov-Smirnov 和Levene 檢驗(yàn)證實(shí)符合正態(tài)分布和方差齊次性。馴化環(huán)境溫度對(duì)體重、攝食量、攝入能、消化能、消化率、DMR、RMR 和NST 的影響，以單因素方差分析法(one-way ANOVA) 或協(xié)方差分析法(one-way ANCOVA) 進(jìn)行分析，以體重作為協(xié)變量。晝間、夜間平均代謝率，脂肪組織重量，血清T3、T4水平以雙因素方差(two-way ANOVA，食物× 溫度) 或協(xié)方差分析法(two-way ANCOVA) 進(jìn)行分析，以胴體重作為協(xié)變量。文中數(shù)據(jù)表示為平均值或者平均值± 標(biāo)準(zhǔn)誤(mean ± SE)，P< 0.05 表示差異顯著(雙尾檢驗(yàn))，P< 0.01 表示差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 體溫

黑線倉(cāng)鼠體溫呈現(xiàn)明顯的晝夜波動(dòng)，與晝間相比夜間體溫明顯升高(圖2A)，斷食前晝間和夜間平均體溫在5.0℃、21.0℃、32.5℃組間無(wú)顯著差異(day 0, 晝間,F2,16= 0.37,P> 0.05, 圖2B; 夜間,F2,16= 0.94,P> 0.05, 圖2C)。斷食第1 天(FD:day 1)，晝間體溫組間差異不顯著[5.0℃組：(36.5±0.3)℃; 21.0℃組：(36.0 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(36.2±0.1)℃;F2,16=0.82,P>0.05]，夜間平均體溫5.0℃組顯著降低[5.0℃組：(35.8 ± 0.1)℃;21.0℃組：(36.4 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(37.1 ±0.1)℃;F2,16= 5.58,P< 0.05]。斷食第2 天(FD:day 2)，晝間體溫組間差異顯著，其中21.0℃組體溫顯著降低[21.0℃組：(35.2±0.3)℃;32.5℃組：(36.1 ± 0.1)℃;t12= 3.14,P< 0.05]。32.5℃組在斷食48 h內(nèi)，體溫未發(fā)生明顯的變化。

圖2 不同溫度下斷食期間的黑線倉(cāng)鼠體溫變化(A)、晝間和夜間平均體溫(B、C，數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). day 0，斷食前；FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. *溫度對(duì)體溫的影響顯著(P<0.05)Fig. 2 Body temperature (Tb) (A), and average Tb during light and dark phases (B and C, mean ± SE) of striped hamsters subjected to food deprivation at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. day 0,before food de‐privation; FD: day 1, day 2, the first and second day of food depriva‐tion. *significant effect of temperature on Tb(P<0.05)

2.2 體重

斷食處理前體重組間差異不顯著，斷食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別降低了18.5%、21.6%和17.6%，重喂食后體重逐漸恢復(fù)，重喂食第35 天5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別增加了23.4%、24.9%和19.0%。在斷食期間，體重組間差異顯著，5.0℃組和21.0℃組顯著低于32.5℃組(F2,40=3.34,P<0.05)，重喂食期間3 組間體重未出現(xiàn)顯著差異(day 35,F2,40= 0.88，P>0.05,圖3A)。

2.3 日攝食量、攝入能和消化率

斷食處理前日攝食量組間差異不顯著。重喂食后5.0℃組日攝食量顯著高于21.0℃組，32.5℃組顯著低于21.0℃組(day 35,F2,39=50.53,P<0.01，post hoc,P<0.05,圖3B)。重喂食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組攝入能分別為(125.62 ± 4.76) kJ/d、(74.92±4.75)kJ/d 和(51.05±2.82)kJ/d，受溫度的影響顯著；與21.0℃組相比，5.0℃組攝入能增加了67.7%，而32.5℃組降低了31.9% (F2,39=102.51,P< 0.01, post hoc,P< 0.05, 圖4A)。消化能也受溫度的顯著影響，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為(100.37±4.00)kJ/d、(60.75±4.10)kJ/d和(41.54 ± 2.77) kJ/d，5.0℃組比21.0℃組顯著增加，而32.5℃組顯著降低(F2,39= 148.37,P<0.01,post hoc,P<0.05,圖4B)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組糞能分別為(25.25±0.95)kJ/d、(14.16±0.69) kJ/d 和(9.52 ± 0.33) kJ/d，組 間 差 異 顯 著，5.0℃組糞能比21.0℃組高78.3%，而32.5℃組降低了32.8% (F2,39= 82.14,P< 0.01, post hoc,P<0.05, 圖4C)。消化率組間差異未達(dá)到顯著水平(F2,40=0.59,P>0.05,圖4D)。

圖3 不同溫度下斷食和重喂食期間黑線倉(cāng)鼠體重(A)和日攝食量(B)的變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). FD：斷食；Re：重喂食；**溫度對(duì)日攝食量的影響顯著(P<0.01)Fig. 3 Body mass (A), and daily food intake (B) of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). FD:food deprivation;Re:refeeding. **significant effect of temperature on daily food intake(P<0.01)

圖4 不同溫度下重喂食黑線倉(cāng)鼠攝入能(GEI,A)、消化能(DEI,B)、糞能(GEF,C)和消化率(D)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). 柱上不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 4 Gross energy intake(GEI,A),digestive energy intake(DEI,B),gross energy of feces(GEF,C)and digestibility(D)of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(means ± SE). Different letters above the columns indicate significant differ‐ence between groups(P<0.05)

2.4 代謝率

黑線倉(cāng)鼠代謝率呈現(xiàn)明顯的晝夜波動(dòng)，晝間較低、夜間較高，其中21.0℃組和5.0℃組的晝夜波動(dòng)更顯著(圖5A、B)。溫度對(duì)斷食期間代謝率影響顯著，5.0℃、21.0℃和32.5℃組晝間平均代 謝 率 分 別 為(210.3 ± 9.4) mLO2/h、(113.9 ±6.8) mLO2/h 和(83.8 ± 4.4) mLO2/h；夜 間 平 均代 謝 率 分 別 為(211.9 ± 9.5) mLO2/h、(126.1 ±3.5) mLO2/h和(88.1±3.4)mLO2/h，與21.0℃組相比，5.0℃組的代謝率顯著升高，而32.5℃組顯著降低(圖5C、D)。重喂食后，晝間和夜間的平均代謝率受溫度的影響顯著，5.0℃組的代謝率顯著升高，32.5℃組顯著降低[晝間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(187.5 ± 9.9) mLO2/h、(106.0 ± 4.9) mLO2/h 和(63.9 ± 3.0) mLO2/h，F(xiàn)2,20=50.32,P< 0.01, 圖5C; 夜 間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(212.8 ± 11.5) mLO2/h、(126.5 ±5.5) mLO2/h 和(67.1 ± 3.6) mLO2/h,F2,20= 61.81,P<0.01,圖5D]；但斷食組和重喂食組之間的代謝率差異不顯著。重喂食的黑線倉(cāng)鼠RMR 受溫度的顯著影響(F2,20= 17.43,P< 0.01)，與21.0℃組相比，5.0℃組增加了19.0%，32.5℃組降低了25.6% (post hoc,P< 0.05, 圖6A)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組NST 分 別 為(232.8 ± 8.1) mLO2/h、(188.9 ± 11.5) mLO2/h 和(145.7 ± 12.2) mLO2/h，溫度對(duì)NST 的影響顯著 (F2,20= 14.71,P<0.01)， 與21.0℃組 相 比， 5.0℃組 增 加 了23.2%，32.5℃組降低了22.8% (post hoc,P<0.05, 圖6B)。

圖5 不同溫度下斷食(A)與重喂食(B)的黑線倉(cāng)鼠代謝率. 數(shù)據(jù)為平均值(A、B)或者平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(C、D). FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. Ptem**，溫度的影響顯著(P<0.01)Fig. 5 The metabolic rate (MR) during food deprivation (A) and refeeding (B) of striped hamsters at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. Data are means(A,B)or mean±SE(C,D). FD:day 1,day 2,the first and second day of food deprivation. Ptem**,significant effect of temperature(P<0.01)

圖6 重喂食后不同溫度下黑線倉(cāng)鼠靜息代謝率(A)和非顫抖性產(chǎn)熱(B)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). 不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 6 Resting metabolic rate (RMR) (A) and nonshivering thermogenesis (NST) (B) during refeeding of striped hamsters at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). Different letters above the columns indicate significant difference between groups(P<0.05)

2.5 脂肪重量

與斷食組相比，重喂食后BAT 重量顯著增加(F1,65= 7.14,P< 0.01, 圖7A)，32.5℃組BAT 重量顯著高于其他各組(F2,65=5.92,P<0.01)。皮下脂肪重量在重喂食后顯著增加，與斷食組相比5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了1.7 倍、2.9 倍 和3.8 倍(F1,65= 19.45,P< 0.01, 圖7B)。溫度對(duì)皮下脂肪重量影響顯著，重喂食后32.5℃組比21.0℃組高50.1%，而5.0℃組比21.0℃組低27.2% (F2,65= 5.93,P< 0.01)。

腹腔脂肪和腸系膜脂肪重量在斷食和重喂食組差異未達(dá)到顯著水平(腹腔脂肪,F1,65=1.21,P>0.05; 腸系膜脂肪,F1,65= 0.01,P> 0.05)，但重喂食后32.5℃組重量顯著高于其他各組(腹腔脂肪,F2,65= 7.77,P< 0.01, 圖7C; 腸系膜脂肪,F2,65=6.48,P< 0.01,圖7D)。睪丸周脂肪重量在重喂食后顯著增加(F1,65=27.40,P<0.01)，5.0℃組增加幅度較小，而32.5℃組增加幅度最大(F2,65=6.71,P< 0.01, 圖7E)?？傊局亓吭谥匚故澈箫@著增加，與斷食組相比，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了79.3%、114.9%和249.0%(F1,65= 26.89,P< 0.01, 圖7F)。重喂食后32.5℃組比21℃組高45.8%，而5.0℃組比21.0℃組低25.0% (F2,65= 10.26,P< 0.01)。

圖7 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉(cāng)鼠的脂肪重量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；**，P<0.01Fig. 7 The mass of fat deposit of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). BAT:Brown adipose tissue. PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. **,P<0.01

2.6 血清T3和T4

血清T3濃度在斷食組和重喂食組之間差異不顯著(F1,42=0.71,P>0.05)，但在不同溫度組間顯著差異(F1,42=23.83,P<0.01,圖8A)。在斷食期間，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.68 ng/mL、0.78 ng/mL和0.53 ng/mL，與21.0℃組相比5.0℃組增加了115.4%，而32.5℃組降低了32.1% (post hoc,P< 0.05)；在重喂食后，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.63 ng/mL、0.93 ng/mL 和0.75 ng/mL，5.0℃組血清T3濃度比21.0℃組 高75.3%， 32.5℃組 比21.0℃組 低19.1%(post hoc,P<0.05,圖8A)。斷食組血清T4濃度顯著低于重喂食組(F1,42=10.18,P<0.01)，血清T4水平也受溫度的影響，斷食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為60.66 ng/mL、31.88 ng/mL 和34.17 ng/mL；重喂食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為62.59 ng/mL、58.02 ng/mL和50.73 ng/mL。5.0℃組高于21.0℃和32.5℃組(F1,42= 6.66,P<0.01,圖8B)。T3/T4受溫度的影響顯著，5.0℃組較高，32.5℃組較低(F1,42=3.86,P<0.05,圖8C)。

圖8 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉(cāng)鼠的血清T3濃度(A)、T4濃度(B)和T3/T4(C)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；*P<0.05；**P<0.01Fig. 8 Serum T3 (A), T4 (B) and T3/T4 (C) of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. *P<0.05;**P<0.01

3 討論

食物短缺是野生小型哺乳動(dòng)物在其生活史階段中會(huì)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一，對(duì)其生理和行為產(chǎn)生顯著影響(Hambly and Speakman,2005;Gut‐manet al.,2006,2007)。能量代謝和產(chǎn)熱的生理適應(yīng)性調(diào)節(jié)是非冬眠小型嚙齒類動(dòng)物應(yīng)對(duì)食物短缺的主要策略之一，對(duì)于維持其正常體溫調(diào)節(jié)具有重要意義(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002; 趙 志 軍 等，2009a，2009b; Liet al., 2020)。本研究發(fā)現(xiàn)，黑線倉(cāng)鼠斷食后體溫的變化與環(huán)境溫度有關(guān)，與室溫(21.0℃)相比，低溫下(5.0℃)體溫維持穩(wěn)定的時(shí)間顯著變短，而高溫下(32.5℃)較長(zhǎng)。與高溫相比，隨著環(huán)境溫度降低，體表溫度與環(huán)境溫度差增大，機(jī)體的熱散失顯著增加，因而動(dòng)物維持穩(wěn)定體溫的能量代價(jià)也較高(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Franco, 2007)。在面臨急性食物短缺時(shí)，動(dòng)物在不同環(huán)境溫度下采取不同的體溫調(diào)節(jié)策略，可能與其代謝產(chǎn)熱的適應(yīng)性調(diào)節(jié)有關(guān)。

非冬眠小型哺乳動(dòng)物的體表面積和體重比值與大型動(dòng)物相比相對(duì)較大，代謝率也較高，RMR和NST 是最主要的代謝產(chǎn)熱方式，對(duì)于維持恒定的體溫調(diào)節(jié)具有重要作用(Zhanget al.,2012;趙志軍等，2014)?！按x率轉(zhuǎn)換”假說(shuō)認(rèn)為，在食物資源變化的環(huán)境下，如果動(dòng)物具有調(diào)節(jié)代謝率的能力，通過(guò)降低代謝水平，適應(yīng)長(zhǎng)期食物短缺的環(huán)境(Merkt and Taylor, 1994)。本研究發(fā)現(xiàn)，斷食后黑線倉(cāng)鼠代謝率受溫度的顯著影響，晝間和夜間代謝率在低溫環(huán)境下最高，室溫次之，高溫下最低。與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒(méi)有顯著降低，這不符合“代謝率轉(zhuǎn)換”假說(shuō)。趙志軍(2012)發(fā)現(xiàn)黑線倉(cāng)鼠對(duì)限食處理的敏感性較高，耐受能力較低，特別是暴露于低溫下的個(gè)體。與其他嚙齒類動(dòng)物相比，黑線倉(cāng)鼠體型較小，代謝率相對(duì)較高，用于維持體溫的能量需求較高，這可能是其不耐受食物短缺(例如限食、斷食條件) 的主要原因(Song and Wang, 2003; Zhaoet al., 2010；趙志軍，2012)。與本研究結(jié)果不同的是，在限食90%、80%和70%馴化3 周后黑線倉(cāng)鼠降低了代謝水平，支持“代謝率轉(zhuǎn)換”假說(shuō)(趙志軍，2012)。這些研究結(jié)果表明，動(dòng)物應(yīng)對(duì)食物短缺的能量學(xué)對(duì)策可能與食物缺乏的程度有關(guān)。

動(dòng)物通常以能量攝入的適應(yīng)性調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)代謝產(chǎn)熱的能量支出，然而在食物短缺期間能量攝入不足(長(zhǎng)期的慢性能量缺乏)或者完全缺乏(短期的急性食物短缺)情況下，不能滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求，這是動(dòng)物不耐受嚴(yán)重食物短缺的主要原因(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al., 2002; 趙志軍等，2009a，2009b；趙志軍，2012)。本研究發(fā)現(xiàn)，重喂食期間，室溫條件下黑線倉(cāng)鼠日攝食量短暫升高后回落至斷食前水平，低溫組和高溫組日攝食量分別顯著高于和低于對(duì)照組。攝入能、消化能和糞能也受環(huán)境溫度的影響，與RMR 和NST 的反應(yīng)相似，表明黑線倉(cāng)鼠獲取充足食物資源后通過(guò)能量攝入滿足不同溫度下代謝產(chǎn)熱的能量需求。

在食物短缺的條件下，許多動(dòng)物也利用身體脂肪貯存以應(yīng)對(duì)代謝產(chǎn)熱的能量需求(Speakman and Hambly, 2007; Speakman and Mitchell, 2011)。本研究也發(fā)現(xiàn)，斷食期間黑線倉(cāng)鼠脂肪貯存顯著減少，且不同溫度組間動(dòng)員脂肪的程度相似。不同環(huán)境溫度下斷食的時(shí)間不同，但脂肪重量卻相似，表明：(1) 不同溫度下脂肪動(dòng)員的速度不同，環(huán)境溫度越低脂肪動(dòng)員越迅速，原因在于低溫下代謝產(chǎn)熱速率更高，對(duì)能量需求也更大；(2)機(jī)體動(dòng)員脂肪儲(chǔ)備具有相對(duì)固定的極限值，也就是機(jī)體脂肪含量的“下臨界點(diǎn)”，在食物短缺的條件下，機(jī)體動(dòng)員脂肪亦不能低于此臨界點(diǎn)，才可以維持正常生命活動(dòng)。當(dāng)食物資源豐富時(shí)，機(jī)體恢復(fù)脂肪貯存，本文中黑線倉(cāng)鼠總脂肪重量在重喂食后分別增加了79.3%(5.0℃)、114.9%(21.0℃)和249.0% (32.5℃)，暗示環(huán)境溫度對(duì)重喂食后的脂肪貯存具有顯著的影響，低溫顯著抑制了脂肪貯存。其主要原因可能與低溫下代謝產(chǎn)熱的能量需求較高有關(guān)，低溫下雖然增加能量攝入，但不足以滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求，導(dǎo)致脂肪累積的程度較低(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Fran‐co,2007)。這與冬季寒冷環(huán)境下黑線倉(cāng)鼠顯著增加攝食量，但脂肪含量較低的研究結(jié)果相一致(Zhaoet al., 2010)。盡管高溫下攝入能處于較低水平，但其代謝產(chǎn)熱的水平也顯著降低，導(dǎo)致脂肪累積顯著增加。由此可見(jiàn)，與能量攝入相比，代謝產(chǎn)熱在經(jīng)歷食物短缺后脂肪貯存的過(guò)程中發(fā)揮更重要的作用。

眾所周知，機(jī)體組織器官的代謝產(chǎn)熱活動(dòng)受甲狀腺激素的調(diào)控，甲狀腺激素是促進(jìn)代謝增強(qiáng)、產(chǎn)熱增加的最重要的內(nèi)分泌激素之一(Silva,2006;Martínez-Sánchezet al.,2017)。與T4相比，T3的含量較低，但生物活性較高(Lanniet al., 2003)。本研究發(fā)現(xiàn)，斷食處理的黑線倉(cāng)鼠血清甲狀腺激素水平主要受環(huán)境溫度的影響，而與重喂食組相比沒(méi)有顯著差異，與代謝產(chǎn)熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現(xiàn)“代謝率轉(zhuǎn)換”的內(nèi)在機(jī)制。低溫環(huán)境下斷食和重喂食黑線倉(cāng)鼠的代謝產(chǎn)熱增強(qiáng)，血清T3和T4水平也顯著增加，而高溫下恰好與之相反。甲狀腺激素能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，特別是促進(jìn)脂肪酸氧化，加速脂肪分解(Parket al.,1989;Freake and Oppen‐heimer, 1995; Lanniet al., 2003; Silva, 2006)。本研究中，低溫下斷食組脂肪動(dòng)員的速率最快，可能與高水平的甲狀腺激素有關(guān)，同樣在重喂食后的脂肪累積過(guò)程中，高溫下較低的甲狀腺激素水平更利于脂肪貯存，而低溫下甲狀腺激素水平升高，可能在抑制脂肪儲(chǔ)存的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

總之，在食物短缺條件下，動(dòng)物在不同環(huán)境溫度下表現(xiàn)出不同的體溫調(diào)節(jié)模式，可能與其代謝產(chǎn)熱的適應(yīng)性調(diào)節(jié)策略有關(guān)。斷食組和重喂食組的代謝率受溫度的顯著影響，代謝率、RMR 和NST 等均在低溫下顯著增加，高溫下顯著降低。然而與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒(méi)有發(fā)生顯著變化，不符合“代謝率轉(zhuǎn)換”假說(shuō)。斷食期間黑線倉(cāng)鼠脂肪貯存顯著減少，環(huán)境溫度越低脂肪動(dòng)員越迅速。重喂食后脂肪貯存顯著增加，但增加幅度受環(huán)境溫度的顯著影響，低溫抑制脂肪貯存。斷食處理的黑線倉(cāng)鼠血清水平受溫度的影響，而與重喂食組之間無(wú)顯著差異，與代謝產(chǎn)熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現(xiàn)“代謝率轉(zhuǎn)換”的內(nèi)在機(jī)制。