施林強，毛 飛，馬小梅

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

密度對澤陸蛙蝌蚪生長發(fā)育和變態(tài)的影響

施林強，毛 飛，馬小梅*

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

實驗用澤陸蛙蝌蚪為模型動物檢驗食物水平充足的環(huán)境中密度對其生長、變態(tài)和存活率的影響.密度水平設(shè)置為30只/L、60只/L和120只/L.研究發(fā)現(xiàn)，蝌蚪的體長、尾長和體重的增長速率隨密度的增大而減?。桓呙芏蕊@著降低早期的存活率，但隨后的存活率不受影響；高密度顯著降低蝌蚪的變態(tài)率，表明高密度抑制了蝌蚪的發(fā)育從而延長變態(tài)時間；變態(tài)體重不受密度影響.該研究推測高密度環(huán)境降低蝌蚪生長速率是導(dǎo)致其變態(tài)率降低的主要原因，變態(tài)體重不受密度影響可能是實驗動物在水體穩(wěn)定且食物充足的生境中對高密度導(dǎo)致的變態(tài)延遲代價的一種補償；澤陸蛙蝌蚪生長發(fā)育的適宜密度環(huán)境可能需低于30只/L.

澤陸蛙; 蝌蚪; 密度;發(fā)育; 變態(tài)

0 引 言

兩棲類的變態(tài)特征(如變態(tài)大小、變態(tài)時間等)會影響其變態(tài)后的適合度.變態(tài)時間短且變態(tài)個體大的幼體往往具有較高的適合度，表現(xiàn)為在陸地環(huán)境中，比變態(tài)時間長且變態(tài)個體小的幼蛙生長速率大、達到性成熟時間短、性成熟個體大以及存活率高等優(yōu)勢[1-4].變態(tài)時間縮短能延長幼蛙在第一個冬季來臨前的活動時間以便獲得充足的食物，加快生長發(fā)育速率，較早地達到性成熟的個體大小或順利完成越冬，實現(xiàn)自身利益的最大化；相反，變態(tài)時間長且變態(tài)個體小的幼體由于活動季節(jié)的縮短，食物資源的競爭加劇，導(dǎo)致存活率下降.

種內(nèi)競爭是影響兩棲類變態(tài)特征的一個重要因子，大量的實驗室和自然條件下的研究發(fā)現(xiàn)，高密度培養(yǎng)環(huán)境下的個體變態(tài)時間長、變態(tài)個體小、生長速率和存活率低[5-9].然而，一些模型認為種內(nèi)競爭加劇時，生長速率的降低能誘導(dǎo)變態(tài)[10-11].在一定的密度范圍內(nèi)，適宜的密度大小能加速蝌蚪的變態(tài)，過低或過高的密度均能延長變態(tài)時間[12].此外，Relyea[13]還研究發(fā)現(xiàn)，林蛙(Ranasylvatica)蝌蚪在較高種內(nèi)競爭環(huán)境中形態(tài)發(fā)生適應(yīng)性改變，增強了競爭能力.

該研究利用澤陸蛙(Fejervaryalimnocharis)蝌蚪為實驗材料，在充分飽和給食的條件下，檢驗密度對蝌蚪生長、發(fā)育和變態(tài)特征的影響，探究變態(tài)特征的最佳密度水平.研究變量包括蝌蚪體長、尾長和體重的生長速率、存活率、變態(tài)率和變態(tài)大小(體重).

1 材料與方法

1.1 澤陸蛙成體的采集與繁殖

于2009年4月30日在浙江富陽市郊農(nóng)田(30°01’N，119°45’E)捕獲約200只澤陸蛙成體，第二天運回杭州師范大學(xué)兩棲爬行動物實驗室.經(jīng)測量獲得形態(tài)數(shù)據(jù)后將它們投放入室外3個蛙池(長 × 寬 × 高 = 3.6 × 1.8 × 0.8 m3)中飼養(yǎng).池中間放置露出水面的水泥預(yù)制板和若干石棉瓦片以供其棲息和躲藏，保持池中水深約12 cm.在飼養(yǎng)期間，每天18:00用面包蟲或蚯蚓飽和喂食.

在7月上旬進入繁殖高峰期，每晚觀察澤陸蛙的抱對情況，及時收集所產(chǎn)的卵放于盛2 L曝氣水的塑料盆中并置于25 ℃的恒溫室內(nèi)進行孵化培養(yǎng).光照周期為12 L:12 D，每天06:00自動開啟.該研究共采用4窩同一天所產(chǎn)的卵進行密度實驗.

1.2 蝌蚪的密度實驗

待約3 d蝌蚪出膜后(Stage 25，Gonser,1960)，每窩隨機選擇10只大小基本一致的蝌蚪測量其體長(SVL,snout-vent length)、尾長(TL,tail length)和所有個體的總重并計算平均體重(MBM,mean body mass).每窩隨機撈取一定數(shù)量的蝌蚪進行密度實驗.密度設(shè)置如下：每個塑料盆(直徑 × 高 = 26 cm × 9 cm)中分別放入10(30只/L)、20(60只/L)和40(120只/L)只蝌蚪.盆中水深約1.3 cm，每個密度重復(fù)2次.每天09:00用魚飼料飽和給食，并保持不同密度下的投餌量基本相同，每天18:00用預(yù)溫過的曝氣自來水換水一次.實驗在25 ℃恒溫室內(nèi)進行，光照周期為12 L:12 D，每天06:00自動開啟.

蝌蚪飼養(yǎng)過程中，每隔12 d記錄每盆中蝌蚪的成活數(shù)，并隨機撈取10只蝌蚪(<10只的全部測量)用游標卡尺和電子天平分別測量它們的SVL、TL和總重.當(dāng)蝌蚪進入變態(tài)期，每天保持多次觀察并及時取出已進入變態(tài)的蝌蚪(Stage 42，前肢伸出)放入小塑料盆.待其尾巴完全消失后，測量幼蛙的體重.待少量蝌蚪陸續(xù)進入變態(tài)，于第60 d停止形態(tài)指標的測量，繼續(xù)飼養(yǎng)直到第93 d實驗結(jié)束.

1.3 數(shù)據(jù)分析

該研究中，SVL、TL和MBM的生長速率 =(第60 d的測定值-第1 d的測定值)/60(d).所有數(shù)據(jù)均用Kolmogorov-Smirnov與Bartlett分別檢驗正態(tài)性與方差均質(zhì)性.數(shù)據(jù)分析用單因子方差分析(one-way ANOVA)，Tukey’s檢驗進行多重比較.所有數(shù)據(jù)分析用Statistica 5.0統(tǒng)計軟件包完成，描述性統(tǒng)計值用平均值 ± 標準誤(范圍)表示，顯著性水平設(shè)置為α = 0.05.

2 結(jié) 果

2.1 密度對蝌蚪生長的影響

澤陸蛙卵在25 ℃的恒溫室內(nèi)3 d后發(fā)育歷期達到Stage 25，此時蝌蚪(N= 40)的體長為2.9 ± 0.04 mm，尾長為5.12 ± 0.07 mm，體重為0.006 ± 0.01 g.

蝌蚪在不同密度培養(yǎng)下均呈現(xiàn)出先快后慢的生長特點.在培養(yǎng)前12 d SVL和TL迅速增長，隨后生長速率逐漸減小，直至進入變態(tài)期.密度對SVL和TL生長的影響顯著，在每個生長測定點，不同密度下的SVL和TL差異顯著(allP< 0.0001)，均表現(xiàn)為SVL和TL隨培養(yǎng)密度的增大而顯著減小(圖1a和圖1 b).密度顯著影響蝌蚪的體重增長，且隨著生長高低密度間的體重差異日益擴大(圖1 c).在每個生長測定點，蝌蚪體重隨密度的增大而減小，表現(xiàn)為30只/L培養(yǎng)的體重最大，120 只/L培養(yǎng)的體重最小，60只/L培養(yǎng)的體重處于兩者之間，30只/L與120只/L培養(yǎng)的蝌蚪體重差異均顯著(圖1 c).

培養(yǎng)60 d內(nèi)，蝌蚪SVL、TL和MBM的生長速率隨密度的增大而顯著減小，且任意兩密度間的差異均顯著(allP< 0.0001)(圖2).

圖1 澤陸蛙蝌蚪在不同密度培養(yǎng)下體長、尾長和平均體重隨時間的變化Fig.1 Changes in snout-vent length,tail length and mean body mass with culture time at different densities of F.limnocharis tadpoles

圖2 密度對澤陸蛙蝌蚪生長速率的影響Fig.2 The effects of density on growth rates of snout-vent length,tail length and mean body mass in F.limnocharis tadpoles

2.2 密度對蝌蚪存活率的影響

密度對蝌蚪早期(前12 d培養(yǎng)期間)的存活率具有顯著的影響(F2,20= 3.68，P= 0.043)，隨密度的增大存活率顯著降低，在培養(yǎng)的第12 d，30只/L、60只/L和120只/L培養(yǎng)的存活率分別下降了10%、19.4%和25%.培養(yǎng)12 d后，密度對存活率的影響變小，表現(xiàn)為每個生長測定點的存活率差異均不顯著(allP> 0.05)，但低密度培養(yǎng)下的存活率始終大于高密度培養(yǎng)下的存活率(圖3)，至培養(yǎng)第60 d，30只/L、60只/L和120只/L培養(yǎng)下的存活率分別為79%、73%和65%.

2.3 密度對蝌蚪變態(tài)特征的影響

密度顯著影響蝌蚪的變態(tài)率，30只/L培養(yǎng)下的蝌蚪存活率顯著大于60只/L和120只/L培養(yǎng)下的存活率，60只/L和120只/L培養(yǎng)下的存活率無顯著差異；在93 d的培養(yǎng)時間內(nèi)，30只/L、60只/L和120只/L培養(yǎng)下蝌蚪的變態(tài)率分別為40%、5.8%和0.8% d(表1).至第93 d實驗結(jié)束時，30只/L、60只/L和120只/L培養(yǎng)下的變態(tài)個數(shù)分別為24、7和2只.密度對變態(tài)幼蛙的體重?zé)o顯著影響(表1).

圖3 澤陸蛙蝌蚪在不同密度培養(yǎng)下存活率隨時間的變化Fig.3 Changes in survival rate with culture time at different densities of F.limnocharis tadpoles

表1 澤陸蛙變態(tài)特征的描述性統(tǒng)計值Table 1 Descriptive statistics of metamorphic traits in F.limnocharis tadpoles

不同上標小寫字母表差異顯著(Tukey’s post hoc test,α=0.05,a>b)

3 討 論

該研究發(fā)現(xiàn)，在飽和給食的條件下，高密度培養(yǎng)降低澤陸蛙蝌蚪的生長速率，卻不影響蝌蚪的存活率和變態(tài)幼蛙的體重.蝌蚪的變態(tài)率隨密度的增大而顯著降低可間接地推測高密度培養(yǎng)環(huán)境降低了蝌蚪的發(fā)育速率，延長了變態(tài)時間.上述結(jié)果與一些相關(guān)的研究結(jié)果一致[12,14]，然而，該研究得出密度不影響存活率和變態(tài)個體的體重這一特征與大多數(shù)的研究結(jié)果不同，即其他的研究發(fā)現(xiàn)，高密度培養(yǎng)的蝌蚪比低密度培養(yǎng)時存活率低、變態(tài)個體小，體重輕[5,8,9,15-17].

密度對蝌蚪變態(tài)時間的影響依賴于生長速率.高密度培養(yǎng)環(huán)境引起種內(nèi)競爭加劇，生長速率下降，盡管在食物資源豐富的條件下[7,18]，造成蝌蚪發(fā)育速率減慢，變態(tài)時間延長.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制不同密度培養(yǎng)下楔頭蛙(Ranasphenocephala)蝌蚪的生長速率一致時，高密度培養(yǎng)能加速蝌蚪變態(tài).該研究中，澤陸蛙蝌蚪在高密度培養(yǎng)下生長速率顯著降低(圖2)，可能是造成變態(tài)時間延長以及變態(tài)率低的原因.Rot-Nikcevic等[7]發(fā)現(xiàn)林蛙蝌蚪能利用視覺評價種內(nèi)競爭強度的變化，在食物資源不受限制的條件下，高密度培養(yǎng)導(dǎo)致生長和發(fā)育速率的降低，而Rot-Nikcevic等[19]發(fā)現(xiàn)林蛙蝌蚪受到的種內(nèi)競爭加劇由視覺和觸覺同時施加時，其生長速率減慢，但發(fā)育速率顯著增大，這說明林蛙蝌蚪同時利用視覺和觸覺信息來調(diào)整其發(fā)育速率，響應(yīng)環(huán)境變化，且這種應(yīng)激模式受到腎上腺酮激素(corticosterone)的控制[20]；然而，不同的物種利用這些機制的程度存在較大的區(qū)別.因此，該實驗動物的食物資源盡管不是制約因子，但仍表現(xiàn)出高密度培養(yǎng)下的生長速率降低，這也可能是蝌蚪通過視覺和(或)觸覺對高密度培養(yǎng)時種內(nèi)競爭加劇的一種評估，從而響應(yīng)環(huán)境變化的結(jié)果.此外，高密度培養(yǎng)下的強干擾競爭(interference competition)(如大個體蝌蚪釋放的化學(xué)物質(zhì)、攝食取代)也可能是種內(nèi)競爭加劇、生長速率減小的原因之一[21].

密度對變態(tài)大小的影響往往表現(xiàn)為變態(tài)個體體長或體重隨密度的增加而減小[4,6,8,16,22].該研究實驗動物變態(tài)大小不受密度的影響，可能是該物種對自然條件下食物資源豐富和積水期較長水體的一種適應(yīng)；由于高密度環(huán)境下的個體生長速率緩慢，延長變態(tài)時間而獲得與低密度環(huán)境下變態(tài)個體一樣的大小，可能是對變態(tài)延遲代價的一種補償.

該研究中，澤陸蛙蝌蚪在60 d的生長期間，第12 d已表現(xiàn)出高密度環(huán)境對生長速率的抑制，且在隨后的生長過程中，密度間的形態(tài)差異日益顯著，表明高密度環(huán)境對早期生長速率的負作用持續(xù)影響后期的生長.然而，不同的是，密度顯著影響第12d的存活率，而隨后的存活率在密度間無差異，這可能是發(fā)育早期的蝌蚪比生長后期的蝌蚪易受環(huán)境干擾，且高密度環(huán)境下較高的死亡率導(dǎo)致種內(nèi)競爭減弱的結(jié)果.然而，澤陸蛙蝌蚪在最低密度(30只/L)培養(yǎng)下的存活率僅為79%，表明低于30只/L的密度可能更有利該物種的生存.

4 結(jié) 論

該研究表明，在食物資源充足且水體穩(wěn)定的生境中，澤陸蛙蝌蚪的生長和發(fā)育速率隨密度的增大而減小；高密度環(huán)境降低蝌蚪的變態(tài)率，但變態(tài)大小不受密度影響，可能是高密度環(huán)境下生長速率減小造成的；高密度對蝌蚪生長的影響在早期(第12 d)已顯現(xiàn)，且隨生長日趨明顯；高密度顯著降低早期的存活率，但隨后的存活率不受影響；澤陸蛙蝌蚪更適宜生存的密度環(huán)境可能需低于30只/L.

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TheEffectsofDensityonGrowth,DevelopmentandMetamorphosisofFejervaryaLimnocharisTadpoles

SHI lin-qiang,MAO Fei,MA Xiao-mei

(Hangzhou Key Laboratory for Animal Adaptation and Evolution,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)

The experiment used tadpoles ofFejervaryalimnocharisas model to test the effects of density on their growth,metamorphosis and survival rates when the food sufficient.The density regime was set at 30,60 and 120 individuals per liter water.These results show that the increasing rates of snout-vent length,tail length and body mass of tadpoles decrease with increased density.In early time of this experiment,the survival rate decrease significantly under high density,whereas not affects by density thereafter.The percentage of metamorphosed tadpoles decline with high density which suggests that high density restrains tadpoles’ development and prolongs the time for metamorphosis.The metamorphosis mass is not affected by density.The paper speculated that the decrease of growth rate caused by high density was the main reason for low percentage of metamorphosed tadpoles.The fact that metamorphosis mass was not affected by density was possibly as a compensation for the costs of prolonged metamorphosis time under high density when tadpoles had stable water and sufficient food.The most suitable density for growth and metamorphosis of tadpoles possibly would be lower than 30 individuals·L-1.

Fejervaryalimnocharis; tadpole; density; development; metamorphosis

2010-01-12

浙江省自然科學(xué)基金項目(Y307435).

施林強(1984—)，男，浙江富陽人，生態(tài)學(xué)專業(yè)碩士研究生，主要從事動物的進化生態(tài)學(xué)研究.

*通信作者：馬小梅(1962—)，女，浙江杭州人，高級實驗師，主要從事動物學(xué)實驗和科研工作.E-mail：mxm@hznu.edu.cn

10.3969/j.issn.1674-232X.2011.05.009

Q958.1

A

1674-232X(2011)05-0429-06