夏素素,楊 芳,王潤梅,鄭蔚虹,2,趙志軍,2,柳勁松,2,*

1 溫州大學生命與環(huán)境科學學院, 溫州 325035 2 溫州大學應用生態(tài)研究所, 溫州 325035

白頭鵯對季節(jié)性馴化和溫度適應的生理反應

夏素素1,楊 芳1,王潤梅1,鄭蔚虹1,2,趙志軍1,2,柳勁松1,2,*

1 溫州大學生命與環(huán)境科學學院, 溫州 325035 2 溫州大學應用生態(tài)研究所, 溫州 325035

在自然環(huán)境中，有機體某一特性的可塑性變化在適應和功能方面是非常重要的。以成年白頭鵯(Pycnonotussinensis)為研究對象，分別在野外馴化條件和實驗室溫度適應條件下測定靜止代謝率(RMR)、蒸發(fā)失水率(EWL)和代謝活性器官的重量，同時測定肝臟及肌肉的線粒體呼吸和細胞色素C氧化酶活力(COX)。野外季節(jié)性馴化在冬季和夏季時測定；實驗室溫度適應分為2組，分別在10℃和30℃下適應4周后進行測定。結(jié)果顯示，與夏季馴化和暖適應組相比，冬季馴化和冷適應組RMR和EWL較高、代謝活性器官較重，線粒體呼吸速率和COX活性顯著增加；器官重量和細胞產(chǎn)熱能力的適應性變化可能是導致了RMR適應性調(diào)節(jié)。結(jié)果表明，白頭鵯可以表現(xiàn)出對季節(jié)性馴化和溫度適應的生理反應，利用這種能力應付野外環(huán)境溫度的波動。生理能量特性的可塑性是鳥類能量代謝的共同特征。

白頭鵯；溫度適應；季節(jié)性馴化；生理反應

鳥類生理適應性的研究已成為生態(tài)生理學和進化生理學的中心議題[1- 2]。鳥類在應對外界環(huán)境變化可通過改變其形態(tài)、生理、行為及生活史對策等引起短期補償性的適應反應，而這種變化反應是表型可塑性的結(jié)果[3- 5]。表型可塑性反映了生物對不同環(huán)境的適應能力，是先前固有遺傳特征對不同環(huán)境條件的適當表現(xiàn)，包括短期適應和季節(jié)性馴化[6- 7]。

鳥類的代謝率(MR)與其生活的外界環(huán)境密切相關(guān)，對其研究有助于了解動物在形態(tài)學、生理學、行為學和生活史對策上的進化[8- 9]。同時MR也反映出動物對環(huán)境的適應模式和生理能力，體現(xiàn)出生物多樣性與環(huán)境之間相適應的關(guān)系[10- 11]。此外，研究表明蒸發(fā)失水(EWL)受外界環(huán)境的影響顯著，同時水分丟失往往伴隨著熱量的散發(fā)，使得EWL在鳥類的熱量平衡中起重要作用[12- 13]。

從生物進化的角度看，一個器官的功能結(jié)構(gòu)應該和能量需求相匹配，即器官能隨能量需求的變化而做出適應調(diào)節(jié)[14]。Swanson[1]研究認為動物為了應對多變的外界環(huán)境，可通過身體組分或特定組織的代謝調(diào)節(jié)使身體組分或器官大小(重量)及基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱發(fā)生變化。由于形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能能力的表現(xiàn)型變化可通過能量的獲得和使用直接影響著適合度，所以器官的這種表型可塑性也是脊椎動物適應環(huán)境的普遍和典型的適應方式[15]。另外，鳥類提高基礎(chǔ)產(chǎn)熱的潛在機制之一是提高組織的細胞色素C氧化酶(COX)的活力和線粒體呼吸[16- 18]。

白頭鵯(Pycnonotussinensis)屬雀形目(Passeriformes)鵯科(Pycnonotidae)，為留鳥。世界分布于歐亞大陸及非洲北部、中南半島。在我國主要分布于東南沿海地區(qū)、太平洋諸島嶼，在浙江省是常見的雀形目鳥類之一[19]。白頭鵯食性很雜，隨著季節(jié)的變化而不同，春夏季以動物性食物為主，秋冬兩季主要吃植物性食物。已發(fā)現(xiàn)白頭鵯具有較高的體溫、較低的基礎(chǔ)代謝率(BMR)和較寬的熱中性區(qū)[20]，其代謝產(chǎn)熱存在明顯的晝夜節(jié)律和季節(jié)性變化[21- 22]。內(nèi)部器官(如肝臟、心臟、腎臟和消化道)及肌肉重量都與BMR的大小呈正相關(guān)，肝臟和肌肉的線粒體呼吸、COX活力及甲狀腺激素冬季明顯高于夏季，顯示出白頭鵯在季節(jié)性馴化過程中從整體、器官到生理和生化的可塑性變化[23- 29]。

目前，國內(nèi)外已有較多關(guān)于鳥類季節(jié)馴化的報道[17- 18,30]或溫度適應的研究[27- 29,31- 32]，但少有關(guān)于整合兩者的研究[33]。為進一步了解鳥類季節(jié)性馴化與溫度適應生理反應的異同，本研究以白頭鵯為實驗對象，測定了野外馴化條件和實驗室溫度適應條件下白頭鵯的靜止代謝率(RMR)、EWL和代謝活性器官的重量，同時測定肝臟及肌肉的線粒體呼吸和COX活力，試圖從整體、器官、細胞及酶學水平系統(tǒng)的解釋白頭鵯季節(jié)性馴化到溫度適應能力的改變及其生理適應對策。

1 材料和方法

1.1 研究地點

溫州地區(qū)氣候溫暖，年平均降雨量可達1700mm，每季均有降雨，其中以春、冬兩季降雨量較高。平均最高溫度從7月的39℃到1月的8℃，平均最低溫度從7月的28℃到1月的3℃，年平均溫度18℃[18,22]。

1.2 季節(jié)性馴化實驗

16只白頭鵯于2011年夏季(6月下旬至7月，8只，3♀、5♂)和冬季(12月下旬至次年1月，8只，4♀、4♂)捕自浙江省溫州地區(qū)，標記并單籠(60cm×60cm×30cm)飼養(yǎng)于溫州大學動物實驗房。在自然光照、室溫的環(huán)境條件下自由飲水、取食(食物為江蘇謝通生物工程有限公司生產(chǎn)的飼料：粗蛋白20%，粗脂肪6%，粗纖維4%，鈣1%，賴氨酸0.5%，蛋氨酸+胱氨酸0.5%)。白頭鵯在實驗室適應1d后用于實驗。

1.3 實驗室溫度適應實驗

18只白頭鵯于2011年8月捕自浙江省溫州地區(qū)，單籠飼養(yǎng)于溫州大學實驗動物房，自然光照、室溫下自由取食及飲水。適應1周后，隨機分為低溫組(10℃)與暖溫組(30℃)，每組9只，分別于溫州大學人工氣候室中馴化4周(其中光照時間：12L∶12D)。

1.4 靜止代謝率(RMR)代謝測定

代謝率以每小時整體耗氧量(mL O2/h)表示。耗氧量采用開放式氧氣分析儀測定(AEI technologies S- 3A/I，美國)。呼吸室體積為1.6 L，人工氣候箱(BIC- 250，北京)控制呼吸室實驗溫度30℃(±0.5℃)。RMR的測定每天在18：00—24：00時間進行。動物實驗前禁食3 h，放入呼吸室內(nèi)適應1 h后開始測定耗氧量，共測定1 h，選擇20個連續(xù)穩(wěn)定的最低值計算RMR(大約7分鐘)。每次實驗前后稱量鳥的體重(精確至0.1g)，以泄殖腔溫度代表體溫，用數(shù)字式溫度測量儀(北京師范大學司南儀器廠，TH- 212，精確至0.1℃)插入泄殖腔內(nèi)約1.5cm處測定約30秒[27,34]。

1.5 蒸發(fā)失水(EWL)測定

在測定RMR的同時測定EWL，待RMR出現(xiàn)穩(wěn)定值后，將預先稱重(精確至0.1mg)并裝有干燥硅膠的“U”型管接在呼吸室后，連續(xù)測定1 h，實驗前后干燥劑重量差即為EWL。若鳥在測定期間有排泄現(xiàn)象，則數(shù)據(jù)作廢[34]。

1.6 熱傳導的計算

根據(jù)牛頓冷卻定律簡化公式計算白頭鵯的熱傳導值：

C=MR/(Tb-Ta)

式中，C為熱傳導(mL O2g-1h-1℃-1)，MR為代謝率(mL O2g-1h-1)，Tb為體溫(℃)，Ta為環(huán)境溫度(℃)[35]。

1.7 器官重量的測定

RMR測定結(jié)束后，隔日處死實驗動物，將心、肝、肌肉及小腸各部分小心分離并迅速取出，部分肝臟和肌肉用于測定線粒體呼吸及細胞色素C氧化酶活力。同時將小腸剔除腸系膜和脂肪組織，然后縱剖，用生理鹽水洗凈內(nèi)容物，濾紙吸干，將各器官置于60℃烘箱內(nèi)烘至恒重，用電子天平(瑞士梅特勒，0.1mg)稱量記為干重[17]。

1.8 線粒體的制備

按照Sundin等[36]介紹的方法，將肝臟和肌肉置于0.25 mol/L蔗糖溶液中清洗(冰浴)，然后將剪碎的組織放入玻璃-Teflon勻漿器內(nèi)，加入一定體積的勻漿液勻漿(100 mmol/L KCl, 50 mmol/L Tris-HCl, 5 mmol/L MgSO4, 1 mmol/L EDTA, pH 7.2)，于3000 r/min離心7 min，取上清液于10000 r/min離心(10 min兩次)，得到線粒體[16,18,26]。

1.9 線粒體呼吸及細胞色素C氧化酶(COX)的測定

肝臟和肌肉的線粒體狀態(tài)4呼吸采用鉑氧電極-溶氧儀(英國Hansatech, DW- 1)測定，反應溫度為30℃，反應杯總體積為2 mL，加入1.98 mL基質(zhì)液(225 mmol/L sucrose, 50 mmol/L Tris/HCl, 5 mmol/L MgCl2, 1 mmol/L EDTA, 5 mmol/L KH2PO4, pH 7.2)和0.02 mL線粒體提取液[37]，以琥珀酸作底物。

1.10 數(shù)據(jù)

利用SPSS統(tǒng)計軟件包進行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。組間體重和體溫比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，為了避免代謝率、EWL、熱傳導及器官重量指標受體重影響而導致結(jié)果分析出現(xiàn)誤差，組間代謝率、EWL、熱傳導和器官重量的比較均采用協(xié)方差分析(ANCOVA)(體重為協(xié)變量)，用此方法對各指標在季節(jié)馴化和溫度適應條件下的回歸曲線進行對比分析。本文同時對白頭鵯雌雄個體在季節(jié)性馴化和溫度適應的各項指標進行了相關(guān)統(tǒng)計分析。文中數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤(Mean±SE)表示，P<0.05即認為差異顯著。

2 結(jié)果

白頭鵯雌雄個體在季節(jié)性馴化和溫度適應的體重和體溫、代謝率、蒸發(fā)失水、器官重量及生理和生化等各項指標均未達到顯著水平(P>0.05)，因此合并一組。

2.1 體重和體溫

白頭鵯的體重隨著季節(jié)性馴化和溫度適應均出現(xiàn)顯著性差異(F3,30=21.391,P<0.001)。白頭鵯的體重冬季較高，夏季較低；而經(jīng)過4周溫度適應后，白頭鵯暖適應組(30℃)的體重出現(xiàn)明顯降低(表1)。而白頭鵯的體溫無論是季節(jié)性馴化還是溫度適應組均未表現(xiàn)出明顯變化(表1)。

2.2 代謝率(RMR)、熱傳導和蒸發(fā)失水(EWL)

當體重校正至28.6g，白頭鵯的RMR(mL O2/h)明顯受季節(jié)性馴化和溫度適應的影響(F3,29=21.891,P<0.001)。冬季馴化和冷適應的鳥類具有較高的RMR，分別比夏季和暖適應的RMR高出62.1%和31.0%(表1)。同時白頭鵯的代謝率受體重影響較大，較大的體重有相對較高的RMR(圖1)。

回顧性分析2016年11月至2017年10月于我院治療的122例NSTEMI患者的臨床資料，依據(jù)患者入院時心電圖檢查結(jié)果，將伴有fQRS改變者歸入fQRS組(61例)，未伴有fQRS改變者歸入非fQRS組(61例)。fQRS組:男36例、女25例；年齡42～77(61.05±4.53)歲；并發(fā)糖尿病者15例、合并血脂異常18例、合并高血壓21例。非fQRS組:男34例、女27例；年齡41～77(61.10±4.51)歲；并發(fā)糖尿病者14例、合并血脂異常20例、合并高血壓22例。兩組基本資料相比，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性。

白頭鵯的熱傳導(mL O2g-1h-1℃-1)受季節(jié)馴化和溫度適應的影響顯著(F3,29=19.066,P<0.001)。冬季馴化和冷適應白頭鵯的熱傳導比夏季馴化和暖適應白頭鵯的熱傳導分別高出63.6%和34.6%(表1)。

季節(jié)馴化和溫度適應同時影響白頭鵯的EWL(F3,29=8.381,P<0.001)，冬季馴化和冷適應白頭鵯的EWL分別比夏季馴化和暖適應白頭鵯的EWL高出66.7%和47.6%(表1)。同時體重影響白頭鵯的蒸發(fā)失水，較重的個體具有較大的蒸發(fā)失水量(r2=0.189，P<0.05)(圖2)。

此外，白頭鵯的RMR與EWL呈正相關(guān)，具有較高RMR的白頭鵯趨向于具有較高的EWL(r2=0.367，P<0.001)(圖3)。

圖1 白頭鵯在季節(jié)馴化與溫度適應中RMR與體重(BM)的相關(guān)性Fig.1 Correlation between resting metabolic rate (RMR) and body mass (BM) in Chinese bulbuls

圖2 季節(jié)馴化與溫度適應中白頭鵯EWL與體重(BM)的相關(guān)性Fig.2 Correlation between evaporative water loss (EWL) and body mass (BM) in Chinese bulbuls

圖3 季節(jié)馴化與溫度適應中白頭鵯EWL與代謝率(RMR)的相關(guān)性Fig.3 Correlation between evaporative water loss (EWL) and resting metabolic rate (RMR) in Chinese bulbuls

2.3 內(nèi)部器官

協(xié)方差分析表明，各器官重量均受季節(jié)馴化和/或溫度適應的影響(肝臟：F3,29=5.893,P<0.01；心臟：F3,29=9.701,P<0.001；腎臟：F3,29=3.523,P<0.05；小腸：F3,29=4.045,P<0.05)。然而不同的器官重量受季節(jié)馴化與溫度適應的影響不同。肝臟與小腸重量受溫度適應的影響顯著(P<0.05)，并且冷適應組鳥類肝臟重量比暖適應組高出39.9%，冷適應組鳥類小腸重量比暖適應組高出33.6%(表1)。心臟和腎臟重量受季節(jié)馴化的影響顯著(P<0.05)，并且冬季白頭鵯心臟的重量比夏季高出33.5%，腎臟重量比夏季高出35.6%(表1)。相關(guān)分析表明白頭鵯的心臟、腎臟和小腸的重量與RMR具有明顯的正相關(guān)(圖4)。

圖4 季節(jié)馴化與溫度適應中白頭鵯RMR與器官干重的相關(guān)性Fig.4 Correlation between resting metabolic rate (RMR) and organs dry mass in Chinese bulbuls

2.4 肝臟和肌肉線粒體呼吸及細胞色素C氧化酶活力(COX)

方差分析表明肝臟和肌肉的線粒體呼吸及COX均受季節(jié)馴化和/或溫度適應的影響(肝臟呼吸：F3,30=23.828,P<0.001；肌肉呼吸：F3,30=6.652,P<0.01；肝臟COX：F3,30=38.837,P<0.001；肌肉COX：F3,28=11.730,P<0.001)(表1)。季節(jié)性馴化對白頭鵯肝臟的和肌肉的線粒體呼吸影響顯著(P<0.05)，冬季白頭鵯肝臟和肌肉的線粒體呼吸分別比夏季高出105%和119%(表1)。白頭鵯肝臟的COX受季節(jié)馴化影響顯著(P<0.05)，冬季白頭鵯肝臟的COX與夏季相比增加了171%(表1)。白頭鵯肌肉COX同時受季節(jié)馴化和溫度適應的影響(P<0.05)，冬季和冷適應白頭鵯肌肉的COX與夏季和暖適應相比分別增加了183%和152%(表1)。相關(guān)分析表明白頭鵯的肌肉線粒體呼吸、肝臟和肌肉的COX與RMR具有明顯的正相關(guān)(圖5)。

表1 白頭鵯野外馴化(冬季和夏季)和實驗室適應(低溫和高溫)的形態(tài)和生理參數(shù)

Table 1 Morphological and physiological parameters ofPycnonotussinensisfrom field (winter and summer) and laboratory experiments (acclimated at either 10 or 30℃)

參數(shù)Parameter野外Field冬季W(wǎng)inter夏季Summer實驗室Laboratory冬季W(wǎng)inter夏季Summer樣本數(shù)Samplesize8899體重Bodymasses/g33.2±0.7c27.2±0.7ab28.4±0.8b25.8±0.5a體溫BodyTemperature/℃41.9±0.241.6±0.242.0±0.242.0±0.2靜止代謝率Restingmetabolicrate/(mLO2/h)121.07±6.34c74.69±4.30a119.79±3.82c91.43±4.80b熱傳導Thermalconductance/(mLO2g-1h-1℃-1)0.36±0.02c0.22±0.02a0.35±0.01c0.26±0.02b蒸發(fā)失水Evaporativewaterloss/(gH2O/h)0.35±0.03b0.21±0.02a0.31±0.02b0.21±0.02a器官重量Organmass肝臟Liver/mg492.5±42.4b495.2±28.7b483.8±25.6b345.9±32.1a心臟Heart/mg129.1±5.9b96.7±4.0a91.7±3.6a87.8±4.5a腎臟Kidney/mg117.7±7.7b86.8±5.2a95.1±4.6a81.5±5.8a小腸Smallintestine/mg359.3±26.5b298.3±17.9b321.8±16.0b240.8±20.0a狀態(tài)4呼吸State4respiration/(nmolO2min-1gtissue-1)肝臟Liver1852.09±203.56c904.24±125.67b734.04±50.23ab544.11±42.76a肌肉Muscle685.13±159.95b312.76±40.04a257.36±27.41a232.23±34.14a細胞色素C氧化酶活力Cytochromecoxidaseactivity/(nmolO2min-1gtissue-1)肝臟Liver2219.14±191.29b818.04±124.16a940.94±78.57a725.71±37.90a肌肉Muscle158.79±14.44b56.04±5.87a281.91±30.37c185.95±42.16b

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤；表中代謝率、蒸發(fā)失水、熱傳導及器官重量的調(diào)整平均值系在實測值的基礎(chǔ)上通過協(xié)方差分析將體重校正至28.6g而得到; 在同一行中，不同上標字母表示差異顯著

圖5 季節(jié)馴化與溫度適應中白頭鵯RMR與線粒體狀態(tài)4呼吸(SR)和細胞色素C氧化酶(COX)的相關(guān)性Fig.5 Correlation between state 4 respiration (SR) and cytochrome c oxidase (COX) with resting metabolic rate (RMR) in Chinese bulbuls

3 討論

鳥類的能量代謝水平反映了動物對環(huán)境的適應模式，它與諸多環(huán)境因素有關(guān)[9- 10]，其中溫度對動物的體重、產(chǎn)熱等有顯著的影響[27- 29]。本研究表明，白頭鵯對季節(jié)性馴化和溫度適應表現(xiàn)出明顯不同的生理反應，其冬季和冷適應的RMR、生理和生化等指標較夏季和暖適應明顯增加，且季節(jié)馴化相關(guān)指標的變化程度高于溫度適應。

3.1 體溫(Tb)和體重的變化

關(guān)于鳥類能量學的研究中有大量關(guān)于鳥類體溫的報道[38- 40]。本文所研究的白頭鵯體溫在季節(jié)性馴化和溫度適應前后表現(xiàn)相同且基本保持穩(wěn)定，表明白頭鵯具有較強的體溫調(diào)節(jié)能力。Schmidt-Nielsen[41]研究表明內(nèi)溫動物要保持高而恒定的體溫，主要機制之一是改變產(chǎn)熱和散熱的比率。本文中白頭鵯在冬季與冷環(huán)境下主要是通過增加代謝產(chǎn)熱的能力抵御嚴寒[18,22,27]；在夏季和暖溫條件下主要是通過降低代謝產(chǎn)熱水平增加體溫與環(huán)境溫度的差值，利于向外界散熱，適應南方夏季炎熱的環(huán)境[42]。

鳥類的體重受許多環(huán)境因素的影響，反映動物能量貯備和營養(yǎng)狀態(tài)的綜合指標[10]。本研究表明白頭鵯的體重表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，冬季體重比夏季高出22.06%。另外，隨著馴化時間的延長，溫度適應組體重的變化與季節(jié)馴化組的變化呈現(xiàn)相同趨勢：冷適應組白頭鵯體重不變，而暖適應組體重逐漸降低，并在4周后出現(xiàn)顯著差異(冷適應組比暖適應組高出10.1%)。本文中白頭鵯的體重在冬季和冷適應時增加，一方面可以解釋為白頭鵯在面對寒冷時，會通過增加隔熱層提高對寒冷的耐受性，即在冬季通過增加羽毛的厚度和提高皮下脂肪的含量[41,43- 44]；另一方面可以解釋為動物能量儲備和/或產(chǎn)熱調(diào)節(jié)的改變[45]。

3.2 代謝率(RMR)、熱傳導(C)和蒸發(fā)失水(EWL)的變化

小型鳥類由于身體大小的限制，它們的毛皮隔熱不能無限地增加，因此抵抗冬季寒冷的主要方式可能是增加產(chǎn)熱[46- 47]。如小鹀(Emberizapusilla)和栗鹀(E.rutila)的RMR在環(huán)境溫度低于25℃時隨著溫度的降低而升高[48]。這與本研究中白頭鵯冬季馴化和冷適應的RMR明顯高于夏季和暖適應一致。而冬季馴化和冷適應的RMR變化相同，主要是寒冷環(huán)境使得鳥類高能量消耗維持體溫和面對高壓力生存條件及炎熱條件下鳥類受熱脅迫和水資源限制所致[11,30,49]。因為動物代謝水平的高低能直接反映其對外界環(huán)境的耐受性，具有高代謝產(chǎn)熱能力的種群對寒冷環(huán)境的適應力強，而對熱環(huán)境適應能力較強的物種具有較低的代謝產(chǎn)熱能力，所以本實驗結(jié)果暗示了白頭鵯冬季馴化和冷適應的RMR增加是其重要的適應性對策之一[46]。另外，本實驗結(jié)果顯示RMR受體重影響且兩者呈正相關(guān)關(guān)系，驗證了Zar[50]提出的異速增長理論[10]。

鳥類的熱傳導是體現(xiàn)能量消耗受環(huán)境溫度程度的重要指標[35]。本研究結(jié)果顯示白頭鵯的熱傳導受季節(jié)馴化和溫度適應的影響顯著，冬季馴化和冷適應白頭鵯的熱傳導比夏季馴化和暖適應白頭鵯的熱傳導分別高出63.6%和34.6%，表明白頭鵯在冬季馴化和冷適應時比夏季馴化和暖適應具有更高的體表非輻射熱損失速率[51]。相似的結(jié)果也出現(xiàn)在小型哺乳動物中[52]。根據(jù)Weathers[53]指出的熱傳導會表現(xiàn)出與BMR呈正相關(guān)的結(jié)論，即BMR低的鳥類也有低的熱傳導，反之亦然。本研究中熱傳導的變化也表現(xiàn)出與BMR變化相一致的水平。

鳥類的EWL是水代謝中失水的主要途徑，是糞便丟失水分量的5倍[54]，因此被廣泛用于測定不同環(huán)境條件鳥類種內(nèi)和種間失水量的指標[2]。同時EWL也是研究鳥類代謝產(chǎn)熱的一個重要指標[49,55]。本研究中季節(jié)馴化和溫度適應均會影響白頭鵯的EWL，其中冬季馴化和冷適應白頭鵯的EWL分別比夏季馴化和暖適應白頭鵯的EWL高出66.7%和47.6%，這一結(jié)果與林琳等人[29]的研究相似。目前，關(guān)于MR和EWL間的關(guān)系尚不明確，但猜測造成本研究結(jié)果的原因可能是因為較高的代謝率會使白頭鵯通氣量增加，引起呼吸失水(RWL)的增加，進而增加EWL[11]。此外，本實驗結(jié)果也表明體重影響白頭鵯的蒸發(fā)失水，較重的個體具有較大的蒸發(fā)失水量，而這一結(jié)論吻合了動物體重與EWL存在異速增長關(guān)系的理論[12,56]。

3.3 內(nèi)部器官的變化

根據(jù)Daan等人[14]的“能量需求”假設(shè)認為，鳥類短期BMR的調(diào)整可以通過改變內(nèi)部器官的大小來適應能量需求。據(jù)此，Starck和Rahmaan[3]提出基礎(chǔ)代謝反映了那些產(chǎn)生高代謝率的組織或器官的維持消耗，理論上這些器官可能包括肝、心和腎等。而在實際中一些研究也表明用于基礎(chǔ)代謝的大部分能量被內(nèi)臟器官(特別是心臟、肝臟、腎臟和腸)消耗掉了[11,17- 18,57]，這些器官具有很高的代謝活性，因此內(nèi)臟器官應當是BMR的主要決定因素之一。本研究結(jié)果表明肝臟、心臟、腎臟和小腸各器官重量均受季節(jié)馴化和/或溫度適應的影響，在冬季馴化和冷適應下，白頭鵯代謝活性器官的重量較高，這一結(jié)果與張國凱等[23]、Zheng等[27]和林琳等[29]的報道相一致。另外，實驗顯示白頭鵯的心臟、腎臟和小腸的重量與RMR具有明顯的正相關(guān)，這一結(jié)果佐證了動物代謝率與心臟、腎臟等代謝活性器官有關(guān)的觀點[58- 59]。從以上實驗結(jié)果可以認為白頭鵯體內(nèi)存在代謝活性器官，這些器官組織具有高代謝活性的特點，因此其質(zhì)量的增加很可能是引起RMR顯著增加的原因之一。

3.4 細胞水平上產(chǎn)熱能力的變化

細胞內(nèi)線粒體呼吸是動物化學產(chǎn)熱調(diào)節(jié)體溫的熱能的重要來源，而COX是線粒體內(nèi)重要的呼吸酶之一，其酶活力的變化可以反映出組織內(nèi)代謝產(chǎn)熱的差異，且研究表明冷環(huán)境下某些物種肝的狀態(tài)4呼吸或COX活力會升高[16,18,26- 27]。本文實驗數(shù)據(jù)顯示，肝臟線粒體呼吸及COX均受季節(jié)馴化和/或溫度適應的影響，季節(jié)性馴化對白頭鵯肝臟的線粒體呼吸影響顯著：冬季白頭鵯肝臟的線粒體呼吸與COX分別比夏季高出105%和171%，暖適應白頭鵯肝臟的線粒體呼吸與COX分別比夏季高出35%和30%。這些數(shù)據(jù)表明白頭鵯冬季肝臟的代謝產(chǎn)熱明顯高于夏季肝臟的代謝產(chǎn)熱。相似的結(jié)果發(fā)現(xiàn)于樹麻雀(Passermontanus)[16,60]、毛啄木鳥(Picoidespubescens)[43]等鳥類和樹鼩(Tupaiabelangeri)和長爪沙鼠(Merionesunguiculatus)[61]等小型哺乳動物中。

已有研究表明骨骼肌產(chǎn)熱能力增加的機制之一是由線粒體呼吸及酶活力的提高所決定的[16,18,62- 63]。本研究結(jié)果顯示肌肉的線粒體呼吸及COX均受季節(jié)馴化和溫度適應的影響：冬季和冷適應白頭鵯肌肉的COX與夏季和暖適應相比分別增加了183%和152%；經(jīng)季節(jié)性馴化的白頭鵯其肌肉的線粒體呼吸比夏季高出119%，表明白頭鵯冬季和冷適應的肌肉的代謝產(chǎn)熱明顯高于夏季和暖適應肌肉的代謝產(chǎn)熱。這一結(jié)果與鳥類樹麻雀(Passermontanus)[16]、家鴿(Columbalivia)[62]及哺乳類動物布氏田鼠(Microtusbrandti)[64]、人(Homosapiens)[62]等的肌肉產(chǎn)熱特點相似。

3.5 白頭鵯對季節(jié)馴化和溫度適應的生理反應的不同點

本研究中在季節(jié)馴化和溫度適應條件下，其冬季和冷適應組的白頭鵯因居于寒冷環(huán)境其能量消耗水平、生理、生化等指標都產(chǎn)生適應性的增加。同時，用協(xié)方差分析法對季節(jié)馴化和溫度適應下的回歸直線對比分析發(fā)現(xiàn)季節(jié)馴化冬、夏季組白頭鵯各指標的變化程度明顯高于溫度適應組：季節(jié)馴化組白頭鵯的RMR，心臟、小腸和腎臟干重，肝臟和肌肉的線粒體呼吸以及肝臟COX活力的回歸曲線的總體截距與溫度適應組相比差異較顯著(P<0.01)，且季節(jié)馴化組高于溫度適應組；季節(jié)馴化環(huán)境下白頭鵯的肌肉線粒體呼吸速率與COX活力回歸曲線的總體斜率明顯高于溫度適應組(P<0.05)。這些數(shù)據(jù)表明白頭鵯對季節(jié)馴化和溫度適應具有不同的表型可塑性，且在野外季節(jié)馴化條件下可塑性能力更強。此次試驗我們將實驗室溫度控制在暖室30℃、冷室10℃的條件下，但野外條件下溫州地區(qū)常有最高極端溫度超過37℃、最低溫度到達3℃的情況，白頭鵯對季節(jié)馴化和溫度適應表型可塑性能力的不同，可能是由于實驗室溫度對野外溫度相對而言波動較小，這與Maldonado等人[33]在拉普拉塔研究紅領(lǐng)帶鹀(Zonotrichiacapensis)所得的結(jié)論一致。

總之，冬季和冷適應的白頭鵯均有較高的RMR、EWL和較重的代謝活性器官，肝臟和肌肉具有相對較高的線粒體呼吸速率和COX活性，同時季節(jié)馴化的表型可塑性的能力強于實驗室溫度適應的表型可塑性能力。白頭鵯在季節(jié)性馴化和溫度適應過程中通過改變體重、器官重量、線粒體呼吸及COX等形態(tài)和生理生化指標來應對外界多變的環(huán)境，生理能量特性的可塑性是鳥類能量代謝的共同特征。

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Physiological responses in Chinese bulbuls to seasonal acclimatization and temperature acclimation

XIA Susu1， YANG Fang1， WANG Runmei1， ZHENG Weihong1,2， ZHAO Zhijun1,2， LIU Jinsong1,2,*

1SchoolofLifeandEnvironmentalSciences,WenzhouUniversity,Wenzhou325035,China2InstituteofAppliedEcology,WenzhouUniversity,Wenzhou325035,China

Measuring an organism′s response to a changing environment can yield an insight into the adaptive value of phenotypic adjustments. However, it is not clear how an organism translates seasonal acclimatization to temperature acclimation. In the present study, we measured resting metabolic rate (RMR), evaporative water loss (EWL) and internal organ masses in seasonal acclimatized adult Chinese bulbuls (Pycnonotussinensis) that were captured in winter and summer, and bulbuls that were acclimated to 10℃ (cold) and 30℃ (warm) in laboratory for four weeks. We also measured state 4 respiration and cytochrome c oxidase (COX) activity in liver and muscle of these birds. RMR was measured using an open-circuit respirometry system. State 4 respiration and COX activity in liver and muscle mitochondria were determined at 30℃ using a Clark electrode. Winter- and cold-acclimated birds showed significantly higher RMR, EWL and internal organ masses, as well as state 4 respiration and COX activity than their summer- and warm-acclimated counterparts. The adaptive adjustment of organ masses and cellular thermogenesis might partly contribute to the variability of RMR. The findings suggest that Chinese bulbuls exhibit adaptive adjustments in some physiological and biochemical traits in response to changes in seasonal environment and the changes in temperature only, which can be employed to cope with fluctuations in environmental conditions. These data test the hypothesis that physiological flexibility in energetic traits is a common feature of avian metabolism.

Chinese bulbuls (Pycnonotussinensis); temperature acclimation; seasonal acclimatization; physiological response

國家自然科學基金資助項目(31070366， 31470472)；浙江省自然科學基金(LY13C030005)；浙江省新苗人才計劃項目部分資助(2014R424032)

2013- 07- 05;

日期:2014- 11- 15

10.5846/stxb201407051383

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ljs@wzu.edu.cn

夏素素,楊芳,王潤梅,鄭蔚虹,趙志軍,柳勁松.白頭鵯對季節(jié)性馴化和溫度適應的生理反應.生態(tài)學報,2015,35(7):2349- 2359.

Xia S S, Yang F, Wang R M, Zheng W H, Zhao Z J, Liu J S.Physiological responses in Chinese bulbuls to seasonal acclimatization and temperature acclimation.Acta Ecologica Sinica,2015,35(7):2349- 2359.