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度[3]。研究表明，小型哺乳動(dòng)物消化道長度隨季節(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，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)肽相對表達(dá)量，最終適應(yīng)該地區(qū)不同的環(huán)境變化。