朱 彥，楊玉釗

（昆明動(dòng)物園，昆明 650224）

灰冠鶴（Balaerica regulorum）是一種廣泛分布于非洲濕地和稀樹(shù)草原的大型留鳥(niǎo)，屬鶴形目鶴科冠鶴亞科，分化為東非亞種（B.r.gibbericeps）和南非亞種（B.r.regulorum）。由于電力基礎(chǔ)設(shè)施的危害、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)引起的生境退化以及野生動(dòng)物貿(mào)易，導(dǎo)致種群數(shù)量急劇減少［1，2］，在世界自然保護(hù)聯(lián)盟（In?ternational Union for Conservation of Nature，簡(jiǎn) 稱IUCN）發(fā)布的紅皮書(shū)中被列為瀕危物種［3］。

為此，本研究以《2018 年灰冠鶴譜系簿》為研究基礎(chǔ)并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)與遺傳學(xué)分析，透過(guò)分析結(jié)果闡述目前國(guó)內(nèi)種群的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的種群及遺傳學(xué)管理建議，以期為研究和改善國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴的生物遺傳學(xué)現(xiàn)狀和實(shí)現(xiàn)種群的健康和可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

國(guó)內(nèi)灰冠鶴譜系保存人向國(guó)內(nèi)的灰冠鶴飼養(yǎng)單位發(fā)送譜系調(diào)查問(wèn)卷，收集各單位飼養(yǎng)個(gè)體包含父母、出生、死亡和轉(zhuǎn)移情況的譜系信息，匯總統(tǒng)計(jì)各單位圈養(yǎng)灰冠鶴種群變化情況。本研究所使用數(shù)據(jù)引自《2018 年灰冠鶴譜系簿》。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

使用軟件為國(guó)際物種信息系統(tǒng)（International Spe?cies Information System，簡(jiǎn)稱ISIS）開(kāi)發(fā)的SPARKS v1.66（Single Population Analysis & Records Keeping System）軟件，通過(guò)軟件對(duì)收集到的圈養(yǎng)灰冠鶴個(gè)體譜系信息進(jìn)行登錄及編輯。圈養(yǎng)灰冠鶴種群的統(tǒng)計(jì)學(xué)和遺傳學(xué)分析使用PMx v1.2 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 圈養(yǎng)灰冠鶴種群現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2.1.1 國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群數(shù)量變化 截至2018年12 月31 日，國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群數(shù)量為332 只，其中雄性59 只，雌性71 只，未知性別個(gè)體202 只（占總數(shù)的60.84%），飼養(yǎng)在41 家單位，其中識(shí)別個(gè)體183 只（占總數(shù)的55.12%）。41 家單位飼養(yǎng)的種群數(shù)量十分不均衡，其中有1 家飼養(yǎng)單位的種群數(shù)量最多，達(dá)62 只，有3 家飼養(yǎng)單位的種群數(shù)量最少，均為1 只。

灰冠鶴于1958 年首次在中國(guó)展出，之后圈養(yǎng)種群數(shù)量緩慢增長(zhǎng)，種群快速增長(zhǎng)期自1991 年開(kāi)始持續(xù)至2004 年，在種群數(shù)量達(dá)288 只后，出現(xiàn)了持續(xù)6年的種群數(shù)量快速下降，但2010 年種群數(shù)量降至200 只后，一直保持快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，截至2018 年種群數(shù)量達(dá)332 只，種群的平均增長(zhǎng)率為1.059（λ＞1），種群呈增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖1）。

圖1 國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群數(shù)量變化

2.1.2 圈養(yǎng)灰冠鶴年齡性別結(jié)構(gòu) 目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群中處于繁殖年齡的個(gè)體較多，非繁殖年齡的個(gè)體較少，種群結(jié)構(gòu)開(kāi)始顯現(xiàn)緊縮的趨勢(shì)，種群中55.12%的個(gè)體為未知性別個(gè)體，過(guò)多未知性別個(gè)體的存在導(dǎo)致無(wú)法反映種群的性比情況，影響對(duì)有效種群數(shù)量的判斷（圖2）。

2.1.3 圈養(yǎng)灰冠鶴種群來(lái)源變化情況 自1978 年國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴繁殖獲得成功后，每年的圈養(yǎng)出生個(gè)體較少，種群主要來(lái)源于野外捕獲個(gè)體，1987 年開(kāi)始每年的圈養(yǎng)出生個(gè)體數(shù)量快速增加，并且增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于野外捕獲個(gè)體的增長(zhǎng)速度，但自2004 年開(kāi)始每年的圈養(yǎng)出生數(shù)量急劇減少，2010 年開(kāi)始逐漸回升，而同期的野外捕獲個(gè)體數(shù)量出現(xiàn)了快速增加，直至2013 年每年的圈養(yǎng)出生個(gè)體數(shù)量穩(wěn)定增加后，每年的野外捕獲個(gè)體才開(kāi)始下降。目前種群以圈養(yǎng)出生個(gè)體為主（圖3）。

圖3 圈養(yǎng)灰冠鶴種群來(lái)源變化情況

2.1.4 圈養(yǎng)灰冠鶴繁殖率變化 譜系數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，圈養(yǎng)雄性灰冠鶴通常從4 歲開(kāi)始繁殖，最長(zhǎng)繁殖年齡可持續(xù)至32 歲，圈養(yǎng)雌性灰冠鶴通常從4 歲開(kāi)始繁殖，最長(zhǎng)繁殖年齡可持續(xù)至28 歲（圖4）。

2.1.5 圈養(yǎng)灰冠鶴死亡率情況 譜系數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，圈養(yǎng)灰冠鶴雄性在27 歲時(shí)的死亡率最高，雌性在1 歲之前的死亡率最高。目前圈養(yǎng)灰冠鶴種群中年齡最大的個(gè)體為48 歲，但該個(gè)體引入年份早，個(gè)體信息不夠完整，孵化時(shí)間為估計(jì)年份，有一定誤差（圖5）。

圖4 圈養(yǎng)灰冠鶴繁殖率變化

圖5 圈養(yǎng)灰冠鶴死亡率變化

譜系統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1987—2018 年國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴的出生率和死亡率均出現(xiàn)過(guò)大幅波動(dòng)，在2000年出現(xiàn)了出生高峰，期間種群的出生率遠(yuǎn)高于死亡率，而在2008 年出現(xiàn)了死亡高峰，期間種群的死亡率遠(yuǎn)高于出生率。截至2018 年12 月31 日，共死亡253 只，其中雄性46 只，雌性38 只，未知性別169 只（圖6）。國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴主要集中在7 月和8 月出生，而死亡主要集中在1 月，顯示出明顯的季節(jié)性（圖7）。

圖6 1975—2018 年圈養(yǎng)灰冠鶴出生與死亡數(shù)量

2.2 圈養(yǎng)灰冠鶴種群現(xiàn)狀遺傳學(xué)分析

2.2.1 建立者 國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群主要來(lái)源于26 只野外捕獲的建立者，其中7 只已死亡，19 只仍存活，分別飼養(yǎng)在大連森林動(dòng)物園、哈爾濱北方森林動(dòng)物園。除26 只建立者外，種群中還有48 只潛在建立者，這些個(gè)體均來(lái)自野外但沒(méi)有在種群中繁殖過(guò)后代。目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群中只是保留了來(lái)自野外個(gè)體85.97%的基因多樣性，建立者基因等量值是3.60，說(shuō)明目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴后代種群的個(gè)體遺傳多樣性水平已經(jīng)與一個(gè)由3 只互無(wú)直接血緣關(guān)系的個(gè)體建立的后代種群一致。建立者的遺傳貢獻(xiàn)值和后代數(shù)量呈現(xiàn)不均衡趨勢(shì)，數(shù)值最高的個(gè)體為14號(hào)（♂）與15 號(hào)（♀），遺傳貢獻(xiàn)值達(dá)51.13，后代數(shù)達(dá)113 只，有7 只建立者的遺傳貢獻(xiàn)值僅為0.5，后代數(shù)僅為1 只。如果將48 只潛在建立者也納入管理計(jì)劃中，并讓其最大限度地參與到種群繁殖中，種群的基因多樣性可以提高到99.3%。國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴的平均親緣關(guān)系值顯示為0.14，平均近親繁殖系數(shù)顯示為0.16，說(shuō)明種群中有近交現(xiàn)象（表1）。

表1 圈養(yǎng)灰冠鶴種群遺傳學(xué)參數(shù)

2.2.2 種群基因多樣性 配對(duì)適宜指數(shù)（MSI）是種群遺傳管理中用于挑選適宜個(gè)體進(jìn)行配對(duì)的重要指標(biāo)，該指標(biāo)通過(guò)計(jì)算考慮了配對(duì)動(dòng)物的平均親緣關(guān)系值、近親繁殖系數(shù)以及祖先未知因素的總量，并根據(jù)總量的特異性劃分出1 至7 級(jí)，配對(duì)等級(jí)越低越有益于目前種群基因多樣性的有效保持［4］。使用PMx軟件對(duì)目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群中適宜繁殖的雌雄個(gè)體進(jìn)行適宜配對(duì)運(yùn)算，在成活的40 只雌雄個(gè)體中發(fā)現(xiàn)僅有19.80%的配對(duì)方式有利于種群的遺傳健康。

國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴自20 世紀(jì)80 年代建立種群后，種群基因多樣性保存如圖8 虛線所示，迅速上升至70.83%，隨后逐漸波動(dòng)增長(zhǎng)，一直保持在74%～77%，種群基因多樣性與圖8 實(shí)線所示的種群數(shù)量變化趨勢(shì)基本一致，但變化幅度不同（圖8）。

根據(jù)過(guò)去30 年國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群的增長(zhǎng)趨勢(shì)分析預(yù)測(cè)，未來(lái)100 年中，種群數(shù)量雖然不會(huì)有顯著變化，但種群的基因多樣性會(huì)逐漸下降，在不進(jìn)行有效的種群管理狀態(tài)下，100 年后國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴的種群基因多樣性將由目前的85.97%降至78.80%（圖9）。

圖8 1975—2018 年圈養(yǎng)灰冠鶴種群與基因多樣性

圖9 未來(lái)100 年圈養(yǎng)灰冠鶴種群的發(fā)展趨勢(shì)及基因多樣性變化

3 小結(jié)及建議

通過(guò)各飼養(yǎng)單位多年以來(lái)的飼養(yǎng)繁育及個(gè)體引進(jìn)，國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴的種群數(shù)量已有了大幅增長(zhǎng)，但在飼養(yǎng)環(huán)境和種群管理中依然存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致這一種群的數(shù)量處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，可種群基因的多樣性和圈養(yǎng)繁殖情況不容樂(lè)觀，具體存在如下問(wèn)題。

3.1 未識(shí)別個(gè)體過(guò)多，影響有效管理

實(shí)現(xiàn)一個(gè)人工圈養(yǎng)種群的健康發(fā)展，需要以個(gè)體識(shí)別為前提和基礎(chǔ)。有效識(shí)別種群中的個(gè)體，有利于掌握個(gè)體的基本情況，雖然2018 年的調(diào)查結(jié)果顯示目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)的灰冠鶴中55.12%的個(gè)體進(jìn)行了標(biāo)記，高于2013 年時(shí)49.36%的個(gè)體標(biāo)記率，但仍有近50%的個(gè)體未進(jìn)行識(shí)別與標(biāo)記，而在已標(biāo)記的個(gè)體中，大部分是使用腳環(huán)作為標(biāo)記物，容易存在腳環(huán)脫落后未及時(shí)更新、彩色環(huán)年久環(huán)號(hào)退色無(wú)法識(shí)別等問(wèn)題，只有少部分個(gè)體采用了耐久的電子芯片作為標(biāo)記物。

3.2 未知性別個(gè)體及來(lái)源信息缺失個(gè)體過(guò)多，影響種群擴(kuò)大

種群的性比影響著有效種群的大小，性別失衡會(huì)一定程度上降低有效種群的大?。?］，目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群中未知性別的個(gè)體占到總數(shù)的60%以上，無(wú)法真實(shí)反映種群的性別情況，影響了種群的繁殖；與其他在國(guó)內(nèi)具有分布的圈養(yǎng)鶴類種群不同，圈養(yǎng)灰冠鶴中有大量從國(guó)外引進(jìn)的個(gè)體，引進(jìn)的機(jī)構(gòu)往往無(wú)法獲得準(zhǔn)確的個(gè)體信息，導(dǎo)致這些個(gè)體的譜系信息不準(zhǔn)確甚至基本信息缺失嚴(yán)重，無(wú)法確定2 只個(gè)體間是否存在近親關(guān)系，影響了種群管理計(jì)劃的實(shí)施。

3.3 飼養(yǎng)種群數(shù)量不均衡，存在近親繁殖

國(guó)內(nèi)飼養(yǎng)灰冠鶴的單位較多，在2018 年達(dá)41家，但各家單位的飼養(yǎng)種群規(guī)模卻差異明顯，飼養(yǎng)種群數(shù)量最多的哈爾濱森林動(dòng)物園達(dá)61 只，而飼養(yǎng)數(shù)量最少的3 家單位每家僅飼養(yǎng)有1 只，無(wú)法保障個(gè)體的繁殖需求，更難保證種群的穩(wěn)定發(fā)展；而在部分飼養(yǎng)種群數(shù)量較多的單位，由于有效繁殖的個(gè)體數(shù)量少，為確保繁殖能夠持續(xù)甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的近親交配情況，因此，目前國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴種群的平均近親繁殖系數(shù)已經(jīng)超過(guò)了同父異母?jìng)€(gè)體或同母異父?jìng)€(gè)體間產(chǎn)生后代的數(shù)值0.1，達(dá)0.16，影響了整個(gè)種群的總體健康度。

3.4 飼養(yǎng)環(huán)境無(wú)法滿足生存和繁殖需求

野生動(dòng)物的飼養(yǎng)管理需要依據(jù)動(dòng)物的自然史開(kāi)展，灰冠鶴作為一種多分布于沼澤濕地的涉禽，需要相應(yīng)的飼養(yǎng)條件和環(huán)境滿足其生存需要，以展現(xiàn)自然行為，尤其灰冠鶴在產(chǎn)卵前有叼草營(yíng)巢的行為，在可選擇的濕地環(huán)境中偏好選擇有遮擋的淺水中筑巢［6］，而很多飼養(yǎng)單位無(wú)法提供帶有濕地的飼養(yǎng)環(huán)境，部分單位甚至將灰冠鶴飼養(yǎng)于全為水泥地面的籠舍內(nèi)，無(wú)法為灰冠鶴提供適宜繁殖的環(huán)境和筑巢材料，影響了灰冠鶴的正常繁殖。

3.5 與黑冠鶴混養(yǎng)，造成基因污染

由于兩種鶴的外形相似且早期飼養(yǎng)管理者的物種鑒定能力有限，因此過(guò)去國(guó)內(nèi)動(dòng)物園習(xí)慣將灰冠鶴與黑冠鶴統(tǒng)稱為冠鶴或戴冕鶴，部分飼養(yǎng)單位未能很好地進(jìn)行鑒別，將兩種鶴混養(yǎng)在了一起［4］，有些飼養(yǎng)單位甚至常年將飼養(yǎng)的灰冠鶴作為黑冠鶴進(jìn)行種群管理，導(dǎo)致兩種鶴產(chǎn)生了雜交后代。動(dòng)物園肩負(fù)著瀕危野生動(dòng)物異地保護(hù)的重要職能，需要確保所繁殖的個(gè)體為血緣純正的個(gè)體，這些雜交個(gè)體無(wú)法豐富種群的基因多樣性，如繼續(xù)與血緣純正的個(gè)體繁殖將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的種群基因產(chǎn)生污染。

以上國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)灰冠鶴在種群管理及飼養(yǎng)中存在的問(wèn)題顯示，該種群需要完善掌握動(dòng)物的個(gè)體信息以利于進(jìn)行合理、有效的繁殖配對(duì)，豐富種群的基因多樣性；改變動(dòng)物的飼養(yǎng)環(huán)境和管理模式以提高繁殖率，避免雜交情況發(fā)生，建議可采取以下措施保障該種群良性發(fā)展。

1）完善個(gè)體標(biāo)記工作。為未標(biāo)記的個(gè)體進(jìn)行標(biāo)記，更換環(huán)號(hào)無(wú)法識(shí)別的腳環(huán)，為腳環(huán)破損或丟失的個(gè)體佩戴腳環(huán)，有條件的單位可以選擇芯片替代腳環(huán)。

2）開(kāi)展未知性別個(gè)體的性別鑒定。DNA 分子鑒定法只需收集個(gè)體兩根脫落的羽毛，就可以提取其中的羽髓通過(guò)試驗(yàn)鑒定個(gè)體性別，是一種安全、方便、準(zhǔn)確的性別鑒定方法［7］，有條件的飼養(yǎng)單位可與具有條件的實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系，進(jìn)行未知性別個(gè)體的鑒定。

3）促進(jìn)聯(lián)合繁殖，改善種群基因多樣性。為了保證國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)種群的持續(xù)發(fā)展，減少?gòu)膰?guó)外引進(jìn)和野外捕獲的數(shù)量，提高繁殖質(zhì)量，應(yīng)積極開(kāi)展飼養(yǎng)機(jī)構(gòu)間的聯(lián)合繁殖，減少近親繁殖的情況，讓更多的潛在建立者參與到國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)種群的繁殖中，豐富國(guó)內(nèi)圈養(yǎng)種群的基因多樣性。

4）改善圈養(yǎng)環(huán)境。有適宜水體的飼養(yǎng)單位可以在原有植物的基礎(chǔ)上，種植符合濕地生境的景觀植物，既能夠?yàn)閯?dòng)物提供可選擇的自然遮蔽，又可以減少其他動(dòng)物和游人引起的應(yīng)激反應(yīng)，同時(shí)在水體中投放本地水生動(dòng)植物，為動(dòng)物提供餌料，增加動(dòng)物食物的可選性，提高飼養(yǎng)環(huán)境的生物多樣性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物與自然環(huán)境的有機(jī)結(jié)合［8，9］；無(wú)自然水體的飼養(yǎng)單位可以在飼養(yǎng)籠舍中增添水池，將餌料投喂到水池中，在繁殖前放置營(yíng)巢的材料，促進(jìn)動(dòng)物產(chǎn)卵，同時(shí)使用隔離板為動(dòng)物提供必要的遮蔽［10］。

5）杜絕雜交個(gè)體的出現(xiàn)。建議飼養(yǎng)單位增強(qiáng)對(duì)飼養(yǎng)的灰冠鶴及黑冠鶴的鑒別工作，如有不同種的個(gè)體需隔離飼養(yǎng)，尤其同時(shí)飼養(yǎng)有兩種鶴的飼養(yǎng)單位要杜絕混養(yǎng)情況的發(fā)生，避免雜交后代的產(chǎn)生。