龍嘉航 侯金亮 胡亞洲 向建國* 潘望城

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙，410128；2.常德大北農(nóng)飼料有限公司，常德，415400)

Darwin[1]最早對生物的兩性異形進行了研究并認為性別差異性狀與相關(guān)的求愛行為之間存在密切聯(lián)系，從而為作為兩性異形的主要進化機制——性選擇理論奠定了基礎(chǔ)。雌雄外部形態(tài)性狀差異的形成歸因于生育力選擇(雌性較大)[2]或性選擇(雄性較大)[3]。也有其他關(guān)注于副性征的兩性異形的研究，如蛙的體色支持性選擇或性生態(tài)位劃分理論[4]。但兩性異形產(chǎn)生的原因爭議不斷，還未統(tǒng)一定論。兩棲類形態(tài)上的兩性異形研究及其與雌性生殖力的關(guān)系受到廣泛關(guān)注，如東北林蛙(Ranadybowskii)[5]的雌性成體大于雄性成體；棘腹蛙(Quasipaaboulengeri)[6]和飾紋姬蛙(Microhylafissipes)[7]雌性的生殖力均與個體大小有關(guān)。

棘胸蛙(Quasipaaspinosa)屬兩棲綱(Amphibia)，無尾目(Anura)，新蛙亞目(Neobatrachia)，叉舌蛙科(Dicroglossidae)，棘蛙屬，其中大多數(shù)種確認分布在中國境內(nèi)，屬于易危物種[8]。近年內(nèi)棘胸蛙自然資源日益減少[9-10]。目前國內(nèi)外對棘胸蛙的兩性異形的研究集中于體型與繁育之間的關(guān)系[11-12]；Yu等[13]揭示了地理環(huán)境對棘胸蛙兩性異形的影響。食物組成、能量配置等因素會在很大程度上影響個體形態(tài)大小[14]。研究兩性異形特征與能量配置以及生殖力之間是否存在關(guān)聯(lián)，對于棘胸蛙的保育工作具有一定的指導(dǎo)意義。

本研究通過對性成熟棘胸蛙數(shù)量性狀的測量，比較了雌雄外表形態(tài)和肝臟、肺臟等主要器官組織的差異。旨在通過較全面地比較棘胸蛙雌雄間形態(tài)差異，探索差異形態(tài)性狀與器官組織能量分配的關(guān)系，并尋找雌雄的體大小與生殖力的相關(guān)性，為解析導(dǎo)致棘胸蛙雌雄異形現(xiàn)象的原因提供理論參考。

1 材料與方法

樣本于2020年2月在湖南石門采集(29°16′—30°8′ N，110°29′—111°33′ E)，性成熟棘胸蛙共103只(雄性50只，雌性53只)。通過胸部是否存在刺疣以及解剖來判斷性別。用數(shù)顯游標卡尺統(tǒng)一測量動物體右側(cè)頭體長、頭長等16個形態(tài)數(shù)量性狀(精確到0.01 mm)：各個形態(tài)數(shù)量性狀測量標準參照文獻[15]及圖1。用電子天平稱量體重(body mass，BM)以及皮重(skin mass，SKM)、心臟重(heart mass，HM)、肺臟重(lung mass，LUM)、脾臟重(spleen mass，SPM)、腎臟重(kidney mass，KM)、肝臟重(liver mass，LIM)、性腺重(gonad mass，GM)、脂肪重(fat mass，F(xiàn)M)、消化道重(DTM)10個重量數(shù)量性狀(精確到0.01 g)。

雌性個體取出的卵巢測總重(F)后，隨機選取其中一部分卵巢稱重(FN1)，對這部分的卵進行計數(shù)，記為N，最終計算雌性個體的懷卵量即生殖力(FN)，其公式為：FN=N/FN1×F。

雄性個體睪丸由于無法計數(shù)則直接采用精巢重(g)作為代表生殖力的指標。重復(fù)測量3次取平均值。

計算兩性異形程度公式[16]為：

兩性異形程度=1-(體型較小性別的平均體長/體型較大性別的平均體長)。

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計算分析與制圖采用軟件Excel 2010和SPSS 23.0，結(jié)果采用“平均值±標準誤”表示。用 Kolmogorov-Smirnov和Bartlett 分別檢測所有數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差同質(zhì)性，經(jīng)檢驗，數(shù)據(jù)符合參數(shù)統(tǒng)計條件。采用t-檢驗檢測體長和體重的兩性差異；皮爾森相關(guān)性檢驗分析其他形態(tài)數(shù)量性狀與頭體長、重量數(shù)量性狀與體重是否顯著相關(guān)，顯著相關(guān)數(shù)量性狀的兩性差異分別采用頭體長和體重作為協(xié)變量進行協(xié)方差分析獲得。采用皮爾森相關(guān)性檢驗分析雌雄群體形態(tài)數(shù)量性狀與重量數(shù)量性狀的相關(guān)性。線性回歸分析雌性生殖力(懷卵量)與體大小、雄性生殖力(精巢重)與體大小是否具有相關(guān)性。顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 形態(tài)數(shù)量性狀的兩性異形

t-檢驗結(jié)果表明，湖南石門地區(qū)棘胸蛙雌雄個體的頭體長間不存在顯著差異。棘胸蛙雄性頭體長平均值略大于雌性，兩性異形指數(shù)為0.002。棘胸蛙頭體長與其他15個形態(tài)數(shù)量性狀均顯著正相關(guān)(RHL=0.65，P<0.01；RHW=0.75，P<0.01；RSL=0.64，P<0.01；RINS=0.45，P<0.01；RIOS=0.32，P<0.01；RED=0.597，P<0.01；RUEW=0.42，P<0.01；RTD=0.46，P<0.01；RLAHL=0.59，P<0.01；RHAL=0.58，P<0.01；RLAW=0.36，P<0.01；RHLL=0.71，P<0.01；RTL=0.69，P<0.01；RTW=0.57，P<0.01；RFTL=0.63，P<0.01)。

協(xié)方差分析結(jié)果(表1)顯示，在控制頭體長的情況下，雌雄個體的頭長、頭寬、前臂及手長、手長、前臂寬、腿長、脛長和脛寬間差異達到顯著水平(P<0.05)；吻長、鼻間距、眼間距、眼徑、上眼瞼寬、鼓膜徑、跗足長差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，即雄性個體的頭長、頭寬、前臂及手長、手長、前臂寬、腿長、脛長和脛寬顯著高于雌性。

表1 成體棘胸蛙雌雄兩性的形態(tài)數(shù)量性狀差異

3.2 重量數(shù)量性狀的兩性差異

t-檢驗結(jié)果表明，湖南石門地區(qū)棘胸蛙雌雄個體間體重不存在顯著差異。棘胸蛙體重與其他9個重量數(shù)量性狀均顯著正相關(guān)(RSKM=0.90，P<0.01；RHM=0.69，P<0.01；RLUM=0.53，P<0.01；RSPM=0.65，P<0.01；RGM=0.34，P<0.01；RKM=0.76，P<0.01；RLIM=0.71，P<0.01；RFM=0.58，P<0.01；RDTM=0.62，P<0.01)。

協(xié)方差分析結(jié)果(表2)表明，在控制體重的情況下，皮重、心臟重、肺臟重、性腺重、腎臟重、肝臟重、脂肪重差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；脾臟重和消化道重差異未達到顯著水平(P>0.05)。其中，雄性個體的皮重、心臟重、肺臟重和腎臟重顯著高于雌性，雌性個體的性腺重、肝臟重和脂肪重明顯高于雄性。雌雄間存在差異的重量數(shù)量性狀與一些形態(tài)數(shù)量性狀顯著相關(guān)(圖2)，其中肝臟重在雌雄個體中均與16個形態(tài)性狀相關(guān)性顯著(P<0.05)。

表2 成體棘胸蛙雌雄兩性的重量數(shù)量性狀差異

續(xù)表2

3.3 生殖力與體大小的線性回歸關(guān)系

棘胸蛙雌性的生殖力隨體重(F=19.54，P<0.01)和頭體長(F=26.85，P<0.01)的增加而增加，(圖3A-B)。一元線性回歸分析表明：棘胸蛙雄性生殖力(精巢重，g)隨體重(F=12.36，P<0.01)和頭體長(F=6.79，P<0.05)的增加而增加(圖3C-D)。

4 結(jié)論與討論

4.1 形態(tài)數(shù)量性狀的兩性異形

兩棲類中的兩性異形可根據(jù)身體大小分為3種類型：雌雄同型[17]、雄性體型較大[18]、雌性體型較大[19]。大部分兩棲類(無尾目中90%；有尾目Caudata中61%)都表現(xiàn)出雌性體型大于雄性[20]。本研究結(jié)果表明：棘胸蛙雄性與雌性個體的頭體長和體重間無顯著差異，兩性異形表現(xiàn)在前臂及手長、手長、前臂寬、腿長、脛寬、脛長、頭長和頭寬這些局部形態(tài)特征上，且雄性大于雌性，所以湖南石門棘胸蛙是雄性體型較大類型。兩性異形指數(shù)為0.002，與安徽棘胸蛙的0.06[21]，閩西山區(qū)棘胸蛙0.07[18]，湖南平江棘胸蛙的0.09[11]以及同屬的雙團棘胸蛙(Quasipaayunnanensis)的0.01[22]相比較小。棘胸蛙兩性異形程度與當(dāng)?shù)刈罡邷囟群徒邓砍收嚓P(guān)[13]。本研究的棘胸蛙兩性異形程度與Yu等[13]研究中5個采集地的棘胸蛙相比最低，湖南石門的降水量和最高溫度與5個采集地相比最低。也就是說，本研究的棘胸蛙與其他地區(qū)的棘胸蛙兩性異形程度有異，可能是因為物種的兩性異形程度與棲息地生境密切相關(guān)。物種兩性異形程度的地理變異也存在于中國林蛙(Ranachensinensis)：越往北方，降水量越大，環(huán)境溫度越低，兩性異形程度越明顯，如內(nèi)蒙古扎蘭屯種群的兩性異形指數(shù)高于河南鄭州種群[23]。黑龍江林蛙(R.amurensis)兩性異形差異程度與海拔呈正相關(guān)[24]。

本研究中，棘胸蛙雄性的前臂及手長、手長、前臂寬均大于雌性，說明前肢粗壯且長，便于與雌性在繁殖季節(jié)抱對，提高繁殖率；雄性的腿長、脛寬、脛長也大于雌性，便于跳躍活動，提高覓食效率。這與棘腹蛙以及浙江金華的棘胸蛙結(jié)果[6，13]一致。雄性的頭長和頭寬大于雌性，這與平江棘胸蛙未檢測到頭寬差異的結(jié)果[11]不同，頭寬增大的同時，可利用食物的體積增大，從而獲取更高的能量來增大個體；棘胸蛙在性選擇時，雄性會強化有利于捕食和繁殖的形態(tài)特征。

性選擇學(xué)說認為雄性中體型較大者同時攜帶了優(yōu)質(zhì)基因，雌性與其交配會增加繁殖成功率[25]；抱對時，雄蛙增加個體大小能增大抱對的概率，但體型過大的雄蛙也會造成雌蛙的負擔(dān)[26]。本研究雌雄個體間體大小不具有顯著差異，但出現(xiàn)明顯差異的各形態(tài)指標可以增強雄性競爭力支持性選擇學(xué)說。雄性爭奪資源能力與雌性對雄性的選擇息息相關(guān)，進而影響繁殖成功率，雌雄形態(tài)特征差異也在此過程中強化。

4.2 重量數(shù)量性狀的兩性差異

重量數(shù)量性狀不僅能反映個體發(fā)育和健康的狀態(tài)，還與個體的生長性能及性狀息息相關(guān)。影響脊椎動物個體大小的主要因素之一是攝食及消化能力，消化效率越強，其生長速度越快，個體越大[14]。此外，雌雄個體能量的分配差異也是導(dǎo)致雌雄個體大小出現(xiàn)差異的重要原因之一[27]。本研究中棘胸蛙雌性個體的肝臟重、性腺重和脂肪重明顯高于雄性，其能量傾向于繁殖儲存；肝臟重與形態(tài)性狀相關(guān)性顯著。肝臟是兩棲類重要的消化器官，其發(fā)育狀態(tài)影響各種營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，從而影響個體大小。雄性個體皮重、心臟重、肺臟重和腎臟重顯著高于雌性，雄性的呼吸及循環(huán)排泄上能量占比更多。棘胸蛙雌雄間存在顯著差異的重量數(shù)量性狀與繁殖、呼吸及消化代謝等功能密切相關(guān)，這也可能是造成雌雄外形差異的原因之一。

4.3 生殖力

繁殖是動物生活史中重要的一個環(huán)節(jié)。棘胸蛙是1年多次產(chǎn)卵型，雌性生殖力主要依據(jù)懷卵量來判斷大小[28]。成年雌體越大，繁殖輸出越強，腹腔容納量越大，從而提高繁殖適合度[6]。棘胸蛙雌性的生殖力(懷卵量)與頭體長和體重呈正相關(guān)，此結(jié)果支持生殖力假說。棘腹蛙[6]、海陸蛙(Fejervaryacancrivora)[29]、中國林蛙[23]等相關(guān)研究也證實了雌蛙可以通過增加體大小實現(xiàn)繁殖率的提高。本研究棘胸蛙雄性個體生殖力(精巢重)與體大小呈正相關(guān)，雄性也有可能通過增加體大小來相應(yīng)增加自身的精巢重來提高繁殖率。這也許是雌蛙傾向于選擇體型更大的雄蛙與其交配[20]的一個重要原因。

對個體形態(tài)數(shù)量性狀值綜合分析可知，湖南石門棘胸蛙是雄性體型較大的兩性異形類型。協(xié)方差分析兩性差異結(jié)果表示，雄性會強化有利于捕食和繁殖的形態(tài)特征，故在性選擇中雄性更占優(yōu)勢；棘胸蛙雌雄間存在顯著差異的重量數(shù)量性狀與繁殖、呼吸及消化代謝等功能密切相關(guān)，其中肝臟重在雌雄個體中均與16個形態(tài)性狀相關(guān)性顯著。雌性生殖力與體大小呈正相關(guān)的結(jié)果支持生殖力選擇壓力假說。雄性個體可通過增加體大小來提高生殖力，從而提高自身被雌性選擇的競爭力。也就是說，在性選擇、生殖力選擇等壓力作用下，棘胸蛙形態(tài)特征與功能性器官組織隨性別分化而產(chǎn)生差異且相互之間相關(guān)性顯著，促進其兩性異形的進化。