（動物學(xué)專業(yè)論文）黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究.pdf

黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 中文摘要 產(chǎn)熱能力和能量代謝的季節(jié)性調(diào)節(jié)對溫帶地區(qū)非冬眠小型哺乳動物的生存 至關(guān)重要 為確定溫度對非冬眠的小型哺乳動物產(chǎn)熱能力和能量代謝特征的影 響 闡明小型哺乳動物適應(yīng)季節(jié)性環(huán)境變化的策略 本文測定了黑線姬鼠 a p o d e m u sa g r a r i u s 在季節(jié)馴化和實驗室馴化 冷馴化和脫冷馴化 條件下的 體重 體溫 基礎(chǔ)代謝率 b m r 非顫抖性產(chǎn)熱 n s t 熱中性區(qū) t n z 熱傳導(dǎo) 攝入能和消化率等指標(biāo) 測定了冬夏兩季消化道長度和重量等指標(biāo) 實驗結(jié)果表明 與體重的預(yù)期值相比 黑線姬鼠具有相對較低的b m r 較高的n s t 和熱 傳導(dǎo) 冬季體重 體溫降低 體重的變化是能量攝入與消耗之間平衡的結(jié)果 降 低體重是節(jié)約能量的一種有效方式 維持體溫的恒定對非冬眠小型哺乳動物的能 量代價很高 降低體溫可減少能量消耗 冬季b m r 稍高于其它季節(jié) n s t 顯著高于其它季節(jié) 熱傳導(dǎo)也較高 t n z 下l 臨界溫度向低溫趨勢發(fā)展 說明在冬季黑線姬鼠皮毛隔熱能力沒有顯著增加 主要以n s t 的增加來維持體溫的相對恒定 冬季總體b a t 的相對重量顯著增加 這是其n s t 增加的基礎(chǔ) 黑線姬鼠冬季攝入能 消化能和可代謝能增加 消化率和可代謝能效率提 高 消化道重量增加 說明冬季黑線姬鼠以加快食物周轉(zhuǎn)速率 擴大消化容積 提高消化率等方式獲得更多的能量 能量攝入的增加有利于動物提高冬季的存活 率 冬季盡管攝入能增加 但體脂含量的下降 導(dǎo)致體重降低 表明在嚴(yán)酷的 冬季 由于受自身的生理限制 黑線姬鼠增加的能量攝入不足以滿足能量的消耗 需要動用體內(nèi)貯存的脂肪 在冷馴化過程中 黑線姬鼠體溫和體重的調(diào)節(jié)能力較強 b m r n s t 和 攝入能都增加 在脫冷馴化中 產(chǎn)熱能力和能量代謝水平均降到初始水平 說明 黑線姬鼠能夠通過調(diào)節(jié)產(chǎn)熱能力和能量代謝的變化來適應(yīng)環(huán)境溫度的改變 東北地區(qū)黑線姬鼠適應(yīng)環(huán)境變化的特征 體現(xiàn)了該物種較強的生存能力和對 生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性策略 對物種的生存 繁殖和進化具有重要的意義 關(guān)鍵詞 黑線姬鼠 季節(jié)馴化 實驗室馴化 產(chǎn)熱 能量 a s t u d yo nt h e r m o g e n e s i sa n de n e r g ym e t a b o l i s m c h a r a c t e r i s t i c so fs t r i p e df i e l dm o u s e a b s t r a c t s e a s o n a la d j u s t m e n t si nt h e r m o g e n e s i sa n de n e r g ym e t a b o l i s ma r ei m p o r t a n tf o r s u r v i v a lo fn o n h i b e r n a t i n gs m a l lm a m m a l si nt h et e m p e r a t ez o n e i no r d e rt o d e t e r m i n et h ec o n t r i b u t i o n so fc o l dt e m p e r a t u r e st ot h et h e r m o g e n e s i sa n de n e r g y m e t a b o l i s mi ns m a l lm a m m a l s w ed e t e r m i n e db e d ym a s s b o d yt e m p e r a t u r e b a s a l m e t a b o l i cr a t e b m r n o n s h i v e r i n gt h e r m o g e n e s i s n s a 3 t h e r m a ln e u t r a lz o n e t n z t h e r m a lc o n d u c t a n c e c 奠e n e r g yi n t a k e da n de n e r g yd i g e s t i b i l i t yo f s t r i p e df i e l dm o u s e a p o d e m u sa g r a r i u s i nd i f f e r e n ts e a s o n sa n dc o l da m b i e n t t e m p e r a t u r e s i na d d i t i o n l e n g t ha n dw e i g h to fd i g e s t i v et r a c tw e r ed e t e r m i n e di n w 血e ra n ds u m m e r t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a l s t r i p e df i e l dm o u s eh a sr e l a t i v e l yl o w e rb m r h i g h e rn s ta n dt h e r m a lc c o m p a r et ot h ep r o s p e c t i v ev a l u e sa c c o r d i n g t ot h eb o d yw e i g h t b o d ym a s sa n db e d yt e m p e r a t u r er e d u c e di nw i n t e r c h a n g e si nb e d ym a s sa r e t h er e s u l to ft h eb a l a n c eb e t w e e ne n e r g yi n t a k ea n de x p e n d i t u r e d e c r e a s ei nb o d y m a s si so n eo ft h ee f f e c t i v em e a n st os a v ee n e r g y t h em a i n t e n a n c eo fac o n s t a n t b o d yt e m p e r a t u r ei se x p e n s i v ef o re n d o t h e r m i cs m a l lm a m m a l s d e c r e a s ei nb o d y t e m p e r a t u r ew o u l dr e d u c ee n e r g ye x p e n d i t u r e b m ri nw i n t e rw a sl i t t l eh i g h e rt h a no t h e rf a g a s o n s n s tw a ss i g n i f i c a n th i g h e r t h a no t h e rs e a s o n s a n dt h e r m a lc o n d u c t a n c ew a sa l s oh j g h l o wc r i t i c a lt e m p e r a t u r e o ft n zh a sm o v e dt ol o w e rt e m p e r a t u r e t h ee f f e c tt h a th e a ti n s u l a t i o na b i l i t yo ff u r e n h a n c e di ns t r i p e df i e l dm o u s ew a sn o th i g h e ri nw i n t e r t h er e l a t i v e l yc o n s t a n ts t a t e o fb o d yt e m p e r a t u r em o s t l ym a i n t a i n e dw i t hi n c r e a s i n go fn s t r e l a t i v em a a so ft o t a l b r o w na d i p o s et i s s u e b a t i nw i n t e rw a sr e m a r k a b l eh i g h e rt h a nt h a ti ns u m m c r t h i sr e s u l tr e v e a l st h a li n c r e a s e db a tm a s sh a sb e n e f i ti ni m p r o v i n gt h ea b i l i t yo f t h e r m o g e n e s i si nw i n t e r 至 e n e r g yi n t a k e e d d i g e s t e de n e r g yp e a n dm e t a b o l i z a b l ee n e r g yi n t a k e m e d w e r em e r e a s i n gi nw i n t e r d i g e s t i b i l i t ya n de f f i c i e n c yo fm e t a b o l i z a b l ee n e r g yi n t a k e w e r ed e v e l o p i n g w e i g h to fd i g e s t i v et r a c t sw a sa l s oe n l a r g i n g s t r i p e df i e l dm o u s e a d o p ta c c e l e r a t i n gs p e e do ff o o dt u r n o v e r e x p e n d i n gd i g e s t i v ev o l u m e i n e a s i n g i i d i g e s t i b i l i t ya ss u i t a b l ep a t t e r n s i no r d e rt oo b t a i nm u c hm o r ee n e r g y i n c r e a s i n g e n e r g yi n t a k eh a sb e n e f i t i ni m p r o v i n gs u r v i v a lr a t eo fa n i m a l s 饅 a l t h o u g he n e r g yi n t a k ei n c r e a s e di nw i n t e r r e d u c i n gi np e r c e n t a g eo fb o d y f a t r e s u l t e di nb o d ym a s sr e d u c e d t h er e s u l ts h o w st h a t i nc o l dw i n t e r a c c o r d i n gt o b o d yp h y s i o l o g i c a ll i m i t i n c r e a s e de n e r g yi n t a k eo fs t r i p c df i e l dh i o u s ow a sn o t e n o u g ht om e e t i t se n e r g ye x p e n d i t u r e a n i m a l sn e e dt ou s et h ef a tw h i c hr e s t o r e di n b o d y i nt h ec o u r s eo fc o l da c c l i m a t i o n t h ea b i l i t yo fb o d yt e m p e r a t u r ea n db o d y m a s s r e g u l a t i o nw o r ep o w e r f u l b m r n s ta n de n e r g yi n t a k ew e r e a l li n c r e a s e d i n d e c o l da c c l i m a t i o n t h e r m o g e n e s i sa n de n e r g ym e t a b o l i s mw e r ea l lr e d u c e dt oi n i t i a l l e v e l s t h i sr e s u l t ss h o wt h a ts t r i p e df i e l dm o u s em a i n l yr e l a yo nt h ec h a n g eo fi t s t h e r m o g e n e s i s a n de n e r g ym e t a b o l i s m a d a p t i n g t oe n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r e c h a n g e s c h a r a c t e r i s t i c sw h i c hc o n f o r mt oe n v i r o n m e n t a lc h a n g e so fs t r i p e df i e l dm o u s ei n t h en o r t h e a s t0 fc h i n as h o wt h a t i th a sh i 曲s u r v i v a lr a t ea n da d a p t i v es t r a t e g i 髂t o a 碼u s te c o l o g i c a le n v i r o n m e n t i th a ss i g n i f i c a n tv a l u ei ns u r v i v a l r e p r o d u c ea n d e v o l u t i o no ft h es p e c i e s k e yw o r d s s t r i p e df i e l dm o u s e a p o d e m u sa g r a r l u s s e a s o n a l a c c l i m a t i z a t i o n l a b o r a t o r ya c c l i m a t i o n t h e r m o g e n e s i s e n e r g y i l i 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 第一章引言 能量是小型哺乳動物生存和進化的主要限制因子 能量學(xué)也逐漸成為生理生 態(tài)學(xué)中的一個重要研究領(lǐng)域 動物能量學(xué)特征是反映動物功能的一個重要限制因 子 動物能量學(xué)特征的研究 對于理解動物的生活史對策 生理學(xué)和進化等問題 都具有重要意義l o2 能量代謝水平對一個物種的分布 豐富度 繁殖成功和適 合度起到重要的決定作用 3 t4 1 某一地區(qū)某種哺乳動物的代謝水平與獸類總體的 能量代謝一般模式的差異 可能反映了該種動物對環(huán)境獨特的適應(yīng)機制 h 5 6 引 改變能量代謝水平是小型哺乳動物適應(yīng)環(huán)境變化的主要方式 在動物生存的環(huán)境因子中 溫度 光周期 食物資源 可利用食物數(shù)量和質(zhì) 量 等的季節(jié)性變化能夠引起許多動物生理和行為的變化 并影響動物的生存和 物種的延續(xù) 動物形態(tài) 生理和行為的適應(yīng)性調(diào)節(jié) 有利于它們在季節(jié)性變化的 環(huán)境中存活1 9 其中產(chǎn)熱能力和能量代謝是最基本的生理過程 具有重要的生態(tài) 適應(yīng)意義 1 0 1 此外 產(chǎn)熱對小型哺乳動物維持正常的生理功能也具有重要作用 在小型哺乳動物中 褐色脂肪組織 b r o w na d i p o s et i s s u e b a t 是適應(yīng)性產(chǎn)熱的 主要器官 對產(chǎn)熱能力具有很大貢獻 1 0 1 b a t 細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上有一類獨特 的解偶聯(lián)蛋白 u n c o u p l i n g p r o t e i n u c p u c p 的數(shù)量和活性決定了b a t 的產(chǎn) 熱能力 1 2 塒 低溫作為影響動物生存和繁殖的主要環(huán)境因子 對動物體內(nèi)的許多生理指標(biāo) 均有顯著影響 實驗研究表明 低溫是導(dǎo)致哺乳動物產(chǎn)熱增加的有效刺激 1 4 1 一般來說 小型哺乳動物抵抗低溫的能力比大型哺乳動物差 因為體型小是小型 哺乳動物的主要特征 同時也增加了其表面積與體積的比值 導(dǎo)致熱量散失增加 從而增加冬季存活的代價i 住1 6 1 溫度的季節(jié)性變化是導(dǎo)致小型哺乳動物體重 產(chǎn)熱能力和能量代謝出現(xiàn)季節(jié)性變化的重要環(huán)境因子1 1 7 1 非冬眠小型哺乳動物 在氣候寒冷的冬季 會消耗很多能量 以維持高而恒定的體溫 從而增加了對能 量的需求 能量消耗的增加使小型哺乳動物的體重下降 而體重的降低可以有效 地減少對總能量的需求 有利于它們應(yīng)對寒冷的脅迫 恤1 7 1 因此 小型哺乳動 物的越冬存活主要取決于能量 調(diào)節(jié)小型哺乳動物產(chǎn)熱能力變化的指標(biāo)主要有 基礎(chǔ)代謝率 b a s a lm e t a b o l i cr a t e 非顫抖性產(chǎn)熱 n o n s h i v e r i n gt h e r m o g e n e s i s 熱傳導(dǎo) 1 1 1 e mc o n d u c t a n c e 和b 喱量等 有關(guān)動物季節(jié)性代謝變化的研究已有不少文獻報道 如分布于北方草原的冬 眠動物達烏爾黃鼠 s p e r m o p h i l u sd a u r i c u s 堋 分布于高寒草甸的高原鼠兔 o c h o t o n ac u r z o n i a e 1 9 刎和根田鼠 m i c r o t u s o e c o n o m u s 1 9 1 分布于內(nèi)蒙古 草原的長爪沙鼠 m e r i o n e s u n g u i c u l a t u s 2 1 l 和布氏田鼠 l a s i o p o d o m y s b r a n d t i i 的研究報道等 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 能量收支 e n e r g yb u d g e t 是研究小型哺乳動物適應(yīng)其周圍環(huán)境的一個重要 指標(biāo) 它反映的是動物能量攝入與能量消耗之間的平衡 這種平衡取決于動物對 能量的攝入 處理 分配和消耗等過程之間的相互作用i 捌 對動物的存活和繁 殖成功起到非常重要的決定作用1 2 1 1 動物的能量收支還存在生理限制 此限制 是動物生活史特征的一個決定因予 并不受外在環(huán)境因素的制約 矧 在自然條 件下 受自身生理狀態(tài)或外界條件的影響 能量需求經(jīng)常發(fā)生變化 小型哺乳動 物必須通過行為或生理上的調(diào)節(jié)來滿足能量需求 其中消化道形態(tài)的調(diào)節(jié)是動物 適應(yīng)能量變化的策略之一瞄 如動物消化道長度和 或重量發(fā)生變化 2 4 l 因此 研究哺乳動物的能量收支對研究其生存機制和生理生態(tài)學(xué)特征具有非常重要的 意義 反映小型哺乳動物能量變化的指標(biāo)主要有 攝入能 消化能 可代謝能和 消化率等 研究者通過人工控制環(huán)境條件 在實驗室內(nèi)對動物進行環(huán)境因子馴化 如不 同溫度 光照 食物等的馴化 1 1 1 3 巧 拍 明 這樣可以更確切地測定動物對特定 環(huán)境因子變化的反應(yīng) 有助于理解動物對自然環(huán)境變化的適應(yīng)特征 例如 實驗 條件下的冷馴化和脫冷馴化 可根據(jù)實驗動物在不同馴化時間下產(chǎn)熱能力和能量 代謝指標(biāo)的變化 揭示不同物種適應(yīng)環(huán)境變化的策略和模式 對冷馴化和脫冷馴 化下產(chǎn)熱能力的研究也有很多報道 如布氏田鼠 lb r a n d t i i 瞄1 高原鼠兔 0 c u r z o n i a e 閉和長爪沙鼠 mu n g u i c u l a t u s 叫2 7 1 等 耳前 圍繞動物的產(chǎn)熱能力和能量收支兩個方面 國內(nèi)外已經(jīng)對很多小型哺 乳動物進行了研究 進而闡釋各物種適應(yīng)生存環(huán)境變化的策略 黑線姬鼠 a p o d e m u s a g r a r i u s 是廣泛分布于我國北方和南方的農(nóng)田害鼠 目前對黑線姬鼠 的研究主要集中在其體外寄生蟲 肥滿度 繁殖規(guī)律 種群動態(tài) 消化道特征和 防治方法等方面 而對其生態(tài)學(xué)和生理生態(tài)學(xué)的研究并不多 前人的實驗表明 黑線姬鼠具有較高的體溫 b m r 和熱傳導(dǎo) 下臨界溫度相對較低 t n z 較窄 8 l o 目前還沒有關(guān)于季節(jié)性馴化條件下黑線姬鼠產(chǎn)熱能力和能量學(xué)方面的研究 為了 進一步明確其生存策略 本文以室外模擬自然環(huán)境的季節(jié)性變化 包括溫度和光 照等 為主要環(huán)境脅迫因子 探討小型哺乳動物黑線姬鼠o p o d e m u sa g r a r i u s 在季節(jié)馴化條件下 一年中四個季節(jié)的產(chǎn)熱能力和能量代謝的特征 通過比較同 一指標(biāo)的季節(jié)性變化情況 闡明季節(jié)的變化如何誘導(dǎo)該種動物的產(chǎn)熱能力和能量 代謝特征 并結(jié)合實驗室冷馴化和脫冷馴化的研究 進而揭示黑線姬鼠適應(yīng)環(huán)境 變化所采取的策略 2 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 第二章材料與方法 2 1 實驗動物 黑線姬鼠 a p o d e m u s a g r a r i u s 隸屬于嚙齒目 r o d c n t i a 鼠科 m u r i d a c 姬 鼠屬 a p o d e m u s 又名田姬鼠 黑線鼠 是廣泛分布于我國北方和南方的農(nóng)田 害鼠之一 圖1 形態(tài)特征為 體形較小 體背棕褐色 中央有1 條明顯的黑 色縱形條紋 從兩耳之間一直延伸至接近尾的基部 體側(cè)棕黃色 腹部灰白色 生態(tài)學(xué)特征為 雜食性 以植物性食物為主 尤其喜食種子 夜行性物種 喜濕 在平原地區(qū)棲居于田埂 荒地及河灘草甸 以稻田埂數(shù)量居多 在山地棲居于河 谷草甸 田埂 河谷灌叢及林緣草地 冬季在人們居住的地方也會發(fā)現(xiàn) 為非冬 眠物種 繁殖能力強 胎仔數(shù)為4 1 0 只 全年以5 8 兩月懷孕率最高 形成以 7 1 0 月份為高峰的雙峰型繁殖趨勢 國外在朝鮮 歐洲以及西伯利亞等地也有 大量分布 黑線姬鼠分布廣 數(shù)量多 盜食并糟蹋谷物及豆類 同時也是流行性 出血熱的主要貯存宿主 對人的健康有很大危害 籃 圖1 黑線姬鼠中國地理分布圖 f i g 1g e o g r a p h i c a ld i s t r i b u t i o n0 f aa g r a r i u si nc h i n a 本文以分布于東北地區(qū)的黑線姬鼠作為實驗動物 所有實驗用個體均于 2 0 0 5 年1 0 月捕自遼寧省昌圖縣 4 2 4 7 n 1 2 4 0 7 e 該地區(qū)位于遼寧省 北部 屬于典型的溫帶大陸性氣候 冬 夏兩季氣溫的差距很大 6 5 左右 有明顯的四季變化 冬季氣候惡劣 多變 晝夜溫差大 3 0 左右 夏季炎熱 少風(fēng) 空氣濕度較低 活捕的實驗動物均帶回沈陽師范大學(xué)動物房內(nèi)飼養(yǎng) 動物 放在自然環(huán)境中馴化 圖2 自然光照 動物喂以沈陽市于洪區(qū)前民動物飼料 廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)鼠飼料 水 食自取 圖3 3 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 圖2 飼養(yǎng)情況 f i g 2f e e d i n gc o n d i t i o n 圖3 飼養(yǎng)籠 f i g 3f e e d m gc a g e 2 2 四季實驗時間的確定 本實驗記錄一年中環(huán)境溫度的變化情況 季節(jié)按如下節(jié)氣進行劃分 春季 春分一夏至 3 5 月 夏季 夏至一秋分 6 8 月 秋季 秋分一冬至 9 1 1 月 冬季 冬至 來年春分 1 2 2 月 實驗過程中測定動物不同季節(jié)的b m r 和n s t 時間分別為 春分一立夏 夏至一立秋 秋分一立冬 冬至 來年立春 實驗于2 0 0 5 年n 月一2 0 0 7 年1 月 之間進行 2 3 體溫和體重的測量 用電子天平 精度0 1 9 稱量體重 用京師新雅科技有限公司生產(chǎn)的數(shù)字式 體溫計測量體溫 插入動物直腸內(nèi)3 e m 處測定 讀數(shù)時間不超過4 0 s 2 4 產(chǎn)熱指標(biāo)的測定 2 4 1 基礎(chǔ)代謝率 b m r 的測定 動物的代謝率以每小時單位體重的耗氧量表示 m 1 0 2 g h 耗氧量采用 k a l a b u k h o v s k v o r t s o v l 2 9 1 封閉式流體壓力呼吸計測定 呼吸室體積3 6 l 用k o h 和 硅膠吸收實驗過程中呼吸室內(nèi)的c 0 2 和水分 b m r 的測定時間在每天9 0 0 1 7 0 0 之間進行 實驗前需將動物禁食3 h 使之處于后吸收狀態(tài) 再放入呼吸室內(nèi)適應(yīng)1 h 待動物穩(wěn)定后 開始記錄耗氧量 測定時以恒溫水浴控制呼吸室內(nèi)的溫度 溫度控 制在 o 5 以內(nèi) 在一年的四個季節(jié)中分別測定動物在不同水浴溫度下的b m r 以確定各季節(jié)黑線姬鼠的熱中性區(qū) t h e r m a ln e u t r a lz o n e t n z 動物b m r 的測定方法 使動物處于熱中性區(qū)溫度范圍內(nèi) 每隔5 r a i n 記錄1 次耗 氧量 共測定6 0 m i n 選取兩個連續(xù)穩(wěn)定的最低值來計算代謝率 所有代謝率均校 正為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 o 和1 個大氣壓 動物在實驗前后均稱量體重 并測定肛溫 4 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 2 4 2 非顫抖性產(chǎn)熱 n s t 的測定 非顫抖性產(chǎn)熱 n s t 的測定時間在基礎(chǔ)代謝率測定結(jié)束后進行 在熱中性區(qū) t n z 以下1 2 c 測定 用皮下注射去甲腎上腺素 n o r a d r e n a l i n n e 的方法誘 導(dǎo) n e 注射劑量依據(jù)公式n e m 班g 3 3 m b m 4 詣 m b 為體重 單位為g 計算 1 7 3 0 l 動物在實驗前后均稱量體重 測定肛溫 注射的n e 為天津金耀氨基酸有限公 司生產(chǎn)的重酒石酸去甲腎上腺素注射液 2 m g m 1 注射濃度為0 1 m g m l 注射部 位為肩胛部附近皮下 注射后迅速放回呼吸室 每隔5 m i n 記錄1 次耗氧量 共測定 4 0 6 0 r a i n 選取兩個連續(xù)穩(wěn)定的最高值的平均值作為最大n s t 達到高峰值1 5 m i n 后結(jié)束實驗 2 4 3 熱傳導(dǎo) c 的測定 根據(jù)牛頓冷卻定律簡化公式c m r t b t a s l l 計算每個溫度點動物的熱傳 導(dǎo)率 熱傳導(dǎo)c 的單位為m 1 0 2 g h 式中m r 是代謝率 m 1 0 2 g h t b 為體溫 t a 是環(huán)境溫度 用牛頓冷卻定律估測活體動物的熱傳導(dǎo)有兩個前提 代謝率必須與環(huán)境溫 度里線性關(guān)系 當(dāng)m r 0 時 代謝率與環(huán)境溫度的回歸線與x 軸相交的環(huán)境 溫度應(yīng)該等于所測動物的體溫 當(dāng)代謝率與環(huán)境溫度的回歸方程推測的體溫大于 動物的實際體溫時 用下面的方程進行校e t 3 t l c k c f 1 0 0 6 a t b 其中c 0 是最小熱傳導(dǎo) c f 是代謝率與環(huán)境溫度的回 歸線的斜率 t b 是推測的體溫與實際體溫之差 l 3 1 1 2 5 能量攝入的測定 能量攝入采用改進的代謝籠食物平衡法測定 冬季測定時在飼養(yǎng)籠內(nèi)放入棉 花用以保溫 光周期為自然光照 將原動物飼養(yǎng)籠 3 0 x 1 5 x 2 k m 3 清理干凈 向籠內(nèi)加入準(zhǔn)確稱量的已烘干的巢材 和棉花 動物稱量體重后分別放入各自 籠內(nèi) 同時稱量給動物喂食的食物鮮重 并另稱取部分食物測定其含水量 3 d 為1 個周期 3 d 后收集巢材 剩余食物和糞便的混合物 在6 0 c 的烘箱內(nèi)干燥 至恒重 手工分離每只動物的糞便 并取部分樣品稱量 重量在0 5 1 0 9 之間 精確到o 0 0 1 9 用美國p a r r 公司生產(chǎn)的p a r r l 2 8 1 氧彈熱量計測定食物和糞 便的熱值 每次收集時間均在9 0 0 1 1 0 0 之間進行 按如下公式計算動物攝入干物質(zhì)的總重量 攝入干物質(zhì)總重 加入巢材干重 加入食物鮮重x 1 一含水量 一巢材和剩余食物混合物的干重 其中 巢材和剩余食物混合物的干重 收集的所有材料干重一糞便干重 5 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 隨尿液損失的能量按消化能的2 計算 其它參數(shù)按文獻 玨矧報道中計算 攝入能陶 d 攝入干物質(zhì)量 g d 食物熱值 k j g 糞便能 d 糞便干重 g d 糞便熱值侗 曲 消化能 k j d 攝a 增l k j l d 一糞便能啊 d 可代謝能 k j d 消化能啊 d j 一尿能 k j d 消化能陶 d x9 8 消化率 消化能陶 d 攝入能 k j d 1 0 0 可代謝能效率徊 d 可代謝能啊 d 攝入能徊 d 1 0 0 2 6 內(nèi)臟器官的測量 2 6 1 器官的測量 將動物斷頸處死后解剖 小心取出心臟 肺 肝臟 脾臟 腎臟 腎上腺和消 化道等內(nèi)臟器官 仔細(xì)剝離各器官周圍的結(jié)締組織和白色脂肪 并稱量各器官的重 量 將取出的動物消化道 分離出胃 小腸 盲腸和大腸等器官 再分別測量消化 道各器官的長度和重量 用精密直尺 1 r a m 測量各器官長度 用電予天平 0 1 m g 稱量各器官的重量 測量時使之保持自然狀態(tài) 然后將消化道各器官的內(nèi) 容物去除干凈 用生理鹽水充分沖洗內(nèi)容物 并用濾紙吸干 再次測量各器官的長 度和重量 取動物肩胛間 肩胛下 腋下 頸腹和頸背部5 處b a t 并稱重 2 6 2 體脂含量的測定 將動物的胴體 去除內(nèi)臟的動物尸體 置于6 0 的烘箱內(nèi)干燥至恒重 用 小型粉碎機粉碎 將粉碎樣品混合均勻后 稱取0 8 1 0 9 左右粉碎后的樣品用于 測定體脂含量 體脂含量采用索氏抽提法提取動物體內(nèi)的粗脂肪的含量 控制水 浴溫度 使抽提液中乙醚回流次數(shù)為1 2 0 1 5 0 滴m 共回流約5 h 根據(jù)抽提前后 的重量差計算樣品中的粗脂肪含量 體脂含量根據(jù)公式 體脂含量 體脂 重量 g 胴體于重 g 1 0 0 計算 2 7 統(tǒng)計分析方法 利用s p s s 統(tǒng)計軟件包 s p s s1 3 0f o rw i n d o w s 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 在季節(jié)馴 化實驗中 動物不同季節(jié)的體重 體溫 b m r n s t 熱傳導(dǎo) 攝入能 消化能 可代謝能 消化率等指標(biāo)的組內(nèi)比較采用重復(fù)性測量方差分析 r e p e a t e dm e a 軸r 鼯 a n o v a 進行比較 解剖測定動物的b a t 消化道各器官的長度和重量等組間比 較采用獨立樣本t 檢驗 i n d e p e n d e n t s a m p l e s t t e s t 和單因子方差分析 o n e w a y a n o a 進行統(tǒng)計 全文數(shù)據(jù)的表示方法均默認(rèn)為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 m e 趾 s e p 0 0 5 認(rèn)為差異顯著 p 0 0 1 為差異極顯著 6 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 第三章黑線姬鼠產(chǎn)熱能力的季節(jié)性變化 3 1 前言 3 1 1 基礎(chǔ)代謝率 b m r b m r 是基礎(chǔ)產(chǎn)熱指標(biāo) 是恒溫動物維持正常生理機制的最小產(chǎn)熱速率 是 環(huán)境溫度處于熱中性區(qū) 動物在靜止和后吸收狀態(tài)下維持身體各項基本功能所需 的最小能量值 鯽 b m r 作為動物能量消耗的重要參數(shù) 與生物體的許多生活史 特征 生態(tài)特征和行為特征密切相關(guān) b m r 通常以動物的耗氧速率作為量度 嚴(yán)格地講 其測定條件包括7 個方面 環(huán)境溫度保持在動物的熱中性區(qū) t n z 動物處于靜止?fàn)顟B(tài) 動物處于后吸收狀態(tài) p o s t a b s o r p t i v e 以排除食物的 特殊動力作用 s p e c i f i cd y n a m i ca c t i o n s d a 選擇成年個體作為實驗動物 排 除生長消耗 動物處于非繁殖期 排除妊娠 哺乳等能量消耗 動物能自 主地進行體溫調(diào)節(jié) 非活動時相嘲 如今b m r 已經(jīng)成為種間和種內(nèi)能量代謝 水平比較的重要參數(shù) 它反映了不同物種不同個體的能量消耗水平 3 1 2 熱中性區(qū) t n z 在相同氣候條件下 動物的代謝率隨環(huán)境溫度的改變而發(fā)生變化 通常環(huán)境 溫度越低 哺乳動物的代謝率越高 當(dāng)環(huán)境溫度在一個特殊范圍內(nèi)時 動物的代 謝率基本維持不變 即與環(huán)境溫度無關(guān) 這個環(huán)境溫度范圍叫做動物的熱中性區(qū) t n z 在t n z 范圍內(nèi) 哺乳動物用最小的代謝消耗以維持恒定的體溫 此時 的代謝率可視為動物的b m r 因此 在t n z 內(nèi)恒溫動物通過熱量獲得和散失進 行被動調(diào)節(jié) 從而能夠維持其b m r 的溫度范圍f 3 q 環(huán)境溫度離t n z 越遠(yuǎn) 動 物維持恒定體溫所消耗的能量也越多 不同物種的t n z 不同 相同物種不同季 節(jié)下的t n z 也不同 通常隨環(huán)境溫度的下降 哺乳動物的代謝水平升高 使t n z 的下臨界溫度有向低溫發(fā)展的趨勢 3 1 3 非顫抖性產(chǎn)熱 n s t 對于非冬眠的小型哺乳動物來說 在寒冷季節(jié)食物和溫度選擇壓力增大的 情況下 良好的熱能調(diào)節(jié)是決定個體存活的關(guān)鍵因素 具有較高的n s t i 罰節(jié)能力 可部分緩解體溫調(diào)節(jié)過程中對能量的要求 減輕動物為獲取高質(zhì)量食物所帶來 的一系列生存壓力 并能夠使動物在低溫環(huán)境中快速升高體溫 3 7 l 因此 n s t 對小型哺乳動物在寒冷季節(jié)維持恒定體溫是很重要的 許多小型哺乳動物在低溫 暴露時顯示出n s t 的增加 而n s t 能力增加的同時 也增強了動物對低溫限度的 耐受力和抵抗力 在小型哺乳動物中 褐色脂肪組織 b a t 是適應(yīng)性產(chǎn)熱的重要組成部位 b a t 是一類特殊的脂肪組織 具有高密度線粒體 氧化速率高 產(chǎn)熱能力強 3 6 l 7 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 對產(chǎn)熱有很大的貢獻 1 0 l l 解偶聯(lián)蛋白 u c p 是動物體內(nèi)具有解偶聯(lián)作用的一類蛋白 u c p l 是僅分 布于b a t 中的一種對小型哺乳動物產(chǎn)熱起重要作用的標(biāo)志性蛋白 u c p l 分布于 b a t 細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上 是n s 價體水平適應(yīng)性變化的分子基礎(chǔ) 1 2 刎 它通過 解偶聯(lián)作用降低膜內(nèi)外的質(zhì)子動力勢 并以產(chǎn)熱的形式損耗 3 1 4 熱傳導(dǎo) c 哺乳動物與其周圍環(huán)境之間的熱量交換方式主要有4 種途徑 輻射 傳導(dǎo) 對流和蒸發(fā) 3 l3 s 在環(huán)境溫度較高的夏季 動物主要通過蒸發(fā)作用來散發(fā)多余 的熱量 此時哺乳動物會降低自身的產(chǎn)熱能力 并將體溫維持在適宜的較高水平 這些策略可以增加動物自身體溫與環(huán)境溫度之間的差距 有利于熱量的散失p 9 l 熱傳導(dǎo)是反映動物體與外界環(huán)境之間熱量交換的重要參數(shù) 3 可用包含蒸 發(fā)散熱和排除蒸發(fā)散熱兩種方式來表示 當(dāng)環(huán)境溫度較低時 哺乳動物可以通過 增加皮毛的厚度來減少熱量的散失 以維持恒定的體溫 此時熱傳導(dǎo)值較低 此 外 熱傳導(dǎo)也是反映動物體型大小和表面積特點的指標(biāo)1 4 0 l 哺乳動物的皮毛越 厚 其隔熱能力越強 熱量的散失就越少 從而導(dǎo)致熱傳導(dǎo)值較小 大型非冬眠 哺乳動物在冬季通常采用增加皮毛厚度 減少熱量散失的方式保留足夠的能量用 以度過寒冷的冬季 3 2 材料與方法 3 2 1 實驗動物 黑線姬鼠于2 0 0 5 年1 0 月捕自遼寧省昌圖縣 4 2 4 7 n 1 2 4 0 7 e 選 取體重相似的黑線姬鼠成體2 4 只 1 2 占 1 2 o r 用于監(jiān)測體重的季節(jié)性變化 所有實驗用鼠飼養(yǎng)在室外自然環(huán)境中 每1 5 天測量一次體重 實驗動物從2 0 0 5 年秋末開始馴化 從監(jiān)測體重的黑線姬鼠中隨機選取8 只 4 孑 4 早 實驗過程中飼養(yǎng)在室外 環(huán)境中 飼養(yǎng)籠 3 0 x 1 5 x 2 x c m 3 內(nèi)加入碎玉米稈作為巢材 冬季合籠 并在飼養(yǎng) 籠內(nèi)放入棉花用以保溫 剪掉動物不同部位的毛用以區(qū)分 實驗過程中監(jiān)測每日 的環(huán)境溫度 一年中四個季節(jié)內(nèi)不同溫度梯度下的代謝率 熱傳導(dǎo) b m r 和n s t 分別于2 0 0 5 年1 2 月 2 0 0 6 年4 月 7 月 1 0 月測定 再從室外飼養(yǎng)的動物中選取用于測定冬 夏兩季動物內(nèi)臟重量的黑線姬鼠 2 0 只 1 0 占 1 0 旱 3 2 2 測定方法 b m r 采用k a l a b u k h o v s k v o r t s o v 2 9 封閉式流體壓力呼吸計測定 每次實驗時 記錄當(dāng)時的大氣壓 水浴溫度和呼吸時溫度 由于n e 誘導(dǎo)的非顫抖性產(chǎn)熱與冷誘導(dǎo)的非顫抖性產(chǎn)熱是等價的 且機制相 8 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 同 1 0 l 因此用皮下注射去甲腎上腺素 n e 來誘導(dǎo) 使動物在短時間內(nèi)產(chǎn)生最 大代謝反應(yīng) 一般動物在注射1 5 4 0 r a i n 內(nèi)出現(xiàn)代謝反應(yīng)的最高峰例 熱傳導(dǎo)根據(jù)牛頓冷卻定律簡化公式及其校正公式計算 剝離主要5 個部位的b a t 并稱重 詳見第二章 3 2 3 統(tǒng)計方法 數(shù)據(jù)經(jīng)過正態(tài)分布和方差齊性檢驗 符合參數(shù)檢驗條件 采用重復(fù)性測量方 差分析 r e p e a t e d m e a s u r e s a n o m a 確定黑線姬鼠四個季節(jié)t n z 的范圍 描述統(tǒng) 計法 d e s c r i p t i v es t a t i s t i c s 計算出各季節(jié)b m r n s t 的數(shù)值 獨立樣本啦驗 i n d e p e n d e n t s a m p l e stt e s t 比較冬 夏兩季b a t 的絕對重量和相對重量 p 0 0 5 認(rèn)為差異顯著 p o 0 5 但兩者與冬季和夏季的 平均體溫均有顯著差異 p 0 0 5 圖9 在下臨界溫度以下的溫度范圍內(nèi) 黑線姬鼠的體溫基本維持恒定 受環(huán)境溫 度的影響較小 在上臨界溫度以上 體溫隨環(huán)境溫度的升高而迅速增加 此時體 溫與環(huán)境溫度之間成正相關(guān)關(guān)系 冬季 t b 2 6 8 0 5 0 3 3 t a r 2 o 6 2 0 6 p 0 0 1 春季 t b 3 2 0 3 1 0 1 8 3 t a r 2 o 8 7 7 2 p 0 0 1 夏季n 3 4 6 3 1 0 1 1 5 4 t a r 2 0 9 9 9 7 p o 0 1 秋季t b 3 2 3 6 8 0 1 6 7 6 t a r 2 0 9 2 6 9 p 0 0 5 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 但冬季b m r 的數(shù)值高于其他三個季節(jié) 而夏季b m r 的數(shù)值最低 圖1 4 冬 春 秋三季t n z 均為2 7 3 0 夏季的t n z 為2 8 5 3 2 5 下臨界溫 度高于其他季節(jié) 使t n z 向高溫區(qū)移動 圖1 0 1 3 冬 春 夏 秋四季的n s t 分別為8 1 2 0 0 6 6m 1 0 2 g t h 1 6 2 5 0 1 5 1 m 1 0 2 g i h 1 4 1 5 1 0 0 8 7m 1 0 2 g 1 h 1 和6 3 2 4 0 0 3 1m 1 0 2 g 1 h 1 n s t 冬季最高 夏季最低 春 秋兩季n s t 居于冬 夏兩季之間 而兩者之間沒有顯著差異 p o 0 5 但兩者與冬季和夏季的n s t 均有顯著差異 p 0 0 5 圖1 4 冬 春 夏 秋四個季節(jié)的n s l 佃m r n s t 范圍 分別為3 7 6 2 8 7 2 4 3 和3 0 5 黑線姬鼠在t n z 以下隨環(huán)境溫度的下降 耗氧量逐漸增加 圖1 0 1 3 耗 氧量與環(huán)境溫度之間呈線性關(guān)系 回歸方程分別為 冬季 r m r m l o z g h 9 4 5 6 8 0 2 6 9 9 t a 限 0 9 9 1 8 p 0 0 1 春季 r m r m 1 0 2 g h 6 0 9 2 4 0 1 2 7 t a r z 0 9 9 4 2 p 0 0 1 夏季r m r m 1 0 2 g 蛐 6 5 5 2 6 0 1 慨 r 2 0 9 6 8 9 p 0 0 1 秋季 r m r m l o j g h 5 9 3 1 1 0 1 3 2 6 t a r z 0 9 9 3 6 p 0 0 1 根據(jù)以動物個體體重計算的嚙齒動物代謝率的預(yù)期值公式 b m r 6 9 6 6 m m 3 3 2 4 1 和b m r 7 7 9 m 0 3 記 m 為體重 單位g 1 4 2 1 計算 黑線姬 鼠冬季b m r 分別為兩者的8 2 3 和7 8 o 春季為9 5 3 和9 1 0 夏季為7 5 1 和7 1 9 秋季為9 0 8 和8 6 9 n s t 的預(yù)期值按公式n s t 1 0 0 n s t m a 3 0 m o 4 5 4 計算 轉(zhuǎn)引白h e l d m a i e r 1 9 7 1 黑線姬鼠冬 春 夏 秋四個 季節(jié)n s t 分別為預(yù)期值的1 1 3 1 3 4 1 4 0 和1 3 8 由計算所得比值可以 看出 黑線姬鼠b m r 稍低于預(yù)期值 n s t 全年都維持在較高的水平 寫 墨 暴 崔 考 景 邑 锝 盔 051 01 52 02 53 03 54 0 環(huán)境溫度 皓mt e n v e r a t u r e c 圖1 0 冬季環(huán)境溫度對黑線姬鼠代謝率的影響 h g 1 0e f f e c to fa m b i e n tt e m p e r a t u r ei nm e t a b o l i cr a t e0 f a g r a r i u si nw i n t e r 0 8 6 4 2 o 黑線姬鼠的產(chǎn)熱及能量代謝特征研究 0 51 01 5加2 53 03 5柏 環(huán)境溫度 a m b i m tt e m p e r a t m e x c 圖1 1 春季環(huán)境溫度對黑線姬鼠代謝率的影響 f i g 1 le f f e c t o f a m b i e n t t e m p e r a t u r e i n m e t a b o l i c r a t e o f a a g r a r i u s i ns p r i n g 0 51 01 5 2 0 2 53 03 54 0 環(huán)境溫s a m b i e n tt e m p e r a t m e x c 圖1 2 夏季環(huán)境溫度對黑線姬鼠代謝率的影響 f i g 1 2e f f e c to f a m b i e n tt e m p e r a t u r ei nm e t a b o l i cr a t eo f a g r a r i u si ns u m m e r 05l o1 52 02 53 0 3 5 4 0 環(huán)境溫度 a m b i e n tt e m p e r a t u r e x c 圖1 3 秋季環(huán)境溫度對黑線姬鼠代謝率的影響 f i g 1 3e f f e c to fa m b i e n tt e m p e r a t u r