动 物 学 研 究 (DONGWUXUE YANJIU) 第 34 卷 第 3 期 2013 年 6 月 目 次 动 物 生 态 学 与 多 样 性 保 护 专 题 雄 性 黄 山 短 尾 猴 (Macaca thibetana) 攻 击 支 持 雌 性 以 换 取 交 配 回 报 ( 论 文 )... 汪 爽, 李 进 华, 夏 东 坡, 朱 勇, 孙 丙 华, 王 希, 朱 磊 (139) 利 用 红 外 线 相 机 监 测 地 表 水 对 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 兽 类 分 布 的 影 响 ( 论 文 ) 陈 天 波, 宋 亦 希, 陈 辈 乐, 蒙 渊 君, 温 柏 豪 (145) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 ( 研 究 报 告 ) 张 颖 俊, 王 双 金, 郭 爱 伟, 陈 粉 粉, 崔 亮 伟, 肖 文 (152) 高 寒 草 甸 常 见 雀 形 目 鸟 类 共 存 机 制 的 生 态 形 态 学 解 释 ( 研 究 报 告 )... 刘 力 华, 陈 晓 澄, 褚 晖, 孙 嘉 辰, 张 晓 爱, 赵 亮 (160) 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 ( 研 究 报 告 )... 孔 维 尧, 郑 振 河, 吴 景 才, 宁 宇, 王 永, 韩 晓 东 (166) 冬 季 森 林 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 分 析 ( 研 究 报 告 )... 赵 东 东, 吴 映 环, 陆 舟, 蒋 光 伟, 周 放 (174) 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 ( 研 究 报 告 )... 兰 思 思, 张 琴, 黄 秦, 陈 水 华 (182) 斑 马 鱼 对 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 性 变 化 ( 研 究 报 告 )... 刘 明 镜, 王 志 坚 (190) 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 ( 研 究 报 告 )... 张 方, 陈 潘, 赵 书 仪 (196) 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 及 区 系 的 初 步 分 析 ( 研 究 报 告 )... 舒 树 森, 陈 非 洲, 杨 君 兴, 杨 晓 君, 陈 小 勇 (204) 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 同 域 分 布 两 种 蝌 蚪 的 食 物 选 择 ( 简 报 )... 韦 力, 林 植 华, 赵 仁 友, 陈 世 通 (209) 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 ( 综 述 )... 李 玉 全, 孙 霞 (214) 非 专 题 基 于 全 基 因 组 正 选 择 基 因 揭 示 大 狐 蝠 和 小 棕 蝠 功 能 分 化 分 子 机 制 ( 论 文 )... 曾 燕 妮, 沈 永 义, 张 亚 平 (221) 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 ( 论 文 )... 高 瑞 瑞, 黄 原, 雷 富 民 (228) 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 的 自 发 恢 复 ( 论 文 )... 李 如 江, 邱 曙 东, 田 宏, 周 生 伟 (238) 毛 脚 鵟 细 胞 体 外 培 养 体 系 建 立 及 三 种 组 织 来 源 细 胞 特 性 分 析 ( 研 究 报 告 )... 刘 刚, 道 日 娜, 王 蓉 蓉, 李 云 霞, 戴 雁 峰, 李 喜 和, 李 煜, 李 瑶 (244) 封 面 说 明 : 黄 山 短 尾 猴 (Macaca thibetana), 其 行 为 特 征 研 究 结 果 见 本 期 第 139 页 Randall C. Kyes 摄 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ [ 期 刊 基 本 参 数 ] CN53-1040/Q * 1980 * b * A4 * 144* zh + en * P * 40.00 * 900 * 21* 2013-06 http://www.zoores.ac.cn
ZOOLOGICAL RESEARCH Volume 34, Issue 3 June 2013 CONTENTS Special Column on Animal Ecology and Diversity Male-to-female agonistic support for copulation in Tibetan macaques (Macaca thibetana) at Huangshan, China (Article)... Shuang WANG, Jin-Hua LI, Dong-Po XIA, Yong ZHU, Bing-Hua SUN, Xi WANG, Lei ZHU (139) Influence of surface water availability on mammal distributions in Nonggang National Nature Reserve, Guangxi, China (Article)...Tian-Bo CHEN, Yik-Hei SUNG, Pui-Lok Bosco CHAN, Yuan-Jun MENG, Pak-Ho WAN (145) Spring food selection by Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in relation to phytochemical components (Report)... Ying-Jun ZHANG, Shuang-Jin WANG, Ai-Wei GUO, Fen-Fen CHEN, Liang-Wei CUI, Wen XIAO (152) Ecomorphological explanations of passerines coexistence in alpine meadow (Report)... Li-Hua LIU, Xiao-Cheng CHEN, Hui CHU, Jia-Chen SUN, Xiao-Ai ZHANG, Liang ZHAO (160) Foraging habitat selection of Siberian Crane (Grus leucogeranus) during autumn migration period in the Momoge Nature Reserve (Report)... Wei-Yao KONG, Zhen-He ZHENG, Jin-Cai WU, Yu NING, Yong WANG, Xiao-Dong HAN (166) Response of forest bird communities to forest gap in winter in southwestern China (Report)... Dong-Dong ZHAO, Ying-Huan WU, Zhou LU, Guang-Wei JIANG, Fang ZHOU (174) Breeding ecology of Chinese Bulbul in the urban environment of Hangzhou, China (Report)...Si-Si LAN, Qin ZHANG, Qin HUANG, Shui-Hua CHEN (182) Adaptive changes of Zebrafish (Danio rerio) to anaerobic exercise training (Report)...Ming-jing LIU, Zhi-jian WANG (190) Comparison of mating calls and adaptive strategies of Amolops wuyiensis and Odorrana tormotus (Anura) in noise-controlled environments (Report)... Fang ZHANG, Pan CHEN, Shu-Yi ZHAO (196) Diversity and faunal analysis of crustaceans in Potatso National Park, Shangri-La, China (Report)...Shu-Sen SHU, Fei-Zhou CHEN, Jun-Xing YANG, Xiao-Jun YANG, Xiao-Yong CHEN (204) Prey selection by tiger frog larvae (Hoplobatrachus chinensis) of two sympatric anuran species tadpoles (Note)...Li WEI, Zhi-Hua LIN, Ren-You ZHAO, Shi-Tong CHEN (209) Agonistic behaviors of aquatic animals (Review)... Yu-Quan LI, Xia SUN (214) Regular Papers Genome-wide scan reveals the molecular mechanisms of functional differentiation of Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus (Article)...Yan-Ni ZENG, Yong-Yi SHEN, Ya-Ping ZHANG (221) Sequencing and analysis of the complete mitochondrial genome of Remiz consobrinus (Article)...Rui-Rui GAO, Yuan HUANG, Fu-Min LEI (228) Diabetes induced by multiple low doses of STZ can be spontaneously recovered in adult mice (Article)...Ru-Jiang LI, Shu-Dong QIU, Hong TIAN, Sheng-Wei ZHOU (238) Establishment of cell culture system of rough-legged buzzard and biological characteristic analysis on different tissue cells cultured in vitro (Report)... Gang LIU, Daorina, Rong-Rong WANG, Yun-Xia LI, Yan-Feng DAI, Xi-He LI, Yu LI, Yao LI (244) Zoological Research http://www.zoores.ac.cn/en/volumn/current.shtml
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 139 144 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0139 雄 性 黄 山 短 尾 猴 (Macaca thibetana) 攻 击 支 持 雌 性 以 换 取 交 配 回 报 汪 爽 1, 李 进 华 1,2,*, 夏 东 坡 1, 朱 勇 1, 孙 丙 华 1, 王 希 1, 朱 磊 1 1. 安 徽 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院, 安 徽 合 肥 230601; 2. 安 徽 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院, 安 徽 芜 湖 241000 摘 要 : 生 物 市 场 理 论 认 为 动 物 个 体 之 间 通 过 某 种 协 定 交 换 有 价 值 的 商 品, 使 双 方 均 受 益 该 研 究 采 用 目 标 动 物 法 行 为 取 样 法 和 连 续 记 录 法, 对 浮 溪 黄 山 野 生 猴 谷 鱼 鳞 坑 短 尾 猴 (Macaca thibetana) A 1 群 (YA 1 群 ) 和 A 2 群 (YA 2 群 ) 成 年 个 体 在 非 繁 殖 季 节 (2011 年 8 月 12 月 ) 和 繁 殖 季 节 (2012 年 2 月 5 月 ) 的 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 行 为 和 交 配 行 为 进 行 研 究, 探 讨 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 之 间 的 关 系 两 猴 群 在 繁 殖 季 节 和 非 繁 殖 季 节 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 均 呈 显 著 正 相 关 ;YA 2 群 繁 殖 季 节 与 非 繁 殖 季 节 攻 击 支 持 后 交 配 频 次 均 显 著 高 于 随 机 交 配 ;YA 1 群 在 繁 殖 季 节 攻 击 支 持 后 交 配 频 次 与 随 机 交 配 频 次 差 异 不 显 著, 但 在 非 繁 殖 季 节 攻 击 支 持 后 交 配 频 次 显 著 高 于 随 机 交 配, 说 明 短 尾 猴 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 可 以 换 取 与 该 雌 性 个 体 的 交 配 回 报 本 研 究 验 证 了 生 物 市 场 理 论 中 社 会 行 为 存 在 交 换, 首 次 证 明 了 雄 性 攻 击 支 持 可 以 换 取 雌 性 的 交 配 回 报, 为 进 一 步 研 究 雄 性 性 竞 争 与 雌 性 选 择 提 供 了 实 例 关 键 词 : 短 尾 猴 ; 生 物 市 场 理 论 ; 攻 击 支 持 ; 交 配 中 图 分 类 号 :Q959.848 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0139-06 Male-to-female agonistic support for copulation in Tibetan macaques (Macaca thibetana) at Huangshan, China Shuang WANG 1, Jin-Hua LI 1,2,*, Dong-Po XIA 1, Yong ZHU 1, Bing-Hua SUN 1, Xi WANG 1, Lei ZHU 1 1. School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China; 2. School of Life Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China Abstract: Biological market theory predicts that animals exchange the same commodities, or interchange different ones, to their mutual benefit. Using focal and behavioral sampling methods and continuous recording techniques, we studied Tibetan macaques (Macaca thibetana) in two study groups (YA1 and YA2) at Huangshan, China to see whether adults interchanged male-to-female agonistic support for copulation. Overall, male-to-female agonistic support was significantly correlated with copulation behaviors when data from both study groups were combined. For YA1, copulations in post-agonistic support observation (PO) was greater, but not significantly so, than random observation (RO) in the breeding season, and copulation in PO was significantly greater than RO in the non-breeding season. For YA2 copulations in PO were significantly greater than RO in both breeding and non-breeding seasons. These results suggest that a male who extends post-agonistic support to a female is significantly more likely to copulate with her. Our study provides evidence for the existence of a biological market involving interchanged social behaviors. Our study also illuminates the reproductive strategies of male competition and female choice in this species. Keywords: Tibetan macaques (Macaca thibetana); Biological market theory; Agonistic support; Copulation 收 稿 日 期 :2013-01-13; 接 受 日 期 :2013-04-20 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (30970414, 31172106); 安 徽 省 教 育 厅 科 技 创 新 团 队 (TD200703); 安 徽 大 学 研 究 生 学 术 创 新 研 究 项 目 (yqh100114, yqh100115) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: jhli@ahu.edu.cn 第 一 作 者 简 介 : 汪 爽 (1987-), 男, 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 灵 长 类 行 为 生 态 学 研 究,E-mail: ws_901@126.com
140 动 物 学 研 究 34 卷 具 有 亲 缘 关 系 的 灵 长 类 动 物 个 体 间 的 利 益 分 享 与 合 作 行 为 可 以 亲 缘 利 他 理 论 解 释, 如 分 享 食 物 (Pastor-Nieto, 2001) 和 攻 击 支 持 (Schino et al, 2009) 等, 但 非 亲 缘 关 系 的 个 体 间 也 存 在 这 样 的 行 为 Noë & Hammerstein (1995) 提 出 的 生 物 市 场 理 论 (biological market theory) 解 释 了 非 亲 缘 关 系 个 体 间 的 互 惠 利 他 行 为 该 理 论 认 为, 动 物 个 体 之 间 通 过 某 种 贸 易 协 定 交 换 有 价 值, 且 不 会 被 其 他 个 体 所 掠 夺 的 商 品, 如 掌 控 的 资 源 或 能 够 提 供 的 服 务 等 此 外, 交 易 者 也 会 因 不 同 目 的 而 选 择 不 同 的 交 易, 如 通 过 某 种 行 为 交 易 相 同 行 为 或 其 他 等 价 货 物 等 攻 击 支 持 (agonistic support) 指 社 会 性 动 物 中, 某 一 个 体 参 与 正 在 发 生 的 斗 争, 支 持 其 中 一 方 而 攻 击 另 一 方 的 行 为 (Seyfarth & Cheney, 1984; Hemelrijk, 1994), 主 要 包 括 同 性 间 支 持 和 异 性 间 支 持 同 性 间 支 持 分 为 雄 性 雄 性 联 合 (de Waal, 1984; Silk, 1992; Widdig et al, 2000) 和 雌 性 雌 性 联 合 (Sterck et al, 1997; Wrangham, 1980), 异 性 间 支 持 常 见 于 雄 性 支 持 雌 性 (Noë & Sluijter, 1990; Pereira, 1989; Smuts, 1985 ) 由 于 第 三 方 个 体 的 介 入, 被 支 持 者 获 得 直 接 利 益, 同 时 支 持 者 也 将 获 得 被 支 持 者 的 回 报 (Schino et al, 2007;Trivers, 1971), 例 如 雄 性 黑 猩 猩 (Pan troglodytes) 个 体 间 存 在 的 攻 击 支 持 交 换 现 象 (de Waal, 1984) 以 及 日 本 猕 猴 (Macaca fuscata) 雌 性 间 的 支 持 攻 击 与 理 毛 行 为 的 显 著 正 相 关 (Ventura et al, 2006;Schino, 2007) 等 若 上 述 研 究 符 合 生 物 市 场 理 论 中 关 于 动 物 个 体 之 间 通 过 某 种 协 定 交 换 有 价 值 的 商 品, 使 双 方 均 受 益 的 行 为 交 换 模 型 (Noë & Hammerstein, 1994; 1995), 那 么, 雄 性 攻 击 支 持 则 可 作 为 行 为 商 品, 用 于 换 取 同 种 行 为 ( 攻 击 支 持,Widdig et al, 2000) 或 同 等 价 值 的 其 他 行 为 ( 如 分 享 食 物,Mitani & Watts, 2001) 因 此, 我 们 推 测, 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 可 以 换 取 雌 性 个 体 的 行 为 回 报 在 多 雌 多 雄 的 灵 长 类 群 体 中, 雄 性 之 间 存 在 激 烈 性 竞 争 (Perloe, 1992; Soltis et al, 1997), 雄 性 为 了 获 得 更 多 的 交 配 机 会, 需 要 给 予 雌 性 一 定 的 利 益 投 资 (Hemelrijk & Steinhauser, 2007; McNamara et al, 2008), 且 这 种 投 资 多 以 行 为 交 换 方 式 完 成 (Noë et al, 2001; Gumert, 2007a) 例 如,Barrett & Henzi (2001) 对 草 原 狒 狒 (Papio cynocephalus) 的 研 究 发 现, 雄 性 通 过 对 雌 性 理 毛, 以 接 近 雌 性 并 获 得 交 配 机 会 ;Gomes & Boesch (2009) 在 对 黑 猩 猩 的 研 究 中 发 现, 雄 性 倾 向 于 与 处 于 发 情 期 的 雌 性 分 享 食 物, 以 获 取 交 配 机 会 ;Gumert (2007a) 在 对 食 蟹 猴 (Macaca fascicularis) 的 研 究 中 发 现, 在 雌 性 发 情 期, 雄 性 为 获 得 交 配 机 会, 对 雌 性 的 理 毛 行 为 明 显 增 多 且 持 续 时 间 增 加 ;Duffy et al (2007) 对 黑 猩 猩 的 研 究 发 现, 中 低 顺 位 雄 性 攻 击 支 持 高 顺 位 雄 性 可 以 换 取 高 顺 位 个 体 对 中 低 顺 位 个 体 的 交 配 容 忍 而 尚 无 在 短 尾 猴 (Macaca thibetana) 社 会 中 是 否 存 在 攻 击 支 持 与 交 配 行 为 交 换 的 相 关 报 道 短 尾 猴 营 群 居 生 活, 社 会 群 体 由 成 年 雄 性 成 年 雌 性 及 其 后 代 组 成 (Li, 1999), 除 分 群 外 (Li et al, 1996), 雌 性 终 生 生 活 于 出 生 群, 而 雄 性 成 年 后 大 多 离 开 该 群 (Li, 1999), 因 此, 猴 群 中 绝 大 部 分 成 年 雄 性 和 雌 性 之 间 无 亲 缘 关 系 (Zhu et al, 2008) 短 尾 猴 属 季 节 性 繁 殖 物 种, 全 年 都 有 交 配, 非 繁 殖 季 节 为 7 月 次 年 1 月, 繁 殖 季 节 为 2 月 6 月 (Li et al, 2005) 雄 性 间 具 严 格 线 性 等 级 关 系 (Li, 1999; Berman et al, 2004), 属 混 交 交 配 模 式 (Li, 1999), 且 高 顺 位 个 体 占 据 较 高 的 交 配 资 源 (Xiong & Wang, 1991) 在 其 社 会 群 体 中, 攻 击 支 持 行 为 时 有 发 生, 除 雄 性 间 联 合 外 (Li, 1999), 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 的 行 为 也 很 常 见 因 此, 短 尾 猴 可 作 为 研 究 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 关 系 的 理 想 物 种 本 研 究 不 仅 为 探 讨 非 人 灵 长 类 雄 性 竞 争 与 雌 性 选 择 提 供 实 例, 同 时 也 对 生 物 市 场 理 论 中 的 社 会 行 为 交 换 假 设 进 行 验 证, 即, 若 攻 击 支 持 与 交 配 行 为 相 关, 则 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 将 获 得 被 支 持 雌 性 的 交 配 回 报 1 材 料 和 方 法 1.1 研 究 地 点 和 对 象 浮 溪 黄 山 野 生 猴 谷 地 处 安 徽 黄 山 风 景 区 西 南 山 麓 (N30 29,E118 10 ), 平 均 海 拔 500 m, 最 高 海 拔 1 310 m (Li, 1999) 自 1986 年 该 地 区 建 立 研 究 基 地 以 来, 本 课 题 组 对 此 地 鱼 鳞 坑 地 区 短 尾 猴 群 进 行 了 ~26 a 的 连 续 观 察 及 全 年 情 况 记 录 ( 如 出 生 死 亡 分 群 和 雄 性 换 群 等 ) (Li, 1999), 猴 群 分 为 两 个 群 体, 鱼 鳞 坑 A 1 群 (YA 1 群 ) 和 A 2 群 (YA 2 群 ), 所 有 个 体 均 可 通 过 自 然 特 征 识 别 研 究 期 间,YA 1 群 共 有 4 只 成 年 雄 性 和 8 只 成 年 雌 性,YA 2 群 共 有 9 只 成 年 雄 性 和 11 只 成 年 雌 性 1.2 研 究 方 法 于 2011 年 8 12 月 ( 非 繁 殖 季 节 ) 和 2012 年 2 5 月 ( 繁 殖 季 节 ), 采 用 目 标 动 物 取 样 法 (focal
3 期 汪 爽 等 : 雄 性 黄 山 短 尾 猴 (Macaca thibetana) 攻 击 支 持 雌 性 以 换 取 交 配 回 报 141 animal sampling) 行 为 取 样 法 (behavioral sampling) 以 及 连 续 记 录 法 (continuously recording) 记 录 行 为 数 据 (Altmann, 1974) 并 跟 踪 观 察 猴 群 目 标 动 物 取 样 法 取 样 时 间 设 为 15 min, 使 用 录 音 笔 ( 型 号 : SONY ICD-AX412F) 辅 助 笔 录 以 随 机 抽 签 的 方 式 确 定 目 标 动 物 个 体 顺 序, 采 用 目 标 动 物 取 样 法 和 连 续 记 录 法 记 录 攻 击 支 持 行 为 和 交 配 行 为 的 发 起 者 接 受 者 及 持 续 时 间 等 数 据 作 为 基 准 值 (baseline), 并 用 于 反 映 研 究 对 象 的 日 常 行 为 当 进 行 基 准 值 取 样 时 发 生 交 配 行 为, 则 以 行 为 取 样 法 记 录 交 配 行 为 的 发 起 者 和 接 受 者, 同 时, 结 合 行 为 取 样 法 与 目 标 动 物 取 样 法 记 录 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 后 发 起 支 持 的 雄 性 的 交 配 行 为 数 据 具 体 方 法 如 下 : 当 成 年 雄 性 攻 击 支 持 成 年 雌 性 时, 采 用 目 标 动 物 取 样 法 连 续 记 录 攻 击 支 持 发 生 后 15 min 内 该 发 起 支 持 的 雄 性 与 被 支 持 雌 性 之 间 的 交 配 数 据 ; 若 在 进 行 基 准 值 目 标 动 物 取 样 过 程 中, 正 在 观 察 的 雄 性 目 标 个 体 支 持 某 雌 性 个 体 时, 则 立 即 转 为 攻 击 支 持 后 的 15 min 目 标 取 样, 连 续 记 录 发 起 支 持 的 雄 性 与 被 支 持 雌 性 间 的 交 配 数 据, 但 该 部 分 数 据 在 分 析 时 定 义 为 攻 击 支 持 后 数 据 (Koyama et al, 2006); 当 无 法 确 定 目 标 个 体 或 目 标 个 体 在 观 察 中 消 失 时, 按 照 抽 签 顺 序 对 下 一 目 标 个 体 进 行 行 为 观 察 ; 当 先 前 消 失 的 个 体 再 次 出 现 时, 继 续 对 该 消 失 个 体 进 行 观 察 (Li et al, 2007; Xia et al, 2012) 行 为 定 义 见 表 1 表 1 行 为 定 义 Table 1 Behavioral definitions 行 为 目 录 Behavior catalog 交 配 Mating 攻 击 支 持 Agonistic support 行 为 定 义 Definition 雄 性 个 体 抓 住 雌 性 的 背 毛, 双 脚 踏 在 雌 性 的 大 腿 之 上, 整 个 身 体 趴 在 雌 性 的 背 上, 插 入 阴 茎 并 随 之 抽 动 的 行 为 Male mounts a female with intromission and thrusting, but not necessarily ejaculation. 在 社 会 性 动 物 中, 一 个 体 参 与 正 在 发 生 的 斗 争, 支 持 其 中 一 方 而 攻 击 另 一 方 的 行 为 An individual intervenes in an ongoing agonistic interaction between two or more individuals, supporting one of the opponents. 行 为 定 义 参 见 Li (1999) Seyfarth & Cheney (1984) 及 Hemelrijk (1994) Behavioral definitions were referred to Li (1999), Seyfarth & Cheney (1984) and Hemelrijk (1994). 1.3 数 据 处 理 分 析 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 两 者 交 配 的 相 关 性 时,matrix correlation test 显 示 基 准 值 中 记 录 的 交 配 行 为 数 据 与 行 为 取 样 法 记 录 的 交 配 数 据 结 构 间 是 否 存 在 相 似 性 (de Vries, 1993; Zhang et al, 2010)(YA 1 群 非 繁 殖 季 节 :Kr=25,Pr=0.010, 繁 殖 季 节 :Kr=18,Pr=0.039;YA 2 群 非 繁 殖 季 节 :Kr=44, Pr=0.004, 繁 殖 季 节 :Kr=30,Pr=0.021;based on 2000 permutations) 因 此, 将 两 种 取 样 方 法 得 到 的 交 配 数 据 合 并, 以 便 更 准 确 反 映 所 有 研 究 个 体 的 交 配 比 例 (van Noordwijk, 1985; Robbins, 1999), 并 使 用 矩 阵 相 关 检 验 (row-wise matrix correlations test) 分 析 攻 击 支 持 行 为 矩 阵 与 交 配 行 为 矩 阵 的 相 关 性 (Kr test) 基 准 值 和 行 为 取 样 法 记 录 来 源 的 数 据 计 算 由 Hemelrijk s Matrixtester v2.23 软 件 完 成, 数 据 分 析 基 于 2 000 次 排 列 分 析 (Hemelrijk, 1990) 将 攻 击 支 持 后 的 交 配 数 据 和 基 准 值 中 的 交 配 数 据 转 化 为 交 配 频 次 ( 次 /h) 后 进 行 统 计, 比 较 攻 击 支 持 后 (post-agonistic support observation,po) 交 配 与 随 机 (random observation,ro) 交 配 间 的 频 次 差 异 攻 击 支 持 后 交 配 数 据 来 源 于 攻 击 支 持 后 的 目 标 动 物 取 样 法 获 取 的 数 据, 随 机 交 配 数 据 来 源 于 基 准 值 的 数 据, 即 在 基 准 值 中 存 在 的 发 生 攻 击 支 持 关 系 的 两 个 体 间 的 交 配 行 为 数 据 例 如, 在 攻 击 支 持 后 的 数 据 中, 成 年 雄 性 A 个 体 攻 击 支 持 雌 性 个 体 B C 及 D, 则 在 基 准 值 中 同 样 选 择 与 雄 性 A 发 生 交 配 的 雌 性 B C 及 D, 这 三 组 雌 雄 对 组 成 RO, 与 攻 击 支 持 后 的 交 配 行 为 数 据 进 行 配 对 (Gumert, 2007b), 同 时, 剔 除 具 有 亲 缘 关 系 个 体 的 交 配 行 为 数 据 在 记 录 的 基 准 值 数 据 中, 符 合 配 对 要 求 的 数 据 分 别 为 :YA 1 群 非 繁 殖 季 节 11 组 繁 殖 季 节 10 组 ;YA 2 群 非 繁 殖 季 节 15 组 繁 殖 季 节 18 组 使 用 SPSS16.0 for windows 软 件 进 行 数 据 分 析, Wilcoxon signed ranks test 检 验 攻 击 支 持 后 与 随 机 交 配 频 次 的 差 异 性, 显 著 水 平 设 为 α=0.05 ( 双 尾 检 验 ), 实 验 数 据 以 mean±sd 表 示 2 结 果 研 究 期 间 共 记 录 到 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 216 次 ( 非 繁 殖 季 节 :YA 1 群 32 次 YA 2 群 64 次 ; 繁 殖 季 节 :YA 1 群 43 次 YA 2 群 77 次 ) 共 观 察 YA 1 群 和 YA 2 群 32 个 目 标 个 体 221 d, 基 准 值 取 样 共 773
142 动 物 学 研 究 34 卷 h [(24.91±0.87) h, n=32] 其 中, 非 繁 殖 季 节 和 繁 殖 季 节,YA 1 群 的 取 样 时 间 分 别 为 (13.40±0.32) h 和 (12.50±0.00) h,ya 2 群 的 取 样 时 间 分 别 为 (12.46 ±0.29) h 和 (11.85±0.37) h, 而 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 后 与 被 支 持 雌 性 交 配 的 概 率,YA 1 群 分 别 为 0.324 ±0.078 和 0.271±0.086,YA 2 群 分 别 为 0.269±0.060 和 0.204±0.056 2.1 短 尾 猴 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 相 关 性 非 繁 殖 季 节 (YA 1 群 :Kr=26 Pr=0.019;YA 2 群 :Kr=50 Pr=0.002)( 图 1a,c) 及 繁 殖 季 节 (YA 1 群 :Kr=31 Pr=0.006;YA 2 群 :Kr=40,Pr=0.015)( 图 1b,d) (Kr test), 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 均 显 著 正 相 关 图 1 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 相 关 性 Figure 1 Correlation between adult male agonistic support female and copulation behaviors a:ya 1 群 非 繁 殖 季 节 ;b:ya 1 群 繁 殖 季 节 ;c:ya 2 群 非 繁 殖 季 节 ;d:ya 2 群 繁 殖 季 节 a: Group YA 1 in the non-breeding season; b: Group YA 1 in the breeding season; c: Group YA 2 in the non-breeding season; d: Group YA 2 in the breeding season. 2.2 短 尾 猴 成 年 雄 性 随 机 交 配 频 次 与 攻 击 支 持 后 交 配 频 次 差 异 性 非 繁 殖 季 节, 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 后 获 取 的 交 配 频 次 显 著 高 于 随 机 交 配 频 次 (YA 1 群 : Z= 2.547 P=0.011 n=11;ya 2 群 :Z= 3.111 P=0.002 n=15)( 图 2a,b) 繁 殖 季 节,YA 2 群 攻 击 支 持 后 的 交 配 频 次 显 著 高 于 随 机 交 配 频 次 (Z= 2.667,P=0.008,n=18)( 图 2b),YA 1 群 则 无 显 著 增 加 (Z= 1.863,P=0.063,n=10)( 图 2a) 3 讨 论 本 研 究 以 短 尾 猴 为 对 象, 研 究 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 间 的 关 系 结 果 显 示, 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 显 著 正 相 关 在 不 同 季 节 ( 繁 殖 季 节 非 繁 殖 季 节 ) 及 不 同 社 会 群 体 (YA 1 YA 2 群 ), 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 后 的 交 配 频 次 均 高 于 随 机 交 配 频 次, 且 除 在 YA 1 群 繁 殖 季 节 的 频 次 差 异 性 不 显 著 外, 其 余 频 次 差 异 间 均 存 在 显 著 性, 即, 雄 性 短 尾 猴 可 以 攻 击 支 持 获 得 交 配 回 报 本 研 究 不 仅 对 生 物 市 场 理 论 (Noë & Hammerstein, 1994; 1995; Noë et al, 2001) 中 的 社 会 行 为 存 在 交 换 进 行 验 证, 且 首 次 证 明 在 短 尾 猴 中 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 可 以 换 取 交 配 回 报 短 尾 猴 虽 为 季 节 性 繁 殖 物 种 (Li et al, 2005),
3 期 汪 爽 等 : 雄 性 黄 山 短 尾 猴 (Macaca thibetana) 攻 击 支 持 雌 性 以 换 取 交 配 回 报 143 图 2 随 机 交 配 频 次 与 攻 击 支 持 后 交 配 频 次 差 异 Figure 2 Copulation behaviors frequency between RO and PO a:ya 1 群 (Group YA 1 );b:ya 2 群 (Group YA 2 ) * :P<0.05; ** :P<0.01 但 全 年 均 有 交 配, 非 繁 殖 季 节 频 次 较 高 且 射 精, 繁 殖 季 节 频 次 较 低 且 不 射 精 ( 非 繁 殖 功 能 交 配 ) (Li et al, 2007) 本 研 究 结 果 显 示 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 在 全 年 均 表 现 显 著 正 相 关, 这 可 能 与 雌 性 短 尾 猴 隐 藏 自 己 的 发 情 周 期 (Li, 1999; Li et al, 2005), 致 使 雄 性 无 法 判 断 其 生 理 状 况 的 独 特 生 理 特 点 有 关 而 雄 性 短 尾 猴 的 最 佳 策 略 是 即 便 是 在 交 配 行 为 对 繁 殖 毫 无 意 义 的 繁 殖 季 节, 仍 保 持 交 配 机 会 以 增 加 雌 性 受 孕 可 能 并 提 高 繁 殖 成 功 率 (Darwin, 1871) 因 此,YA 1 群 和 YA 2 群 成 年 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 后 的 交 配 频 次 在 繁 殖 季 节 及 非 繁 殖 季 节 均 高 于 随 机 交 配 即, 与 理 毛 (Gumert, 2007b) 及 分 享 食 物 (Mitani & Watts, 2001) 等 相 似, 雄 性 攻 击 支 持 为 雌 性 个 体 所 提 供 的 利 益 亦 可 增 加 其 与 雌 性 交 配 的 机 会 (Hemelrijk & Steinhauser, 2007; McNamara et al, 2008) 繁 殖 季 节,YA 2 群 雄 性 攻 击 支 持 后 的 交 配 频 次 与 随 机 交 配 频 次 间 差 异 显 著 的 原 因 可 能 是 由 于 YA 1 群 的 雄 性 个 体 社 会 等 级 更 加 森 严 ( 未 发 表 数 据 ), 且 短 尾 猴 对 顺 位 具 有 认 知 能 力 (Li, 2000), 使 得 非 第 一 顺 位 的 雄 性 个 体 在 繁 殖 季 节 很 少 介 入 到 冲 突 中, 且 即 使 介 入, 在 冲 突 后 也 很 少 发 生 交 配 行 为 而 YA 2 群 雄 性 个 体 的 社 会 等 级 相 对 宽 松, 同 时, 社 会 成 员 较 多, 第 一 顺 位 的 猴 王 还 需 要 较 高 等 级 的 雄 性 个 体 巩 固 自 身 地 位, 因 此, 允 许 介 入 冲 突 的 雄 性 个 体 在 冲 突 后 发 生 交 配 行 为 该 现 象 在 黑 猩 猩 中 已 有 研 究 (Duffy et al, 2007) 另 外, 影 响 攻 击 行 为 与 交 配 行 为 的 因 素 很 多, 例 如, 第 一 顺 位 雄 性 可 以 任 意 攻 击 其 他 雄 性 或 雌 性 而 不 会 轻 易 遭 遇 攻 击 (Li, 1999), 同 时, 也 拥 有 最 多 的 交 配 机 会 (Xiong & Wang, 1991), 因 此, 高 顺 位 个 体 不 需 要 付 出 很 多 支 持 即 可 获 取 交 配 机 会 而 低 顺 位 个 体 很 少 主 动 参 与 到 攻 击 行 为 中 (Chen et al, 2008), 且 即 便 在 攻 击 支 持 雌 性 后, 能 否 与 该 雌 性 成 功 发 生 交 配 也 取 决 于 其 他 个 体 ( 例 如 高 顺 位 个 体 ) 存 在 与 否 但 由 于 YA 1 群 成 年 雄 性 较 少, 在 进 行 社 会 等 级 划 分 后, 中 低 顺 位 只 有 一 个 个 体, 且 已 有 的 行 为 数 据 无 法 对 等 级 划 分 后 数 据 进 行 科 学 的 统 计 分 析 因 此, 要 深 入 理 解 雄 性 攻 击 支 持 雌 性 与 交 配 行 为 间 的 关 系, 需 要 更 详 细 的 数 据 资 料 探 讨 等 级 顺 位 的 影 响, 从 而 进 一 步 阐 明 雄 性 性 竞 争 和 雌 性 选 择 的 个 体 策 略 致 谢 : 本 研 究 野 外 工 作 得 到 黄 山 野 生 猴 谷 管 理 中 心 谢 玉 峰 汪 日 光 和 程 斌 等 工 作 人 员 及 程 海 滨 先 生 等 的 帮 助 和 支 持, 美 国 中 部 华 盛 顿 大 学 Lori Sheeran 教 授 审 阅 了 英 文 摘 要, 在 此 一 并 感 谢! 参 考 文 献 : Altmann J. 1974. Observational study of behavior: sampling methods. Behaviour, 49(3): 227-267. Barrett L, Henzi SP. 2001. The utility of grooming in baboon trops. In: Noe R, van Hooff Jaram, Hammerstein P. Economics in Nature. Cambridge: Cambridge University Press, 119-145. Berman CM, Ionica CS, Li JH. 2004. Dominance style among Macaca thibetana on Mt. Huangshan, China. International Journal of Primatology, 25(6): 1283-1312. Chen R, Li JH, Zhu Y, Xia DP. 2008. Seasonal changes in aggressive behavior and fecal testosterone level in male Tibetan macaques Macaca thibitana at Huangshan, China. Acta Zoologica Sinica, 54(3): 393-398. [ 陈 燃, 李 进 华, 朱 勇, 夏 东 坡. 2008. 雄 性 黄 山 短 尾 猴 攻 击 行 为 和 粪 便 睾 酮 水 平 季 节 性 变 化. 动 物 学 报, 54(3): 393-398.] Darwin C. 1871. The Descent of Man and Selection in Relation to Sex. New York: Modern Library. de Vries H. 1993. The rowwise correlation between two proximity matrices
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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 145 151 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0145 利 用 红 外 线 相 机 监 测 地 表 水 对 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 兽 类 分 布 的 影 响 陈 天 波 1, 宋 亦 希 2, 陈 辈 乐 2, 蒙 渊 君 1, 温 柏 豪 2,* 1. 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 管 理 局, 广 西 龙 州 532400; 2. 嘉 道 理 农 场 暨 植 物 园 嘉 道 理 中 国 保 育, 香 港 特 别 行 政 区 新 界 大 埔 摘 要 : 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 属 岩 溶 地 貌, 表 土 层 薄, 储 水 度 低, 地 表 水 奇 缺, 动 物 可 能 因 水 源 而 改 变 其 活 动 范 围 和 规 律 2006 年 3 月 2007 年 6 月 和 2010 年 10 月 2011 年 5 月, 该 实 验 利 用 红 外 线 相 机 在 兽 类 通 往 水 源 地 之 间, 即 兽 径 上 ( 如 足 迹 和 粪 便 ) 进 行 兽 类 调 查 共 拍 摄 到 兽 类 5 目 12 科 17 属 19 种, 包 括 国 家 一 级 保 护 动 物 黑 叶 猴 (Trachypithecus francoisi) 和 熊 猴 (Macaca assamensis) 物 种 累 积 曲 线 95% 置 信 区 间 重 迭, 相 似 性 分 析 和 非 度 量 多 维 标 度 显 示 两 种 微 生 境 出 没 物 种 的 差 异 较 小, 然 而, 差 异 物 种 占 整 体 记 录 的 42%, 可 见 岩 溶 地 区 水 资 源 极 其 珍 贵 中 短 期 保 护 建 议 包 括 加 强 水 源 点 的 巡 护 防 止 偷 猎 限 制 滥 抽 地 下 水, 以 及 考 虑 整 合 呈 岛 屿 状 的 陇 呼 弄 岗 及 陇 山 地 区, 以 加 强 保 护 大 面 积 生 境 的 连 贯 性, 并 加 速 恢 复 山 峰 间 已 遭 破 坏 的 圆 洼 谷 地 的 原 生 树 林 关 键 词 : 红 外 线 相 机 ; 哺 乳 类 ; 喀 斯 特 地 貌 ; 非 损 伤 性 取 样 法 ; 出 现 指 数 中 图 分 类 号 :Q143; Q959.8 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0145-07 Influence of surface water availability on mammal distributions in Nonggang National Nature Reserve, Guangxi, China Tian-Bo CHEN 1, Yik-Hei SUNG 2, Pui-Lok Bosco CHAN 2, Yuan-Jun MENG 1, Pak-Ho WAN 2,* 1. Nonggang National Nature Reserve, Chongzuo, Guangxi 532400, China; 2. Kadoorie Conservation China, Kadoorie Farm and Botanic Garden, Lam Kam Road, Tai Po, New Territories, Hong Kong, China Abstract: Surface water is a major limiting factor affecting animal activities in karst ecosystems. From March, 2006 to June, 2007 and from October, 2010 to May, 2011, infra-red camera traps were installed along animal trails and temporary rain pools in Nonggang National Nature Reserve, Guangxi, China, to monitor mammal diversity and relative abundance. In total, 19 species from 17 genera, 12 families, and 5 orders were recorded, including two State Key Protection Class I species, the François langur (Trachypithecus francoisi) and Assam macaque (Macaca assamensis). Although 42% of species only occurred in one of the microhabitats, differences in species assemblages between trails and pools were not significant. The results of our observation indicated that camera trapping was effective in monitoring medium to large sized mammals, and for recording illegal hunting. In addition, our results suggest that authorities should reinforce patrolling, especially at water pools during the dry season, and eradicate unsustainable extraction of underground water. Moreover, based on the advantages of large inhibited environments to animal species, especially to large predators, we also recommend connecting the three isolated sections of the reserve to promote species recovery and dispersal. Keywords: Infra-red camera trap; Mammals; Karst; Non-invasive sampling; Occurrence index 红 外 线 感 应 相 机 的 优 点 是 可 以 24 h 运 作 并 收 集 物 种 的 分 布 数 量 和 行 为 等 信 息, 以 及 监 测 珍 稀 行 踪 隐 秘 或 密 度 低 的 物 种 (Jenks et al, 2010; Pei et al, 2010), 甚 至 可 以 通 过 所 拍 摄 照 片 中 个 体 皮 毛 的 花 纹 图 案 或 疤 痕 来 辨 认 独 立 个 体, 以 重 捕 法 (capture-recapture) 来 估 计 该 物 种 的 密 度 和 数 量 (Karanth & Nichols, 1998) 等 此 技 术 通 过 动 物 的 体 温 和 动 作 来 引 发 相 机 自 动 拍 摄, 这 种 非 损 伤 性 取 样 收 稿 日 期 :2012-11-02; 接 受 日 期 :2013-01-22 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: jaywan@kfbg.org 第 一 作 者 简 介 : 陈 天 波, 男, 工 程 師, 从 事 野 生 动 物 保 护 工 作 E-mail: chentb1971@163.com
146 动 物 学 研 究 34 卷 法 (non-invasive sampling) 现 已 得 到 广 泛 应 用 (Kays & Slauson, 2008) Long (1988) 的 广 西 弄 岗 自 然 保 护 区 综 合 考 察 报 告 及 Kadoorie Farm & Botanic Garden (2004) 的 快 速 生 物 多 样 性 评 估 报 告 广 西 西 南 部 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 分 别 利 用 直 接 采 集 标 本 和 访 问 调 查 了 解 区 内 的 哺 乳 类 多 样 性 此 类 常 规 方 法 可 有 效 掌 握 基 本 物 种 信 息, 但 需 要 猎 杀 动 物 并 受 限 于 被 访 者 的 偏 差 现 今 除 用 于 食 虫 类 啮 齿 类 及 翼 手 类 等 需 要 通 过 头 骨 及 牙 齿 特 征 才 能 准 确 鉴 定 的 小 型 兽 类 外, 已 不 适 用 于 中 大 型 或 濒 危 物 种 的 监 测 工 作 由 于 当 时 的 考 察 时 间 分 别 为 1979 及 1998 年, 而 且 工 作 时 间 较 短, 不 能 全 面 反 映 区 内 哺 乳 动 物 的 多 样 性 及 习 性, 因 此, 有 必 要 利 用 红 外 线 拍 摄 技 术 收 集 信 息 并 更 新 物 种 名 录 及 分 布, 以 便 为 今 后 的 管 理 和 监 测 提 供 依 据 (Ma & Harris, 1996; Wang et al, 2006) 喀 斯 特 地 貌 (Karst), 又 名 岩 溶 地 貌, 是 指 碳 酸 盐 岩 石 分 布 地 区 特 有 的 地 貌 现 象 (Yuan, 1994) 此 复 杂 地 貌 提 供 的 独 特 生 境 与 屏 障 效 应, 无 疑 增 加 了 印 缅 生 物 多 样 性 热 点 地 区 的 物 种 丰 富 度, 在 记 录 到 的 433 种 哺 乳 类 中, 有 >70 个 (16.9%) 特 有 种 (Mittermeier et al, 2005) 桂 西 南 是 我 国 岩 溶 地 貌 的 核 心 地 区, 石 灰 岩 占 广 西 省 面 积 的 40%, 具 有 生 物 多 样 性 保 护 和 科 研 监 测 的 重 大 意 义 (Zhu, 2007) 近 年 来, 在 此 地 区 已 发 现 的 脊 椎 动 物 新 物 种 包 括 凭 祥 睑 虎 (Goniurosaurus luii; Grismer et al, 1999) 及 弄 岗 穗 鹛 (Stachyris nonggangensis; Zhou & Jiang, 2008) 等 随 着 保 护 意 识 的 加 强, 由 于 遭 受 盗 猎 和 栖 息 地 破 坏 等 人 为 干 扰 而 面 临 灭 绝 威 胁 的 兽 类 物 种 虽 得 以 逐 渐 恢 复 (Lau et al, 2010), 然 而, 相 关 监 测 研 究 主 要 集 中 在 灵 长 类 或 国 际 关 注 的 旗 舰 种, 例 如, 东 部 黑 冠 长 臂 猿 (Nomascus nasutus; Chan et al, 2008) 和 白 头 叶 猴 (Trachypithecus leucocephalus; Wang et al, 2005) 等, 其 他 兽 类 的 生 存 状 况 和 生 态 资 料 均 相 当 缺 乏 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 于 1979 年 建 立, 动 植 物 种 类 丰 富, 计 有 维 管 植 物 1 431 种 (Liang et al, 1988) 鸟 类 124 种 (Jiang, 2007;Zhou and Jiang, 2008); 采 集 和 访 问 调 查 到 哺 乳 类 20 和 38 种 (Long, 1988; Kadoorie Farm & Botanic Garden, 2004) 虽 然 弄 岗 的 保 育 重 要 性 已 经 得 到 广 泛 认 同, 但 对 区 内 哺 乳 类 的 关 注 仍 比 较 滞 后, 且 主 要 集 中 于 国 家 I 级 重 点 保 护 野 生 动 物 黑 叶 猴 (Trachypithecus francoisi; Huang et al, 2011; Zhou et al, 2009) 熊 猴 (Macaca assamensis; Zhou et al, 2007) 和 白 头 叶 猴 (Hu et al, 1998) 等 珍 稀 灵 长 类, 甚 至 仅 限 于 数 量 的 调 查 保 护 区 为 典 型 北 热 带 石 灰 岩 山 地 常 绿 季 雨 林, 发 育 完 整 的 岩 溶 系 统 导 致 全 年 性 溪 流 贫 乏 水 资 源 分 布 季 节 性 变 化 大, 雨 季 才 出 现 谷 地 洼 地 等 暂 时 性 水 潭 和 蓄 水 池 等 地 表 水, 旱 季 则 主 要 是 地 下 水 动 物 赖 以 生 存 的 地 表 水 奇 缺, 限 制 了 其 活 动 分 布 本 调 查 旨 在 应 用 红 外 线 相 机 技 术 对 保 护 区 内 的 兽 类 进 行 调 查, 并 初 步 了 解 地 表 水 对 其 活 动 分 布 的 影 响, 从 而 提 升 保 护 区 的 科 研 监 测 能 力 和 管 理 水 平 1 材 料 和 方 法 1.1 研 究 地 点 保 护 区 (N22 13 ~22 33, E106 42 ~107 04 ) 处 中 越 边 境, 跨 广 西 崇 左 市 龙 州 和 宁 明 两 县, 呈 西 北 东 南 向 长 条 状 地 形, 由 陇 呼 弄 岗 及 陇 山 组 成, 总 面 积 101 km 2 石 峰 10~80 个 /km 2, 海 拔 300~ 600 m, 森 林 覆 盖 率 90% 年 均 气 温 22, 年 降 雨 量 1 150~1 550 mm (890~2 043 mm), 且 76% 的 降 雨 量 集 中 在 5 9 月 的 雨 季 (Liang et al, 1988; Su et al, 1988) 石 达 地 下 河 长 6 km, 旱 季 水 位 为 地 下 18~ 20 m, 雨 季 水 位 为 地 上 2~3 m, 并 由 天 窗 溢 出 (Hu, 1988) 本 调 查 在 面 积 最 大 的 弄 岗 (54 km 2 ) 进 行 ( 图 1) 1.2 调 查 方 法 2006 年 3 月 2007 年 6 月, 调 查 人 员 按 照 兽 类 的 活 动 规 律 共 放 置 15 台 胶 卷 红 外 线 感 应 相 机 (Wildlife II, China), 并 依 据 每 月 的 照 片 效 果 确 认 是 否 转 移 放 置 点 放 置 点 共 29 个, 其 中 25 个 点 为 兽 径, 即 频 繁 发 现 兽 类 活 动 痕 迹 ( 如 足 迹 和 粪 便 ) 的 地 点, 每 个 点 平 均 相 距 1 km, 并 避 免 处 于 同 一 条 兽 径, 且 其 方 圆 500 m 范 围 内 没 有 地 表 水 源 其 余 4 个 点 位 于 水 源 地 旁, 水 源 积 水 量 为 0.1 m 3 ; 旱 季 积 水 量 不 足 时, 由 护 林 员 挑 水 补 充 每 月 或 拍 照 >30 张 后 ( 卷 满 36 张 ) 更 换 胶 卷 和 电 池 由 于 胶 卷 红 外 线 感 应 相 机 的 陆 续 损 耗,2010 年 10 月 2011 年 5 月, 在 兽 径 上 更 新 安 装 5 台 数 码 红 外 线 感 应 相 机 (Little Acorn 5210, US), 并 每 两 个 月 检 查 一 次 文 中 哺 乳 类 的 拉 丁 学 名 及 中 文 名 根 据 Smith & Xie (2008) 的 命 名 法 1.3 数 据 处 理 每 种 哺 乳 类 的 相 对 数 量 以 出 现 指 数 (occurrence
3 期 陈 天 波 等 : 利 用 红 外 线 相 机 监 测 地 表 水 对 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 兽 类 分 布 的 影 响 147 图 1 广 西 西 南 部 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 调 查 区 域 Figure 1 Survey area in Nonggang National Nature Reserve, Guangxi, China index, OI) 表 示, 即 相 机 在 每 100 d 所 拍 摄 的 个 体 数 (O Brien et al, 2003) 除 能 够 明 显 分 辨 为 不 同 个 体 的 照 片 外 ( 不 同 只 数 斑 纹 及 体 型 等 ), 相 同 物 种 于 0.5 h 内 的 连 拍 照 片 只 视 为 一 个 有 效 独 立 记 录 (Pei et al, 2010) 采 用 Estimate S 软 件 来 比 较 兽 径 与 水 源 地 之 间 拍 摄 到 的 哺 乳 类 多 样 性 差 异, 利 用 物 种 累 积 曲 线 (species accumulative curve) 显 示 随 拍 摄 日 数 所 增 加 累 积 的 物 种 数 量, 置 信 区 间 (confidence intervals, CI) 设 置 为 95%, 如 CI 不 重 迭, 表 示 在 两 种 微 生 境 拍 摄 到 的 累 积 物 种 有 明 显 差 异 以 PRIMER 6.1.5 软 件 计 算 相 似 性 分 析 (ANOSIM), 差 异 由 非 度 量 多 维 标 度 (NMDS) 图 像 显 示, 形 成 差 异 的 物 种 由 相 似 性 百 分 比 分 析 (SIMPER) 表 示 2 结 果 2.1 哺 乳 类 多 样 性 除 8 台 胶 卷 相 机 因 雨 季 湿 度 太 高 而 未 能 正 常 运 作 外, 总 工 作 日 共 计 1 594 d, 共 拍 摄 到 有 效 兽 类 照 片 635 张, 除 未 能 鉴 定 的 鼠 类 和 松 鼠 外, 共 准 确 记 录 19 种, 隶 属 5 目 12 科 17 属 ( 表 1), 包 括 国 家 I 级 重 点 保 护 野 生 动 物 黑 叶 猴 和 熊 猴 食 肉 目 中, 以 鼬 獾 (Melogale moschata) 和 食 蟹 獴 (Herpestes urva) 的 OI 最 高, 分 别 达 2.82 及 2.26; 偶 蹄 目 以 赤 麂 (Muntiacus muntjak) 为 首,OI 达 6.15; 啮 齿 目 中, 不 计 从 照 片 中 难 以 明 确 鉴 定 的 鼠 类 和 松 鼠,OI 最 高 的 为 帚 尾 豪 猪 (Atheurus macrourus), 达 3.45 2006 年 的 10 个 月 内, 共 拍 摄 到 兽 类 12 种,2007 年 的 6 个 月 和 2010 2011 年 的 5 个 月 内, 分 别 拍 摄 到 兽 类 14 和 11 种 其 中, 甘 南 鬣 羚 (Capricornis milneedwardsii) 和 红 白 鼯 鼠 (Petaurista alborufus) 仅 拍 摄 于 2006 年 ; 黄 腹 鼬 (Mustela kathiah) 黑 叶 猴 和 熊 猴 等 仅 拍 摄 于 2007 年 ; 野 猪 (Sus scrofa) 仅 拍 摄 于 2010 2011 年 旱 季 平 均 拍 摄 到 9 种 兽 类 其 中 11 月 最 多, 为 11 种 雨 季 平 均 只 拍 到 1 种 兽 类 5 月 最 多, 为 4 种 ; 而 8 9 月 则 因 大 雨 引 起 的 相 机 故 障 而 未 能 拍 摄 到 任 何 兽 类
148 动 物 学 研 究 34 卷 树 鼩 目 Scandentia 树 鼩 科 Table 1 表 1 调 查 期 间 每 月 拍 摄 到 的 兽 类 Mammal species detected by camera trap each month during the study period 雨 季 月 份 Wet season month 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 旱 季 月 份 Dry season month 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 4 月 物 种 Species 出 现 指 数 OI May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr Tupaiidae 北 树 鼩 Tupaia belangeri 2.63 o 啮 齿 目 Rodentia 鼠 科 Muridae 小 泡 巨 鼠 Leopoldamys edwardsi 0.69 x x o o xo 鼠 类 Unidentified rats 6.21 o x x o o xo o 松 鼠 科 Sciuridae 赤 腹 松 鼠 Callosciurus erythraeus 0.38 x x o o 红 腿 长 吻 松 鼠 Dremomys pyrrhomerus 0.94 x x x x o o 红 颊 长 吻 松 鼠 Dremomys rufigenis 0.25 x x x o 红 白 鼯 鼠 Petaurista alborufus 0.19 x 松 鼠 类 Unidentified squirrels 2.57 o 豪 猪 科 Hystricidae 帚 尾 豪 猪 Atherurus macrourus 3.45 x x x 食 肉 目 Carnivora 獴 科 Herpestidae 食 蟹 獴 Herpestes urva 2.26 x o x x x x x 鼬 科 Mustelidae 鼬 獾 Melogale moschata 2.82 o x x x x o o xo o 黄 腹 鼬 Mustela kathiah 0.06 o 灵 猫 科 Viverridae 果 子 狸 Paguma larvata 0.75 o 斑 林 狸 Prionodon pardicolor 0.69 x o o 猫 科 Felidae 豹 猫 Prionailurus bengalensis 0.19 o 偶 蹄 目 Artiodactyla 猪 科 Suidae 野 猪 Sus scrofa 0.12 鹿 科 Cervidae 赤 麂 Muntiacus muntjak 6.15 x x x x o o x 牛 科 Bovidae 甘 南 鬣 羚 Capricornis milneedwardsii 0.31 x 灵 长 目 Primates 猕 猴 科 Cercopithecidae 熊 猴 Macaca assamensis 0.13 o o 猕 猴 Macaca mulatta 1.38 x x x x 黑 叶 猴 Trachypithecus francoisi 0.44 o 出 现 指 数 (OI): 红 外 线 相 机 在 每 100 d 所 拍 摄 的 有 效 照 片 数 ( 未 能 鉴 定 的 鼠 类 和 松 鼠 不 计 入 分 析 ); x: 照 片 于 2006 年 拍 摄 ;o: 照 片 于 2007 年 拍 摄 ; : 照 片 于 2010 2011 年 拍 摄 Occurrence index (OI): number of independent photos of a species taken per 100 trap nights (unidentified rats and squirrels were excluded from analysis); x: Photos taken in 2006; o: Photos taken in 2007; : Photos taken from 2010 to 2011.
3 期 陈 天 波 等 : 利 用 红 外 线 相 机 监 测 地 表 水 对 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 兽 类 分 布 的 影 响 149 2.2 地 表 水 的 影 响 甘 南 鬣 羚 野 猪 熊 猴 和 果 子 狸 (Paguma larvata) 等 仅 拍 摄 于 兽 径,OI 偏 低 (0.12~0.75); 黄 腹 鼬 豹 猫 (Prionailurus bengalensis) 黑 叶 猴 和 红 白 鼯 鼠 等 仅 拍 摄 于 水 源 地,OI 更 低 (0.06~ 0.44) ; 斑 林 狸 (Prionodon pardicolor) 猕 猴 (Macaca mulatta) 小 泡 巨 鼠 (Leopoldamys edwardsi) 红 腿 长 吻 松 鼠 (Dremomys pyrrhomerus) 红 颊 长 吻 松 鼠 (Dremomys rufigenis) 赤 腹 松 鼠 (Callosciurus erythraeus) 树 鼩 (Tupaia belangeri) 鼬 獾 食 蟹 獴 赤 麂 和 帚 尾 豪 猪 等 则 在 两 种 微 生 境 均 被 拍 摄 到,OI 范 围 较 宽 (0.25~6.15) 图 2 显 示 两 条 累 积 曲 线 的 95%CI 重 迭, 表 明 水 源 地 和 兽 径 两 类 拍 摄 点 的 物 种 数 量 没 有 明 显 差 异,NMDS 图 像 亦 支 持 该 结 果 (ANOSIM, R=0.184, P=0.112, 图 3) 其 中, 超 过 30% 的 差 异 乃 由 赤 麂 鼬 獾 和 小 泡 巨 鼠 等 造 成, 连 同 猕 猴 帚 尾 豪 猪 食 蟹 獴 红 腿 长 吻 松 鼠 和 黑 叶 猴 等 共 构 成 ~60% 的 差 异 ( 表 2) 图 2 在 通 往 水 源 地 的 兽 径 上 拍 摄 到 的 兽 类 物 种 累 积 曲 线, 置 信 区 间 为 95 % Figure 2 Species accumulative curve of mammals detected at trails and ponds, confidence intervals at 95% 图 3 在 兽 径 与 水 源 地 拍 摄 到 的 兽 类 物 种 相 似 性 分 析 的 非 度 量 多 维 标 度 图 像 Figure 3 NMDS plot of ANOSIM analysis for species detected at trails and ponds (R=0.184, P=0.112) 表 2 在 通 往 水 源 地 的 兽 径 上 拍 摄 到 差 异 物 种 的 相 似 性 百 分 比 分 析 Table 2 SIMPER analysis showing species contribution to assemblage differences between trails and ponds 物 种 Species 平 均 丰 度 Average abundance 兽 径 Trail 水 源 地 Pond 差 异 百 份 比 Contribution percentage 赤 麂 Muntiacus muntjak 0.58 0.94 11.15 鼬 獾 Melogale moschata 1.45 0.3 10.76 小 泡 巨 鼠 Leopoldamys edwardsi 1.01 0.03 8.39 猕 猴 Macaca mulatta 0.52 0.37 7.04 帚 尾 豪 猪 Atheurus macrourus 0.27 0.66 6.27 食 蟹 獴 Herpestes urva 0.79 0.27 5.92 红 腿 长 吻 松 鼠 Dremomys pyrrhomerus 0.62 0.23 5.35 黑 叶 猴 Trachypithecus francoisi 0.68 0.03 5 3 讨 论 3.1 红 外 线 拍 摄 技 术 应 用 现 今, 多 种 哺 乳 类 均 受 国 家 保 护, 且 基 本 不 允 许 采 集 中 大 型 兽 类 标 本 红 外 线 拍 摄 技 术 无 伤 害 性, 可 持 续 监 测 同 一 个 体 或 种 群 的 活 动 规 律 与 习 性 (Karanth & Nichols, 1998), 为 更 新 的 名 录 提 供 可 永 久 保 存 的 照 片 凭 据 由 于 动 物 体 型 越 大, 停 留 在 相 机 前 面 的 时 间 越 长, 拍 摄 效 果 越 好 (Ma & Harris, 1996), 因 此 红 外 线 拍 摄 技 术 适 用 于 最 难 直 接 观 察 到 的 中 大 型 兽 类, 而 对 于 小 型 啮 齿 类 或 食 虫 类 的 监 测 则 需 要 取 得 能 清 晰 分 辨 鉴 定 特 征 的 照 片 红 外 线 感 应 相 机 技 术 可 结 合 传 统 兽 类 调 查 方 法, 作 出 全 面 有 效 的 长 期 监 测 该 技 术 在 珍 稀 濒 危 动 物 的 调 查 中 亦 具 有 独 特 优 势, 成 本 远 低 于 长 年 持 续 的 人 力 监 测 例 如,Wilting et al (2010) 利 用 该 技 术 在 马 来 西 亚 婆 罗 洲 北 部 的 沙 巴 州 取 得 了 毛 鼻 水 獭 (Lutra sumatrana) 的 照 片 证 据, 而 此 物 种 在 沙 巴 州 已 >100 a 未 被 纪 录 到, 在 整 个 婆 罗 洲 也 >10 a 未 被 纪 录 到 (Sasaki et al, 2009) 即 在 记 录 密 度 低 数 量 极 少 的 动 物 时, 可 以 通 过 设 置 更 多 相 机 作 长 年 监 测, 并 配 合 调 问 和 生 境 调 查 增 加 拍 摄 机 会 但 是, 相 机 的 防 水 功 能 仍 有 待 改 善, 以 减 少 数 据 损 失 和 设 备 损 坏 本 调 查 后 期 (2010 年 ) 发 展 出 的 具 夜 视 功 能 的 数 码 红 外 线 相 机 干 扰 性 更 低, 数 据 收 集 量 大 大 提 高, 有 利 于 社 区 宣 教 和 学 术 交 流, 应 大 力 推 广, 并 为 护 林 员 提 供 技 术 培 训 (Wan, 2010) 本 调 查 利 用 红 外 线 感 应 相 机, 共 记 录 到 19 种 非 飞 行 性 哺 乳 动 物, 其 中 黄 腹 鼬 熊 猴 猕 猴 红 白 鼯 鼠 红 腿 长 吻 松 鼠 红 颊 长 吻 松 鼠 赤 麂 和 帚
150 动 物 学 研 究 34 卷 尾 豪 猪 等 并 未 收 录 在 Long (1988) 采 集 到 的 19 种 非 飞 行 性 哺 乳 类 动 物 中 调 查 时 程 共 计 1 594 d, 累 积 曲 线 显 示 0~250 d 所 纪 录 到 的 累 积 物 种 急 剧 上 升, 表 明 在 250 d 之 内 基 本 能 够 拍 摄 到 数 量 较 多 分 布 较 广 的 物 种, 随 后, 曲 线 上 升 舒 缓, 增 加 的 累 积 物 种 均 为 一 些 较 难 拍 摄 到 的 物 种 曲 线 末 端 的 轻 微 上 升 趋 势 表 示 要 纪 录 余 下 的 物 种, 如 : 云 豹 黑 熊 及 穿 山 甲 等, 则 需 要 较 长 时 间 的 监 测 (Kadoorie Farm and Botanic Garden, 2004) 2007 年 10 月, 村 庄 群 众 反 映 有 一 大 型 猫 科 动 物 在 保 护 区 周 边 出 没, 虽 然, 护 林 员 随 后 即 到 该 处 安 装 相 机, 但 仍 未 能 拍 摄 到 照 片 证 据 3.2 地 表 水 对 兽 类 活 动 的 影 响 岩 溶 地 区 表 土 层 薄, 储 水 度 低, 保 护 区 内 甚 少 全 年 性 溪 流 动 物 为 了 适 应 这 种 生 境, 除 从 食 物 中 获 取 水 外, 将 争 夺 地 表 饮 用 水 资 源, 因 此, 水 源 影 响 着 动 物 的 活 动 范 围 和 规 律 每 年 雨 季 的 5 8 月, 地 下 河 水 位 上 升, 地 表 水 和 各 种 植 物 性 食 物 较 丰 富, 兽 类 动 物 的 活 动 范 围 较 小 ; 旱 季 的 10 月 来 年 的 4 月, 地 表 水 奇 缺, 植 物 的 嫩 叶 和 果 实 较 少, 兽 类 动 物 需 要 扩 大 家 域 范 围 增 加 漫 游 距 离 以 获 取 足 够 的 食 物 和 水 分 此 现 象 在 弄 岗 的 黑 叶 猴 研 究 中 已 得 到 证 实 (Huang et al, 2011) 与 雨 季 相 比, 保 护 区 内 的 熊 猴 在 旱 季 也 明 显 增 加 觅 食 的 时 间 (Zhou et al, 2007), 表 明 食 物 能 够 为 其 提 供 稳 定 的 水 分 来 源, 并 使 其 不 必 到 达 地 面 直 接 饮 水 (Wu et al, 2011) 然 而, 本 研 究 的 水 源 相 机 安 装 点 动 物 活 动 频 繁, 并 首 次 于 保 护 区 拍 摄 到 树 栖 性 较 强 的 黑 叶 猴 和 红 白 鼯 鼠, 反 映 出 当 时 的 干 旱 程 度 较 为 严 重, 并 影 响 到 了 果 叶 中 的 含 水 量 此 外, 黄 腹 鼬 和 豹 猫 也 仅 拍 摄 于 水 源 点, 推 断 这 与 其 纯 肉 食 性 有 关, 而 与 可 随 季 节 改 变 增 加 植 物 性 食 物 摄 入 比 例 的 食 果 性 强 的 果 子 狸 和 鼬 獾 不 同 (Zhou et al, 2008a,b) 本 次 调 查 仅 拍 摄 于 兽 径 上 或 水 源 地 的 物 种 分 别 为 4 种, 且 OI 普 遍 偏 低 差 异 物 种 相 似 性 百 分 比 分 析 中 ~55% 的 差 异, 由 在 两 类 生 境 均 拍 摄 到 的 7 种 动 物 所 导 致, 即 赤 麂 鼬 獾 小 泡 巨 鼠 猕 猴 帚 尾 豪 猪 食 蟹 獴 及 红 腿 长 吻 松 鼠 等 由 于 仅 限 于 某 一 生 境 的 物 种 密 度 较 低, 拍 摄 到 的 照 片 数 量 不 多, 并 且 部 分 数 据 因 机 器 损 坏 而 损 失, 因 此 于 水 源 地 及 兽 径 上 所 拍 摄 到 的 物 种 无 显 著 差 异 今 后, 情 况 许 可 时, 应 加 强 调 查 规 模 和 时 间, 勘 查 更 多 的 水 源 点 并 安 装 红 外 线 相 机, 提 高 拍 摄 到 习 性 更 隐 秘 或 珍 稀 物 种 的 可 能 性 此 次 于 两 种 微 生 境 共 拍 到 8 种 不 同 的 物 种, 占 整 体 的 42%, 可 见 岩 溶 地 区 水 资 源 极 其 珍 贵, 保 持 大 面 积 连 贯 的 生 境 对 兽 类 生 存 十 分 重 要 红 外 线 感 应 相 机 技 术 成 本 较 低, 结 合 传 统 调 查 方 法, 可 有 效 纪 录 一 般 很 难 直 接 观 察 到 的 中 大 型 兽 类, 并 全 面 反 映 其 多 样 性 和 分 布, 甚 至 可 拍 下 偷 猎 者 以 作 立 案 警 示 之 用 基 于 本 调 查 的 其 它 中 短 期 建 议 包 括 : 加 强 水 源 点 的 巡 护, 防 止 偷 猎 和 限 制 周 边 过 度 农 垦 开 发, 滥 抽 地 下 水, 以 及 减 少 栖 息 地 破 坏 从 保 护 生 物 学 的 角 度, 在 理 想 条 件 下, 可 考 虑 整 合 保 护 区 目 前 呈 岛 屿 状 的 陇 呼 弄 岗 及 陇 山 3 个 片 区, 以 避 免 生 境 岛 屿 化 加 剧 保 护 区 的 圆 洼 谷 地 表 土 较 厚 肥 力 较 高, 大 部 份 曾 经 被 开 垦 为 农 田, 虽 然 随 保 护 区 建 设 已 逐 渐 荒 废, 但 经 历 刀 耕 火 种, 植 被 更 新 花 样 滞 后, 建 议 加 速 恢 复 山 峰 间 已 遭 破 坏 的 洼 地 原 生 树 林, 此 举 将 对 各 种 中 大 型 兽 类 的 繁 衍 恢 复 和 扩 散 发 挥 关 键 作 用 致 谢 : 感 谢 广 西 壮 族 自 治 区 林 业 厅 对 本 研 究 项 目 的 支 持 ; 感 谢 保 护 区 兽 类 监 测 小 组 成 员 ( 赵 贵 民 黄 伟 权 黄 桂 保 梁 立 新 农 伟 宏 苏 理 民 黄 艳 涛 农 伟 雄 陈 伟 强 梁 海 流 苏 文 亮 及 周 崇 兴 等 ) 在 选 择 安 装 点 补 充 水 源 更 新 电 池 及 收 集 数 据 等 方 面 的 工 作 ; 感 谢 审 稿 人 对 本 文 初 稿 提 出 的 宝 贵 意 见 及 建 议 ; 感 谢 香 港 嘉 道 理 农 场 暨 植 物 园 华 南 野 生 兽 类 调 查 项 目 基 金 提 供 的 部 分 经 费 参 考 文 献 : Chan BPL, Tan XF, Tan WJ. 2008. Rediscovery of the critically endangered eastern black-crested gibbon Nomascus nasutus (Hylobatidae) in China, with preliminary notes on population size, ecology and conservation status. Asian Primates Journal, 1(1): 17-25. Grismer LL, Viets BE, Boyle LJ. 1999. Two new continental species of Goniurosaurus (Squamata: Eublepharidae) with a phylogeny and evolutionary classification of the genus. Journal of Herpetology, 33(3): 382-393. Hu CG. 1988. Report on the investigation of hydrogeology from Longgang Natural Reserve. Guihaia, (Additamentum 1):17-31. [ 胡 长 庚. 1988. 弄 岗 自 然 保 护 区 水 文 地 质 考 察 报 告. 广 西 植 物, ( 增 刊 1):17-31.] Hu G, Wei Y, Li ZY. 1998. The survey on the white-headed langur in Longrei and the analysis of the cause for endangerment. Journal of Guangxi Normal University:Natural History, 16(3): 71-75. 胡 刚, 韦 毅, 李 兆 元. 1998. 广 西 陇 瑞 白 头 叶 猴 种 群 调 查 及 濒 危 机 制 分 析. 广 西 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 16(3): 71-75.
3 期 陈 天 波 等 : 利 用 红 外 线 相 机 监 测 地 表 水 对 广 西 弄 岗 国 家 级 自 然 保 护 区 兽 类 分 布 的 影 响 151 Huang ZH, Zhou QH, Huang CM, Meng YJ, Wei H. 2011. Home range and daily ranging distance of François langur (Trachypithecus francoisi) in Nonggang Nature Reserve, Guangxi, China. Acta Theriologica Sinica, 31(1): 46-54. [ 黄 中 豪, 周 岐 海, 黄 乘 明, 蒙 渊 君, 韦 华. 2011. 广 西 弄 岗 黑 叶 猴 的 家 域 和 日 漫 游 距 离. 兽 类 学 报, 31(1): 46-54.] Jenks KE, Wanghongsa S, Songsasen N, Leimgruber P, Howard J. 2010. Camera-trap evidence of Large-spotted Civet Viverra megaspila in Khao Ang Rue Nai Wildlife Sanctuary and Khao Yai National Park, Thailand. Small Carnivore Conservation, 42: 19-21. Jiang AW. 2007. The Study of Understory Birds in Nonggang Karst Forest. M. D. Thesis, Guangxi University. [ 蒋 爱 伍. 2007. 弄 岗 喀 斯 特 森 林 下 层 鸟 类 研 究. 广 西 大 学 硕 士 论 文.] Kadoorie Farm and Botanic Garden. 2004. Report of rapid biodiversity assessments at Nonggang National Nature Reserve, Southwest Guangxi, China, May 1998. Chinese version No. 11. 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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 152 159 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0152 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 张 颖 俊 1,#, 王 双 金 1,#, 郭 爱 伟 1, 陈 粉 粉 1, 崔 亮 伟 1,*, 肖 文 2,* 1. 西 南 林 业 大 学 林 学 院, 云 南 昆 明 650224; 2. 大 理 学 院 东 喜 玛 拉 雅 资 源 与 环 境 研 究 所, 云 南 大 理 671003 摘 要 : 叶 食 性 灵 长 类 食 物 选 择 受 食 物 常 量 营 养 物 质 微 量 营 养 元 素 及 其 次 生 代 谢 产 物 等 影 响, 但 较 少 有 研 究 阐 释 植 物 的 化 学 成 分 效 应 该 研 究 通 过 分 析 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 春 季 (2010 年 3 月 5 月 和 2011 年 3 月 5 月 ) 食 物 来 阐 明 影 响 食 物 选 择 的 植 物 化 学 成 分 春 季, 猴 群 通 过 采 食 高 质 量 食 物 ( 芽 和 嫩 叶 ) 来 满 足 其 营 养 需 求, 且 偏 好 高 磷 和 低 钙 / 磷 比 (Ca/P) 低 钙 及 低 单 宁 食 物 食 物 的 磷 和 粗 蛋 白 含 量 高 于 非 食 物, 总 糖 和 Ca/P 低 于 非 食 物, 而 粗 脂 肪 粗 灰 分 钙 和 单 宁 含 量 则 无 差 异 ; 即 在 单 宁 含 量 未 超 过 其 忍 受 阈 值 的 前 提 下, 猴 群 春 季 食 物 选 择 原 则 是 在 满 足 蛋 白 质 主 导 的 常 量 营 养 物 质 需 求 基 础 上 保 证 磷 钙 摄 入 关 键 词 : 黑 白 仰 鼻 猴 ; 植 物 化 学 成 分 ; 磷 ;Ca/P; 食 物 选 择 中 图 分 类 号 :Q959.848 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0152-08 Spring food selection by Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in relation to phytochemical components Ying-Jun ZHANG 1,#, Shuang-Jin WANG 1,#, Ai-Wei GUO 1, Fen-Fen CHEN 1, Liang-Wei CUI 1,*, Wen XIAO 2,* 1. Forestry Faculty, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2. Institute of Eastern-Himalaya Biodiversity Research, Dali University, Dali 671003, China Abstract: Food selection by folivorous primates is thought to relate to macronutrients, micronutrients and plant secondary metabolites. However, few studies explain their effects on food choices. This study was designed to clarify the effect of phytochemical components on Rhinopithecus bieti food choice by analyzing the chemical composition of food samples collected from March to May in 2010 and 2011 at Mt. Lasha in northwest Yunnan, China. Compared with non-foods, there was more phosphorous and crude protein, less total sugar and a lower ratio of calcium to phosphorus in selected foods. However, no differences were found in crude fat, crude ash, calcium and tannin content between foods and non-foods. Phytochemical constituents may influence food choices; the monkeys preferred foods with high phosphorus and low Ca/P, low calcium, low sugar and low tannins. Rhinopithecus bieti foraged high quality foods such as buds and young leaves to meet their nutritional needs after a long winter. Therefore, if tannin content in food did not exceed the enduring threshold of R. bieti, the nutrient intake was prioritized by phosphorus and calcium regulation when the need for macronutrients dominated by protein was satisfied. Keywords: Rhinopithecus bieti; Phytochemical content; Phosphorous; Ca/P; Food choice 灵 长 类 食 物 营 养 直 接 影 响 其 生 存 繁 殖 抗 病 能 力 及 寿 命 等 (Hladik, 1981), 其 食 物 选 择 旨 在 满 足 不 同 的 营 养 目 的 :(1) 最 大 程 度 地 摄 取 食 物 中 的 能 量 (Emlen, 1966;Schoener, 1971;);(2) 摄 取 最 大 量 的 蛋 白 质 (Mattson, 1980);(3) 减 少 / 回 避 高 纤 维 食 物 (Milton, 1979);(4) 减 少 次 生 代 谢 产 物 摄 入 (Freeland & Janzen, 1974) ; (5) 平 衡 营 养 物 质 (Raubenheimer & Simpson, 2004) (Guo et al, 2011) 收 稿 日 期 :2013-02-07; 接 受 日 期 :2013-03-20 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (31160422,30960084, 30960085); 教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 (NCET-12-1079); 云 南 省 重 点 学 科 野 生 动 植 物 保 护 与 利 用 (XKZ200904) # 共 同 第 一 作 者 (Authors contributed equally to the work) 通 信 作 者 (Corresponding authors),e-mail: gcuilw@gmail.com; xiaowen.dali@gmail.com 第 一 作 者 简 介 : 张 颖 俊 (1985 ), 女, 硕 士 生, 研 究 方 向 : 灵 长 类 营 养 生 态 学 E-mail:azhangyingjun@163.com
3 期 张 颖 俊 等 : 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 153 有 机 体 对 特 定 常 量 和 微 量 营 养 物 质 的 需 求 与 物 种 个 体 大 小 新 陈 代 谢 需 求 生 活 方 式 和 消 化 系 统 等 有 关 (Parra, 1978; Milton, 1993) 因 此, 不 同 物 种 基 于 其 特 定 的 营 养 需 求 选 择 特 异 的 食 物 实 现 营 养 目 标 (Felton et al, 2009) 灵 长 类 选 择 食 物 时 优 先 考 虑 食 物 的 营 养 参 数 ( 如 营 养 成 分 种 类 含 量 及 配 置 等 )(Felton et al, 2009) 如 尽 管 疣 猴 的 食 物 选 择 受 食 物 形 态 生 理 和 生 态 等 因 素 影 响, 但 主 要 与 蛋 白 质 和 纤 维 含 量 相 关 ( 特 别 是 树 叶 蛋 白 质 及 其 可 消 化 性, 以 及 食 物 粗 蛋 白 / 纤 维 素 比 (CP/ADF)( Felton et al, 2009; Guo et al, 2011;Kirkpatrick, 1996; Kirkpatrick, 2007;Milton, 1979; Oates et al, 1980) 乌 干 达 红 疣 猴 (Piliocolobus tephrosceles) 喜 食 富 含 蛋 白 质 (15%~25%) 的 果 实 (Waterman & Kool, 1994), 戴 帽 叶 猴 (Presbytis pileatus) 喜 食 高 蛋 白 低 纤 维 的 嫩 叶 和 芽 (Stanford, 1991), 黑 疣 猴 (Colobus satanas) 采 食 的 种 子 量 与 其 蛋 白 质 含 量 相 关 (McKey et al, 1981); 塔 那 河 红 疣 猴 (Procolobus badius rufomitratus) 银 叶 猴 (Trachypithecus auratus sondaicus) 及 西 非 黑 白 疣 猴 (C. polykomos) 等 不 偏 好 高 蛋 白 质 食 物 (Mowry et al, 1996;Kool, 1992;Dasilva, 1994); 红 疣 猴 (P. badius) 和 东 非 黑 白 疣 猴 (C. guereza) 选 择 高 蛋 白 质 低 纤 维 食 物 (R. bieti: Huang et al, 2010; Li & Yang, 2009; Wasseman & Chapman, 2003); 栗 红 叶 猴 (P. rubicunda) 黑 脊 叶 猴 (P. melalophos) 和 黑 白 仰 鼻 猴 (R. bieti) 等 选 择 蛋 白 质 和 CP/ADF 低 的 食 物 (Davies et al,1988; Kirkpatrick, 1996); 红 疣 猴 (P. badius) 和 黑 叶 猴 (T. francoisi) 的 食 物 选 择 则 与 蛋 白 质 / 纤 维 比 无 关 (Chapman et al, 2002; Li, 2010) 体 型 和 胃 容 量 小 的 疣 猴 可 通 过 增 加 食 物 在 体 内 的 滞 留 时 间 从 高 纤 维 含 量 食 物 中 获 取 营 养 (Kay & Davies, 1994), 而 也 有 疣 猴 喜 食 低 纤 维 食 物 (Chapman et al, 2003; Maisels et al, 1994); 西 非 黑 白 疣 猴 (C. polykomos) 季 节 性 采 食 高 能 量 食 物 (Dasilva, 1994) 动 物 的 食 物 选 择 受 植 物 次 生 代 谢 产 物 (plant secondary metabolites, PSM) 含 量 及 化 学 组 成 影 响 有 研 究 认 为 PSMs 抑 制 食 物 选 择 (Glander, 1981; Oates et al, 1977), 有 些 则 无 法 确 定 其 作 用 (Chapman et al, 2002;Davies et al,1988; Ganzhorn, 1989; Kool, 1992; Maisels et al, 1994; Marks et al, 1988; Milton, 1979; Mowry et al, 1996; Waterman et al, 1988) 此 外, 矿 物 元 素 对 动 物 的 生 长 繁 殖 和 健 康 也 具 有 重 要 意 义 矿 物 质 可 获 得 性 可 限 制 乌 干 达 热 带 雨 林 果 食 性 灵 长 类 种 群 增 长 (Rode et al, 2006), 并 决 定 其 食 物 选 择 (Felton, 2009) 矿 物 元 素 缺 乏 中 最 普 遍 存 在 的 磷 缺 乏 意 味 着 磷 最 易 成 为 食 物 选 择 的 限 制 因 素, 动 物 生 长 繁 殖 妊 娠 和 哺 乳 必 须 保 证 食 物 中 磷 钙 及 维 生 素 D 保 持 平 衡 (IPNI, 1999) 因 此, 灵 长 类 在 选 择 食 物 时 需 在 满 足 常 量 及 微 量 营 养 物 质 需 求 的 同 时 最 大 限 度 降 低 次 生 代 谢 产 物 的 影 响 目 前, 多 数 研 究 试 图 通 过 分 析 食 物 与 非 食 物 化 学 成 分 差 异 来 阐 明 疣 猴 食 物 选 择 与 其 化 学 成 分 间 的 关 系 Kirkpatrick (1996) 认 为 白 马 雪 山 黑 白 仰 鼻 猴 倾 向 于 取 食 低 CP/ADF 食 物 龙 马 山 黑 白 仰 鼻 猴 冬 季 喜 食 高 CP/ADF 低 单 宁 食 物 (Li & Yang, 2009), 秋 季 则 偏 好 取 食 高 CP/ADF 低 纤 维 素 及 高 灰 分 食 物 (Huang et al, 2010) 麻 阳 河 黑 叶 猴 秋 冬 及 春 季 食 物 选 择 与 其 水 分 粗 蛋 白 粗 纤 维 ADF 含 量 和 CP/ADF 无 关 (Cai et al, 2011; Li, 2010) 通 常, 食 物 的 常 量 微 量 营 养 元 素 和 次 生 代 谢 产 物 将 综 合 影 响 灵 长 类 食 物 选 择 (McKey et al, 1981; Waterman & Choo, 1981; Waterman, 1984) 因 此, 本 研 究 拟 通 过 化 学 成 分 主 成 分 分 析 来 阐 明 影 响 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 选 择 的 主 要 因 素, 为 迁 地 保 护 个 体 的 食 物 设 计 和 改 善, 以 及 野 生 种 群 ( 食 物 ) 保 护 管 理 提 供 依 据 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 地 点 研 究 地 位 于 云 南 省 怒 江 州 兰 坪 县 云 岭 省 级 自 然 保 护 区 拉 沙 山 (N26 20, E99 15 ) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 活 动 于 海 拔 2900~3500 m 的 林 带 内 (<2800 m 为 村 庄 / 耕 地,>3 600 m 为 高 山 牧 场 和 裸 地 ), 种 群 大 小 ~130 只, 由 11 个 单 雄 多 雌 单 位 和 1 个 全 雄 群 组 成, 家 域 面 积 ~11 km 2 猴 群 生 境 斑 块 化 明 显, 家 域 内 有 牧 场 火 烧 地 和 烧 炭 地 ( 砍 伐 栎 树 烧 炭 ) 猴 群 活 动 区 域 植 被 随 海 拔 从 低 到 高 呈 带 状 分 布, 依 次 为 针 阔 混 交 林 阔 叶 落 叶 林 和 暗 针 叶 林, 年 均 温 度 11.79 (4.4~7.5 ),5 10 月 为 雨 季, 降 水 量 占 全 年 的 79%,11 月 翌 年 4 月 为 干 季 (Huang, 2009) 1.2 研 究 方 法 1.2.1 样 品 采 集 及 保 存 在 猴 群 活 动 区 域 对 面 的 突 出 高 点, 借 助 单 筒 望
154 动 物 学 研 究 34 卷 远 镜 采 用 10 min 瞬 时 扫 描 取 样 法 (Altmann, 1974) 记 录 猴 群 采 食 食 物 种 类 和 部 位 ( 花 叶 芽 果 实 和 种 子 等 ), 采 集 标 本 并 带 回 实 验 室 鉴 定 ; 同 时, 每 隔 30 min 在 地 形 图 (1: 50000) 上 记 录 猴 群 中 心 位 置 共 采 集 猴 群 春 季 (2010 年 3 5 月 和 2011 年 3 5 月 ) 食 物 24 种 (55 个 样 品 ), 非 食 物 13 种 (15 个 样 品 ) 跟 踪 观 察 猴 群, 在 猴 群 集 中 利 用 生 境 斑 块 的 海 拔 中 线 随 机 选 取 3~5 棵 食 物 树 种 ( 胸 径 为 斑 块 中 食 物 树 胸 径 的 众 数 ), 从 其 树 冠 中 线 采 集 食 物 样 品, 包 括 花 芽 和 叶 非 食 物 指 猴 群 活 动 区 域 内 分 布 广 和 重 要 值 大, 或 与 食 物 同 属 一 科 但 在 观 察 期 间 未 被 采 食 的 植 物 (Yeager et al, 1997) 每 种 植 物 每 次 采 集 的 样 品 鲜 重 500 g 新 鲜 样 品 灭 活 (120 烘 箱,10~15 min) 后 密 封 保 存 ; 带 回 实 验 室 后 将 样 品 置 于 瓷 盘 中 在 60~65 烘 箱 中 烘 干 8~12 h, 取 出 瓷 盘 置 于 空 气 中 冷 却 24 h, 充 分 回 潮 后 称 重 ; 将 装 有 样 品 的 瓷 盘 放 入 60~65 烘 箱 内 再 次 烘 干 2 h, 取 出 瓷 盘 回 潮 24 h 后 称 重 ; 粉 碎 机 粉 碎 ( 过 40 目 筛 ) 制 成 半 干 样 品, 放 入 密 封 袋 中, 并 贴 上 标 签 ( 物 种 名 采 食 部 位 采 集 时 间 地 点 和 海 拔 等 ) 备 用 (Zhang, 2003) 1.2.2 营 养 成 分 测 定 直 接 干 燥 法 测 定 水 分, 凯 氏 定 氮 法 测 定 粗 蛋 白, 索 氏 抽 提 法 测 定 粗 脂 肪, 马 福 炉 灼 烧 法 测 定 灰 分, 高 锰 酸 钾 滴 定 法 测 定 钙, 钼 黄 法 测 定 磷 (Zhang, 2003), 蒽 酮 比 色 法 测 定 水 溶 性 总 糖, 磷 钼 酸 - 钨 酸 钠 (F-D) 比 色 法 测 定 (Zhu & Xia, 2003) 单 宁 1.2.3 数 据 处 理 食 物 化 学 成 分 含 量 的 百 分 比 数 据 经 2arcsin [Sqrt (Xi)] 转 化 以 满 足 正 态 分 布 (Lehner, 1998); t-test 分 析 食 物 与 非 食 物 化 学 成 分 差 异 ; 主 成 分 分 析 确 定 影 响 猴 群 食 物 选 择 的 主 要 植 物 化 学 成 分 ; 偏 相 关 (partial correlations analysis) 分 析 食 物 磷 与 蛋 白 质 磷 与 Ca/P 的 相 关 性 ;one-way ANOVA 分 析 植 物 不 同 取 食 部 位 的 化 学 成 分 差 异 ; 卡 方 检 验 分 析 不 同 食 物 种 类 采 食 频 次 的 月 间 差 异 以 觅 食 时 间 ( 食 物 种 类 / 部 位 的 时 间 百 分 数 ) 作 为 食 物 选 择 指 标 (Kar-Gupta & Kumar, 1994), 化 学 成 分 含 量 用 干 重 表 示, 每 份 样 品 均 进 行 两 次 平 行 测 定 来 检 验 数 据 的 准 确 度, 并 在 设 定 的 误 差 范 围 内 以 均 值 进 行 分 析 统 计 (Zhang, 2003; Zhu & Xia, 2003) 2 结 果 2.1 食 物 与 非 食 物 化 学 成 分 差 异 春 季 食 物 磷 和 粗 蛋 白 含 量 > 非 食 物 ( 磷 : t 68 =3.95, P<0.001; 粗 蛋 白 : t 68 =3.88, P<0.001), 总 糖 和 钙 / 磷 比 < 非 食 物 ( 总 糖 : t 68 =3.27, P=0.001; Ca/P: t 68 =4.41, p<0.001), 而 食 物 与 非 食 物 的 粗 脂 肪 粗 灰 分 钙 和 单 宁 含 量 无 差 异 ( 粗 脂 肪 : t 68 =1.26, P=0.21; 粗 灰 分 : t 68 =1.21, P=0.23; 钙 : t 68 =1.90, P=0.06; 单 宁 : t 68 =0.33, P=0.75) ( 表 1) Table 1 表 1 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 与 非 食 物 化 学 成 分 比 较 ( 干 物 质 ) Comparison of phytochemical content between non-foods and foods of Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in spring (dry matter) 变 量 Variable 食 物 Food (n=55) 非 食 物 Non-food (n=15) t-test 粗 蛋 白 Crude Protein (%) 21.92±8.84 12.48±7.07 t 68 =3.88, P<0.001 粗 脂 肪 Crude fat (%) 5.75±2.63 4.90±1.74 t 68 = 1.26, P=0.21 总 糖 Total sugar (%) 5.56±3.73 9.35±5.74 t 68 = 3.27, P<0.001 灰 分 Ash (%) 7.03±2.33 6.25±3.17 t 68 = 1.21, P=0.23 钙 Calcium (%) 1.12±0.48 1.42±0.66 t 68 = 1.90, P=0.062 磷 Phosphorus (%) 0.46±0.23 0.22±0.22 t 68 = 3.95, P<0.001 单 宁 Tannin (%) 6.60±2.83 6.20±2.61 t 68 = 0.33, P=0.75 钙 / 磷 Ca/P 4.08±4.39 10.61±7.49 t 68 = 4.41, P<0.001 2.2 食 物 化 学 成 分 主 成 分 分 析 第 一 第 二 和 第 三 主 成 分 (principal component 1,2,3;PC1, PC2, PC3) 贡 献 率 分 别 为 42.6 % 20.0% 和 15.1%, 累 积 为 77.7%, 说 明 食 物 化 学 成 分 中 有 主 要 成 分 影 响 食 物 选 择 PC1 为 磷 含 量 和 Ca/P,PC2 为 钙 含 量,PC3 为 单 宁 含 量 ( 表 2) 食 物 中 磷 与 蛋 白 质 正 相 关 (r p =0. 61, P<0.001), 磷 与 Ca/P 弱 相 关 (r p =-0.40, P<0.01) 因 此, 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 偏 好 高 磷 / 蛋 白 质 比 低 Ca/P 和 低 单 宁 食 物 2.3 食 物 不 同 取 食 部 位 化 学 成 分 差 异 松 萝 (Byrioria spp.) 中 蛋 白 质 灰 分 糖 和 磷 含 量 低,Ca/P 高 芽 富 含 磷 和 蛋 白 质, 缺 乏 钙, 且
3 期 张 颖 俊 等 : 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 155 Ca/P 低 ; 芽 叶 及 花 的 单 宁 含 量 无 差 异 ; 花 中 糖 含 量 最 高, 芽 与 叶 无 差 异 ; 叶 的 粗 灰 分 含 量 最 高, 花 与 芽 无 差 异 ; 花 的 粗 脂 肪 含 量 最 高, 叶 最 低 ; 芽 的 蛋 白 含 量 最 高, 其 次 为 叶 和 花 ( 表 3) 表 2 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 主 成 分 分 析 特 征 向 量 负 载 Table 2 Principal component loadings of phytochemical content of foods used by Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in spring 编 号 Code 变 量 Variable PC1 PC2 PC3 1 单 宁 Tannin (%) 0.38 0.06 0.72 2 总 糖 Total sugar (%) 0.40 0.09 0.72 3 灰 分 Ash (%) 0.56 0.70 0.09 4 磷 Phosphorus (%) 0.93 0.06 0.02 5 钙 Calcium (%) 0.17 0.83 0.22 6 粗 脂 肪 Crude fat(%) 0.23 0.62 0.45 7 粗 蛋 白 Crude protein (%) 0.92 0.15 0.11 8 钙 / 磷 Ca/P 0.85 0.00 0.39 特 征 值 Eigen value 3.14 1.60 1.47 贡 献 率 Variance (%) 42.59 20.00 15.06 累 计 贡 献 率 Cumulative variance (%) 42.59 62.59 77.65 表 3 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 不 同 取 食 部 位 化 学 成 分 对 比 (mean±se) ( 干 物 质 ) Table 3 Comparison of phytochemical content of different parts of foods used by Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in spring (mean±se) (dry matter) 种 类 Class 花 Flowers 1 芽 Buds 嫩 叶 Young leaves ANOVA 松 萝 Lichen 2 (n=12) (n=12) (n=27) (n=4) 粗 蛋 白 Crude protein (%) 17.77 a ±7.00 29.85 b ±4.90 22.55 c ±7.52 F 2,48 =9.10, P<0.001 6.32±1.30 粗 脂 肪 Crude fat (%) 7.26 a ±3.74 5.68 ac ±1.89 4.72 c ±1.41 F 2,48 =5.41, P<0.01 8.46±3.80 总 糖 Total sugar (%) 8.78 a ±6.00 5.06 b ±1.81 4.69 b ±2.39 F 2,48 =5.74, P<0.01 3.23±0.74 灰 分 Ash (%) 6.17 a ±2.05 6.79 a ±1.31 8.26 c ±1.76 F 2,48 =7.77, P<0.01 2.13±0.51 钙 Calcium (%) 1.15 ab ±0.35 0.89 a ±0.33 1.26 b ±0.55 F 2,48 =3.07, P=0.056 0.81±0.21 磷 Phosphorus (%) 0.41 a ±0.20 0.68 b ±0.10 0.45 a ±0.19 F 2,48 =7.68, P<0.01 0.05±0.008 单 宁 Tannin (%) 6.81 a ±1.68 7.57 a ±2.46 6.89 a ±2.80 F 2,48 =0.32, P=0.73 1.16±0.43 钙 / 磷 Ca/P 3.51 a ±1.90 1.33 b ±0.46 3.68 a ±2.92 F 2,48 =6.49, P<0.01 16.77±3.25 1 abc 相 同 字 母 间 无 差 异, 相 异 字 母 间 有 差 异 1 Same letters among a, b and c indicate no difference, otherwise display differences. 2 松 萝 样 本 小, 未 进 行 统 计 分 析 2 Lichen was not used to make statistical analysis due its small sample size. 2.4 食 物 部 位 采 食 频 次 春 季, 猴 群 采 食 松 萝 频 次 最 高 (58.57%), 芽 次 之 (28.66%), 且 采 食 种 类 存 在 月 间 差 异 (χ 2 8 = 1090.8, P<0.001) 3 月 采 食 松 萝 频 次 最 高, 其 次 是 芽 ;4 月 偏 好 芽, 其 次 为 松 萝 ;5 月 松 萝 采 食 频 次 最 高, 其 次 为 芽 和 叶 ( 表 4) 因 此, 猴 群 春 季 除 采 食 松 萝 外,3 月 开 始 觅 食 芽,4 月 主 食 芽,5 月 主 食 芽 和 叶 表 4 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 不 同 食 物 种 类 采 食 频 次 Table 4 Frequencies of different kinds of foods used by Rhinopithecus bieti at Mt. Lasha in spring 月 份 Month 花 Flower 芽 Bud 叶 Leaf 松 萝 Lichen 其 他 Others 总 和 Total 3 3 73 3 724 27 830 4 14 951 49 686 9 1709 5 45 389 303 779 2 1518 总 和 Total 62 1413 355 2 189 38 χ 2 8 =1 090.8, P<0.001
156 动 物 学 研 究 34 卷 3 讨 论 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 蛋 白 质 含 量 高 于 非 食 物, 与 前 人 研 究 结 果 一 致 (McKey et al, 1981; Waterman & Kool, 1994) 龙 马 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 冬 季 食 物 与 非 食 物 蛋 白 质 含 量 无 差 异 (Huang et al, 2010; Li & Yang, 2009), 可 能 与 猴 群 生 态 环 境 食 物 资 源 供 给 性 及 其 组 成 和 研 究 时 期 不 同 有 关 食 物 化 学 组 成 主 成 分 分 析 表 明 存 在 影 响 食 物 选 择 的 主 要 化 学 成 分, 由 于 食 物 中 磷 与 蛋 白 质 正 相 关, 与 Ca/P 弱 相 关, 因 此, 首 要 因 素 是 磷 和 Ca/P, 其 次 为 钙 及 单 宁 即 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 喜 食 高 磷 低 Ca/P 低 钙 和 低 单 宁 食 物 氮 ( 蛋 白 质 ) 是 影 响 动 物 生 长 的 首 要 因 素 (Chapin, 1980) 人 类 和 非 人 灵 长 类 生 长 缓 慢 奶 水 产 量 低 等 导 致 个 体 对 蛋 白 质 需 求 相 对 较 少, 同 时, 灵 长 类 生 长 繁 殖 对 营 养 物 质 的 需 求 分 散 在 较 长 的 时 期 内 ; 因 此, 当 食 物 氨 基 酸 组 成 均 衡 时, 灵 长 类 并 非 必 需 高 蛋 白 质 食 物 (Oftedal et al, 1991) 与 个 体 性 别 果 实 可 获 得 性 食 物 中 树 叶 比 例 以 及 膳 食 单 宁 摄 入 量 无 关, 蜘 蛛 猴 (Ateles chamek) 每 日 蛋 白 质 摄 入 量 保 持 相 对 恒 定, 所 以 食 物 选 择 优 先 调 控 蛋 白 质 ( 而 非 碳 水 化 合 物 和 脂 肪 ) 摄 入 量 (Felton et al, 2009) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 食 物 蛋 白 质 含 量 是 影 响 食 物 选 择 的 重 要 因 素, 因 此, 春 季 食 物 选 择 需 满 足 蛋 白 质 需 求 磷 钾 是 除 氮 ( 蛋 白 质 ) 外 影 响 动 物 生 长 最 重 要 的 限 制 性 矿 物 质 元 素 (Chapin, 1980) 磷 缺 乏 是 所 有 矿 物 元 素 缺 乏 中 最 普 遍 的 现 象, 所 以 动 物 生 命 活 动 必 须 保 证 食 物 中 磷 钙 及 维 生 素 D 保 持 平 衡 (IPNI, 1999) 某 些 疣 猴 主 食 ( 包 括 落 叶 树 老 叶 和 嫩 叶 ) 的 钙 钠 含 量 正 相 关, 钙 钠 与 粗 蛋 白 磷 及 钾 负 相 关 ; 而 水 分 粗 蛋 白 能 量 磷 与 钾 相 互 正 相 关 (Baranga, 1983) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 磷 含 量 高 于 非 食 物, 在 满 足 蛋 白 质 需 求 的 基 础 上, 磷 是 影 响 其 食 物 选 择 的 首 要 因 素 ( 第 一 主 成 分 负 荷 值 最 大 ) 食 物 中 钙 磷 含 量 和 Ca/P 最 佳 (1:1~2:1) 时, 动 物 能 较 好 地 利 用 钙 磷 (NRC, 1978,King & Bendell, 1982) 笼 养 猕 猴 生 长 期 最 适 Ca/P 为 1.2 (Lou et al, 2004), 而 Bai Hokou 西 部 低 地 大 猩 猩 则 喜 食 低 钙 低 磷 水 果 (Remis et al, 2001) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 春 季 食 物 Ca/P 通 常 是 其 他 动 物 最 适 范 围 最 大 值 的 两 倍, 与 钙 含 量 ( 低 钙 : 第 二 主 成 分 ) 共 同 影 响 其 食 物 选 择 当 食 物 单 宁 含 量 在 动 物 可 忍 受 阀 值 内, 食 物 选 择 主 要 受 能 量 蛋 白 质 ( 包 括 特 殊 氨 基 酸 ) 毒 素 及 影 响 消 化 过 程 的 物 理 特 征 影 响, 相 反, 若 单 宁 超 过 其 阀 值, 动 物 则 放 弃 采 食 (Clutton-Brock, 1977; Oates et al, 1980; Wrangham & Waterman, 1981) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 与 非 食 物 单 宁 含 量 无 差 异, 龙 马 山 黑 白 仰 鼻 猴 冬 季 食 物 与 非 食 物 总 酚 含 量 无 差 异 (Huang et al, 2010) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 单 宁 含 量 在 其 可 忍 受 阈 值 内, 是 影 响 其 食 物 选 择 的 第 三 主 成 分 随 着 树 叶 的 成 熟, 其 水 分 蛋 白 质 和 许 多 重 要 矿 物 质 元 素 ( 如 磷 和 钾 ) 含 量 逐 渐 降 低, 而 纤 维 素 / 木 质 素 钙 钠 (Baranga, 1983; Baranga, 1986; Coley & Aide, 1991) 镁 及 锰 的 含 量 增 加 (Yeager et al, 1997) 同 种 植 物 嫩 叶 纤 维 素 含 量 低 于 老 叶 (Milton, 1979; McKey et al, 1981), 更 易 消 化 (Baranga, 1986), 且 两 者 的 次 生 代 谢 产 物 无 差 别 (Chapman et al, 2004; Workman, 2010) 因 此, 尽 管 植 物 芽 花 和 嫩 叶 持 续 期 短, 许 多 灵 长 类 仍 然 偏 好 高 蛋 白 质 和 高 蛋 白 质 / 纤 维 比 的 嫩 叶 (Baranga, 1983; Chapman et al, 2004; Coley, 1982; McKey et al, 1981; Oates et al, 1977, 1980; Oates, 1987; Solanki et al, 2008; Workman, 2010; Yeager, 1989; Yeager et al, 1997) 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 春 季 偏 好 富 含 磷 和 粗 蛋 白 低 Ca/P (1.33) 和 低 钙 的 嫩 芽 和 嫩 叶 长 鼻 猴 偏 好 采 食 富 含 磷 的 植 物, 且 食 物 钙 含 量 低 于 推 荐 的 灵 长 类 食 物 钙 含 量, 这 可 能 与 食 物 钙 磷 含 量 负 相 关 有 关 因 此, 猴 群 采 食 高 磷 食 物 意 味 着 必 须 进 食 低 钙 食 物 (Yeager et al, 1997) 某 些 动 物 具 有 应 对 食 物 季 节 性 变 化 的 适 应 机 制, 但 温 带 地 区 动 物 在 秋 末 和 冬 季 由 于 被 迫 采 食 低 质 量 食 物 而 遭 受 营 养 压 力 (Short, 1975) 在 某 种 特 定 营 养 物 质 不 受 限 制 时, 动 物 不 通 过 食 物 选 择 来 获 取 特 定 营 养 物 质 (Yeager et al, 1997) 黑 白 仰 鼻 猴 是 生 活 海 拔 最 高 的 非 人 灵 长 类 之 一, 且 面 临 漫 长 冬 季 食 物 匮 乏 和 低 温 的 生 存 压 力, 主 食 松 萝 (Ding & Zhao, 2004; Kirkpatrick, 1996; Huang et al, submitted) 和 老 叶 / 树 皮 (Xiang et al, 2007) 松 萝 分 布 广 泛, 全 年 均 可 被 采 食, 为 高 非 结 构 性 碳 水 化 合 物 低 蛋 白 质 低 纤 维 素 低 单 宁 (Kirkpatrick, 1996) 低 磷 及 高 Ca/P 食 物 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 通 过 采 食 嫩 芽 / 嫩
3 期 张 颖 俊 等 : 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 157 叶 ( 富 含 粗 蛋 白 磷 钾 及 锌 ) (Yeager et al, 1997) 来 满 足 其 蛋 白 质 和 必 须 营 养 物 质 需 求 (Krishnamani, 1994; Kumar & Solanki, 2004; Struhsaker, 1975) 因 此, 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 群 春 季 食 物 选 择 是 在 食 物 单 宁 含 量 未 超 过 忍 受 阈 值 的 前 提 下 在 满 足 蛋 白 质 主 导 的 常 量 营 养 物 质 需 求 的 基 础 上 保 证 磷 钙 摄 入 疣 猴 类 食 物 蛋 白 质 / 纤 维 比 是 衡 量 食 物 质 量 的 重 要 指 标 (Mckey et al, 1981; Waterman & Choo, 1981) 龙 马 山 黑 白 仰 鼻 猴 冬 季 选 择 高 粗 蛋 白 / 粗 纤 维 比 食 物 (Li & Yang, 2009; Huang et al, 2010) 本 研 究 尽 管 未 测 定 食 物 纤 维 素, 但 嫩 芽 / 嫩 叶 蛋 白 质 含 量 高 而 纤 维 素 含 量 低 (Stanford, 1991; Kirkpatrick, 1996) 因 此, 拉 沙 山 猴 群 春 季 选 择 高 蛋 白 低 纤 维 食 物 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 与 非 食 物 粗 灰 分 无 差 异, 而 龙 马 山 黑 白 仰 鼻 猴 冬 季 倾 向 于 选 择 高 灰 分 食 物 (Huang et al, 2010) 粗 灰 分 主 要 成 分 为 矿 物 质, 可 为 动 物 提 供 所 需 的 微 量 元 素 (Li, 2010) 因 此, 龙 马 山 猴 群 冬 季 食 物 矿 物 质 元 素 可 能 与 其 食 物 选 择 有 一 定 的 关 系 野 外 新 鲜 样 品 通 过 萃 取 进 行 分 析 可 避 免 类 似 单 宁 等 物 质 的 含 量 在 干 燥 条 件 发 生 变 化 (Hagerman, 1988), 同 时 可 以 测 定 其 在 食 物 中 的 真 实 浓 度, 但 弊 端 是 植 物 不 同 部 位 的 化 学 成 分 未 经 标 准 化 处 理 (Yamashita, 2008) 本 研 究 采 用 标 准 化 处 理 来 确 定 单 宁 含 量 由 于 植 物 嫩 芽 和 嫩 叶 水 分 含 量 高, 因 此, 标 准 化 处 理 提 高 了 其 单 宁 含 量, 在 某 种 程 度 上 提 升 了 单 宁 对 春 季 食 物 选 择 的 影 响 作 用 此 外, 在 未 掌 握 松 萝 水 分 含 量 季 节 性 变 化 的 基 础 上, 无 法 评 判 标 准 化 处 理 对 松 萝 单 宁 含 量 的 影 响 因 此, 只 有 在 野 外 通 过 萃 取 分 析 测 定 其 含 量 才 能 准 确 确 定 其 影 响 致 谢 : 云 南 省 怒 江 州 兰 坪 云 岭 省 级 自 然 保 护 区 管 理 局 给 予 了 本 研 究 大 力 支 持 ; 大 山 箐 社 区 居 民 给 予 野 外 工 作 帮 助 ; 野 外 助 手 苏 庆 生 和 张 金 福 协 助 完 成 了 野 外 工 作, 在 此 一 并 表 示 衷 心 感 谢! 参 考 文 献 : Altmann J. 1974. Observational study of behavior: Sampling methods. Behaviour, 49(3): 227-267. Baranga D. 1983. Changes in chemical composition of food parts in the diet of Colobus monkeys. Ecology, 64(4): 668-673. Baranga D. 1986. Phenological observation on two food-tree species of colobus monkeys. African Journal of Ecology, 24(4): 209-214. Cai RF, Hu G, Cao Y, Yang JL, Su XW, Chen B, Liu XG, Liu N. 2011. Nutritional contents of the major food in autumn and its influence on food choice of Francois' Langur at Mayanghe Nature Reserve, Guizhou Province. Sichuan Journal of Zoology, 30(3): 366-371. [ 蔡 锐 芳, 胡 刚, 曹 晔, 杨 进 良, 苏 欣 慰, 陈 波, 刘 先 高, 刘 宁. 2011. 贵 州 麻 阳 河 黑 叶 猴 秋 季 主 要 食 物 营 养 分 析 及 对 食 物 选 择 的 影 响. 四 川 动 物, 30(3): 366-371.] Chapin FS III. 1980. The mineral nutrition of wild plants. Annual Review of Ecology and Systematics, 11: 233-260. Chapman CA, Chapmen LJ, Bjorndal KA, Onderdonk DA. 2002. Application of protein-to-fiber ratios to predict colobine abundance on different spatial scales. International Journal of Primatology, 23(2): 283-310. Chapman CA, Chapman LJ, Rode KD, Hauck EM, McDowell LR. 2003. Variation in the nutritional value of primate foods: Among trees, time periods, and areas. International Journal of Primatology, 24(2): 317-333. Chapman CA, Chapman LJ, Naughton-Treves L, Lawes MJ, McDowell LR. 2004. Predicting folivorous primate abundance: validation of a nutritional model. American Journal of Primatology, 62(2): 55-69. Clutton-Brock TH. 1977. Methodology and measurement. In: Clutton-Brock TH. Primate Ecology: Studies of Feeding and Ranging Behaviour in Lemurs, Monkeys and Apes. New York: Academic Press, 325-353. Coley PD. 1982. Rates of herbivory in different tropical trees. In: Leigh EG, Rand AS, Windsor DM. The Ecology of a Tropical Forest. Washington: Smithsonian Institute Press, 123-132. Coley PD, Aide TM. 1991. Herbivory and defenses: A temperate/tropic comparison. In: Price PW, Lewison TM, Fernandes GW, Benson WW. Plant-animal Interactions: Evolutionary Ecology in Tropical and Temperate Regions. New York: John Wiley and Sons, Inc, 54-69. Dasilva GL. 1994. Diet of Colobus polykomos on Tiwai Island: selection of food in relation to its seasonal abundance and nutritional quality. International Journal of Primatology, 15(5): 655-680. Davies AG, Bennett EL, Waterman PG. 1988. Food selection by two South-east Asian colobine monkeys (Presbytis rubicunda and Presbytis melalophos) in relation to plant chemistry. Biological Journal of the Linnean Society, 34(1): 33-56. Ding W, Zhao QK. 2004. Rhinopithecus bieti at Tacheng, Yunnan: diet and daytime activities. International Journal of Primatology, 25(3): 583-598. Emlen JM. 1966. The role of time and energy in food preference. American Naturalist, 100(916): 611-617. Felton AM, Felton A, Lindenmayer DB, Foley WJ. 2009. Nutritional goals of wild primates. Functional Ecology, 23(1): 70-78. Freeland WJ, Janzen DH. 1974. Strategies in herbivory by mammals: the role of plant secondary compounds. American Naturalist, 108(961): 269-289. Ganzhorn JU. 1989. Niche separation of seven lemur species in the Eastern rainforest of Madagascar. Oecologia, 79(2): 279-286.
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3 期 张 颖 俊 等 : 拉 沙 山 黑 白 仰 鼻 猴 春 季 食 物 化 学 成 分 及 其 对 食 物 选 择 的 影 响 159 1203-1216. Remis MJ, Dierenfeld ES, Mowry CB, Carroll RW. 2001. Nutritional aspects of western lowland gorilla (Gorilla gorilla gorilla) diet during seasons of fruit scarcity at Bai Hokou, Central African Republic. International Journal of Primatology, 22(5): 807-836. Rode KD, Chapman CA, McDowell LR, Stickler C. 2006. Nutritional correlates of population density across habitats and logging intensities in redtail monkeys (Cercopithecus ascanius). Biotropica, 38(5): 625-634. Schoener TW. 1971. Theory of feeding strategies. Annual Review of Ecology and Systematics, 2: 369-404. Short HL. 1975. Nutrition of Southern deer in different seasons. Journal of Wildlife Management, 38(2): 321-329. Solanki GS, Kumar A, Sharma BK. 2008. Feeding ecology of Trachypithecus pileatus in India. International Journal of Primatology, 29(1): 173-182. Stanford CB. 1991. Social dynamics of intergroup encounters in the capped langur (Presbytis pileata). American Journal of Primatology, 25(1): 35-47. Struhsaker TT. 1975. The Red Colobus Monkeys. Chicago: University of Chicago Press. Wasserman MD, Chapman CA. 2003. Determinants of colobine monkey abundance: the importance of food energy, protein and fibre content. Journal of Animal Ecology, 72(4): 650-659. Waterman PG. 1984. Food acquisition and processing as a function of plant chemistry. In: Chaviers DJ, Wood BA, Bilsborough A. Food Acquisition and Processing in Primate. New York: Plenum Press, 177-211. Waterman PG, Choo GM. 1981. The effects of digestibility-reducing compounds in leaves on food selections by some Colobinae. Malaysian Applied Biology Journal, 10: 147-162. Waterman PG, Kool KM. 1994. Colobine food selection and plant chemistry. In: Davies AG, Oates JF. Colobine Monkeys: Their Ecology, Behaviour and Evolution. England: Cambridge University Press, 51-84. Waterman PG, Ross JAM, Bennett EL, Davies AG. 1988. A comparison of the floristics and leaf chemistry of the tree flora in two Malaysian rain forests and the influence of leaf chemistry on populations of colobine monkeys in the Old World. Biological Journal of the Linnean Society, 34(1): 1-32. Workman PG. 2010. The Foraging Ecology of the Delacour s Langur (Tranchypithecus delacouri) in Van Long Nature Reserve, Vietnam. Dissertation, Duke University. Wrangham RW, Waterman PG. 1981. Feeding behaviour of vervet monkeys on Acacia tortilis and Acacia xanthophloea: with special reference to reproductive strategies and tannin production. Journal of Animal Ecology, 50(3): 715-731. Xiang ZF, Huo S, Xiao W, Quan RC, Grueter CC. 2007. Diet and feeding behavior of Rhinopithecus bieti at Xiaochangdu, Tibet: Adaptations to a marginal environment. American Journal of Primatology, 69(10): 1141-1158. Yamashita N. 2008. Chemical properties of the diets of two lemur species in southwestern Madagascar. International Journal of Primatology, 29(2): 339-364. Yeager CP. 1989. Feeding ecology of the proboscis monkey (Nasalis larvatus). International Journal of Primatology, 10(6): 497-530. Yeager CP, Silver SC, Dierenfeld ES. 1997. Mineral and phytochemical influences on foliage selection by the proboscis monkey (Nasalis larvatus). American Journal of Primatology, 41(2): 117-128. Zhang LY. 2003. Analysis and Technique for Measuring Quality of Fodder. 2 nd ed. Beijing: China Agricultural University Press. [ 张 丽 英. 2003. 饲 料 分 析 及 饲 料 质 量 检 测 技 术. 2 版. 北 京 : 中 国 农 业 大 学 出 版 社.] Zhu Y, Xia YN. 2003. Checkout of Fodder Quality. Beijing: Chemical Industry Press. [ 朱 燕, 夏 玉 宇. 2003. 饲 料 品 质 检 验. 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社.]
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 160 165 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0160 高 寒 草 甸 常 见 雀 形 目 鸟 类 共 存 机 制 的 生 态 形 态 学 解 释 刘 力 华 1,2, 陈 晓 澄 1, 褚 晖 1,2, 孙 嘉 辰 1,2, 张 晓 爱 1, 赵 亮 1,* 1. 中 国 科 学 院 西 北 高 原 生 物 研 究 所 高 原 生 物 适 应 与 进 化 重 点 实 验 室, 青 海 西 宁 810001; 2. 中 国 科 学 院 大 学, 北 京 100049 摘 要 : 生 态 形 态 学 特 征 是 生 物 在 选 择 压 力 下 长 期 进 化 的 结 果, 对 生 物 的 生 存 和 繁 衍 具 重 要 影 响 为 使 种 间 竞 争 最 小 化, 同 质 环 境 中 关 系 密 切 的 物 种 一 般 具 有 不 同 的 生 态 形 态 学 特 征, 以 实 现 对 有 限 资 源 的 分 割 1983 2012 年, 对 高 寒 草 甸 生 态 系 统 中 常 见 的 9 种 雀 形 目 鸟 类 的 生 态 形 态 学 特 征 所 进 行 的 研 究 结 果 表 明 :9 种 雀 形 目 鸟 类 的 各 个 生 态 形 态 学 特 征 指 标 均 具 有 显 著 差 异 ;~92.0% 的 个 体 被 正 确 归 类, 除 小 云 雀 (Eremophila alpestris,79.2%) 外, 其 余 各 物 种 判 别 正 确 率 均 较 高 (84.5%~100%), 9 个 物 种 被 分 成 5 个 集 团 (guild) 各 集 团 独 特 的 生 态 形 态 学 特 征 与 集 团 内 物 种 的 栖 息 地 环 境 和 取 食 行 为 相 关, 最 终 解 释 了 各 个 物 种 如 何 在 高 寒 草 甸 生 态 系 统 中 实 现 共 存 关 键 词 : 高 寒 草 甸 ; 雀 形 目 鸟 类 ; 生 态 形 态 学 ; 集 团 ; 共 存 中 图 分 类 号 :Q143; Q959.7 + 39 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0160-06 Ecomorphological explanations of passerines coexistence in alpine meadow Li-Hua LIU 1,2, Xiao-Cheng CHEN 1, Hui CHU 1,2, Jia-Chen SUN 1,2, Xiao-Ai ZHANG 1, Liang ZHAO 1,* 1. Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota, Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810001, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Abstract: Species ecomorphological characteristics are the evolutionary results of selective pressures that have enabled individuals of a given species to survive and reproduce. Closely related species co-occurring in homogeneous environments should be morphologically distinct to partition limited resources, so as to minimize interspecific competition. From 1983 to 2012, we studied the ecomorphological characteristics of nine passerine species in alpine meadow. Results showed six ecomorphological characteristics of the nine species were significantly different. Approximately, 92.0% of samples were correctly classified and the correct rates ranged from 84.5% to 100.0%, except for the Oriental Skylark (Eremophila alpestris), which was 79.2%. Accordingly, the nine species were divided into five guilds based on their characteristics. Results indicated that the niches of all species were divergent, and the ecomorphological characteristics of the specific species in each guild were related to their habitats and foraging behaviors. These results also explained the possible mechanisms of different species coexistence in alpine meadow. Keywords: Alpine meadow; Passerines; Ecomorphology; Guild; Coexistence 生 态 形 态 学 特 征 是 保 证 机 体 生 存 和 繁 殖 的 表 型 特 征 的 集 中 体 现 (Miles & Ricklefs, 1984), 这 些 特 征 贯 穿 于 个 体 的 整 个 生 活 史 某 一 生 态 形 态 学 特 征 与 特 定 行 为 相 关 (Block et al, 1991; Miles et al, 1987), 是 长 期 进 化 中 对 多 个 选 择 压 力 权 衡 的 结 果 (Zeffer et al, 2003) 相 同 大 生 境 中 共 存 的 鸟 类, 依 据 自 身 的 生 态 形 态 学 特 征 利 用 不 同 小 生 境 的 资 源 (Eckhardt, 1979; Noon, 1981) 鸟 类 群 落 中 的 不 同 物 种 对 栖 息 地 环 境 (Carrascal et al, 1990) 食 物 资 源 (Miles & Ricklefs, 1984; Miles et al, 1987) 和 繁 殖 条 件 等 的 要 求 不 同, 因 此, 生 态 形 态 学 特 征 不 同 的 物 种 具 有 相 互 分 离 的 生 态 位 (Brown & Bowers, 1985), 减 弱 了 种 间 竞 争 (Cui & Deng, 2007; Guillemain et al, 2002), 最 终 实 现 共 存 许 多 生 态 收 稿 日 期 :2012-11-02; 接 受 日 期 :2013-01-09 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (30400058) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: lzhao@nwipb.ac.cn 第 一 作 者 简 介 : 刘 力 华, 男, 硕 士 研 究 生 ; 研 究 方 向 : 鸟 类 生 态 学 ;E-mail: flowersliulihua@163.com
3 期 刘 力 华 等 : 高 寒 草 甸 常 见 雀 形 目 鸟 类 共 存 机 制 的 生 态 形 态 学 解 释 161 学 家 将 资 源 分 割 的 决 定 性 因 素 集 中 于 栖 息 地 结 构 复 杂 性 和 物 种 多 样 性 (Diamond, 1988), 这 些 理 论 的 提 出 都 依 据 同 一 假 说, 即 潜 在 的 生 态 位 数 量 与 栖 息 地 环 境 结 构 多 样 性 正 相 关 (Willson, 1974), 但 个 体 生 态 形 态 学 特 征 与 其 行 为 相 关, 特 殊 的 生 态 形 态 学 特 征 是 对 高 效 搜 索 资 源 能 力 的 适 应 (Schluter & Smith, 1986) 这 种 适 应 在 鸟 类 群 落 中 以 何 种 方 式 实 现 一 直 是 关 注 的 焦 点, 因 此, 我 们 试 图 用 生 态 形 态 学 特 征 来 解 释 鸟 类 的 共 存 机 制 极 端 环 境 ( 高 纬 度 高 海 拔 等 地 区 ) 资 源 匮 乏, 生 态 相 似 物 种 间 竞 争 激 烈 (Lu et al, 2011; Zeng & Lu, 2009) 高 寒 草 甸 生 态 系 统 环 境 条 件 严 酷, 气 候 恶 劣, 太 阳 辐 射 强, 昼 夜 温 差 大 (Li et al, 2004), 适 合 鸟 类 繁 殖 的 季 节 短, 牧 草 生 长 低 矮, 初 级 生 产 力 低, 群 落 结 构 简 单 (Zhao, 2009) 生 活 在 该 环 境 中 的 鸟 类 选 择 以 何 种 方 式 去 适 应, 是 鸟 类 生 态 学 家 一 直 关 注 的 理 论 问 题 已 有 的 研 究 已 经 从 群 落 结 构 (Zhang, 1982; Zhang & Deng, 1986) 巢 址 选 择 (Lu et al, 2011; Zhang et al, 2006; Zhao & Zhang, 2004) 窝 卵 数 (Zhang et al, 2003) 繁 殖 生 产 力 (Zhang et al, 2000a) 幼 鸟 的 生 长 发 育 (Zhao & Zhang, 2005; Zhao et al, 2002c) 孵 化 行 为 (Zhao et al, 2002a; Zhao et al, 2002b) 和 育 幼 行 为 (Li et al, 2003; Zhao et al, 2003) 等 方 面 解 释 了 高 寒 草 甸 雀 形 目 鸟 类 共 存 的 机 制, 但 还 未 见 关 于 鸟 类 生 态 形 态 学 特 征 与 其 共 存 机 制 关 系 的 报 道 本 文 对 高 寒 草 甸 生 态 系 统 中 常 见 的 9 种 雀 形 目 鸟 类 的 生 态 形 态 特 征 进 行 比 较 研 究, 分 析 这 一 鸟 类 群 落 中 不 同 物 种 的 生 态 形 态 特 征 差 异, 解 释 它 们 实 现 资 源 分 割 的 机 制, 进 而 探 究 生 态 形 态 学 特 征 与 其 共 存 的 关 系 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 地 点 1983 2012 年, 该 项 研 究 在 中 国 科 学 院 海 北 高 寒 草 甸 生 态 系 统 定 位 站 进 行 研 究 区 域 地 处 青 藏 高 原 东 北 隅, 祁 连 山 北 支 冷 龙 岭 东 段 南 麓 的 大 通 河 河 谷 地 区, 地 理 位 置 为 N37 37,E101 19, 海 拔 3 200 m 气 候 类 型 为 高 原 大 陆 性 气 候, 夏 季 凉 爽 多 雨, 冬 季 寒 冷 干 燥 多 风 年 均 温 1.7, 最 高 温 (7 月 ) 和 最 低 温 (1 月 ) 分 别 为 9.8 和 14.8 年 均 降 水 量 580 mm,5 9 月 降 水 占 年 降 水 量 的 80% (Zhou, 2001) 主 要 植 被 类 型 有 矮 嵩 草 (Kobresia humilis) 草 甸 金 露 梅 (Potentilla fruticosa) 灌 丛 草 甸 和 藏 嵩 草 (Kobresia tibetica) 沼 泽 化 草 甸 等, 牧 草 生 长 低 矮, 群 落 结 构 简 单 (Zhou & Li, 1982) 草 地 长 期 退 化 形 成 许 多 鼠 洞, 为 穴 居 鸟 类 提 供 了 潜 在 的 巢 址, 低 矮 的 灌 丛 是 灌 丛 鸟 类 的 主 要 栖 木, 沼 泽 化 草 甸 为 喜 水 鸟 类 提 供 了 良 好 的 栖 息 环 境 1.2 研 究 对 象 本 文 研 究 涉 及 的 角 百 灵 (Eremophila alpestris) 长 嘴 百 灵 (Melanocorypha maxima) 小 云 雀 (Alauda gulgula) 粉 红 胸 鹨 (Anthus roseatus) 黄 头 鹡 鸰 (Motacilla citreola) 鸲 岩 鹨 (Prunella rubeculoides) 朱 鹀 (Urocynchramus pylzowi) 黄 嘴 朱 顶 雀 (Carduelis flavirostris) 和 地 山 雀 (Pseudopodoces humilis) 等 9 个 物 种 是 该 地 区 鸟 类 群 落 的 主 要 成 分 (Zhang & Deng, 1986) 它 们 的 栖 息 地 选 择 和 繁 殖 策 略 不 尽 相 同, 繁 殖 期 巢 环 境 类 型 主 要 包 括 地 下 洞 穴 巢 地 面 穹 隆 巢 和 地 上 灌 丛 巢 (Zhang et al, 2006) 等, 繁 殖 策 略 包 括 高 窝 卵 数 低 生 长 率, 低 窝 卵 数 高 生 长 率 和 居 于 二 者 之 间 的 中 间 类 型 等 (Zhang et al, 2000b) 1.3 研 究 方 法 本 研 究 涉 及 的 所 有 研 究 对 象 均 为 鸟 类 成 体, 部 分 数 据 为 青 藏 高 原 标 本 馆 的 馆 藏 记 录 分 别 用 电 子 天 平 (Acculab ALC210.2 电 子 天 平, 精 度 0.01 g) 和 游 标 卡 尺 (Mitutoyo 游 标 卡 尺 CD-12'CS 500-173, 精 度 0.01 mm) 测 量 了 每 个 个 体 的 体 重 (BW) 体 长 (BL) 翅 长 (WL) 尾 长 (TL) 跗 蹠 长 (TML) 和 嘴 峰 长 (CL) 等 生 态 形 态 学 特 征 指 标 1.4 数 据 分 析 统 计 检 验 前, 用 Kolmogorov-Smirnov 和 Levene 统 计 量 (SPSS 17.0) 分 别 检 验 所 有 数 据 的 正 态 性 和 方 差 同 质 性, 满 足 方 差 齐 性 时 采 用 Duncan-test 进 行 多 重 比 较, 不 满 足 时 采 用 Dunnett's T3 法 进 行 多 重 比 较 以 物 种 为 因 子 的 单 因 素 方 差 分 析 (one-way ANOVA) 比 较 物 种 间 各 个 生 态 形 态 学 指 标 的 差 异 以 6 个 生 态 形 态 特 征 指 标 为 自 变 量 对 各 个 物 种 进 行 判 别 分 析 (discriminant analysis DA), 估 计 物 种 间 相 似 程 度 的 大 小, 进 而 预 测 其 栖 息 地 资 源 分 割 和 生 态 位 重 叠 为 消 除 体 型 大 小 对 其 他 指 标 的 影 响, 判 别 分 析 中 用 体 重 的 三 次 方 根 对 体 长 翅 长 尾 长 和 跗 蹠 长 等 进 行 标 准 化, 并 定 义 为 相 对 长 度 (L'=L/BW 1/3 ) (Amadon, 1943), 且 由 于 嘴 峰 长 与 鸟 类 食 物 的 大 小 有 关 (Hespenheide, 1973), 故 未 对 其 进 行 标 准 化 所 有 数 据 在 进 一 步 分 析 前 均 进 行 对 数 转 换 (z '=log z, z: 体 重 嘴 峰 长 和 各 相 对 长 度 指 标 ), 以 避 免 伴 随
162 动 物 学 研 究 34 卷 多 元 分 析 出 现 的 与 比 例 相 关 指 标 问 题 (log (a/b)=log a log b)(atchley et al, 1976) 数 据 以 mean±se 表 示, α=0.05 为 差 异 显 著, 均 为 two-tailed-test 2 结 果 2.1 物 种 间 生 态 形 态 学 特 征 的 差 异 分 析 单 因 素 方 差 分 析 结 果 表 明,9 种 高 寒 草 甸 雀 形 目 鸟 类 的 体 重 (F 8,992 =3823.9, P<0.05) 体 长 (F 8,992 =496.8, P<0.05) 翅 长 (F 8,992 =2265.9, P<0.05) 尾 长 (F 8,992 =194.0, P<0.05) 跗 蹠 长 (F 8,992 =685.6, P<0.05) 和 嘴 峰 长 (F 8,992 =1829.2, P<0.05) 等 均 具 显 著 差 异 除 朱 鹀 的 翅 长 和 地 山 雀 的 尾 长 最 小 外, 长 嘴 百 灵 的 各 项 生 态 形 态 学 指 标 均 为 最 大, 黄 嘴 朱 顶 雀 为 最 小 ( 表 1) 物 种 Species 地 山 雀 Pseudopodoces humilis 粉 红 胸 鹨 Anthus roseatus 角 百 灵 Eremophila alpestris 长 嘴 百 灵 Melanocorypha maxima 朱 鹀 Urocynchramus pylzowi 鸲 岩 鹨 Prunella rubeculoides 小 云 雀 Alauda gulgula 黄 嘴 朱 顶 雀 Carduelis flavirostris 黄 头 鹡 鸰 Motacilla citreola Table 1 样 本 数 N 表 1 高 寒 草 甸 9 种 雀 形 目 鸟 类 生 态 形 态 学 特 征 的 比 较 Comparison of ecomorphological characteristics of passerines in alpine meadow 体 重 (g) Body weight 体 长 (mm) Body length 翅 长 (mm) Wing length 尾 长 (mm) Tail length 跗 蹠 长 (mm) Tarsus-metatarsus length 嘴 峰 长 (mm) Culmen length 112 37.758±0.2678 b 149.138±0.8141 de 84.913±0.3375 d 60.564±0.4769 f 30.459±0.1680 b 24.169±0.1380 b 52 21.813±0.3237 f 153.787±1.1698 cd 86.613±0.5717 d 67.335±0.8400 d 23.170±0.1816 d 12.301±0.1480 e 234 34.452±0.1973 c 162.551±0.6514 b 109.198±0.3520 b 76.739±0.4841 c 23.320±0.0998 d 14.532±0.0768 c 122 84.945±0.6964 a 203.997±1.3645 a 144.561±0.8541 a 85.095±0.8222 a 31.653±0.1670 a 25.101±0.1890 a 36 18.448±0.3122 h 152.944±1.1622 cde 71.720±0.6266 h 81.051±0.9626 ab 23.868±0.2757 d 11.319±0.1404 f 110 23.446±0.3673 e 148.527±1.0400 e 76.457±0.3688 f 66.770±0.5267 d 23.448±0.1894 d 11.827±0.1149 ef 106 32.692±0.2526 d 155.359±0.8610 c 102.900±0.4372 c 67.465±0.4822 d 25.155±0.1627 c 14.711±0.1159 c 112 13.090±0.0834 i 126.065±0.5052 f 74.422±0.2108 g 64.166±0.3862 d 17.031±0.1239 e 9.828±0.1009 g 117 20.434±0.2018 g 165.034±0.9379 b 82.209±0.3957 e 78.701±0.4922 bc 25.753±0.2240 c 13.194±0.1250 d 数 据 以 Mean±SE 表 示, 标 有 相 同 字 母 的 平 均 值 差 异 不 显 著 Values are Mean ± SE, means with the same letter are not significantly different. 2.2 生 态 形 态 学 特 征 对 物 种 的 判 别 分 析 利 用 6 个 生 态 形 态 学 指 标 对 本 研 究 涉 及 的 9 种 雀 形 目 鸟 类 进 行 判 别 分 析, 前 两 个 判 别 函 数 的 特 征 值 均 >1, 累 积 贡 献 率 达 94.3% ( 表 2) 判 别 分 析 共 得 出 6 个 典 型 判 别 函 数, 其 中 典 型 判 别 函 数 1 的 BW' 变 量 的 因 子 负 荷 系 数 绝 对 值 最 大, 说 明 函 数 1 主 要 反 映 了 个 体 体 重 的 大 小 ; 而 典 型 判 别 函 数 2 的 WL' 和 CL' 两 个 变 量 的 因 子 负 荷 系 数 绝 对 值 较 大, 说 明 函 数 2 主 要 反 映 了 个 体 相 对 翅 长 和 嘴 峰 长 的 大 小 ( 表 3) 虽 然 典 型 判 别 函 数 5 和 6 的 TL' TML' 和 BL' 三 个 变 量 的 因 子 负 荷 系 数 绝 对 值 最 大 ( 表 3), 但 这 两 个 函 数 的 特 征 值 均 <1, 贡 献 率 也 很 小 ( 表 2), 对 结 果 影 响 也 相 对 较 弱 因 此, 本 文 主 要 考 虑 第 1 和 2 两 个 判 别 函 数 判 别 分 析 结 果 表 明,~92.0% 的 样 本 被 正 确 归 类, 共 产 生 5 个 集 团 :a 集 团 包 括 角 百 灵 和 小 云 雀, b 集 团 包 括 朱 鹀 黄 头 鹡 鸰 鸲 岩 鹨 和 粉 红 胸 鹨 等, 其 争 3 个 集 团 均 仅 包 含 一 个 物 种, 分 别 为 长 嘴 百 灵 黄 嘴 朱 顶 雀 和 地 山 雀 等 ( 图 1) 除 小 云 雀 的 判 别 分 析 正 确 率 略 低 外 (76.4%), 其 他 物 种 的 正 确 率 均 较 高 (84.5%~100.0%)( 表 4) 被 错 误 归 类 的 样 本 全 表 2 典 型 判 别 函 数 特 征 值 Table 2 Eigenvalues of canonical discriminant function 函 数 Function 特 征 值 Eigenvalues 贡 献 率 Proportion of variance (%) 累 积 贡 献 率 Cumulative proportion (%) 正 则 相 关 性 Canonical correlation 1 41.222 77.3 77.3 0.988 2 9.066 17.0 94.3 0.949 3 2.086 3.9 98.2 0.822 4 0.506 0.9 99.2 0.579 5 0.390 0.7 99.9 0.530 6 0.057 0.1 100.0 0.233
3 期 刘 力 华 等 : 高 寒 草 甸 常 见 雀 形 目 鸟 类 共 存 机 制 的 生 态 形 态 学 解 释 163 Table 3 表 3 标 准 化 的 典 型 判 别 函 数 系 数 Standardized canonical discriminant function coefficients 生 态 形 态 学 特 征 函 数 Function Ecomorphological Characteristics 1 2 3 4 5 6 BW' 0.950 0.138 0.619 0.310 0.014 0.093 BL' 0.085 0.292 0.608 0.186 0.328 0.974 WL' 0.669 0.970 0.226 0.437 0.450 0.162 TL' 0.493 0.032 0.468 0.093 0.970 0.599 TML' 0.070 0.499 0.452 0.078 0.637 0.522 CL' 0.247 0.613 0.493 0.553 0.332 0.163 函 数 中 所 有 的 变 量 都 经 过 正 态 分 布 标 准 化 All variables in the canonical discriminant function are standardized based on normal distribution. 部 集 中 在 集 团 a b 中, 其 中 角 百 灵 和 小 云 雀 的 相 互 误 判 率 分 别 为 7.7% 和 20.8%, 黄 头 鹡 鸰 和 鸲 岩 鹨 的 相 互 误 判 率 分 别 为 6.8% 和 10.9%, 鸲 岩 鹨 和 粉 红 胸 鹨 的 相 互 误 判 率 分 别 为 3.6% 和 9.6% 其 他 物 种 的 误 判 率 相 对 较 小 ( 表 4) 图 1 高 寒 草 甸 雀 形 目 鸟 类 生 态 形 态 学 特 征 判 别 分 析 分 布 Figure 1 Ordination of passerines in alpine meadow along the first two discriminant functions resulting from discriminant analysis of ecomorphological characteristics 图 中 的 椭 圆 包 含 了 所 有 观 测 值 的 95% Ellipses include 95% of all observations. Table 4 物 种 Species 地 山 雀 Pseudopodoces humilis 长 嘴 百 灵 Melanocorypha maxima 黄 嘴 朱 顶 雀 Carduelis flavirostris 角 百 灵 Eremophila alpestris 小 云 雀 Alauda gulgula 朱 鹀 Urocynchramus pylzowi 黄 头 鹡 鸰 Motacilla citreola 鸲 岩 鹨 Prunella rubeculoides 粉 红 胸 鹨 Anthus roseatus 表 4 高 寒 草 甸 雀 形 目 鸟 类 生 态 形 态 学 特 征 判 别 分 析 正 确 率 Percentages of species classified by discriminant analysis of the ecomorphological characteristics of passerines in alpine meadow 地 山 雀 Pseudopodoces humilis 100.0 长 嘴 百 灵 Melanocorypha maxima 100.0 黄 嘴 朱 顶 雀 Carduelis flavirostris 100.0 预 测 结 果 Classified (%) 角 百 灵 Eremophila alpestris 小 云 雀 Alauda gulgula 92.3 7.7 20.8 79.2 朱 鹀 Urocynchramus pylzowi 表 中 只 给 出 对 角 线 数 据 及 其 它 部 分 数 据, 其 余 数 据 对 结 果 影 响 较 小 已 省 略 Data on diagonal and other parts of the table are shown, but those with little influence on the results have been omitted. 黄 头 鹡 鸰 Motacilla citreola 鸲 岩 鹨 Prunella rubeculoides 94.4 2.8 2.8 粉 红 胸 鹨 Anthus roseatus 1.7 88.0 6.8 3.4 0.9 10.9 84.5 3.6 3.8 9.6 86.5 3 讨 论 生 态 位 理 论 认 为 栖 息 地 的 同 质 性 阻 碍 了 不 同 物 种 的 共 存 (Block et al, 1991), 为 了 减 小 种 间 竞 争, 同 质 环 境 中 关 系 密 切 的 物 种 一 般 具 有 不 同 的 生 态 形 态 学 特 征, 以 实 现 对 有 限 资 源 的 分 割 (Lu et al, 2011; Zeng & Lu, 2009), 最 终 达 到 共 存, 我 们 的 研 究 结 果 也 支 持 这 一 理 论
164 动 物 学 研 究 34 卷 本 研 究 区 域 群 落 结 构 简 单, 垂 直 分 层 不 明 显, 所 研 究 的 9 种 雀 形 目 鸟 类 包 括 了 高 寒 草 甸 生 态 系 统 中 一 系 列 的 生 态 相 似 物 种, 其 各 生 态 形 态 学 指 标 均 具 有 显 著 差 异 9 个 物 种 在 栖 息 地 的 利 用 上 具 有 一 定 的 重 叠, 被 划 分 为 5 个 集 团, 且 每 个 集 团 均 具 有 其 独 特 的 生 态 形 态 学 特 征 ( 表 5) 集 团 Guild Table 5 包 括 的 物 种 Species included 表 5 不 同 集 团 雀 形 目 鸟 类 的 生 态 形 态 学 特 征 及 其 生 活 习 性 Ecomorphological characteristics and life habits of passerines in different guilds 生 态 形 态 学 特 征 Ecomorphological characteristics 与 其 生 态 形 态 学 特 征 相 适 应 的 生 活 习 性 Life habits related to ecomorphological characteristics a 角 百 灵 小 云 雀 各 指 标 均 处 于 中 间 水 平 分 布 生 境 类 型 多 样 化, 杂 食 b 朱 鹀 黄 头 鹡 鸰 鸲 岩 鹨 粉 红 胸 鹨 尾 长 相 对 较 大 灌 丛 草 甸 筑 巢, 多 分 布 于 金 露 梅 灌 丛 c 长 嘴 百 灵 体 型 最 大 * 沼 泽 草 甸 筑 巢 d 黄 嘴 朱 顶 雀 体 型 较 小, 嘴 峰 长 最 小 灌 丛 筑 巢, 食 草 籽 e 地 山 雀 跗 蹠 长 和 嘴 峰 长 较 大, 尾 长 较 小 跳 跃 行 进, 食 虫, 穴 居 * 研 究 对 象 中, 只 有 长 嘴 百 灵 在 沼 泽 草 甸 筑 巢 * Only long-billed Calandra lark nested in swampy meadow among birds studied. a 集 团 包 括 角 百 灵 和 小 云 雀 两 个 物 种, 其 各 项 生 态 形 态 学 指 标 差 异 相 对 较 小, 均 具 有 相 对 较 长 的 翅 膀, 繁 殖 时 期 均 在 矮 嵩 草 草 甸 地 表 筑 巢 繁 殖 (Zhang et al, 2006) 其 巢 内 外 温 度 日 变 化 差 异 较 小 (Zhao et al, 2002b), 繁 殖 强 度 的 季 节 变 化 基 本 一 致, 育 雏 食 物 高 度 重 叠 (Zhao & Zhang, 2004) 虽 然 两 者 均 在 矮 嵩 草 草 甸 筑 巢 繁 殖, 且 育 雏 食 物 高 度 重 叠, 但 研 究 表 明 其 巢 址 微 环 境 巢 开 放 度 及 取 食 方 式 的 差 异 可 能 是 其 共 存 的 机 制 (Zhao & Zhang, 2004; Cody, 1968) 虽 然 两 者 同 在 地 面 筑 巢, 生 态 位 可 能 存 在 较 大 的 重 叠, 但 高 寒 草 甸 生 态 系 统 能 够 为 其 提 供 充 足 的 资 源, 因 此, 它 们 之 间 不 需 要 产 生 生 态 位 的 完 全 分 离, 也 能 很 好 地 共 存 (Cui & Deng, 2007) b 集 团 包 括 朱 鹀 黄 头 鹡 鸰 鸲 岩 鹨 和 粉 红 胸 鹨 等 4 个 物 种 多 分 布 于 金 露 梅 灌 丛 草 甸 (Zhang, 1982), 其 相 对 较 长 的 体 长 和 尾 长 有 利 于 其 在 栖 木 上 停 留 时 保 持 身 体 的 平 衡 其 它 3 个 集 团 物 种 的 生 态 形 态 学 特 征 和 栖 息 地 环 境 也 各 不 相 同, 长 嘴 百 灵 体 型 最 大, 在 潮 湿 的 藏 嵩 草 沼 泽 化 草 甸 营 巢 繁 殖 (Zhang et al, 2006); 黄 嘴 朱 顶 雀 体 型 最 小, 在 金 露 梅 灌 丛 上 营 巢 繁 殖 (Zhang et al, 2006), 较 小 的 嘴 峰 与 其 取 食 草 籽 的 食 性 相 关 (Zhang, 1982); 体 型 适 中 的 地 山 雀 在 鼠 洞 内 营 巢 繁 殖 (Zhang et al, 2006), 较 长 的 跗 蹠 长 与 其 跳 跃 行 进 行 为 有 关, 较 长 的 嘴 峰 与 其 食 虫 的 食 性 相 适 应 (Zhang, 1982), 而 短 小 的 尾 羽 推 测 与 其 穴 居 习 性 有 关 综 上 所 述, 不 同 集 团 的 鸟 类 通 过 各 种 方 式 实 现 共 存, 而 同 一 集 团 内, 不 同 物 种 间 存 在 的 错 判 则 说 明 了 相 关 物 种 较 为 激 烈 的 种 间 竞 争, 且 这 些 竞 争 可 能 作 为 新 的 选 择 压 力, 为 物 种 进 化 提 供 动 力 性 状 替 换 (character displacement) 假 说 认 为, 为 促 进 资 源 分 割, 同 域 分 布 时, 亲 缘 关 系 越 相 近 的 物 种 在 生 态 形 态 学 上 的 差 异 越 显 著 在 本 研 究 涉 及 的 3 种 百 灵 科 鸟 类 中, 长 嘴 百 灵 与 角 百 灵 和 小 云 雀 的 生 态 形 态 学 特 征 具 有 显 著 差 异 ( 表 1), 与 性 状 替 换 理 论 吻 合 不 同 物 种 的 生 态 形 态 学 特 征, 不 仅 受 栖 息 地 生 境 特 征 的 影 响, 也 是 系 统 发 育 长 期 进 化 的 结 果 (Bock, 1994) 如 果 考 虑 到 物 种 进 化 过 程 中 的 部 分 选 择 压 力 也 来 自 环 境 条 件 和 种 间 竞 争, 那 么, 栖 息 地 环 境 对 生 态 形 态 学 特 征 的 影 响 便 是 无 可 争 议 的 不 同 集 团 间 各 物 种 利 用 的 栖 息 地 略 有 不 同, 同 一 集 团 内 不 同 物 种 通 过 不 同 的 策 略 开 发 特 定 的 资 源, 因 此, 所 有 物 种 都 具 有 其 特 定 的 生 态 位 综 上 所 述, 高 寒 草 甸 雀 形 目 鸟 类 的 生 态 形 态 学 特 征 差 异 阐 明 了 其 资 源 分 割 的 方 式, 最 大 程 度 降 低 了 种 间 竞 争, 解 释 了 其 共 存 机 制 参 考 文 献 : Amadon D. 1943. Bird weights as an aid in taxonomy. The Wilson Bulletin, 55(3): 164-177. Atchley WR, Gaskins CT, Anderson D. 1976. Statistical properties of ratios. I. Empirical results. Systematic Zoology, 25(2): 137-148. Block WM, Brennan LA, Gutiérrez RJ. 1991. Ecomorphological relationships of a guild of ground-foraging birds in Northern California, USA. Oecologia, 87(3): 449-458. Bock WJ. 1994. Concepts and methods in ecomorphology. Journal of Biosciences, 19(4): 403-413.
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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 166 173 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0166 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 孔 维 尧 1, 郑 振 河 1, 吴 景 才 1, 宁 宇 2, 王 永 3, 韩 晓 东 1,* 1. 吉 林 省 林 业 科 学 研 究 院 湿 地 野 生 动 物 研 究 所, 长 春 130033; 2. 北 京 林 业 大 学 生 物 科 学 与 技 术 学 院, 北 京 100083; 3. 莫 莫 格 保 护 区 自 然 管 理 局, 镇 赉 137316 摘 要 :2008 年 秋 季 (10 月 8 日 20 日 ) 及 2009 年 秋 季 (9 月 20 日 10 月 16 日 ), 通 过 样 方 法 对 觅 食 生 境 11 个 生 态 因 子 进 行 调 查, 利 用 卡 方 检 验 资 源 选 择 指 数 和 资 源 选 择 函 数 在 莫 莫 格 保 护 区 对 秋 季 迁 徙 停 歇 期 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 进 行 研 究 结 果 表 明, 白 鹤 对 距 人 为 干 扰 源 距 离 植 被 密 度 盖 度 高 度 植 物 性 食 物 密 度 以 及 水 深 均 具 有 选 择 性, 但 对 宏 观 尺 度 干 扰 因 子 的 选 择 性 较 低 其 偏 好 觅 食 生 境 的 特 点 为 : 距 一 级 路 >5 000 m,> 二 级 路 1 500 m 以 上,> 三 级 路 1 000 m 以 上,> 居 民 点 1 000 m 以 上, 农 田 >1 000 m; 植 被 密 度 20~50 株 /m 2, 盖 度 <10%, 高 度 <20 cm, 扁 杆 藨 草 密 度 1~50 株 /m 2, 藨 草 密 度 1~10 株 /m 2, 水 深 40~60 cm 白 鹤 秋 季 觅 食 生 境 资 源 选 择 函 数 为 Logistic (P)=0.663+0.565 与 一 级 道 路 距 离 +0.042 与 二 级 道 路 距 离 +0.519 与 三 级 道 路 距 离 +0.353 与 居 民 点 距 离 +0.169 与 农 田 距 离 0.455 植 被 密 度 0.618 植 被 盖 度 0.548 植 被 高 度 0.158 扁 杆 藨 草 密 度 0.404 藨 草 密 度 +0.920 水 深,T (x) =e Logistic(p) /[1+e Logistic(p) ], 模 型 正 确 预 测 率 为 82.9% 关 键 词 : 白 鹤 ; 觅 食 生 境 选 择 ; 资 源 选 择 指 数 ; 资 源 选 择 函 数 中 图 分 类 号 :Q959.7 + 26 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0166-08 Foraging habitat selection of Siberian Crane (Grus leucogeranus) during autumn migration period in the Momoge Nature Reserve Wei-Yao KONG 1, Zhen-He ZHENG 1, Jin-Cai WU 1, Yu NING 2, Yong WANG 3, Xiao-Dong HAN 1,* 1. Wetland and Wildlife Institute, Jilin Provincial Academy of Forestry Sciences, Changchun 130033, China; 2. College of Biological Sciences and Biotechnology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 3. Momoge Nature Reserve Bureau, Zhenlai 137316, China Abstract: In autumn of 2008 and 2009, we studied the foraging habitat selection of Siberian Crane (Grus leucogeranus) in the Momoge Nature Reserve of Jilin province. Using the resource selection index, resource selection functions, and the chi-squared test, we found that the Siberian Crane exhibited selectivity in their preferred foraging environments in relation to the distance to human disturbances, vegetation density, coverage and height, foraging vegetation density and water level. Interestingly, this selectivity in regards to large scale disturbances was lower than other factors. The characteristics of favorite foraging habits of Siberian Cranes include a variety of factors: a distance >5 000 m from a national highway, >1 500 m from a non-gravel road, >1 000 m from the nearest road, >1 000 m from a residential area, >1 000 m from farmland; plant density between 20 and 50 grass/m 2 ; plant coverage lower than 10%; plant height lower than 20 cm; Scirpus planiclmis density between 1 and 50 grass/m 2 ; Scirpus triqueter density between 1 and 10 grass/m 2 ; and the water level between 40 and 60 cm. The resource selection functions of Siberian Crane foraging habitat in autumn can be described thusly: Logistic (P) = 0.663 + 0.565 distance to national highway + 0.042 distance to non-gravel road + 0.519 distance to the nearest road + 0.353 distance to residential area + 0.169 distance to farmland 0.455 vegetation density 0.618 vegetation coverage 0.548 vegetation height 0.158 Scirpus planiclmis density 0.404 Scirpus triqueter density + 0.920 water level,t (x) =e Logistic(p) / [1 + e Logistic(p) ], with an overall prediction accuracy of 82.9%. Keywords: Siberian Crane (Grus leucogeranus); Foraging habitat selection; Resource selection index; Resource selection functions 收 稿 日 期 :2012-11-21; 接 受 日 期 :2013-02-04 基 金 项 目 : 十 一 五 林 业 科 技 支 撑 项 目 (2006BAD03A1901) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: xdhan934@126.com 第 一 作 者 简 介 : 孔 维 尧, 男,31 岁, 主 要 从 事 野 生 动 物 生 态 学 研 究 E-mail:kongweiyao@163.com
3 期 孔 维 尧 等 : 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 167 白 鹤 被 IUCN 物 种 红 皮 书 列 为 极 危, 其 在 中 国 越 冬 的 东 部 种 群 数 量 占 全 球 种 群 数 量 的 ~99%, 对 于 物 种 安 全 具 有 至 关 重 要 的 意 义 东 部 种 群 春 季 由 越 冬 地 经 松 嫩 平 原 的 向 海 莫 莫 格 及 扎 龙 等 地 迁 徙 至 西 伯 利 亚 东 北 部 繁 殖, 秋 季 携 幼 鸟 途 径 上 述 区 域 返 回 鄱 阳 湖 越 冬 (He et al,2002) 莫 莫 格 是 白 鹤 重 要 迁 徙 停 歇 地, 自 2004 年 以 来 白 鹤 停 歇 数 量 始 终 维 持 在 >2000 只 动 物 对 生 境 的 适 应 和 选 择 一 直 是 动 物 生 态 学 研 究 的 热 点 (Wei et al,1998) 生 境 选 择 既 是 行 为 生 态 学 研 究 的 重 要 内 容, 也 是 野 生 动 物, 特 别 是 濒 危 物 种 保 护 和 管 理 必 须 研 究 的 重 要 内 容 (Han et al,2004) 生 境 选 择 研 究 方 法 一 般 可 以 分 为 两 大 类, 即 比 较 被 利 用 未 利 用 生 境 以 及 比 较 被 利 用 可 获 得 生 境 (Bryan et al,1993;jones,2001;li et al, 2008a,b) 被 利 用 生 境 是 指 被 动 物 所 占 据 或 使 用 的 生 境, 未 被 利 用 生 境 是 指 未 被 动 物 所 占 据 或 使 用 的 生 境, 可 利 用 生 境 是 指 能 够 为 动 物 所 到 达 并 予 以 利 用 的 生 境, 包 括 被 利 用 的 生 境 基 于 资 源 可 获 得 性 的 生 境 选 择 研 究 可 以 更 好 地 反 映 物 种 对 生 境 的 利 用 (Aebiseher et al,1993;hails et al,1996;yang et al,2006;li et al,2008b), 目 前 基 于 生 境 可 获 得 性 的 方 法 对 白 鹤 生 境 选 择 的 研 究 以 及 对 不 同 生 境 因 子 在 白 鹤 觅 食 地 选 择 过 程 中 重 要 性 的 评 估 尚 未 见 报 道 资 源 选 择 函 数 由 于 可 以 将 生 境 利 用 表 现 为 若 干 因 子 的 多 元 回 归 模 型 (Boyce & McDonald, 1999;Boyce et al,2002), 在 近 年 的 研 究 中 得 到 越 来 越 多 的 应 用 多 元 回 归 模 型 对 于 样 本 量 和 样 本 独 立 性 都 有 很 高 的 要 求 (Zhang & Yan,2004), 研 究 中 常 见 的 处 理 方 法 是 对 生 境 因 子 进 行 相 关 性 分 析 后 筛 选 (Li et al,2008b;liu et al,2009), 而 因 子 取 舍 的 合 理 性 在 很 大 程 度 上 依 赖 研 究 者 的 判 断 本 研 究 采 用 资 源 选 择 指 数 研 究 了 秋 季 迁 徙 停 歇 在 莫 莫 格 自 然 保 护 区 的 白 鹤 对 觅 食 生 境 的 偏 好, 并 结 合 主 成 分 分 析, 建 立 资 源 选 择 函 数, 确 定 影 响 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 的 主 要 因 子, 以 期 为 这 一 濒 危 物 种 的 保 护 和 管 理 提 供 科 学 依 据 1 材 料 和 方 法 1.1 研 究 区 域 研 究 区 域 位 于 莫 莫 格 保 护 区 鹅 头 泡 (E123 38 ~ 123 47,N45 53 ~45 57 ), 面 积 ~60 km 2 该 区 域 原 为 芦 苇 沼 泽, 自 1998 年 后 水 位 持 续 下 降, 植 被 类 型 也 发 生 了 旱 生 化 演 替 2004 年 后, 保 护 区 附 近 水 田 面 积 增 加, 每 年 秋 季 都 有 稻 田 退 水 通 过 前 杭 乃 排 灌 站 排 入 鹅 头 泡 附 近, 植 被 也 出 现 湿 生 化 演 替, 形 成 以 藨 草 (Scirpus triqueter) 水 稗 (Echinochloa phyllopogon) 以 及 扁 杆 藨 草 (Scirpus planiclmis) 为 建 群 种 的 植 被 群 落, 其 他 伴 生 种 还 包 括 狭 叶 香 蒲 (Typha angustifolia) 水 葱 (Schoenoplectus tabernaemontani) 芦 苇 (Phragmites communis) 小 叶 樟 (Deyeuxia angustifolia) 碱 蓬 (Suaeda glauca) 及 酸 模 叶 蓼 (Polygonum thunbergii) 等 莫 莫 格 保 护 区 是 白 鹤 重 要 停 歇 地 (Kanai et al, 2002) 自 2006 年 起, 保 护 区 迁 徙 停 歇 白 鹤 的 数 量 猛 增,2008 年 记 录 到 世 界 上 最 大 的 白 鹤 种 群, 数 量 >2700 只, 占 全 球 种 群 ~2/3, 特 别 是 2008 年 后, 白 鹤 停 歇 点 由 三 门 王 家 后 各 力 吐 古 鲁 台 及 白 音 套 海 等 多 个 (He et al,2002) 变 为 一 个, 均 位 于 研 究 区 内 2008 年 白 鹤 最 早 于 9 月 3 日 迁 徙 至 研 究 地, 最 晚 于 11 月 7 日 迁 离, 迁 徙 停 歇 期 全 长 55 d;2009 年 9 月 30 日 首 见,11 月 3 日 迁 离, 停 歇 期 35 d 1.2 研 究 方 法 1.2.1 样 方 设 置 使 用 30~60 单 筒 望 远 镜 观 察 白 鹤 行 为, 一 人 固 定 视 野, 另 一 人 通 过 对 讲 机 步 行 至 白 鹤 取 食 地 点, 在 觅 食 地 设 置 1 m 1 m 样 方, 共 设 置 取 食 地 样 方 90 个, 样 方 间 距 >20 m 采 用 系 统 抽 样 法, 每 隔 1 km 设 置 一 条 样 线, 每 条 样 线 上 间 隔 100 m 设 置 一 个 1 m 1 m 样 方 作 为 整 体 样 方, 样 线 覆 盖 整 个 研 究 区 通 过 观 察, 白 鹤 在 无 地 表 水 及 水 深 >60 cm 的 区 域 无 采 食 行 为, 因 此, 取 样 范 围 设 置 在 水 深 1~60 cm 的 生 境 中, 共 取 得 整 体 样 方 94 个, 其 中 28 个 为 觅 食 样 方 1.2.2 生 态 因 子 的 测 量 记 录 每 个 样 方 中 的 植 被 密 度 高 度 盖 度 及 水 深 等 参 数 观 察 发 现 扁 杆 藨 草 与 藨 草 为 白 鹤 所 取 食, 因 此, 这 两 种 植 物 的 密 度 也 作 为 生 态 因 子 而 被 测 量 选 取 2008 年 9 月 资 源 2 号 卫 星 拍 摄 的 卫 片 ( 精 度 5 m), 在 Mapinfo 7.0 界 面 进 行 矢 量 化, 与 研 究 区 道 路 工 程 图 叠 加, 测 量 样 方 与 人 为 干 扰 源 的 距 离 各 种 生 态 因 子 的 定 义 和 测 量 方 法 如 下 : 与 一 级 道 路 距 离 (X1) 为 样 方 与 最 近 的 县 级 以 上 道 路 的 直 线 距 离 ; 与 二 级 道 路 距 离 (X2) 为 样 方 与 最 近 的 非 砂 石 道 路 的 直 线 距 离, 在 研 究 区 域 内, 二 级 道 路 均 为
168 动 物 学 研 究 34 卷 村 村 通 ; 与 三 级 道 路 距 离 (X3) 为 样 方 与 最 近 道 路 的 直 线 距 离, 在 本 研 究 中 大 部 分 为 供 农 用 车 行 人 及 牲 畜 等 行 走 的 砂 石 道 路 ; 与 居 民 点 距 离 (X4) 为 样 方 与 最 近 居 民 点 间 的 直 线 距 离 ; 与 农 田 距 离 (X5) 为 样 方 与 最 近 农 田 间 的 直 线 距 离 ; 植 被 密 度 (X6) 为 样 方 内 所 有 植 株 的 总 数 量 ( 株 /m 2 ); 植 被 盖 度 (X7) 为 样 方 内 所 有 植 株 的 总 盖 度, 以 百 分 数 表 示 ; 植 被 高 度 (X8) 为 样 方 内 最 高 植 株 的 高 度 (cm); 扁 杆 藨 草 密 度 (X9) 为 样 方 内 扁 杆 藨 草 的 数 量 ( 株 /m 2 ); 藨 草 密 度 (X10) 为 样 方 内 藨 草 的 数 量 ( 株 /m 2 ); 水 深 (X11) 为 样 方 中 心 点 水 深 (cm) 1.2.3 数 据 处 理 利 用 Person 卡 方 检 验 分 析 动 物 对 资 源 的 利 用 是 否 存 在 选 择 性 (Shen et al, 2009), 并 使 用 Vanderploeg 和 Scavia 资 源 选 择 指 数 计 算 物 种 对 生 境 的 偏 好 (Vanderploeg & Scavia, 1979), 计 算 公 式 为 : Ei =( Wi 1/n) /( Wi + 1/n) Wi =Φi / n Φi i= 1 Φi =Pi /Ai 其 中 Pi 为 物 种 利 用 资 源 i 概 率,Ai 为 资 源 i 占 整 体 资 源 的 比 率,n 为 资 源 i 划 分 的 等 级 数 量 Ei 介 于 1~1, 取 值 为 正 数 时 表 示 对 该 种 资 源 为 正 选 择, 为 负 数 时 表 示 负 选 择, 取 值 越 大 表 明 物 种 对 该 资 源 的 喜 好 程 度 越 高, 反 之 亦 然, 取 值 为 0 时 表 示 中 性 选 择 对 生 态 因 子 进 行 标 准 化 以 消 除 不 同 统 计 量 纲 间 的 差 异 (Li et al,2001), 对 标 准 化 后 的 生 态 因 子 进 行 主 成 分 分 析, 计 算 每 个 生 态 因 子 的 因 子 负 荷 与 因 子 得 分, 并 根 据 因 子 得 分 计 算 压 缩 后 各 主 成 分 的 Z 值, 计 算 方 法 为 : N Zm= Xr* θ mr r = 1 其 中 Zm 为 压 缩 后 第 m 个 主 成 分 的 值,N 为 生 态 因 子 的 个 数,Xr 为 第 r 个 生 态 因 子 标 准 化 后 的 值, θ mr 为 第 r 个 生 态 因 子 在 第 m 个 主 成 分 中 的 因 子 得 分 使 用 Binary Logistic 回 归 中 的 向 前 法 (forward method), 以 压 缩 后 的 因 子 为 变 量, 建 立 白 鹤 觅 食 生 境 资 源 选 择 函 数 模 型, 采 用 条 件 检 验 (conditional) 剔 除 未 能 进 入 方 程 的 变 量 模 型 建 立 后, 将 压 缩 后 变 量 的 选 择 系 数 还 原 为 原 始 变 量 的 选 择 系 数, 计 算 方 法 为 : N ' Bxr = Bzm * θmr m= 1 其 中 Bxr 为 变 量 还 原 后 第 r 个 生 态 因 子 在 回 归 方 程 中 的 选 择 系 数,Bzm 为 压 缩 后 第 m 个 主 成 分 的 选 择 系 数,N 为 进 入 回 归 方 程 的 压 缩 变 量 的 数 量 数 据 标 准 化 卡 方 检 验 因 子 分 析 以 及 Logistic 回 归 等 均 使 用 SPSS 11.0 进 行 运 算 2 结 果 2.1 秋 季 迁 徙 停 歇 期 白 鹤 觅 食 生 境 的 选 择 白 鹤 对 于 秋 季 觅 食 生 境 11 个 生 态 因 子 均 具 选 择 性 ( 表 1), 除 距 离 一 级 道 路 (P=0.030) 二 级 道 路 距 离 (P=0.035) 外, 卡 方 检 验 结 果 均 极 为 显 著 秋 季 白 鹤 偏 好 生 境 特 征 为 : 与 一 级 路 二 级 路 三 级 路 居 民 点 及 农 田 的 距 离 分 别 >5 000 1 500 1 000 1 000 及 1000 m; 植 被 密 度 20~50 株 /m 2, 盖 度 <10%, 高 度 <20 cm, 扁 杆 藨 草 密 度 1~50 株 /m 2, 藨 草 密 度 1~10 株 /m 2 ; 水 深 40~60 cm 2.2 生 态 因 子 主 成 分 分 析 对 样 方 中 生 态 因 子 标 准 化 并 进 行 主 成 分 分 析, 前 6 个 因 子 累 计 贡 献 率 达 到 87.4% 11 个 生 态 因 子 的 因 子 负 荷 及 因 子 得 分 见 表 2 第 一 主 成 分 贡 献 率 为 32.8%, 其 中 负 荷 较 大 的 因 子 反 映 农 业 生 产 生 活 及 植 被 特 征 信 息, 包 括 与 居 民 点 及 农 田 间 的 距 离 ( 0.718 0.611) 植 被 密 度 (0.812) 盖 度 (0.863) 高 度 (0.687) 以 及 藨 草 密 度 (0.555) 等 ; 第 二 主 成 分 贡 献 率 为 16.0%, 其 中 负 荷 较 大 的 因 子 反 映 立 地 尺 度 人 为 干 扰 以 及 植 被 密 度 信 息, 包 括 与 三 级 路 及 农 田 间 的 距 离 (0.686 0.603) 植 被 密 度 (0.433) 以 及 藨 草 密 度 (0.432) 等 ; 第 三 主 成 分 贡 献 率 为 15.5%, 负 荷 较 大 的 因 子 包 括 与 一 级 路 间 的 距 离 (0.619) 扁 杆 藨 草 密 度 (0.421) 及 水 深 (0.418); 第 四 主 成 分 贡 献 率 为 9.4%, 负 荷 较 大 的 因 子 为 与 一 级 道 路 及 三 级 道 路 间 的 距 离 (0.372 0.362) 植 被 高 度 (0.431) 以 及 扁 杆 藨 草 密 度 ( 0.644) 等 ; 第 五 主 成 分 贡 献 率 为 9.0%, 负 荷 较 大 的 因 子 为 藨 草 密 度 ( 0.523) 及 水 深 ( 0.618); 第 六 主 成 分 贡 献 率 为 4.6%, 负 荷 较 大 的 因 子 包 括 与 一 级 以 及 二 级 道 路 间 的 距 离 ( 0.275 0.377) 植 被 高 度 (0.268) 及 水 深 ( 0.286) 2.3 白 鹤 秋 季 觅 食 生 境 资 源 选 择 函 数 物 种 对 生 境 的 选 择 是 多 种 生 态 因 子 共 同 作 用 的 结 果, 所 以 资 源 选 择 函 数 一 般 表 现 为 一 个 包 括 多 个 独 立 生 境 变 量 的 线 性 对 数 模 型 : ω(x)=exp (β0+
3 期 孔 维 尧 等 : 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 169 X1 Distance to national highway (m) X2 Distance to non-gravel road(m) X3 Distance to the nearest road(m) X4 Distance to residential area (m) X5 Distance to farmland (m) X6 Vegetation density (grass/m 2 ) X7 Vegetation coverage ( %) X8 Vegetation Height (cm) X9 Density of Scirpus planiclmis (grass/m 2 ) X10 Density of Scirpus triqueter (grass/m 2 ) X11 Water level (cm) i 类 型 Types Table 1 表 1 白 鹤 对 觅 食 生 境 生 态 因 子 的 选 择 Selection of foraging habitat factors by Siberian Crane Pi 使 用 概 率 Used proportion Ai 期 望 概 率 Expected proportion Φi Pi / Ai Wi 资 源 选 择 系 数 Selection coefficient Ei 资 源 选 择 指 数 Selection index <3000 0.478 0.415 1.152 0.250 0.000 3000~4000 0.144 0.255 0.566 0.123 0.341 4000~5000 0.278 0.277 1.004 0.218 0.068 5000 0.100 0.053 1.880 0.409 0.241 К 2 =8.920 df=3 Sig=0.030 <1000 0.278 0.277 1.004 0.217 0.070 1000~1500 0.267 0.383 0.696 0.151 0.248 1500~2000 0.167 0.096 1.741 0.377 0.202 2000 0.289 0.245 1.181 0.255 0.011 К 2 =8.578 df=3 Sig=0.035 <400 0.111 0.234 0.475 0.073 0.466 400~600 0.289 0.213 1.358 0.208 0.020 600~800 0.344 0.319 1.079 0.165 0.095 800~1000 0.167 0.202 0.825 0.126 0.225 1000 0.089 0.032 2.786 0.427 0.362 К 2 =18.083 df=4 Sig=0.001 <600 0.044 0.202 0.220 0.035 0.704 600~800 0.178 0.309 0.576 0.091 0.375 800~1000 0.100 0.223 0.448 0.071 0.478 1000~1200 0.189 0.074 2.537 0.401 0.334 1200 0.489 0.191 2.553 0.403 0.337 К 2 =79.968 df=4 Sig=0.000 <400 0.1667 0.223 0.746 0.113 0.278 400~600 0.2000 0.330 0.606 0.092 0.370 600~800 0.2000 0.213 0.940 0.142 0.168 800~1000 0.1556 0.149 1.044 0.158 0.117 1000 0.2778 0.085 3.264 0.494 0.424 К 2 =46.204 df=4 Sig=0.000 <20 0.3889 0.319 1.219 0.273 0.044 20~50 0.4222 0.170 2.480 0.555 0.379 50~100 0.1000 0.213 0.470 0.105 0.408 100~150 0.0889 0.298 0.298 0.067 0.578 К 2 =53.659 df=3 Sig=0.000 <10 0.467 0.191 2.437 0.509 0.436 10~30 0.200 0.191 1.044 0.218 0.043 30~60 0.256 0.298 0.858 0.179 0.055 60~80 0.067 0.181 0.369 0.077 0.444 80 0.011 0.138 0.080 0.017 0.845 К 2 =53.337 df=4 Sig=0.000 <20 0.611 0.287 2.128 0.608 0.417 20~40 0.289 0.340 0.849 0.243 0.015 40~60 0.067 0.213 0.313 0.090 0.472 60 0.033 0.160 0.209 0.060 0.615 К 2 =51.706 df=3 Sig=0.000 0 0.300 0.426 0.705 0.182 0.158 1~20 0.422 0.266 1.587 0.409 0.241 20~50 0.256 0.181 1.413 0.364 0.186 50 0.022 0.128 0.174 0.045 0.696 К 2 =30.267 df=3 Sig=0.000 0 0.578 0.660 0.876 0.149 0.148 1~10 0.256 0.085 3.003 0.509 0.436 10~20 0.111 0.085 1.305 0.221 0.051 20~40 0.044 0.074 0.596 0.101 0.328 40 0.011 0.096 0.116 0.020 0.821 К 2 =40.262 df=4 Sig=0.000 <10 0.011 0.106 0.104 0.018 0.831 10~20 0.078 0.234 0.332 0.059 0.545 20~30 0.167 0.213 0.783 0.139 0.180 30~40 0.300 0.319 0.940 0.167 0.091 40 0.444 0.128 3.481 0.617 0.510 К 2 =88.220 df=4 Sig=0.000
170 动 物 学 研 究 34 卷 Table 2 表 2 样 方 生 态 因 子 主 成 分 分 析 Principal component analysis of ecology factors 1 2 3 4 5 6 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 因 子 负 荷 得 分 负 荷 得 分 负 荷 得 分 负 荷 得 分 负 荷 得 分 负 荷 得 分 Factor loading Factor score Factor loading Factor score Factor loading Factor score Factor loading Factor score Factor loading Factor score Factor loading X1 Distance to national highway(m) 0.387 0.107 0.213 0.121 0.619 0.362 0.372 0.358 0.347 0.349 0.275 0.540 X2 Distance to non-gravel road(m) 0.080 0.022 0.073 0.042 0.890 0.521 0.068 0.066 0.051 0.052 0.377 0.741 X3 Distance to the nearest road (m) 0.332 0.092 0.686 0.390 0.069 0.040 0.362 0.349 0.420 0.422 0.138 0.271 X4 Distance to residential area(m) 0.718 0.199 0.470 0.267 0.302 0.177 0.077 0.074 0.072 0.072 0.260 0.511 X5 Distance to farmland (m) 0.611 0.169 0.603 0.343 0.208 0.122 0.206 0.199 0.059 0.060 0.011 0.021 X6 Plant density (grass/m 2 ) 0.812 0.225 0.433 0.246 0.081 0.048 0.054 0.052 0.077 0.077 0.031 0.061 X7 Plant coverage (%) 0.863 0.239 0.289 0.164 0.084 0.049 0.017 0.017 0.132 0.133 0.054 0.106 X8 Plant Height(cm) 0.687 0.190 0.185 0.105 0.166 0.097 0.431 0.416 0.060 0.061 0.268 0.527 X9 Density of Scirpus planiclmis (grass/m 2 ) 0.370 0.102 0.335 0.190 0.421 0.246 0.644 0.621 0.068 0.069 0.207 0.406 X10 Density of Scirpus triqueter (grass/m 2 ) 0.555 0.154 0.432 0.245 0.032 0.019 0.013 0.012 0.523 0.526 0.067 0.132 X11 Water level(cm) 0.367 0.102 0.222 0.126 0.418 0.245 0.332 0.320 0.618 0.621 0.286 0.562 Factor score β1x1+β2x2+ +βkxk) 其 中 x 代 表 不 同 的 独 立 生 境 变 量,β 表 示 选 择 系 数 物 种 对 觅 食 生 境 的 选 择 表 现 为 0,1 的 二 元 变 量, 觅 食 生 境 取 值 为 1, 非 觅 食 生 境 取 值 为 0, 因 此, 采 用 Logistic 回 归 模 型 T(x)=ω(x)/[1+ω(x)] 建 立 白 鹤 秋 季 觅 食 生 境 资 源 选 择 函 数 根 据 主 成 分 分 析 因 子 得 分, 将 原 始 因 子 压 缩 为 6 个 主 成 分,z1~z6 使 用 向 前 法 进 行 二 元 Logistic 回 归, 并 采 用 条 件 检 验 剔 除 未 能 进 入 方 程 的 变 量 进 入 方 程 的 变 量 依 次 为 z1 z3 z6 及 z4, 而 z2 z5 未 能 进 入 方 程 计 算 最 终 结 果 见 表 3 表 3 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 函 数 中 压 缩 后 生 态 因 子 选 择 系 数 Table 3 Selection coefficients in foraging habitat selection function of White cranes after data reduction 主 成 分 B Wald 检 验 值 显 著 性 Component Coefficient Wald Chi-square Sig z1 2.213 36.322 0.000 z3 0.834 7.942 0.005 z4 0.577 4.699 0.030 z6 0.544 4.896 0.027 常 数 Constant 0.663 6.846 0.009 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 模 型 为 :Logistic(P) = 0.663 2.213z 1 +0.834z 3 +0.577z 4 0.544z 6,T(x)=e Logistic(p) /[1+ e Logistic(p) ],P 为 白 鹤 选 择 该 生 境 进 行 觅 食 的 概 率, 模 型 整 体 正 确 预 测 率 为 82.9%, 其 中 觅 食 样 方 正 确 预 测 率 为 85.6%, 非 觅 食 样 方 正 确 预 测 率 为 79% 根 据 各 变 量 的 因 子 负 荷 将 压 缩 后 的 变 量 还 原, 如 x1 还 原 方 法 为 : 2.213 0.107+0.834 0.362+0.577 0.358+( 0.544) ( 0.54)=0.565 变 量 还 原 后 各 生 态 因 子 在 方 程 中 的 回 归 系 数 见 表 4 按 照 原 始 变 量 建 立 的 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 模 型 为 Logistic (P)=0.663+ 0.565X1+0.042X2+0.519X3+0.353X4+0.169X5 0.455 X6 0.618X7 0.548X8 0.158X9 0.404X10+0.920X11, T (x)=e Logistic(p) /[1+e Logistic(p) ] 表 4 还 原 后 11 个 生 态 因 子 的 选 择 系 数 Table 4 Selection coefficients of the 11 original factors 因 子 Original Factor 还 原 后 的 选 择 系 数 Selection coeffcients in the function after data reversion X1 Distance to national highway (m) 0.565 X2 Distance to non-gravel road (m) 0.042 X3 Distance to the nearest road (m) 0.519 X4 Distance to residential area (m) 0.353 X5 Distance to farmland (m) 0.169 X6 Plant density (grass/m 2 ) 0.455 X7 Plant coverage (%) 0.618 X8 Plant Height (cm) 0.548 X9 Density of Scirpus planiclmis (grass/m 2 ) 0.158 X10 Density of Scirpus triqueter (grass/m 2 ) 0.404 X11 Water level (cm) 0.920
3 期 孔 维 尧 等 : 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 171 3 讨 论 资 源 选 择 系 数 可 就 动 物 对 同 一 生 态 因 子 不 同 等 级 的 选 择 性 进 行 比 较 和 排 序, 以 确 定 动 物 对 栖 息 地 因 素 类 别 选 择 的 先 后 顺 序, 并 更 好 地 描 述 物 种 使 用 栖 息 地 资 源 的 偏 好, 尤 其 适 于 多 资 源 的 栖 息 地 选 择 研 究 (Han et al,2004), 但 由 于 该 方 法 将 所 有 生 态 因 子 同 等 看 待, 因 而 不 能 反 映 各 因 子 的 主 次 作 用 (Yang,2006) 本 研 究 在 Vanderploeg 和 Scavia 资 源 选 择 指 数 的 基 础 上 进 行 卡 方 检 验, 以 分 析 白 鹤 对 觅 食 生 境 不 同 生 态 因 子 选 择 的 强 度 结 果 表 明, 虽 然 白 鹤 对 各 种 人 类 干 扰 源 均 表 现 回 避, 但 对 立 地 尺 度 干 扰 源 ( 距 离 三 级 道 路 距 离 : К 2 =18.083, df=4, Sig=0.001 ; 距 居 民 点 距 离 : К 2 =79.968, df=4, Sig=0.000 ; 距 农 田 距 离 : К 2 =46.204,df=4,Sig=0.000) 的 选 择 强 度 明 显 高 于 宏 观 尺 度 干 扰 源 ( 距 一 级 路 距 离 :К 2 =8.920,df=3, Sig=0.030 ; 距 二 级 路 距 离 :К 2 =8.578, df=3, Sig=0.035) 一 级 道 路 及 二 级 道 路 产 生 的 干 扰 强 度 强 于 三 级 道 路, 但 受 尺 度 影 响, 白 鹤 对 距 三 级 道 路 距 离 反 而 表 现 更 强 的 选 择 性 白 鹤 对 于 食 物 因 子 ( 扁 杆 藨 草 密 度 : К 2 =30.267,df=3,Sig=0.000; 藨 草 密 度 :К 2 =40.262, df=4,sig=0.000) 虽 然 表 现 较 强 选 择 性, 但 选 择 强 度 不 及 水 深 (К 2 =88.220,df=4,Sig=0.000) 和 距 居 民 点 距 离 (К 2 =79.968,df=4,Sig=0.000), 符 合 资 源 防 护 原 则 (asset-protection principle)(clark,1994; Olsson et al,2002), 即 当 食 物 由 于 高 丰 富 度 而 产 生 较 小 的 价 值 时, 采 食 者 的 注 意 力 将 从 取 食 转 向 减 少 风 险 在 进 行 觅 食 行 为 观 察 时 发 现, 白 鹤 主 要 取 食 藨 草 及 扁 杆 藨 草 的 球 茎, 藨 草 根 部 的 球 茎 比 扁 杆 藨 草 更 柔 软, 淀 粉 含 量 也 更 高, 但 并 非 所 有 的 藨 草 均 长 有 球 茎, 在 调 查 过 程 中 出 现 的 频 率 很 低, 远 不 能 满 足 迁 徙 期 大 量 白 鹤 取 食 的 需 要 据 此 可 以 推 断, 白 鹤 在 迁 徙 季 节 主 要 以 扁 杆 藨 草 的 球 茎 作 为 食 物 在 研 究 区 内, 扁 杆 藨 草 丰 富 度 较 高, 白 鹤 的 注 意 力 转 向 远 离 人 为 干 扰 水 深 较 深 且 人 与 牲 畜 难 以 进 入 的 环 境 白 鹤 对 植 被 密 度 的 选 择 强 度 (К 2 =53.659, df=3,sig=0.000) 也 高 于 食 物 因 子 根 据 资 源 选 择 指 数, 白 鹤 偏 好 植 被 密 度 较 小 且 扁 杆 藨 草 密 度 偏 低 的 生 境 因 为 白 鹤 主 要 以 掘 食 方 式 进 食, 过 高 的 植 被 密 度 会 增 加 能 量 消 耗, 根 据 最 优 采 食 理 论 (Pulliam,1976), 选 择 植 被 密 度 较 低 的 生 境 虽 然 降 低 了 食 物 丰 富 度, 但 节 省 了 采 食 时 的 能 量 消 耗, 可 以 使 单 位 时 间 内 的 能 量 收 入 最 大 化 根 据 资 源 选 择 指 数, 白 鹤 偏 好 水 深 较 深 (40~60 cm) 的 生 境, 这 与 Jiang et al (2007) 在 图 牧 吉 的 研 究 结 果 类 似, 但 与 以 往 研 究 相 比 水 位 更 深 (He et al, 2002;Jiang et al,2007;wang et al,2009) 水 文 对 于 湿 地 鸟 类 的 影 响 可 以 是 直 接 或 间 接 的 (Osiejuk et al,1999) 例 如, 水 位 会 对 湿 地 空 间 结 构 植 被 类 型 食 物 的 可 得 性 以 及 栖 息 地 的 微 生 境 产 生 影 响 (Sanders,1999) 白 鹤 偏 好 水 深 较 深 的 环 境 主 要 有 三 方 面 原 因 : 人 与 家 畜 难 以 进 入 较 深 的 水 深 区 域, 干 扰 强 度 小 ; 深 水 区 土 壤 浸 泡 得 更 松 软, 白 鹤 在 取 食 植 物 根 茎 时 能 量 消 耗 更 小 ; 深 水 区 域 有 利 于 形 成 植 物 密 度 较 低 的 环 境, 而 这 样 的 环 境 同 样 也 是 白 鹤 偏 好 的 另 外, 研 究 发 现 集 群 白 鹤 觅 食 地 的 水 深 较 家 庭 群 及 零 散 个 体 觅 食 地 更 深, 这 与 He et al (2002) 的 研 究 结 果 相 同 2008 2009 年, 莫 莫 格 秋 季 白 鹤 集 群 数 量 远 多 于 以 往 研 究 中 的 数 量, 选 择 水 深 更 深 的 生 境 也 是 集 群 白 鹤 回 避 采 食 风 险 的 一 种 策 略 实 际 上, 扁 杆 藨 草 生 长 期 的 最 佳 水 深 为 20~30 cm, 当 水 深 >30 cm 时, 其 密 度 开 始 降 低 ; 在 水 深 >40 cm 的 区 域, 则 完 全 消 失 由 于 稻 田 泄 水 时 间 是 9 月 末, 植 物 生 长 已 经 结 束, 受 泄 水 影 响, 形 成 白 鹤 偏 好 植 被 特 点 的 生 境 水 深 增 加 由 于 动 物 对 生 境 的 选 择 通 常 受 食 物 隐 蔽 性 和 水 源 条 件 等 多 种 因 素 的 制 约, 因 此, 资 源 选 择 函 数 通 常 表 现 为 一 个 包 括 多 个 独 立 生 境 变 量 的 线 性 对 数 模 型 (Han et al,2004) 多 元 回 归 模 型 对 于 样 本 量 和 样 本 独 立 性 都 有 很 高 的 要 求 (Zhang & Yan, 2004), 研 究 中 常 见 的 处 理 方 法 是 对 生 境 因 子 进 行 相 关 性 分 析, 对 相 关 性 较 大 的 因 子 进 行 筛 选 以 消 除 共 线 性 (Han et al,2004;li et al,2008;liu et al, 2009) 在 进 行 因 子 筛 选 时, 不 仅 要 考 虑 统 计 学 意 义, 还 要 兼 顾 生 物 学 意 义 (McGrath et al,2003;jia et al,2005), 这 就 对 研 究 者 的 经 验 和 判 断 能 力 提 出 了 一 定 的 要 求, 特 别 是 当 有 显 著 生 态 学 意 义 的 因 子 相 关 性 较 高 时 (Li et al,2001), 因 子 的 取 舍 变 得 更 加 困 难 应 用 主 成 分 分 析 不 仅 可 以 压 缩 变 量, 提 高 回 归 模 型 的 准 确 度 (Zhang & Yan,2004), 并 且 回 避 了 因 子 筛 选 问 题 从 选 择 系 数 来 看, 对 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 影 响 较 大 的 因 子 包 括 水 深 (0.920) 与 一 级 及 三 级 道 路 间 距 离 (0.565,0.519) 植 被 密 度 ( 0.455) 盖 度 ( 0.618) 高 度 ( 0.548) 以 及 藨 草 密 度 ( 0.404) 等 根 据 卡 方 检 验 结 果, 除 与 一 级 道 路 及 三 级 道 路
172 动 物 学 研 究 34 卷 距 离 外, 白 鹤 对 于 以 上 因 子 的 选 择 强 度 也 是 11 个 因 子 中 较 强 的 虽 然 白 鹤 对 与 居 民 点 (К 2 =79.968, df=4) 及 农 田 距 离 的 选 择 强 度 (К 2 =46.204,df=4) 高 于 与 道 路 间 的 距 离, 但 对 前 两 个 因 子 的 选 择 只 是 偏 好 其 中 某 一 等 级 的 资 源 ( 如 距 农 田 >1 000 m), 对 于 其 他 等 级 资 源 的 选 择 并 未 呈 现 明 显 的 相 关 关 系 由 于 同 样 原 因, 白 鹤 对 于 扁 杆 藨 草 密 度 的 选 择 强 度 也 较 大 (К 2 =30.267,df=3), 但 这 种 选 择 仅 限 于 中 低 密 度 范 围, 因 此, 扁 杆 藨 草 密 度 在 回 归 方 程 中 的 选 择 系 数 并 不 高 ( 0.227) 与 一 级 及 二 级 道 路 间 距 离 的 回 归 系 数 较 高 可 能 是 两 个 因 子 与 水 深 间 的 相 关 性 所 致 由 于 一 般 修 建 道 路 的 地 势 较 高, 离 道 路 越 远, 水 深 往 往 越 深, 这 两 个 因 子 较 高 的 回 归 系 数 并 不 能 说 明 与 道 路 间 距 离 是 影 响 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 的 主 要 因 素 在 回 归 方 程 中, 与 道 路 农 田 和 居 民 点 间 的 距 离 以 及 水 深 与 白 鹤 觅 食 生 境 选 择 概 率 正 相 关, 而 植 被 密 度 高 度 盖 度 以 及 植 物 性 食 物 的 密 度 与 选 择 概 率 负 相 关, 这 表 明 白 鹤 偏 好 距 离 干 扰 源 较 远 水 深 较 深 植 被 密 度 较 低 且 食 物 丰 富 度 适 中 的 觅 食 生 境, 这 一 结 果 与 资 源 选 择 系 数 得 到 的 结 论 一 致 致 谢 : 感 谢 莫 莫 格 保 护 区 管 理 局 对 野 外 工 作 的 大 力 支 持, 感 谢 吉 林 省 测 绘 研 究 院 孙 永 君 先 生 在 地 理 信 息 系 统 使 用 及 空 间 数 据 处 理 过 程 中 提 供 的 无 私 协 助 参 考 文 献 : Aebiseher NJ, Robertson PA, Kenward RE. 1993. Compositional analysis of habitat use from animal radio-tracking data. Ecology, 74(5): 1313-1325. Boyce MS, McDonald LL. 1999. Relating populations to habitats using resource selection functions. Trends in Ecology and Evolution, 14(7): 268-272. Boyce MS, Vernier PR, Nielsen SE, Schmiegelow FK. 2002. Evaluation resource selection functions. Ecological Modeling, 157(2-3): 281-300. Bryan FJM, McDonald L, Thomas DL. 1993. Resource Selection by Animals Statistical Design and Analysis for Field Studies. London: Chapman and Hall Press. Clark CW. 1994. Antipredator behavior and the asset-protection principle. Behavioral Ecology, 5(2): 159-170. Hails Y, Nicholls AO, Hanski IK, Raivio S, Haila SR. 1996. Stochasticity in bird habitat selection: year- to-year changes in territory in a boreal forest birds assemblage. Oikos, 76(3): 536-552. Han ZX, Wei FW, Zhang ZJ, Li M, Zhang BW, Hu JC. 2004. Habitat selection by red pandas in Fengtongzhai Natural Reserve. Acta Theriologica Sinica, 24(3): 185-192. [ 韩 宗 先, 魏 辅 文, 张 泽 钧, 李 明, 张 保 卫, 胡 锦 矗. 2004. 蜂 桶 寨 自 然 保 护 区 小 熊 猫 对 生 境 的 选 择. 兽 类 学 报, 24(3): 185-192.] He CG, Song YJ, Lang HQ, Li HK, Sun XW. 2002. Migratory dynamics of Siberian crane and environmental conditions at its stop-over site. Biodiversity Science, 10(3): 286-290. [ 何 春 光, 宋 榆 钧, 郎 惠 卿, 李 鸿 凯, 孙 孝 维. 2002. 白 鹤 迁 徙 动 态 及 其 停 歇 地 环 境 条 件 研 究. 生 物 多 样 性, 10(3): 286-290.] Jia F, Wang H, Zheng GM. 2005. Habitat selection and spatial distribution of white eared-pheasant (Crossoptilon crossoptilon) during early breeding period. Acta Zoologica Sinica, 51(3): 383-392. [ 贾 非, 王 楠, 郑 光 美. 2005. 白 马 鸡 繁 殖 早 期 栖 息 地 选 择 和 空 间 分 布. 动 物 学 报, 51(3): 383-392.] Jiang WJ, Li MS, Du Y. 2007. Foraging habitat of Grus leucogeranus in spring in Tumuji Natural Reserve, Inner Mongolia. Jilin Forestry Science and Technology, 36(3): 28-31, 35. [ 姜 维 军, 李 梦 莎, 杜 宇. 2007. 内 蒙 古 图 牧 吉 春 季 白 鹤 觅 食 地 生 境 初 步 研 究. 吉 林 林 业 科 技, 36(3): 28-31, 35.] Jones J. 2001. Habitat selection studies in avian ecology: A critical review. Auk, 118(2): 557-562. Kanai Y, Ueta M, Germogenov N, Nagendran M, Mita N, Higuchi H. 2002. Migration routes and important resting areas of Siberian cranes (Grus leucogeranus) between northeastern Siberia and China as revealed by satellite tracking. Biological Conservation, 106(3): 339-346. Li HQ, Lian ZM, Chen CG. 2008a. Using resource selection functions to study the roost-site selection by brown-eared pheasant in winter. Sichuan Journal of Zoology, 27(6): 1082-1085. [ 李 宏 群, 廉 振 民, 陈 存 根. 2008a. 应 用 资 源 选 择 函 数 对 褐 马 鸡 冬 季 夜 栖 地 选 择 的 研 究. 四 川 动 物, 27(6): 1082-1085.] Li XH, Ma ZJ, Li DM, Ding CQ, Zhai TB, Lu BZ. 2001. Using resource selection functions to study nest site selection of Crested Ibis. Biodiversity Science, 9(4): 352-358. [ 李 欣 海, 马 志 军, 李 典 谟, 丁 长 青, 翟 天 庆, 路 宝 忠. 2001. 应 用 资 源 选 择 函 数 研 究 朱 鹮 的 巢 址 选 择. 生 物 多 样 性, 9(4): 352-358.] Li YK, Zhang MH, Jiang ZG. 2008b. Habitat selection by wapiti (Cervus elaphus xanthopygus) in the Wandashan Mountains based on habitat availability. Acta Ecologica Sinica, 28(10): 4619-4628. [ 李 言 阔, 张 明 海, 蒋 志 刚. 2008b. 基 于 生 境 可 获 得 性 的 完 达 山 地 区 马 鹿 (Cervus elaphus xanthopygus) 冬 季 生 境 选 择. 生 态 学 报, 28(10): 4619-4628.] Liu ZS, Zhang MM, Li ZG, Ding CQ, Zhai TB, Lu BZ. 2009. Feeding and bedding habitat selection by red deer (Cervus elaphus alxaicus) during winter in the Helan Mountains, China. Theriologica Sinica, 29(2): 133-141. [ 刘 振 生, 张 明 明, 李 志 刚, 胡 天 华, 翟 昊. 2009. 贺 兰 山 马 鹿 冬 季 取 食 和 卧 息 生 境 选 择. 兽 类 学 报, 29(2): 133-141.] McGrath MT, DeStefand S, Riggs RA. 2003. Spatially explicit influences on northern goshawk nesting habitat in the interior Pacific Northwest. Wildlife Monographs, (154): 1-63. Olsson O, Brown JS, Smith HG. 2002. Long and short-term state-dependent foraging under predation risk: all indication of habitat quality. Animal Behaviour, 63(5): 981-989. Osiejuk TS, Kuczynski L, Jermaczek A, Tryjanowski P. 1999. The effect of
3 期 孔 维 尧 等 : 莫 莫 格 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 迁 徙 停 歇 期 觅 食 生 境 选 择 173 water conditions on breeding communities of pastures, meadows and shrub habitats in the Slonsk reserve, NW Poland. Biologia, 54(2): 207-214. Pulliam HR. 1976. The principal of optimal behavior and theory of communities. In: Klopfer PH, Bateson PG. Perspective in Ecology. New York: Plenun Press, 311-332. Sanders MD. 1999. Effect of changes in water level on numbers of black stilts (Himantopus novaezelandiae) using deltas of Lake Benmore. New Zealand Journal of Zoology, 26(2): 155-163. Shen DJ, Zheng HX, Wang Y, Ge L, Zheng GW, Huang YC, Li KJ, Tang L. 2009. Winter habitats of dwarf blue sheep (Pseudois schaeferi) and goral (Naemorhedus goral) in Batang County, Sichuan, China. Acta Ecologica Sinica, 29(5): 2320-2330. [ 申 定 健, 郑 合 勋, 王 淯, 格 来, 曾 国 伟, 黄 艺 川, 李 开 俊, 唐 伦. 2009. 四 川 省 巴 塘 县 矮 岩 羊 与 斑 羚 冬 季 生 境 比 较. 生 态 学 报, 29(5): 2320-2330.] Vanderploeg HA, Scavia D. 1979. Calculation and use of selectivity coefficients of feeding: zooplankton grazing. Ecological Modeling, 7(2): 135-149. Wang L, Zou HF, Li XM, Wu QM. 2009. Foraging habitat of Siberian Crane (Grus leucogeranus) in autumn in Tumuji nature reserve in Inner Mongolia. Chinese Journal of Wildlife, 30(1): 20-22. [ 王 磊, 邹 红 菲, 李 晓 民, 吴 庆 明. 2009. 图 牧 吉 自 然 保 护 区 白 鹤 秋 季 觅 食 地 生 境 初 步 研 究. 野 生 动 物, 30(1): 20-22.] Wei FW, Feng ZJ, Wang ZW. 1998. Review of the research of habitat selection in wildlife. Chinese Journal of Zoology, 33(4): 48-52. [ 魏 辅 文, 冯 祚 建, 王 祖 望. 1998. 野 生 动 物 对 生 境 选 择 的 研 究 概 况. 动 物 学 杂 志, 33(4): 48-52.] Yang CH, Zhang HM, Zhou XP, Wang YP, Wang XM. 2006. Review of habitat selection in the Giant Panda (Ailuropoda melanoleuca). Acta Ecologica Sinica, 26(10): 3442-3453. [ 杨 春 花, 张 和 民, 周 小 平, 王 鹏 彦, 王 小 明. 2006. 大 熊 猫 (Ailuropoda melanoleuca) 生 境 选 择 研 究 进 展. 生 态 学 报, 26(10): 3442-3453.] Zhang WT, Yan J. 2004. Basic Statistical Analysis Tutorial for SPSS. Beijing: Higher Education Press. [ 张 文 彤, 阎 洁. 2004. SPSS 统 计 分 析 基 础 教 程. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社.]
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 174 181 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0174 冬 季 森 林 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 分 析 * 赵 东 东, 吴 映 环, 陆 舟, 蒋 光 伟, 周 放 广 西 大 学 动 物 科 学 技 术 学 院, 广 西 南 宁 530005 摘 要 : 林 窗 主 要 指 由 森 林 中 老 龄 树 死 亡 或 其 他 偶 然 因 素 导 致 的 成 熟 阶 段 优 势 树 种 死 亡, 从 而 造 成 在 林 冠 层 形 成 空 隙 的 现 象 2011 年 11 月 2012 年 2 月, 于 广 西 防 城 金 花 茶 国 家 级 自 然 保 护 区, 采 用 定 点 观 察 法, 就 北 热 带 季 雨 林 冬 季 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 特 征 及 鸟 类 在 林 窗 和 非 林 窗 的 分 布 特 征 等 进 行 了 研 究 在 林 窗 记 录 到 鸟 类 45 种, 占 所 有 鸟 类 的 84.9%, 平 均 种 数 为 9.6 种 ; 在 非 林 窗 记 录 到 鸟 类 39 种, 占 所 有 鸟 类 的 73.6%, 平 均 种 数 为 5.3 种 多 元 回 归 表 明 林 窗 面 积 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 林 窗 外 10 m 乔 木 数 量 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 和 裸 地 比 例 是 林 窗 影 响 鸟 类 多 样 性 的 关 键 因 子 总 体 上, 林 窗 鸟 类 多 样 性 大 于 非 林 窗 另 外, 林 窗 对 鸟 类 空 间 分 布 影 响 主 要 表 现 在 : 鸟 类 的 垂 直 分 布 以 林 窗 中 层 和 林 冠 层 为 主, 水 平 分 布 以 近 离 和 较 近 离 为 主, 而 这 种 空 间 分 布 格 局 主 要 是 由 鸟 类 取 食 生 态 位 分 化 所 造 成 关 键 词 : 林 窗 ; 鸟 类 多 样 性 ; 空 间 分 布 ; 食 性 分 布 ; 森 林 中 图 分 类 号 :Q958.12 + 2.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0174-08 Response of forest bird communities to forest gap in winter in southwestern China Dong-Dong ZHAO, Ying-Huan WU, Zhou LU, Guang-Wei JIANG, Fang ZHOU * College of Animal Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530005, China Abstract: Although forest gap ecology is an important field of study, research remains limited. By plot setting and point counted observation, the response of birds to forest gaps in winter as well as bird distribution patterns in forest gaps and intact canopies were studied in a north tropical monsoon forest of southwestern China from November 2011 to February 2012 in the Fangcheng Golden Camellia National Nature Reserve, Guangxi. The regression equation of bird species diversity to habitat factor was Y 1 =0.611+0.002 X 13 +0.043 X 2 +0.002 X 5 0.003 X 8 +0.006 X 10 +0.008 X 1 and the regression equation of bird species dominance index to habitat factor was Y 3 =0.533+0.001 X 13 +0.019 X 2 +0.002 X 3 0.017 X 4 +0.002 X 1. There were 45 bird species (2 orders and 13 families) recorded in the forest gap, accounting for 84.9% of all birds (n=45), with an average of 9.6 species (range: 2 22). Thirty-nine bird species (5 orders and 14 families) were recorded in non-gap areas, accounting for 73.6% of all birds (n=39), with an average of 5.3 species (range: 1 12). These results suggested that gap size, arbor average height (10 m from gap margin), arbor quantity (10 m from gap margin), shrub quantity (10 m from gap margin), herbal average coverage (1 m from gap margin) and bare land ratio were the key forest gap factors that influenced bird diversities. On the whole, bird diversity in the forest gap was greater than in the intact canopy. Spatial distributions in the forest gaps were also observed in the bird community. Most birds foraged in the middle and canopy layers in the vertical stratification. In addition, nearly from and close from contained more birds in relation to horizontal stratification. Feeding niche differentiation was suggested as the main reason for these distribution patterns. Keywords: Forest gap; Bird diversity; Spatial distribution; Trophic distribution; Forest 自 英 国 生 态 学 家 Watt (1947) 首 次 提 出 林 窗 (forest gap) 概 念 以 来, 林 窗 在 森 林 动 态 及 更 新 中 的 生 态 作 用 逐 步 受 到 人 们 的 重 视 (Yang et al, 2000) 之 后, 一 些 学 者 补 充 和 完 善 了 林 窗 的 概 念 (Connell, 1989; Runkle, 1982, 1989; Spies & Franklin, 1989) 美 国 森 林 生 态 学 家 Runkle (1981) 对 林 窗 的 概 念 进 行 收 稿 日 期 :2012-12-24; 接 受 日 期 :2013-02-20 基 金 项 目 : 广 西 自 然 科 学 基 金 北 部 湾 重 大 专 项 (2010GXNSFE013004, 2011GXNSFE018001) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: zhoufang@gxu.edu.cn 第 一 作 者 简 介 : 赵 东 东, 男, 硕 士 研 究 生 ; 研 究 方 向 : 动 物 生 态 学 ;E-mail: zhaodongdong213@163.com
3 期 赵 东 东 等 : 冬 季 森 林 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 分 析 175 了 扩 充, 将 其 定 义 为 冠 林 窗 (canopy gap, 指 直 接 处 于 林 冠 空 窗 下 的 土 地 面 积 ) 和 扩 展 林 窗 (expanded gap, 指 由 冠 空 窗 周 围 的 树 木 所 围 成 的 土 地 面 积, 包 括 实 际 林 窗 和 其 边 缘 到 周 围 树 木 干 基 部 所 围 的 面 积 两 部 分 ) 几 十 年 来, 林 窗 动 态 和 林 窗 对 生 物 多 样 性 的 影 响 逐 渐 成 为 热 带 生 态 学 研 究 的 重 点 (Patrick et al, 2012),20 世 纪 80 年 代, 林 窗 成 为 生 态 领 域 和 林 学 领 域 研 究 的 热 点 (Xian et al, 2007) 不 少 研 究 表 明 林 窗 边 缘 会 产 生 边 缘 效 应, 林 窗 对 森 林 物 种 多 样 性 以 及 群 落 结 构 动 态 和 多 样 性 的 维 持 和 更 新 意 义 重 大 (Hong et al, 2000;Zang et al, 1998) 国 外 有 不 少 关 于 鸟 类 对 林 窗 的 反 应 和 鸟 类 在 林 窗 与 非 林 窗 分 布 特 征 的 研 究 (Champlin et al, 2009; Noss, 1991; Schemske & Brokaw, 1981; Willson et al, 1982; Wunderle et al, 1987), 而 国 内 尚 未 有 相 关 报 道 广 西 防 城 金 花 茶 国 家 级 自 然 保 护 区 地 处 中 越 边 境 东 端, 生 物 多 样 性 极 其 丰 富, 研 究 森 林 林 窗 和 鸟 类 多 样 性 之 间 的 关 系 对 于 维 持 当 地 物 种 多 样 性 有 着 积 极 的 意 义 以 往 的 研 究 多 集 中 于 鸟 类 在 林 窗 与 非 林 窗 呈 现 的 分 布 格 局, 而 对 林 窗 鸟 类 的 食 性 涉 及 较 少 自 1997 年 以 来, 我 们 就 已 在 金 花 茶 保 护 区 开 展 森 林 鸟 类 生 态 学 的 调 查, 并 于 2011 年 11 月 2012 年 2 月, 就 北 热 带 季 雨 林 冬 季 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 特 征 和 鸟 类 在 林 窗 和 非 林 窗 的 分 布 特 征 等 进 行 了 研 究, 旨 在 从 食 性 方 面 来 描 述 鸟 类 在 林 窗 和 非 林 窗 呈 现 的 分 布 格 局, 以 期 为 今 后 林 窗 理 论 发 展 和 生 物 多 样 性 保 护 提 供 参 考 依 据 1 材 料 和 方 法 1.1 研 究 地 点 广 西 防 城 金 花 茶 国 家 级 自 然 保 护 区 位 于 广 西 壮 族 自 治 区 防 城 港 市 防 城 区 境 内, 位 于 中 越 边 境 东 端 (E108 02 33 ~108 12 52, N21 43 34 ~ 21 49 39 ), 地 处 十 万 大 山 的 兰 山 支 脉, 面 积 9 156 km 2 属 热 带 季 风 气 候, 海 洋 风 盛 行, 年 日 照 时 数 为 1 525 h, 年 平 均 气 温 21.9, 年 均 降 雨 量 >2 900 mm 保 护 区 内 以 低 山 山 地 为 主, 地 势 起 伏 明 显, 沟 壑 纵 横 交 错, 森 林 覆 盖 率 达 到 88.6% 保 护 区 主 要 保 护 对 象 为 珍 稀 濒 危 金 花 茶 组 植 物 及 其 北 热 带 森 林 生 态 系 统, 地 带 性 植 被 为 热 带 季 雨 林 区 内 分 布 有 金 花 茶 的 3 个 种 和 1 个 变 种, 共 35 万 多 株, 是 金 花 茶 的 分 布 中 心, 群 落 生 态 系 统 保 存 完 整, 为 世 界 罕 见 分 布 有 桫 椤 (Alsophila spinulosa) 等 14 种 国 家 重 点 保 护 植 物, 另 有 白 鹇 (Lophura nycthemera) 原 鸡 (Gallus gallus) 和 仙 八 色 鸫 (Pitta nympha) 等 22 种 国 家 重 点 保 护 野 生 动 物 1.2 研 究 方 法 1.2.1 林 窗 的 选 择 在 广 西 防 城 金 花 茶 国 家 级 自 然 保 护 区 热 带 季 雨 林, 寻 找 距 离 森 林 边 缘 50 m ( 减 弱 边 缘 效 应 ) 的 所 有 林 窗 Lawton & Putz(1988) Tyrrell & Crow (1994) 认 为 林 窗 的 范 围 应 确 定 为 4~1 000 m 2,<4 m 2 的 间 隙 很 难 与 林 中 的 枝 叶 间 隙 区 分 开 来, 而 > 1000 m 2 的 范 围 则 一 般 被 当 作 林 中 空 地 来 处 理, 因 此, 我 们 调 查 时 排 除 <4 m 2 和 >1 000 m 2 的 样 本, 对 每 个 适 用 林 窗 分 别 编 号 (1 2 3,n=41), 并 记 录 其 海 拔 经 纬 度 ( 采 用 Garmin-eTrex-GPS 接 收 机 ) 行 进 轨 迹 ( 采 用 HOLUX 轨 迹 仪 ) 坡 向 和 坡 度 ( 采 用 罗 盘 记 录 ) 等 在 距 每 个 林 窗 30 m 的 树 林 选 取 一 个 与 该 林 窗 面 积 坡 向 坡 度 及 海 拔 相 同 的 对 照 样 方 对 照 组 (n=41) 之 间 间 隔 30 m, 另 外 每 个 对 照 组 距 离 林 缘 也 50 m, 以 减 轻 边 缘 效 应 的 影 响 1.2.2 生 境 变 量 鸟 类 对 不 同 特 点 的 生 境 外 貌 轮 廓 会 作 出 不 同 的 反 应, 其 组 成 主 要 由 植 被 结 构 所 决 定 (Hinsley, 2000), 这 就 导 致 鸟 类 在 森 林 中 会 呈 现 一 定 的 分 布 格 局 之 前 一 些 研 究 (Schemske & Brokaw, 1981; Wunderle et al, 2005, 2006) 采 用 林 窗 不 同 高 度 枝 叶 的 覆 盖 率 作 为 衡 量 指 标, 而 这 里, 我 们 选 取 了 更 多 的 生 境 变 量 来 衡 量 鸟 类 对 林 窗 和 非 林 窗 生 境 特 征 差 异 的 反 应 变 化 2011 年 11 月 2012 年 2 月, 记 录 各 林 窗 的 裸 地 比 例 (X 1 ), 林 窗 外 10 m 乔 木 的 平 均 高 度 (X 2 ) 平 均 盖 度 (X 3 ) 平 均 胸 径 (X 4 ) 数 量 (X 5 ), 林 窗 外 10 m 灌 木 的 平 均 高 度 (X 6 ) 平 均 盖 度 (X 7 ) 数 量 (X 8 ) 以 及 林 窗 外 1 m 草 本 的 平 均 高 度 (X 9 ) 平 均 盖 度 (X 10 ) 数 量 (X 11 ) 等 共 11 个 生 境 因 子 并 测 量 各 林 窗 的 长 轴 和 短 轴, 长 轴 / 短 轴 为 X 12, 林 窗 面 积 为 X 13 同 时 记 录 非 林 窗 (non-gap) 的 相 应 数 据 为 了 探 究 鸟 类 在 林 窗 内 的 垂 直 分 层, 我 们 将 林 窗 平 均 分 为 地 表 层 林 窗 下 层 ( 树 木 盘 根 和 灌 木 丛 ) 林 窗 中 层 ( 灌 木 丛 顶 部 到 树 冠 下 部 ) 和 林 冠 层 4 个 层 面 (Wunderle et al, 2005, 2006)
176 动 物 学 研 究 34 卷 1.2.3 鸟 类 一 些 鸟 类 对 林 窗 反 应 的 相 关 研 究 (Champlin et al, 2009; Levey, 1988; Wunderle et al, 2005, 2006; Schemske & Brokaw, 1981) 运 用 雾 网 捕 获 来 获 取 数 据, 但 鉴 于 雾 网 不 具 备 取 样 的 随 意 性 (Karr, 1981), 其 结 果 只 能 说 明 不 同 时 间 段 的 捕 获 率, 而 不 能 说 明 鸟 类 在 空 间 上 对 林 窗 的 反 映 情 况, 且 由 于 其 高 度 (2~4 m) 限 制, 很 难 捕 获 上 层 鸟 类, 伸 展 区 域 小 因 此, 本 研 究 采 用 定 点 观 察 法, 在 每 个 林 窗 中 心 和 对 照 样 方 中 心 各 停 留 20 min, 用 8 42 双 筒 望 远 镜 (SICONG) 观 察 ( 包 括 根 据 听 到 的 鸣 声 所 作 出 的 判 断 ) 并 记 录 林 窗 和 距 林 窗 边 缘 25 m 范 围 内 鸟 类 的 种 类 和 数 量 其 中, 若 鸟 类 个 体 距 观 察 者 >25 m 或 个 体 从 林 窗 上 空 飞 过 及 在 高 空 翱 翔 则 不 予 记 录 另 参 考 Wardell-Johnson & Williams (2000) 对 样 点 法 的 运 用, 当 某 种 鸟 类 首 次 在 该 林 窗 观 察 到, 我 们 记 录 该 鸟 与 林 窗 中 轴 的 相 对 距 离 ( 即 林 窗 内 近 离 林 窗 ( 林 窗 外 0~9 m) 较 近 离 林 窗 ( 林 窗 外 9~18 m) 和 远 离 林 窗 ( 林 窗 外 18~25 m)) 及 其 活 动 高 度 ( 地 表 层 林 窗 下 层 林 窗 中 层 和 林 冠 层 ) 每 个 林 窗 观 察 多 次 (n=15), 取 多 次 观 察 数 据 的 平 均 值 作 为 该 林 窗 的 鸟 类 数 据 根 据 鸟 类 的 主 要 食 性, 依 据 我 们 对 广 西 南 部 地 区 ( 包 括 金 花 茶 保 护 区 ) 鸟 类 的 长 期 研 究, 参 考 广 西 大 学 动 物 标 本 馆 和 广 西 科 学 院 动 物 标 本 馆 对 有 关 鸟 类 的 冬 季 食 性 记 录, 以 及 对 中 国 北 热 带 地 区 鸟 类 文 献 的 有 关 研 究 (Yang et al, 1995; Yang et al, 2004; Zhou, 1987; Zhou, 1988) 将 鸟 类 划 分 为 食 虫 食 果 和 食 花 蜜 集 团 调 查 选 在 晴 朗 风 力 较 小 (< 三 级 ) 的 6:30 10:00 和 16:00 18:30 进 行 为 保 证 同 步 性, 调 查 人 员 分 为 两 组, 同 时 分 别 记 录 林 窗 及 非 林 窗 数 据, 并 在 之 后 的 同 组 调 查 中 对 换 调 查 人 员, 以 减 小 个 人 差 异 带 来 的 误 差 1.2.4 数 据 处 理 由 于 目 前 林 窗 的 概 念 仍 以 冠 林 窗 概 念 应 用 居 多 (Liu et al,2003), 并 且 冠 林 窗 更 能 准 确 反 映 其 对 林 隙 内 微 生 境 及 更 新 的 影 响 (Song et al, 2008), 故 测 量 各 林 窗 面 积 时 以 冠 林 窗 面 积 表 示 林 窗 面 积 其 中 : (1) 由 于 所 调 查 林 窗 多 呈 椭 圆 形, 因 此 采 用 椭 圆 面 积 计 算 公 式 计 算 林 窗 面 积 (Zang et al, 2004) A= πlw/4 其 中 :A 为 林 窗 面 积 (m 2 ),L 为 林 窗 长 轴 (m),w 为 林 窗 短 轴 (m) (2) 采 用 Shannon-Wiener 多 样 性 指 数 来 测 度 每 个 林 窗 的 鸟 类 多 样 性 : H = s i= 1 P ln P 其 中 :H 为 物 种 多 样 性 指 数,S 为 总 的 物 种 数, P i 为 第 i 物 种 个 体 数 与 所 有 物 种 个 体 数 总 数 的 比 值 (3) Pielou 指 数 测 度 均 匀 度 : J= H / H max 其 中 : H max 即 lns (4) 优 势 度 指 数 C 采 用 公 式 : C= 1 s i= 1 (5) 采 用 Jaccard 相 似 性 系 数 S=c/(a+b c) 衡 量 对 照 组 之 间 的 相 似 性 其 中,a 为 生 境 A 中 的 鸟 类 种 数 ;b 为 生 境 B 中 的 鸟 类 种 数 ;c 为 2 种 生 境 中 共 有 的 鸟 类 种 数 根 据 相 似 性 系 数 原 理, C j =0.00~ 0.25, 为 极 不 相 似 ; C j =0.25~0.50, 为 中 等 不 相 似 ; C j =0.50~0.75, 为 中 等 相 似 ; C j =0.75~1.00, 为 极 相 似 (Zhang et al, 2008; Zou et al, 2009) 设 定 鸟 类 Shannon-Wiener 多 样 性 指 数 为 Y 1, Pielou 均 匀 度 指 数 为 Y 2, 优 势 度 指 数 C 为 Y 3 对 于 林 窗 生 境 参 数, 采 用 多 独 立 样 本 的 Jonckheere- Terpstra test 来 检 验 这 13 种 数 值 型 生 态 因 子 的 差 异 性 根 据 多 元 线 性 回 归 可 从 若 干 自 变 量 组 合 中 预 测 因 变 量, 并 可 确 定 对 因 变 量 有 重 要 影 响 的 主 要 因 子 (Wang et al, 2003) 对 这 13 个 数 值 型 生 态 因 子 进 行 多 元 线 性 回 归 分 析, 采 用 向 后 筛 选 策 略 模 型, 以 确 定 影 响 林 窗 鸟 类 多 样 性 的 关 键 因 子 以 上 数 据 处 理 均 采 用 SPSS17.0 统 计 软 件 分 析 包 2 结 果 2.1 生 境 变 量 对 于 林 窗 生 境 参 数, 多 独 立 样 本 的 Jonckheere- Terpstra test 检 验 表 明, 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 (p= 0.000<0.01) 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 (p=0.002< 0.01) 及 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 盖 度 差 异 极 显 著 (p=0.008<0.01), 林 窗 面 积 (p=0.088<0.05) 及 林 窗 外 1 m 草 本 数 量 差 异 显 著 (p=0.043<0.05), 长 轴 / 短 轴 裸 地 比 例 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 胸 径 林 窗 外 10 m 乔 木 数 量 林 窗 外 10 m 灌 木 平 均 高 度 林 窗 外 10 m i P 2 i i
3 期 赵 东 东 等 : 冬 季 森 林 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 分 析 177 灌 木 平 均 盖 度 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 高 度 及 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 等 差 异 不 显 著 (p>0.05) 设 定 多 样 性 指 数 Y 1, 均 匀 度 指 数 Y 2, 优 势 度 指 数 Y 3 为 因 变 量, 对 这 13 个 生 态 因 子 行 多 元 线 性 回 归 分 析 ( 表 1, 表 2, 表 3), 采 用 向 后 筛 选 策 略 模 型 向 后 筛 选 策 略 模 型 结 果 表 明, 林 窗 面 积 (X 13 ) 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 (X 2 ) 林 窗 外 10 m 乔 木 数 量 (X 5 ) 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 (X 8 ) 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 (X 10 ) 及 裸 地 比 例 (X 1 ) 等 为 影 响 鸟 类 多 样 性 的 关 键 因 子, 回 归 方 程 为 :Y 1 =0.611+0.002 X 13 +0.043X 2 +0.002X 5 0.003X 8 +0.006 X 10 +0.008 X 1 ; 均 匀 度 指 数 和 生 境 变 量 之 间 不 存 在 线 性 关 系 ; 林 窗 面 积 (X 13 ) 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 (X 2 ) 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 盖 度 (X 3 ) 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 胸 径 (X 4 ) 及 裸 地 比 例 (X 1 ) 等 为 影 响 鸟 类 优 势 度 的 关 键 因 子, 回 归 方 程 为 : Y 3 =0.533+0.001X 13 +0.019X 2 +0.002X 3 0.017X 4 + 0.002X 1 模 式 Model 表 1 Shannon-Wiener 多 样 性 指 数 Y 1 回 归 分 析 结 果 Table 1 Multi-linear regression of Shannon-Wiener index 非 标 准 化 回 归 系 数 Unstandardized coefficients 回 归 系 数 B 标 准 误 Std.Error 标 准 化 回 归 系 数 Standardized coefficients 回 归 系 数 Beta T 统 计 量 显 著 性 水 平 Sig. 共 线 性 统 计 Collinearity Statistics 容 忍 度 Tolerance 常 数 Constant 0.611 0.266 2.301 0.028 膨 胀 因 子 VIF 林 窗 面 积 (X 13 ) 0.002 0.000 0.577 5.465 0.000 0.967 1.035 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 (X 2 ) 0.043 0.021 0.242 2.011 0.052 0.744 1.344 林 窗 外 10 m 乔 木 数 量 (X 5 ) 0.002 0.001 0.224 1.823 0.077 0.714 1.400 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 (X 8 ) 0.003 0.001-0.268-2.206 0.034 0.729 1.371 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 (X 10 ) 0.006 0.002 0.373 3.114 0.004 0.750 1.333 裸 地 比 例 (X 1 ) 0.008 0.003 0.310 2.564 0.015 0.739 1.354 模 式 Model 表 2 Pielou 均 匀 度 指 数 回 归 分 析 结 果 Table 2 Multi-linear regression of Pielou index 非 标 准 化 回 归 系 数 标 准 化 回 归 系 数 Unstandardized coefficients Standardized coefficients 回 归 系 数 B 标 准 误 SE 回 归 系 数 Beta T 统 计 量 显 著 性 水 平 Sig. 共 线 性 统 计 Collinearity Statistics 容 忍 度 膨 胀 因 子 Tolerance VIF 常 数 Constant 0.872 0.037 23.543 0.000 模 式 Model 表 3 优 势 度 指 数 C 回 归 分 析 结 果 Table 3 Multi-linear regression of C index 非 标 准 化 回 归 系 数 Unstandardized coefficients 回 归 系 数 标 准 误 B SE 标 准 化 回 归 系 数 Standardized coefficients Beta T 统 计 量 显 著 性 水 平 Sig. 共 线 性 统 计 Collinearity Statistics 容 忍 度 膨 胀 因 子 Tolerance VIF Constant 0.533 0.061 8.787 0.000 林 窗 面 积 (X 13 ) 0.001 0.000 0.603 5.427 0.000 0.932 1.073 林 窗 外 10m 乔 木 平 均 高 度 (X 2 ) 0.019 0.008 0.485 2.412 0.022 0.284 3.521 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 盖 度 (X 3 ) 0.002 0.001 0.326 2.590 0.014 0.727 1.376 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 胸 径 (X 4 ) 0.017 0.008 0.442 2.064 0.047 0.251 3.989 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 (X 8 ) 0.000 0.000 0.236 1.787 0.083 0.658 1.520 林 窗 外 1 m 草 本 数 量 (X 11 ) 0.000 0.000 0.326 2.684 0.011 0.781 1.281 裸 地 比 例 (X 1 ) 0.002 0.001 0.256 2.206 0.035 0.856 1.168 2.2 鸟 类 群 落 组 成 差 异 对 于 41 个 对 照 组, 我 们 共 观 察 615 次 (n=4 15 次 ), 林 窗 和 非 林 窗 共 记 录 到 鸟 类 53 种 (5 目 17 科 ) 其 中, 在 林 窗 记 录 到 45 种 (2 目 13 科 ), 占 所 有 鸟 类 的 84.9% (n=45), 平 均 种 数 为 9.6 种 (2~22), 在 非 林 窗 记 录 到 39 种 (5 目 14 科 ), 占 所 有 鸟 类 的
178 动 物 学 研 究 34 卷 73.6% (n=39), 平 均 种 数 为 5.3 种 (1~12) 在 林 窗 (t=0.443, p>0.05, df=39) 及 非 林 窗 (t= 0.874>0.05, df=39) 所 记 录 到 的 鸟 类 种 数 差 异 不 显 著, 且 最 常 见 的 均 为 栗 背 短 脚 鹎 (Hypsipetes castanonotus) 和 灰 眶 雀 鹛 (Alcippe morrisonia) ( 遇 见 率 分 别 为 100% 97.56% 及 85.37% 87.80%) 林 窗 和 非 林 窗 的 鸟 类 集 群 特 征 各 异 对 比 每 一 对 照 组, 能 够 得 出 每 组 的 相 似 和 不 同 情 况 记 录 到 的 鸟 类 种 数 仅 在 第 29 号 对 照 组 情 况 不 一 致, 其 林 窗 为 3 种, 非 林 窗 为 4 种 ; 第 2 3 19 23 及 26 号 对 照 组 中, 林 窗 和 非 林 窗 鸟 类 种 数 相 同 ; 其 余 均 为 林 窗 多 于 非 林 窗 但 从 多 样 性 指 数 对 比 可 知, 林 窗 鸟 类 多 样 性 均 大 于 非 林 窗, 其 中 多 样 性 指 数 最 大 的 为 第 7 号 林 窗 (2.7), 共 记 录 到 鸟 类 21 种, 多 样 性 最 低 的 为 第 3 号 林 窗 (0.67), 仅 记 录 到 鸟 类 2 种, 即 栗 背 短 脚 鹎 和 极 北 柳 莺 (Phylloscopus borealis); 多 样 性 最 低 的 非 林 窗 为 37 号 非 林 窗, 仅 记 录 到 灰 眶 雀 鹛 一 种 鸟 类 均 匀 度 和 优 势 度 指 数 比 较 说 明, 林 窗 总 体 大 于 非 林 窗, 但 也 有 例 外, 如 39 号 非 林 窗 均 匀 度 及 29 号 非 林 窗 优 势 度 均 大 于 林 窗 相 似 性 对 比 表 明, 每 个 对 照 组 的 相 似 性 居 于 中 等 水 平 (~0.45), 其 中,8 号 和 15 号 对 照 组 相 似 性 最 高 (0.75),7 号 对 照 组 最 低 (0.48) 2.2.1 食 性 集 团 分 布 格 局 用 某 种 食 性 集 团 的 种 数 / 总 种 数 来 衡 量 鸟 类 食 性 分 布 林 窗 记 录 到 食 虫 集 团 77% (35/45), 食 果 集 团 13% (6/45) 及 食 花 蜜 集 团 10% (4/45) 非 林 窗 记 录 到 食 虫 集 团 79% (31/39), 食 果 集 团 20% (7/39) 及 食 花 蜜 集 团 1% (1/39) 林 窗 的 食 花 蜜 集 团 比 例 远 远 大 于 非 林 窗 (10/1), 而 食 虫 集 团 (77/79) 和 食 果 集 团 (13/20) 则 相 反 ( 图 1) 2.2.2 活 动 空 间 分 布 格 局 垂 直 分 布 上, 食 虫 集 团 鸟 类 在 林 窗 和 非 林 窗 均 主 要 分 布 于 中 下 层, 但 是 在 中 层 和 林 冠 层 分 布 的 食 虫 集 团 要 多 于 非 林 窗 的 相 应 层 面, 下 层 和 地 表 层 则 相 反 食 果 集 团 在 林 窗 林 冠 层 远 远 大 于 非 林 窗 的 相 应 层 面, 在 中 层 两 者 种 数 相 同, 但 是 在 下 层 和 地 表 层, 食 果 集 团 仅 出 现 在 非 林 窗 食 花 蜜 集 团 分 布 趋 势 则 很 明 显, 林 窗 总 体 大 于 非 林 窗, 在 林 窗 中 层 和 林 冠 层 尤 为 明 显 水 平 分 布 上, 食 虫 集 团 主 要 分 布 于 较 近 离 和 远 离 的 区 域, 非 林 窗 仅 在 林 窗 内 大 于 林 窗 ; 食 果 图 1 林 窗 与 非 林 窗 鸟 类 食 性 集 团 的 分 布 格 局 Figure 1 Distribution pattern of bird feeding guilds in forest gap and non-forest gap 图 2 三 种 食 性 集 团 在 林 窗 与 非 林 窗 的 垂 直 分 层 Figure 2 Vertical stratification of three feeding guilds in forest gap and non-forest gap 集 团 的 分 布 在 林 窗 是 以 近 离 和 远 离 为 主, 而 在 非 林 窗 以 远 离 为 主 ; 食 花 蜜 集 团 在 林 窗 以 近 离 和 较 近 离 为 主, 在 非 林 窗, 其 分 布 基 本 一 致, 无 太 大 偏 差 3 讨 论 3.1 林 窗 影 响 鸟 类 多 样 性 的 因 子 一 些 研 究 (Blake & Hoppes, 1986; Levey, 1988;
3 期 赵 东 东 等 : 冬 季 森 林 鸟 类 对 林 窗 的 响 应 分 析 179 图 3 三 种 食 性 集 团 在 林 窗 与 非 林 窗 的 水 平 分 层 Figure 3 Horizontal stratification of three feeding guilds in forest gap and non-forest gap Noss, 1991; Schemske & Brokaw, 1981) 指 出 林 窗 会 影 响 鸟 类 群 落 的 组 成 和 丰 富 度, 但 对 涉 及 其 中 的 影 响 因 子 却 讨 论 很 少 而 我 们 通 过 对 13 个 生 境 因 子 的 分 析 表 明, 在 北 热 带 冬 季 的 季 雨 林 中, 林 窗 面 积 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 高 度 林 窗 外 10 m 乔 木 数 量 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 和 裸 地 比 例 等 是 影 响 鸟 类 多 样 性 的 关 键 因 子 林 窗 外 10 m 乔 木 平 均 数 量 和 林 窗 外 10 m 灌 木 数 量 是 对 鸟 类 多 样 性 影 响 大 的 因 子, 是 较 大 的 轮 廓, 即 鸟 类 对 不 同 的 高 大 树 木 的 高 度 和 数 量 会 作 出 不 同 的 反 应 而 林 窗 外 1 m 草 本 平 均 盖 度 和 裸 地 比 例 能 给 予 森 林 内 下 层 鸟 类 很 好 的 保 护, 大 的 草 本 盖 度 和 小 的 裸 地 比 例 能 够 很 好 地 屏 蔽 这 些 鸟 类, 有 利 于 其 躲 避 危 险 及 搜 索 食 物, 如 短 尾 鹪 鹛 用 (Napothera brevicaudata) 灰 眶 雀 鹛 和 红 头 穗 鹛 (Stachyris ruficeps) 等 林 窗 面 积 是 林 窗 的 重 要 特 征, 直 接 影 响 着 林 窗 内 的 小 气 候 状 况 和 微 环 境 特 征, 对 林 窗 内 物 种 更 新 的 种 类 数 量 及 分 布 具 重 要 影 响 (Totland et al, 2005) 我 们 的 研 究 中, 面 积 最 小 的 林 窗 为 4.12 m 2, 仅 观 察 到 灰 眶 雀 鹛 和 栗 背 短 脚 鹎 面 积 最 大 的 林 窗 为 565.2 m 2, 共 记 录 到 17 种 鸟 类, 除 棕 腹 大 仙 鹟 (Niltava davidi) 白 腹 凤 鹛 (Erpornis zantholeuca) 和 方 尾 鹟 (Culicicapa ceylonensis) 等 常 见 种 类 外, 也 记 录 到 如 红 翅 鵙 鹛 (Pteruthius flaviscapis) 等 不 常 见 种 类 鸟 类 多 样 性 整 体 上 随 林 窗 面 积 增 大 而 增 加, 可 能 与 增 大 边 缘 效 应 及 岛 屿 效 应 有 关 每 个 林 窗 相 对 于 森 林 均 为 岛 屿, 按 照 岛 屿 理 论, 物 种 数 会 随 岛 屿 面 积 的 增 大 而 增 加 面 积 大 的 林 窗 会 产 生 更 多 的 光 照, 而 更 多 的 光 照 会 促 进 一 些 树 种 的 更 新 (Lorimer, 1989; Runkle, 1982) 并 增 加 果 实 的 产 量, 从 而 增 加 林 窗 内 昆 虫 等 节 肢 动 物 的 丰 富 度 和 多 样 性, 且 更 多 的 食 物 资 源 也 将 导 致 林 窗 内 鸟 类 密 度 和 多 样 性 的 增 加 鸟 类 往 往 在 大 的 林 窗 边 缘 出 现, 这 可 能 与 视 野 有 关, 有 利 于 其 觅 食 和 躲 避 危 险 但 是, 由 于 实 验 调 查 数 据 通 常 是 不 充 分 的, 因 此, 并 不 能 排 除 面 积 效 应 (Parker et al, 2004) 3.2 森 林 鸟 类 在 林 窗 和 非 林 窗 的 分 布 格 局 Wunderle et al (1987) 的 研 究 指 出, 林 窗 食 果 集 团 鸟 类 多 样 性 大 于 非 林 窗 而 我 们 的 研 究 结 果 则 表 明, 林 窗 食 果 集 团 和 食 虫 集 团 鸟 类 多 样 性 小 于 非 林 窗, 食 花 蜜 集 团 远 大 于 非 林 窗 造 成 这 种 不 同 分 布 格 局 的 原 因 可 能 是 由 气 候 带 差 异 引 起, 也 可 能 是 由 季 节 差 异 引 起 我 们 的 研 究 于 北 热 带 地 区 冬 季 进 行, 温 湿 度 即 使 在 冬 季 仍 然 较 高, 而 Wunderle 的 研 究 则 于 寒 温 带 夏 季 进 行 在 林 窗 中 层 和 林 冠 层 分 布 的 食 虫 集 团 种 类 多 于 非 林 窗 的 相 应 层 面, 林 窗 下 层 和 地 表 层 则 相 反, 这 可 能 是 食 虫 鸟 类 生 态 位 分 化 的 结 果, 林 窗 中 上 层 和 非 林 窗 下 层 拥 有 更 多 的 食 物 资 源 食 果 集 团 在 林 窗 林 冠 层 分 布 远 大 于 非 林 窗, 但 是 在 中 下 层 和 地 表 层, 食 果 集 团 仅 出 现 在 非 林 窗, 其 原 因 是 食 果 集 团 在 林 窗 林 冠 层 享 有 更 多 的 食 物 资 源, 且 需 要 在 非 林 窗 下 层 才 可 以 得 到 补 偿 3 种 食 性 集 团 的 鸟 类 在 水 平 分 布 上, 以 近 离 和 较 近 离 为 主, 表 明 鸟 类 在 林 窗 附 近 取 食, 而 非 远 离 林 窗, 说 明 林 窗 为 鸟 类 提 供 了 一 定 的 食 物 来 源 因 为 林 窗 会 促 进 花 和 果 实 的 增 长, 林 下 层 专 有 鸟 类 的 多 样 性 会 降 低, 尤 其 是 食 昆 虫 鸟 类 (Johns, 1988; Mason, 1996; Thiollay, 1992)
180 动 物 学 研 究 34 卷 我 们 的 研 究 于 冬 季 开 展, 物 种 在 林 窗 与 非 林 窗 的 觅 食 会 因 时 间 的 不 同 而 出 现 差 异 (Wunderle et al, 2006), 而 在 夏 季, 该 差 异 是 否 会 有 变 化, 仍 需 进 一 步 研 究 林 窗 是 流 动 的 镶 嵌 体, 随 着 时 间 的 推 移, 会 被 逐 渐 填 满 或 替 代, 这 就 要 求 对 其 进 行 长 期 的 观 测 另 外, 我 们 的 研 究 于 热 带 季 雨 林 进 行, 在 其 他 林 型 是 否 成 立, 也 需 要 进 一 步 研 究 除 此 之 外, 北 热 带 地 区 的 森 林 鸟 类 林 窗 生 态 学 研 究 甚 为 匮 乏, 应 加 强 在 该 地 区 的 研 究 致 谢 : 参 加 野 外 工 作 的 还 有 杨 岗 李 肇 天 廖 晓 雯 等 人, 野 外 工 作 得 到 了 广 西 防 城 金 花 茶 国 家 级 自 然 保 护 区 全 体 工 作 人 员 的 支 持 和 帮 助, 在 此 表 示 感 谢 参 考 文 献 : Blake JG, Hoppes WG. 1986. Influence of resource abundance on use of tree-fall gaps by birds in an isolated woodlot. The Auk, 103(2): 328-340. Champlin TB, Kilgo JC, Gumpertz, ML, Moorman, CE. 2009. Avian response to microclimate in canopy gaps in a bottomland hardwood forest. Southeastern Naturalist, 8(1): 107-120. Connell JH. 1989. Some processes affecting the species composition in forest gaps. Ecology, 70(3): 560-562. Hinsley SA. 2000. The costs of multiple patch use by birds. 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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 182 189 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0182 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 兰 思 思 1, 张 琴 1, 黄 秦 2, 陈 水 华 1, 2,* 1. 浙 江 师 范 大 学 化 学 与 生 命 科 学 学 院, 浙 江 金 华 321004; 2. 浙 江 自 然 博 物 馆, 浙 江 杭 州 310014 摘 要 : 白 头 鹎 (Pycnonotus sinensis) 是 一 种 中 国 南 方 城 市 分 布 广 泛 种 群 数 量 丰 富 的 鸟 类 其 对 环 境 变 化 和 人 类 活 动 的 适 应 能 力 已 引 起 关 注 2012 年 3 7 月, 在 杭 州 城 市 环 境 下, 对 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 进 行 了 系 统 调 查, 共 记 录 到 白 头 鹎 繁 殖 鸟 巢 117 巢 结 果 显 示, 在 杭 州 市 区, 白 头 鹎 主 要 在 居 民 小 区 行 道 树 和 绿 化 带 的 树 冠 层 筑 巢, 主 要 营 巢 植 物 为 桂 树 (Osmanthus fragrans), 占 总 数 的 84.6% (n=117) 所 有 繁 殖 巢 距 地 面 均 高 (3.16±0.91) m (n=117) 3 月 底 开 始 筑 巢 产 卵, 产 卵 高 峰 集 中 在 4 月 11 25 日 窝 卵 数 为 (3.37±0.48) 枚 (n=103), 孵 化 期 为 (11.34±1.12) d (n=32), 育 雏 期 为 (11.85±1.12) d (n=47) 孵 化 率 为 68.3% (n=111), 离 巢 率 为 52.1% (n=117), 总 繁 殖 成 功 率 为 34.7% (n=111) 繁 殖 失 败 原 因 主 要 包 括 卵 及 雏 鸟 被 捕 食 人 为 干 扰 等 关 键 词 : 白 头 鹎 ; 城 市 化 ; 繁 殖 生 态 ; 巢 位 选 择 ; 适 应 性 中 图 分 类 号 :Q959.7 + 39 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0182-08 Breeding ecology of Chinese Bulbul in the urban environment of Hangzhou, China Si-Si LAN 1, Qin ZHANG 1, Qin HUANG 2, Shui-Hua CHEN 1,2,* 1. College of Chemistry and Life Sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China; 2. Zhejiang Museum of Natural History, Hangzhou 210014, China Abstract: The Chinese Bulbul, Pycnonotus sinensis, is one of the most abundant and widely distributed birds of south China, settling even in dense urban areas. From March-July 2012, we surveyed the Chinese Bulbul in the urban environment of Hangzhou, China, to gain a clearer perspective on their breeding ecology. Totally, 117 nests were found, mainly on the trees of Osmanthus fragrans (84.6%, n=117) in residential areas,street tree strips, and green belt. Our results include several noteworthy observations: nest height from the ground was 3.16±0.91 m (n=117); egg-laying begins in early April with peak times from April 11 25; and the nesting period was 11.85±1.12 days (n=47). In terms of fertility and reproduction, we also observed that the average incubation period was 11.34±1.12 days (n=32); average clutch size was 3.37±0.48 eggs (n=103); hatching success 68.3%, fledging rate 52.1%, and the total breeding success 35.58% (n=117). The main causes of breeding failure included egg and fledgling predation, as well as human disturbance. Keywords: Pycnonotus sinensis; Urbanization; Breeding ecology; Nest site selection; Adaptation 城 市 化 在 全 世 界 范 围 正 愈 演 愈 烈, 所 带 来 的 生 态 过 程, 包 括 片 段 化 生 态 隔 离 自 然 栖 息 地 消 失 道 路 建 筑 等 人 工 栖 息 地 产 生 人 类 活 动 干 扰 热 岛 效 应 污 染 和 噪 音 等, 已 在 不 同 方 面 对 生 活 在 城 市 的 哺 乳 动 物 (Mahan & O Connell, 2005) 爬 行 动 物 (Germaine & Wakeling, 2001) 两 栖 动 物 (Parris, 2006; Riley et al, 2005) 及 鸟 类 (Melles et al, 2003; Marzluff & Rodewald, 2008) 等 产 生 了 影 响 鸟 类 作 为 城 市 中 最 常 见 的 动 物 类 群, 其 对 城 市 化 的 反 应 已 引 起 了 生 态 学 家 的 特 别 关 注 从 种 群 水 平 上, 一 些 学 者 根 据 鸟 类 对 城 市 化 所 表 现 出 的 不 同 反 应 将 城 市 鸟 类 总 体 上 分 为 城 市 适 应 种 和 城 市 敏 感 种 两 大 收 稿 日 期 :2012-11-30; 接 受 日 期 :2013-02-03 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (31071908) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: birdchen@hotmail.com 第 一 作 者 简 介 : 兰 思 思 (1987 ), 女, 四 川 中 江 县 人, 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 鸟 类 生 态 学 研 究
3 期 兰 思 思 等 : 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 183 类 (Blair, 1996; Croci et al, 2008), 或 者 城 市 开 拓 种 乡 村 适 应 种 和 城 市 回 避 种 三 大 类 (Conole & Kirkpatrick, 2011) 进 一 步 研 究 发 现, 城 市 适 应 种 在 城 市 栖 息 地 可 通 过 改 变 食 性 (Fleischer et al, 2003) 鸣 叫 (Slabbekoorn & Peet, 2003; Brumm, 2004; Wood & Yezrinac, 2006; Nemeth & Brumm, 2009; Nemeth et al, 2013) 巢 材 (Wang et al, 2008; 2009) 乃 至 形 态 大 小 (Liker et al, 2008) 来 适 应 城 市 环 境 在 中 国 南 方 广 大 城 市, 白 头 鹎 (Pycnonotus sinensis) 正 是 这 样 一 种 分 布 广 数 量 多 的 典 型 城 市 开 拓 种 (Chen 2000;Wang et al, 2009), 其 适 应 人 类 活 动 及 其 种 群 扩 张 的 趋 势 已 逐 渐 引 起 关 注 (Han et al, 2004;Ding & Jiang, 2005;Wang et al, 2009;Yu et al, 2011) 白 头 鹎 属 雀 形 目 (Passeriformes) 鹎 科 (Pycnonotidae), 主 要 分 布 于 中 国 南 部 越 南 北 部 和 日 本 琉 球 群 岛 (MacKinnon & Phillipps, 1999; Woxvold et al, 2009) 在 中 国 中 部 南 部 及 东 南 沿 海, 白 头 鹎 是 最 常 见 留 鸟 之 一 (Zhuge et al, 1990) 近 年 来 不 断 发 现 白 头 鹎 有 向 北 向 西 扩 散 的 趋 势, 已 在 中 国 大 连 (Wang et al, 2005) 北 京 (Zhang et al, 2003) 河 北 (Zhang, 2010) 东 北 (Song, 2006) 甚 至 青 海 (Li et al, 2006; Du & Ma, 2011) 等 地 发 现 白 头 鹎 个 体 白 头 鹎 常 栖 息 在 人 工 林 地 和 居 民 点 附 近, 对 人 类 活 动 有 较 高 耐 受 性 (Hoyo et al, 2005) 在 南 充 市, 白 头 鹎 已 由 常 见 种 转 为 优 势 种, 成 为 与 人 类 密 切 相 关 的 城 市 鸟 类 之 一 (Yu et al, 2011) 在 杭 州 城 区, 白 头 鹎 是 仅 次 于 麻 雀 的 最 适 应 城 市 化 的 鸟 类 (Chen, 2000) 研 究 发 现, 不 同 地 区 的 白 头 鹎 鸣 声 有 很 大 差 异, 且 普 遍 存 在 方 言 (Jiang et al, 1994; 1996), 越 是 邻 近 分 布 的 个 体 鸣 唱 越 相 似 (Yang & Lei, 2008) 这 种 微 地 理 鸣 声 方 言 的 产 生 可 能 与 个 体 扩 散 和 城 市 环 境 下 人 为 改 变 鸟 类 栖 息 地 有 关 (Ding & Jiang, 2005) 有 研 究 提 出 提 高 鸣 声 频 率, 能 避 免 低 频 噪 声 对 鸣 声 的 掩 蔽 作 用 (Slabbekoorn & Peet, 2003), 推 测 城 市 化 环 境 中 的 白 头 鹎 也 具 有 此 行 为 (Han et al, 2004) 生 理 方 面, 有 研 究 认 为 鸟 类 经 过 低 温 驯 化 后 可 通 过 提 高 基 础 代 谢 率 和 增 加 肌 肉 重 量 来 适 应 低 温 环 境 (Williams & Tieleman, 2000), 而 白 头 鹎 也 具 有 这 种 驯 化 可 塑 性 (Zhang et al, 2008), 这 可 能 是 白 头 鹎 能 够 适 应 寒 冷 环 境 而 向 北 扩 散 的 原 因 之 一 繁 殖 行 为 和 生 活 史 特 征 的 适 应 是 物 种 对 于 环 境 变 化 适 应 的 基 础, 然 而, 目 前 对 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 还 缺 乏 了 解 早 期 对 白 头 鹎 繁 殖 生 态 的 调 查 和 观 察 涉 及 繁 殖 前 活 动 营 巢 行 为 产 卵 时 间 窝 卵 数 卵 量 度 孵 化 行 为 育 雏 行 为 及 雏 鸟 生 长 状 况 等 (Li, 1981; Liu & Long, 1986; Zhu, 1991), 但 相 对 较 为 零 散 近 些 年 有 学 者 开 始 对 城 市 环 境 下 的 白 头 鹎 予 以 关 注, 分 别 从 营 巢 时 间 巢 址 选 择 产 卵 时 间 平 均 窝 卵 数 卵 量 度 孵 化 期 及 雏 鸟 生 长 状 况 等 方 面 研 究 其 繁 殖 生 态 (Han & Zhou, 2005; Chen et al, 2006), 但 仍 缺 乏 系 统 了 解 本 研 究 于 2012 年 春 夏 季 在 杭 州 城 市 环 境 中 对 白 头 鹎 繁 殖 生 态 进 行 了 相 对 全 面 的 调 查, 为 探 索 城 市 环 境 下 白 头 鹎 的 繁 殖 和 适 应 机 制 提 供 基 础 资 料 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 地 概 况 杭 州 市 位 于 中 国 东 南 沿 海 北 部, 为 浙 江 省 省 会 (E118 21 ~120 30,N29 11 ~30 33 ), 总 面 积 16596 km 2, 常 驻 人 口 870.04 万 杭 州 西 北 部 和 西 南 部 为 山 丘 陵 区, 海 拔 200~300 m, 从 西 南 高 丘 陵 向 东 北 逐 渐 过 渡 到 低 丘 陵 至 平 原 丘 陵 山 地 占 总 面 积 的 65.6%, 平 原 占 26.4% 为 中 亚 热 带 常 绿 阔 叶 林 植 被, 平 均 森 林 覆 盖 率 为 62.8% 属 钱 塘 江 水 系, 有 京 杭 大 运 河 西 湖 及 西 溪 湿 地 等, 总 水 域 面 积 为 131.4 km 2 杭 州 为 亚 热 带 季 风 性 湿 润 气 候, 年 平 均 气 温 16.1, 年 平 均 降 雨 量 1 500 mm, 年 平 均 蒸 发 量 1250 mm 常 年 无 霜 期 243 d, 年 日 照 时 数 为 1950 h (Chen, 2000) 1.2 野 外 调 查 野 外 工 作 在 2012 年 3 7 月 进 行, 调 查 范 围 限 定 在 杭 州 城 区, 包 括 商 业 区 居 民 小 区 行 道 树 带 大 学 校 园 城 市 公 园 和 近 郊 林 地 等 多 种 生 境 观 察 白 头 鹎 的 各 种 行 为, 当 确 定 繁 殖 开 始 后 进 行 繁 殖 鸟 巢 的 寻 找 通 过 跟 随 衔 着 巢 材 的 个 体 确 定 鸟 巢 所 在 的 方 位, 或 者 直 接 在 鸟 类 可 能 筑 巢 的 植 物 中 寻 找 (Martin & Geupel,1993) 寻 找 繁 殖 鸟 巢 需 要 大 量 人 力 和 时 间 (DeSante & Geupel,1987), 而 鸟 类 的 繁 殖 期 有 限 为 在 短 时 间 内 找 到 尽 可 能 多 的 鸟 巢,4~ 5 人 同 时 参 与 寻 找 鸟 巢,3 人 测 量 各 参 数 和 回 访 鸟 巢, 并 使 用 GPS 定 位, 以 便 复 查 时 的 快 速 准 确 回 访 鸟 巢 定 位 完 成 后, 记 录 初 次 观 察 到 的 繁 殖 状 态, 并 记 录 巢 所 在 树 种 位 置 距 离 地 面 高 度 及 所 在 树 的 高 度 等 每 隔 1 d 回 访 一 次 由 于 鸟 巢 所 处 位 置 较 高, 不 能 直 接 观 察, 所 以 需 要 将 伸 缩 杆 与 无
184 动 物 学 研 究 34 卷 线 摄 像 头 相 连 接, 通 过 无 线 接 收 器 来 观 察 巢 内 情 况 若 亲 鸟 正 在 巢 中 孵 化 则 需 待 亲 鸟 离 巢 后 再 进 行 观 察, 以 免 影 响 其 正 常 繁 殖 每 次 回 访 需 确 认 繁 殖 状 态, 包 括 卵 失 踪 幼 鸟 失 踪 或 死 亡 等, 并 估 计 可 能 的 事 故 原 因, 最 后 计 算 繁 殖 成 功 率 其 中, 孵 化 率 = 孵 出 总 个 体 数 / 总 产 卵 数, 离 巢 率 = 离 巢 总 个 体 数 / 孵 出 总 个 体 数, 繁 殖 成 功 率 = 离 巢 总 个 体 数 / 总 产 卵 数 在 产 卵 结 束 的 3 d 内, 测 量 全 部 卵 重 量 及 长 短 径 其 中 10 个 巢 中 安 装 小 型 测 温 仪 (L9 系 列 测 温 仪, 杭 州 路 格 科 技 有 限 公 司 ), 整 个 孵 化 期 持 续 每 间 隔 1 min 记 录 一 次 巢 内 外 温 度, 并 由 此 推 测 亲 鸟 孵 卵 时 间 和 离 巢 次 数 当 幼 鸟 陆 续 出 壳 时, 判 定 为 孵 化 期 结 束, 育 雏 期 开 始 在 13 个 繁 殖 巢 的 上 方 10~ 15 cm 安 装 小 型 摄 像 头, 摄 像 时 间 为 6:00 18:00; 每 隔 2 d 录 像 一 次 每 巢 亲 鸟 的 育 雏 行 为 食 物 种 类, 以 及 最 后 离 巢 的 雏 鸟 个 体 数 1.3 巢 材 分 析 繁 殖 结 束 后, 将 巢 取 下 并 带 回 室 内 测 量 巢 高 巢 深 巢 外 长 径 巢 外 短 径 巢 内 长 径 巢 内 短 径 巢 底 厚 和 巢 容 积 (Soler et al,1998, 图 1 ) 等 为 避 免 因 天 气 状 况 及 采 集 时 间 不 同 造 成 的 巢 重 量 差 异, 在 测 巢 重 之 前, 统 一 将 巢 全 部 浸 湿, 再 用 烘 箱 处 理 相 同 时 间 拆 解 时 先 将 巢 拆 分 为 外 中 内 三 层, 然 后 对 每 一 层 再 彻 底 拆 分 和 归 类 巢 材 类 别 根 据 辨 识 程 度 尽 可 能 细 分, 对 每 一 类 分 别 称 重 并 分 析 巢 材 组 成 及 比 例 图 1 巢 量 度 的 测 量 指 标 ( 根 据 Soler et al, 1998 修 改 ) Figure 1 Definition of nest measurements (Modified according to Soler et al, 1998). H: 巢 高 (height); D: 巢 深 (depth); MAA: 巢 外 长 径 (major axis); MIA: 巢 外 短 径 (minor axis); IMAA: 巢 内 长 径 (inner-major axis); IMIA: 巢 内 短 径 (inner-minor axis); BT: 巢 底 厚 (bottom thickness= height-depth). 2 结 果 本 研 究 共 记 录 到 白 头 鹎 有 效 繁 殖 鸟 巢 117 个 个 体 衔 巢 材 首 见 于 3 月 25 日 ;31 巢 产 第 一 枚 卵 的 时 间 集 中 在 4 月 11 25 日, 占 总 巢 数 的 83.8% (n=37); 第 一 枚 卵 的 最 早 及 最 迟 产 记 录 时 间 分 别 为 4 月 5 日 及 5 月 16 日 ( 图 2 ) 图 2 杭 州 白 头 鹎 产 第 一 枚 卵 的 时 间 Figure 2 Date of first egg laying among Chinese Bulbul in Hangzhou, China. 2.1 巢 址 选 择 白 头 鹎 主 要 营 巢 区 域 为 居 民 区 的 绿 化 树 城 区 绿 化 带 行 道 树 及 近 郊 林 地 等 营 巢 植 物 选 择 较 单 一, 绝 大 多 数 巢 搭 建 于 盖 度 良 好 的 木 本 植 物 共 调 查 到 营 巢 植 物 11 种, 其 中 利 用 度 最 高 的 为 桂 树 (Osmanthus fragrans), 共 99 巢, 占 总 巢 数 的 84.6%; 其 他 包 括 竹 子 (Bambusoideae sp.) 及 石 楠 (Photinia serrulata) 各 5 巢, 珊 瑚 树 (Viburnum odoratissimum) 2 巢, 杜 英 (Elaeocarpus sylvestris) 鸡 爪 槭 (Acer palmatum thunb) 海 桐 (Pittosporum tobira) 红 枫 (Acer palmatum) 木 槿 (Hibiscus syriacus) 樱 花 (Prunus serrulata) 和 香 泡 (Citrus medica) 各 1 巢 白 头 鹎 偏 好 在 靠 近 植 物 冠 层 的 树 杈 上 做 巢, 繁 殖 巢 距 地 面 均 高 (3.16±0.91) m (n=117), 营 巢 树 均 高 (3.83±1.03) m (n=117) 2.2 巢 量 度 白 头 鹎 的 巢 为 开 口 杯 状 巢 巢 外 长 径 为 (12.06± 0.90) cm, 巢 外 短 径 (10.81±1.02) cm, 巢 内 长 径 (7.57±0.68) cm, 巢 内 短 径 (6.60±0.58) cm, 巢 高 (10.96±1.97) cm, 巢 深 (4.77±0.63) cm, 巢 底 厚 (6.18±1.83) cm, 巢 容 积 (127.35±22.37) ml(n=73) 巢 干 重 (22.61±7.60) g (57.24~10.71)g, 巢 可 明 显 分 为 外 中 内 三 层, 均 重 分 别 为 (10.21±4.05) (10.22±4.83) 及 (2.21±1.03) g (n=73) 2.3 巢 材 白 头 鹎 巢 的 巢 材 组 成 复 杂 多 样, 可 分 为 天 然 巢 材 和 非 天 然 巢 材 天 然 巢 材 包 括 草 茎 草 根 树 叶
3 期 兰 思 思 等 : 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 185 竹 叶 芦 苇 叶 松 针 棕 榈 丝 花 序 树 皮 树 枝 种 皮 及 羽 毛 等 非 天 然 巢 材 包 括 塑 料 绳 塑 料 条 塑 料 片 棉 花 棉 线 布 条 尼 龙 绳 石 棉 瓦 内 层 纸 塑 料 泡 沫 及 锡 纸 等 95.9% 的 巢 外 中 层 均 含 有 非 天 然 巢 材, 其 中, 中 层 非 天 然 巢 材 重 占 中 层 重 的 18.4%, 外 层 非 天 然 巢 材 重 占 外 层 重 的 30.1% 内 层 与 中 外 层 的 巢 材 组 成 有 明 显 差 别, 不 同 巢 之 间 则 相 对 比 较 统 一, 主 要 由 细 草 茎 细 草 根 及 棕 榈 丝 等 天 然 巢 材 构 成, 仅 8.2% 的 巢 内 层 含 有 少 量 非 天 然 巢 材 2.4 窝 卵 数 和 卵 量 度 白 头 鹎 一 般 1 d 产 一 枚 卵, 产 卵 时 间 为 凌 晨 117 巢 中, 有 65 (55.6%) 巢 产 卵 三 枚,38 (32.5%) 巢 产 卵 四 枚, 另 外,8 巢 弃 巢 中 有 一 或 两 枚 卵, 其 余 6 巢 无 法 判 定 窝 卵 数 平 均 窝 卵 数 为 (3.37±0.48) 枚 (n=103), 卵 均 重 (3.14±0.30) g, 每 窝 卵 总 重 (10.18±2.37) g, 卵 长 径 (21.50±3.93) mm, 卵 短 径 (16.04±2.86) mm (n=34) 2.5 孵 化 期 最 后 一 枚 卵 产 下 后 进 入 孵 化 期, 并 由 雌 鸟 独 立 完 成 孵 化, 无 两 只 亲 鸟 轮 换 孵 卵 的 行 为 平 均 孵 化 期 为 (11.34±1.12) d (14~8 d), (n=32) 巢 温 每 天 存 在 规 律 性 波 动, 最 高 温 (36.9 ) 出 现 在 13:00 16:00, 最 低 温 (16.2 ) 出 现 在 04:00 07:00 一 天 中, 白 头 鹎 的 孵 卵 可 以 分 为 两 个 时 期 : 连 续 孵 卵 期 和 间 断 孵 卵 期 连 续 孵 卵 期 主 要 是 在 温 度 较 低 的 时 段, 开 始 于 16:00 19:00, 持 续 至 第 二 天 凌 晨 05:00 8:00, 且 不 同 巢 的 连 续 孵 卵 时 间 差 别 较 大 在 间 断 孵 化 期, 亲 鸟 会 间 歇 性 离 巢 12~36 次 不 等, 且 无 固 定 次 数 和 频 率 2.6 育 雏 期 雏 鸟 孵 出 后, 由 双 亲 共 同 参 与 育 雏 平 均 育 雏 期 为 (11.85±1.12) d (14~8 d) (n=47) 雏 鸟 孵 出 后 的 前 3 d, 暖 雏 行 为 频 繁, 仅 由 雌 鸟 完 成 ; 随 着 雏 鸟 生 长, 暖 雏 次 数 和 时 长 逐 渐 减 少, 且 亲 鸟 回 巢 递 食 或 暖 雏 的 路 径 无 规 律 于 06:00 18:00 对 13 巢 白 头 鹎 进 行 的 录 像 共 得 到 35 d 的 录 像 数 据 以 1 h 为 一 时 段, 在 12 个 时 段 中, 递 食 率 最 低 的 为 06:00 07:00, 平 均 递 食 (3.03±3.76) 次, 最 高 的 为 16:00 17:00, 平 均 递 食 (8.31±5.88) 次 ( 图 3) 通 过 录 像 共 观 察 到 递 食 2465 次, 其 中 1142 次 图 3 白 头 鹎 在 不 同 时 段 喂 食 雏 鸟 的 频 次 变 化 Figure 3 Average frequency of parental feeding among Chinese Bulbul in Hangzhou, China 可 以 确 定 食 物 种 类 所 有 递 食 食 物 可 分 为 三 大 类 : 动 物 类 (66.4%, 包 括 蝴 蝶 蜘 蛛 蜻 蜓 及 苍 蝇 等 ) 植 物 类 (33.2%, 包 括 桂 子 桑 葚 草 莓 及 樱 桃 等 ) 和 人 类 (0.4%, 包 括 面 包 碎 屑 和 面 条 等 ) 食 品 ( 图 4) 2.7 繁 殖 成 功 率 根 据 对 117 巢 白 头 鹎 的 跟 踪, 最 后 繁 殖 成 功 有 鸟 离 巢 的 仅 54 巢 (46.6%), 其 余 巢 均 在 孵 化 期 或 育 雏 期 繁 殖 失 败 失 败 原 因 包 括 卵 被 捕 食 (12.1%) 雏 鸟 被 捕 食 (12.9%) 人 为 干 扰 或 破 坏 (6.9%) 以 及 其 他 不 明 原 因 (21.6%) 全 部 记 录 的 360 枚 卵 中 (n=111), 有 246 (68.3%) 个 个 体 孵 出, 全 部 记 录 到 孵 化 261 个 个 体 中 (n=117), 有 136 (52.1%) 个 成 功 离 巢 去 除 无 法 确 认 产 卵 数 的 6 巢 外, 总 繁 殖 成 功 率 为 34.7% (n=111) 3 讨 论 3.1 繁 殖 时 间 和 窝 卵 数 本 研 究 于 3 月 25 日 首 次 见 到 白 头 鹎 衔 巢 材, 说 明 繁 殖 开 始, 与 Chen et al (2006) 在 四 川 省 南 充 市 于 3 月 29 日 首 次 发 现 白 头 鹎 营 巢 的 结 果 接 近 而 在 自 然 环 境 中, 有 研 究 发 现 白 头 鹎 5 月 初 才 进 入 筑 巢 期 (Liu & Long, 1986; Li, 1981) 城 市 环 境 下 白 头 鹎 开 始 繁 殖 的 时 间 早 于 自 然 环 境 的 现 象 可 能 与 城 市 热 岛 (urban heat island,uhi) (Manley,1958) 效 应 有 关 热 岛 效 应 使 城 市 环 境 温 度 较 高, 导 致 鸟 类 在 城 市 栖 息 地 能 较 早 获 得 无 脊 椎 动 物 食 物, 从 而 较 早 开 始 繁 殖 (Eden, 1985)
186 动 物 学 研 究 34 卷 图 4 白 头 鹎 喂 食 雏 鸟 的 食 物 类 别 和 频 次 Figure 4 Food types and feeding frequencies for nestlings among Chinese Bulbul in Hangzhou, China 本 研 究 中 白 头 鹎 的 平 均 孵 化 期 为 (11.34±1.12) d (n=32), 平 均 育 雏 期 为 (11.85±1.12) d (n=47), 与 大 多 数 鹎 类 研 究 相 似 (Krüger, 2004), 如 斐 济 黑 喉 红 臀 鹎 (Pycnonotus cafer) 的 孵 化 期 为 11 ~13 d (n=3), 育 雏 期 为 12 d (Walting, 1983); 台 湾 地 区 白 头 鹎 (Pycnonotus sinensis) 的 孵 化 期 为 11~13 d (Hsu & Lin, 1994); 台 湾 鹎 (Pycnonotus taivanus) 的 孵 化 期 为 11~12 d (Hsu & Lin, 1997) 在 窝 卵 数 方 面, 大 多 数 非 洲 亚 洲 鹎 类 的 窝 卵 数 为 2~3 枚 (Fishpool & Tobias, 2005) 自 然 环 境 中, 白 头 鹎 产 卵 数 多 为 4~5 枚, 如,Liu & Long (1986) 发 现 贺 县 狗 儿 山 的 白 头 鹎 窝 卵 数 为 (4±0.63) 枚 (n=6); Zhu (1991) 发 现 青 岛 崂 山 的 白 头 鹎 窝 卵 数 为 (4.75±0.5) 枚 (n=4);li (1981) 发 现 皖 南 黄 山 地 区 的 白 头 鹎 窝 卵 数 为 (4.25±0.77) 枚 (n=16) 而 在 城 市 环 境 中, 四 川 南 充 市 的 白 头 鹎 窝 卵 数 为 (3.5±0.5) 枚 (n=10) (Chen et al, 2006), 本 研 究 的 杭 州 市 则 为 (3.37±0.48) 枚 (n=103) 城 市 环 境 中 的 窝 卵 数 小 于 自 然 环 境 的 原 因 有 待 于 进 一 步 探 究 3.2 巢 址 选 择 合 适 的 巢 址 可 以 帮 鸟 类 将 各 种 风 险 降 到 最 低, 而 巢 的 隐 蔽 性 和 巢 位 高 度 则 可 有 效 防 止 天 敌 和 人 为 干 扰 的 侵 袭 (Ricklefs, 1969; Buckley & Buckley, 1980; Martin, 1993; Gregg et al, 1994; Stahlschmidt et al, 2011) 自 然 环 境 中, 白 头 鹎 巢 高 1~2 m (Zhu, 1991) 或 1.7~5 m (Li,1981), 在 南 充 市 区, 白 头 鹎 巢 高 (3.84±1.74) m (Chen et al, 2006), 在 杭 州 市 区, 则 均 高 (3.16±0.91) m (n=117), 且 多 位 于 桂 树 靠 近 植 物 冠 层 的 位 置 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 巢 位 相 对 较 高 可 能 与 城 市 人 为 干 扰 较 大 有 关 桂 树 在 杭 州 分 布 广 泛, 郁 闭 度 良 好, 可 能 有 利 于 白 头 鹎 隐 蔽 和 躲 避 捕 食, 是 其 较 为 理 想 的 营 巢 树 3.3 巢 材 分 析 本 研 究 表 明, 白 头 鹎 利 用 塑 料 和 布 条 等 非 天 然 巢 材 的 现 象 非 常 普 遍, 仅 4.1% 的 巢 不 含 非 天 然 巢 材, 在 中 外 层, 非 天 然 巢 材 的 比 重 甚 至 分 别 达 到 18.4% 和 30.1% 适 应 城 市 的 鸟 类 可 通 过 改 变 巢 材 来 适 应 环 境 (Wang et al, 2008,2009), 如 城 市 中 的 鸟 类 会 使 用 烟 蒂 中 的 聚 丙 烯 纤 维 作 为 巢 材, 且 这 种 行 为 可 以 有 效 减 少 巢 内 的 外 寄 生 生 物 数 量 (Suárez-Rodríguez et al, 2012) 影 响 巢 材 利 用 的 因 素 可 能 包 括 种 间 竞 争 (Atwood, 1979) 捕 食 (Tomiałojć, 1982; Gering & Blair, 1999) 和 巢 寄 生 (Burhans & Thompson, 2006; Geue & Partecke, 2008; Suárez-Rodríguez et al, 2012) 等 白 头 鹎 一 般 不 循 环 利 用 繁 殖 巢, 每 次 繁 殖 均 筑 新 巢, 而 城 市 环 境 下 的 天 然 巢 材 资 源 少 于 自 然 环 境, 因 此, 就 近 取 材 更 节 约 能 量, 收 益 更 高, 并 可 保 留 更 多 能 量 用 于 繁 殖 后 代 (Alabrudzinska et al, 2003; Mennerat et al, 2009) 此 外, 我 们 发 现 不 同 巢 之 间 的 人 工 巢 材 选 择 差 异 明 显, 即 不 同 巢 址 的 人 工 巢 材 种 类 差 别 较 大, 而 同 一 个 巢 的 外 中 层 所 含 的 人 工 材 料 基 本 相 同,
3 期 兰 思 思 等 : 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 187 说 明 于 不 同 区 域 筑 巢 的 鸟 类 会 选 择 该 区 域 较 易 获 得 的 巢 材 因 此, 巢 材 改 变 很 可 能 是 白 头 鹎 对 城 市 化 栖 息 地 取 代 自 然 栖 息 地 所 采 取 的 对 策 之 一 3.4 繁 殖 成 功 率 繁 殖 成 功 率 与 温 度 (Madsen & Shine, 1999) 食 物 (Martin, 1987,1995) 捕 食 (Ricklefs, 1969; Cody, 1971; Slagsvold, 1982) 及 巢 址 选 择 (Jenkins et al, 1963; Rands, 1988; Robertson, 1995) 等 多 种 因 素 有 关 一 般 认 为, 产 卵 期 和 孵 化 期 繁 殖 容 易 失 败 (Mermoz & Reboreda, 1998; Balakrishnan, 2007), 我 们 的 结 果 也 证 实 了 这 一 点 其 可 能 原 因 为 :(1) 产 卵 期 受 到 干 扰, 特 别 是 在 亲 鸟 产 下 1~2 枚 卵 时, 若 受 到 人 为 或 其 它 因 素 的 干 扰, 容 易 弃 巢 ;(2) 孵 化 阶 段 较 高 的 被 捕 食 率 (Antonov & Atanasova, 2003; Balakrishnan, 2009), 如, 本 研 究 所 显 示 的 杭 州 城 市 环 境 下 白 头 鹎 在 育 雏 期 的 高 被 捕 食 率 致 谢 : 浙 江 大 学 的 丁 平 王 彦 平, 以 及 浙 江 自 然 博 物 馆 的 范 忠 勇 张 方 钢 陆 祎 玮 陈 苍 松 及 杨 佳 等 为 本 研 究 提 供 了 很 多 帮 助, 志 愿 者 朱 滕 达 马 亚 壮 周 建 伟 陈 超 余 翔 徐 文 胡 明 明 及 朱 晨 臣 等 参 与 野 外 调 查, 谨 一 并 致 谢 参 考 文 献 : Alabrudzinska J, Kalinski A, Slomczynski R, Wawrzyniak J, Zielinski P, Bańbura J. 2003. Effects of nest characteristics on breeding success of Great Tits Parus major. Acta Ornithologica, 38(2): 151-154. Antonov A, Dimitrinka A. 2003. Small-scale differences in the breeding ecology of urban and rural Magpies Picapica. Ornis Fennica, 80: 21-30. Atwood JL. 1979. Robbery of nesting materials by the Calliope Hummingbird. Western Birds, 10: 43-44. Balakrishnan P. 2007. Status, Distribution and Ecology of the Grey-Headed Bulbul Pycnonotus priocephalus in the Western Ghats, India. Ph. D. dissertation, Bharathiar University, Coimbatore. Balakrishnan P. 2009. Breeding ecology and nest-site selection of Yellow-browed bulbul (Iole indica) in Western Ghats, India. The Journal of the Bombay Natural History Society, 106(2): 176-183. Blair RB. 1996. Land use and avian species diversity along an urban gradient. Ecological Applications, 6(2): 506-519. Brumm H. 2004. The impact of environmental noise on song amplitude in a territorial bird. Journal of Animal Ecology, 73(3): 434-440. Buckley FG, Buckley PA. 1980. Habitat selection and marine birds. In: Burger J, Olla BL, Winn HE. Behavior of Marine Animals. New York: Plenum Press, 69-112. Burhans DE, Thompson FR. 2006. Songbird abundance and parasitism differ between urban and rural shrublands. Ecological Applications, 16(1): 394-405. Chen SH. 2000. Studies on Urban Bird Communities in Hangzhou. Ph. D. thesis, Beijing Normal University, Beijing. [ 陈 水 华. 2000. 杭 州 城 市 鸟 类 群 落 研 究. 博 士 学 位 论 文, 北 京 师 范 大 学, 北 京 ] Chen W, Guo ZM, Hu JC, Yu ZW. 2006. Breeding Habit, Growth and Development of Pycnonotus sinensis in Nanchong, China. Chinese Journal of the Zoology, 41(2): 107-111. [ 陈 伟, 郭 宗 明, 胡 锦 矗, 余 志 伟. 2006. 四 川 南 充 市 白 头 鹎 的 繁 殖 习 性 及 雏 鸟 的 生 长 发 育. 动 物 学 杂 志, 41(2): 107-111.] Cody ML. 1971. Ecological aspects of reproduction. Avian Biology, 1: 461-512. Conole LE, Kirkpatrick JB. 2011. Functional and spatial differentiation of urban bird assemblages at the landscape scale. Landscape and Urban Planning, 100(1-2): 11-23. Croci S, Butet A, Clergeau P. 2008. Does urbanization filter birds on the basis of their biological traits? The Condor, 110(2): 223-240. Desante DF, Geupel GR. 1987. Landbird productivity in central coastal California: the relationship to annual rainfall and a reproductive failure in 1986. The Condor, 89(3): 636-653. Ding P, Jiang SR. 2005. Microgeographic song variation in the Chinese bulbul (Pycnonotus sinensis) in Urban Areas of Hangzhou City. Zoological Research, 26(5): 453-459. [ 丁 平, 姜 仕 仁. 2005. 杭 州 市 区 白 头 鹎 鸣 声 的 微 地 理 差 异. 动 物 学 研 究, 26(5): 453-459.] Du TK, Ma JF. 2011. Four new records of birds in Ningxia. Journal of Agricultural Sciences, 32(2): 95-96. [ 杜 天 奎, 马 金 峰. 2011. 宁 夏 鸟 类 4 种 新 纪 录. 农 业 科 学 研 究, 32(2): 95-96.] Eden SF. 1985. The comparative breeding biology of magpies Pica pica in an urban and a rural habitat (Aves: Corvidae). Journal of Zoology, 205(3): 325-334. Fishpool LDC, Tobias JA. 2005. Family Pycnonotidae (bulbuls). In: del Hoyo J, Eliott A, Christie DA. Handbook of the Birds of the World. Vol. 10. Lynx Editions, Barcelona. 124-253. Fleischer AL, Bowman R, Woolfenden GE. 2003. Variation in foraging behavior, diet, and time of breeding of Florida scrub-jays in suburban and wildland habitats. The Condor, 105(3): 515-527. Gering JC, Blair RB. 1999. Predation on artificial bird nests along an urban gradient: predatory risk or relaxation in urban environments? Ecography, 22(5): 532-541. Germaine SS, Wakeling BF. 2001. Lizard species distributions and habitat occupation along an urban gradient in Tucson, Arizona, USA. Biological Conservation, 97(2): 229-237. Geue D, Partecke J. 2008. Reduced parasite infestation in urban Eurasian blackbirds (Turdus merula): a factor favor-ing urbanization? Canadian Journal of Zoology, 86(12): 1419-1425. Gregg MA, Crawford JA, Drut MS, DeLong AK. 1994. Vegetational cover and predation of Sage Grouse nests in Oregon. The Journal of Wildlife Management, 58(1): 162-166.
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3 期 兰 思 思 等 : 杭 州 城 市 环 境 中 白 头 鹎 的 繁 殖 生 态 189 Suárez-Rodríguez M, López-Rull I, Garcia CM. 2012. Incorporation of cigarette butts into nests reduces nest ectoparasite load in urban birds: new ingredients for an old recipe. Biology Letters, 9(1): 20120931. Tomiałojć L. 1982. Synurbanization of birds and prey-predators relations. In: Luniak M, Pisarski B. Animals in Urban Environments. Ossolineum, Warszawa: 131-137. Walting D. 1983. The breeding biology of the Red-vented Bulbul Pycnonotus cafer in Fiji. Emu, 83(3): 173-180. Wang XP, Du M, Sun LX, Li JL. 2005. New distribution of Chinese Bulbul (Pycnonotus sinensis) in Lüshun of Dalian, China. Zoological Research, 26(1): 95. [ 王 小 平, 杜 敏, 孙 立 新, 李 建 立. 2005. 大 连 旅 顺 老 铁 山 发 现 白 头 鹎. 动 物 学 研 究, 26(1): 95.] Wang YP, Chen SH, Jiang PP, Ding P. 2008. Black-billed Magpies (Pica pica) adjust nest characteristics to adapt to urbanization in Hangzhou, China. Canadian Journal of Zoology, 86(7): 676-684. Wang YP, Chen SH, Blair RB, Jiang PP, Ding P. 2009. Nest composition adjustments by Chinese Bulbuls Pycnonotus sinensis in an urbanized landscape of Hangzhou (E China). Acta Ornithologica, 44(2): 185-192. Williams JB, Tieleman BI. 2000. Flexibility in basal metabolic rate and evaporative water loss among hoopoe larks exposed to different environmental temperatures. The Journal of Experimental Biology, 203(20): 3153-3159. Wood WE, Yezrinac SM. 2006. Song sparrow (Melospiza melodia) song varies with urban noise. Auk, 123(3): 650-659. Woxvold IA, Duckworth JW, Timmins RJ. 2009. An unusual new bulbul (Passeriformes: Pycnonotidae) from the limestone karst of Lao PDR. Forktail, 25: 1-12. Yang XJ, Lei FM. 2008. Song structure and its microgeographic variation of the Chinese bulbul Pycnonotus sinensis. Acta Zoologica Sinica, 54(4): 630-639. [ 杨 晓 菁, 雷 富 民. 2008. 白 头 鹎 的 鸣 唱 结 构 及 其 鸣 唱 微 地 理 变 异. 动 物 学 报, 54(4): 630-639.] Yu TL, Fu JR, Guo YS. 2011. Analysis of population growth of light-vented bulbul (Pycnonotus sinensis) in Nanchong area. Journal of Xinyang Normal University ( Natural Science Edition), 24(4): 495-498. [ 于 同 雷, 符 建 荣, 郭 延 蜀. 2011. 四 川 南 充 地 区 白 头 鹎 种 群 数 量 增 长 原 因 分 析. 信 阳 师 范 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 24(4): 495-498.] Zhang B. 2010. The new record of residence date of Birds in Hebei Province. Journal of Hebei Normal University of Science & Technology, 24(2): 64-66. [ 张 波. 2010. 河 北 鸟 类 居 留 期 新 记 录. 河 北 科 技 师 范 学 院 学 报, 24(2): 64-66.] Zhang GK, Fang YY, Jiang XH, Liu JS, Zhang YP. 2008. Adaptive Plasticity in Metabolic Rate and Organ Masses among Pycnonotus sinensis, in Seasonal Acclimatization. Chinese Journal of Zoology, 43(4): 13-19. [ 张 国 凯, 方 媛 媛, 姜 雪 华, 柳 劲 松, 张 永 普. 2008. 白 头 鹎 的 代 谢 率 与 器 官 重 量 在 季 节 驯 化 中 的 可 塑 性 变 化. 动 物 学 杂 志, 43(4): 13-19.] Zhang ZW, Bi ZL, Wang N, Song J. 2003. Two new records of birds found in Beijing. Journal of Beijing Normal University:Natural Science, 39(4): 541-543. [ 张 正 旺, 毕 中 霖, 王 宁, 宋 杰. 2003. 北 京 2 种 鸟 类 的 新 分 布 记 录. 北 京 师 范 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 39(4): 541-543.] Zhu XE. 1991. Breeding habit of Chinese Bulbul. Journal of Shandong Forestry Science and Technology, (1): 16-17. [ 朱 献 恩. 1991. 白 头 鹎 的 繁 殖 习 性. 山 东 林 业 科 技, (1): 16-17.] Zhuge Y, Gu HQ, Cai CM. 1990. Fauna of Zhejiang: Aves. Hangzhou: Zhejiang Science and Technology Publishing House. [ 诸 葛 阳, 顾 辉 清, 蔡 春 抹. 1990. 浙 江 动 物 志 : 鸟 类. 杭 州 : 浙 江 科 技 出 版 社.]
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 190 195 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0190 斑 马 鱼 对 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 性 变 化 刘 明 镜 1, 王 志 坚 2,* 1. 重 庆 医 科 大 学 附 属 儿 童 医 院, 认 知 发 育 与 学 习 记 忆 障 碍 转 化 医 学 重 庆 市 市 级 重 点 实 验 室, 重 庆 400014; 2. 西 南 大 学 淡 水 鱼 类 资 源 与 生 殖 发 育 教 育 部 重 点 实 验 室, 水 产 科 学 重 庆 市 市 级 重 点 实 验 室, 生 命 科 学 学 院, 重 庆 400715 摘 要 : 该 研 究 以 斑 马 鱼 为 (Danio rerio) 对 象, 研 究 了 四 周 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 行 为 形 态 生 长 肌 肉 生 化 组 分 及 代 谢 酶 活 性 的 影 响 旨 在 探 索 斑 马 鱼 对 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 性 变 化, 为 进 一 步 了 解 鱼 类 适 应 无 氧 运 动 训 练 的 分 子 机 制 提 供 基 础 数 据 结 果 发 现 : 斑 马 鱼 的 日 常 活 跃 程 度 经 四 周 无 氧 运 动 训 练 后 显 著 降 低, 群 聚 程 度 增 加 ; 训 练 组 个 体 体 重 和 体 长 增 长 减 缓, 更 利 于 运 动 ; 肌 糖 原 含 量 显 著 增 加, 运 动 持 久 能 力 加 强 ; 肌 肉 乳 酸 脱 氢 酶 (LDH) 活 性 显 著 增 高, 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 活 性 显 著 降 低, 无 氧 代 谢 能 力 加 强 即, 斑 马 鱼 无 氧 运 动 能 力 和 无 氧 代 谢 能 力 在 训 练 后 得 以 明 显 提 升 关 键 词 : 无 氧 运 动 训 练 ; 斑 马 鱼 ; 形 态 ; 酶 ; 适 应 中 图 分 类 号 :Q955;Q959.468 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0190-06 Adaptive changes of Zebrafish (Danio rerio) to anaerobic exercise training Ming-jing LIU 1, Zhi-jian WANG 2,* 1. Chongqing Key Laboratory of Translational Medical Research in Cognitive Development and Learning and Memory Disorders, Children s Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 400014, China; 2. Key Laboratory of Fresh Water Fish Reproduction and Development, Education of Ministry, Key Laboratory of Aquatic Science of Chongqing, School of Life Science, Southwest University, Chongqing 400715, China Abstract: To explore adaptive changes of the Zebrafish (Danio rerio) to anaerobic exercise training as well as to collect basic data of molecular mechanisms of adaption to anaerobic exercise training among this fish, we investigated the influences of 4 weeks of anaerobic exercise training on the behavior, morphology, growth, muscle biochemical components and metabolic enzyme activities of the Zebrafish. Our results indicated that individual s daily activity level declined after 4 weeks training and they preferred to swim together more frequently. Both body length and weight gain decreased, allowing the fish to adapt to the increased locomotion. Similarly, glycogen in muscles increased and exercise endurance also strengthened due to the enhancement of energy storage. Moreover, although the activity of lactate dehydrogenase (LDH) in muscle has increased, the activity of citrate synthase (CS) decreased. Taken together, these results suggest that both the ability of anaerobic exercise and anaerobic metabolism of Zebrafish can in fact be enhanced by training, and the tangible changes that we could measure were retained, but only for a limited time. Keywords: Anaerobic exercise training; Zebrafish (Danio rerio); Morphology; Enzyme; Adaption 运 动 训 练 从 代 谢 角 度 可 分 为 有 氧 运 动 训 练 和 无 氧 运 动 训 练, 而 鱼 类 有 许 多 优 点 可 以 作 为 研 究 运 动 生 理 和 运 动 训 练 对 肌 肉 可 塑 性 的 极 佳 模 型 (McClelland, 2012) 持 续 有 氧 游 泳 运 动 训 练 可 以 影 响 鱼 类 的 生 长 率 和 食 物 转 化 效 率 改 善 鱼 类 肉 质 (Davison, 1997; Palstra & Planas, 2011; Song et al, 2012) 增 加 最 大 耗 氧 量 (Gallaugher et al, 2001) 促 进 红 肌 的 肥 大 增 粗 (Johnston & Moon, 1980b) 影 响 收 稿 日 期 :2013-03-06; 接 受 日 期 :2013-04-30 基 金 项 目 : 重 庆 市 科 委 重 点 实 验 室 专 项 经 费 ; 重 庆 市 自 然 科 学 基 金 项 目 (cstc2011jja80012) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: wangzj1969@126.com, wangzj@swu.edu.cn 第 一 作 者 简 介 : 刘 明 镜 (1984 ), 男, 汉 族, 重 庆 人, 硕 士, 研 究 助 理, 研 究 方 向 : 鱼 类 生 理 学 E-mail:passion22@163.com
3 期 刘 明 镜 等 : 斑 马 鱼 对 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 性 变 化 191 鱼 类 形 态 学 参 数 (Davison, 1997;Yan et al, 2011) 提 高 肌 糖 原 和 代 谢 酶 活 性 (Johnston & Moon, 1980a) 增 加 肌 肉 毛 细 血 管 数 量 和 线 粒 体 密 度 (Pelster et al, 2003) 以 及 增 强 鱼 类 游 泳 能 力 和 相 关 代 谢 能 力 等 (Davison, 1997;McClelland, 2012) 无 氧 运 动 训 练 可 显 著 降 低 虹 鳟 (Oncorhynchus mykiss) 南 方 鲇 (Silurus meridionalis) 和 瓦 氏 黄 颡 鱼 (Pelteobagrus vachelli) 的 生 长 率 (Fu et al, 2007; Gamperl et al, 1988; Hernandez et al, 2002; Liu et al, 2009); 降 低 瓦 氏 黄 颡 鱼 的 脂 含 量, 增 加 其 临 界 游 泳 速 度 U crit (Liu et al,2009); 提 升 虹 鳟 加 速 能 力 (Gamperl et al, 1991; Pearson et al, 1990), 降 低 其 在 无 氧 运 动 后 的 乳 酸 葡 萄 糖 及 血 浆 可 的 松 等 的 浓 度 扰 动 (Hernandez et al, 2002), 同 时 加 强 其 运 动 后 代 谢 恢 复 (Pearson et al, 1990); 提 升 南 方 鲇 及 瓦 氏 黄 颡 鱼 的 静 止 耗 氧 率, 并 加 快 其 运 动 后 的 过 量 耗 氧 (EPOC) 恢 复 (Cao & Fu,2009;Liu et al, 2009) 鱼 类 运 动 生 理 相 关 研 究 对 小 型 鱼 类 以 及 热 带 鱼 类 关 注 极 少 (Kieffer, 2010), 本 研 究 于 行 为 形 态 生 化 组 成 及 鱼 类 能 量 相 关 代 谢 酶 水 平 探 索 小 型 热 带 鱼 类 斑 马 鱼 (Danio rerio) 四 周 无 氧 运 动 训 练 后 的 适 应 性 变 化, 旨 在 揭 示 鱼 类 适 应 无 氧 运 动 训 练 的 生 理 生 化 特 征, 为 其 分 子 机 制 研 究 提 供 基 础 数 据 1 材 料 和 方 法 1.1 实 验 对 象 成 年 斑 马 鱼 购 于 北 碚 观 赏 鱼 市 场, 随 机 选 取 身 体 健 康 无 外 伤 个 体 鱼 池 (100 cm 50 cm 33 cm) 实 际 水 容 量 100 L, 充 气 泵 持 续 不 间 断 充 入 空 气, 每 日 换 水 量 为 50%, 并 清 除 残 饵 和 粪 便 每 天 饱 食 投 喂 水 蚯 蚓 两 次, 光 照 为 12 D:12 L, 水 温 (28±1) 实 验 前 饲 养 7 d 以 适 应 实 验 室 环 境 1.2 实 验 设 计 斑 马 鱼 个 体 饥 饿 处 理 3 d 后, 测 量 体 长 和 体 重, 随 机 分 为 对 照 组 (n=62) 及 训 练 组 (n=62) 对 照 组 以 1.1 所 述 方 法 饲 养 四 周 训 练 组 参 考 Wood (1991) 的 方 法 给 予 运 动 训 练, 并 使 用 钝 物 连 续 驱 赶 个 体, 促 使 其 作 爆 发 式 无 氧 运 动 使 用 容 器 为 直 径 67 cm 的 圆 形 盆, 使 用 水 容 量 为 20 L 四 周 的 训 练 时 间 内, 每 天 上 午 的 训 练 量 持 续 不 变, 即 3 min 一 次 ; 从 第 2 周 开 始, 每 天 增 加 下 午 训 练 1 次, 每 周 增 加 1 min 即 第 2 3 4 周 的 下 午 训 练 时 间 分 别 为 1 2 3 min 实 验 过 程 中, 每 天 观 察 个 体 游 泳 行 为 第 4 周 后, 对 照 组 及 训 练 组 饥 饿 3 d 后 测 量 体 长 和 体 重, 于 静 止 水 平 下 分 别 取 8 尾 用 于 肌 糖 原 分 析, 剩 余 个 体 取 材 用 于 酶 活 性 蛋 白 及 水 分 含 量 分 析 1.3 取 材 和 样 品 处 理 1.3.1 取 材 除 静 止 水 平 取 材 个 体 使 用 0.4 g/l 的 MS-222 麻 醉 后 处 死 外, 其 余 个 体 用 手 指 弹 击 头 部 致 死, 去 除 头 部 皮 肤 尾 及 内 脏 等, 肌 肉 快 速 放 入 液 氮 并 于 80 保 存 1.3.2 样 品 处 理 所 有 肌 肉 样 品 ( 红 白 肌 混 合 样 品 ) 在 液 氮 下 研 磨 成 粉 状 并 由 天 平 (AR2140, 精 确 至 0.0001g, Ohaus, 美 国 ) 称 重 粉 末 状 样 品 处 理 过 程 若 无 特 殊 说 明 均 在 冰 上 进 行 在 样 品 中 加 入 3 倍 重 量 碱 液 ( 试 剂 盒 购 自 南 京 建 成 ) 沸 水 浴 20 min, 然 后 加 入 16 倍 样 品 重 量 的 蒸 馏 水 将 样 品 稀 释 成 20 倍 糖 原 检 测 液, 以 备 糖 原 分 析 将 粉 末 状 样 品 置 于 400 µl 抽 提 液 ( 试 剂 盒 购 自 上 海 杰 美 基 因 ) 中, 冰 上 孵 育 36 min 后 每 12 min 使 用 漩 涡 震 荡 仪 震 荡 30 s, 提 取 粗 酶 液 用 于 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 和 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 分 析 的 粗 酶 液 在 冰 上 孵 育 后, 离 心 5 次 (35000 r/min, 每 次 持 续 20 s, 间 隔 30 s)(fluko, 上 海 ), 所 得 高 速 匀 浆 离 心 10 min (4,16 000 r/min), 上 清 液 用 于 总 蛋 白 含 量 和 各 种 酶 活 性 分 析 1.4 实 验 分 析 及 数 据 处 理 糖 原 ( 蒽 酮 显 色 法 ) 及 总 蛋 白 含 量 ( 改 进 Bradford 法 ) 分 析 试 剂 盒 购 于 南 京 建 成, 己 糖 激 酶 (HK) 磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK) 丙 酮 酸 激 酶 (PK) 乳 酸 脱 氢 酶 (LDH) 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 及 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 (COX) 活 性 分 析 试 剂 盒 购 于 上 海 杰 美 基 因 糖 原 由 分 光 光 度 计 ( 岛 津, 日 本 ) 测 定 酶 活 性 在 28 下 由 酶 标 仪 (Thermo Multiskan Spectrum, 芬 兰 ) 测 定 蛋 白 含 量 由 酶 标 仪 上 测 定 具 体 步 骤 和 方 法 参 照 试 剂 盒 说 明 书 将 1.3.2 处 理 所 得 肌 肉 粉 末 加 入 干 燥 离 心 管 中 称 重 得 到 肌 肉 湿 重, 然 后 置 于 80 烘 箱 烘 至 恒 重 后 称 量 得 到 干 重, 水 分 含 量 =( 湿 重 干 重 )/ 湿 重 根 据 1.2 中 所 得 的 体 长 和 体 重 数 据 计 算 绝 对 生 长 率 及 肥 满 度 k 值 (k>1.4: 个 体 处 于 极 好 营 养 状 况 (McClelland et al, 2006)) 体 长 绝 对 生 长 率 (cm/week)=[ 训 练 前 体 长 均 值 (cm) 训 练 后 体 长 均 值 (cm)] /4 (week) (1)
192 动 物 学 研 究 34 卷 体 重 绝 对 生 长 率 (g/week)=[ 训 练 前 体 重 均 值 (g) 训 练 后 体 重 均 值 (g)] /4 (week) (2) 肥 满 度 (g cm -3 ) k 值 =[ 体 重 (g)/ 体 长 3 (cm)] 100 (3) 所 有 实 验 数 据 使 用 Excel 2003 和 SPSS 13.0 处 理, 以 mean±se 呈 现, 使 用 t- 检 验 和 单 因 素 方 差 分 析 (LSD) 显 著 性, 显 著 性 水 平 为 P<0.05 2 结 果 2.1 游 泳 行 为 对 照 组 和 训 练 组 斑 马 鱼 在 分 别 经 历 4 周 饲 养 和 无 氧 运 动 训 练 后, 个 体 数 量 分 别 由 62 降 至 57 及 55, 死 亡 率 分 别 为 8.1% 和 11.3% 训 练 组 在 每 次 3 min 训 练 过 程 中, 初 始 1 min 游 动 迅 速, 呈 爆 发 式 游 动, 之 后 2 min 游 动 速 度 显 著 下 降, 但 仍 可 作 爆 发 式 游 动, 在 训 练 结 束 时 无 明 显 力 竭 现 象 在 4 周 的 训 练 过 程 中, 训 练 组 在 鱼 缸 中 饲 养 时 集 群 程 度 较 对 照 组 高, 更 喜 集 群 游 动, 同 时, 游 动 活 跃 程 度 低 于 对 照 组 2.2 形 态 与 生 长 4 周 后 对 照 组 斑 马 鱼 体 长 及 体 重 显 著 增 加 (P<0.05), 绝 对 生 长 率 分 别 为 0.0325 cm/week 和 0.0325 g/week 训 练 组 体 长 及 体 重 无 显 著 增 加 (P>0.05), 且 体 长 绝 对 生 长 率 为 0.0075 cm/week, 仅 为 对 照 组 的 23.07%, 体 重 呈 负 增 长 4 周 后 对 照 组 肥 满 度 显 著 增 (P<0.05), 训 练 组 则 显 著 下 降 (P<0.05)( 仍 处 在 极 好 营 养 状 况 下 (k=1.70>1.4))( 表 1) 表 1 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 体 长 体 重 和 肥 满 度 的 影 响 Table 1 Effect of anaerobic exercise training on body length, weight and condition factor of Zebrafish 组 别 Group 对 照 组 4 周 前 Pre-control 对 照 组 Control 训 练 组 4 周 前 Pre-trained 训 练 组 Trained * P<0.05 个 体 数 量 n 体 长 Length (cm) 体 重 Weight (g) 肥 满 度 Condition factor, k 62 3.23±0.02 0.58±0.02 1.70±0.03 57 3.36±0.03 * 0.71±0.02 * 1.84±0.04 * 62 3.29±0.03 0.66±0.02 1.81±0.03 55 3.32±0.02 0.64±0.02 1.70±0.02 * 2.3 肌 肉 组 分 四 周 无 氧 运 动 训 练 显 著 增 加 成 年 斑 马 鱼 肌 肉 糖 原 含 量 (P<0.05), 对 照 组 肌 肉 糖 原 含 量 仅 为 训 练 组 的 61.60%, 且 肌 肉 内 总 蛋 白 和 水 分 含 量 两 组 间 无 显 著 差 异 (P>0.05)( 表 2) 2.4 酶 活 性 2.4.1 糖 酵 解 酶 活 性 斑 马 鱼 肌 肉 糖 酵 解 相 关 酶 活 性 均 在 28 下 测 定 4 周 训 练 后, 己 糖 激 酶 (HK) 磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK) 及 丙 酮 酸 激 酶 (PK) 在 对 照 组 和 训 练 组 间 无 显 著 性 差 异 (P>0.05), 而 训 练 组 乳 酸 脱 氢 酶 (LDH) 活 性 提 高 38.07%, 显 著 高 于 对 照 组 (P<0.05)( 表 3) 表 2 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 肌 肉 水 分 蛋 白 和 糖 原 含 量 的 影 响 Table 2 Effect of anaerobic exercise training on moisture, protein and glycogen in Zebrafish muscle 组 别 Group 对 照 组 Control 训 练 组 Trained * P<0.05 水 分 (n=10) Moisture (%) 总 蛋 白 (n=10) Protein (mg/g wet wt) 糖 原 (n=8) Glycogen (µmol/g wet wt) 79.39±0.54 28.13±4.37 13.12±1.24 78.61±0.38 25.90±2.29 21.30±1.52* 表 3 斑 马 鱼 肌 肉 糖 酵 解 酶 活 性 Table 3 Skeletal muscle enzyme activities for glycolysis of Zebrafish 组 别 Group 对 照 组 Control 训 练 组 Trained 己 糖 激 酶 HK (U/g wet wt) 磷 酸 果 糖 激 酶 PFK (U/g wet wt) 丙 酮 酸 激 酶 PK(U/g wet wt) 乳 酸 脱 氢 酶 LDH (U/g wet wt) 1.86±0.35 12.66±0.86 43.85±5.03 81.25±9.13 2.30±0.36 11.64±0.90 36.18±2.30 112.18±9.57 * 除 LDH 对 照 组 n=9 外, 所 有 组 n=10 All groups n=10 except LDH control n=9, U: μmol/min; * P<0.05. 2.4.2 线 粒 体 酶 活 性 4 周 训 练 后, 在 28 下 训 练 组 斑 马 鱼 肌 肉 线 粒 体 标 志 酶 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 活 性 显 著 降 低 (P<0.05), 仅 为 对 照 组 的 33.71%, 而 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 (COX) 活 性 在 两 组 间 无 显 著 性 差 异 (P> 0.05)( 表 4) 表 4 斑 马 鱼 肌 肉 线 粒 体 酶 活 性 Table 4 Skeletal muscle mitochondrion enzyme activities of Zebrafish 组 别 Group 柠 檬 酸 合 成 酶 CS 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 COX 对 照 组 Control 0.89±0.12 1.37±0.20 训 练 组 Trained 0.30±00.09 * 1.00±0.22 除 COX 对 照 组 n=9 外, 所 有 组 n=10 All groups n=10 except COX control n=9, U: μmol/min; * P<0.05.
3 期 刘 明 镜 等 : 斑 马 鱼 对 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 性 变 化 193 3 讨 论 3.1 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 死 亡 率 和 游 泳 行 为 的 影 响 斑 马 鱼 有 氧 运 动 训 练 后 训 练 组 死 亡 率 (30%) 高 于 对 照 组 (15%)(McClelland et al, 2006) 本 研 究 数 据 表 明 训 练 组 死 亡 率 略 高 于 对 照 组, 提 示 相 对 较 长 时 的 有 氧 运 动 训 练, 短 时 的 无 氧 运 动 训 练 对 鱼 类 的 胁 迫 性 可 能 较 低 许 多 研 究 表 明 鲑 鳟 鱼 类 在 饲 养 时 个 体 之 间 存 在 等 级 差 异 (Davison, 1997), 尤 其 在 静 水 中 饲 养 时, 鱼 类 个 体 攻 击 性 变 强, 等 级 度 明 显 增 加, 从 而 导 致 处 于 低 等 级 地 位 的 个 体 获 取 食 物 变 少 (Adam et al, 1995), 而 运 动 训 练 可 显 著 降 低 个 体 攻 击 性 (Davison, 1997) 本 研 究 对 照 组 出 现 个 体 被 攻 击 致 死 的 现 象, 而 训 练 组 个 体 的 活 跃 程 度 明 显 低 于 对 照 组, 说 明 训 练 降 低 其 侵 略 性 经 过 训 练 的 个 体 更 喜 集 群 游 动, 提 示 无 氧 运 动 训 练 后 的 运 动 性 疲 劳 等 原 因, 使 得 斑 马 鱼 侵 略 性 降 低 同 时, 由 于 该 运 动 方 式 所 包 含 的 个 体 被 强 迫 运 动 和 被 捕 食 的 双 重 胁 迫, 可 能 会 促 使 斑 马 鱼 个 体 聚 集 游 动 目 前 关 于 运 动 训 练 所 带 来 的 鱼 类 行 为 改 变 还 未 开 展 广 泛 研 究, 尤 其 是 无 氧 运 动 对 鱼 类 个 体 在 生 态 和 行 为 的 效 应 研 究 匮 乏, 未 来 需 要 使 用 更 有 效 的 观 察 和 统 计 方 法 研 究 鱼 类 游 泳 行 为 3.2 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 形 态 生 长 和 肌 肉 组 分 的 影 响 无 氧 运 动 训 练 使 得 虹 鳟 食 物 消 耗 率 利 用 率 生 长 率 及 肥 满 度 等 均 显 著 下 降 (Gamperl et al, 1988;Hernandez et al, 2002), 南 方 鲇 及 瓦 氏 黄 颡 鱼 生 长 减 缓 (Fu et al,2007;liu et al, 2009) 本 研 究 表 明 无 氧 运 动 训 练 极 大 限 制 了 成 年 斑 马 鱼 个 体 生 长 说 明 无 氧 运 动 训 练 对 于 不 同 种 类 和 生 态 习 性 的 鱼 类 具 有 较 强 的 形 态 塑 造 性 和 一 定 程 度 上 的 生 长 抑 制 性, 但 不 同 鱼 类 对 不 同 的 训 练 强 度 和 时 长 反 应 各 异 研 究 表 明 训 练 对 虹 鳟 的 蛋 白 脂 和 含 水 量 百 分 比 无 影 响 (Gamperl et al,1988 ; Hernandez et al, 2002), 而 瓦 氏 黄 颡 鱼 的 脂 含 量 在 力 竭 性 无 氧 运 动 训 练 后 显 著 降 低 (Liu et al, 2009) 本 研 究 表 明 无 氧 运 动 训 练 后 斑 马 鱼 肌 糖 原 含 量 水 平 显 著 升 高, 说 明 训 练 促 使 肌 肉 对 能 源 物 质 需 求 增 加 进 而 产 生 适 应 性 变 化, 特 别 是 糖 酵 解 的 供 能 物 质 糖 原, 而 蛋 白 和 肌 肉 含 水 量 无 显 著 变 化 这 些 研 究 表 明, 鱼 类 在 无 氧 运 动 训 练 的 适 应 过 程 中, 对 糖 原 的 需 求 最 大, 在 糖 原 物 质 无 法 满 足 时, 才 会 动 用 脂 蛋 白 等 能 源 物 质 尤 其 是 在 繁 殖 洄 游 过 程 中 的 鱼 类, 脂 蛋 白 等 为 其 运 动 过 程 中 的 重 要 能 量 来 源 (Guderley, 2004) 这 提 示 由 于 鱼 类 仅 能 作 短 时 间 无 氧 运 动, 一 般 无 需 增 加 肌 肉 内 脂 类 和 蛋 白 含 量 以 适 应 长 时 间 游 动 3.3 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 肌 肉 主 要 代 谢 酶 活 性 的 影 响 有 氧 运 动 训 练 可 提 高 许 多 能 量 代 谢 相 关 酶 的 活 性, 如 青 鳕 (Pollachius virens) 有 氧 运 动 训 练 后 红 白 肌 肌 酸 激 酶 活 性 均 显 著 增 加, 红 肌 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 和 β- 羟 脂 酰 辅 酶 A 脱 氢 酶 活 性 均 显 著 提 高 即, 训 练 可 增 强 个 体 有 氧 氧 化 代 谢 能 力 (Johnston et al, 1980a) 虹 鳟 有 氧 运 动 训 练 后, 其 红 肌 和 白 肌 内 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 及 β- 羟 脂 酰 辅 酶 A 脱 氢 酶 活 性 均 增 加 (Farrell et al, 1991) 成 年 斑 马 鱼 在 经 历 4 周 有 氧 运 动 训 练 之 后, 肌 肉 内 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 乳 酸 脱 氢 酶 (LDH) 及 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 (COX) 活 性 均 显 著 提 高 (McClelland et al, 2006) 以 上 有 氧 运 动 训 练 所 导 致 的 酶 活 性 变 化 差 异 与 鱼 的 种 类 以 及 具 体 训 练 方 法 强 度 及 持 续 时 间 有 关 无 氧 运 动 训 练 诱 导 的 鱼 类 肌 肉 酶 活 性 研 究 极 少, 无 氧 运 动 训 练 可 增 加 虹 鳟 肌 肉 糖 酵 解 酶 活 性, 如 磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK) 及 丙 酮 酸 激 酶 (PK) (Pearson et al, 1990) 本 研 究 中 在 经 4 周 无 氧 运 动 训 练 后, 检 测 了 斑 马 鱼 肌 肉 中 的 4 个 糖 酵 解 酶 及 两 个 线 粒 体 酶 其 中, 糖 酵 解 酶 己 糖 激 酶 (HK) 磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK) 及 丙 酮 酸 激 酶 (PK) 均 为 无 氧 糖 酵 解 过 程 中 的 限 速 酶 和 调 控 酶, 而 乳 酸 脱 氢 酶 (LDH) 为 衡 量 无 氧 酵 解 能 力 的 重 要 指 标, 是 无 氧 代 谢 终 产 物 乳 酸 的 直 接 催 化 酶 线 粒 体 酶 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 是 细 胞 内 有 氧 氧 化 三 羧 酸 循 环 过 程 的 首 要 限 速 酶, 是 重 要 的 线 粒 体 密 度 的 衡 量 指 标, 细 胞 色 素 C 氧 化 酶 (COX) 可 表 征 细 胞 呼 吸 电 子 传 递 链 的 氧 化 磷 酸 化 能 力 (Wang et al,2002) 本 研 究 结 果 显 示, 无 氧 运 动 训 练 并 不 显 著 作 用 于 糖 酵 解 过 程 中 的 三 个 关 键 限 速 酶, 但 诱 导 乳 酸 脱 氢 酶 活 性 显 著 增 加, 说 明 其 糖 酵 解 速 度 加 快, 酵 解 能 力, 尤 其 是 乳 酸 生 成 能 力, 在 训 练 后 得 到 加 强, 而 限 速 酶 活 性 并 未 得 到 显 著 提 高 说 明 训 练 强 度 或 时 长 可 能 未 达 到 足 够 强 度, 尚 不 足 以 诱 导 3 个 糖 酵 解 调 控 酶 产 生 适 应 性 变 化
194 动 物 学 研 究 34 卷 反 观 两 个 来 自 线 粒 体 的 代 谢 酶 : 柠 檬 酸 合 成 酶 (CS) 活 性 显 著 降 低 说 明 训 练 后 斑 马 鱼 肌 肉 的 有 氧 氧 化 能 力 下 降 ; 同 时 乳 酸 脱 氢 酶 活 性 增 高, 可 能 是 由 于 无 氧 运 动 训 练 加 强 糖 酵 解 能 力 而 促 使 肌 纤 维 类 型 更 多 地 向 白 肌 转 化, 或 肌 纤 维 无 氧 代 谢 能 力 被 诱 导 加 强, 而 有 氧 代 谢 能 力 被 削 弱, 而 在 两 种 代 谢 能 力 之 间 存 在 权 衡, 即 有 氧 运 动 耐 久 力 若 被 削 弱, 则 无 氧 运 动 爆 发 能 力 将 被 加 强 3.4 无 氧 运 动 训 练 对 斑 马 鱼 的 综 合 影 响 训 练 后 的 斑 马 鱼 肥 满 度 显 著 下 降, 体 型 较 对 照 组 苗 条, 而 小 的 体 表 面 积 游 动 过 程 中 的 阻 力 小 (Guderley, 2004), 在 游 动 过 程 中 能 量 耗 费 较 小 研 究 发 现 鱼 类 生 长 率 和 运 动 能 力 存 在 着 权 衡 (Zeng, 2008), 在 生 长 上 耗 费 过 多 会 影 响 鱼 类 个 体 运 动 能 力, 而 运 动 训 练 能 够 延 长 生 长 推 迟 繁 殖 (Palstra & Planas,2011) 本 研 究 训 练 组 生 长 停 滞, 而 对 照 组 体 型 较 为 肥 硕, 提 示 对 照 组 用 于 运 动 的 能 量 较 训 练 组 少, 可 能 将 更 多 能 量 用 于 繁 殖 由 于 许 多 代 谢 酶 活 性 与 鱼 类 生 长 率 变 化 正 相 关 (Pelletier et al, 1993; Pelletier et al, 1995), 本 研 究 中 对 照 组 生 长 率 较 训 练 组 高, 而 训 练 组 生 长 停 滞, 提 示 即 便 训 练 增 加 了 酶 活 性, 生 长 率 降 低 导 致 的 酶 活 性 下 降 亦 会 抵 消 训 练 效 应, 这 可 能 部 分 解 释 糖 酵 解 限 速 酶 无 显 著 变 化 的 原 因, 也 是 未 来 运 动 训 练 研 究 中 值 得 注 意 的 当 然 也 有 可 能 体 型 和 肌 糖 原 含 量 的 增 加 已 经 足 够 适 应 训 练, 而 无 需 诱 导 增 加 酶 活 性 以 适 应 训 练 这 就 引 出 一 个 问 题, 高 生 长 率 会 增 加 代 谢 酶 活 性, 增 强 肌 肉 代 谢 能 力, 但 同 时 带 来 体 重 过 重 表 面 积 增 加 等 对 运 动 不 利 的 影 响 因 此, 综 上 所 述, 斑 马 鱼 的 无 氧 运 动 训 练 是 各 方 面 协 调 适 应 的 过 程 参 考 文 献 : Adam CE, Huntingford FA, Krpal J, Jobling M, Burnett SJ. 1995. 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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 196 203 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0196 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 张 方 *, 陈 潘, 赵 书 仪 安 徽 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院, 安 徽 芜 湖 241000 摘 要 : 为 了 解 同 域 分 布 的 两 种 无 尾 两 栖 类 动 物 武 夷 湍 蛙 (Amolops wuyiensis) 和 凹 耳 蛙 (Odorrana tormotus) 在 高 噪 音 环 境 下 的 求 偶 鸣 声 特 征 及 其 适 应 策 略, 该 研 究 利 用 超 声 录 音 设 备 录 制 并 分 析 了 繁 殖 季 节 武 夷 湍 蛙 和 凹 耳 蛙 雄 性 个 体 在 同 一 噪 音 环 境 下 的 求 偶 鸣 声 结 果 显 示, 繁 殖 期 武 夷 湍 蛙 在 不 同 时 段 均 能 发 出 3~6 个 音 节 数 不 等 的 单 一 鸣 声, 每 个 音 节 由 2~10 个 声 脉 冲 组 成, 鸣 声 平 均 持 续 时 间 为 2 198.20 ms, 主 频 为 2 231.90 Hz, 信 噪 声 强 差 为 33.00 db, 且 鸣 声 不 含 超 声 组 分, 不 具 备 超 声 通 讯 的 基 础 凹 耳 蛙 在 每 天 的 18:00 21:00 有 集 中 鸣 叫 行 为, 鸣 声 平 均 持 续 时 间 为 331.80 ms, 主 频 为 6 665.50 Hz, 信 噪 声 强 差 为 37.00 db, 且 鸣 声 谐 波 包 含 超 声 组 分, 与 前 人 描 述 一 致 经 进 一 步 分 析 发 现, 武 夷 湍 蛙 和 凹 耳 蛙 的 鸣 声 主 频 和 声 强 均 高 于 背 景 噪 音, 噪 音 不 会 对 其 鸣 声 产 生 掩 蔽 作 用 通 过 比 较 分 析 得 知, 武 夷 湍 蛙 鸣 声 主 频 率 < 凹 耳 蛙, 推 测 其 声 信 号 传 播 距 离 相 对 后 者 更 远, 该 蛙 在 噪 音 环 境 下 有 可 能 通 过 调 整 自 身 的 发 声 策 略 ( 即 采 用 多 音 节 鸣 叫 声 增 加 鸣 叫 时 长 和 鸣 叫 频 次 等 ) 来 完 成 种 内 通 讯, 并 通 过 改 变 鸣 声 时 长 来 体 现 雄 性 自 身 的 品 质, 以 便 提 高 对 雌 性 的 吸 引 力 而 相 同 噪 音 环 境 下 的 凹 耳 蛙 则 可 能 采 用 较 为 节 约 能 量 的 方 式 提 高 声 信 号 频 率 的 通 讯 策 略, 完 成 种 内 竞 争 和 交 流 关 键 词 : 武 夷 湍 蛙 ; 凹 耳 蛙 ; 噪 音 ; 求 偶 鸣 声 ; 适 应 策 略 中 图 分 类 号 :Q959.5 + 3; Q437 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0196-08 Comparison of mating calls and adaptive strategies of Amolops wuyiensis and Odorrana tormotus (Anura) in noise-controlled environments Fang ZHANG *, Pan CHEN, Shu-Yi ZHAO College of Life Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China Abstract: In order to understand the acoustic characteristics and adaptive strategies of sympatric male Amolops wuyiensis and male Odorrana tormotus in environments controlled for high noise levels, we recorded and analyzed the advertisement calls produced by individual males during breeding season. The results show that A. wuyiensis produced a single type of call composed of variable syllables (from 3 to 6 syllables) with 2~10 pulses over different time periods. The average values of call duration, dominant frequency and signal noise ratio were 2 198.20 ms, 2 231.90 Hz and 33.00 db respectively. There were no ultrasonic elements in A. wuyiensis calls and they did not have the basis of ultrasonic communication. The average values of call duration, dominant frequency and signal noise ratio of O. tormotus were 331.80 ms, 6 665.50 Hz and 37.00 db respectively. Call structure of O. tormotus was consistent with previous studies. The noise did not mask the calls from the male A. wuyiensis and male O. tormotus, which have higher frequencies and amplitudes. To fulfill the intra-species communication in a noise-controlled environment, the A. wuyiensis male, which has a low vocal frequency and long transmission length, varied vocal frequency, composition, and duration, the latter of which serves to attract females. By contrast, the male O. tormotus increased vocal frequency, which reduces the energy expended on intra-species communication. Keywords: Amolops wuyiensis; Odorrana tormotus; Noise; Mating Advertisement call; Adaptive strategy 环 境 中 的 噪 音 会 干 扰 动 物 之 间 的 声 音 通 讯, 即 噪 音 的 遮 蔽 作 用 将 使 得 信 号 的 发 现 和 识 别 都 更 加 困 难 (Brumm & Slabbekoorn,2005;Bee & Micheyl, 2008) 通 常, 动 物 在 声 通 讯 过 程 中 会 采 用 不 同 的 策 收 稿 日 期 :2012-12-14; 接 受 日 期 :2013-02-21 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (31272326); 安 徽 省 教 育 厅 重 点 项 目 (KJ2012A142) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: biozhf@mail.ahnu.edu.cn 第 一 作 者 简 介 : 张 方 (1973 ), 男, 博 士, 副 教 授, 主 要 从 事 动 物 生 态 及 保 护 生 物 学 研 究
3 期 张 方 等 : 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 197 略 以 抵 消 噪 音 的 不 利 影 响 (Parks et al,2011) 例 如, 在 高 噪 音 环 境 下 提 高 鸣 叫 振 幅 (Lombard effect) (Brumm, 2004) 改 变 发 声 频 率 (Halfwerk & Slabbekoorn,2009) 或 者 调 整 发 声 时 间 等 ( 提 高 鸣 叫 率 延 长 鸣 叫 时 间 改 变 鸣 叫 起 始 时 间 以 及 避 开 噪 音 时 段 等 ) (Cynx et al,1998;ward et al,2003; Brumm & Slabbekoorn,2005) 除 噪 音 外, 性 比 也 影 响 某 些 动 物 的 鸣 声 特 征, 例 如, 雄 蛙 会 根 据 性 比 情 况 调 整 其 鸣 叫 率 鸣 叫 持 续 时 间 鸣 叫 复 杂 性 或 者 提 高 鸣 叫 的 脉 冲 率 等 对 其 他 雄 性 鸣 叫 作 出 反 映 (Ryan,1985;Wells,1988) 当 周 围 环 境 中 仅 出 现 较 少 雄 性 竞 争 者 时, 雄 性 通 过 维 持 低 鸣 叫 努 力 以 保 存 能 量, 而 一 旦 雄 性 竞 争 者 较 多 时, 雄 蛙 就 会 提 高 鸣 叫 努 力 以 及 能 量 支 出 (Ryan,2001) 凹 耳 蛙 (Odorrana tormotus) 是 首 个 被 发 现 具 有 超 声 听 力 的 两 栖 动 物, 其 在 高 噪 声 环 境 下 采 用 高 频 声 信 号 通 讯 的 策 略 可 能 是 适 应 喧 闹 生 境 以 及 发 声 与 听 觉 系 统 协 同 进 化 的 结 果 (Feng et al,2006; Shen et al,2008) 随 后,Arch et al (2008, 2009) 发 现 婆 罗 洲 岛 的 涧 蛙 (Huia cavitympanum) 的 外 耳 道 具 有 与 凹 耳 蛙 相 似 的 凹 陷 结 构, 也 具 有 超 声 通 讯 的 能 力, 甚 至 可 以 发 出 完 全 的 超 声 频 段 进 行 种 内 通 讯 当 然, 并 非 所 有 生 活 在 高 噪 音 环 境 下 的 物 种 均 需 依 靠 声 通 讯 来 完 成 种 内 或 种 间 交 流, 例 如, 在 非 洲 生 活 在 高 噪 音 环 境 ( 瀑 布 下 ) 的 蟾 蜍 (Nectophrynoides asperginis), 其 鼓 膜 消 失, 听 觉 完 全 退 化, 但 眼 睛 很 大, 视 力 极 其 发 达, 可 依 靠 敏 锐 的 视 觉 完 成 种 内 识 别 (Arch et al,2011) 以 上 研 究 表 明, 两 栖 类 动 物 为 适 应 噪 音 环 境, 在 漫 长 的 演 化 过 程 中 已 经 出 现 了 一 系 列 适 应 环 境 的 形 态 和 行 为 机 制 黄 山 浮 溪 的 武 夷 湍 蛙 (Amolops wuyiensis) 与 凹 耳 蛙 生 活 在 同 一 生 境 中, 两 者 繁 殖 期 皆 活 跃 于 背 景 噪 音 很 大 的 湍 急 溪 流 中 为 了 解 武 夷 湍 蛙 在 高 噪 音 环 境 下 的 通 讯 策 略, 我 们 在 繁 殖 季 节 利 用 超 声 录 音 设 备 录 制 了 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 雄 性 个 体 的 求 偶 鸣 声, 通 过 比 较 分 析 两 者 的 求 偶 鸣 声 特 征 以 及 发 声 行 为, 探 究 其 在 同 一 生 境 中 的 不 同 适 应 策 略 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 地 点 与 研 究 对 象 本 研 究 地 点 位 于 黄 山 汤 口 浮 溪 (N30 05, E118 08 ), 海 拔 550~650 m, 年 平 均 降 雨 量 ~2 390 mm (Feng et al, 2002) 实 验 期 间, 蛙 鸣 叫 地 点 的 外 界 温 度 变 化 范 围 为 15.5~19.0 o C, 湿 度 为 60%~ 100% 凹 耳 蛙 为 我 国 特 有 种, 分 布 于 浙 江 和 安 徽 等 地, 栖 息 于 海 拔 380~700 m 的 山 涧 溪 流 附 近, 因 雄 蛙 鼓 膜 凹 陷 形 成 耳 道 而 得 名 雄 蛙 具 一 对 咽 侧 下 外 声 囊, 雌 蛙 鼓 膜 微 凹 陷, 雌 雄 个 体 差 异 较 大 且 雌 性 ( 体 长 59.5 mm) 大 于 雄 性 ( 体 长 33.0 mm) 凹 耳 蛙 每 年 4 月 中 旬 陆 续 出 眠,5 月 份 集 聚 于 溪 边 活 动 (Chen,1991) 武 夷 湍 蛙 分 布 于 福 建 浙 江 及 安 徽 等 地, 多 生 活 于 海 拔 600~1 300 m 的 山 区 湍 流 或 小 溪 流 附 近, 常 见 于 皖 南 山 溪 武 夷 湍 蛙 雌 雄 个 体 差 异 较 小 且 雄 蛙 ( 体 长 40.7 mm) 略 小 于 雌 蛙 ( 体 长 49.8 mm), 雄 蛙 具 一 对 咽 侧 下 内 声 囊 在 黄 山 地 区 约 5 月 下 旬 至 7 月 为 其 繁 殖 期 (Chen,1991) 1.2 声 音 录 制 2012 年 4 5 月, 野 外 录 制 两 种 蛙 的 雄 体 求 偶 鸣 声 每 种 蛙 分 别 录 制 10 个 个 体, 每 个 目 标 个 体 连 续 录 音 大 于 10 声, 采 用 便 携 式 专 业 录 音 机 (Sound Devices,Model 702,Sound Devices,WI, USA;frequency range:10 Hz~96 khz) 并 连 接 超 声 话 筒 (G.R.A.S. 40BE,G.R.A.S. Sound &Vibration A/S,Holte,Denmark, frequency range:5 Hz~100 khz), 于 蛙 鸣 叫 最 集 中 的 05:00 09:00 及 17:00 23:00 进 行 录 制 根 据 叫 声 位 置 寻 找 并 确 定 目 标 个 体 以 避 免 重 复 录 制, 一 人 持 话 筒 慢 慢 靠 近 目 标 个 体, 距 离 ~0.5 m, 另 外 一 人 用 头 灯 光 束 照 射 目 标 个 体 ( 凌 晨 或 晚 上 时 使 用 ), 同 时 用 数 码 摄 像 机 (Cannon, Model HF-M40,Japan) 记 录 发 声 行 为 录 音 后, 捕 捉 目 标 个 体 并 带 回 实 验 室 测 量 体 长 ( 精 确 到 0.02 mm) 及 体 重 ( 精 确 到 0.1 g), 第 二 天 放 回 捕 捉 地 此 外, 我 们 还 在 研 究 区 域 选 取 了 一 条 100 m 的 样 线, 连 续 5 d 于 06:00 24:00 记 录 两 种 蛙 鸣 叫 时 段 分 布 ( 其 中 2 d 还 从 24:00 06:00 每 隔 1 h 记 录 一 次 蛙 鸣 叫 ) 1.3 声 音 和 数 据 分 析 利 用 Batsound Pro vs.3.31 (Electronik,Uppsala, Sweden) 作 示 波 图 (oscillograms) 语 谱 图 (spectrograms) 和 能 谱 图 (power spectrum) 声 音 采 样 率 为 96 khz 和 192 khz, 能 谱 图 采 用 哈 明 窗 (Hamming) 分 析, 精 度 为 21.5 Hz, 分 析 衰 减 为 60 db 利 用 Sound Analysis pro v1.2 (Ofer Tchernichovski & Mitra,Ccny,America) 对 鸣 声 特 征 参 数 进 行 定 量 分 析, 数 据 以 Excel 表 格 形 式 导 出 分 析 的 声 音 参
198 动 物 学 研 究 34 卷 数 包 括 鸣 叫 持 续 时 间 或 鸣 声 时 程 (ms) 音 节 数 音 节 持 续 时 间 (ms) 音 节 间 隔 (ms) 主 频 (Hz) 脉 冲 率 (1/s) 及 信 噪 声 强 差 ( 鸣 声 与 背 景 噪 音 声 强 差 值 db) 等 ( 各 参 数 定 义 详 见 Bee,2004;Yu & Zheng, 2009) 利 用 变 异 系 数 (CV=SD 100/mean) 分 析 声 音 参 数 的 个 体 间 差 异 程 度 采 用 独 立 样 本 t-test 分 析 两 种 蛙 在 同 一 参 数 上 是 否 存 在 差 异 利 用 一 元 线 性 回 归 分 析 蛙 的 身 体 大 小 ( 吻 端 到 泄 殖 腔 的 距 离 ) 与 鸣 叫 时 长 之 间 的 关 系 2 结 果 2.1 鸣 叫 时 间 谱 和 声 图 分 析 06:00 24:00 的 不 同 时 间 段 均 可 听 到 武 夷 湍 蛙 鸣 声, 但 无 集 中 鸣 叫 现 象 ( 图 1) 通 常 半 径 5 m 范 围 内 不 会 有 两 只 雄 蛙 同 声 鸣 叫, 一 只 雄 蛙 鸣 叫 结 束 后, 另 一 只 才 会 开 始 雄 蛙 多 喜 在 溪 水 较 平 缓 处 裸 露 小 石 块 上 或 溪 流 中 水 流 湍 急 处 大 石 块 的 背 面 鸣 叫, 未 发 现 在 溪 流 之 外 的 灌 木 丛 及 石 滩 鸣 叫 鸣 叫 时 身 体 一 般 不 会 完 全 离 开 水 面 或 仅 微 高 于 水 面, 白 天 反 应 灵 敏, 遇 到 惊 吓 立 即 入 水, 夜 晚 行 动 较 迟 缓 通 常 一 只 雄 蛙 鸣 叫 时, 四 周 会 有 数 只 雌 蛙 零 散 分 布 在 溪 水 中 大 石 块 的 背 面 未 发 现 求 偶 期 雄 蛙 间 的 竞 争 打 斗 行 为 武 夷 湍 蛙 雄 蛙 求 偶 时 发 出 清 脆 响 亮 的 gua gua gua 鸣 声,20 m 外 可 听 到, 每 次 鸣 叫 通 常 有 3~6 声 组 成 ( 图 2), 每 声 鸣 叫 声 囊 完 成 一 次 扩 张 和 收 缩 武 夷 湍 蛙 的 雄 性 求 偶 鸣 声 每 声 含 有 2~10 个 声 脉 冲, 即 由 多 个 超 短 音 节 组 成, 不 同 个 体 间 或 同 一 个 体 的 不 同 叫 声 均 有 差 异 ( 图 2, 图 3), 图 1 两 种 蛙 鸣 叫 活 动 时 段 分 布 (100 m 样 线 内 从 06:00 24:00 连 续 5 d 观 测 值 ) Figure 1 Time distribution of call activities among A. wuyiensis and O. tormotus (Observations conducted on a 100-m line transect from 06:00 to 24:00 over five consecutive days) 图 2 雄 性 武 夷 湍 蛙 鸣 声 示 波 图 (a:3 音 节 ;b:4 音 节 ;c:5 音 节 ;d:6 音 节 ) 和 凹 耳 蛙 鸣 声 示 波 图 (e: 单 音 节 长 音 ) Figure 2 Oscillograms of advertisement calls of male A. wuyiensis: (a: 3 syllables; b: 4 syllables; c: 5 syllables; d: 6 syllables) and O. tormotus (e: single-syllable call)
3 期 张 方 等 : 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 199 图 3 雄 性 武 夷 湍 蛙 脉 冲 示 波 图 Figure 3 Different pulse numbers contained in advertisement calls of male A. wuyiensis a:2 脉 冲 ;b:5 脉 冲 ;c:8 脉 冲 ;d:9 脉 冲 a: 2 impulses; b: 5 impulses; c: 8 impulses; d: 9 impulses. 且 鸣 叫 频 域 较 为 集 中, 没 有 太 多 变 化, 不 具 有 超 声 组 分 ( 图 4a) 能 量 分 布 单 一, 仅 一 个 位 于 2 000~2 300 Hz 的 主 能 峰 ( 图 5b) 白 天 极 少 听 到 凹 耳 蛙 鸣 叫, 该 蛙 于 18:00 21:00 有 集 群 鸣 叫 现 象 ( 图 1), 许 多 雄 蛙 攀 附 在 溪 流 周 围 矮 灌 木 丛 或 溪 流 边 岩 石 上 发 出 鸣 音 一 只 雌 蛙 周 围 或 同 一 区 域 内 往 往 会 聚 集 数 十 只 雄 蛙 雄 蛙 彼 此 间 会 有 激 烈 的 竞 争 鸣 叫 和 打 斗 现 象 雄 性 凹 耳 蛙 在 繁 殖 期 间 可 以 发 出 多 种 叫 声, 通 常 发 出 ji ji 声 ( 单 音 节 长 音 ), 每 次 鸣 叫 一 声, 间 隔 一 段 时 间 后 会 图 4 雄 性 武 夷 湍 蛙 (a) 和 凹 耳 蛙 (b) 的 鸣 声 语 图 Figure 4 Spectrograms of advertisement calls of A. Wuyiensis (a) and O. tormotus (b)
200 动 物 学 研 究 34 卷 图 5 凹 耳 蛙 (a) 及 武 夷 湍 蛙 (b) 鸣 声 能 谱 图 Figure 5 Power spectrum of O. tormotus (a) and A. wuyiensis (b) 图 6 武 夷 湍 蛙 体 长 与 鸣 声 持 续 时 间 的 关 系 图 Figure 6 Relationship between call duration and body size in A. wuyiensis 再 次 发 声, 每 声 仅 包 括 单 一 声 脉 冲 ( 图 2e), 每 次 鸣 叫 声 囊 完 成 一 次 完 全 扩 张 和 收 缩 若 雄 蛙 发 现 周 围 存 在 雌 蛙 或 领 域 周 围 有 其 他 外 来 雄 蛙 存 在, 还 会 发 出 da da da 声, 似 快 速 敲 击 桌 面 声 音, 每 次 鸣 叫 数 十 声 不 等, 鸣 叫 时 声 囊 快 速 扩 张 和 收 缩 此 外, 有 些 雄 蛙 还 能 发 出 类 似 猫 叫 声 及 婴 儿 声 等 多 种 不 同 鸣 声 凹 耳 蛙 单 音 节 长 音 的 鸣 声 主 频 集 中 于 >5 khz ( 表 1), 具 有 包 含 超 声 组 分 的 多 重 谐 波, 有 些 超 声 组 分 频 率 甚 至 可 以 达 到 80 khz ( 图 4b) 频 谱 分 析 ( 图 5a) 可 见 其 鸣 叫 能 量 分 布 在 多 个 能 峰 上 2.2 声 音 参 数 分 析 经 过 统 计 分 析, 我 们 发 现 雄 性 武 夷 湍 蛙 鸣 声 平 均 持 续 2 198.20 ms 主 频 为 2 231.90 Hz 信 噪 声 强 差 33.00 db 雄 蛙 个 体 间 声 音 参 数 的 变 异 系 数 除 主 频 (CV=5.51) 外, 其 余 参 数 变 异 较 大, 其 中 鸣 声 持 续 时 间 变 异 最 大, 为 34.32, 主 频 范 围 为 2015~2351 Hz, 最 大 值 与 最 小 值 之 差 <350 Hz ( 表 1) 雄 性 凹 耳 蛙 鸣 声 平 均 持 续 331.80 ms 主 频 为 6665.50 Hz 信 噪 声 强 差 37.00 db 主 频 变 异 系 数 CV=19.01 ( 表 1), 主 频 范 围 为 4 630~9 060 Hz, 最 大 值 与 最 小 值 之 差 >4000 Hz 回 归 分 析 结 果 表 明, 雄 性 武 夷 湍 蛙 的 鸣 声 持 续 时 间 与 其 体 长 显 著 相 关 (R=0.914, P<0.01)( 图 6), 而 Table 1 声 音 参 数 Call parameters 表 1 雄 性 凹 耳 蛙 及 武 夷 湍 蛙 声 音 参 数 统 计 描 述 Acoustic parameter statistics of advertisement calls from male O. tormotus and A. wuyiensis 物 种 Species 最 小 值 Min 最 大 值 Max 平 均 值 Mean 方 差 SD 变 异 系 数 CV 均 值 t 检 验 t-test 鸣 声 持 续 时 间 A. wuyiensis 1024.00 3177.00 2198.20 754.51 34.32 Call duration (ms) O. tormotus 229.00 392.00 331.80 46.71 14.08 P<0.001 主 频 A. wuyiensis 2015.00 2351.00 2231.90 122.95 5.51 Dominant frequency P<0.001 (Hz) O. tormotus 4630.00 9060.00 6665.50 1267.30 19.01 脉 冲 率 A. wuyiensis 43.00 95.00 66.70 17.64 26.45 Pulse rate (1/s) O. tormotus 10.20 12.90 11.31 0.88 7.78 P<0.001 音 节 数 * Syllable numbers A. wuyiensis 3.00 6.00 4.40 1.07 24.32 音 节 持 续 时 间 * Mean-syllable duration A. wuyiensis 112.00 178.00 146.20 20.95 14.33 (ms) 音 节 间 隔 * Time interval (ms) A. wuyiensis 260.00 531.00 440.40 101.65 23.08 鸣 叫 率 * Call rate (1/s) A. wuyiensis 1.80 2.90 2.12 0.42 19.81 信 噪 声 强 差 Intensity difference in A. wuyiensis 22.00 46.00 33.00 5.69 17.24 P=0.383 signal-to-noise (db) O. tormotus 26.00 45.00 37.00 6.63 17.92 体 长 A. wuyiensis 38.76 47.12 42.27 2.79 6.60 Body size (mm) O. tormotus 31.40 37.80 33.70 1.82 5.40 P<0.001 *: 仅 武 夷 湍 蛙 *: only for A. wuyiensis; n=10.
3 期 张 方 等 : 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 201 雄 性 凹 耳 蛙 体 长 与 其 单 音 节 鸣 叫 持 续 时 间 无 显 著 相 关 (R=0.448, P>0.05) 3 讨 论 两 栖 类 鸣 叫 的 生 物 学 功 能 主 要 是 保 卫 领 地 和 吸 引 雌 性 (Jiang et al, 2002;Parris et al, 2009; Wei et al, 2011) 噪 音 环 境 下, 特 别 是 若 噪 声 频 率 处 在 鸣 声 频 率 范 围 内 就 会 产 生 掩 蔽 效 应, 而 提 高 鸣 声 频 率, 与 环 境 噪 声 频 率 不 重 叠, 就 能 避 免 低 频 噪 声 对 鸣 声 的 掩 蔽 作 用 (Langemann et al, 1998; Slabbekoorn & Peet, 2003) 本 研 究 中, 不 仅 武 夷 湍 蛙 及 凹 耳 蛙 的 鸣 叫 频 率 ( 鸣 叫 主 频 分 别 为 2 231.90 Hz 及 6 665.50 Hz) 远 大 于 环 境 噪 音 频 率 (252.65 Hz), 且 鸣 叫 声 强 ( 分 别 为 98.20 db 及 102.20 db) 也 均 大 于 噪 音 声 强 (65.20 db), 因 此, 噪 音 不 会 掩 蔽 两 者 的 鸣 声 但 是, 环 境 噪 音 会 降 低 声 音 传 播 的 距 离 从 而 影 响 动 物 的 声 音 通 讯 (Brumm & Slabbekoorn, 2005) 本 研 究 数 据 证 实 武 夷 湍 蛙 的 鸣 声 不 具 有 超 声 组 分 (<20 khz), 个 体 不 具 备 利 用 高 频 超 声 避 开 背 景 噪 音 进 行 种 内 通 讯 的 条 件 但 是 与 凹 耳 蛙 的 可 听 组 分 相 比, 武 夷 湍 蛙 的 鸣 声 主 频 也 较 低 ( 表 1), 由 于 高 频 声 音 的 衰 减 速 度 比 低 频 声 音 更 快, 因 此, 我 们 推 测 在 相 同 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 声 音 传 播 的 有 效 距 离 更 远, 更 有 利 于 吸 引 雌 性 (Slabbekoorn & Peet, 2003) 本 研 究 中 亦 发 现 凹 耳 蛙 鸣 声 谐 波 包 含 超 声 组 分, 与 前 人 研 究 描 述 一 致 研 究 (Feng et al, 2002), 同 时 在 录 音 过 程 中 也 发 现 凹 耳 蛙 可 以 发 出 多 种 不 同 的 鸣 声 ( 即 : 单 音 节 或 多 音 节 长 音 单 音 节 或 多 音 节 短 音 多 音 节 打 鼓 音 猫 叫 音 及 婴 儿 音 等 ), 与 Feng et al (2009) 的 描 述 一 致 凹 耳 蛙 种 内 的 高 频 信 号 通 讯, 可 能 是 对 高 噪 音 环 境 的 适 应, 是 发 声 与 听 觉 系 统 协 同 进 化 的 结 果 (Feng et al, 2006; Shen et al, 2008) 蛙 类 鸣 叫 行 为 是 受 到 能 量 约 束 的 高 耗 能 活 动 过 程 (Wells et al, 1996) 研 究 证 明, 鸣 叫 的 能 量 大 小 ( 持 续 时 间 ) 和 身 体 大 小 呈 正 相 关 (Castellano & Giacoma, 1998), 如 以 色 列 绿 蟾 蜍 (Bufo viridis) (Nevo & Schneider, 1976) 以 及 其 它 蟾 蜍 (Sullivan & Jr, 1988; Howard & Young, 1998) 本 研 究 中 武 夷 湍 蛙 身 体 大 小 与 其 鸣 声 时 长 呈 显 著 正 相 关 ( 图 6), 即 个 体 越 大, 发 出 的 鸣 声 持 续 时 间 越 长, 同 时, 鸣 声 时 长 在 个 体 间 存 在 较 大 变 异 (CV=34.32) 因 此, 我 们 推 测 雄 性 武 夷 湍 蛙 可 能 通 过 鸣 声 时 长 的 变 化 来 体 现 自 身 品 质 的 好 坏, 并 以 此 吸 引 雌 蛙 以 及 完 成 种 内 通 讯 (Sullivan et al, 1995), 这 种 推 测 需 要 我 们 进 一 步 研 究 验 证 按 照 信 息 理 论 的 预 测, 噪 音 环 境 下 通 过 延 长 声 信 号 之 间 的 时 间 间 隔 ( 冗 余 ) 能 够 提 高 声 信 号 被 接 收 的 可 能 (Shannon & Weaver, 1949) 如 在 对 日 本 鹌 鹑 (Coturnix coturnix japonica) 和 王 企 鹅 (Aptenodytes patagonicus) 的 研 究 中 发 现, 随 着 背 景 噪 音 的 提 高, 物 种 鸣 叫 的 音 节 数 增 加 (Potash, 1972;Lengagne et al, 1999) 在 本 研 究 中, 我 们 发 现 武 夷 湍 蛙 的 单 个 鸣 声 中 含 有 多 个 (3~6 个 ) 音 节, 而 一 个 音 节 中 又 包 含 多 个 (2~9 个 ) 声 脉 冲 ( 图 2, 图 4), 武 夷 湍 蛙 的 这 种 发 声 方 式 ( 多 音 节 鸣 叫 ) 可 能 有 助 于 其 在 噪 音 环 境 下 完 成 种 内 声 通 讯 与 武 夷 湍 蛙 相 比, 凹 耳 蛙 则 采 用 了 单 一 声 脉 冲 的 发 声 方 式, 每 个 音 节 只 含 有 单 个 声 脉 冲, 能 量 也 集 中 在 单 一 脉 冲 上 ( 图 2, 图 4) 虽 然 这 种 发 声 方 式 与 持 续 的 背 景 噪 音 相 似, 但 其 声 脉 冲 频 率 (6 665.50 Hz) 显 著 高 于 背 景 噪 音 (252.65 Hz), 同 样 可 以 有 效 避 免 周 围 环 境 噪 音 的 干 扰 而 进 行 个 体 识 别 和 种 内 交 流 (Feng et al, 2006) 另 外, 从 两 种 蛙 的 鸣 叫 时 间 节 律 来 看, 我 们 发 现 凹 耳 蛙 的 繁 殖 鸣 叫 季 节 在 4 5 月, 日 发 声 时 间 主 要 集 中 在 18:00 21:00, 而 武 夷 湍 蛙 的 繁 殖 鸣 叫 季 节 在 4 7 月, 日 发 声 时 间 较 为 分 散 ( 图 1) 武 夷 湍 蛙 的 这 种 鸣 叫 方 式 增 加 了 鸣 叫 频 次, 有 利 于 其 有 效 完 成 种 内 通 讯 最 后, 发 声 的 武 夷 湍 蛙 个 体 之 间 在 空 间 分 布 上 较 为 分 散 且 很 少 同 时 鸣 叫, 从 而 在 一 定 程 度 上 减 少 了 同 种 个 体 间 叫 声 的 相 互 干 扰 ( 生 物 噪 音 ) 而 利 于 种 内 通 讯 标 记 重 捕 以 及 相 关 文 献 资 料 表 明, 繁 殖 季 节 中 凹 耳 蛙 雌 雄 性 比 差 异 较 大 (<1:10) (Chen,1991) 根 据 我 们 的 野 外 观 察 发 现, 一 只 成 年 雌 性 凹 耳 蛙 周 围 或 同 一 块 区 域 内 常 常 会 聚 集 数 十 只 该 种 雄 蛙, 因 此, 雄 性 个 体 为 争 夺 交 配 权 而 出 现 的 激 烈 竞 争 (Feng et al, 2009) 导 致 个 体 需 要 努 力 改 变 自 身 的 发 声 方 式 以 获 得 雌 蛙 青 睐 (Ryan, 1985;Wells, 1988) 另 一 方 面, 由 于 凹 耳 蛙 体 型 较 小, 体 内 能 量 储 存 有 限, 加 上 高 声 信 号 频 率 在 空 气 中 衰 减 较 快, 如 果 改 变 发 声 策 略 ( 如 提 高 发 声 频 率 或 延 长 鸣 声 持 续 时 间 ) 来 提 高 声 信 号 传 播, 势 必 消 耗 更 多 的 能 量, 因 为 提 高 发 声 频 率 或 延 长 鸣 声 持 续 时 间 所 消 耗 的 能 量 要 远 远 大 于 提 高 鸣 声 主 频 所 需 要 的 能 量 支 出 (Parris, 2002) 所 以, 我 们 推 测 凹 耳 蛙 可 能 采 取 提 高 声 信 号 频 率 的 通 讯 策 略, 比 纯 粹 提 高 声 音 强 度 或 改 变 鸣 声
202 动 物 学 研 究 34 卷 时 间 参 数 ( 如 提 高 发 声 率 延 长 鸣 声 持 续 时 间 及 改 变 鸣 叫 起 始 时 间 等 ) 更 加 符 合 生 物 体 节 省 能 量 的 生 存 原 则 (Shen,2006) 同 时, 凹 耳 蛙 鸣 叫 主 频 个 体 间 存 在 的 较 大 变 异 也 许 是 种 内 竞 争 的 结 果 ( 表 1) 此 外, 对 凹 耳 蛙 鸣 叫 主 频 和 噪 音 值 的 相 关 分 析 也 发 现, 不 同 噪 音 区 域 的 凹 耳 蛙 鸣 叫 主 频 会 随 着 噪 音 的 升 高 而 增 加 ( 未 发 表 数 据 ), 这 可 能 也 是 凹 耳 蛙 通 过 改 变 发 声 频 率 ( 单 音 节 长 音 ) 来 抵 抗 噪 音 影 响 的 一 个 很 好 的 佐 证 致 谢 : 感 谢 美 国 伊 利 诺 斯 大 学 Albert S. Feng 教 授 所 提 供 的 超 声 录 音 设 备 以 及 在 野 外 和 写 作 过 程 中 给 予 的 指 导 和 帮 助 ; 感 谢 中 国 科 学 院 成 都 生 物 研 究 所 唐 业 忠 研 究 员 在 初 稿 写 作 过 程 中 提 出 的 宝 贵 意 见 及 建 议 参 考 文 献 : Arch VS, Grafe TU, Narins PM. 2008. Ultrasonic signaling by a Bornean frog. Biology Letters, 4(1): 19-22. Arch VS, Richards-Zawaki CL, Feng AS. 2011. Acoustic communication in the Kihansi spray toad (Nectophrynoides asperginis): Insights from a captive population. Journal of Herpetology, 45(1): 45-49. Arch VS, Grafe TU, Gridi-Papp M, Narins PM. 2009. Pure ultrasonic communication in an endemic Bornean frog. PLoS ONE, 4(4): 5413-5420. Bee MA. 2004. Within-individual variation in bullfrog vocalizations: Implication for a vocally mediated social recognition system. Journal of Acoustical Society of America, 116(6): 3770-3781. Bee MA, Micheyl C. 2008. The cocktail party problem: what is it? How can it be solved? And why should animal behaviorists study it? Journal of Comparative Psychology, 122(3): 235-251. Brumm H. 2004. The impact of environmental noise on song amplitude in a territorial bird. Journal of Animal Ecology, 73(3): 434-440. Brumm H, Slabbekoorn H. 2005. Acoustic communication in noise. Advances in the Study of Behavior, 35: 151-209. Castellano S, Giacoma C. 1998. Stabilizing and directional female choice for male calls in the European green toad. Animal Behaviour, 56(2): 275-287. Chen BH. 1991. Anhui Amphbia & Repetila. Hefei: Anhui Press of Sciences & Technology (in Chinese). Cynx J, Lewis R, Tavel B, Tse H. 1998. Amplitude regulation of vocalizations in noise by a songbird, Taeniopygia guttata. Animal Behaviour, 56(1): 107-113. Feng AS, Narins PM, Xu CH. 2002. Vocal acrobatics in a Chinese frog, Amolops tormotus. Naturwissenschaften, 89(8): 352-356. Feng AS, Riede T, Arch VS, Yu ZL, Xu ZM, Yu XJ, Shen JX. 2009. Diversity of the vocal signals of concave-eared torrent frogs (Odorrana tormota): Evidence for individual signatures. Ethology, 115(11): 1015-1028. Feng AS, Narins PM, Xu CH, Lin WY, Yu ZL, Qiu Q, Xu ZM, Shen JX. 2006. Ultrasonic communication in frogs. Nature, 440(7082): 333-336. Halfwerk W, Slabbekoorn H. 2009. A behavioural mechanism explaining noise-dependent frequency use in urban birdsong. Animal Behaviour, 78(6): 1301-1307. Howard RD, Young JR. 1998. Individual variation in male vocal traits and female mating preferences in Bufo americanus. Animal Behaviour, 55(5): 1165-1167. Jiang JP, Xie F, Fei L, Ye CY, Zheng M. 2002. Mating calls of six forms of pleobatid in Wa Wu Mountain National Forest Park, Sichuan, China (Anura: Pelobatidae). Zoological Research, 23(1): 89-94. Langemann U, Gauger B, Klump GM. 1998. Auditory sensitivity in the great tit: perception of signals in the presence and absence of noise. Animal Behaviour, 56(3): 763-769. Lengagne T, Aubin T, Lauga J, Jouventin P. 1999. How do king penguins (Aptenodytes patagonicus) apply the mathematical theory of information to communication in windy conditions? Proceedings of the Royal Society, 266(1429): 1623-1628. Nevo E, Schneider H. 1976. Mating call pattern of green toads in Israel and its ecological correlate. Journal of Zoology, 178(1): 133-145. Parris KM. 2002. More bang for your buck: the effect of caller position, habitat and chorus noise on the efficiency of calling in the spring peeper. Ecological Modelling, 156(2): 213-224. Parris KM, Velik-Lord M, North JMA. 2009. Frogs call at a higher pitch in traffic noise. Ecology and Society, 14(1): 25. Potash LM. 1972. Noise-induced changes in calls of the Japanese quail. Psychonomic Science, 26(1): 252-254. Ryan MJ. 1985. The Tangara Frog: A Study in Sexual Selection and Communication. Chicago: University Chicago Press, 230 pp. Ryan MJ. 2001. Feature weighting in signal recognition and discrim ination in tuńgara frogs. In: Ryan MJ, ed. Anuran Communication. Washington DC: Smithsonian Institution, 86-101. Shannon CE, Weaver W. 1949. The Mathematic Theory of Communication. Urbana: Illinois University Press. Shen JX. 2006. Novel progress on acoustic communication in the concave-eared torrent frog and its revelation. Science Foundation in China, 20(6): 321-322. (in Chinese) Shen JX, Feng AS, Xu ZM, Yu ZL, Arch VS, Yu XJ, Narins PM. 2008. Ultrasonic frogs show hyperacute phonotaxis to female courtship calls. Nature, 453(7197): 914-916. Slabbekoorn H, Peet M. 2003. Birds sing at a higher pitch in urban noise. Nature, 424(6946): 267. Sullivan BK, Wagner WEW Jr. 1988. Variation in advertisement and release calls, and social influences on calling behavior in the Gulf Coast toad (Bufo
3 期 张 方 等 : 同 一 噪 音 环 境 下 武 夷 湍 蛙 与 凹 耳 蛙 的 求 偶 鸣 声 特 征 比 较 及 其 适 应 策 略 203 valliceps). Copeia, 1988(4): 1014-1020. Sullivan BK, Ryan MJ, Verrell P. 1995. Female choice and mating system structure// Heatwole H, Sullivan B K, eds. Amphibian Biology, Vol. 2. NSW, Australia: Surrey Beatty & Sons, 469-517. Parks SE, Johnson M, Nowacek D, Tyack PL. 2011. Individual right whales call louder in increased environmental noise. Biology Letters, 7(1): 33-35. Ward S, Speakman JR, Slater PJB. 2003. The energy cost of song in the canary, Serinus canaria. Animal Behaviour, 66(5): 893-902. Wei L, Lin ZH, Ma XM, Zhao LH, Ma XH. 2011. Acoustic characteristics of the tiger frog, Hoplobatrachus rugulosus, during the breeding season. Zoological Research, 32(4): 456-460. Wells KD. 1988. The effect of social interactions on anuran vocal behavior. In: Fritzsch B, Ryan M J, WiZSzynski W, Hetherington TE, Walkowiak W. The Evolution of the Amphibian Auditory System. New York: John Wiley and Sons, 433-454. Wells KD, Taigen TL, O Brien J. 1996. The effect of temperature on calling energetics of the spring peeper (Pseudacris crucifer). Amphibia-Reptilia, 17(2): 149-58. Yu BG, Zheng RQ. 2009. The advertisement call of the giant spiny frog Paa spinosa. Current Zoology, 55(6): 411-415.
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 204 208 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0204 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 及 区 系 的 初 步 分 析 舒 树 森 1,2, 陈 非 洲 3, 杨 君 兴 2, 杨 晓 君 1,2,*, 陈 小 勇 1,2,* 1. 西 南 林 业 大 学 生 命 科 学 学 院, 云 南 昆 明 650224; 2. 中 国 科 学 院 昆 明 动 物 研 究 所, 云 南 昆 明 650223; 3. 中 国 科 学 院 南 京 地 理 与 湖 泊 研 究 所, 江 苏 南 京 210008 摘 要 : 该 研 究 于 2011 年 8 月 调 查 了 云 南 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 现 状 结 果 表 明, 该 区 域 共 计 淡 水 甲 壳 动 物 11 科 24 属 29 种, 其 中, 拟 卤 虫 属 密 刺 低 额 溞 和 微 齿 北 镖 水 蚤 为 国 内 新 记 录 ; 枝 角 类 和 桡 足 类 为 主 要 淡 水 甲 壳 动 物 类 群, 占 总 物 种 数 的 82.8%; 淡 水 甲 壳 动 物 区 系 以 广 布 种 和 古 北 区 物 种 为 主, 分 别 为 48.3% 和 37.9%, 特 有 种 为 10.4%, 东 洋 区 物 种 仅 为 3.5% 在 此 基 础 上 提 出 了 应 借 鉴 具 特 殊 科 学 价 值 地 点 的 保 护 方 式, 对 国 家 公 园 甲 壳 动 物 栖 息 的 水 塘 环 境 进 行 单 独 保 护 关 键 词 : 香 格 里 拉 ; 普 达 措 ; 淡 水 甲 壳 动 物 ; 多 样 性 ; 区 系 中 图 分 类 号 :Q915.819 +.6 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0204-05 Diversity and faunal analysis of crustaceans in Potatso National Park, Shangri-La, China Shu-Sen SHU 1,2, Fei-Zhou CHEN 3, Jun-Xing YANG 2, Xiao-Jun YANG 1,2,*, Xiao-Yong CHEN 1,2,* 1. Southwest Forestry University, Kunming 650224, China 2. Kunming Institute of Zoology, Chinese Academic of Sciences, Kunming 650223, China 3. Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academic of Sciences, Nanjing 210008, China Abstract: Potatso National Park was the first national park in mainland China, preceded by the earlier Bitahai Nature Reserve. Located in the northwest of Yunnan and on the southeast of Qinghai-Tibet plateau, Potatso is a typical low latitude and high elevation wetland nature reserve, with large areas of coniferous forest around alpine lakes and both wetland and water area ecosystems. In August, 2011, we undertook a survey of crustaceans in the park, sampling lakes, ponds, streams, and rivers throughout Potatso. We found a total of 29 species (including varieties) belonging to 24 genera and 11 families. Notable discoveries include Parartemiopsis sp, Arctodiaptomus parvispinus and Simocephalus congener, which are the first examples of these species to be recorded in China. Likewise, Gammarus bitaensis is a unique crustacean found only in Potatso National Park and Thermocyclops dumonti and Gammarus paucispinus are both endemic species to northwestern Yunnan. The overall faunal characteristics of crustaceans in the park also revealed several things about Potatso: (1) Cosmopolitan and Palaearctic elements reach 48.27% and 37.93%, clearly showing the Palaearctic element as the dominant fauna; (2) most of the crustacean, such as Arctodiaptomus parvispinus and Gammarus, are typical alpine types, confirming that Potatso has feature typical of alpine and plateau fauna; and (3) the proportion of endemic and rare crustacean species in Potatso National Park is approximately 10%, suggesting that the Potatso National Park in particular and the northwest of Yunnan in general have a unique geological and evolutionary history. Keywords: Potatso National Park; Shangri-La; Freshwater crustacean; Diversity; Fauna 普 达 措 国 家 公 园 位 于 滇 西 北 迪 庆 州 香 格 里 拉 县 东 部 (N26 20 8 ~ 27 40 31, E99 10 22 ~ 100 3 17 ), 是 中 国 第 一 个 国 家 公 园, 海 拔 4 159~ 3 200 m 一 期 规 划 总 面 积 为 301 km 2, 主 要 包 括 碧 收 稿 日 期 :2012-10-15; 接 受 日 期 :2013-02-05 基 金 项 目 : 国 家 科 技 部 科 技 基 础 性 工 作 专 项 (2008FY110300); 国 家 科 技 支 撑 计 划 (2008BAC39B03); 云 南 省 科 技 厅 社 会 发 展 科 技 计 划 (2010GA009) 通 信 作 者 (Corresponding authors),e-mails: chenxy@mail.kiz.ac.cn; yangxj@mail.kiz.ac.cn 第 一 作 者 简 介 : 舒 树 森, 男, 云 南 鹤 庆 人, 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 甲 壳 动 物 分 类 和 生 态 研 究 E-mail: shuss@mail.kiz.ac.cn
3 期 舒 树 森 等 : 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 及 区 系 的 初 步 分 析 205 塔 海 省 级 自 然 保 护 区 ( 碧 塔 海 国 际 重 要 湿 地 ) 属 都 湖 景 区 以 及 周 边 地 区 等 普 达 措 国 家 公 园 地 理 上 处 于 青 藏 高 原 东 南 缘 和 横 断 山 脉 中 西 部, 松 潘 甘 孜 褶 皱 系 中 甸 褶 皱 带, 由 起 伏 和 缓 的 残 余 高 原 面 及 山 地 组 成 强 烈 的 区 域 性 隆 升 和 断 裂 活 动, 以 及 流 水 湖 泊 及 冰 川 等 外 力 地 质 作 用 共 同 塑 造 了 本 区 高 海 拔 ( 平 均 海 拔 >3 000 m) 和 相 对 高 差 较 小 的 山 脉 - 盆 地 地 貌 形 态 (Zeng, 2008) 普 达 措 国 家 公 园 前 身 为 碧 塔 海 省 级 自 然 保 护 区, 是 横 断 山 脉 生 物 多 样 性 最 为 丰 富 的 地 区 之 一 18 世 纪 70 年 代, 外 国 探 险 家 和 传 教 士 就 已 开 始 在 该 区 域 采 集 标 本 并 开 展 调 查,20 世 纪 后, 我 国 学 者 对 普 达 措 及 其 所 处 的 横 断 山 区 进 行 了 大 量 考 察 尤 其 是 1981-1985 年 中 国 科 学 院 青 藏 高 原 考 察 和 1998 年 西 南 林 业 大 学 碧 塔 海 自 然 保 护 区 综 合 科 学 考 察 (Chen,1998; Tang,1996; Zhou & Chen, 2010) 为 国 家 公 园 管 理 提 供 了 翔 实 的 科 学 资 料 而 关 于 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 的 报 道 却 相 对 较 少,Wang (2010) 报 道 了 碧 塔 海 属 都 湖 中 的 枝 角 桡 足 类 8 种 和 14 种,Hou & Li (2002) 描 述 了 属 都 湖 流 域 的 钩 虾 新 种 少 刺 钩 虾 (Gammarus paucispinus), Shu et al (2012) 描 述 了 仅 分 布 于 碧 塔 海 的 钩 虾 新 种 - 碧 塔 海 钩 虾 (G.bitaensis) 本 研 究 对 普 达 措 国 家 公 园 不 同 水 体 环 境 的 淡 水 甲 壳 动 物 进 行 调 查, 并 分 析 探 讨 其 多 样 性 现 状 区 系 特 点 及 保 护 方 法 1 材 料 和 方 法 1.1 研 究 地 点 2011 年 8 月 18 22 日, 在 普 达 措 国 家 公 园 内 共 采 集 水 样 53 号 采 样 点 主 要 集 中 于 公 园 门 景 区 弥 里 塘 草 甸 纲 擦 坝 草 甸 洛 茸 村 碧 塔 海 及 属 都 湖 等 区 域, 基 本 覆 盖 公 园 内 的 主 要 湖 泊 和 池 塘 等 水 体 环 境, 海 拔 分 布 为 3 442~3 838 m 1.2 采 样 方 法 在 碧 塔 海 和 属 都 湖 的 沿 岸 带 设 置 3 个 采 样 点, 敞 水 区 设 置 一 个 采 样 点, 选 用 13 号 浮 游 动 物 网 ( 网 孔 0.112 mm) 拖 取 采 样 或 形 循 环 拖 取 采 样, 在 池 塘 中 则 以 浮 游 动 物 网 直 接 在 水 中 形 循 环 拖 取 采 样 所 有 标 本 在 现 场 用 5% 的 甲 醛 固 定 1.3 鉴 定 和 分 析 方 法 室 内 鉴 定 主 要 依 据 中 国 动 物 志 淡 水 枝 角 类 和 中 国 动 物 志 淡 水 桡 足 类, 同 时 参 考 钩 虾 科 及 丰 年 虫 科 等 相 关 甲 壳 动 物 的 国 内 外 最 新 研 究 结 果 (Hou & Li, 2002; Rogers, 2005; Orlova- Bienkowskaja, 2001) 所 有 标 本 保 存 于 中 国 科 学 院 昆 明 动 物 研 究 所 标 本 库 2 结 果 2.1 物 种 组 成 分 析 通 过 镜 检, 在 86.8% ( 共 46 号 ) 的 样 品 中 检 出 甲 壳 动 物, 分 属 11 科 24 属 29 种 ( 表 1), 含 4 个 未 定 种 枝 角 类 和 桡 足 类 各 15 和 9 种, 占 所 有 甲 壳 动 物 物 种 数 的 82.8% 其 中, 溞 科 (Daphniidae) 和 剑 水 蚤 科 (Cyclopidae) 各 6 种 ; 盘 肠 溞 科 (Chydoridae) 5 种 ; 裸 腹 溞 科 (Moinidae) 象 鼻 溞 科 (Bosminidae) 镖 水 蚤 科 (Diaptomidae) 及 钩 虾 科 (Gammaridea) 各 2 种 ; 丰 年 虫 科 (Chirocephalidea) 蚌 虫 科 (Cyzididae) 腺 状 介 虫 科 (Cyprididae) 及 异 足 猛 水 蚤 科 (Canthocamptidae) 各 1 种 拟 卤 虫 属 (Parartemiopsis) 为 中 国 新 记 录 属, 微 齿 北 镖 水 蚤 (Arctodiaptomus parvispineus) 和 密 刺 低 额 溞 (Simocephalus congener) 则 首 次 在 中 国 记 录, 上 述 3 个 物 种 详 细 特 征 将 另 文 记 述 2.2 区 系 成 分 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 就 属 的 分 布 区 而 言, 拟 卤 虫 属 原 来 仅 分 布 于 古 北 区 的 蒙 古 ; 北 镖 水 蚤 属 (Arctodiaptomus) 荡 镖 水 蚤 属 (Neutrodiaptomus) 和 钩 虾 属 (Gammarus) 主 要 分 布 于 古 北 区 和 新 北 区, 共 占 总 属 数 的 12.5%; 其 他 各 属 均 为 世 界 广 布 属, 占 总 属 数 的 83.3% 在 物 种 层 次 上, 碧 塔 海 钩 虾 仅 分 布 于 碧 塔 海 及 入 湖 溪 流 中, 为 公 园 的 特 有 物 种, 杜 氏 温 剑 水 蚤 (Thermocyclops dumonti) 和 少 刺 钩 虾 仅 分 布 于 国 家 公 园 所 在 的 滇 西 北 地 区, 为 该 地 区 的 特 有 物 种, 且 这 3 种 特 有 种 占 总 物 种 数 的 10.3% 新 记 录 的 密 刺 低 额 溞 之 前 分 布 于 东 欧 及 西 伯 利 亚 地 区, 为 典 型 的 古 北 区 物 种, 而 远 东 裸 腹 溞 广 泛 分 布 于 印 度 中 国 及 日 本, 为 东 洋 区 物 种 所 有 物 种 中, 广 布 种 古 北 区 物 种 及 东 洋 区 物 种 各 为 14 11 及 1 种, 分 别 占 总 物 种 数 的 48.3% 37.9% 及 3.5% 3 讨 论 3.1 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 物 种 丰 富, 共 鉴 定 出 24 属 29 种, 其 中, 滇 西 北 特 有 种 为 3 种, 国
206 动 物 学 研 究 34 卷 丰 年 虫 科 表 1 普 达 措 国 家 公 园 甲 壳 动 物 名 录 及 在 动 物 地 理 中 的 归 属 Table 1 List and Atributation of Crustacea in Potatso National Park 物 种 名 Name CHIROCEPHALIDAE 1 拟 卤 虫 Parartemiopsis sp. + 世 界 动 物 地 理 区 划 Global fauna 中 国 动 物 地 理 区 划 Chinese fauna Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 1 2 3 4 5 6 7 蚌 虫 科 CYZICIDAE 2 蚌 虫 Cyzicus sp. + + + 腺 状 介 虫 科 CYPRIDIDAE 3 泥 介 虫 Ilyocypris sp. + + + + + + + 溞 科 DAPHNIIDAE 4 蚤 状 溞 Daphnia pulex Leydig, 1860 + + + + + + + + + + + + + 5 短 钝 溞 Daphnia obtusa Kurz,1874 + + + + + + + + + + 6 锯 顶 低 额 溞 Simocephalus serrulatus (Koch, 1841) + + + + + + + + + + 7 密 刺 低 额 溞 Simocephalus congener (Koch, 1841) + + 8 方 形 网 纹 溞 Ceriodaphnia quadrangula (O.F.Müller,1785) + + + + + + + + + + + + + 9 壳 纹 船 卵 溞 Scapholeberis kingi Sars, 1903 + + + + + + + + + + + + + 裸 腹 溞 科 MOINIDAE 10 发 头 裸 腹 溞 Moina irrasa Brehm,1937 + + + + + 11 远 东 裸 腹 溞 Moina weismanni Ishikawa,1896 + + + 象 鼻 溞 科 BOSMINIDAE 12 长 额 象 鼻 溞 Bosmina longirostris (O.F.Müller,1785) + + + + + + + + + + + + 13 颈 沟 基 合 溞 Bosminopsis deitersi Richard, 1895 + + + + + + + + + + + + 盘 肠 溞 科 CHYDORIDAE 14 薄 片 宽 尾 溞 Eurycercus lamellatus (O.F.Müller,1785) + + + + + + + 15 宽 扁 高 壳 溞 Kurzia latissima (Kurz, 1874) + + + + + 16 直 额 弯 尾 溞 Camptocercus rectirostris Schoedler,1862 + + + + + + + + + + + + + 17 近 亲 尖 额 溞 Alona affinis (Leydig, 1860) + + + + + + + + + + + 18 园 形 盘 肠 溞 Chydorus sphaericus (O.F.Müller, 1785) + + + + + + + + + + + + + 镖 水 蚤 科 DIAPTOMIDAE 19 西 南 荡 镖 水 蚤 Neutrodiaptomus mariadvigae mariadvigae (Brehm,1921) + + 20 微 齿 北 镖 水 蚤 Arctodiaptomus parvispinus Kiefer 1935 + + 异 足 猛 水 蚤 科 CANTHOCAMPTIDAE 21 瘦 猛 水 蚤 Bryocamptus sp. + + 剑 水 蚤 科 CYCLOPIDAE 22 锯 缘 真 剑 水 蚤 Eucyclops serrulatus serrulatus (Fischer, 1851) + + + + + + + + + + + + + 23 如 愿 真 剑 水 蚤 Eucyclops speratus (Lilljeborg, 1901) + + + + + 24 绿 色 近 剑 水 蚤 Tropocyclops prasinus prasinus (Fischer, 1860) + + + + + + + + 25 英 勇 剑 水 蚤 Cyclops strenuus Fischer, 1851 + + + + + + + + + + + 26 草 绿 刺 剑 水 蚤 Acanthocyclops viridis (Jurine, 1820) + + + + + + + + + + + + 27 杜 氏 温 剑 水 蚤 Thermocyclops dumonti Baribwegure, 2003 + + 钩 虾 科 GAMMARIDAE 28 少 刺 钩 虾 Gammarus paucispinus Hou & Li, 2002 + + 29 碧 塔 海 钩 虾 Gammarus bitaensis Shu et al, 2012 + + Ⅰ: 东 洋 区 ;Ⅱ: 古 北 区 ;Ⅲ: 非 洲 区 ;Ⅳ: 新 北 区 ;Ⅴ: 澳 洲 区 ;Ⅵ: 新 热 带 区 ;1: 东 北 区 ;2: 华 北 区 ;3: 蒙 新 区 ;4: 青 藏 区 ;5: 华 中 区 ; 6: 华 南 区 ;7: 西 南 区 Ⅰ: Oriental region; Ⅱ: Palaearctic region; Ⅲ: Ethiopian region; Ⅳ: Nearctic region; Ⅴ: Australasian region; Ⅵ: Neotropical region; 1: Northeastern China; 2: Northern China; 3: Mongolia-Xinjiang; 4: Qianghai-Tibet; 5: Central China; 6: Southern China; 7: Southwestern China.
3 期 舒 树 森 等 : 普 达 措 国 家 公 园 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 及 区 系 的 初 步 分 析 207 内 新 记 录 为 1 属 3 种 该 公 园 地 处 横 断 山 区 核 心 地 带, 因 于 第 四 纪 未 受 大 面 积 冰 盖 影 响 而 成 为 许 多 动 植 物 的 避 难 所, 并 保 存 了 诸 多 古 老 的 孑 遗 动 植 物 (Zhou, 2010) 此 次 调 查 发 现 的 特 有 和 新 记 录 淡 水 甲 壳 动 物 证 明 该 区 域 也 是 甲 壳 动 物 重 要 的 避 难 所 和 分 化 中 心, 具 有 较 高 的 生 物 多 样 性 保 护 和 研 究 价 值 我 国 的 淡 水 甲 壳 动 物 多 样 性 研 究 多 以 浮 游 甲 壳 动 物 或 虾 蟹 等 单 方 面 调 查, 难 以 反 映 其 全 貌, 目 前 仅 有 Dai & Cai (1999) 对 云 南 省 西 双 版 纳 的 甲 壳 动 物 进 行 了 系 统 调 查 整 理 相 对 而 言, 普 达 措 国 家 公 园 分 布 的 甲 壳 动 物 物 种 数 量 少 于 西 双 版 纳 地 区 (96 种 ), 并 缺 乏 大 型 的 虾 蟹 等 喜 温 暖 的 十 足 目 类 群, 而 后 者 则 缺 乏 端 足 目 等 喜 寒 冷 类 群, 这 与 两 者 所 处 的 不 同 区 系 和 环 境 有 关 高 寒 山 区 简 单 而 脆 弱 的 湖 泊 生 态 系 统 以 及 外 来 鱼 类 的 入 侵, 都 将 导 致 甲 壳 动 物 的 消 亡 西 南 荡 镖 水 蚤 (Neutrodiaptomus mariadvigae mariadvigae) 和 碧 塔 海 钩 虾 构 成 了 碧 塔 海 湖 泊 生 态 系 统 食 物 链 中 的 重 要 初 级 消 费 者, 并 均 形 成 了 单 优 势 群 落, 其 密 度 分 别 达 到 20 000 和 113 ind./m 3, 为 次 级 消 费 者 中 甸 叶 须 鱼 (Ptychobarbus chungtienensis) 的 主 要 食 物 来 源 保 存 于 中 国 科 学 院 南 京 地 理 与 湖 泊 研 究 所 于 1979 年 采 集 的 属 都 湖 甲 壳 动 物 样 品 中 包 含 有 大 量 少 刺 钩 虾, 由 此 可 以 判 断 当 时 的 属 都 湖 生 态 系 统 与 现 今 的 碧 塔 海 类 似 但 上 世 纪 90 年 代, 属 都 湖 引 入 鲫 鱼 (Carassius auratus auratus) 和 鲤 鱼 (Cyprinus carpio) 等 外 来 物 种, 致 使 原 有 的 裂 腹 鱼 和 少 刺 钩 虾 在 湖 体 中 消 失 本 次 调 查 中, 少 刺 钩 虾 仅 见 于 入 湖 溪 流 和 属 都 岗 河 中 国 家 公 园 自 身 具 有 生 物 多 样 性 保 护 的 功 能, 但 保 护 对 象 不 同, 其 保 护 方 法 和 范 围 也 不 尽 相 同 从 本 次 调 查 的 结 果 来 看, 小 型 的 水 塘 环 境 是 普 达 措 国 家 公 园 内 甲 壳 动 物 重 要 的 栖 息 地, 但 这 些 水 塘 多 属 季 节 性, 未 能 引 起 管 理 者 重 视 建 议 采 纳 具 特 殊 科 学 价 值 地 点 (SSSI) (Chau, 2000) 的 保 护 方 式, 对 拟 卤 虫 属 等 重 要 甲 壳 动 物 所 栖 息 的 小 型 池 塘 环 境 进 行 单 独 保 护 3.2 普 达 措 国 家 公 园 甲 壳 动 物 区 系 普 达 措 国 家 公 园 及 横 断 山 地 区 的 动 物 地 理 区 划, 一 直 是 动 物 区 系 研 究 中 的 热 点 问 题 在 中 国 动 物 地 理 区 划 中, 普 达 措 国 家 公 园 属 于 东 洋 界 中 印 亚 界 的 西 南 区 (Zhang, 1999) 鱼 类 学 界 对 该 区 域 区 系 讨 论 较 多,Zhang (1954) 在 讨 论 中 国 淡 水 鱼 类 区 划 时, 并 未 采 用 动 物 地 理 区 划 的 界 别 划 分, 将 横 断 山 地 区 划 分 在 怒 澜 区 ;Li (1981) 则 认 为 其 属 于 东 洋 区 的 华 西 区 川 西 亚 区 ;Chen (1998) 等 则 认 为 其 应 属 于 一 个 全 新 的, 与 世 界 动 物 地 理 区 划 地 位 相 等 的 青 藏 高 原 区 Forrò et al (2008) 和 Boxshall & Defaye (2008) 分 别 对 全 球 枝 角 类 和 桡 足 类 的 多 样 性 和 区 系 划 分 中, 均 将 横 断 山 区 划 分 在 东 洋 区 ; Väinölä et al (2008) 在 对 全 球 端 足 类 的 多 样 性 和 区 系 划 分 中, 将 横 断 山 区 划 分 在 古 北 区 ; 而 对 横 断 山 区 昆 虫 区 系 的 研 究 则 认 为, 沿 云 南 省 金 沙 江 大 拐 弯 北 岸 至 香 格 里 拉 县 小 中 甸, 再 向 西 北 至 德 钦 一 段, 海 拔 在 2 800~3 000 m 米 以 上 的 地 区 属 古 北 区 (Wang, 1990) 可 见, 普 达 措 国 家 公 园 位 于 古 北 区 和 东 洋 区 的 交 叉 地 带, 或 属 于 青 藏 高 原 区, 其 具 体 的 划 界 界 线 根 据 不 同 生 物 类 群 有 着 不 同 的 划 分 依 据, 即 使 在 甲 壳 动 物 中 也 存 在 不 同 的 意 见 就 本 研 究 结 果 而 言, 世 界 广 布 种 古 北 区 物 种 特 有 种 及 东 洋 区 物 种 分 别 占 所 有 物 种 的 48.3% 37.9 10.3% 及 3.5% 即 普 达 措 国 家 公 园 内 的 甲 壳 动 物 区 系 特 征 以 广 布 种 为 主, 以 北 镖 水 蚤 属 为 典 型 代 表 的 古 北 区 物 种 和 特 有 种 成 分 较 高 新 记 录 的 拟 卤 虫 属 密 刺 低 额 溞 和 微 齿 北 镖 水 蚤, 均 为 适 应 寒 冷 环 境 的 物 种, 与 普 达 措 国 家 公 园 所 处 的 高 寒 环 境 ( 海 拔 ~3 500 m) 相 适 应 且 其 中, 前 两 者 分 布 于 西 伯 利 亚 和 蒙 古 地 区, 而 后 者 之 前 仅 记 录 于 印 度 克 什 米 尔 班 公 湖 以 南 地 区, 呈 现 喜 马 拉 雅 横 断 山 间 断 分 布, 这 种 分 布 可 能 与 第 三 纪 古 地 中 海 退 却 及 喜 马 拉 雅 横 断 山 隆 升 有 关 本 研 究 认 为, 普 达 措 国 家 公 园 甲 壳 动 物 区 系 特 点 为 古 北 区 成 分 高 于 东 洋 区, 与 昆 虫 和 端 足 目 区 系 划 分 类 似 但 昆 虫 区 系 的 海 拔 线 分 区 (2800~3000 m) 是 否 适 用 于 甲 壳 动 物, 以 及 甲 壳 动 物 是 否 支 持 青 藏 高 原 区 存 在 等 一 系 列 问 题, 仍 需 通 过 更 大 范 围 的 野 外 调 查 工 作 来 验 证 致 谢 : 本 研 究 野 外 调 查 工 作 得 到 了 中 国 科 学 院 昆 明 动 物 研 究 所 赵 亚 鹏 蒋 万 胜 博 士 以 及 碧 塔 海 自 然 保 护 区 和 普 达 措 国 家 公 园 丁 文 东 松 卫 红 毛 振 舜 等 的 大 力 支 持, 部 分 物 种 鉴 定 得 到 了 Y. Ranga Reddy Kay Van Damme 和 D. Christopher Rogers 教 授 的 热 情 指 导
208 动 物 学 研 究 34 卷 参 考 文 献 : Boxshall GA, Defaye D. 2008. Global diversity of copepods (Crustacea: Copepoda) in freshwater. Hydrobiologia, 595(1): 195-207. Chau L, Lan M, Han B, Siu G. 2000. The present status and conservation of the biodiversity in Hong Kong. Chinese Biodiversity, 8(1): 25-35. [ 周 锦 超, 刘 惠 宁, 侯 智 恒, 萧 丽 萍. 2000. 香 港 的 生 物 多 样 性 及 其 保 育 工 作. 生 物 多 样 性, 8(1): 25-35.] Chen YY. 1998. The Fish of the Hengduan Mountains Region. Beijing: Science Press. [ 陈 宜 瑜. 1998. 横 断 山 区 鱼 类. 北 京 : 科 学 出 版 社.] Dai AY, Cai YX. 1999. Distribution and fauna characteristics of Crustacea from Xishuangbanna region, Yunnan province (Arthropoda: Crustacea). Acta Zootaxonomica Sinica, 24(1): 20-26. [ 戴 爱 云, 蔡 奕 雄. 1999. 云 南 西 双 版 纳 甲 壳 动 物 分 布 及 区 系 特 点 ( 节 肢 动 物 门 : 甲 壳 动 物 总 纲 ). 动 物 分 类 学 报, 24(1): 20-26.] Forrò L, Korovchinsky NM, Kotov AA, Petrusek A. 2008. Global diversity of cladocerans (Cladocera; Crustacea) in freshwater. Hydrobiologia, 595(1): 177-184. Hou ZE, Li SQ. 2002. Descriptions of two new species of the genus Gammarus (Crustacea: Amphipoda: Gammaridae) from Yunnan, China. The Raffles Bulletin of Zoology, 50(1): 37-52. Li SZ. 1981. Chinese Freshwater Fish Distribution and Divisions. Beijing: Science Press, 1-292. [ 李 思 忠. 1981. 中 国 淡 水 鱼 类 的 分 布 区 划. 北 京 : 科 学 出 版 社, 1-292.] Orlova-Bienkowskaja MY. 2001. Cladocera, Anomopoda: Daphniidae, Genus Simocephalus. Leiden: Backhuys Publisher. Rogers DC. 2005. A new genus and species of chirocephalid fairy shrimp (Crustacea: Branchiopoda: Anostraca) from Mongolia. Zootaxa, 997: 1-10. Shu SS, Yang XJ, Chen XY. 2012. Gammarus bitaensis, a new species of amphipod from Yunnan, China (Amphipoda, Gammaridae). Crustaceana, 85(10): 1193-1204. Tang CZ. 1996. The Bird of the Hengduan Mountains Region. Beijing: Science Press. [ 唐 蟾 珠. 1996. 横 断 山 区 鸟 类. 北 京 : 科 学 出 版 社.] Väinölä R, Witt J D S, Grabowski M, Bradbury J H, Jazdzewski K, Sket B. 2008. Global diversity of amphipods (Amphipoda; Crustacea) in freshwater. Hydrobiologia, 595(1): 241-255. Wang SY. 1990. Primary discussion on the fauna of Hengduan Mountains, China. Acta Entomologica Sinica, 33(1): 94-101. [ 王 书 永. 1990. 横 断 山 区 昆 虫 区 系 初 探. 昆 虫 学 报, 33(1): 94-101.] Wang ZZ. 2010. Plankton of Yunnan s wetland. In: Yang L, Li H, Yang XJ. Yunnan Wetland. Beijing: Chinese Forestry Publishing House, 175-329. [ 王 忠 泽. 2010. 云 南 的 湿 地 浮 游 生 物. 见 : 杨 岚, 李 恒, 杨 晓 君. 云 南 湿 地. 北 京 : 中 国 林 业 出 版 社, 175-329.] Zeng FQ. 2008. Plateau wetland protect and use in Potatso National Park. Science & Technology Information, (16): 535. [ 曾 凤 琴. 2008. 普 达 措 国 家 公 园 高 原 湿 地 保 护 与 利 用. 科 技 信 息, (16): 535.] Zhang CL. 1954. Distribution of freshwater fish in China. Acta Geographica Sinica, 20(3): 279-284. [ 张 春 霖. 1954. 中 国 淡 水 鱼 类 的 分 布. 地 理 学 报, 20(3): 279-284.] Zhang RZ. 1999. Zoogeography of China. Beijing: Science Press. [ 张 荣 祖. 1999. 中 国 动 物 地 理. 北 京 : 科 学 出 版 社.] Zhou W, Chen BK. 2010. Yunnan Bitahai Nature Reserve. Kunming: Yunnan Science Press. [ 周 伟, 陈 宝 昆. 2010. 云 南 碧 塔 海 自 然 保 护 区. 昆 明 : 云 南 科 技 出 版 社.]
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 209 213 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0209 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 同 域 分 布 两 种 蝌 蚪 的 食 物 选 择 韦 力 1, 林 植 华 1,*, 赵 仁 友 2, 陈 世 通 2 1. 丽 水 学 院 生 态 学 院, 浙 江 丽 水 323000; 2. 丽 水 九 龙 国 家 湿 地 公 园 管 理 处, 浙 江 丽 水 323000 摘 要 : 该 文 以 虎 纹 蛙 (Hoplobatrachus chinensis) 蝌 蚪 为 研 究 对 象, 检 测 其 作 为 捕 食 者 对 同 域 分 布 两 种 不 同 类 型 ( 可 口 性 和 非 可 口 性 ) 猎 物 蝌 蚪 ( 黑 眶 蟾 蜍 和 黑 斑 侧 褶 蛙 ) 的 食 物 选 择 及 行 为 响 应 结 果 表 明, 由 于 该 两 种 被 捕 食 物 种 在 面 对 其 共 同 捕 食 者 或 天 敌 时 采 取 不 同 的 反 捕 食 策 略 ( 化 学 防 卫 及 行 为 表 现 ), 即 虎 纹 蛙 蝌 蚪 在 进 食 具 有 毒 素 的 黑 眶 蟾 蜍 (Bufo melanostictus) 蝌 蚪 后, 能 够 在 短 时 间 内 减 少 对 这 种 可 口 性 差 的 食 物 的 选 择, 具 有 短 期 记 忆 行 为, 而 黑 斑 侧 褶 蛙 (Pelophylax nigromaculatus) 蝌 蚪 能 够 采 用 行 为 防 卫 机 制 以 减 少 被 捕 食 风 险, 因 此, 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 两 种 猎 物 蝌 蚪 的 总 体 选 择 不 表 现 明 显 倾 向 该 结 果 为 这 3 种 两 栖 类 动 物 的 行 为 生 态 学 研 究 提 供 了 基 础 数 据 关 键 词 : 无 尾 类 ; 食 物 选 择 ; 虎 纹 蛙 ; 黑 眶 蟾 蜍 ; 黑 斑 侧 褶 蛙 中 图 分 类 号 :Q959.5 + 3 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0209-05 Prey selection by tiger frog larvae (Hoplobatrachus chinensis) of two sympatric anuran species tadpoles Li WEI 1, Zhi-Hua LIN 1,*, Ren-You ZHAO 2, Shi-Tong CHEN 2 1. College of Ecology, Lishui University, Lishui 323000, China 2. Jiulong National wetland Park management office, Lishui 323000, China Abstract: We examined the prey selection and behavioral responses of tiger frog Hoplobatrachus chinensis larvae exposed to unpalatable and palatable sympatric prey tadpoles, Bufo melanostictus and Pelophylax nigromaculatus. We found that after a short exposure to the toxic toad tadpoles B. melanostictus, predators may learn to decrease going after unpalatable prey, subsequently it seems they may express short-term behavioral memory in order to avoid the toxic prey. In general, H. chinensis showed no preference for either any of the two prey species, which may be the result of P. nigromaculatus using behavioral performance and chemical defense as antipredatation strategies. These results facilitate further investigation of other aspects of the behavioral ecology of these three anuran species and hint at some potentially interesting possibilities of memory in choice of prey which may suggest further study. Keywords: Anura; Prey selection; Hoplobatrachus chinensis; Bufo melanostictus; Pelophylax nigromaculatus 捕 食 作 用 的 进 化 反 映 捕 食 者 对 食 物 和 能 量 利 益 需 求 的 优 化 选 择 (Yamaguchi et al, 2011; Stein, 1977; Cody, 1974; Pulliam, 1974) 和 被 捕 食 者 降 低 死 亡 风 险 的 选 择 (Johansson et al, 2010; Hossie et al, 2010; Lind & Cresswell, 2005; Stein, 1977; Charnov et al, 1976) 在 该 种 间 关 系 中, 捕 食 者 可 通 过 多 种 方 式 影 响 猎 物 的 表 型 特 征, 如 直 接 释 放 化 学 指 示 物 非 随 意 猎 杀 及 间 接 减 少 猎 物 种 类 ( 主 要 目 的 为 减 少 竞 争 ) 等 (Van Buskirk et al, 1997; Wellborn, 1994) 另 一 方 面, 被 捕 食 者 可 以 通 过 改 变 自 身 的 形 态 特 征 行 为 活 动 生 境 利 用 和 生 活 史 特 征 等 方 面 来 应 对 天 敌 所 带 来 的 危 害 (Orizaola et al, 2012; Tollrian & Harvell, 1999; Schlichting & Pigliucci, 1998; Warkentin, 1995) 例 如, 被 捕 食 者 在 捕 食 者 视 觉 效 果 较 差 的 生 境 区 域 ( 如 靠 近 植 物 ) 生 长 并 减 少 活 动 水 平 (Relyea, 2000), 或 者 在 被 捕 食 时 自 身 收 稿 日 期 :2013-01-04; 接 受 日 期 :2013-01-25 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (30970435,31270443); 丽 水 市 科 技 计 划 项 目 (20110426) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: zhlin1015@126.com 第 一 作 者 简 介 : 男 (1979-), 博 士, 主 要 从 事 动 物 生 态 学 和 种 群 遗 传 学 研 究
210 动 物 学 研 究 34 卷 释 放 出 化 学 防 卫 毒 素 来 减 少 致 命 危 害 (Nelson et al, 2011a) 同 时, 被 捕 食 者 也 会 为 自 己 的 反 捕 食 行 为 付 出 代 价, 例 如, 觅 食 时 间 缩 短 及 生 长 发 育 速 率 降 低 等 (Tollrian & Harvell, 1999; Schlichting & Pigliucci, 1998; Kats & Dill, 1998; Lima & Dill, 1990) 无 尾 两 栖 类 蝌 蚪 的 捕 食 关 系 已 有 报 道 一 般 认 为, 蟾 蜍 属 动 物, 如 大 蟾 蜍 (Bufo bufo) 和 美 洲 蟾 蜍 (B. marinus) 能 够 通 过 分 泌 化 学 毒 素 来 影 响 捕 食 者 摄 食 时 的 口 感 (Duellman & Trueb, 1986; Daly, 1995), 同 时 也 表 现 出 明 显 的 集 群 现 象 (Nelson et al, 2011a; Nelson et al, 2011b; Álvarez & Nicieza, 2009; Nelson, 2008); 而 蛙 科 (Ranidae) 和 雨 蛙 科 (Hylidae) 物 种, 如 黑 斑 侧 褶 蛙 (Pelophylax nigromaculatus) 欧 洲 林 蛙 (Rana temporaria) 和 灰 树 蛙 (Hyla versicolor) 等, 在 面 对 捕 食 者 时 通 常 表 现 出 相 当 多 的 行 为 反 应 谱, 包 括 降 低 活 动 水 平 形 成 隐 蔽 保 护 色 以 及 进 行 集 群 生 活 等 但 这 些 物 种 与 蟾 蜍 科 动 物 相 比 缺 乏 有 效 的 化 学 防 卫 措 施, 因 此, 更 容 易 成 为 无 脊 椎 动 物 和 脊 椎 动 物 捕 食 者 的 捕 食 对 象 (Fei et al, 2009; Relyea, 2002a; Nicieza, 2000) 已 有 研 究 表 明, 在 自 然 条 件 下 捕 食 者 并 非 随 意 大 量 捕 食 猎 物, 而 是 具 有 一 定 的 选 择 性, 如 活 动 频 次 高 尾 鳍 较 浅 且 体 形 相 对 较 大 的 蝌 蚪 往 往 被 捕 食 的 几 率 较 大 (Álvarez & Nicieza, 2006; Relyea, 2001; Van Buskirk & Relyea, 1998) 而 捕 食 者 分 泌 的 化 学 警 示 物 及 种 内 个 体 竞 争 均 会 降 低 蝌 蚪 活 动 水 平, 进 而 导 致 个 体 发 育 出 相 对 较 小 的 体 形 和 较 深 的 尾 鳍 (Crossland & Shine, 2012; Relyea, 2001; Relyea & Mills, 2001; Relyea, 2000; Relyea & Werner, 1999;Relyea, 2002b; Anholt & Werner, 1995) 虎 纹 蛙 (Hoplobatrachus chinensis) 隶 属 于 无 尾 目 (Anura) 蛙 科 (Ranidae), 通 常 生 活 在 农 田 和 水 沟 生 境, 国 内 主 要 分 布 于 华 南 地 区, 国 外 主 要 为 东 南 亚 一 带 (Fei et al, 2009) 根 据 Geng et al (2002) 以 及 Lin & Ji (2005) 的 研 究 报 道, 虎 纹 蛙 生 活 史 各 时 期 均 具 有 肉 食 性 甚 至 同 类 相 食 现 象 本 文 拟 以 虎 纹 蛙 蝌 蚪 为 捕 食 者, 以 与 其 同 域 分 布 的 黑 眶 蟾 蜍 (Bufo melanostictus) 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 为 猎 物 对 象, 研 究 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 这 两 种 不 同 食 物 类 型 的 喜 好, 以 及 在 捕 食 猎 物 后 是 否 表 现 相 应 的 学 习 记 忆 行 为 (learning behavior) 在 简 明 的 实 验 环 境 中, 我 们 假 设 :(1) 若 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 毒 素 对 虎 纹 蛙 蝌 蚪 捕 食 无 影 响, 那 么 虎 纹 蛙 蝌 蚪 将 同 等 对 待 两 种 食 物, 反 之, 若 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 毒 素 对 虎 纹 蛙 蝌 蚪 影 响 显 著 ( 如 可 口 性 ), 虎 纹 蛙 蝌 蚪 将 减 少 对 其 摄 食 ;(2) 若 存 在 学 习 和 记 忆 行 为, 虎 纹 蛙 在 后 续 实 验 中 将 减 少 捕 食 可 口 性 差 的 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 ;(3) 若 黑 斑 侧 褶 蛙 通 过 行 为 ( 如 活 动 频 次 瞬 时 速 度 ) 来 有 效 减 少 被 捕 食 几 率, 则 两 种 蝌 蚪 的 被 捕 食 数 量 将 仍 然 保 持 平 衡 1 材 料 与 方 法 1.1 实 验 动 物 采 集 与 饲 养 2011 年 5 月, 从 丽 水 学 院 校 园 内 的 临 时 水 塘 中 收 集 黑 眶 蟾 蜍 和 黑 斑 侧 褶 蛙 受 精 卵, 带 回 两 栖 爬 行 动 物 实 验 室, 分 别 孵 育 于 50 L 容 积 的 不 透 明 塑 料 箱 (60 cm 40 cm 35 cm), 使 用 48 h 曝 气 水 喂 食 商 业 鱼 粉 饲 料, 每 4 d 换 水 一 次 蝌 蚪 生 长 发 育 至 27~ 30 历 期 (Gosner, 1960) 后 作 为 被 捕 食 者 用 于 本 实 验 同 时, 从 丽 水 学 院 两 栖 爬 行 动 物 实 验 室 收 集 抱 对 的 虎 纹 蛙 成 体, 置 于 50 L 容 积 的 不 透 明 塑 料 箱 (60 cm 40 cm 35 cm) 中 产 卵, 使 用 48 h 曝 气 水, 产 卵 后 取 出 亲 本 受 精 卵 孵 化 并 饲 养 至 38~40 历 期 后 作 为 捕 食 者 用 于 本 实 验 1.2 实 验 设 计 根 据 Nelson et al (2011a) 的 实 验 研 究 方 法, 随 机 挑 选 24 尾 虎 纹 蛙 蝌 蚪 并 随 机 平 均 分 为 实 验 组 (toad-experienced treatment) 和 第 2 天 对 照 组 (2-day control treatment) 及 第 6 天 对 照 组 (6-day control treatment)( 图 1) 其 中 实 验 组 在 整 个 实 验 期 间 多 次 重 复 捕 食 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪, 第 2 天 及 第 6 天 对 照 组 分 别 于 实 验 开 始 1 d 和 5 d 后 首 次 接 触 食 物 蝌 蚪 每 个 实 验 处 理 组 中 的 8 尾 虎 纹 蛙 蝌 蚪 分 别 单 独 置 于 不 透 明 塑 料 盒 中 (30 cm 20 cm 12 cm), 加 48 h 曝 气 水, 水 深 4 cm, 室 温 25~28, 并 于 实 验 前 禁 食 24 h 按 照 Álvarez & Nicieza (2009) 的 方 法, 第 1 天, 为 实 验 组 中 的 每 尾 虎 纹 蛙 蝌 蚪 分 别 提 供 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 各 5 尾 作 为 猎 物, 第 2 天 对 照 组 和 第 6 天 对 照 组 则 用 鱼 粉 饲 料 喂 养 捕 食 实 验 时,10:00 11:00, 每 隔 5 min 记 录 每 个 塑 料 盒 内 的 存 活 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 个 数, 随 后, 立 即 取 出 存 活 的 猎 物 蝌 蚪 并 于 1 h 后 为 每 个 塑 料 盒 换 水, 以 去 除 猎 物 化 学 信 息 第 2 天, 在 相 同 的 时 间 点 为 实 验 组 和 第 2 天 对 照 组
3 期 韦 力 等 : 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 同 域 分 布 两 种 蝌 蚪 的 食 物 选 择 211 图 1 实 验 设 计 流 程 示 意 图 Figure 1 Experimental design skeleton 的 每 尾 虎 纹 蛙 蝌 蚪 分 别 提 供 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 各 5 尾 作 为 猎 物, 而 第 6 天 对 照 组 的 虎 纹 蛙 蝌 蚪 则 继 续 以 鱼 粉 饲 料 为 食 物, 其 余 实 验 程 序 同 第 1 天 第 3 4 5 天, 实 验 组 和 第 6 天 对 照 组 的 虎 纹 蛙 蝌 蚪 用 鱼 粉 饲 料 喂 食 第 6 天, 在 相 同 的 时 间 点 为 实 验 组 和 第 6 天 对 照 组 的 每 尾 虎 纹 蛙 蝌 蚪 分 别 提 供 5 尾 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 各 5 尾 作 为 猎 物, 其 余 实 验 程 序 同 第 1 天 1.3 数 据 统 计 统 计 前, 对 数 据 进 行 正 态 性 和 方 差 同 质 性 检 测 采 用 分 析 软 件 Statistica 5.0 Software 中 的 two-way repeated measure ANOVA 计 算 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 存 活 率 采 用 同 一 分 析 软 件 中 的 one-way ANOVA 统 计 猎 物 蝌 蚪 物 种 数 据 以 分 析 虎 纹 蛙 蝌 蚪 在 不 同 时 间 捕 食 差 异 的 原 因 ( F 1,14 =0.38, P =0.549) 和 两 者 的 相 互 作 用 对 (F 2,28 =3.26,P=0.054) 其 捕 食 影 响 不 显 著 ( 图 2) 为 了 分 析 虎 纹 蛙 不 同 时 间 捕 食 差 异 的 原 因, 进 行 进 一 步 的 统 计 分 析, 虎 纹 蛙 捕 食 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 的 one-way ANOVA 显 示, 第 1 天 最 多, 第 2 天 显 著 减 2 结 果 实 验 过 程 的 定 性 观 察 表 明, 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 的 活 动 频 次 明 显 低 于 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪, 而 瞬 时 游 泳 速 度 则 明 显 大 于 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 对 照 组 ( 首 次 接 触 猎 物 的 实 验 数 据 ) 的 two-way repeated measure ANOVA 结 果 显 示, 不 同 时 间 (F 2, 42 =3.13,P=0.054) 不 同 食 物 (F 1, 42 =3.24,P=0.079) 及 两 者 的 相 互 作 用 ( F 2, 42 =1.40,P=0.258) 对 虎 纹 蛙 蝌 蚪 捕 食 的 影 响 均 不 显 著 ( 图 2) 实 验 组 的 two-way repeated measure ANOVA( 不 同 时 间 为 重 复 设 置 ) 结 果 显 示, 不 同 时 间 ( F 2, 28=4.07,P<0.028) 虎 纹 蛙 蝌 蚪 的 捕 食 情 况 差 异 显 著, 表 现 为 第 1 天 最 多, 第 2 天 显 著 减 少, 第 6 天 与 第 1 天 和 第 2 天 差 异 不 显 著, 且 不 同 食 物 图 2 在 实 验 组 (A) 和 对 照 组 (B) 中 的 黑 眶 蟾 蜍 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 的 存 活 数 量 (mean+se) 比 较 Figure 2 Survival rates (mean+se) of Bufo melanostictus and Pelophylax nigromaculatus tadpoles offered to predators (Hoplobatrachus chinensis larvae) in both experimental (A) and control (B) groups.
212 动 物 学 研 究 34 卷 少, 第 6 天 与 第 1 天 和 第 2 天 差 异 不 显 著 (F 2, 14=5.20,P<0.021) 虎 纹 蛙 捕 食 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 的 one-way ANOVA 显 示, 不 同 时 间 差 异 不 显 著 (F 2, 14=0.47,P=0.637)( 图 2) 3 讨 论 捕 食 作 用 是 捕 食 者 与 被 捕 食 者 相 遇 后, 前 者 对 后 者 捕 捉 处 理 和 消 化 的 一 系 列 过 程 (Relyea, 2001) 许 多 物 种 生 活 在 具 有 多 个 捕 食 者 的 环 境 中 并 在 其 生 活 史 各 时 期 演 化 出 一 系 列 可 诱 导 和 形 成 与 减 少 捕 食 风 险 相 关 的 防 卫 措 施 ( 如 行 为 形 态 或 生 理 特 征 影 响 捕 食 者 的 探 测 抓 捕 和 消 化 )(Dayton et al, 2005) 防 卫 行 为 的 最 重 要 选 择 压 力 可 能 不 由 捕 食 者 直 接 造 成, 而 是 由 生 物 环 境 作 为 整 体 或 由 生 物 环 境 与 猎 物 种 类 的 其 他 生 活 史 特 征 的 相 互 作 用 所 导 致, 如 生 长 和 发 育 (Arendt, 1997) 在 这 种 情 况 下, 本 能 和 防 卫 目 标 与 猎 物 自 身 的 生 活 史 特 征 密 切 相 关 例 如, 隐 蔽 色 和 降 低 活 动 水 平 被 认 为 是 物 种 生 长 缓 慢 和 延 迟 生 活 史 历 期 过 渡 时 间, 而 依 赖 于 化 学 防 卫 的 物 种 不 与 其 觅 食 活 动 相 冲 突, 一 般 生 长 和 发 育 速 度 较 快 (Arendt, 1997) 在 本 研 究 实 验 环 境 中 可 见 虎 纹 蛙 蝌 蚪 攻 击 捕 食 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 / 或 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪, 进 食 后 所 有 捕 食 者 个 体 在 整 个 实 验 期 间 全 部 存 活, 受 到 虎 纹 蛙 攻 击 受 伤 但 未 被 吞 吃 的 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 和 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 在 种 内 或 种 间 均 未 出 现 相 互 攻 击 和 吞 吃 现 象 实 验 第 1 天, 虎 纹 蛙 蝌 蚪 捕 食 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 的 数 量 要 多 于 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪, 但 差 异 不 显 著, 由 于 虎 纹 蛙 首 次 同 时 遇 到 两 种 食 物 类 型, 故 可 能 按 照 捕 食 难 易 程 度 或 近 距 离 原 则 来 捕 捉 猎 物, 另 一 方 面, 也 可 能 与 两 种 猎 物 所 采 用 的 潜 在 反 捕 食 策 略 有 关 目 前 一 般 认 为, 被 捕 食 者 在 应 对 捕 食 者 时 主 要 采 用 两 种 反 捕 食 策 略, 即 行 为 防 卫 策 略 和 化 学 防 卫 策 略 (Álvarez & Nicieza, 2009) 采 用 行 为 防 卫 策 略 的 物 种 在 个 体 行 为 上 通 常 表 现 良 好 的 优 越 性, 如 面 对 捕 食 者 时 具 有 快 速 的 反 应 能 力 和 拥 有 很 高 的 游 泳 或 跳 跃 爆 发 速 度 (Arendt, 2009; Dayton et al, 2005), 而 行 为 表 现 又 与 其 自 身 形 态 特 征 紧 密 相 关, 如 尾 型 和 尾 大 小 (Álvarez & Nicieza, 2009; Relyea, 2002b; Wilson & Franklin, 2000; Van Buskirk & McCollum, 2000) 另 一 方 面, 被 捕 食 者 也 可 以 通 过 减 缓 生 长 发 育 或 减 少 活 动 水 平 来 应 对 捕 食 者 (Arendt, 2009; Dayton et al, 2005; Richardson, 2001) 虽 然 本 次 实 验 我 们 未 收 集 两 个 物 种 的 形 态 和 行 为 表 现 ( 游 泳 ) 数 据, 但 从 本 实 验 定 性 直 接 观 察 中 可 见 分 泌 毒 素 的 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 活 动 频 次 高 于 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪, 但 其 面 对 攻 击 时 的 逃 避 瞬 时 速 度 低 于 后 者, 因 此, 两 者 的 最 终 被 捕 食 数 量 无 明 显 差 异 第 1 天 实 验 时 虎 纹 蛙 蝌 蚪 基 本 上 同 等 对 待 两 种 猎 物 蝌 蚪, 验 证 了 第 一 个 假 设, 同 时, 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 在 第 1 天 实 验 时 受 到 虎 纹 蛙 攻 击 和 捕 食 的 频 次 或 数 量 多 于 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 就 很 容 易 理 解 了 在 第 2 天 实 验 时, 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 的 被 捕 食 数 量 显 著 减 少, 此 时, 具 有 毒 素 的 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 可 能 表 现 明 显 的 化 学 防 卫 策 略, 虎 纹 蛙 蝌 蚪 也 可 能 表 现 行 为 记 忆 能 力 (Nelson et al, 2011b), 即 通 过 第 1 天 的 捕 食 尝 试 后 尽 量 避 免 可 口 性 差 的 食 物, 这 个 结 果 似 乎 验 证 了 我 们 的 第 二 个 假 设, 但 有 意 思 的 是, 我 们 发 现 实 验 组 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 在 第 6 天 实 验 时 的 被 捕 食 个 体 数 量 比 例 又 有 所 上 升 该 结 果 可 能 是 由 于 短 时 间 后 捕 食 者 虎 纹 蛙 蝌 蚪 丢 失 了 学 习 记 忆 能 力, 又 重 新 尝 试 吞 吃 可 口 性 差 的 猎 物 另 一 方 面, 相 对 于 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪, 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 的 敏 感 性 较 低, 活 动 频 次 较 大, 因 此, 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 本 身 就 较 易 受 到 攻 击 和 吞 吃 在 此 种 情 况 下, 利 用 化 学 防 卫 要 优 于 行 为 和 形 态 防 卫 (Nelson et al, 2011a; Nelson et al, 2011b; Crossland, 1998) 因 此, 对 于 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪, 化 学 防 卫 可 能 弥 补 了 它 们 游 泳 表 现 和 敏 感 性 的 不 足, 另 一 方 面, 黑 斑 侧 褶 蛙 蝌 蚪 可 能 因 具 有 较 大 的 瞬 时 速 度 和 较 低 的 活 动 频 次 而 采 用 行 为 防 卫 机 制, 有 利 于 它 们 有 效 逃 避 虎 纹 蛙 蝌 蚪 的 捕 食, 导 致 最 终 两 者 被 虎 纹 蛙 捕 食 的 数 量 比 例 相 近, 从 而 验 证 了 第 三 个 假 设 综 上 所 述, 捕 食 者 虎 纹 蛙 蝌 蚪 在 进 食 具 有 毒 素 的 黑 眶 蟾 蜍 蝌 蚪 以 后, 能 够 在 短 时 间 内 减 少 选 择 这 种 可 口 性 差 的 食 物, 具 有 短 时 间 的 记 忆 行 为, 但 总 体 上 对 两 种 猎 物 蝌 蚪 的 选 择 无 明 显 倾 向 性, 这 可 能 是 由 于 黑 斑 侧 褶 蛙 所 采 用 的 行 为 防 卫 机 制 降 低 了 被 捕 食 风 险 即 两 个 物 种 在 面 对 其 共 同 捕 食 者 或 天 敌 时 将 采 取 不 同 的 反 捕 食 策 略, 如 行 为 表 现 和 化 学 防 卫 这 些 结 果 将 为 这 三 种 两 栖 类 动 物 行 为 生 态 学 的 进 一 步 研 究 提 供 基 础 数 据 致 谢 : 感 谢 赵 丽 华 和 马 小 浩 对 本 研 究 工 作 的 帮 助
3 期 韦 力 等 : 虎 纹 蛙 蝌 蚪 对 同 域 分 布 两 种 蝌 蚪 的 食 物 选 择 213 参 考 文 献 : Álvarez D, Nicieza AG. 2006. Factors determining tadpole vulnerability to predators: Can prior experience compensate for a suboptimal shape? Evol Ecol, 20(6): 523-534. Álvarez D, Nicieza AG. 2009. Differential success of prey escaping predators: tadpole vulnerability or predator selection? Copeia, 2009(3): 453-457. Anholt BR, Werner EE. 1995. Interaction between food availability and predation mortality mediated by adaptive behavior. Ecology, 76(7): 2230-2234. Arendt JD. 2009. Influence of sprint speed and body size on predator avoidance in New Mexican spadefoot toads (Spea multiplicata). Oecologia, 159(2): 455-461. Arendt JD. 1997. Adaptive intrinsic growth rates: an integration across taxa. Quart Rev Biol, 72(2): 149-177. Charnov EL, Orians GH, Hyatt K. 1976. Ecological implications of resource depression. Am Nat, 110(972): 247-259. Cody ML. 1974. Optimization in ecology. Science, 183(4130): 1156-1164. 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动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 214 220 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0214 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 李 玉 全 *, 孙 霞 青 岛 农 业 大 学 海 洋 科 学 与 工 程 学 院, 山 东 青 岛 266109 摘 要 : 同 种 动 物 个 体 相 遇 争 斗 的 行 为 称 为 争 胜 行 为 这 是 一 种 典 型 的 社 会 行 为, 广 泛 存 在 于 各 类 水 生 动 物 中, 其 目 的 是 确 定 优 势 ( 统 治 ) 地 位 和 从 属 关 系 该 文 针 对 争 胜 行 为 的 表 现 形 式 影 响 因 素 以 及 发 生 机 制 进 行 了 综 述, 分 析 了 争 胜 行 为 的 研 究 现 状 及 发 展 趋 势, 以 期 为 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 提 供 借 鉴 和 参 考, 并 为 促 进 我 国 水 产 养 殖 业 的 发 展 提 供 理 论 依 据 关 键 词 : 水 生 动 物 ; 争 胜 行 为 ; 原 因 ; 机 制 中 图 分 类 号 :Q958.8; Q958.12 + 2.4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)02-0214-07 Agonistic behaviors of aquatic animals Yu-Quan LI *, Xia SUN College of Marine Science & Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China Abstract: Aggressive encounters between animals of the same species have been termed as agonistic behaviors. Different to aggressions in predator prey and other nonsocial interactions, agonistic behaviors widely exist in various aquatic animal individuals. To provide references for future research of agonistic behaviors and aquaculture, this article reviewed the expression forms, reasons, and mechanisms of agonistic behavior as well as its research status and development tendencies. Keywords: Aquatic animal; Agonistic behavior; Reasons; Mechanism 争 胜 行 为 是 同 种 动 物 个 体 相 遇 争 斗 的 行 为, 普 遍 存 在 于 鱼 类 甲 壳 类 等 水 生 动 物 中, 是 一 种 典 型 的 社 会 行 为 其 目 的 是 确 定 优 势 ( 统 治 ) 地 位 和 从 属 关 系, 胜 者 将 获 得 更 多 和 更 长 期 的 控 制 关 键 生 态 资 源 的 权 利 以 及 交 配 选 择 权 等, 失 败 者 将 丧 失 公 平 分 享 各 种 资 源 的 机 会 争 胜 行 为 在 个 体 相 遇 后 进 行 仪 式 化 威 胁 展 示 或 资 源 竞 争 时 经 常 发 生 (Rillahan et al, 2011) 许 多 学 者 对 水 生 甲 壳 类 动 物 的 争 胜 行 为 进 行 了 阐 述 和 分 析 (Cenni et al 2010; Moore, 2007; Mowles et al, 2010; Patullo et al, 2009; Pedetta et al, 2010), 其 中 研 究 最 多 的 是 小 龙 虾 (Procambarus clarkii) 和 龙 虾 (Panulirus sp.), 其 次 是 寄 居 蟹 (Paguroidea), 此 外, 对 鼓 虾 ( Alpheus heterochaelis) (Hughes, 1996) 锯 缘 青 蟹 (Scylla serrata) (Laranja et al, 2010) 张 口 蟹 (Chasmagnathus granulata)( Pedetta et al, 2010) 招 潮 蟹 (Calling crab)(rosenberg,1997) 跳 钩 虾 (Orchestoidea tuberculata)(duarte et al, 2010) 梭 子 蟹 (Portunus trituberculatus) (Innocenti et al, 2003) 和 淡 水 虾 (Macrobrachium lar )(Seidel et al, 2007) 等 物 种 也 有 少 量 报 道 也 有 学 者 对 鱼 类 的 争 胜 行 为 进 行 了 研 究 (Chen et al, 1996; Hua et al, 1998; Liu, 2002; Zou et al, 2001), 研 究 对 象 主 要 为 肉 食 性 鱼 类, 如 暗 纹 东 方 鲀 (Takifugu obscurus) (Hua et al, 1998) 大 口 鲇 (Silurus meridionalis ) (Zou et al, 2001) 等 我 国 在 水 生 动 物 争 胜 行 为 方 面 的 研 究 较 少 对 于 甲 壳 类 动 物 仅 见 Chen et al (2003,2008) 和 Zhang et al (2008) 等 的 少 数 几 篇 报 道 其 中,Chen et al (2003) 探 讨 了 日 本 对 虾 (Penaeus japonicus) 仔 虾 密 度 饵 料 密 度 仔 虾 规 格 和 光 强 对 同 类 相 残 的 影 响 Chen et al (2008) 还 研 究 了 人 工 养 殖 条 件 下 拟 穴 收 稿 日 期 :2012-11-27; 接 受 日 期 :2013-01-12 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (31101916); 山 东 省 自 然 科 学 基 金 (ZR2010CM060); 青 岛 市 产 学 研 合 作 引 导 计 划 (10-3-4-5-6-jch); 青 岛 农 业 大 学 校 自 然 科 学 基 金 (610804) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: jiangfangqian@163.com
3 期 李 玉 全 等 : 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 215 青 蟹 (Scylla paramamosain) 大 眼 幼 体 的 资 源 可 获 得 性 和 饥 饿 程 度 对 同 类 相 残 的 影 响 Zhang et al (2008) 描 述 了 凡 纳 滨 对 虾 (Litopenaeus vannamei) 和 中 国 对 虾 (Fenneropenaeus chinensis) 的 同 类 相 残 攻 击 和 防 御 行 为 鱼 类 同 类 相 残 现 象 的 研 究 主 要 有 以 下 几 方 面 :Hua et al (1998) 探 讨 了 饵 料 密 度 养 殖 密 度 等 对 暗 纹 东 方 鲀 苗 种 同 类 相 残 现 象 的 影 响 ;Zou et al (2001) 探 讨 了 不 同 条 件 下 大 口 鲇 苗 种 同 类 相 残 的 现 象 ;Wang & Jiang (2010) 从 环 境 和 遗 传 两 方 面 探 讨 了 影 响 鱼 类 自 残 的 因 素 ;Liu (2002) 研 究 了 肉 食 性 鱼 类 在 养 殖 生 态 条 件 下 的 同 类 相 残 现 象, 并 指 出 同 类 相 残 的 原 因 与 放 养 密 度 个 体 大 小 差 异 和 饵 料 丰 度 密 切 相 关 上 述 报 道 虽 然 涉 及 水 生 动 物 的 争 胜 行 为, 但 主 要 针 对 争 胜 行 为 的 结 果 ( 即 同 类 相 残 ), 并 且 文 中 也 未 提 及 争 胜 行 为 这 一 术 语 因 此, 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 在 我 国 基 本 上 还 属 于 空 白 国 外 对 鱼 类 甲 壳 类 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 主 要 基 于 自 然 生 态 环 境, 对 人 工 养 殖 条 件 下 争 胜 行 为 的 研 究 很 少 Hutchison et al (1998) 探 讨 了 甲 状 腺 素 对 转 型 期 的 四 种 大 马 哈 鱼 (Oncorhynchus keta) 争 胜 行 为 的 影 响 Pedetta et al (2010) 研 究 了 张 口 蟹 属 (Chasmagnathus) 螃 蟹 的 个 体 攻 击 行 为 Ahvenharju & Ruohonen (2007) 研 究 了 不 同 生 活 环 境 下 北 美 淡 水 蟹 (Signal crayfish) 的 争 胜 行 为, 并 指 出 在 空 间 窄 小 且 存 在 个 体 差 异 的 不 稳 定 的 生 存 环 境 中, 淡 水 蟹 的 争 斗 行 为 持 续 时 间 会 延 长 国 内 外 对 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 多 集 中 在 个 体 规 格 种 群 密 度 资 源 获 得 性 及 神 经 化 学 等 对 争 胜 行 为 的 影 响, 但 并 未 从 争 胜 行 为 的 表 现 形 式 发 生 原 因 及 产 生 机 制 等 多 方 面 来 系 统 论 述 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 本 文 以 研 究 较 多 的 水 生 甲 壳 类 动 物 和 鱼 类 为 例, 综 述 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 进 展, 旨 在 为 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 应 用 提 供 借 鉴 1 争 胜 行 为 的 表 现 形 式 争 胜 行 为 从 同 类 个 体 相 遇 开 始, 往 往 首 先 遵 循 严 格 的 仪 式 化 威 胁 展 示, 包 括 听 觉 的 机 械 的 视 觉 的, 甚 至 是 化 学 信 号, 进 行 争 胜 交 感, 是 一 种 进 攻 社 交 或 统 治 力 展 示 的 行 为 艺 术, 这 通 常 不 会 导 致 致 命 性 后 果 随 着 展 示 行 为 的 增 加, 争 胜 交 感 会 逐 渐 升 级, 直 到 一 方 撤 退, 否 则 争 斗 强 度 将 进 一 步 增 加 相 遇 争 斗 过 程 和 强 度 可 以 通 过 一 系 列 行 为 变 化 来 判 断, 以 淡 水 小 龙 虾 为 例, 一 般 可 分 为 5 个 阶 段 :(1) 见 面 阶 段, 这 是 争 斗 的 第 一 步, 双 方 没 有 身 体 姿 态 的 变 化 和 附 肢 的 额 外 使 用 ;(2) 示 威 阶 段, 表 现 为 抬 高 身 体 大 螯 展 开, 两 者 相 距 一 两 个 身 位 的 距 离 ;(3) 拳 击 阶 段, 用 大 螯 反 复 推 挤 对 方, 但 不 企 图 抱 住 或 厮 打, 同 时 用 触 角 频 繁 抽 打 对 方 甲 壳 ;(4) 摔 跤 阶 段, 不 仅 用 大 螯 推 挤, 还 努 力 翻 转 对 方 或 扭 曲 对 方 的 大 螯 ;(5) 疯 狂 厮 打 阶 段, 无 限 制 使 用 大 螯, 主 动 撕 抓 对 方 身 体 的 各 个 部 位, 企 图 损 伤 或 卸 去 对 方 的 附 肢 (Moore, 2007) 疯 狂 厮 打 的 结 果 即 表 现 为 同 类 相 残 ( 相 咬 致 残 或 相 互 吞 食 ), 分 为 尾 先 型 (type Ⅰ, 捕 食 者 先 摧 残 被 捕 食 者 的 尾 部 ) 和 头 先 型 (type Ⅱ, 捕 食 者 先 摧 残 被 捕 食 者 的 头 部 ) 两 种 (Kestemont et al, 2003) 争 斗 过 程 中 一 方 主 动 撤 退 ( 相 距 两 个 身 位 以 上 ) 意 味 着 战 争 结 束, 其 后 获 胜 方 将 连 续 发 动 攻 击, 直 到 对 手 总 是 选 择 撤 退, 则 视 为 双 方 正 式 确 立 从 属 关 系 (Huber et al, 2001) 与 淡 水 龙 虾 的 争 斗 结 果 相 似, Hecht & Appelbaum (1988) 对 胡 鲇 属 自 残 的 调 查 研 究 也 发 现 头 先 型 和 尾 先 型 两 种 同 类 相 残 现 象, 并 指 出 这 两 种 现 象 是 根 据 捕 食 者 口 宽 和 被 捕 食 者 头 宽 的 关 系 划 分 的, 同 时, 还 指 出 两 种 同 类 相 残 的 发 生 时 间 也 有 先 后 在 胡 鲇 属 (Clarias) 养 殖 过 程 中, 尾 先 型 发 生 在 依 赖 外 源 性 营 养 3.5 d 后, 头 先 型 发 生 在 ~25 d 后, 胡 鲇 属 的 自 残 最 终 彻 底 转 变 为 头 先 型 ; 鲤 (Cyprinus carpio) 的 尾 先 型 自 残 则 发 生 在 依 赖 外 源 性 营 养 9~15 d 后, 且 这 种 类 型 的 自 残 持 续 占 据 优 势,18 d 后 捕 食 者 全 长 >21 mm 时 才 出 现 头 先 型 自 残 2 影 响 争 胜 行 为 发 生 的 因 素 2.1 内 部 因 素 2.1.1 遗 传 关 系 群 居 鱼 类 通 常 表 现 出 识 别 亲 缘 关 系 的 能 力, 最 近 有 关 研 究 发 现 鲑 (Oncorhynchus tschawytscha) 鳟 (Salmo playtcephalus) 鱼 类 的 受 化 学 信 息 调 节 的 亲 缘 识 别 机 制 能 有 效 抑 制 鱼 类 的 争 胜 行 为 (Wang & Jiang, 2010) 丽 鱼 属 (Cichla)(Mckaye & Barlow, 1976) 胎 鳉 属 (Poecilia)(Loekle et al, 1982) 和 鳉 属 Cyprinodon macularius californiensis (Loiselle, 1983) 因 具 备 亲 缘 识 别 能 力, 故 子 代 自 残 最 低, 其 中 丽 鱼 科 通 过 识 别 本 种 特 有 的 黑 黄 相 间 的 眼 睛 来 有 效 抑 制 同 龄 之 间 的 自 残 (Zaret, 1977)
216 动 物 学 研 究 34 卷 Bovbjerg (1956) 也 曾 研 究 过 遗 传 关 系 对 甲 壳 类 动 物 争 斗 的 影 响, 并 表 明 在 两 两 争 斗 的 情 况 下, 有 着 较 大 型 体 或 鳌 的 小 龙 虾 更 容 易 获 胜 并 取 得 统 治 地 位 Dissanayake et al (2009) 对 青 蟹 (Scylla serrata) 的 研 究 也 表 明 生 理 状 况 是 决 定 青 蟹 个 体 争 斗 结 果 的 主 要 因 素 2.1.2 个 体 大 小 差 异 大 量 研 究 表 明, 个 体 大 小 差 异 对 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 而 言, 即 使 不 是 决 定 因 素, 也 是 一 个 很 重 要 的 因 素 对 暗 纹 东 方 鲀 稚 鱼 的 自 残 实 验 观 察 发 现, 若 将 大 小 相 同 的 稚 鱼 饲 养 在 一 起 则 不 易 产 生 自 残 或 自 残 现 象 很 轻, 饱 食 状 态 下 大 小 相 同 的 稚 鱼 自 残 率 <3%, 即 使 饥 饿 1~2 d, 自 残 率 仅 提 高 至 6%~16%; 但 若 将 大 小 不 同 的 稚 鱼 混 养 在 一 起, 即 使 在 饵 料 充 足 的 条 件 下, 自 残 率 也 达 50%, 若 停 食 1~2 d, 自 残 率 则 >85% (Chen et al,1996) Giles et al (1986) 对 白 斑 狗 鱼 (Esox lucius) 鱼 苗 的 自 残 实 验 Van Damme et al (1989) 对 大 西 洋 鳕 (Gadus morhua L.) 幼 鱼 的 实 验 以 及 Dou et al (2000) 对 牙 鲆 (Paralichthys olivaceus) 幼 鱼 的 实 验 也 均 证 实 了 这 种 现 象 Chen et al (2003) 的 研 究 也 显 示 日 本 对 虾 仔 虾 的 相 残 更 多 地 发 生 在 规 格 差 异 较 大 的 个 体 间, 不 同 规 格 混 养 将 加 剧 仔 虾 的 相 残 Thomas et al (2003) 在 对 岩 龙 虾 (Jasus edwardsii) 的 研 究 也 阐 明 较 小 个 体 更 容 易 被 残 食, 尤 其 是 在 饲 料 定 量 标 准 低 的 情 况 下, 该 现 象 更 加 严 重 2.1.3 食 性 Pienaar (1990) 曾 指 出, 鲫 鱼 (Carassius auratus) 草 鱼 (Ctenopharyngodon idellus) 和 红 腹 罗 非 鱼 (Tilapia zilli) 无 自 残 和 攻 击 的 基 础 在 于 它 们 主 要 以 植 物 为 食 有 关 文 献 报 道, 自 残 在 肉 食 性 鱼 类 中 很 普 遍, 肉 食 性 鱼 类 在 早 期 生 活 中 具 有 大 的 口 裂 和 发 育 完 善 的 牙 齿, 使 它 们 能 够 捕 食 到 相 当 大 的 猎 物, 从 而 加 强 了 自 残 攻 击 性 (Bengtson et al,1999) 2.1.4 性 别 和 生 殖 状 态 在 有 些 甲 壳 类 动 物 中, 个 体 性 别 以 及 雌 雄 性 生 殖 状 态 也 可 以 在 一 定 程 度 上 影 响 其 争 斗 水 平 Capelli & Hamilton (1984) Peeke et al (1995) 以 及 Figler et al (1999) 就 曾 指 出 与 雌 性 小 龙 虾 相 比, 雄 性 小 龙 虾 更 容 易 占 据 主 导 地 位 Moore et al (1997) 的 研 究 也 发 现, 雄 雄 之 间 的 争 斗 比 雌 雄 和 雌 雌 之 间 的 争 斗 更 加 强 烈 对 于 生 殖 状 态 对 争 斗 结 果 的 影 响,Berril & Arsenault (1984) 的 研 究 就 证 明 了 这 一 点, 他 们 认 为, 鳌 虾 科 的 成 熟 体 小 龙 虾 有 两 种 交 替 的 生 殖 形 态, 分 别 是 有 生 殖 能 力 的 形 态 I 和 不 具 有 生 殖 能 力 的 形 态 II,Guiasu & Dunham (1998) 也 发 现 雄 性 形 态 I 比 雄 性 形 态 II 更 容 易 占 据 主 导 地 位 2.1.5 前 期 社 会 交 感 (previous social experience) 前 期 社 会 交 感 也 是 影 响 争 斗 行 为 的 一 个 重 要 因 素 Zulandt et al (1999) 的 研 究 表 明, 那 些 没 有 任 何 交 感 经 历 的 只 有 7 d 大 小 的 小 龙 虾 开 始 出 现 互 动, 但 那 时 的 互 动 是 天 真 而 幼 稚 的 而 对 于 那 些 曾 经 有 过 交 感 经 历 的 小 龙 虾, 之 前 的 社 会 经 验 可 以 塑 造 其 争 斗 水 平 甚 至 影 响 最 终 的 争 斗 结 果 Daws et al (2002) 认 为, 之 前 的 社 会 经 历 可 能 具 有 两 种 相 对 的 结 果, 即 曾 经 经 常 取 胜 的 小 龙 虾 在 遇 到 下 一 个 对 手 时 取 胜 的 机 会 可 能 更 大, 相 反, 曾 经 经 常 失 败 的 小 龙 虾 在 下 次 遇 到 对 手 时 则 更 有 可 能 再 次 战 败 2.1.6 神 经 化 学 因 子 争 胜 行 为 还 受 到 机 体 神 经 化 学, 尤 其 是 5- 羟 色 胺 (5-HT) 章 鱼 胺 (OA) 和 多 巴 胺 (DA) 的 影 响 (Kravitz, 1988; Sneddon et al, 2000) Yeh et al (1997) 对 淡 水 小 龙 虾 的 研 究 表 明, 小 龙 虾 行 为 的 可 塑 性 ( 即 其 是 处 于 侵 略 还 是 下 属 地 位 ) 会 影 响 其 神 经 化 学 因 子 也 就 是 说, 小 龙 虾 是 占 统 治 地 位 还 是 处 于 下 属 地 位, 会 改 变 其 5-HT 神 经 化 学 另 外, 一 些 神 经 化 学 的 变 化 也 会 影 响 小 龙 虾 的 一 系 列 社 会 行 为 Fletcher & Hardege (2009) 的 研 究 也 表 明, 水 生 动 物 的 个 体 行 为 往 往 依 赖 多 种 复 杂 的 化 学 信 号 2.2 环 境 因 素 2.2.1 饵 料 密 度 饥 饿 对 水 生 生 物 的 争 斗 有 着 不 可 忽 视 的 作 用 Tang et al (1985) 在 革 胡 子 鲇 (Clarias lazera) 自 残 实 验 中 很 清 楚 地 观 察 到 了 自 残 以 不 投 饵 为 甚 Hua et al (1998) 对 暗 纹 东 方 鲀 苗 种 自 残 的 研 究 Hu et al (2002) 对 怀 头 鲇 (Silurus soldatovi) 的 苗 种 实 验 以 及 Zou et al (2001) 对 鲇 苗 种 的 自 残 现 象 观 察 也 都 发 现 饵 料 不 足 是 自 残 的 主 要 原 因 Chen et al (2003) 的 研 究 结 果 显 示, 日 本 对 虾 仔 虾 的 相 残 率 随 饵 料 密 度 的 提 高 而 下 降, 特 别 是 不 同 规 格 混 养 的 仔 虾 饥 饿 时 的 相 残 率 比 投 饵 时 高 ~1 倍, 也 说 明 了 饵 料 密 度 与 日 本 对 虾 相 残 存 在 着 较 为 直 接 的 关 系 2.2.2 饵 料 种 类 同 一 种 生 物 投 喂 不 同 种 类 的 饵 料 时, 其 争 胜 行 为 也 会 受 到 影 响 Hecht & Pienaar (1993) 等 研 究 发 现, 鲇 (Silurus spp.) 和 虹 鳟 (Oncorhynchus mykiss)
3 期 李 玉 全 等 : 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 217 养 殖 过 程 中 投 喂 鲜 活 饵 料 比 只 投 喂 人 工 饵 料 的 自 残 现 象 少 得 多 Wang & Jiang (2010) 的 研 究 也 发 现, 集 约 化 养 殖 的 大 西 洋 鳕 和 条 斑 鲈 (Morone saxatilis) 由 活 饵 料 转 化 为 配 合 饲 料 时, 死 亡 率 和 自 残 率 均 提 高 若 饵 料 适 口 性 较 差 或 缺 乏 必 需 营 养 成 分, 尤 其 是 鱼 类 蛋 白 质 或 某 些 微 量 元 素 时, 也 能 导 致 自 残 的 发 生 同 时, 饵 料 质 量 差 生 态 环 境 不 适 宜, 也 都 可 能 造 成 鱼 类 紧 张 而 发 生 自 残 (Wang & Jiang, 2010) 2.2.3 生 存 空 间 Giles et al (1986) 认 为 密 度 过 大 使 鱼 类 对 饵 料 和 溶 氧 等 因 子 的 竞 争 加 剧, 同 时 捕 食 鱼 类 和 被 捕 食 鱼 类 两 者 相 遇 的 机 会 增 加, 从 而 使 自 残 的 机 率 增 加 Hecht & Pienaar (1993) 对 虹 鳟 和 鲤 的 实 验 同 样 支 持 上 述 结 论 Hu et al (2002) 对 怀 头 鲇 苗 种 的 实 验 也 表 明, 密 度 越 大 成 活 率 越 低 Chen et al (2008) 对 拟 穴 青 蟹 大 眼 幼 体 相 残 与 资 源 可 获 得 性 和 饥 饿 关 系 的 研 究 显 示, 大 眼 幼 体 密 度 在 10~40 ind/l 范 围 内 时, 空 间 可 获 得 性 的 减 小 虽 未 导 致 相 残 死 亡 率 的 显 著 提 高, 但 肢 残 率 却 有 所 升 高, 表 明 争 斗 强 度 虽 未 增 加 但 争 斗 频 度 增 加 Hazlett (1968) 的 研 究 也 显 示 了 类 似 的 结 果 2.2.4 光 照 光 照 可 以 影 响 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 对 于 避 光 性 的 鱼 类, 光 照 可 以 促 进 鱼 类 攻 击 甚 至 自 残 的 发 生 Pienaar (1990) 对 避 光 性 的 胡 鲇 属 仔 稚 鱼 的 研 究 表 明, 持 续 光 照 条 件 下 即 使 饵 料 充 足, 幼 鱼 寻 找 饵 料 和 游 泳 活 力 均 减 弱, 加 剧 了 攻 击 性 和 自 残 水 平, 且 休 息 阶 段 时 长 增 加, 而 在 黑 暗 条 件 下 的 情 况 恰 恰 相 反 对 于 趋 光 性 鱼 类, 例 如 大 眼 梭 鲈 (Lucioperca lucioperca) 和 鲑, 光 照 可 以 抑 制 自 残 的 发 生 养 殖 中 发 现, 光 照 能 使 大 眼 梭 鲈 稚 鱼 分 散, 从 而 减 少 自 残 ; 而 在 黑 暗 条 件 下, 这 类 鱼 容 易 聚 集 在 底 部, 从 而 增 加 了 自 残 (Wang & Jiang, 2010) Chen et al (2003) 对 日 本 对 虾 仔 虾 相 残 的 实 验 研 究 表 明, 较 明 亮 光 线 或 较 长 时 间 光 照 具 有 抑 制 日 本 对 虾 仔 虾 相 残 的 作 用 推 测 原 因 应 和 日 本 对 虾 仔 虾 喜 暗 的 习 性 有 关, 弱 的 光 线 有 利 于 日 本 对 虾 仔 虾 的 生 长 (Li et al, 2001), 即 在 暗 环 境 下 日 本 对 虾 仔 虾 活 动 性 较 强, 因 此 相 残 也 较 为 激 烈 2.2.5 水 体 浑 浊 度 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 也 受 水 体 浑 浊 度 的 影 响 清 澈 的 水 就 如 同 持 续 的 光 照, 且 此 时 也 无 躲 避 物 可 藏 身, 因 此, 攻 击 性 和 自 残 率 加 强 Bristow et al (1996) 发 现 大 眼 狮 鲈 (Larval walleye) 稚 鱼 在 混 浊 度 较 高 的 水 体 中 可 有 效 避 免 相 残 的 发 生 另 外,Li (1992) 在 黑 鲷 (Sparus macrocephalus) 中 也 得 出 相 似 的 结 论, 稚 鱼 依 靠 视 觉 捕 食, 降 低 水 体 的 透 明 度 可 避 免 或 减 少 相 残 综 上 所 述, 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 是 由 各 种 错 综 复 杂 的 因 素 综 合 引 起 的 至 少, 生 活 环 境 恶 劣 个 体 间 大 小 悬 殊 饵 料 缺 乏 以 及 生 存 空 间 狭 小 等 都 有 可 能 导 致 攻 击 甚 至 相 残 另 外, 高 密 度 封 闭 的 人 工 饲 养 方 式 会 导 致 种 群 拥 挤 栖 息 水 体 恶 化 及 环 境 压 力 增 大, 从 而 加 重 争 胜 行 为 发 生 的 频 率 和 程 度 然 而, 争 胜 行 为 究 竟 是 生 物 本 身 的 一 种 习 性, 还 是 由 不 适 宜 的 环 境 造 成 的 为 什 么 有 些 生 物 争 胜 行 为 现 象 极 其 明 显 甚 至 经 常 发 展 为 相 残, 而 有 些 生 物 却 能 和 谐 共 处 这 些 问 题 都 需 要 进 一 步 研 究 解 释 3 争 胜 行 为 发 生 的 机 制 3.1 种 内 竞 争 作 用 水 生 动 物 是 繁 殖 力 最 高 的 动 物 群 体, 一 次 产 卵 数 百 数 千 或 数 万, 甚 至 上 百 万 幼 体 孵 出 后, 除 了 要 经 受 各 种 恶 劣 的 自 然 环 境 因 素 考 验 外, 还 会 遭 遇 食 料 不 足 等 不 利 情 况, 同 时, 鱼 类 甲 壳 类 成 体 的 放 养 密 度 一 般 也 都 超 过 了 自 然 种 群 密 度 种 种 不 利 因 素 都 会 导 致 他 们 在 获 取 生 物 资 源 时 发 生 攻 击 甚 至 同 类 相 残 密 度 调 节 作 用 表 现 为 强 壮 较 大 的 个 体 攻 击 或 吞 食 较 弱 较 小 的 个 体, 种 群 保 护 作 用 则 解 释 为 他 们 以 牺 牲 一 部 分 同 类 个 体 来 换 得 自 身 种 群 的 延 续 从 生 物 学 角 度 来 看, 这 种 种 内 竞 争 的 淘 汰 方 式 具 有 选 优 保 种 的 积 极 效 果 (Liu, 2002) 3.2 社 会 序 位 制 有 关 同 种 水 生 动 物 种 群 内 部 相 斥 相 容 的 研 究 资 料 所 见 不 多, 但 通 过 观 察, 同 一 种 群 内 经 过 一 段 时 间 的 竞 争, 密 度 得 到 调 整, 竞 争 渐 趋 缓 和, 个 体 间 能 和 平 共 处, 这 说 明 种 群 内 可 能 存 在 着 某 种 序 位 制 个 体 在 种 群 中 的 序 位 依 据 体 质 强 弱 个 体 大 小 及 共 处 时 间 长 短 等 确 立 以 鱼 类 为 例, 经 过 稚 鱼 阶 段 的 激 烈 竞 争 和 淘 汰 后 存 活 下 来 的 个 体 之 间 确 立 了 某 种 平 衡, 或 形 成 了 均 势, 但 是, 当 有 外 来 个 体 进 入 时, 这 种 平 衡 便 被 打 破, 同 类 相 残 现 象 又 会 发 生 Unprasert et al (1999) 对 沟 鲶 (Ictalurus punctatus)
218 动 物 学 研 究 34 卷 的 研 究 发 现, 两 种 不 同 规 格 的 鱼 种 同 时 放 养 时, 一 般 不 会 发 生 相 残 现 象, 但 当 水 体 中 有 新 个 体 进 入 时, 原 有 个 体 会 攻 击 吞 食 新 入 个 体, 造 成 鱼 种 大 量 死 亡 Hua et al (1998) 对 暗 纹 东 方 鲀 的 研 究 发 现, 较 小 个 体 加 入 已 有 大 个 体 的 池 中 时, 会 发 生 剧 烈 的 相 残 现 象, 这 有 可 能 也 是 基 于 相 似 的 原 因 (Bengtson et al, 1999; Bristow et al, 1996; Ward Francis & Bengtson,1999) 4 问 题 与 展 望 近 年 来, 随 着 水 产 养 殖 业 的 逐 步 发 展, 以 及 人 们 对 养 殖 品 种 同 类 相 残 的 重 视, 对 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 研 究 已 经 从 经 验 认 识 深 入 到 系 统 的 实 验 研 究, 虽 然 从 总 体 上 已 经 取 得 了 较 多 的 成 果, 但 是, 仍 然 有 很 多 相 关 研 究 有 待 加 强 截 至 目 前, 对 于 水 生 动 物 争 胜 行 为 发 生 的 机 制 主 要 有 两 种 看 法 :(1), 水 生 动 物 在 不 同 发 育 阶 段 发 生 的 个 体 间 行 为 上 的 干 涉 作 用 是 一 种 种 内 竞 争 行 为 ;(2) 社 会 序 位 制 反 应 这 两 种 看 法 虽 然 都 能 对 一 些 现 象 进 行 解 释, 但 其 争 斗 的 发 生 机 制 仍 无 定 论 关 于 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 发 生 原 因, 已 有 很 多 研 究 报 道 一 般 认 为, 个 体 差 异 大 饵 料 不 足 及 放 养 密 度 高 等 因 素 都 易 导 致 水 生 动 物 发 生 争 斗 甚 至 相 残 但 何 为 决 定 因 素, 众 说 纷 纭, 难 以 确 定 (Wang & Jiang, 2010) 另 外, 有 些 鱼 类 一 生 都 不 发 生 同 类 相 残, 而 有 些 鱼 类 ( 特 别 是 肉 食 性 凶 猛 鱼 类 ) 从 仔 鱼 期 就 开 始 发 生 争 斗 甚 至 相 残, 其 原 因 究 竟 是 由 遗 传 还 是 后 天 恶 劣 环 境 造 成 为 什 么 有 些 水 生 动 物 争 斗 现 象 极 其 突 出 甚 至 相 残, 而 有 些 则 完 全 不 发 生 相 残 等 问 题 都 需 进 一 步 研 究 解 释 (Zou et al, 2001) 在 研 究 影 响 水 生 动 物 争 胜 行 为 的 因 素 时, 就 曾 提 到, 放 养 密 度 过 大 易 导 致 水 生 动 物 发 生 争 斗 甚 至 相 残 因 此, 在 研 究 水 生 动 物 相 残 现 象 时, 寻 找 在 饱 食 情 况 下 发 生 相 残 的 临 界 密 度 具 有 实 际 意 义, 既 可 有 效 预 防 养 殖 动 物 同 类 相 残, 又 能 提 高 水 产 养 殖 生 产 力 (Liu,2002) 应 该 指 出 的 是, 一 方 攻 击 或 追 逐 另 一 方 但 并 不 造 成 伤 亡 的 攻 击 行 为, 与 能 引 起 被 攻 击 一 方 伤 亡 的 攻 击 行 为 不 可 混 为 一 谈 如 河 豚 (Takifugu sp.) 在 5~6 mm 时, 常 见 一 尾 追 随 另 一 尾, 并 用 吻 轻 捅 对 方 的 现 象, 但 若 被 尾 追 者 稍 作 避 让, 尾 追 者 便 不 再 追 随 虽 然 有 些 文 献 认 为 这 也 是 一 种 相 残 行 为, 但 这 种 行 为 并 不 引 起 鱼 苗 的 伤 害, 可 能 不 应 视 为 相 残 行 为, 而 是 一 种 包 含 游 戏 成 份 在 内 的 攻 击 行 为 在 脊 椎 动 物 的 早 期 发 育 阶 段, 常 可 看 到 幼 小 动 物 之 间 的 追 逐 玩 耍 行 为, 而 有 时 一 方 追 击 另 一 方 时, 也 会 发 生 撕 咬 现 象 因 此, 究 竟 什 么 时 候 的 攻 击 行 为 才 是 相 残 行 为, 有 待 进 一 步 研 究 揭 示 (Chen et al, 1996) 参 考 文 献 : Ahvenharju T, Ruohonen K. 2007. Agonistic behaviour of signal crayfish (Pacifastacus leniusculus Dana) in different social environments: Effect of size heterogeneity on growth and food intake [J]. Aquaculture, 271(1-4): 307-318. Bengtson DA, Lydon L, Ainley JD. 1999. Green-water rearing and delayed weaning improve growth and survival of summer flounder. North American Journal of Aquaculture, 61(3): 239-242. Berril M, Arsenault M. 1984. The breeding behaviour of a northern temperate orconectid crayfish, Orconectes rusticus. Animal Behaviour, 32(2): 333-339. Bovbjerg RV. 1956. Some factors affecting aggressive behavior in crayfish. Physiological Zoology, 29: 127-136. Bristow BT, Summerfelt RC, Clayton RD. 1996. Comparative performance of intensively cultured larval walleye in clear, turbid, and colored water. The Progressive Fish-Culturist, 58(1): 1-10. Capelli GM, Hamilton PA. 1984. Effects of food and shelter on aggressive activity in the crayfish Orconectes rusticus (Girard). Journal of Crustacean Biology, 4(2): 252-260. Cenni F, Parisi G, Gherardi F. 2010. Effects of habitat complexity on the aggressive behaviour of the American lobster (Homarus americanus) in captivity. Applied Animal Behaviour Science, 122(1): 63-70. Chen XL, Lin QW, Li SJ, Wang GZ, Ai QX, Li BL, Lin T. 2003. Observations and studies on the cannibalism among post larvae of Kuruma prawn, Penaeus japonicus. Journal of Xiamen University (Natural Science), 42(3): 358-361. [ 陈 学 雷, 林 琼 武, 李 少 菁, 王 桂 忠, 艾 青 香, 李 丙 林, 吝 涛. 2003. 日 本 对 虾 仔 虾 相 残 的 实 验 研 究. 厦 门 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 42(3): 358-361.] Chen XL, Li SJ, Wang GZ, Lin QW, Ye HH, Ai QX. 2008. Study on relationship between cannibalism and resource availability/starvation of mud crab, Scylla paramamosain Megalopae. Journal of Xiamen University (Natural Science), 47(1): 99-103. [ 陈 学 雷, 李 少 菁, 王 桂 忠, 林 琼 武, 叶 海 辉, 艾 青 香. 2008. 拟 穴 青 蟹 大 眼 幼 体 相 残 与 资 源 可 获 得 性 和 饥 饿 关 系 的 研 究. 厦 门 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 47(1): 99-103.] Chen YF, Qian LF, Hua YY. 1996. Research status of fish cannibalism [J]. Journal of Aquaculture, (3): 21-24. [ 陈 亚 芬, 钱 林 峰, 华 元 渝. 1996. 鱼 类 同 类 相 残 现 象 的 研 究 现 状. 水 产 养 殖, (3): 21-24.] Daws AG, Grills J, Konzen K, Moore PA. 2002. Previous experiences alter
3 期 李 玉 全 等 : 水 生 动 物 的 争 胜 行 为 219 the outcome of aggressive interactions between males in the crayfish, Procambarus clarkii. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology, 35(3): 139-148. Dissanayake A, Galloway TS, Jones MB. 2009. Physiological condition and intraspecific agonistic behaviour in Carcinus maenas (Crustacea: Decapoda). Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 375(1-2): 57-63. Dou SZ, Seikai T, Tsukamoto K. 2000. Cannibalism in Japanese flounder juveniles, Paralichthys olivaceus, reared under controlled conditions. Aquaculture, 182(1-2): 149-159. Duarte C, Jaramillo E, Contreras H, Acuňa K. 2010. Cannibalism and food availability in the talitrid amphipod Orchestoidea tuberculata. Journal of Sea Research, 64(3): 417-421. Figler MH, Cheverton HM, Blank GS. 1999. Shelter competition in juvenile red swamp crayfish (Procambarus clarkii): the influences of sex differences, relative size, and prior residence. Aquaculture, 178(1-2): 63-75. 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220 动 物 学 研 究 34 卷 Rillahan C, Chambers MD, Howell WH, Watson WH. 2011. The behavior of cod (Gadus morhua) in an offshore aquaculture net pen. Aquaculture, 310(3-4): 361-368. Rosenberg MS. 1997. Evolution of shape differences between the major and minor chelipeds of Uca pugnax (Decapoda: Ocypodidae). Journal of Crustacean Biology, 17(1): 52-59. Seidel RA, Schaefer RL,Donaldson TJ. 2007. The role of cheliped autotomy in the territorial behavior of the freshwater prawn Macrobrachium lar. Journal of Crustacean Biology, 27(2): 197-201. Sneddon LU, Taylor AC, Huntingford FA, Watson DG. 2000. Agonistic behaviour and biogenic amines in shore crabs Carcinus maenas. The Journal of Experimental Biology, 203(3): 537-545. Tang ZY, Huang DG, Chen SY, Ye X. 1985. Observations to the Clarias kill each other and the killing of the family fish. Freshwater Fisheries, (4): 16-18. [ 唐 彰 元, 黄 道 根, 陈 水 英, 叶 星. 1985. 革 胡 子 鲶 的 自 相 残 杀 及 其 对 家 鱼 残 杀 的 初 步 观 察. 淡 水 渔 业, (4): 16-18.] Thomas CW, Carter CG, Crea BJ. 2003. Feed availability and its relationship to survival, growth, dominance and the agonistic behaviour of the southern rock lobster, Jasus edwardsii in captivity. Aquaculture, 215(1-4): 45-65. Unprasert P, Taylor JB, Robinette HR. 1999.Role of stocking sequence on survival of fingerling Channel Catfish cultured in mixed - size populations. North American journal of Aquaculture, 61 (3): 235-238. Van Damme P, Appelbaum S, Hecht T. 1989. Sibling cannibalism in koi carp, Cyprinus carpio L., larvae and juveniles reared under controlled conditions. Journal of Fish Biology, 34(6): 855-863. Wang DM, Jiang ZQ. 2010. Studies on factors affecting the fish of self-mutilation. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 38(14): 7395-7397, 7422. [ 王 东 梅, 姜 志 强. 2010. 影 响 鱼 类 自 残 因 子 的 研 究. 安 徽 农 业 科 学, 38(14): 7395-7397, 7422.] Ward Francis A Jr, Bengtson DA. 1999. Partitioning of fish and diet selection as methods for the reduction of cannibalism in Paralichthys dentatus Larviculture. Journal of the World Aquaculture Society, 30(3): 302-310. Yeh SR, Musolf BE, Edwards DH. 1997. Neuronal adaptations to changes in the social dominance status of crayfish. The Journal of Neuroscience, 17(2): 697-708. Zaret TM. 1977. Inhibition of cannibalism in Cichla ocellaris and hypothesis of predator mimicry among South American fishes. Evolution, 31(2): 421-437. Zhang PD, Zhang XM, Li J, Meng QW. 2008. Observation of behavior in Fenneropenaeus chinensis and Litopenaeus vannamei postlarvae. Journal of Fisheries of China, 32(2): 223-227. [ 张 沛 东, 张 秀 梅, 李 健, 孟 庆 武. 2008. 中 国 明 对 虾 凡 纳 滨 对 虾 仔 虾 的 行 为 观 察. 水 产 学 报, 32(2): 223-227.] Zou GW, Luo XZ, Pan GB. 2001. Studies on the cannibalism among Silurus meridionalis larvae. Journal of Fishery Sciences of China, (2): 55-58. [ 邹 桂 伟, 罗 相 忠, 潘 光 碧. 2001. 大 口 鲇 苗 种 同 类 相 残 的 研 究. 中 国 水 产 科 学, (2): 55-58.] Zulandt Schneider RA, Schneider RWS, Moore PA. 1999. Recognition of dominance status by chemoreception in the red swamp crayfish, Procambarus clarkii. Journal of Chemical Ecology, 25(4): 781-794.
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 221 227 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0221 基 于 全 基 因 组 正 选 择 基 因 揭 示 大 狐 蝠 和 小 棕 蝠 功 能 分 化 分 子 机 制 曾 燕 妮 1,3, 沈 永 义 2,*, 张 亚 平 3,4,* 1. 华 东 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院, 上 海 200062; 2. 厦 门 大 学 生 命 科 学 学 院, 福 建 厦 门 361005; 3. 中 国 科 学 院 昆 明 动 物 研 究 所 遗 传 资 源 与 进 化 国 家 重 点 实 验 室, 云 南 昆 明 650223; 4. 云 南 大 学 生 物 资 源 保 护 与 利 用 实 验 室, 云 南 昆 明 650091 摘 要 : 小 棕 蝠 (Myotis lucifugus) 和 大 狐 蝠 (Pteropus vampyrus) 在 生 理 和 行 为 上 有 诸 多 差 异, 应 被 诉 诸 于 分 子 水 平 并 加 以 系 统 探 讨 该 研 究 对 包 括 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 在 内 的 7 个 哺 乳 动 物 全 基 因 组 同 源 编 码 序 列 进 行 了 高 质 量 比 对, 使 用 比 对 序 列 进 行 了 分 别 以 两 个 蝙 蝠 枝 为 前 景 枝 的 全 基 因 组 水 平 选 择 压 力 分 析, 并 对 两 种 蝙 蝠 中 的 正 选 择 基 因 进 行 了 富 集 聚 类 分 析 结 果 表 明, 在 小 棕 蝠 枝 受 到 正 选 择 的 基 因 数 高 于 大 狐 蝠 枝 ; 两 种 蝙 蝠 中 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 富 集 于 不 同 的 功 能 类 别 ; 且 正 选 择 基 因 的 富 集 差 异 与 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 在 免 疫 运 动 协 调 能 量 代 谢 和 感 觉 器 官 发 育 等 关 键 生 物 学 功 能 方 面 的 分 化 大 体 吻 合 关 键 词 : 小 棕 蝠 ; 大 狐 蝠 ; 正 选 择 ; 适 应 性 性 进 化 ; 基 因 组 中 图 分 类 号 :Q959.833 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0221-07 Genome-wide scan reveals the molecular mechanisms of functional differentiation of Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus Yan-Ni ZENG 1,3, Yong-Yi SHEN 2,*, Ya-Ping ZHANG 3,4,* 1. School of Life Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 2. State Key Laboratory of Cellular Stress Biology, School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen 361005, China; 3. State Key Laboratory of Genetic Resources and Evolution, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650223, China; 4. Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-resources, Yunnan University, Kunming 650091, China Abstract: The physiological and behavioral differences between Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus should be attributed to molecular mechanisms and deserve intensive investigation. We conducted genome-wide scan for coding sequences from the orthologue genes of seven mammalian species. Selection analyses were carried out by setting the branches leading to Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus as foreground branches, respectively. Enrichment analyses were conducted for positively selected genes. Our results indicated that more genes exhibited positive selection in Myotis lucifugus than that in Pteropus vampyrus. The positively selected genes of the two species were enriched in different functions. The differences between Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus represented their differentiation in biological functions, especially the functions of immunity, motor ability, energetic metabolism and sensory organ development. Keywords: Myotis lucifugus; Pteropus vampyrus; Positive selection; Adaptive evolution; Genome 小 棕 蝠 隶 属 鼠 耳 蝠 属 (Myotis), 是 北 美 洲 最 常 见 的 蝙 蝠 物 种 之 一 (Fenton & Barclay, 1980) 具 食 虫 性, 其 常 见 食 物 包 括 飞 蛾 胡 蜂 蜜 蜂 及 蚊 子 等 (Belwood & Fenton, 1976) 由 于 这 些 昆 虫 多 邻 水 而 居, 故 小 棕 蝠 栖 息 地 也 多 近 水 (Fenton & Bell, 1979) 小 棕 蝠 的 眼 睛 多 已 退 化, 主 要 使 用 回 声 定 位 收 稿 日 期 :2013-03-21; 接 受 日 期 :2013-04-11 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (31172080,91231202) 通 信 作 者 (Corresponding authors),e-mail: shenyy@xmu.edu.cn; zhangyp@mail.kiz.ac.cn
222 动 物 学 研 究 34 卷 系 统 来 探 测 环 境 和 捕 食 (Schnitzler & Kalko, 1998; Schnitzler & Kalko, 2001), 发 出 的 声 音 为 持 续 1~5 ms 的 高 强 度 FM 调 频 信 号 (frequency modulated), 扫 描 速 率 为 80~40 khz, 且 在 不 同 的 飞 行 和 捕 食 状 态 下, 其 发 出 声 波 的 频 率 和 扫 描 速 率 均 不 同 普 通 飞 行 状 态 下 发 声 频 率 为 ~20 次 /s, 而 在 追 逐 猎 物 时 频 率 可 提 高 到 200 次 /s (Fenton & Barclay, 1980) 小 棕 蝠 的 基 因 组 测 序 (2X) 为 哺 乳 动 物 基 因 组 计 划 Mammalian Genome Project 的 一 部 分, 随 后 较 高 质 量 的 基 因 组 测 序 也 已 完 成 (7X) 大 狐 蝠 隶 属 狐 蝠 属, 多 分 布 于 东 南 亚, 是 世 界 上 最 大 的 蝙 蝠 物 种 之 一 (Kunz & Jones, 2000; Simmons et al, 2005) 栖 息 于 原 始 森 林 红 树 林 等, 为 食 植 性, 常 见 食 物 为 花 花 蜜 和 果 实 (Lēkagul & McNeely, 1977; Payne et al, 1985) 与 其 他 旧 大 陆 蝙 蝠 一 样, 大 狐 蝠 缺 乏 回 声 定 位 能 力, 主 要 依 靠 嗅 觉 和 视 觉 来 搜 寻 食 物 (Acharya et al, 1998; Sánchez et al, 2006) 暗 视 觉 (scotopic vision) 是 包 括 大 狐 蝠 在 内 的 多 数 旧 大 陆 果 蝠 适 应 夜 行 性 生 活 中 探 测 环 境 和 捕 食 需 求 的 独 特 方 式 使 用 暗 视 觉, 蝙 蝠 能 在 弱 光 环 境 下 接 收 外 来 光 信 号 为 了 提 高 光 吸 收 能 力, 旧 大 陆 果 蝠 的 眼 睛 往 往 比 使 用 回 声 定 位 的 蝙 蝠 更 大, 功 能 更 强 (Phillips, 2000) 大 狐 蝠 的 基 因 组 测 序 属 于 哺 乳 动 物 基 因 组 计 划 的 一 部 分,2.63X 的 基 因 组 已 被 测 序 完 成 传 统 的 适 应 性 进 化 研 究 方 法, 如 正 选 择 (positive selection) 分 析, 可 以 和 基 因 组 规 模 的 数 据 比 对 结 合, 从 而 发 现 与 适 应 性 性 状 相 关 的 基 因 比 对 这 两 个 蝙 蝠 物 种 的 基 因 组 信 息 可 帮 助 科 学 家 阐 明 一 些 有 关 蝙 蝠 共 同 性 状 的 生 物 学 问 题, 例 如, 通 过 比 对 包 括 两 种 蝙 蝠 和 海 豚 在 内 的 全 基 因 组, 研 究 者 从 分 子 角 度 揭 示 了 海 豚 和 蝙 蝠 祖 先 在 新 的 运 动 方 式 进 化 过 程 中 发 生 的 能 量 代 谢 适 应 性 进 化 现 象 (Shen et al, 2012) 同 理, 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 的 基 因 组 数 据 也 为 我 们 研 究 以 两 者 为 代 表 的 食 果 和 食 虫 蝙 蝠 之 间 的 功 能 分 化 提 供 了 有 利 条 件 全 基 因 组 范 围 的 比 对 和 选 择 压 力 分 析, 使 系 统 揭 示 两 种 蝙 蝠 间 因 食 性 及 感 觉 系 统 等 功 能 分 化 而 产 生 的 适 应 性 进 化 机 制 成 为 了 可 能 本 研 究 利 用 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 的 基 因 组 数 据, 使 用 基 因 编 码 序 列 进 行 了 多 个 哺 乳 动 物 间 的 高 质 量 全 基 因 组 比 对, 在 两 种 蝙 蝠 内 进 行 了 正 选 择 信 号 探 测, 并 对 两 种 蝙 蝠 中 受 到 正 选 择 的 基 因 分 别 进 行 了 功 能 注 释 和 富 集 聚 类, 以 此 研 究 两 种 蝙 蝠 在 适 应 性 进 化 方 向 上 的 差 异 1 材 料 与 方 法 1.1 数 据 搜 集 和 比 对 由 ENSEMBL 数 据 库 (version 64) 下 载 小 鼠 (Mus musculus) 人 类 (Homo sapiens) 马 (Equus caballus) 牛 (Bos taurus) 海 豚 (Tursiops truncatus) 大 狐 蝠 (Pteropus vampyrus) 和 小 棕 蝠 (Myotis lucifugus) 等 7 个 哺 乳 动 物 间 的 所 有 一 对 一 同 源 (one2one orthologues) 编 码 序 列 (coding sequences) 使 用 软 件 prank (http://www.ebi.ac. uk/goldman-srv/prank/ prank/) 对 每 个 基 因 在 7 个 物 种 间 进 行 多 物 种 比 对 在 比 对 中, 若 一 个 基 因 在 某 一 物 种 中 有 多 种 转 录 形 式, 则 选 用 最 长 的 一 条 随 后, 对 比 对 后 的 序 列 进 行 序 列 相 似 度 分 析, 并 基 于 此, 在 不 影 响 编 码 框 的 前 提 下 删 除 比 对 质 量 差 的 区 域 具 体 步 骤 如 下 :(1) 删 除 比 对 中 的 gap 和 N 的 区 域 ;(2) 使 用 15 bp 的 滑 动 窗 口 按 照 一 个 密 码 子 单 位 在 每 个 比 对 序 列 中 进 行 滑 动, 对 于 每 个 滑 动 窗 口, 计 算 两 两 物 种 间 的 序 列 相 似 度, 若 最 低 两 两 相 似 度 <7/15, 则 删 去 整 个 滑 动 窗 口, 继 续 滑 动 ;(3) 经 过 删 减 窗 口 步 骤 后, 如 果 比 对 序 列 长 度 <100 bp, 则 弃 用 整 个 比 对 序 列 1.2 正 选 择 分 析 使 用 PAML4 软 件 的 Codeml 程 序 进 行 正 选 择 检 验, 引 导 树 采 用 具 有 高 支 持 度 的 系 统 发 育 树 (Murphy, 2001) 分 支 位 点 模 型 (branch-site model: test2: M2a VS M2 null. M2a:model=2, NSsites=2, fix_omega=0) 被 用 来 判 断 一 个 基 因 是 否 在 某 一 个 指 定 枝 上 受 到 正 选 择 通 过 计 算 卡 方 值 来 进 行 似 然 率 检 验, 得 到 P 值 后, 使 用 FDR 方 法 进 行 多 重 校 正 (Benjamini & Hochberg, 1995), 即, 从 小 到 大 排 列 所 有 基 因 P 值, 得 到 每 基 因 的 序 号, 最 终 计 算 得 到 多 重 校 正 后 的 P 值 (FDR 值 )( 计 算 公 式 :P 总 基 因 数 / 该 基 因 序 号 ) 此 外, 对 于 每 个 正 选 择 基 因, 如 果 某 一 氨 基 酸 位 点 的 BEB 后 验 概 率 0.9, 则 认 为 该 位 点 在 该 基 因 的 该 枝 上 受 到 正 选 择 1.3 功 能 注 释 和 富 集 分 析 以 人 类 ENSEMBL 基 因 号 (version 64) 作 为 每 一 组 orthologue 序 列 的 标 签, 进 行 下 游 注 释 在 线 注 释 工 具 DAVID 被 用 于 功 能 注 释 和 富 集 聚 类 即, 每 个 ENSEMBL 基 因 都 被 注 释 到 不 同 的 Go-term (Go ontology) 和 KEGG 通 路 上 Fisher 精 确 检 验 被
3 期 曾 燕 妮 等 : 基 于 全 基 因 组 正 选 择 基 因 揭 示 大 狐 蝠 和 小 棕 蝠 功 能 分 化 分 子 机 制 223 用 于 判 断 属 于 某 一 注 释 类 别 的 基 因 在 给 定 的 基 因 列 表 内 是 否 显 著 富 集 (P 0.1) 两 种 蝙 蝠 正 选 择 基 因 的 富 集 聚 类 结 果 使 用 在 线 Gene-Ontology 注 释 画 图 工 具 REViGO 进 行 分 别 呈 现 (Supek et al, 2011), 并 在 工 具 WEGO 内 进 行 种 间 比 较 (Ye et al, 2006) 2 结 果 2.1 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 基 因 组 中 受 到 正 选 择 的 基 因 对 11 267 个 具 有 高 质 量 orthologue 比 对 序 列 的 基 因, 使 用 分 支 位 点 模 型, 分 别 以 小 棕 蝠 (branch b) 和 大 狐 蝠 (branch a) 为 前 景 枝 进 行 全 基 因 正 选 择 扫 描, 引 导 树 为 系 统 发 育 树 ( 图 1) 在 小 棕 蝠 中, 共 835 个 基 因 (PSs) 受 到 正 选 择 (P 0.05), 其 中, 625 个 基 因 的 1 380 个 位 点 (PSSs) 显 著 受 到 正 选 择 (BEB 0.9), 多 重 校 正 后,97 个 基 因 在 FDR=0.05 水 平 显 著 [ 图 2, 附 表 1 ( 本 刊 网 站 Supporting 图 1 正 选 择 计 算 中 使 用 的 系 统 发 育 树 及 前 景 枝 Figure 1 Phylogenic trees and foreground branches used in positive selection analysis 图 2 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 枝 分 别 受 到 正 选 择 的 基 因 比 较 Figure 2 Comparison of positively selected genes between Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus PSs (P 0.05): 正 选 择 基 因 ;PSSs (BEB 0.9): 正 选 择 基 因 内 的 正 选 择 位 点 ;PSs with PSSs: 包 含 正 选 择 位 点 的 正 选 择 基 因 ;PSs (FDR 0.05): 多 重 校 正 后 的 正 选 择 基 因 PSs (P 0.05): Positively selected genes; PSSs: Positively selected sites within PSs. PSs (FDR 0.05):Positively selected genes after multiple correction. info)] 在 大 狐 蝠 中, 共 592 个 基 因 受 到 正 选 择 (P 0.05), 其 中,424 个 基 因 的 794 个 位 点 显 著 (BEB 0.9),41 个 基 因 在 FDR=0.05 水 平 显 著 ( 图 2, 附 表 2( 本 刊 网 站 Supporting info)) 共 62 个 基 因 在 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 为 前 景 枝 时 都 受 到 正 选 择,773 和 530 个 基 因 分 别 在 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 中 独 立 受 到 正 选 择 ( 在 另 一 蝙 蝠 种 不 受 正 选 择 ) 2.2 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 富 集 分 析 富 集 分 析 结 果 显 示, 小 棕 蝠 中 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 富 集 于 以 下 Go-terms: GO:0006954 ( 炎 症 反 应 inflammatory response:p=2.58e-04) GO:0045087 ( 天 生 免 疫 应 答 innate immune response:p=0.03) GO:0003774 ( 运 动 活 性 motor activity:p=0.01) GO:0044456 ( 突 触 synapse part : P=0.057) GO:0021680 ( 小 脑 蒲 氏 细 胞 层 发 育 cerebellar Purkinje cell layer development:p=0.06) GO:0031594 ( 神 经 肌 肉 接 头 neuromuscular junction : P=0.06) GO:0060537 ( 肌 肉 组 织 发 育 muscle tissue development: P=0.08) GO:0048840 ( 耳 石 发 育 otolith development:p=0.08) GO:0048806 ( 生 殖 器 发 育 genitalia development:p=0.07) 和 GO:0060541 ( 呼 吸 系 统 发 育 respiratory system development: P=0.08) 等, 以 及 KEGG 通 路 :hsa04020 ( 钙 离 子 calcium signaling pathway:p=0.008) hsa04670 ( 白 血 球 穿 内 皮 层 迁 移 leukocyte transendothelial migration:p=0.01) 和 hsa05416 ( 病 毒 性 心 肌 炎 viral myocarditis:p=0.03, hsa04360 ( 轴 突 导 向 axon guidance:p=0.05) 等 其 他 富 集 显 著 的 类 别 见 图 3a, 附 表 3( 本 刊 网 站 Supporting info) 大 狐 蝠 中 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 富 集 于 以 下 Go-terms: GO:0016042 ( 脂 代 谢 lipid catabolic process: P=3.48E-04) GO:0030182 (neuron differentiation: P=5.71E-04) GO:0048666 (neuron development:p=0.001) GO:0007584 (response to nutrient:p=0.006) GO:0032934 (sterol binding: P=0.016) GO:0009062 ( 脂 肪 酸 代 谢 fatty acid catabolic process: P=0.017) GO:0015918 ( 固 醇 运 输 sterol transport:p=0.019) GO:0030301 ( 胆 固 醇 运 输 cholesterol transport: P=0.019) GO:0048593 ( 眼 部 形 态 发 生 camera-type eye morphogenesis: P=0.03) GO:0016358 ( 树 突 发 育 dendrite development:p=0.07) 和 GO:0043408 (MAPKKK 级
224 动 物 Figure 3 学 研 究 34 卷 图 3 正选择基因 Go terms 聚类散点图 Scatterplots for enrichment and clustering analysis 语义越相近的 Go-term 在图中距离越近 颜色和点的大小依 log10p 值的变化而变化 a:小棕蝠 b:大狐蝠 More semantically similar GO terms were also closer in the plot; the color and size of the plot was dependent on the log10p value; a: Myotis lucifugus; b: Pteropus vampyrus.
3 期 曾 燕 妮 等 : 基 于 全 基 因 组 正 选 择 基 因 揭 示 大 狐 蝠 和 小 棕 蝠 功 能 分 化 分 子 机 制 225 联 反 应 调 节 :regulation of MAPKKK cascade: P=0.08) 等, 以 及 KEGG 信 号 通 路 hsa04666 (Fc gamma R 介 导 的 细 胞 吞 噬 作 用 Fc gamma R-mediated phagocytosis:p=0.08) 等 其 他 富 集 显 著 的 类 别 见 图 3b, 附 表 3( 本 刊 网 站 Supporting info) 两 种 蝙 蝠 不 同 富 集 类 别 的 比 较 见 图 4 图 4 小 棕 蝠 或 大 狐 蝠 正 选 择 基 因 显 著 富 集 的 部 分 Go-terms Figure 4 Significantly enriched Go-terms in Myotis lucifugus and Pteropus vampyrus 3 讨 论 自 然 选 择 在 宏 观 水 平 对 动 物 施 加 影 响, 选 择 压 力 分 析 是 研 究 动 物 适 应 性 进 化 的 有 力 手 段 动 物 是 否 能 够 进 化 出 新 的 功 能 或 性 状 来 适 应 环 境 压 力, 则 取 决 于 分 子 水 平 突 变 的 产 生 和 固 定 在 产 生 新 功 能 的 过 程 中, 一 些 能 够 提 高 动 物 在 某 种 特 定 环 境 相 对 适 应 系 数 的 非 同 义 替 换 突 变 被 固 定 下 来 带 有 这 些 有 利 突 变 的 基 因 型 要 么 获 得 了 更 高 的 作 用 活 性, 要 么 获 得 了 新 功 能, 以 适 应 更 加 复 杂 的 生 物 功 能 由 于 选 择 压 力 分 析 计 算 非 同 义 突 变 和 同 义 突 变 率 的 比 值, 因 此, 非 常 适 用 于 追 踪 物 种 间 功 能 分 化 过 程 中 留 下 的 痕 迹 我 们 使 用 分 枝 位 点 模 型, 正 是 基 于 其 所 探 测 到 的 正 选 择 信 号 在 适 应 性 进 化 中 可 能 发 挥 的 重 要 作 用 本 研 究 以 小 棕 蝠 为 前 景 枝 探 测 到 的 正 选 择 基 因 数 高 于 以 大 狐 蝠 为 前 景 枝 探 测 到 的 正 选 择 基 因 数 (835:592,P 0.001, 卡 方 检 验 ) 在 两 个 蝙 蝠 物 种 受 到 正 选 择 基 因 里, 仅 62 个 基 因 在 两 个 物 种 中 都 受 到 正 选 择, 而 绝 大 部 分 正 选 择 基 因 仅 在 一 个 物 种 中 出 现 功 能 聚 类 结 果 也 表 明, 这 些 独 立 出 现 的 正 选 择 基 因, 在 两 个 物 种 中 绝 大 部 分 分 布 于 不 同 的 功 能 类 别, 因 此, 对 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 全 基 因 组 选 择 压 力 的 分 析 表 明 两 种 蝙 蝠 在 适 应 性 进 化 方 向 上 发 生 了 较 大 分 化 小 棕 蝠 中, 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 主 要 富 集 在 与 免 疫 功 能 和 神 经 介 导 的 运 动 相 关 的 功 能 中 富 集 的 免 疫 相 关 生 物 学 过 程 包 括 炎 症 反 应 (GO:0006954) 和 天 然 免 疫 应 答 (GO:0045087), 富 集 的 免 疫 相 关 通 路 包 括 白 血 球 穿 内 皮 细 胞 层 (hsa04670) 以 往 的 选 择 压 力 分 析 表 明, 免 疫 和 生 殖 相 关 基 因 往 往 容 易 受 到 正 选 择, 我 们 的 分 析 也 验 证 了 这 一 点 蝙 蝠 的 免 疫 功 能 特 殊, 它 们 是 多 达 80 种 病 毒 的 宿 主, 还 有 新 的 病 毒 在 其 体 内 被 不 断 发 现 (Calisher et al, 2006; Wong et al, 2007), 其 中 包 括 埃 博 拉 病 毒 (Ebola) 亨 德 拉 病 毒 (Hendra) 尼 帕 病 毒 (Nipah) 和 轮 状 病 毒 (SARS-like coronaviruses)
226 动 物 学 研 究 34 卷 等 会 对 人 类 致 死 或 造 成 严 重 损 害, 而 却 对 蝙 蝠 无 害 (Calisher et al, 2006) 因 此, 蝙 蝠 和 病 毒 长 期 的 共 同 进 化, 可 能 使 得 蝙 蝠 的 免 疫 系 统 发 生 了 适 应 性 进 化, 以 面 对 不 同 病 毒 的 侵 袭 其 相 关 机 制, 有 一 种 假 说 认 为 蝙 蝠 的 天 然 免 疫 系 统 可 以 在 病 毒 复 制 初 期 抑 制 复 制 在 小 棕 蝠 正 选 择 基 因 中 富 集 于 天 然 免 疫 系 统 和 相 关 功 能 的 基 因, 可 能 与 这 些 免 疫 机 制 有 关 此 外, 有 研 究 表 明 蝙 蝠 的 不 同 食 性 和 筑 巢 行 为 对 免 疫 功 能 有 较 大 影 响 (Allen et al, 2008), 且 在 一 些 与 免 疫 有 关 的 基 因 重 复 事 件 和 病 毒 元 件 插 入 事 件 中, 食 果 蝠 和 食 虫 蝠 基 因 组 差 异 显 著 (Zhang et al, 2012) 本 研 究 中 小 棕 蝠 的 正 选 择 基 因 在 免 疫 功 能 方 面 的 显 著 富 集 ( 而 大 狐 蝠 正 选 择 基 因 在 此 功 能 富 集 不 显 著 ) 可 能 反 映 了 两 种 蝙 蝠 免 疫 功 能 的 差 异 正 选 择 基 因 所 富 集 的 神 经 介 导 运 动 功 能 的 生 物 学 过 程 包 括 : 肌 肉 组 织 发 育 (GO:0060537) 运 动 活 性 (GO:0003774) 突 触 (GO:0044456 ) 神 经 肌 肉 接 头 (GO:0031594) 小 脑 蒲 式 细 胞 层 (GO:0021680) 和 耳 石 发 育 (GO:0048840) 等 其 中, 神 经 肌 肉 接 头 与 肌 肉 接 受 神 经 冲 动 信 号 与 发 出 动 作 有 关, 小 脑 蒲 式 细 胞 层 和 耳 石 都 与 动 物 运 动 平 衡 有 关 (Fries et al, 1993; Schiffmann et al, 1999) 回 声 定 位 的 小 棕 蝠 对 神 经 运 动 反 馈 效 率 和 精 度 有 较 高 要 求 回 声 定 位 过 程 中, 蝙 蝠 要 不 断 收 集 和 分 析 回 声 信 号, 运 动 系 统 则 要 随 时 根 据 分 析 结 果 作 出 实 时 快 速 反 应 正 选 择 基 因 的 富 集 情 况 提 示 这 些 基 因 在 该 功 能 中 可 能 起 到 的 作 用 在 大 狐 蝠 中 独 立 受 到 正 选 择 的 基 因 主 要 富 集 在 营 养 物 质 代 谢 ( 主 要 是 脂 类 代 谢, 固 醇 代 谢 ) 神 经 元 和 眼 部 形 态 发 育 功 能 中 富 集 的 涉 及 营 养 代 谢 的 生 物 学 过 程 包 括 : 营 养 反 应 (GO:0007584) 脂 质 代 谢 (GO:0016042) 脂 肪 酸 代 谢 (GO:0009062) 固 醇 运 输 (GO:0015918) 固 醇 平 衡 (GO:0055092) 胆 固 醇 平 衡 (GO:0042632) 和 脂 肪 酸 氧 化 (GO:0019395) 等 大 狐 蝠 的 主 要 食 物 是 果 实, 脂 类 含 量 极 低 正 选 择 基 因 在 脂 质 代 谢 相 关 基 因 中 的 富 集 可 能 提 示 了 狐 蝠 由 于 食 物 的 原 因 对 脂 类 代 谢 和 合 成 有 更 高 的 选 择 压 力 而 正 选 择 在 眼 部 形 态 发 育 功 能 (GO:0048593) 的 富 集, 则 可 能 与 大 狐 蝠 的 大 眼 睛 和 发 达 的 暗 视 觉 功 能 有 关 在 一 些 功 能 中, 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 的 正 选 择 功 能 富 集 情 况 有 很 大 差 异 ( 图 4) 例 如 和 固 醇 代 谢 的 许 多 基 因 集 中, 大 狐 蝠 中 受 到 正 选 择 的 基 因 都 高 于 小 棕 蝠, 特 别 是 sterol binding ( 包 括 cholesterol binding) 这 个 功 能 中, 大 狐 蝠 的 正 选 择 基 因 是 4 个, 而 小 棕 蝠 的 正 选 择 基 因 数 为 0 而 在 耳 石 发 育 (otolith development) 和 生 殖 器 发 育 (genitalia development) 功 能 中, 小 棕 蝠 的 正 选 择 基 因 数 远 高 于 大 狐 蝠 ( 分 别 为 4:0 及 2:0) 这 些 现 象 均 表 明, 小 棕 蝠 和 大 狐 蝠 的 食 性 感 觉 系 统 以 及 其 他 行 为 学 和 生 理 学 差 异 导 致 了 其 适 应 性 进 化 方 向 发 生 分 化 后 续 研 究, 包 括 结 合 转 录 组 和 蛋 白 组 数 据 来 分 析 正 选 择 基 因 在 不 同 物 种 中 的 基 因 表 达 情 况, 可 以 为 这 些 预 测 提 供 更 好 的 功 能 支 持 致 谢 : 感 谢 云 南 大 学 研 究 生 陈 星 对 论 文 撰 写 方 面 的 帮 助 参 考 文 献 : Acharya KK, Roy A, Krishna A. 1998. Relative role of olfactory cues and certain non-olfactory factors in foraging of fruit-eating bats. Behavioural Processes, 44(1): 59-64. Allen LC, Turmelle AS, Mendonça MT, Navara KJ, Kunz TH, McCracken GF. 2008. Roosting ecology and variation in adaptive and innate immune system function in the Brazilian free-tailed bat (Tadarida brasiliensis). Journal of Comparative Physiology B, 179(3): 315-323. Belwood JJ, Fenton MB. 1976. Variation in the diet of Myotis lucifugus (Chiroptera: Vespertilionidae). Canadian Journal of Zoology, 54(10): 1674-1678. Benjamini Y, Hochberg Y. 1995. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the Royal Statistical Society, Series B (Methodological), 57(1): 289-300. Calisher CH, Childs JE, Field HE, Holmesand KV, Schountz T. 2006. Bats: important reservoir hosts of emerging viruses. Clinical Microbiology Reviews, 19(3): 531-545. Fenton MB, Bell GP. 1979. Echolocation and feeding behaviour in four species of Myotis (Chiroptera). Canadian Journal of Zoology, 57(6): 1271-1277. Fenton MB, Barclay RM. 1980. Myotis lucifugus. American Society of Mammalogists, Mammalian Species,(1980): 1-8. Fries W, Dieterich M, Brandt T. 1993. Otolith contributions to postural control in man: Short latency motor responses following sound stimulation in a case of otolithic Tullio phenomenon. Gait & Posture, 1(3): 145-153. Kunz TH, Jones DP. 2000. Pteropus Vampyrus. Mammalian Species: 1-6. Lēkagul B, McNeely JA. 1977. Mammals of Thailand. Bangkok: Association for the Conservation of Wildlife.
3 期 曾 燕 妮 等 : 基 于 全 基 因 组 正 选 择 基 因 揭 示 大 狐 蝠 和 小 棕 蝠 功 能 分 化 分 子 机 制 227 Murphy WJ. 2001. Resolution of the early placental mammal radiation using bayesian phylogenetics. Science, 294(5550): 2348-2351. Payne J, Francisand CM, Phillipps K. 1985. A Field Guide to the Mammals of Borneo. Kota Kinabalu: Sabah Society; Kuala Lumpur: World Wildlife Fund Malaysia. Phillips CJ. 2000. A theoretical consideration of dental morphology, ontogeny, and evolution in bats. In: Adams RA, Pedersen SC. Ontogeny, Functional Ecology, and Evolution of Bats. Cambridge: Cambridge University Press, 247-274. Sánchez F, Korine C, Steeghs M, Laarhoven LJ, Cristescu SM, Harren FJM, Dudleyand R, Pinshow B. 2006. Ethanol and methanol as possible odor cues for egyptian fruit bats (Rousettus aegyptiacus). Journal of Chemical Ecology, 32(6): 1289-1300. Schiffmann SN, Cheron G, Lohof A, d Alcantara P, Meyer M, Parmentier M,Schurmans S. 1999. Impaired motor coordination and Purkinje cell excitability in mice lacking calretinin. Proceedings of the National Academy of Sciences, 96(9): 5257-5262. Schnitzler HU, Kalko EK. 1998. How echolocating bats search and find food. In: Kunz TH, Racey PA. Bat biology and conservation. Washington, DC: Smithsonian Institution Press, 183-196. Schnitzler HU, Kalko EK. 2001. Echolocation by insect-eating bats. Bioscience, 51(7): 557-569. Shen YY, Zhou WP, Zhou TC, Zeng YN, Li GM, Irwinand DM, Zhang YP. 2012. Genome-wide scan for bats and dolphin to detect their genetic basis for New Locomotive styles. PLoS ONE, 7(11): e46455. Simmons NB, Wilson D, Reeder D. 2005. Order chiroptera. Mammal Species of the World: a Taxonomic and Geographic Reference, 1: 312-529. Supek F, Bošnjak M, Škunca N, Šmuc T. 2011. REVIGO summarizes and visualizes long lists of gene ontology terms. PLoS ONE, 6(7): e21800. Wong S, Lau S, Wooand P, Yuen KY. 2007. Bats as a continuing source of emerging infections in humans. Reviews in Medical Virology, 17(2): 67-91. Ye J, Fang L, Zheng H, Zhang Y, Chen J, Zhang Z, Wang J, Li S, Liand R, Bolund L. 2006. WEGO: a web tool for plotting GO annotations. Nucleic Acids Research, 34 (suppl 2): W293-W297. Zhang GJ, Cowled C, Shi ZL, Huang ZY, Bishop-Lilly KA, Fang XD, Wynne JW, Xiong ZQ, Baker ML, Zhao W, Tachedjian M, Zhu YB, Zhou P, Jiang XT, Ng J, Yang L, Wu LJ, Xiao J, Feng Y, Chen YX, Sun XQ, Zhang Y, Marsh GA, Crameri G, Broder CC, Frey KG, Wang LF, Wang J. 2012. Comparative analysis of bat genomes provides insight into the evolution of flight and immunity. Science, 339(6118): 456-460.
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 228 237 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0228 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 高 瑞 瑞 1, 黄 原 1,*, 雷 富 民 2 1. 陕 西 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院, 西 安 710062; 2. 中 国 科 学 院 动 物 研 究 所 动 物 系 统 与 进 化 重 点 实 验 室, 北 京 100101 摘 要 : 该 研 究 使 用 长 PCR 扩 增 和 引 物 步 移 法 测 定 了 中 华 攀 雀 (Remiz consobrinus) 线 粒 体 基 因 组 全 序 列, 在 对 序 列 进 行 拼 接 和 注 释 的 基 础 上, 分 析 了 其 结 构 序 列 组 成 及 蛋 白 编 码 基 因 密 码 子 使 用 情 况 等, 并 对 22 个 trna 和 2 个 rrna 的 二 级 结 构 以 及 控 制 区 结 构 进 行 了 预 测 及 系 统 发 育 分 析, 为 雀 形 目 鸟 类 的 系 统 发 育 研 究 提 供 了 新 信 息 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 长 16 737 bp,genbank 登 录 号 KC463856, 碱 基 A T C G 的 含 量 分 别 为 27.8% 21.5% 35.4% 及 15.3%, 37 个 基 因 排 列 顺 序 与 已 报 道 的 其 他 鸟 类 基 本 一 致, 包 含 13 个 蛋 白 编 码 基 因 22 个 trna 基 因 2 个 rrna 基 因 及 1 个 非 编 码 的 控 制 区 (D-loop), 有 18 对 基 因 间 共 存 在 77 bp 的 间 隔,7 对 基 因 间 共 存 在 30 bp 的 重 叠 除 ND3 基 因 的 起 始 密 码 子 为 ATT 外, 其 余 均 为 标 准 的 ATG,11 个 蛋 白 编 码 基 因 的 终 止 密 码 子 为 TAA TAG AGA 或 AGG,2 个 为 不 完 全 终 止 密 码 子 T (COⅢ ND4) 除 trna Ser-AGN DHU 臂 缺 失 外, 其 余 21 个 trna 均 可 形 成 典 型 的 三 叶 草 结 构, 在 出 现 的 27 处 碱 基 错 配 中 有 19 处 为 常 见 的 G-U 错 配 SrRNA 和 LrRNA 二 级 结 构 分 别 包 含 3 个 结 构 域 47 个 茎 环 结 构 和 6 个 结 构 域 60 个 茎 环 结 构, 与 所 发 表 的 其 他 鸟 类 rrna 二 级 结 构 大 体 一 致 中 华 攀 雀 控 制 区 发 现 了 同 样 存 在 于 其 他 鸟 类 控 制 区 的 保 守 框 F-box D-box C-box B-box Bird similarity-box 和 CSB1-box 该 研 究 支 持 将 攀 雀 科 作 为 独 立 的 科, 同 时, 支 持 莺 总 科 与 攀 雀 科 的 单 系 性 关 键 词 : 中 华 攀 雀 ; 线 粒 体 全 基 因 组 ; 蛋 白 编 码 基 因 ;trna 二 级 结 构 ;rrna 二 级 结 构 ; 控 制 区 中 图 分 类 号 :Q959.7 + 39; Q52 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0228-10 Sequencing and analysis of the complete mitochondrial genome of Remiz consobrinus Rui-Rui GAO 1, Yuan HUANG 1,*, Fu-Min LEI 2 1. School of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xi an 710062, China; 2. Key Laboratory of the Zoological Systematics and Evolution, Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China Abstract: The complete mitochondrial genome sequence of Remiz consobrinus was determined using long PCR and conserved primers walking approaches. Based on the results of assembling and annotation, the structure, sequence composition and codon usage of the genome protein-coding genes were analyzed, and the prediction of the secondary structure of 22 trna and 2 rrna, the control region structure, and the phylogeny were also conducted, which provided new information for phylogenetic studies of passerine birds. The entire mitochondrial genome of Remiz consobrinus was 16 737 bp in length, the accession number was KC463856 and the content of A, T, C, and G were 27.8%, 21.5%, 35.4%, and 15.3%, respectively. The genome harbored the same gene order with that of other birds, and contained 13 protein coding genes (PCGs), 22 trna, 2 rrna, and a non-coding control region. There were 77 bp intergenic intervals between 18 pair genes and 30 bp overlaps between 7 pair genes. Except for ND3 gene, which used ATT as the initiation codon, all other PCGs started with the typical ATG codon. Except for COIII and ND4, which used incomplete termination codon T, the other 11 PCGs used standard TAA, TAG, AGA or AGG as termination codons. The trnas all formed typical cloverleaf secondary structure, except for trnaser-agn, which lost the DHU arm in its structure. A total of 27 base mismatches appeared, with 19 common G-U mismatches. The predicted secondary structure of SrRNA and LrRNA contained 3 domains with 47 helices and 6 domains with 60 helices, respectively. Besides F-box, D-box, C-box, and B-box, Bird similarity-box and CSB1-box were also found in the control region of Remiz consobrinus, as found in other bird species. Our results suggest Remizidae as a separate family. The monophyly of Sylviidae and Remizidae was supported. Keywords: Remiz consobrinus; Complete mitochondrial genome; Protein-coding genes; trna secondary structure; rrna secondary structure; Control region 收 稿 日 期 :2012-12-23; 接 受 日 期 :2013-01-13 基 金 项 目 : 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 (30925008); 中 国 科 学 院 动 物 进 化 与 系 统 学 重 点 实 验 室 开 放 课 题 (O529YX5105) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: yuanh@snnu.cn
3 期 高 瑞 瑞 等 : 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 229 鸟 类 的 线 粒 体 基 因 组 (mitochondrial genome, mtdna) 为 闭 合 环 状 分 子, 包 括 13 个 蛋 白 编 码 基 因 2 个 rrna 基 因 22 个 trna 基 因 及 一 或 二 个 非 编 码 区, 即 D-loop 区 (Boore, 1999) 基 因 排 列 较 为 紧 密, 无 内 含 子, 除 起 调 控 作 用 的 非 编 码 区 外, 整 个 基 因 组 均 具 编 码 功 能 (Quinn, 1997) 由 于 具 有 分 子 结 构 简 单 母 系 遗 传 严 格 碱 基 突 变 率 高 及 进 化 速 度 快 等 特 点, 线 粒 体 基 因 组 已 成 为 从 分 子 水 平 研 究 鸟 类 起 源 进 化 及 系 统 发 育 等 的 理 想 材 料, 并 取 得 了 许 多 有 意 义 的 结 果 (Avise et al, 1990; Ramirez et al, 1993; Stoneking & Soodyall, 1996) 根 据 NCBI 线 粒 体 基 因 组 数 据 统 计, 截 至 2012 年 3 月 底, 已 测 出 的 鸟 类 全 线 粒 体 基 因 组 序 列 ~250 条, 其 中 雀 形 目 鸟 类 为 39 个 物 种 共 43 条 雀 形 目 鸟 类 是 鸟 纲 中 最 大 的 一 个 类 群 (Zheng, 2002), 有 关 该 类 群 的 起 源 及 演 化 关 系, 一 直 是 鸟 类 学 界 关 注 的 焦 点 分 子 系 统 学 在 解 决 各 种 生 物 类 群 起 源 和 演 化 方 面 极 具 优 势, 许 多 有 争 议 的 问 题 均 可 通 过 分 子 手 段 加 以 解 决 然 而, 与 雀 形 目 鸟 类 相 关 的 分 子 生 物 学 研 究 还 很 薄 弱, 相 应 的 分 子 系 统 工 作 开 展 较 少, 影 响 了 该 类 群 系 统 学 问 题 的 解 决 因 此, 补 充 该 类 群 线 粒 体 全 序 列 有 利 于 解 决 其 现 存 的 系 统 发 育 问 题 分 布 于 我 国 东 北 部 的 中 华 攀 雀 (Remiz consobrinus) 隶 属 于 雀 形 目 (Passeriformes) 攀 雀 科 (Remizidae) 攀 雀 属 (Remiz) 关 于 其 分 类 地 位 仍 存 在 争 议, 在 Sibley & Ahlquist (1990) 的 分 类 系 统 中, 攀 雀 隶 属 于 山 雀 科 的 亚 科, 并 隶 属 于 莺 总 科, 而 后 来 的 系 统 发 育 研 究 倾 向 于 将 攀 雀 作 为 独 立 的 科 (Sheldon & Gill, 1996; Dai et al, 2010; Pakert et al, 2010), 并 与 山 雀 科 一 起 从 莺 总 科 中 分 离 (Alström et al, 2006 ) 目 前 尚 无 攀 雀 科 全 线 粒 体 基 因 组 的 研 究 报 道 本 文 首 次 测 定 了 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列, 在 对 序 列 进 行 拼 接 注 释 的 基 础 上, 对 其 结 构 序 列 组 成 及 蛋 白 编 码 基 因 密 码 子 使 用 情 况 等 进 行 了 分 析, 对 22 个 trna 和 2 个 rrna 的 二 级 结 构 以 及 控 制 区 结 构 进 行 了 预 测 和 分 析, 以 期 为 雀 形 目 鸟 类 的 系 统 发 育 研 究 提 供 新 的 基 因 组 学 信 息 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 对 象 中 华 攀 雀 标 本 于 2009 年 5 月 13 日 采 集 于 辽 宁 省 盘 锦 市 新 兴 镇 躺 岗 子 村, 标 本 浸 泡 于 无 水 乙 醇 并 保 存 于 20 冰 箱, 期 间 更 换 酒 精 数 次 其 相 关 凭 证 标 本 (IOZ10652) 现 保 存 于 中 国 科 学 院 动 物 研 究 所 动 物 系 统 与 进 化 重 点 实 验 室 鸟 类 标 本 馆 1.2 实 验 方 法 1.2.1 总 DNA 提 取 本 研 究 以 中 华 攀 雀 为 实 验 材 料, 采 用 传 统 的 酚 氯 仿 异 戊 醇 法 (Dang et al, 2008) 提 取 和 纯 化 总 DNA, 于 20 冰 箱 保 存 备 用 1.2.2 引 物 设 计 和 PCR 扩 增 以 红 原 鸡 (Gallus gallus, NC_002069) 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 为 模 板, 结 合 从 GenBank 数 据 库 中 下 载 的 40 种 雀 形 目 鸟 类 线 粒 体 基 因 组 全 序 列, 利 用 Clustal X 软 件 比 对 寻 找 保 守 性 较 高 的 序 列, 利 用 Primer Premier 5.0 软 件, 依 据 引 物 设 计 原 则, 参 考 Sorenson et al (1999,2003) 发 表 文 献 中 提 供 的 引 物 位 置 综 合 设 计 了 29 对 PCR 扩 增 引 物, 并 且 使 用 Oligo 软 件 对 每 条 引 物 进 行 评 价 和 修 改 从 中 选 取 5 对 作 为 L-PCR 引 物, 其 余 作 为 Sub-PCR 引 物 所 有 引 物 均 由 上 海 生 工 生 物 工 程 技 术 有 限 公 司 合 成, 它 们 在 整 个 基 因 组 中 的 大 致 位 置 和 扩 增 片 段 的 大 约 长 度 等 详 见 附 录 1( 本 刊 网 站 Supporting info) 使 用 5 对 L-PCR 扩 增 引 物 将 中 华 攀 雀 全 线 粒 体 基 因 组 扩 增 为 相 互 重 叠 的 5 个 大 片 段 L1~L5, 0.8% 的 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 检 测 所 有 PCR 产 物, 切 胶 检 测 结 果 好 的 条 带 并 利 用 DNA 纯 化 试 剂 盒 进 行 纯 化 回 收, 最 后 将 回 收 的 目 的 片 段 测 序 对 于 大 片 段 要 保 存 部 分 样 品, 以 备 Sub-PCR 之 需 对 于 L-PCR 扩 增 效 果 不 好 测 序 不 通 及 L-PCR 没 有 连 接 上 的 部 分 进 行 Sub-PCR, 检 测 回 收 及 测 序 方 法 相 同 PCR 扩 增 反 应 体 系 见 附 录 1( 本 刊 网 站 Supporting info) L-PCR 反 应 程 序 为 :93 预 变 性 2 min;(92 10 s,58~53 30 s,68 10 min) 20;(92 10 s, 53 30 s,68 10 min, 且 每 一 循 环 增 加 20 s) 20; 68 7 min;4 保 温 Sub-PCR 反 应 程 序 为 :95 预 变 性,4 min;(95 45 s,53~58 60 s,72 60 s) 30/35;72 7/4 min,4 保 温 1.2.3 测 序 L-PCR 得 到 的 回 收 产 物 由 公 司 采 用 引 物 步 移 法 进 行 测 序, 步 移 测 序 效 果 不 好 或 没 有 连 接 上 的 部
230 动 物 学 研 究 34 卷 分 采 用 Sub-PCR 扩 增 并 测 序, 测 序 工 作 均 由 上 海 生 工 生 物 工 程 技 术 有 限 公 司 完 成 1.2.4 序 列 拼 接 注 释 及 分 析 使 用 StadenPackage1.7 (Bonfield et al, 1995) 中 的 Pregap4 子 程 序 对 中 华 攀 雀 序 列 进 行 拼 接 使 用 trnascan-se1.21 (Desjardins & Morais, 1990) 在 线 预 测 并 辅 助 人 工 校 正, 得 到 了 除 trna Cys 和 trna Ser-AGN 基 因 以 外 的 其 余 20 个 trna 基 因 的 二 级 结 构 而 对 于 trna Cys 和 trna Ser-AGN 基 因 蛋 白 编 码 基 因 及 rrna 基 因 和 控 制 区, 则 通 过 与 已 知 斑 胸 草 雀 (Taeniopygia guttata, NC_007897) 全 线 粒 体 基 因 组 序 列 进 行 比 对, 并 使 用 StadenPackage1.7 中 的 子 程 序 Spin 分 析 来 确 定 其 相 应 位 置 使 用 MEGA5.0 分 析 得 到 中 华 攀 雀 序 列 碱 基 组 成 及 蛋 白 编 码 基 因 密 码 子 使 用 情 况 等 信 息 以 红 原 鸡 SrRNA 基 因 二 级 结 构 为 模 板, 并 参 考 五 彩 绿 咬 鹃 (Pharomachrus pavoninus) (de los Monteros,2003) 及 黑 尾 地 鸦 (Podoces hendersoni) (Ke et al, 2010) 等 鸟 类 的 SrRNA 基 因 二 级 结 构, 对 中 华 攀 雀 SrRNA 基 因 二 级 结 构 进 行 了 预 测 以 黑 尾 地 鸦 (Podoces hendersoni) 的 LrRNA 基 因 二 级 结 构 为 模 板, 并 参 考 黄 牛 (Bos taurus) (Burk et al, 2002) 和 非 洲 爪 蟾 (Xenopus laevis) (http://www.rna.ccbb.utexas. edu/) 的 LrRNA 基 因 二 级 结 构, 对 中 华 攀 雀 LrRNA 基 因 二 级 结 构 进 行 了 预 测 以 红 原 鸡 (Gallus gallus) (Eberhard et al, 2001) 和 蓝 灰 蚋 鹩 (Polioptila caerulea) (Ruokonen & Kvist, 2002) 控 制 区 序 列 为 基 准, 参 考 先 前 报 道 的 雪 雁 (Anser caerulescens) (Quinn & Wilson, 1993) 亚 马 逊 鹦 鹉 (Amazona) (Eberhard et al, 2001) 及 黑 尾 地 鸦 (Podoces hendersoni) 等 部 分 鸟 类 的 控 制 区 结 构 域, 将 红 原 鸡 及 包 括 中 华 攀 雀 和 蓝 灰 蚋 鹩 在 内 的 17 种 雀 形 目 鸟 类 控 制 区 序 列 进 行 比 对 预 测 了 中 华 攀 雀 线 粒 体 控 制 区 结 构 1.2.5 系 统 发 育 分 析 从 GenBank 数 据 库 中 下 载 38 个 雀 形 目 鸟 类 以 及 2 个 雁 形 目 鸟 类 的 全 线 粒 体 基 因 组 序 列 ( 附 录 2, 见 本 刊 网 站 Supporting info) 将 下 载 的 40 个 物 种 及 本 文 测 定 的 中 华 攀 雀 的 全 线 粒 体 基 因 组 序 列 及 其 中 的 蛋 白 编 码 基 因 组 成 两 个 数 据 集 :ALL 与 PCG 以 雁 形 目 鸟 类 鹊 雁 (Anseranas semipalmata) 和 白 额 雁 (Anser albifrons) 作 为 外 群 利 用 软 件 PAUP 4 beta Modeltestv3.7 MrModelTest22 及 MrMtgui, 估 算 出 两 个 数 据 集 的 最 佳 模 型 均 为 GTR+I+G ( ln L=161417.2812, K=10) 利 用 软 件 mrbayes-3.1.2, 以 估 算 出 的 最 优 模 型 GTR+I+G, 采 用 马 尔 柯 夫 蒙 特 卡 罗 方 法 (Markov Chain Monte Carlo, MCMC), 分 别 构 建 两 个 数 据 集 的 贝 叶 斯 树 利 用 软 件 RAxML 和 PAUP 4 beta, 同 样 以 估 算 出 的 最 优 模 型, 分 别 采 用 最 大 似 然 法 和 启 发 式 搜 索, 构 建 两 个 数 据 集 的 最 大 似 然 (maximum likelihood, ML) 树 和 最 大 简 约 (maximum parsimony, MP) 树 2 结 果 2.1 线 粒 体 基 因 组 结 构 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 长 16737 bp, 包 含 13 个 蛋 白 编 码 基 因 (PCGs) 22 个 转 运 RNA 基 因 (trnas) 和 2 个 核 糖 体 RNA 基 因 (SrRNA 和 LrRNA) 等 在 内 的 共 37 个 基 因 此 外, 在 trna Phe 和 trna Glu 之 间 有 一 个 长 度 为 1 169 bp 的 非 编 码 的 控 制 区 (D-Loop 区 ) 37 个 基 因 的 排 列 顺 序 与 注 释 与 斑 胸 草 雀 一 致,ND5 到 SrRNA 之 间 的 基 因 排 列 顺 序 为 :Cytb/ trna Thr /trna Pro /ND6/tRNA Glu /Dloop/tRNA phe 中 华 攀 雀 线 粒 体 全 基 因 组 结 构 较 为 紧 密, 有 18 对 基 因 间 共 存 在 77 bp 的 间 隔, 除 位 于 trna Ala 和 trna Asn 基 因 间 的 间 隔 为 13 bp 外, 其 余 基 因 间 的 间 隔 长 度 均 在 1~10 bp; 有 7 对 基 因 间 共 存 在 30 bp 的 重 叠, 除 位 于 ND4L 和 ND4 ATP8 和 ATP6 以 及 COI 和 trna Ser-UCN 基 因 间 的 重 叠 长 度 分 别 为 7 10 及 9 bp 外, 其 余 4 处 基 因 间 的 重 叠 长 度 均 为 1 bp; 既 没 有 重 叠 也 没 有 间 隔 的 紧 密 排 列 基 因 共 12 对 ( 见 附 录 3 图 1 和 表 5, 本 刊 网 站 Supporting info) 2.2 核 苷 酸 组 成 基 因 组 全 序 列 的 碱 基 百 分 含 量 为 C(35.4%)> A(27.8%)>T(21.5%)>G(15.3%), 不 存 在 碱 基 偏 向 性, 该 现 象 在 鸟 类 中 很 普 遍 蛋 白 编 码 基 因 4 种 碱 基 的 百 分 含 量 与 整 个 线 粒 体 基 因 组 最 接 近 密 码 子 第 一 位 点 的 4 种 碱 基 含 量 较 为 接 近, 与 Amaiz et al (2001) 提 出 的 密 码 子 第 一 位 点 碱 基 出 现 的 频 率 相 似 的 结 论 一 致 ; 第 二 位 点 T 的 含 量 为 40.0%, 其 余 3 种 碱 基 的 含 量 均 有 所 减 少 ; 第 三 位 点 C 的 含 量 达 到 了 53.6%,G 的 含 量 则 只 有 7.6% 可 见, 密 码 子 第 三 位 点 存 在 明 显 的 碱 基 偏 向 性, 而 第 一 位 点 的 偏 倚 度 最 小 类 似 的 碱 基 偏 倚 现 象 也 见 于 其 他 鸟 类
3 期 高 瑞 瑞 等 : 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 231 (Amaiz et al, 2001; Webb & Moore, 2005; Kornegay et al, 1993; Lovette & Bermingham, 1999) 2.3 蛋 白 编 码 基 因 密 码 子 使 用 及 氨 基 酸 组 成 13 个 蛋 白 编 码 基 因 全 长 11 396 bp, 共 有 3 787 个 密 码 子 ( 不 包 含 终 止 密 码 子 ), 除 ND6 基 因 定 位 在 轻 链 上 外, 其 余 均 定 位 在 重 链 上 这 些 蛋 白 编 码 基 因 没 有 内 含 子, 某 些 相 邻 基 因 之 间 存 在 间 隔 和 重 叠 现 象 另 外, 中 华 攀 雀 ND3 基 因 第 174 位 没 有 发 现 存 在 于 某 些 鸟 类 中 的 额 外 胞 嘧 啶 (C) 插 入 现 象 起 始 密 码 子 除 ND3 基 因 为 ATT 外, 其 余 均 为 标 准 的 ATG; 有 2 个 基 因 的 终 止 密 码 子 为 AGA(ND1 ND5),1 个 为 AGG(COⅠ),2 个 为 不 完 全 终 止 密 码 子 T (COⅢ ND4), 其 余 为 标 准 的 TAA (ND2 COⅡ ATP8 ATP6 ND3 ND4L CytB) 和 TAG (ND6) 使 用 最 频 繁 的 密 码 子 为 CTC CTA ATC GCC 和 TTC, 且 并 不 总 是 与 trna 的 反 密 码 子 完 全 对 应 在 所 编 码 的 3 787 个 氨 基 酸 中, 使 用 最 频 繁 的 氨 基 酸 为 Ala Ile Leu Ser 和 Thr, 占 所 有 氨 基 酸 的 49.88% 2.4 trna 二 级 结 构 22 个 trna 基 因 的 长 度 在 66~78 bp, 其 中 14 个 由 重 链 编 码,8 个 由 轻 链 编 码, 它 们 绝 大 多 数 都 位 于 蛋 白 编 码 基 因 之 间 除 trna His 和 trna Ser-AGN 之 间 外, 相 邻 trna 之 间 均 存 在 重 叠 和 间 隔 现 象 除 trna Leu 和 trna Ser 对 应 2 个 trna 外, 其 余 氨 基 酸 均 只 有 对 应 1 个 trna 除 trna Ser-AGN 缺 失 DHU 臂 外, 其 余 21 个 trna 均 可 形 成 典 型 的 三 叶 草 结 构 所 有 trna 基 因 的 二 级 结 构 中 共 出 现 27 处 碱 基 错 配 现 象, 其 中 19 对 常 见 的 G-U 错 配 及 3 对 A-C 错 配, 分 别 发 生 在 trna Arg 和 trna Ser-AGN 的 氨 基 酸 接 受 臂 及 trna Met 的 TψC 臂 ; 两 对 C-C 错 配, 发 生 在 trna Gly 的 反 密 码 子 臂 和 trna Leu-UUR 的 氨 基 酸 臂 ;U-U 错 配 U-C 错 配 及 A-A 错 配 各 一 对, 分 别 发 生 在 trna Gly 的 反 密 码 子 臂 trna Glu 的 氨 基 酸 接 受 臂 和 trna Asp 的 TψC 臂 2.5 rrna 二 级 结 构 SrRNA 和 LrRNA 基 因 分 别 位 于 trna Val 和 trna Phe 以 及 trna Leu-UUR 和 trna Val 之 间, 基 因 长 度 分 别 为 980 bp 和 1596 bp 预 测 的 SrRNA 基 因 二 级 结 构 包 含 三 个 结 构 域,47 个 茎 环 结 构,LrRNA 基 因 二 级 结 构 包 含 6 个 结 构 域,60 个 茎 环 结 构 该 结 果 与 所 发 表 的 其 它 鸟 类 rrna 二 级 结 构 大 体 一 致 2.6 控 制 区 基 因 组 具 有 一 个 控 制 区, 位 于 trna Phe 和 trna Glu 基 因 之 间, 序 列 长 度 为 1 169 bp,a+t 含 量 54.9%, 高 于 整 个 基 因 组 的 平 均 水 平 控 制 区 结 构 分 析 显 示 : 中 华 攀 雀 具 有 保 守 框 F-box D-box B-box C-box Bird similarity -box 及 CSB1-box 其 中,CSB1 区 5' 端 存 在 20 bp 的 核 苷 酸 插 入 现 象 另 外, 未 发 现 对 线 粒 体 基 因 组 复 制 和 双 链 转 录 起 始 起 重 要 作 用 的 O H LSP 和 HSP( 见 附 录 3 图 3, 本 刊 网 站 Supporting info) 2.7 系 统 发 育 分 析 41 条 全 线 粒 体 基 因 组 序 列 所 构 建 的 不 同 系 统 发 育 树 如 图 1 所 示, 其 中 的 蛋 白 编 码 基 因 序 列 所 构 建 的 不 同 系 统 发 育 树 见 附 录 3 图 2( 本 刊 网 站 Supporting info) 因 为 不 同 数 据 集 构 建 的 ML 树 和 贝 叶 斯 树 涉 及 中 华 攀 雀 的 分 支 拓 扑 结 构 完 全 一 致, 分 支 支 持 度 均 很 高, 所 以, 图 中 只 给 出 贝 叶 斯 树 和 MP 树 两 个 数 据 集 的 ML 树 和 贝 叶 斯 树 及 ALL 数 据 集 的 MP 树 显 示 莺 总 科 的 所 有 科 聚 为 一 支, 与 中 华 攀 雀 互 为 姐 妹 群, 且 这 两 支 与 雀 总 科 与 鹟 总 科 汇 聚 的 分 支 组 成 姐 妹 群 PCG 数 据 集 的 MP 树 与 其 余 树 涉 及 中 华 攀 雀 的 分 支 拓 扑 结 构 有 所 不 同, 中 华 攀 雀 与 鹟 总 科 互 为 姐 妹 群, 且 二 者 汇 成 的 分 支 与 莺 总 科 互 为 姐 妹 群 所 有 系 统 发 育 树 均 支 持 将 攀 雀 科 作 为 独 立 的 科, 该 结 果 与 前 人 研 究 结 论 一 致 (Sheldon & Gill, 1996; Dai et al, 2010; Pakert et al, 2010) 但 有 关 中 华 攀 雀 的 具 体 位 置 及 是 否 应 该 将 其 从 莺 总 科 中 分 离 出 来, 本 文 并 未 确 定, 还 需 进 一 步 研 究 同 时, 本 研 究 支 持 莺 总 科 和 攀 雀 科 的 单 系 性 3 讨 论 3.1 鸟 类 基 因 组 排 列 顺 序 与 脊 椎 动 物 mtdna 的 一 般 排 序 (Desjardins & Morais, 1991) 相 比, 鸟 类 mtdna 中 的 ND6 和 trna Glu 基 因 转 移 到 了 trna Pro 与 控 制 区 之 间,ND5 到 SrRNA 之 间 的 基 因 排 列 顺 序 为 :ND5/Cytb/ trna Thr /trna Pro / ND6/tRNA Glu /CR/ trna phe /SrRNA 自 从 Desjardins & Morais (1990) 首 次 在 红 原 鸡 中 发 现 鸟 类 的 这 一 基 因 排 列 顺 序, 随 后 在 日 本 鹌 鹑 (Coturnix japonica) (Desjardins & Morais, 1991) 血 雁 (Anser caerulescens) (Wenink et al, 1994) 鹬 类 (turnstones and dunlins) (Ruokonen & Kvist, 2002) 及 雀 形 目 其 他 鸟 类 (Marshall & Baker, 1997) 中 均 发 现
232 动 物 学 研 究 34 卷 了 这 一 排 列 顺 序 本 文 所 研 究 的 中 华 攀 雀 与 鸟 类 mtdna 的 这 一 排 列 顺 序 相 同, 说 明 了 鸟 类 线 粒 体 基 因 组 进 化 上 相 对 保 守 性, 也 证 明 这 种 基 因 排 列 顺 序 在 鸟 类 中 可 能 是 一 个 普 遍 现 象, 且 这 种 现 象 一 定 发 生 在 鸟 类 进 化 的 早 期 (Li & Ma, 2007) Marshall et al (1997) 认 为 这 种 排 序 可 能 是 由 于 鸟 类 mtdna 发 生 了 基 因 转 座 现 象, 同 时 认 为 这 种 排 序 增 加 了 trna Glu 基 因 序 列 的 分 化, 他 们 发 现 苍 头 燕 雀 (Fringilla coelebs) 和 欧 金 翅 雀 (Carduelis chloris) trna Glu 基 因 序 列 的 差 异 达 17.6% Quinn & Wilson (1993) 认 为 这 可 能 是 功 能 限 制 性 减 少 的 结 果, 因 为 trna Glu 基 因 与 任 何 基 因 的 转 录 过 程 均 无 关 然 而,Mindell et al (1998) 在 隼 形 目 (Falconiformes) 鹃 形 目 (Cuculiformes) 䴕 形 目 (Piciformes) 及 雀 形 目 的 亚 鸣 禽 (suboscine Passerioformes),Bensch & Härlid (2000) 在 6 种 柳 莺 属 (Phylloscopus),Eberhard et al (2001) 在 亚 马 逊 鹦 鹉 属 (Amazona) 等 鸟 类 中 发 现 了 另 一 种 基 因 排 列 顺 序, 即 控 制 区 转 移 到 了 trna Thr 和 trna Pro 之 间, 且 在 trna Glu 和 trna Phe 之 间 发 现 了 一 段 类 似 于 控 制 区 的 非 编 码 序 列 (NC), 即 Cyt b/trna Thr / D-loop/ trna Pro / ND6 /trna Glu /NC/ trna Phe 其 中, 在 灰 头 阔 嘴 鸟 (Smithornis sharpie) (Mindell et al, 1998) 中,D-loop 和 NC 的 相 似 度 达 82%, 暗 示 NC 的 出 现 很 可 能 是 由 于 D-loop 的 重 排 所 致 因 此, 从 脊 椎 动 物 线 粒 体 基 因 组 排 列 顺 序 到 鸟 类 的 第 二 种 排 列 顺 序 至 少 经 历 了 两 次 进 化 改 变 (ND6 /trna Glu 重 排 和 D-loop 重 排 ) Bensch & Härlid (2000) 认 为 不 同 鸟 类 基 因 组 序 列 的 这 种 重 排 具 有 多 重 起 源, 因 此, 鸟 类 线 粒 体 基 因 重 排 在 构 建 系 统 发 育 关 系 方 面 的 价 值 仍 不 确 定, 这 与 之 前 Mindell et al (1998) 所 认 为 的 鸟 类 线 粒 体 基 因 重 排 可 用 来 区 分 雀 形 目 中 的 鸣 禽 与 亚 鸣 禽 的 观 点 不 一 致 Moritz & Brown (1986) 认 为 鸟 类 线 粒 体 基 因 重 排 是 通 过 基 因 倍 增 删 除 或 倍 增 退 化 而 实 现 的 即 倍 增 后 的 基 因 再 被 随 机 删 除 或 退 化, 最 终 导 致 新 的 基 因 排 列 顺 序 基 因 倍 增 可 通 过 基 因 重 组 转 座 滑 链 错 配 和 复 制 终 止 出 错 实 现 (Levinson & Gutman, 1987; Stanton et al, 1994) Bensch & Härlid (2000) 认 为 鸟 类 线 粒 体 基 因 组 的 这 种 重 排 是 在 trna Pro /ND6/tRNA Glu / D-loop 倍 增 后, 紧 接 着 又 删 除 部 分 D-loop 外 的 其 中 一 个 拷 贝 形 成 的 此 外, Haddrath & Baker (2001) 在 凤 头 共 鸟 (Eudromia formosa) 中 发 现 了 一 种 新 的 基 因 排 列 顺 序 Cyt b/trna Thr /trna Pro / D-loop 1/ND6/ trna Glu / D-loop 2, Abbott et al (2005) 在 鹱 形 目 黑 眉 信 天 翁 (Diomedea melanophris) 中 也 发 现 了 另 一 种 新 的 基 因 排 列 顺 序 Cytb/tRNA Thr /trna Pro /ND6/tRNA Glu /D-loop 1/tRNA Thr2 / trna Pro2 / ND62/tRNA Glu2 / D-loop 2 Gibb et al (2007) 认 为, 鸟 类 mtdna 的 基 因 重 排 首 先 开 始 于 trna Thr /trna Pro /ND6/ trna Glu / D-loop 的 倍 增, 在 此 基 础 上 可 以 通 过 删 除 拷 贝 的 不 同 区 域 形 成 另 外 的 三 种 重 排 同 时, 他 们 提 出, 倍 增 的 基 因 是 不 确 定 的, 可 以 是 trna Thr 到 D-loop 的 整 个 片 段, 也 可 以 是 它 们 之 间 的 某 一 片 段 或 只 有 D-loop 片 段, 且 这 些 倍 增 的 基 因 需 要 重 新 插 入 到 trna Thr 与 trna Pro 之 间, 而 不 是 紧 跟 第 一 个 复 制 片 段 Singh et al (2008) 对 莺 科 3 种 鸟 类 线 粒 体 基 因 组 的 研 究 中 发 现, 莺 科 的 这 种 重 排 可 能 先 经 过 D-loop 复 制 形 成 D-loop 2, 然 后 D-loop 2 在 不 同 物 种 中 积 累 不 同 的 碱 基 替 换 和 删 除, 从 而 破 坏 两 个 拷 贝 的 协 同 进 化, 最 终 使 得 D-loop 2 形 成 一 段 类 似 于 D-loop 的 非 编 码 序 列 由 于 没 有 任 何 一 个 复 制 删 除 模 型 可 以 解 释 所 有 重 排 现 象,Mueller & Boore (2005) 认 为 很 可 能 所 有 模 式 对 于 鸟 类 mtdna 的 重 排 都 是 可 行 的 由 于 复 制 和 删 除 是 随 机 的, 在 此 模 型 下 鸟 类 mtdna 排 列 顺 序 应 该 有 很 多 种, 而 目 前 仅 发 现 了 以 上 几 种 排 列 方 式 Benseh et al (2000) 认 为 一 种 可 能 的 解 释 是 大 部 分 线 粒 体 基 因 的 重 排 可 能 是 有 害 的, 只 有 少 数 的 基 因 组 合 是 可 行 的, 从 而 达 到 固 定 因 而, 鸟 类 中 是 否 存 在 更 多 的 基 因 排 列 模 式 以 及 少 数 部 分 片 段 倍 增 后 的 mtdna 如 何 最 终 在 群 体 中 达 到 固 定 还 有 待 进 一 步 研 究 3.2 蛋 白 编 码 基 因 密 码 子 使 用 情 况 中 华 攀 雀 13 个 蛋 白 编 码 基 因 的 起 始 密 码 子 有 两 种,ATT 和 ATG (ND3 为 ATT), 以 ATG 的 使 用 频 率 最 高 其 中 COI 的 起 始 密 码 子 为 ATG, 在 已 全 测 序 的 39 种 雀 形 目 鸟 类 线 粒 体 基 因 组 中, 还 有 6 个 物 种 COI 的 起 始 密 码 子 也 为 ATG, 而 非 GTG 这 与 一 些 学 者 认 为 的 鸟 类 mtdna 中,COI 基 因 的 起 始 密 码 子 为 GTG, 而 非 通 常 的 ATG 的 观 点 不 一 致 中 华 攀 雀 13 个 蛋 白 编 码 基 因 的 终 止 密 码 子 有 5 种,AGA AGG TAG TAA 及 T (COIII 和 ND4), 以 TAA 的 使 用 频 率 最 高 不 完 全 终 止 密 码 子 (T 或 TA) 在 脊 椎 动 物 中 并 不 罕 见 (Cui
3期 高瑞瑞等 中华攀雀线粒体基因组全序列测定与分析 Figure 1 233 图 1 ALL 数据集的系统树(左为 MP 法 右为贝叶斯法) Phylogenetic trees based on ALL (left MP method, right Bayesian method) et al, 2009) 通常不完全终止密码子是由于 3 端与 trna 紧 密 相 连 或 重 叠 所 致 (Wolstenholme, 1992b) 这种不完全的终止结构在转录过程将由 mrna 3 端出现的 Poly(A)补全 (Ojala et al, 1981; Anderson et al, 1981) 对密码子使用频率的研究表明 密码子以 A 或 C 结尾的频率较高 密码子 CTC CTA ATC GCC 和 TTC 的使用较多 并且这些密码子在其 同义密码子中的相对使用频率也较高 表明存在密 码子使用偏好性 3.3 trna 二级结构 中华攀雀 22 个 trna 基因的排列顺序 长度和 二级结构与所报道的其他雀形目鸟类基本一致 除 trnaser-agn 缺失了 DHU 臂外 其余 21 个 trna 均可形成典型的三叶草结构 这种情况在包括鸟类 在 内 的 后 生 动 物 中 比 较 常 见 (Wolstenholme, 1992a) trnaser-agn DHU 臂的长度从无脊椎动物到 脊椎动物有逐渐变短的趋势 红原鸡 trnaser-agn 的 DHU 臂只有一对碱基对 (Lowe & Eddy, 1997) 缺失 DHU 臂后的 trnaser 仍可形成倒 L 型三级结 构 来 维 持 CCA 接 受 臂 与 反 密 码 子 间 的 距 离 (Hanada et al, 2000) 而 Wolstenholme et al (1994)和 Dirheimer (1995) 认为 trna 转运特定氨基酸的功 能及其倒 L 形三级结构主要由氨基酸臂和反密码子 环决定 而 TΨC 环和 DHU 环及其相应的臂似乎 不会抑制 trna 的功能 trna 基因碱基间的错配在许多后生动物中都 存在 在中华攀雀中也是如此 中华攀雀线粒体基
234 动 物 学 研 究 34 卷 因 组 trna 中 共 出 现 了 27 处 碱 基 错 配 现 象, 其 中 错 配 频 率 最 高 的 为 G-U 错 配 (19 对 ), 符 合 G-U 摆 动 配 对 原 则, 对 于 维 系 trna 二 级 结 构 的 稳 定 性 起 到 了 很 重 要 的 作 用 目 前 有 学 者 认 为 线 粒 体 基 因 组 中 trna 基 因 的 部 分 错 配 可 能 是 由 于 线 粒 体 DNA 重 组 机 制 缺 乏, 难 以 清 除 这 些 突 变 现 象, 但 其 可 以 通 过 RNA 自 我 剪 切 来 恢 复 基 因 功 能, 不 会 引 起 氨 基 酸 转 运 上 的 障 碍 (Yokobori & Pääbo, 1995) 3.4 rrna 二 级 结 构 rrna 基 因 是 线 粒 体 基 因 组 中 进 化 最 慢 和 最 为 保 守 的 基 因 (Neefs et al, 1993), 一 般 环 区 的 进 化 较 快, 物 种 间 差 异 较 大, 而 茎 区 则 相 对 保 守 (Woese et al, 1980; Noller, 1984), 这 可 能 是 由 于 茎 区 和 环 区 所 受 选 择 压 力 不 同 但 一 些 茎 区 中 的 部 分 位 点 也 具 有 较 高 的 可 变 性, 而 一 些 环 区 也 会 有 相 对 保 守 的 序 列 (Vawter & Brown, 1993; Simon et al, 1994), 这 些 小 的 分 歧 是 由 其 严 格 的 结 构 或 功 能 约 束 而 形 成 ( 几 乎 没 有 位 点 可 以 随 意 变 异 ), 而 不 是 由 低 突 变 率 所 形 成 中 华 攀 雀 SrRNA 基 因 二 级 结 构 整 体 上 与 红 原 鸡 及 黑 尾 地 鸦 很 相 似 但 局 部 也 存 在 差 异, 如 结 构 域 I 中 的 1 区 比 红 原 鸡 及 黑 尾 地 鸦 多 出 了 一 个 碱 基 对 并 且 在 第 三 位 有 一 个 胞 嘧 啶 插 入, 类 似 现 象 在 五 彩 绿 咬 鹃 中 也 出 现 过 中 华 攀 雀 在 结 构 域 II 中 的 24 区 形 成 了 2 bp 的 碱 基 配 对, 而 红 原 鸡 和 黑 尾 地 鸦 在 此 处 均 没 有 形 成 配 对 的 茎, 在 绿 头 鸭 和 扁 嘴 雁 中 该 处 形 成 了 3 bp 的 碱 基 配 对, 但 在 左 端 茎 第 一 二 个 碱 基 对 之 间 存 在 一 单 核 苷 酸 胞 嘧 啶 插 入 形 成 的 突 出, 各 物 种 的 环 区 差 异 也 较 大, 黑 尾 地 鸦 的 最 大, 说 明 了 这 一 区 域 的 可 变 程 度 ; 中 华 攀 雀 的 27 区 比 红 原 鸡 和 黑 尾 地 鸦 多 出 了 两 个 碱 基 对, 且 对 应 的 环 区 比 两 者 小 了 很 多 结 构 域 III 中 的 32 区 在 中 华 攀 雀 红 原 鸡 和 黑 尾 地 鸦 中 均 形 成 了 10 bp 的 配 对 且 在 上 端 第 二 三 个 碱 基 对 之 间 均 有 一 个 单 核 苷 酸 插 入 形 成 的 突 出, 但 3 个 物 种 插 入 的 单 核 苷 酸 却 不 同 ( 分 别 为 U A C); 茎 35 36 被 认 为 是 一 个 具 有 多 凸 出 的 连 续 结 构, 至 少 存 在 8bp 的 碱 基 配 对 才 能 满 足 这 种 排 列 所 需 的 最 小 自 由 能 (Hickson, 1996), 在 红 原 鸡 和 黑 尾 地 鸦 中 也 有 同 样 的 发 现 ;39 区 中, 中 华 攀 雀 与 红 原 鸡 和 黑 尾 地 鸦 相 比, 茎 区 明 显 增 大, 环 区 相 对 缩 小 通 过 对 已 发 表 鸟 类 的 SrRNA 基 因 二 级 结 构 分 析 发 现, 多 数 茎 区 变 异 都 倾 向 于 碱 基 补 偿 性 突 变, 这 可 以 保 证 二 级 结 构 的 保 守 性 不 受 一 级 序 列 变 化 的 干 扰 中 华 攀 雀 LrRNA 基 因 二 级 结 构 与 黑 尾 地 鸦 很 相 似, 只 在 局 部 存 在 一 些 差 异, 如 中 华 攀 雀 茎 1 形 成 了 1 bp 的 碱 基 对, 而 黑 尾 地 鸦 在 此 处 并 没 有 配 对 的 碱 基 ; 中 华 攀 雀 茎 14 比 黑 尾 地 鸦 多 一 个 碱 基 对 且 在 左 端 第 三 四 个 碱 基 对 间 有 一 个 单 核 苷 酸 鸟 嘌 呤 插 入 形 成 的 突 出 ; 对 于 茎 19, 中 华 攀 雀 形 成 了 一 个 15 bp 碱 基 配 对 的 茎, 而 在 黑 尾 地 鸦 非 洲 爪 蟾 和 黄 牛 中 此 处 茎 的 长 度 分 别 为 19 17 和 11 bp, 并 且 只 有 中 华 攀 雀 的 茎 形 成 了 具 有 发 夹 结 构 的 颈 环 ; 对 于 茎 24, 中 华 攀 雀 形 成 了 3 bp 碱 基 的 配 对, 黄 牛 在 此 处 没 有 配 对 的 碱 基, 而 黑 尾 地 鸦 和 非 洲 爪 蟾 对 应 的 茎 则 分 别 形 成 了 4 和 6 bp 的 配 对 ; 茎 32 在 不 同 物 种 中 变 异 很 大, 呈 现 出 多 种 排 列 形 式 ; 此 外, 45 区 域 紧 挨 上 端 环 的 部 分 茎 区 变 异 也 很 大 Larsen (1992) 发 现 了 对 应 于 中 华 攀 雀 线 粒 体 LrRNA 基 因 二 级 结 构 茎 49 的 发 夹 环 与 茎 51 的 3 端 未 配 对 区 域 间 的 三 级 结 构 相 互 作 用, 本 研 究 进 一 步 对 雀 形 目 鸟 类 中 这 种 三 级 结 构 的 相 互 作 用 提 供 了 支 撑 3.5 控 制 区 中 华 攀 雀 和 大 多 数 鸟 类 一 样 有 一 个 位 于 trna Phe 和 trna Glu 之 间 的 控 制 区 控 制 区 是 整 个 线 粒 体 基 因 组 序 列 变 异 最 大 进 化 最 快 的 一 个 区 域, 对 mtdna 的 复 制 和 转 录 起 调 控 作 用, 其 序 列 差 异 可 能 是 造 成 鸟 类 不 同 物 种 mtdna 序 列 差 异 的 重 要 原 因 (Xiao et al, 2006) 脊 椎 动 物 线 粒 体 基 因 组 控 制 区 分 为 domain I domain II 和 domain III 三 个 结 构 域,domain I 和 domain III 有 较 高 数 量 的 碱 基 替 换 和 长 度 变 异, 所 以 进 化 较 快 (Baker & Marshall, 1997), 而 domain II 是 3 个 区 域 中 最 为 保 守 的 区 域 鸟 类 控 制 区 domain I 位 于 控 制 区 5 端, 包 含 一 段 与 复 制 终 止 相 关 的 序 列 TAS (ETAS) (Doda et al, 1981; Sbisa et al, 1997),ETAS 序 列 保 守 性 以 及 到 终 止 位 点 的 距 离 均 是 可 变 的 (Foran et al, 1988), 因 此, 本 研 究 没 能 定 位 TAS (ETAS) 在 domain I 的 5 端 还 含 有 一 段 延 伸 的 胞 嘧 啶 区 域, 通 常 被 一 个 或 几 个 胸 腺 嘧 啶 断 开, 目 前 尚 不 清 楚 这 一 区 域 形 成 的 原 因 在 鸡 形 目 和 雁 形 目, 这 一 区 域 与 它 下 游 的 一 小 段 序 列 可 形 成 发 夹 结 构 (Ruokonen & Kvist, 2002), 而 在 中 华 攀 雀 中 没 有 发 现 类 似 现 象 绝 大 多 数 鸟 类 控 制 区 domain II 均 可 发 现 保 守 框 (conserved sequence blocks,csb) B D F, 而
3 期 高 瑞 瑞 等 : 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 235 C E 区 只 存 在 于 部 分 鸟 类 中 中 华 攀 雀 中 存 在 F-box D-box B-box 及 C-box, 但 没 有 发 现 E-box 另 外, 中 华 攀 雀 中 发 现 了 一 段 存 在 于 部 分 鸟 类 B-box 上 游 的 比 B-box 序 列 更 为 保 守 但 却 不 同 于 其 他 脊 椎 动 物 的 鸟 类 相 似 框 (bird similarity -box) (Ruokonen & Kvist, 2002) 鸟 类 控 制 区 domian III 位 于 控 制 区 3 端, 一 般 包 含 3 个 保 守 框 (conserved sequence blocks,csb) 1 2 3, 重 链 复 制 起 始 (origin of H-strand replication, O H ),L- 链 启 动 子 (light strand promoter,lsp) 和 H- 链 启 动 子 (high strand promoter,hsp) CSB1 是 最 保 守 的 成 分, 几 乎 所 有 脊 椎 动 物 中 都 含 有 CSB1, 而 CSB2 和 CSB3 只 存 在 于 部 分 鸟 类 中 (Randi & Lucchini, 1998) 中 华 攀 雀 中 存 在 CSB1, 未 发 现 有 CSB2 和 CSB3 18 种 鸟 类 CSB1 区 3 端 序 列 大 体 一 致, 但 在 5 端 都 存 在 17~20 bp 不 等 的 核 苷 酸 插 入 现 象, 本 研 究 中 的 中 华 攀 雀 存 在 20 bp 的 核 苷 酸 插 入 这 在 其 他 雀 形 目 鸟 类 中 也 有 发 现 (Ruokonen & Kvist, 2002) Ruokonen & Kvist (2002) 认 为 这 种 现 象 可 能 是 经 过 不 止 一 次 的 独 立 插 入 而 形 成, 并 推 测 在 CSB1 区 真 正 受 功 能 约 束 的 碱 基 只 有 ~20 bp 中 华 攀 雀 也 未 发 现 对 线 粒 体 基 因 组 复 制 和 转 录 起 始 起 重 要 作 用 的 O H LSP 和 HSP, 这 种 情 况 也 存 在 于 鸮 形 目 鸟 类 中 (Xiao et al, 2006) 参 考 文 献 : Abbott CL, Double MC, Trueman JWH, Robinson A, Cockburn A. 2005. 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3 期 高 瑞 瑞 等 : 中 华 攀 雀 线 粒 体 基 因 组 全 序 列 测 定 与 分 析 237 order Piciformes). Molecular Phylogenetics and Evolution, 36(2): 233-248. Wenink PW, Baker AJ, Tilanus MG. 1994. Mitochondrial control region sequences in two shorebird species: the turnstone and the dunlin, and their utility in population genetic studies. Molecular Biology and Evolution, 11(1): 22-31. Wolstenholme DR. 1992a. Animal mitochondrial DNA: structure and evolution. International Review of Cytology, 141: 173-216. Wolstenholme DR. 1992b. Genetic novelties in mitochondrial genomes of multicellular animals. Current Opinion in Genetics & Development, 2(6): 918-925. Wolstenholme DR, Okimoto R, Macfarlane JL. 1994. Nucleotide correlations that suggest tertiary interactions in the TV-replacement loop-containing mitochondrial trnas of the nematodes, Caenorhabditis elegans and Ascaris suum. Nucleic Acids Research, 22(20): 4300-4306. Woese CR, Magrum LJ, Gupta R, Siegel RB, Stahl DA, Kop J, Crawford N, Brosius J, Gutell R, Hogan JJ, Noller HF. 1980. Secondary structure model for bacterial 16S ribosomal RNA phylogenetic, enzymatic and chemical evidence. Nucleic Acids Research, 8(10): 2275-2293. Xiao B, Ma F, Sun Y, Li QW. 2006. Comparative analysis of complete mitochondrial DNA control region of four species of Strigiformes. Acta Genetica Sinica, 33(11): 965-974. Yokobori S, Pääbo S. 1995. Transfer RNA editing in land snail mitochondria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 92(22): 10432-10435. Zheng GM. 2002. The World Birds Classification and Distribution List. Beijing: Science Press, 103-243. [ 郑 光 美. 2002. 世 界 鸟 类 分 类 与 分 布 名 录. 北 京 : 科 学 出 版 社, 103-243.]
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 238 243 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0238 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 的 自 发 恢 复 李 如 江 1,*, 邱 曙 东 2, 田 宏 2, 周 生 伟 1 1. 潍 坊 医 学 院 山 东 省 重 点 学 科 人 体 解 剖 与 组 织 胚 胎 学 实 验 室, 山 东 潍 坊 261053; 2. 西 安 交 通 大 学 医 学 院 人 体 解 剖 与 组 织 胚 胎 学 系 环 境 与 疾 病 相 关 基 因 教 育 部 重 点 实 验 室, 陕 西 西 安 710061 摘 要 : 多 次 小 剂 量 链 脲 佐 菌 素 (streptozotocin,stz) 诱 导 的 迟 发 型 1 型 糖 尿 病 成 年 小 鼠 (MLD-STZ 成 年 鼠 ) 血 糖 水 平 可 自 发 恢 复 正 常 该 文 试 图 对 该 现 象 及 发 生 该 现 象 的 MLD-STZ 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 进 行 综 合 分 析 造 模 后, 以 放 射 免 疫 分 析 法 免 疫 荧 光 和 HE 染 色 等 技 术 研 究 MLD-STZ 鼠 糖 尿 病 各 指 标 的 变 化 结 果 发 现, 糖 尿 病 发 生 后,MLD-STZ 鼠 的 摄 食 饮 水 体 重 血 糖 和 血 清 胰 岛 素 水 平 等 均 随 患 病 时 间 延 长 而 逐 渐 加 重, 在 糖 尿 病 第 20 周 时 最 为 严 重, 此 后, 上 述 指 标 胰 岛 β 细 胞 量 及 胰 岛 炎 症 等 逐 渐 改 善 在 糖 尿 病 第 36 周 时, 尽 管 血 糖 水 平 正 常 的 MLD-STZ 鼠 体 重 尚 不 及 正 常 对 照, 但 其 摄 食 饮 水 血 糖 和 血 清 胰 岛 素 水 平 等 尽 皆 恢 复 正 常, 且 其 胰 岛 内 未 见 淋 巴 细 胞 浸 润 上 述 结 果 说 明 MLD-STZ 成 年 鼠 糖 尿 病 各 指 标 可 自 发 恢 复 至 正 常 水 平 关 键 词 : 链 脲 佐 菌 素 ;1 型 糖 尿 病 ; 血 糖 ;β 细 胞 量 ; 小 鼠 中 图 分 类 号 :Q493.4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0238-06 Diabetes induced by multiple low doses of STZ can be spontaneously recovered in adult mice Ru-Jiang LI 1, *, Shu-Dong QIU 2, Hong TIAN 2, Sheng-Wei ZHOU 1 1. Department of Anatomy and Histo-Embryology, Laboratory of Key Discipline of Shandong, Weifang Medical University, Weifang 261053, China; 2. Department of Anatomy and Histo-Embryology, Key Laboratory of Environment and Genes Related to Disease, Ministry of Education, Medical College of Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710061, China Abstract: In a previous study, we observed that multiple low doses of streptozotocin (STZ) can induce spontaneous restoration of normoglycemia in adult mouse diabetes models. In the present study, we sought to identify when spontaneous recovery from diabetes occurs and to disclose the changes in the diabetic data of diabetic mice induced by multiple low doses of streptozotocin (MLD-STZ mice). After inducing type 1 diabetes mellitus, radioimmunoassay, indirect immunofluorescence and hematoxylin-eosin staining were used to determine the diabetic data of MLD-STZ mice. In MLD-STZ mice, the diabetic indicators, including food intake, water consumption, body weight, blood glucose level and serum insulin concentration, developed gradually until week 20. Thereafter, the symptoms of diabetes gradually improved. By the week 36, although body weight and β cell masses remained significantly different between the MLD-STZ mice and the age-matched control animals, food intake, water consumption, blood glucose levels and serum insulin concentrations had all returned to normal levels, and no lymphocytic infiltrations were observed in pancreatic islets. This data demonstrates that MLD-STZ can induce spontaneous recovery from diabetes mellitus in adult mice, suggesting further research into the processes by which normoglycemia is recovered. Keywords: Streptozotocin; Type 1 diabetes mellitus; Blood glucose; β cell mass; Mouse 糖 尿 病 是 严 重 危 害 人 类 健 康 的 常 见 病 和 多 发 病, 目 前 已 成 为 继 恶 性 肿 瘤 与 心 脑 血 管 疾 患 之 后 的 第 三 位 慢 性 非 传 染 性 疾 病, 主 要 分 为 1 型 及 2 型 1 型 糖 尿 病 (type 1 diabetes mellitus,t1dm), 即 胰 岛 素 依 赖 型 糖 尿 病, 是 由 T 细 胞 介 导 的 针 对 胰 岛 β 细 胞 的 自 身 免 疫 性 疾 病 迄 今 为 止, 对 其 发 生 发 收 稿 日 期 :2012-12-13; 接 受 日 期 :2013-01-14 基 金 项 目 : 山 东 省 自 然 科 学 基 金 (2009ZRB019FB); 山 东 省 高 等 学 校 科 技 计 划 项 目 (J12LK05) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: lirujiang@wfmc.edu.cn 第 一 作 者 简 介 : 李 如 江 (1967 ), 博 士, 副 教 授, 研 究 方 向 为 糖 尿 病 学
3 期 李 如 江 等 : 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 的 自 发 恢 复 239 展 机 制 尚 未 完 全 清 晰, 对 其 治 疗 亦 无 根 治 性 措 施 因 此,T1DM 动 物 模 型 所 处 地 位 非 常 重 要, 其 模 型 已 经 成 为 现 代 医 学 研 究 T1DM 无 可 替 代 的 工 具 之 一 T1DM 动 物 模 型 主 要 分 为 诱 发 型 和 自 发 型 自 发 型 [ 如 NOD 小 鼠 (nonobese diabetic mice) BB 大 鼠 (BioBreeding rats)] 可 在 生 长 过 程 中 自 发 产 生 糖 尿 病 症 状 高 血 糖 及 胰 岛 炎 症 ( 胰 岛 淋 巴 细 胞 浸 润 ) 等 (Leiter et al,1987;zipris & Karnieli,2002), 更 接 近 人 类 T1DM 发 病 过 程 但 此 类 动 物 价 格 昂 贵, 对 饲 养 条 件 要 求 高, 尚 不 能 在 国 内 普 遍 应 用 (Bahr et al,2011;zhao et al,2012) 诱 发 型 常 采 用 化 学 药 物 诱 导 形 成, 目 前, 多 采 用 四 氧 嘧 啶 或 链 脲 佐 菌 素 (STZ,2-deoxy-2-(3-methyl-3-nitrosoureido)-Dglucopyranose) 进 行 诱 导 前 者 诱 导 的 T1DM 稳 定 性 差, 常 易 自 发 恢 复 (Dunn et al,1944;wang & Hai,2011); 后 者 成 功 率 高 稳 定 性 好, 业 已 被 国 内 外 学 者 广 泛 使 用 (Wang & Hai,2011) 但 我 们 在 实 验 中 发 现, 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 迟 发 型 T1DM 成 年 小 鼠 (MLD-STZ 成 年 鼠 ) 血 糖 水 平 也 可 自 发 恢 复 正 常 本 研 究 试 图 对 该 现 象 及 发 生 该 现 象 的 MLD-STZ 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 进 行 综 合 分 析 和 评 价 1 材 料 与 方 法 1.1 实 验 材 料 链 脲 佐 菌 素 (STZ) 购 自 Sigma 公 司 ; 胰 岛 素 测 定 试 剂 盒 购 自 中 国 原 子 能 科 学 研 究 院 ; 鼠 抗 胰 岛 素 抗 体 购 自 武 汉 博 士 德 生 物 工 程 有 限 公 司 ;TRITC- 羊 抗 小 鼠 IgG 购 自 北 京 中 杉 金 桥 生 物 技 术 有 限 公 司 SPF 级 近 交 系 雄 性 健 康 C57BL/6J 小 鼠 由 西 安 交 通 大 学 医 学 院 动 物 中 心 提 供 ( 合 格 证 号 : 陕 医 动 字 第 08-004),4 月 龄, 常 规 喂 养 1.2 实 验 方 法 1.2.1 造 模 取 C57BL/6J 雄 性 小 鼠 70 只, 抽 签 法 分 为 模 型 组 (n=50) 和 正 常 对 照 组 (n=20) 模 型 组 禁 食 不 禁 水 12 h 后 左 下 腹 腔 注 射 STZ 40 mg/kg (STZ 临 用 前 用 0.01 mol/l,ph 4.2 的 枸 橼 酸 缓 冲 液 配 成 2% STZ 溶 液, 经 0.22 μm 微 孔 滤 膜 过 滤 除 菌, 并 于 10 min 内 注 射 完 毕 ),1 次 /d, 连 续 5 d 正 常 对 照 组 禁 食 不 禁 水 12 h 后 腹 腔 注 射 等 量 枸 橼 酸 缓 冲 液,1 次 /d, 连 续 5 d 最 后 一 次 注 射 后 1 周 内, 每 天 断 尾 取 血, 以 血 糖 仪 ( 罗 氏 乐 康 全 血 糖 仪, 罗 氏 诊 断 有 限 公 司 ) 测 量 血 糖, 连 续 3 d 血 糖 >16.7 mmol/l 者 为 糖 尿 病 小 鼠, 并 将 该 天 定 为 糖 尿 病 第 1 天 1.2.2 模 型 评 价 指 标 (1) 体 重 摄 食 量 和 饮 水 量 的 测 定 糖 尿 病 第 4 12 20 28 及 36 周 测 量 并 记 录 小 鼠 体 重 摄 食 量 及 饮 水 量 (3 次 / 周 ) (2) 血 糖 及 血 清 胰 岛 素 测 定 剪 尾 取 血 后, 用 血 糖 仪 直 接 读 取 小 鼠 血 糖 将 MLD-STZ 糖 尿 病 鼠 空 腹 摘 眼 球 取 血, 并 设 同 龄 正 常 对 照 采 用 放 射 免 疫 分 析 法 测 定 血 清 胰 岛 素 水 平, 操 作 按 试 剂 盒 说 明 书 进 行 (3) 病 理 学 检 查 取 胰 腺,4% 多 聚 甲 醛 固 定, 常 规 脱 水 石 蜡 包 埋 并 切 片,HE 染 色 后 光 镜 观 察 (4) 免 疫 荧 光 检 测 取 胰 腺,4% 多 聚 甲 醛 固 定, 常 规 脱 水 石 蜡 包 埋 并 切 片 以 鼠 抗 胰 岛 素 抗 体 (1:100) 及 TRITC- 羊 抗 小 鼠 抗 体 (1:100) 常 规 免 疫 荧 光 检 测 胰 岛 β 细 胞 从 每 个 胰 腺 中 取 5 张 胰 岛 素 荧 光 染 色 切 片 ( 断 面 间 隔 100 µm), 荧 光 显 微 镜 下 拍 照 以 Image-Pro Plus 5.1 检 测 胰 腺 及 胰 岛 β 细 胞 总 面 积, 每 个 胰 岛 β 细 胞 总 量 为 : 胰 岛 β 细 胞 总 面 积 / 胰 腺 总 面 积 胰 腺 重 量 (Meier et al,2005) 1.2.3 统 计 学 处 理 数 据 均 以 mean±se 表 示 用 SPSS 13.5 版 统 计 软 件 进 行 单 因 素 方 差 分 析, 组 间 比 较 采 用 t-test 检 验 2 结 果 2.1 MLD-STZ 鼠 血 糖 水 平 糖 尿 病 发 生 后,6 个 个 体 在 第 20~27 周 死 亡, 其 他 MLD-STZ 鼠 个 体 血 糖 水 平 随 时 间 不 断 变 化 初 期 持 续 升 高, 在 第 20 周 时 达 到 高 峰, 随 后 缓 慢 恢 复 ( 图 1); 第 4 周 时,54% 的 个 体 血 糖 >33.3 mmol/l ( 该 血 糖 仪 无 法 检 测 >33.3 mmol/l 的 血 糖,>33.3 mmol/l 显 示 为 HI); 第 20 周 时,90% 的 个 体 血 糖 >33.3 mmol/l; 第 28 周 时,68% 的 个 体 血 糖 >33.3 mmol/l, 且 6% 的 个 体 血 糖 恢 复 至 10~16.7 mmol/l; 第 36 周 时, 仅 2% 的 个 体 血 糖 >33.3 mmol/l, 且 32% 的 个 体 血 糖 已 恢 复 至 <10 mmol/l, 与 同 龄 正 常 对 照 间 已 无 显 著 性 差 异 [(9.13±0.27) mmol/l, n=10; (9.09±0.32) mmol/l, n=10]
240 动 物 学 研 究 34 卷 同 龄 正 常 对 照 显 著 增 加, 在 糖 尿 病 第 12 及 20 周 时 达 到 高 峰, 随 后 逐 渐 下 降, 直 至 糖 尿 病 第 36 周, 仍 与 正 常 对 照 之 间 差 异 显 著 ( 图 3) 值 得 注 意 的 是 : 糖 尿 病 第 36 周 时 血 糖 水 平 恢 复 正 常 的 MLD-STZ 小 鼠 较 同 龄 正 常 鼠, 其 饮 水 量 已 无 显 著 差 异 [(5.6±1.5) ml,(6.2±1.3) ml,p>0.05,n=10] 图 1 糖 尿 病 发 生 后 MLD-STZ 鼠 血 糖 水 平 Figure 1 Changes to blood glucose levels in control and MLD-STZ mice over the course of diabetes C: 同 龄 正 常 对 照 (n=20);stz:mld-stz 鼠 (n=50) C: age-matched control mice (n=20); STZ: MLD-STZ mice (n=50). 2.2 MLD-STZ 鼠 体 重 变 化 实 验 期 间,MLD-STZ 鼠 体 重 无 显 著 性 改 变 ( 图 2), 在 第 36 周 时, 血 糖 水 平 恢 复 正 常 的 原 糖 尿 病 小 鼠 较 同 龄 糖 尿 病 小 鼠 体 重 略 有 增 加, 但 亦 无 显 著 性 改 变 [(23±3.2) g,(21±2.7) g,p>0.05,n=10] 但 是, MLD-STZ 鼠 较 同 龄 正 常 鼠 在 糖 尿 病 第 20~36 周 时 体 重 显 著 降 低 ( 图 2) 图 2 糖 尿 病 发 生 后 MLD-STZ 鼠 体 重 变 化 Figure 2 Body weight in control and MLD-STZ mice over the course of diabetes **: P<0.01, n=10. 2.3 MLD-STZ 鼠 饮 水 量 变 化 糖 尿 病 发 生 后,MLD-STZ 鼠 每 天 的 饮 水 量 较 图 3 糖 尿 病 发 生 后 MLD-STZ 鼠 每 天 饮 水 量 变 化 Figure 3 Water intake per day by controls and MLD-STZ mice over the course of diabetes **: P<0.01, *: P<0.05, n=10. 2.4 MLD-STZ 鼠 摄 食 变 化 糖 尿 病 发 生 后,MLD-STZ 鼠 每 天 的 摄 食 量 较 同 龄 正 常 对 照 鼠 逐 渐 增 加, 在 糖 尿 病 第 12 及 20 周 时 达 高 峰, 此 时 与 同 龄 正 常 鼠 比 较 存 在 显 著 差 异, 以 后 MLD-STZ 鼠 的 摄 食 量 虽 较 正 常 对 照 鼠 为 高, 但 呈 逐 渐 降 低 的 趋 势 ( 图 4) 在 糖 尿 病 第 36 周 时 血 糖 水 平 恢 复 正 常 的 MLD-STZ 鼠 较 同 龄 正 常 鼠, 其 摄 食 量 已 无 显 著 差 异 [(3.1±0.2) g,n=10;(3.2±0.4) g;p>0.05,n=10] 2.5 MLD-STZ 鼠 血 清 胰 岛 素 水 平 糖 尿 病 发 生 后,MLD-STZ 鼠 血 清 胰 岛 素 水 平 随 时 间 不 断 变 化 : 初 期 持 续 降 低, 在 糖 尿 病 第 12 及 20 周 时 到 达 低 谷 第 36 周 时 糖 尿 病 鼠 血 清 胰 岛 素 水 平 已 有 所 回 升, 但 与 正 常 对 照 鼠 比 较 仍 差 异 显 著, 但 是, 此 时 血 糖 水 平 恢 复 正 常 的 MLD-STZ 鼠 (RM9) 血 清 胰 岛 素 水 平 与 正 常 对 照 鼠 (CM9) 之 间 差 异 不 显 著 ( 图 5) 2.6 胰 腺 组 织 病 理 MLD-STZ 糖 尿 病 鼠 胰 岛 数 量 减 少, 胰 岛 内 分
3期 李如江等 多次小剂量 STZ 诱导的成年鼠糖尿病指标的自发恢复 241 及正常对照水平 但较第 20 周时已显著增加 为 第 20 周时糖尿病鼠的 7.1 倍 (图 7 图 8) 图 4 糖尿病发生后 MLD-STZ 鼠每天摄食量变化 Figure 4 Food intake per day by control and MLD-STZ mice over the course of diabetes *: P<0.01, n=10. 图 6 正常鼠及 MLD-STZ 鼠胰腺 HE 染色 Figure 6 Pancreas in control and MLD-STZ mice with Hematoxylin-eosin staining 箭头显示 MLD-STZ 糖尿病鼠胰岛内的少量淋巴细胞浸润 CM9 糖尿 病第 36 周同龄正常对照鼠 DM5 糖尿病第 20 周 MLD-STZ 糖尿病鼠 DM9 糖尿病第 36 周 MLD-STZ 糖尿病鼠 RM9 糖尿病第 36 周 血 糖恢复正常的 MLD-STZ 鼠 n=5 Bar=100 μm Arrows indicate lymphocytes. CM9: matched control of diabetic mice after 36 weeks of diabetes; DM5: diabetic mice after 20 weeks of diabetes; DM9: diabetic mice after 36 weeks of diabetes; RM9: recovered MLD-STZ mice after 36 weeks of diabetes. n=5. Bar=100 μm. 3 图 5 糖尿病发生后 MLD-STZ 鼠血清胰岛素水平 Figure 5 Serum insulin levels in control and MLD-STZ mice over the course of diabetes 与同龄正常对照鼠比较 P<0.01 与第 20 周糖尿病鼠比较 P<0.05 P<0.01 n=5 : P<0.01 vs. age-matched control mice, : P<0.05, : P<0.01 vs. diabetic mice after 20 weeks of diabetes. n=5. 泌细胞排列紊乱 其间可见淋巴细胞浸润 糖尿病 第 36 周 血糖水平恢复正常的原糖尿病鼠胰岛内 未见淋巴细胞浸润 胰岛内分泌细胞呈索条状或团 状排列 与正常对照无明显差别 (图 6) 2.7 胰岛素免疫荧光检测 自糖尿病第 20 周起 MLD-STZ 鼠胰岛 β 细胞 量呈增长趋势 尽管在糖尿病第 36 周时血糖水平 恢复正常的原糖尿病鼠胰腺 Insulin 阳性细胞量未 讨 论 STZ 是链霉素菌来源的毒性物质 可通过其葡 萄糖结构为胰岛 β 细胞表面的葡萄糖转运蛋白 GLUT2 所转运 从而特异性损伤胰岛 β 细胞 并诱 导多种动物 T1DM 的发生 (Elsner et al 2000) 一 次大剂量 STZ 可直接损伤大量胰岛 β 细胞 使糖尿 病迅速发生 短期内即达到 T1DM 的临床症状期 但此模型无胰岛炎症 与 T1DM 病人的实际病理特 征尚有差距 (Elsner et al 2000) 多次小剂量 STZ (MLD-STZ)虽仅损伤少量胰岛 β 细胞 但可诱发针 对胰岛 β 细胞的细胞免疫 从而诱发迟发型 T1DM 且 该 模 型 病理 改 变 和 临床 表 现 等 均类 似 于 人 的 T1DM 是目前研究 T1DM 最常用的理想模型之一 (Karabatas et al 2005) 在本实验中 我们复制了 MLD-STZ 诱导的 T1DM 模型 (Like & Rossini 1976 Karabatas et al 2005) 造模成功后 小鼠血糖升高 逐渐出现多饮
242 动 物 学 研 究 34 卷 图 7 MLD-STZ 鼠 在 血 糖 水 平 恢 复 过 程 中 胰 腺 Insulin 阳 性 细 胞 量 的 变 化 Figure 7 Changes to insulin-positive cell mass in MLD-STZ mice during recovery from hyperglycemia 与 同 龄 正 常 对 照 鼠 比 较,*:P<0.05, **:P<0.01; 与 第 20 周 糖 尿 病 鼠 比 较, : P<0.01 n=5 *: P<0.05, **: P<0.01 vs. age-matched control mice; : P<0.01 vs. diabetic mice after 20 weeks of diabetes. n=5. 图 8 正 常 对 照 和 MLD-STZ 鼠 胰 腺 Insulin 免 疫 荧 光 染 色 Figure 8 Immunofluorescent staining of insulin in pancreata from control and MLD-STZ mice CM9: 糖 尿 病 第 36 周 同 龄 正 常 对 照 鼠 ;DM5: 糖 尿 病 第 20 周 MLD-STZ 糖 尿 病 鼠 ;DM9: 糖 尿 病 第 36 周 MLD-STZ 糖 尿 病 鼠 ;RM9: 糖 尿 病 第 36 周, 血 糖 恢 复 正 常 的 MLD-STZ 鼠 胰 岛 素 :TRITC 标 记 ( 红 色 ), n=5,bar=100 μm CM9: matched control of diabetic mice after 36 weeks of diabetes; DM5: diabetic mice after 20 weeks of diabetes; DM9: diabetic mice after 36 weeks of diabetes; RM9: recovered MLD-STZ mice after 36 weeks of diabetes. Insulin: labeled by TRITC (red), n=5. Bar=100 μm. 多 食 及 体 重 减 轻 等 典 型 糖 尿 病 症 状, 胰 腺 病 理 分 析 发 现 胰 岛 出 现 淋 巴 细 胞 浸 润 即 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 糖 尿 病 与 人 类 1 型 糖 尿 病 在 胰 岛 病 变 及 临 床 症 状 等 方 面 存 在 诸 多 相 似 之 处, 这 与 前 人 的 研 究 结 果 相 一 致 (Karabatas et al,2005) 一 般 认 为,STZ 诱 导 的 新 生 鼠 糖 尿 病, 其 血 糖 可 随 胰 岛 β 前 体 细 胞 的 增 生 而 逐 渐 恢 复 正 常 (Hartmann et al,1989;wang et al,1994), 但 对 成 年 鼠,STZ 诱 导 形 成 糖 尿 病 后, 由 于 胰 岛 β 细 胞 增 生 能 力 有 限, 糖 尿 病 鼠 通 常 因 持 续 高 血 糖 而 死 亡 (Li et al,2003;bouwens & Rooman,2005) 然 而 许 多 实 验 已 经 表 明,STZ 诱 导 的 成 年 鼠 糖 尿 病, 其 血 糖 水 平 也 可 恢 复 正 常, 不 过 这 些 模 型 鼠 糖 尿 病 为 STZ 大 剂 量 注 射 所 致, 其 胰 岛 内 或 无 炎 性 浸 润, 病 理 改 变 与 人 类 1 型 糖 尿 病 差 距 较 大 (Song et al, 2007;Su et al,2000) 在 本 实 验 中, 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 糖 尿 病 小 鼠 血 糖 水 平 也 可 自 行 恢 复 正 常 该 MLD-STZ 鼠 的 血 糖 值 在 糖 尿 病 第 20 周 时 达 到 高 峰, 此 后 缓 慢 恢 复, 至 第 28 周 时 已 有 6% 的 个 体 血 糖 恢 复 至 10~16.7 mmol/l,<16.7 mmol/l 的 糖 尿 病 诊 断 标 准 ; 至 第 36 周 时, 有 32% 的 个 体 血 糖 恢 复 至 <10 mmol/l, 与 同 龄 正 常 对 照 比 较 已 无 显 著 差 异, 说 明 其 血 糖 值 已 恢 复 至 正 常 范 围 同 时, 我 们 在 实 验 中 还 发 现, 尽 管 MLD-STZ 鼠 体 重 随 血 糖 水 平 的 正 常 化 无 明 显 增 加, 但 其 摄 食 量 及 饮 水 量 均 伴 随 血 糖 水 平 恢 复 逐 渐 改 善, 至 糖 尿 病 36 周 时 已 与 正 常 对 照 间 无 显 著 差 异, 此 结 果 说 明 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 糖 尿 病 小 鼠, 不 仅 其 血 糖 水 平 可 自 行 恢 复, 其 糖 尿 病 症 状 也 可 逐 渐 消 失 另 外, 血 糖 水 平 恢 复 正 常 的 原 糖 尿 病 小 鼠 胰 岛 内 已 无 淋 巴 细 胞 浸 润, 胰 岛 内 分 泌 细 胞 也 呈 索 状 团 状 排 列, 血 清 胰 岛 素 水 平 也 已 恢 复 正 常 以 上 诸 多 结 果 皆 说 明 多 次 低 剂 量 STZ 诱 导 的 1 型 糖 尿 病 小 鼠 随 患 病 时 间 延 长 逐 渐 进 入 糖 尿 病 康 复 期, 至 第 36 周 时 已 有 部 分 糖 尿 病 小 鼠 完 全 康 复, 至 少 是 临 床 性 完 全 康 复 因 此, 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 糖 尿 病 小 鼠 不 仅 为 1 型 糖 尿 病 的 发 生 发 展 提 供 了 研 究 模 型, 更 重 要 的 是 也 为 1 型 糖 尿 病 的 康 复 性 研 究 甚 至 为 糖 尿 病 的 有 效 治 疗 提 供 了 研 究 支 撑
3 期 李 如 江 等 : 多 次 小 剂 量 STZ 诱 导 的 成 年 鼠 糖 尿 病 指 标 的 自 发 恢 复 243 参 考 文 献 : Bahr J, Klöting N, Klöting I, Follak N. 2011. Transplantation of adipose tissue protects BB/OK rats from type 1 diabetes development. Transplant Immunology, 24(4): 238-240. Bouwens L, Rooman I. 2005. Regulation of pancreatic beta-cell mass. Physiological Reviews, 85(4): 1255-1270. Dunn JS, Duffy E, Gilmour MK, Kirkpatrick J, McLetchie NG. 1944. Further observations on the effects of alloxan on the pancreatic islets. The Journal of Physiology, 103(2): 233-243. Elsner M, Guldbakke B, Tiedge M, Munday R, Lenzen S. 2000. Relative importance of transport and alkylation for pancreatic beta-cell toxicity of streptozotocin. Diabetologia, 43(12): 1528-1533. Hartmann K, Besch W, Zühlke H. 1989. Spontaneous recovery of streptozotocin diabetes in mice. Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes, 93(2-3): 225-230. Karabatas LM, Pastorale C, de Bruno LF, Maschi F, Pivetta OH, Lombardo YB, Chemes H, Basabe JC. 2005. Early manifestations in multiple-low-dose streptozotocin-induced diabetes in mice. Pancreas, 30(4): 318-324. Leiter EH, Prochazka M, Coleman DL. 1987. The non-obese diabetic (NOD) mouse. American Journal of Pathology, 128(2): 380-383. Li L, Seno M, Yamada H, Kojima I. 2003. Betacellulin improves glucose metabolism by promoting conversion of intraislet precursor cells to β-cells in streptozotocin-treated mice. American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism, 285(3): E577-583. Like AA, Rossini AA. 1976. Streptozotocin-induced pancreatic insulitis: new model of diabetes mellitus. Science, 193(4251): 415-417. Meier JJ, Bhushan A, Butler AE, Rizza RA, Butler PC. 2005. Sustained beta cell apoptosis in patients with long-standing type 1 diabetes: indirect evidence for islet regeneration?. Diabetologia, 28(11): 2221-2228. Song Y, Piao SL, Sheng CH, Chang Y, Jin ZX, Zhang GZ. 2007. Improved investigation of C57BL mice T1DM model induced by STZ. Chinese Journal of Laboratory Diagnosis, 11(1): 36-39. [ 宋 旸, 朴 松 兰, 盛 春 华, 常 颖, 金 正 贤, 张 桂 珍. 2007. STZ 诱 导 C57BL 小 鼠 T1DM 模 型 优 化 的 研 究. 中 国 实 验 诊 断 学, 11(1): 36-39.] Su EN, Alder VA, Yu DY, Yu PK, Cringle SJ, Yogesan K. 2000. Continued progression of retinopathy despite spontaneous recovery to normoglycemia in a long-term study of streptozotocin-induced diabetes in rats. Graefe s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology, 238(2): 163-173. Wang RN, Bouwens L, Klöppel PG. 1994. Beta-cell proliferation in normal and streptozotocin-treated newborn rats: site, dynamics and capacity. Diabetologia, 37(11): 1088-1096. Wang X, Hai CX. 2011. Study of Animal models of diabetes mellitus. Journal of Toxicology, 25(5): 387-390. [ 王 欣, 海 春 旭. 2011. 糖 尿 病 动 物 模 型 研 究 进 展. 毒 理 学 杂 志, 25(5): 387-390.] Zhao YY, Huang XY, Chen ZW. 2012. Daintain/AIF-1 (Allograft Inflammatory Factor-1) accelerates type 1 diabetes in NOD mice. Biochemical and Biophysical Research Communications, 427(3): 513-517. Zipris D, Karnieli E. 2002. A single treatment with IL-4 via retrovirally transduced lymphocytes partially protects against diabetes in BioBreeding (BB) rats. Journal of Oncology Practice, 3(3): 76-82.
动 物 学 研 究 2013,Jun. 34(3): 244 248 CN 53-1040/Q ISSN 0254-5853 Zoological Research DOI:10.11813/j.issn.0254-5853.2013.3.0244 毛 脚 鵟 细 胞 体 外 培 养 体 系 建 立 及 三 种 组 织 来 源 细 胞 特 性 分 析 * 刘 刚, 道 日 娜, 王 蓉 蓉, 李 云 霞, 戴 雁 峰, 李 喜 和, 李 煜, 李 瑶 内 蒙 古 大 学 蒙 古 高 原 动 物 遗 传 资 源 研 究 中 心, 内 蒙 古 呼 和 浩 特 010021 摘 要 : 用 组 织 块 培 养 法 对 毛 脚 鵟 不 同 组 织 进 行 原 代 培 养, 获 得 了 3 种 不 同 组 织 来 源 的 细 胞, 并 成 功 对 细 胞 进 行 了 冷 冻 保 存 和 复 苏 在 传 代 培 养 过 程 中, 对 比 分 析 了 3 种 组 织 来 源 细 胞 的 形 态 学 生 长 曲 线 贴 壁 率 核 型 等 生 物 学 特 性 形 态 学 方 面, 3 种 来 源 细 胞 均 为 成 纤 维 样 细 胞 对 于 3 种 组 织 来 源 细 胞 的 贴 壁 能 力 分 析 显 示, 输 卵 管 源 细 胞 最 强, 肺 源 细 胞 和 气 管 源 细 胞 次 之 3 种 不 同 组 织 来 源 细 胞 的 倍 增 时 间 分 别 为 (29.91±0.39) (33.18±0.21) 和 (30.67±0.28) h, 群 体 倍 增 次 数 分 别 为 3.54± 0.01 4.52±0.02 和 4.38±0.03 毛 脚 鵟 细 胞 的 染 色 体 数 目 为 2n=68, 性 染 色 体 为 典 型 的 ZW 型 本 实 验 为 今 后 毛 脚 鵟 细 胞 利 用 遗 传 信 息 的 保 存 及 生 物 学 特 性 的 深 入 研 究 提 供 实 验 材 料 和 依 据 关 键 词 : 毛 脚 鵟 ; 细 胞 培 养 ; 生 长 曲 线 ; 细 胞 贴 壁 率 ; 核 型 分 析 中 图 分 类 号 :Q959.7 + 24; Q253 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :0254-5853-(2013)03-0244-05 Establishment of cell culture system of rough-legged buzzard and biological characteristic analysis on different tissue cells cultured in vitro Gang LIU, Daorina, Rong-Rong WANG, Yun-Xia LI, Yan-Feng DAI, Xi-He LI, Yu LI, Yao LI * Institute of Animal Genetic Resources of Mongolia Plateau Inner Mongolia University, Huhhot 010021, China Abstract: In total, three different tissues from the rough-legged buzzard were obtained by culture and successfully cryopreserved and then recovered. During the subculture process, biological characteristics including as cell morphology, growth curve, cell adhesion rate, and karyotype were analyzed and compared, and overall all three kinds of tissue cells exhibited fibroblast-like growth. Oviduct-derived cells had the strongest adherent ability, followed by lung-derived cells and trachea-derived cells. The doubling times of lung-derived cells, trachea-derived cells, and oviduct-derived cells were 29.91±0.39 h, 33.18±0.21 h, and 30.67±0.28 h, respectively, with population doubling times 3.54±0.01, 4.52±0.02, and 4.38±0.03, respectively. Likewise, we noted the chromosome number of the rough-legged buzzard was 68, within the typical type of ZW. These results may potentially provide material and a basis for further research in the field, with the successful preservation of genetic information of rough-legged buzzard. Keywords: Rough-legged buzzard; Cell culture; Growth curve; Cell adhesion rate; Karyotype analysis 动 物 遗 传 资 源 是 自 然 资 源 的 重 要 组 成 部 分, 是 人 类 社 会 赖 以 生 存 和 发 展 的 生 物 资 源, 是 满 足 人 类 食 物 与 健 康 需 求 的 直 接 来 源, 同 时 也 是 国 家 重 大 战 略 性 基 础 资 源 (Liu et al,2005) 近 年 来, 随 着 人 类 经 济 活 动 的 不 断 发 展, 自 然 资 源 和 生 态 系 统 平 衡 遭 到 严 重 破 坏 (Hu et al, 2002) 由 于 环 境 污 染 鸟 类 栖 息 地 丧 失 和 碎 裂 化 等 原 因 (Huang et al,2008), 一 些 地 区 的 鸟 类, 尤 其 是 处 于 生 态 食 物 链 顶 层 的 大 型 猛 禽 种 类 (Jia et al, 2008) 日 趋 减 少, 对 当 地 的 生 物 多 样 性 构 成 了 直 接 威 胁, 因 此, 对 于 大 型 猛 禽 的 保 护 以 及 遗 传 信 息 的 保 存 问 题 越 发 重 要 毛 脚 鵟 (Buteo lagopus) 隶 属 鸟 纲 隼 形 目 鹰 科 鵟 属, 在 蒙 古 高 原 属 冬 候 鸟 (Xiao et al, 2001), 在 国 内 分 布 于 内 蒙 古 东 北 及 华 北 等 地, 保 护 级 别 为 CITES 附 录 Ⅱ(Liu et al, 2010; MacKinnon & Phillipps, 2000; Meng et al, 2008; Qiao et al, 2009) 对 毛 脚 鵟 的 保 护 首 先 要 保 护 其 生 存 环 境, 而 更 收 稿 日 期 :2012-12-17; 接 受 日 期 :2013-03-05 基 金 项 目 : 国 家 科 技 部 农 业 科 技 成 果 转 化 资 金 项 目 (2007GB2A400047) 通 信 作 者 (Corresponding author),e-mail: liyao@life.imu.edu.cn
3 期 刘 刚 毛 脚 鵟 细 胞 体 外 培 养 体 系 建 立 及 三 种 组 织 来 源 细 胞 特 性 分 析 245 重 要 的 工 作 是 对 其 遗 传 信 息 进 行 有 效 保 存 由 于 材 料 难 以 获 得, 目 前 国 内 对 于 毛 脚 鵟 的 研 究 仅 停 留 在 其 形 态 学 方 面, 而 对 其 细 胞 特 性 及 遗 传 信 息 方 面 的 研 究 尚 未 见 报 道 本 文 建 立 了 稳 定 的 毛 脚 鵟 细 胞 培 养 体 系, 并 分 析 比 较 了 培 养 所 得 的 第 三 代 毛 脚 鵟 肺 源 细 胞 (lung tissue cells) 气 管 源 细 胞 (trachea tissue cells) 及 输 卵 管 源 细 胞 (oviduct tissue cells) 的 特 性, 为 进 一 步 展 开 毛 脚 鵟 细 胞 生 物 学 基 因 组 学 及 保 护 生 物 学 等 相 关 研 究 提 供 可 靠 的 材 料 平 台 1 材 料 与 方 法 1.1 试 剂 本 研 究 所 用 试 剂 包 括 MEM alpha 培 养 基 (GIBCO) 胎 牛 血 清 (HyClone) 0.25% 胰 蛋 白 酶 0.02%EDTA 消 化 液 (GIBCO) 新 生 牛 血 清 ( 杭 州 四 季 青 ) 及 胰 岛 素 ( 江 苏 万 邦 生 化 医 药 股 份 有 限 公 司 ) 等 1.2 实 验 方 法 1.2.1 取 材 雌 性 毛 脚 鵟 一 只, 取 材 自 呼 和 浩 特 市 白 塔 飞 机 场, 由 于 挂 网 严 重 受 伤, 于 2011 年 11 月 30 日 濒 亡, 及 时 将 其 用 0.2% 新 吉 尔 灭 浸 泡 后, 取 出 其 肺 气 管 及 输 卵 管 等 组 织, 浸 泡 在 无 菌 生 理 盐 水 (4 ) 中, 并 于 30 min 内 带 入 无 菌 室 1.2.1 原 代 培 养 无 菌 操 作 取 部 分 肺 气 管 及 输 卵 管 组 织, 在 75% 酒 精 中 浸 泡 2~3 s,pbs 冲 洗 3 次 ; 将 其 剪 成 ~ 1 mm 3 的 组 织 块, 均 匀 贴 于 培 养 瓶 内, 静 置 培 养 2 h; 加 入 5 ml 含 10% 胎 牛 血 清 及 0.4 U/mL 胰 岛 素 的 MEM alpha 完 全 培 养 基, 放 入 39.5,5% CO 2 培 养 箱 中 培 养 1.2.2 传 代 培 养 取 细 胞 汇 合 度 为 75%~85% 的 细 胞, 吸 去 培 养 液,1 ml PBS 洗 涤 3 次 ; 加 入 1 ml 0.25% 胰 蛋 白 酶 -0.02%EDTA 消 化 液 消 化 2~3 min 后, 加 入 等 量 的 MEM alpha 完 全 培 养 液 终 止 消 化, 吹 打 悬 浮 细 胞,1 000 r/min 离 心 5 min, 弃 上 清 ; 加 入 1 ml MEM alpha 完 全 培 养 液 悬 浮 细 胞, 以 1 10 6 /ml 细 胞 密 度 接 种 于 培 养 瓶 中, 放 入 CO 2 培 养 箱 培 养 ;12 h 后 换 液, 继 续 培 养 (Lu t al,2008) 1.2.3 冷 冻 保 存 及 时 对 每 一 代 培 养 细 胞 进 行 冷 冻 保 存, 取 细 胞 汇 合 度 为 75%~85% 的 细 胞, 吸 去 培 养 液,1 ml PBS 洗 涤 3 次 ; 加 入 1 ml 0.25% 胰 蛋 白 酶 -0.02% EDTA 消 化 液, 待 显 微 镜 下 细 胞 收 缩 变 圆 后, 加 入 等 量 的 MEM alpha 完 全 培 养 基,1 000 r/min 离 心 5 min, 弃 上 清 ; 缓 慢 加 入 含 有 10% MSO 的 新 生 牛 血 清, 制 成 细 胞 悬 液, 静 置 5 min 后, 移 入 冻 存 管 ; 在 80 冰 箱 中 保 存 24 h 后, 转 入 液 氮 内 冻 存 1.2.4 细 胞 贴 壁 率 计 算 将 3 种 不 同 组 织 来 源 的 培 养 细 胞 分 别 以 一 定 浓 度 接 种 于 35 mm 培 养 皿 中, 放 入 培 养 箱 中 培 养 6 h 后, 吸 取 上 清 液, 细 胞 计 数, 获 得 上 清 液 中 细 胞 数, 并 计 算 贴 壁 率 [ 贴 壁 率 = ( 接 种 细 胞 数 上 清 细 胞 数 )/ 接 种 细 胞 数 100%) 每 组 实 验 重 复 3 次, 并 于 培 养 12 h 及 24 h 后 各 重 复 以 上 实 验 1.2.5 生 长 曲 线 绘 制 将 3 种 不 同 组 织 来 源 的 培 养 细 胞 分 别 以 一 定 浓 度 接 种 于 24 孔 板 内, 放 入 培 养 箱 中 培 养, 每 24 h 取 3 个 孔 培 养 细 胞 进 行 计 数, 计 数 8 d 后 绘 制 3 种 组 织 来 源 培 养 细 胞 的 生 长 曲 线, 计 算 细 胞 倍 增 时 间 及 其 群 体 倍 增 次 数 (Hou et al,2004) 细 胞 倍 增 时 间 计 算 公 式 : DT=t [lg2/(lgnt-lgn 0 )] DT: 细 胞 倍 增 时 间 ;t: 培 养 时 间 ;Nt:t 时 间 时 的 细 胞 数 ;N 0 : 首 次 计 数 时 的 细 胞 数 群 体 倍 增 次 数 X 计 算 公 式 : X=(lgN H -lgn 1 )/lg2 N H : 对 数 期 末 收 获 细 胞 数 ;N 1 : 接 种 细 胞 数 1.2.6 复 苏 存 活 率 对 比 液 氮 中 冻 存 一 月 后, 将 冻 存 管 从 液 氮 中 取 出, 立 即 投 入 40 温 水 中, 迅 速 搅 动 直 至 管 内 冰 晶 融 化, 将 液 体 转 移 至 含 有 5 ml 完 全 培 养 基 的 离 心 管 中, 静 置 5 min,1 000 r/min 离 心 5 min; 向 细 胞 沉 淀 中 加 入 1 ml 完 全 培 养 基, 悬 浮 细 胞 ; 取 100 µl 细 胞 悬 液, 加 入 100 µl 4% 台 盼 蓝 母 液, 静 置 5 min 后, 镜 检 并 计 算 复 苏 后 细 胞 存 活 率 1.2.7 核 型 分 析 取 第 4 代 生 长 旺 盛 细 胞, 换 液 12 h 后, 向 培 养 基 中 补 加 0.1 ml 终 浓 度 为 0.1 mg/ml 的 秋 水 仙 素 ; 3.5 h 后 收 获 细 胞, 向 细 胞 沉 淀 中 缓 缓 加 入 10 ml 40 预 热 的 KCl 低 渗 液 (0.075 mol/l), 轻 悬 细 胞 ; 常 温 下 低 渗 处 理 20 min, 低 渗 结 束 前 1 min, 加 入 1 ml 新 鲜 的 固 定 液 ( 甲 醇 : 冰 乙 酸 =3:1),2 000 r/min 离 心 10 min, 弃 上 清 ; 向 沉 淀 中 缓 慢 加 入 10 ml 固 定 液, 轻 悬 细 胞, 固 定 30 min 后,2 000 r/min 离 心 10 min,
246 动 物 弃上清 再次重复以上固定程序 在细胞沉淀中加 入 0.5 ml 固定液 轻轻吹打制成细胞悬液 滴片 Giemsa 染液处理 15 min 流水冲洗 自然晾干后行 镜检 照相及核型分析 (Zhang et al, 2011; Tai et al, 2011) 1.2.8 统计学分析 实验数据以 mean±sd 表示, 并采用 SPSS19.0 软件进行单因子分析和相关分析 显著性水平 α= 0.05 P<0.05 为差异显著 Figure 1 学 研 34 卷 究 2 结 果 2.1 毛脚鵟培养细胞的形态 自毛脚鵟细胞原代培养第 4 天开始 逐渐有细 胞从组织块周边游离出来 细胞长势缓慢 需要 30 d 才能铺满培养瓶 显微镜下 肺源细胞 (A) 气 管源细胞 (B)及输卵管源细胞(C)均呈成纤维型生 长(图 1) 肺源细胞和输卵管源细胞虽然在形态上相 似 但是在其生长过程中 后者的细胞间隙较大 分泌物较多 图 1 毛脚鵟不同组织来源细胞形态学观察 ( 100) Morphologies of fibroblast cells from lung, trachea and oviduct tissue ( 100) A: 肺源细胞 B: 气管源细胞 C 输卵管源细胞 标尺=100 µm A: Cells from lung tissue; B: cells from trachea tissue; C: cells from oviduct tissue; Bar=100 µm. 2.2 细胞贴壁率计算 分别于接种后 6 12 24 h 细胞计数 并计算 细胞贴壁率 (表 1) 3 种组织来源细胞的细胞贴壁 率随时间的增加而逐渐增加 3 个时间段中输卵管 来源细胞的贴壁率与其余两者相比 均具显著性优 势 而肺来源细胞和气管来源细胞的细胞贴壁率仅 在接种 24 h 后 才呈现显著性差异 (P<0.05) 的倍增时间分别为(29.91±0.39) (33.18±0.21)及 (30.67±0.28) h 群体倍增次数分别为 3.54±0.01 4.52±0.02 及 4.38±0.03 表 2 毛脚鵟不同组织细胞计数结果 (104/mL) Table 2 Counting results of tissue cells (104/mL) 天数 Day 表 1 毛脚鵟不同组织细胞贴壁率 (%) Table 1 Cell attachment rates of tissue cells (%) 肺源细胞 Lung tissue cells 气管源细胞 Trachea tissue cells 输卵管源细胞 Oviduct tissue cells 6h Mean±SD 12 h Mean±SD 24 h Mean±SD b 73.42 ±0.10 b 81.14 ±3.14 c 85.53 ±1.83 b b 86.72b±0.78 76.24 ±0.10 84.73a±1.38 80.28 ±0.76 88.93a±0.68 94.92a±1.23 n=3 同列中不同小写字母表示差异显著 (P<0.05) n = 3; Letters in the same column denote level of significance at P<0.05. 2.3 毛脚鵟细胞生长曲线 肺源细胞 气管源细胞及输卵管源细胞连续计 数 8 d (表 2) 并根据表中数据绘制生长曲线 (图 2) 计算细胞倍增时间 结果表明 以上 3 种组织细胞 2.4 肺源细胞 Lung tissue cells 气管源细胞 输卵管源细胞 Trachea tissue cells Oviduct tissue cells 0 2.4 2.7 1.5 1 4.89±0.21 15.06±0.37 6.14±0.24 2 5.28±0.21 22.78±0.32 10.14±0.22 3 10.92±0.32 36.58±0.54 17.75±0.48 4 18.08±0.32 62.11±0.83 31.28±0.46 5 28.00±0.35 69.22±0.45 33.19±0.37 6 30.72±0.49 72.31±0.58 36.86±0.40 7 32.50±0.25 79.08±0.50 39.44±0.62 8 33.08±0.33 80.81±0.39 36.78±0.35 复苏存活率对比 细胞复苏后 台盼蓝染色 镜检 计算细胞复 苏存活率 (表 5) 在同样的冻存体系中 气管来源 细胞复苏存活率最高 并较其余两者均有差异显著 (P<0.05) 说明气管来源细胞对于本研究采用的冻 存方法具有较强的适应性
3期 247 刘 刚等 毛脚鵟细胞体外培养体系建立及三种组织来源细胞特性分析 表 3 毛脚鵟不同组织细胞倍增时间 (h) Table 3 Cell doubling time of tissue cells 肺源细胞 Lung tissue cells Mean±SD 气管源细胞 Trachea tissue cells Mean±SD 输卵管源细胞 Oviduct tissue cells Mean±SD (29.91±0.39)c (33.18±0.21)a (30.67±0.28)b n=3 同行中不同小写字母表示差异显著 (P<0.05) n=3; Letters in the same line denote level of significance at P<0.05. 表 4 毛脚鵟不同组织细胞的群体倍增次数 Table 4 Cell population doubling times of tissue cells 肺源细胞 Lung tissue cells Mean±SD 气管源细胞 Trachea tissue cells Mean±SD 输卵管源细胞 Oviduct tissue cells Mean±SD 3.54±0.01c 4.52±0.02a 4.38±0.03b n=3 同行中不同小写字母表示差异显著(P<0.05) 图 2 毛脚鵟不同组织细胞生长曲线图 Figure 2 Growth curves of different cells 2.5 毛脚鵟细胞核型分析 90%的毛脚鵟细胞 (n=50) 中期分裂相的染色 体数目均为 68 条 即其染色体数目为 2n=68 核 型配对结果 (图 3) 显示 毛脚鵟染色体中含有 5 对微小染色体 形态不能完全识别 且其性染色体 与常染色体形态明显不同 呈蝌蚪状 Figure 3 3 3.1 讨 n=3; Letters in the same line denote level of significance at P<0.05. 表5 毛脚鵟三种组织来源细胞复苏后细胞存活率(%)对比 Table 5 Comparison of cell survival rate after being thawed 肺源细胞 Lung tissue cells Mean±SD 气管源细胞 Trachea tissue cells Mean±SD 输卵管源细胞 Oviduct tissue cells Mean±SD 70.05±0.87b 78.16±0.81a 68.16±0.38b n=3 同行中不同小写字母表示差异显著 (P<0.05) n=3; Letters in the same line denote level of significance at P<0.05. 图 3 毛脚鵟细胞的中期分裂相和核型图 Metaphase and ideogram of rough-legged buzzard cells (Bar=10 µm) 论 细胞培养方法 组织块贴壁培养法是目前最常用的细胞建系 方法 与胰酶消化法相比 具有操作简便 对细胞 损害小等特点 且长出的细胞整齐有序 本实验采 用组织块贴壁法对毛脚鵟 3 种组织块进行贴壁培 养 获得了 3 种不同组织来源的细胞 实验发现 毛脚鵟 3 种组织块接种时组织块的 大小 接种密度及培养温度对细胞生长十分重要 接种时组织块以大小 1 mm3 间隔 0.5 cm 为宜 培养温度需严格控制在 39.5 3.2 细胞培养体系及保存 本实验后续采用了 4 种不同的培养体系 基本 培养基分别为 M199 DMEM DMEM/F12 及 MEM alpha 并分别了添加 10%胎牛血清及 4 U/mL 速效 胰岛素 结果发现 毛脚鵟 3 种不同组织来源的细 胞在 M199 DMEM/F12 及 MEM alpha 中的各项生
248 动 物 学 研 究 34 卷 物 学 特 性 基 本 一 致 目 前, 本 研 究 获 得 的 气 管 来 源 肺 来 源 及 输 卵 管 来 源 细 胞 在 MEM alpha 体 系 中 已 分 别 传 至 33 18 及 13 代, 且 生 物 学 特 性 基 本 保 持 不 变 能 够 在 如 此 高 传 代 数 下 仍 保 持 其 生 物 学 特 性 在 禽 类 细 胞 培 养 过 程 中 是 比 较 罕 见 的, 可 以 充 分 说 明 本 研 究 所 采 用 的 培 养 体 系 成 功 保 存 了 毛 脚 鵟 3 种 组 织 来 源 细 胞 3.3 染 色 体 分 析 在 国 内, 由 于 材 料 难 以 获 得, 故 罕 见 猛 禽 类 的 染 色 体 研 究 报 道 本 研 究 探 索 了 毛 脚 鵟 细 胞 染 色 体 分 析 制 备 方 法 细 胞 处 于 对 数 生 长 期 时, 更 换 培 养 液,12 h 后 向 培 养 液 中 添 加 终 浓 度 为 0.1 µg/ml 的 秋 水 仙 素, 处 理 3 h 若 处 理 时 间 过 长, 染 色 体 将 严 重 浓 缩, 油 镜 下 不 能 辨 认 微 小 染 色 体, 而 若 处 理 时 间 不 足, 则 会 导 致 分 裂 中 期 的 细 胞 数 据 较 少 低 渗 处 理 可 使 细 胞 膨 胀, 有 利 于 染 色 体 分 散, 减 少 或 避 免 染 色 体 重 叠 现 象, 便 于 观 察 低 渗 液 一 般 采 用 0.075 mol/l KCl, 根 据 本 研 究 结 果, 室 温 下 低 渗 处 理 40~60 min 足 以 裂 解 细 胞 大 多 数 鹰 科 猛 禽 动 物 核 型 相 似, 染 色 体 条 数 主 要 集 中 在 66 或 68 条, 具 有 3~5 对 微 小 染 色 体 和 较 多 均 匀 长 度 染 色 体 (Amaral & Jorge,2003) 目 前 已 有 核 型 报 道 的 九 种 鵟 属 动 物 中, 除 红 尾 鵟 (2n=70) 外, 核 型 均 为 2n=68 本 研 究 结 果 表 明, 新 构 建 的 毛 脚 鵟 肺 源 气 管 源 及 输 卵 管 源 细 胞 在 体 外 的 稳 定 培 养 传 代 保 存 以 及 培 养 体 系 的 建 立 将 为 进 一 步 展 开 其 细 胞 生 物 学 遗 传 学 等 研 究 提 供 可 靠 的 资 料 平 台 参 考 文 献 : Amaral KF, Jorge W. 2003. The chromosomes of the Order Falconiformes: a review. Ararajuba, 11(1): 65-73. Hou Y, Zhang DM, Chen L. 2004. Effect of different types of serum on the passage of goat fibroblasts. Journal of Huaibei Industry Teachers College: Natural Sciences Edition, 25(4): 62-65. [ 侯 颖, 张 大 铭, 陈 亮. 2004. 不 同 血 清 对 山 羊 成 纤 维 细 胞 传 代 的 影 响. 淮 北 煤 炭 师 范 学 院 学 报, 25(4): 62-65.] Hu JC. 2002. Diversity of terrestrial vertebrates in Minshan Mountains. Zoological Research, 23(6): 521-526. [ 胡 锦 矗. 2002. 岷 山 山 系 陆 栖 脊 椎 动 物 多 样 性. 动 物 学 研 究, 23(6): 521-526.] Huang ZH, Liu B, Chen D, Chen PJ, Xi ZF. 2008. Bird diversity of Gan River in Ji an, Anhui Province. Sichuan Journal of Zoology, 27(4): 610-617. [ 黄 族 豪, 刘 宾, 陈 东, 陈 佩 君, 习 志 富. 2008. 安 徽 赣 江 吉 安 段 鸟 类 多 样 性 研 究. 四 川 动 物, 27(4): 610-617.] Jia SB, Yan HC, Liu T, Ji XL. 2008. Ecological distribution of raptors in west Shandong. Sichuan Journal of Zoology, 27(5): 897-899. [ 贾 少 波, 闫 华 超, 刘 涛, 冀 相 伦. 2008. 山 东 西 部 地 区 猛 禽 的 生 态 分 布. 四 川 动 物, 27(5): 897-899.] Liu XB, Guan WJ, Zhang HH, Li H, Li LF. 2005. Conservation of genetic resources of the endangered animals. Review of China Agricultural Science and Technology, 7(5): 34-38. [ 刘 希 斌, 关 伟 军, 张 洪 海, 李 晗, 李 林 风. 2005. 濒 危 动 物 遗 传 资 源 的 保 存. 中 国 农 业 科 技 导 报, 7(5): 34-38.] Liu Z, Yang CW, Tian HJ, Jin JL, Jin ZM, Ju YF. 2010. Phylogenetic relationship among 12 falconformes based on CHD Gene sequences. Biotechnology Bulletin, (6): 179-184. [ 刘 铸, 杨 春 文, 田 恒 久, 金 建 丽, 金 志 民, 鞠 永 富. 2010. 基 于 CHD 基 因 序 列 的 隼 形 目 12 种 鸟 系 统 发 育 关 系. 生 物 技 术 通 报, (6): 179-184.] Lu TF, Liu CQ, Wu HM, Zhang YY, Liu S, Bao AD, Zhang WX, Guan WJ, Ma YH. 2008. An research of the growth rule of cells cultured in vitro of livestock and poultry. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 35(11): 65-69. [ 陆 涛 峰, 刘 长 青, 吴 宏 梅, 张 艳 艳, 刘 帅, 包 阿 东, 张 文 秀, 关 伟 军, 马 月 辉. 2008. 畜 禽 体 外 细 胞 生 长 规 律 研 究. 中 国 畜 牧 兽 医, 35(11): 65-69.] MacKinnon J, Phillipps K. 2000. A Field Guide to the Birds of China. Changsha: Hunan Education Press. [ 马 敬 能 约 翰, 菲 利 普 卡 伦. 2000. 中 国 鸟 类 野 外 手 册. 长 沙 : 湖 南 教 育 出 版 社.] Meng DR, Wang CJ, Cao CH, Zhang L. 2008. A preliminary survey of the raptors in Cangzhou, Hebei. Chinese Journal of Zoology, 43(6): 127-130. [ 孟 德 荣, 王 春 杰, 曹 春 辉, 张 莉. 2008. 河 北 沧 州 地 区 猛 禽 初 步 调 查. 动 物 学 杂 志, 43(6): 127-130.] Qiao L. 2009. Study on time activity budget of rough-legged buzzard Buteo lagopus in spring in 2008. Natural Science Journal of Harbin Normal University, 25(1): 89-92. [ 乔 良. 2009. 2008 年 春 季 毛 脚 鵟 活 动 节 律 的 研 究. 哈 尔 滨 师 范 大 学 自 然 科 学 学 报, 25(1): 89-92.] Tai DP, Liu K, Terigele, Hou DX, Li Y, Li Y. 2011. The biological characteristic analysis on three different chicken embryo tissue cells cultured in vitro. Chinese Journal of Cell Biology, 33(9): 988-993. [ 邰 大 鹏, 刘 坤, 特 日 格 乐, 侯 东 霞, 李 瑶, 李 煜. 2011. 鸡 胚 三 类 组 织 体 外 培 养 细 胞 的 生 物 学 特 性 分 析. 中 国 细 胞 生 物 学 学 报, 33(9): 988-993.] Xiao YX, Qiu YX. 2001. The histological studies on the ovary of Buteo lagopus. Chinese Journal of Zoology, 36(3): 19-22. [ 肖 义 秀, 邱 幼 祥. 2001. 毛 脚 鵟 卵 巢 的 组 织 学 观 察. 动 物 学 杂 志, 36(3): 19-22.] Zhang JN, Liu YB, Zhang JD, Su J, Li YX, Sun W, Zhao LX, Guo JT, Li XH. 2011. Karyotyping of Arab horse by G-banding technique. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 26(2): 101-106. [ 张 静 南, 刘 永 斌, 张 金 吨, 苏 杰, 李 云 霞, 孙 伟, 赵 丽 霞, 郭 继 彤, 李 喜 和. 2011. 阿 拉 伯 马 染 色 体 G 带 核 型 分 析. 华 北 农 学 报, 26(2): 101-106.]