溫度和增加胎仔數(shù)對大絨鼠哺乳期能量代謝的影響

朱萬龍， 劉軍， 蔡金紅

(1.云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動植物生態(tài)適應進化及保護重點實驗室，云南師范大學生命科學學院，昆明650500；2. 連云港師范高等?？茖W校，江蘇連云港222006)

溫度和增加胎仔數(shù)對大絨鼠哺乳期能量代謝的影響

朱萬龍1*， 劉軍2， 蔡金紅1

(1.云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動植物生態(tài)適應進化及保護重點實驗室，云南師范大學生命科學學院，昆明650500；2. 連云港師范高等?？茖W校，江蘇連云港222006)

為了闡明溫度和增加胎仔數(shù)對大絨鼠Eothenomysmiletus哺乳期能量代謝的影響，本研究測定了在不同溫度條件下增加胎仔數(shù)(比正常胎仔數(shù)多)，大絨鼠的攝食量、胎仔數(shù)、胎仔質(zhì)量、靜止代謝率、非顫抖性產(chǎn)熱和乳腺質(zhì)量。結果表明：不同胎仔數(shù)對大絨鼠的攝食量、胎仔質(zhì)量和產(chǎn)熱能力沒有影響。低溫增加了母體的攝食量和產(chǎn)熱能力，斷奶時低溫組的胎仔質(zhì)量顯著低于常溫組。低溫組和常溫組大絨鼠的乳腺質(zhì)量差異無統(tǒng)計學意義。研究結果說明低溫可以增加大絨鼠攝食量，但是對乳腺質(zhì)量沒有影響，表明大絨鼠哺乳期的持續(xù)能量攝入上限可能受到乳腺分泌乳汁的限制，支持外周限制假說。

大絨鼠；低溫；攝食量

哺乳期是動物能量需求最大的一個時期，而能量攝入在哺乳期往往被限制(Speakman & Krol，2011)。許多研究表明動物哺乳期最大持續(xù)能量攝入(sustained energy intake，SusEI)受到不同因素的限制(Johnsonetal.，2001；Bacigalupe & Bozinovic，2002；Krol & Speakman，2003)。目前，關于SusEI的限制主要有3種假說：中央限制假說(central limitation hypothesis)認為中心供能器官是主要制約因子，這些器官為所有耗能器官獲取、處理和分配能量(Hammond & Diamond，1994)；外周限制假說(peripheral limitation hypothesis)認為動物的能量收支極限與動物個體本身有關，與動物的能量消耗方式相聯(lián)系，外周器官對能量的實際消耗能力制約著動物的持續(xù)能量收支(Speakman，2008)；熱散失假說(heat dissipation limitation hypothesis)認為哺乳期動物的SusEI受動物散熱能力的限制(Krol & Speakman，2003)。已有研究表明動物的SusEI不受消化道消化能力的限制，即不支持中央限制假說，而支持外周限制假說(Hammond & Diamond，1994)或熱散失假說(Speakman & Krol，2011)。如低溫可以增加MF1小鼠Musmusculus的乳腺泌乳能力，而暖溫條件則會降低乳腺泌乳能力(Speakman & Krol，2005)。背部剃毛的MF1小鼠較對照組食物攝入量增加，從而增加乳汁分泌(Kroletal.，2007)，這些研究結果支持熱散失假說。而與MF1小鼠不同，背部剃毛對黑線倉鼠Cricetulusbarabensis的乳汁分泌和胎仔質(zhì)量沒有影響，支持外周限制假說(Zhao & Cao，2009； Zhaoetal.，2010)。動物哺乳期的SusEI到底是支持外周限制假說還是熱散失假說，取決于動物是受到外周器官的泌乳能力的限制還是散熱能力的限制，即到底是泌乳能力強還是熱散失能力強。對于MF1小鼠而言，泌乳能力要強于熱散失能力，而黑線倉鼠的泌乳能力則弱于熱散失能力。

大絨鼠Eothenomysmiletus為橫斷山區(qū)固有種，中國特有種，主要分布于橫斷山及其附近地區(qū)。已有研究表明哺乳期大絨鼠會增加能量攝入和支出(Zhu & Wang，2014)，幼仔在胎后發(fā)育過程中會增加其產(chǎn)熱能力(Zhuetal.，2015)。背部剃毛大絨鼠的SusEI受到乳腺泌乳能力的限制，即支持外周限制假說。既然SusEI的限制取決于動物的泌乳能力和散熱能力，為了深入研究大絨鼠哺乳期SusEI的限制到底支持哪種假說，本文在已有研究的基礎上，設計了溫度和多胎仔數(shù)對大絨鼠哺乳期SusEI的影響，將哺乳期大絨鼠置于常溫(25 ℃)和低溫(5 ℃)環(huán)境下，研究大絨鼠熱散失能力的大小，而在大絨鼠正常胎仔數(shù)的情況下增加胎仔數(shù)，研究其泌乳能力的大小，以期闡明大絨鼠哺乳期SusEI的限制所支持假說。

1 材料與方法

1.1 動物來源

實驗用大絨鼠為人工飼養(yǎng)種群，飼養(yǎng)于透明塑料鼠盒內(nèi)(長260 mm×寬160 mm×高150 mm)，無巢材，每盒1只；每日喂以浸泡過的玉米，用塑料瓶供水。

1.2 動物處理

挑選3～4月齡的成年雌性大絨鼠(n=159)，與雄性配對14 d，14 d后移出雄性。其中113只雌性懷孕，分娩后第7天將大絨鼠的胎仔數(shù)進行人工分組。大絨鼠正常胎仔數(shù)為2只，本研究在此基礎上增加胎仔數(shù)，分為胎仔數(shù)3、4、5、6、7只5個組，所有大絨鼠在25 ℃±1 ℃，光照12L∶12D的環(huán)境下馴化。哺乳第10天，每組選取一半大絨鼠置于5 ℃±1 ℃，光照12L∶12D的環(huán)境下馴化。所有大絨鼠在第22天斷奶，哺乳第10～22天每天記錄胎仔數(shù)和胎仔質(zhì)量。

1.3 代謝率的測定

第22天在室內(nèi)測定靜止代謝率(resting metabolic rate，RMR)，實驗前大絨鼠在呼吸室內(nèi)靜置30 min左右，進入呼吸室后適應30 min，開放式呼吸儀(AD Instruments，ML870，澳大利亞)在熱中性區(qū)測定RMR，SPX-300型人工氣候箱(上海博訊醫(yī)療設備廠)控制溫度。呼吸室為500 mL，進入呼吸室的氣體流量為200 mL·min-1，實驗溫度控制在(25±0.5) ℃，實驗進行1.5 h，前0.5 h使大絨鼠適應呼吸室環(huán)境，之后記錄1 h，每隔1 min記錄1次，選取10個連續(xù)穩(wěn)定的最低值計算RMR(Zhuetal.，2008)。測定RMR后，皮下注射去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)測定大絨鼠在25 ℃下的最大非顫抖性產(chǎn)熱(nonshivering thermogenesis，NST)。NE注射劑量經(jīng)預實驗確定為0.8 mg/kgBW，將注射NE后30 min內(nèi)出現(xiàn)的最大耗氧量視為大絨鼠的NST。

1.4 攝食量的測定

從第10天開始至第22天結束，每天測定大絨鼠的攝食量，定時定量喂食(實驗前一天的11∶00—13∶00，食物19.5～20.5 g)，次日小心收集剩余食物(每次收集時間均為11∶00—13∶00)。收集的食物在烘箱中干燥至恒重(Zhuetal.，2010)。由于胎仔數(shù)超過正常哺育胎仔數(shù)，大絨鼠攝食量在第10～22天的差異無統(tǒng)計學意義，因此攝食量數(shù)據(jù)在分析時合并。

1.5 乳腺質(zhì)量的測定

第22天，將大絨鼠處死，分離出乳腺組織，在烘箱中干燥至恒重。

1.6 統(tǒng)計分析

采用SPSS 13.0處理數(shù)據(jù)。攝食量、胎仔數(shù)、平均胎仔質(zhì)量和胎仔質(zhì)量均采用雙因素方差分析(Two-Way ANOVA)。RMR、NST和乳腺質(zhì)量的差異采用雙因素協(xié)方差分析(Two-Way ACNOVA)，以體質(zhì)量或胴體質(zhì)量作為協(xié)變量。結果均以平均值±標準誤表示(Mean±SE)，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義，P<0.01為差異有高度統(tǒng)計學意義。

圖1 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期攝食量的影響

Fig.1 Effect of temperature on food intake during lactation inEothenomysmiletusraising more litters

**差異有高度統(tǒng)計學意義, LS. 胎仔數(shù); 下同。

**Extremely significant difference, LS. litter size; the same below.

表1 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期胎仔數(shù)的影響Table 1 Effect of temperature on litter size during lactation in Eothenomys miletus raising more litters

注：T. 溫度， LS. 胎仔數(shù)；*P<0.05，**P<0.01， ns. 無統(tǒng)計學意義；下表同。

Notes: T. temperature, LS. litter size;*P<0.05,**P<0.01, ns. no significant difference; the same below.

2 結果

2.1 攝食量

溫度對哺乳期大絨鼠攝食量影響的差異有高度統(tǒng)計學意義(F=9.35，P<0.01)，低溫組的攝食量顯著高于常溫組(圖1)。而胎仔數(shù)對大絨鼠攝食量沒有影響(F=0.87，P>0.05，圖1)。

2.2 胎仔數(shù)

第10～11天，溫度對哺乳期大絨鼠的胎仔數(shù)影響的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，第13～22天，溫度對胎仔數(shù)影響的差異有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)。低溫馴化條件下，大絨鼠胎仔數(shù)顯著減少，差異有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)，胎仔數(shù)較多的組別較同時期常溫條件下的減少更多(表1)。

表2 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期總胎仔質(zhì)量的影響Table 2 Effect of temperature on total litter mass during lactation in Eothenomys miletus raising more litters

表3 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期平均胎仔質(zhì)量的影響Table 3 Effect of temperature on mean pup mass during lactation in Eothenomys miletus raising more litters

2.3 胎仔總質(zhì)量和平均胎仔質(zhì)量

第12～17天，溫度對大絨鼠的總胎仔質(zhì)量影響的差異有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)。第18～22天，溫度對大絨鼠的總胎仔質(zhì)量影響的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。同一哺乳天數(shù)內(nèi)相同胎仔數(shù)組的總胎仔質(zhì)量為低溫組低于常溫組，并在第12天后極顯著低于常溫組(P<0.01)(表2)。大絨鼠的平均胎仔質(zhì)量隨時間的延長而增加，且程度隨胎仔數(shù)的增加而變緩。同一哺乳天數(shù)相同胎仔數(shù)常溫馴化條件下的平均胎仔質(zhì)量增加幅度較低溫馴化條件下的大(表3)。

2.4 RMR、NST和乳腺質(zhì)量

第10～22天，溫度對RMR的影響有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)，低溫組顯著高于常溫組(圖2)。NST的變化趨勢與RMR相似，表現(xiàn)為低溫組極顯著高于常溫組(P<0.01)(圖3)。低溫馴化條件下胎仔數(shù)3、4、5、6、7只組的乳腺質(zhì)量分別為1.33 g±0.11 g、1.42 g±0.16 g、1.39 g±0.12 g、1.44 g±0.19 g、1.46 g±0.21 g，常溫馴化條件下胎仔數(shù)3、4、5、6、7只組的乳腺質(zhì)量分別為1.68 g±0.13 g、1.54 g±0.11 g、1.68 g±0.21 g、1.65 g±0.19 g、1.71 g±0.23 g，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

圖2 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期靜止代謝率的影響

Fig.2 Effect of temperature on resting metabolic rate (RMR) during lactation inEothenomysmiletusraising more litters

圖3 溫度對增加胎仔數(shù)大絨鼠哺乳期非顫抖性產(chǎn)熱的影響Fig.3 Effect of temperature on nonshivering thermogenesis (NST) during lactation in Eothenomys miletus raising more litters

3 討論

外周限制假說認為哺乳期動物SusEI受乳腺泌乳能力的限制(Hammond & Diamond，1997)。而熱散失假說認為哺乳期動物SusEI受散熱能力的限制(Speakman & Krol，2005)。本研究結果表明，低溫可以增加大絨鼠的攝食量，能量攝入的增加符合外周限制假說和熱散失假說的預測。外周限制假說認為低溫條件下增加能量攝入是為了維持動物的體溫平衡，而熱散失假說認為低溫條件下增加能量攝入是彌補低溫條件下動物產(chǎn)熱能力的增加(Hammondetal.，1996)。2種假說的不同點在于熱散失假說認為低溫可以提高乳腺的泌乳能力，而外周限制假說認為在低溫條件下乳腺的泌乳能力已經(jīng)達到最大，不會再增加(Zhao，2012)。

大絨鼠的平均胎仔質(zhì)量隨著哺乳期的延長而增加，和攝食量的變化趨勢一致，說明不管是在低溫還是常溫馴化條件下大絨鼠通過增加食物攝入來增加乳汁分泌，最終來增加幼仔的體質(zhì)量。溫度對總胎仔質(zhì)量和乳腺質(zhì)量沒有影響，說明哺乳期大絨鼠乳腺的泌乳能力已經(jīng)達到最大，支持外周限制假說。此外，低溫組的總胎仔質(zhì)量較常溫組的小，原因可能有2個：一是低溫馴化條件下大絨鼠乳腺的泌乳能力受到限制，導致胎仔質(zhì)量較??；二是低溫馴化條件下大絨鼠的產(chǎn)熱能力增加，用于哺育后代的能量減少，因此后代的胎仔質(zhì)量較小。本研究結果還表明低溫可以刺激大絨鼠的RMR和NST增加，但是對乳腺質(zhì)量沒有影響，說明大絨鼠哺乳期SusEI受乳腺泌乳能力的限制。

綜上所述，增加胎仔數(shù)對大絨鼠的攝食量、胎仔質(zhì)量和產(chǎn)熱能力沒有影響。低溫可以刺激大絨鼠攝食量和產(chǎn)熱能力的增加，斷奶后低溫組的胎仔質(zhì)量顯著低于常溫組。乳腺質(zhì)量不受溫度影響。這表明大絨鼠哺乳期SusEI的上限可能受到乳腺泌乳能力的限制，支持外周限制假說。

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Effects of Temperature and Raising Litter Size on Energy Metabolism during Lactation inEothenomysmiletus

ZHU Wanlong1*, LIU Jun2, CAI Jinhong1

(1.Key Laboratory of Ecological Adaptive Evolution and Conservation on Animals-Plants in Southwest Mountain Ecosystem of Yunnan Province Higher Institutes College, School of Life Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China;2. Lianyungang Normal College, Lianyungang, Jiangsu Province 222006, China)

In order to investigate the effects of temperature and raising litter size on energy metabolism during lactation inEothenomysmiletus, femaleE.miletuswith additional fetus that above their natural numbers were maintained during lactation either in warm (25 ℃) or cold (5 ℃) conditions. Food intake, litter size and mass, resting metabolic rate, nonshivering thermogenesis and the weight of the mammary glands were measured. The results showed that no differences were observed in food intake at peak lactation, litter mass and thermogenesis between females raising litters of different size. Cold-exposed females increased food intake and thermogenic capacity, but weaned significantly lighter litters with smaller pup sizes compared with females in warm conditions. The weight of the mammary glands did not differ between warm and cold-exposed females. These data suggested that cold exposure increased food intake, but had no effect on the capacity of the mammary glands inE.miletus, indicating that sustained energy intake was more likely peripherally caused by the capacity of mammary glands to produce milk. These data supported the peripheral limitation hypothesis.

Eothenomysmiletus; cold temperature; food intake

2016-05-20 接受日期：2016-07-05

國家自然科學基金項目(31260097, 31560126); 云南師范大學博士科研啟動項目

朱萬龍(1983—), 男, 副教授, 主要從事動物生理生態(tài)研究

*通信作者Corresponding author, E-mail:zwl_8307@163.com

10.11984/j.issn.1000-7083.20160131

Q959.8；Q954

A

1000-7083(2016)05-0691-06