環(huán)境溫度對(duì)東北林蛙(Rana dybowskii)體溫的影響

孫清琳徐驍驍劉鵬趙文閣

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱，150025)

環(huán)境溫度對(duì)東北林蛙(Rana dybowskii)體溫的影響

孫清琳 徐驍驍 劉 鵬趙文閣

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱，150025)

稿件運(yùn)行過程

東北林蛙；體溫；環(huán)境溫度；體溫調(diào)節(jié)

在10℃、16℃、22℃和28℃4個(gè)溫度條件下，通過測(cè)量東北林蛙泄殖腔溫度的方法，研究分析了東北林蛙2個(gè)不同種群在不同環(huán)境溫度下的體溫變化及其影響。結(jié)果表明，東北林蛙的體溫隨著環(huán)境溫度的升高而升高，兩性間體溫?zé)o顯著差異，但不同地理種群間體溫存在一定的差異；恒溫條件下，集安種群的體溫沒有明顯日變化節(jié)律，而伊春種群的體溫存在顯著的日節(jié)律變化；伊春種群具有較低的體溫和較強(qiáng)的體溫調(diào)節(jié)能力。由此可知，環(huán)境溫度是影響東北林蛙不同地理種群的體溫及生理體溫調(diào)節(jié)能力的主要因素之一。

溫度變化是全球氣候變化的最主要表現(xiàn)之一。氣溫作為一種重要的生態(tài)因子，溫度升高或下降都能夠顯著影響動(dòng)物的形態(tài)、生理和行為[1]，例如：溫度升高能夠使野生動(dòng)物的分布區(qū)整體北移[2]、遷至高海拔地區(qū)、繁殖期提前[3]、新陳代謝加快、耗氧率增大、酶活性和激素含量發(fā)生改變[4]、孵化成活率下降[3，5]、運(yùn)動(dòng)速率和行為反應(yīng)變快[6]、洄游路線和時(shí)間改變[7]；溫度降低時(shí)，動(dòng)物將停止繁殖行為，延遲排卵[8]。

由于環(huán)境溫度的變化直接影響變溫動(dòng)物的體溫[9]，而變溫動(dòng)物能量代謝和體溫調(diào)節(jié)機(jī)制與恒溫動(dòng)物具有較大差異，因此，溫度對(duì)變溫動(dòng)物的影響更為明顯[9-14]，對(duì)其行為、繁殖和代謝活動(dòng)起到關(guān)鍵的作用[15]。兩棲動(dòng)物大多具有夜行性和皮膚滲透性的特征從而不能完全依靠曬太陽(yáng)來調(diào)節(jié)體溫，因此，兩棲動(dòng)物主要依靠生理溫度補(bǔ)償進(jìn)行小幅度的體溫調(diào)節(jié)[9]。

東北林蛙(Ranadybowskii)隸屬于蛙科(Ranidae)林蛙屬，在國(guó)內(nèi)廣泛分布在東北地區(qū)的黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古等地，是一種適應(yīng)寒冷氣候的無尾兩棲類動(dòng)物，主要生活在林木茂盛、雜草叢生、以水源(山溪、河流)為中心的潮濕環(huán)境中[16]，是森林濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在控制蟲害方面起到重要的作用。本研究通過測(cè)量不同環(huán)境溫度下東北林蛙的體溫，比較東北林蛙體溫的兩性間差異，分析恒溫條件下東北林蛙體溫的日節(jié)律變化以及不同時(shí)間段東北林蛙體溫的差異，從而探討不同環(huán)境溫度對(duì)東北林蛙體溫的影響以及體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系，不僅可以了解其生活史過程中對(duì)溫度的需求，也對(duì)東北林蛙的人工養(yǎng)殖及物種保護(hù)提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的采集

2015年4～5月期間，從黑龍江省伊春市和吉林省集安市兩個(gè)東北林蛙的棲息地采集成體標(biāo)本用于實(shí)驗(yàn)。伊春市(E128.9°，N47.7°)位于黑龍江省東北部的小興安嶺地區(qū)，年平均氣溫1℃；集安市(E126.0°，N41.3°)位于吉林省東南部的長(zhǎng)白山地區(qū)，年平均氣溫5.5℃，兩地相距約750 km。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組及飼養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)前2 d，選取伊春種群東北林蛙38只(雌雄各19只)和集安種群東北林蛙26只(雌雄各13只)，總計(jì)64只(取樣時(shí)保證同一地區(qū)同一性別的東北林蛙個(gè)體大小無顯著差異)，剪趾編號(hào)后分成4組放在玻璃缸(40 cm×40 cm×50 cm)中，然后將4個(gè)玻璃缸分別放在10℃、16℃、22℃、28℃的4個(gè)LRH-250-G型恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，每個(gè)恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)放入東北林蛙16只，其中，10℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)有伊春種群雌雄各4只、集安種群雌雄各4只，其余3個(gè)恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)分別有伊春種群雌雄各5只、集安種群雌雄各3只。培養(yǎng)箱的光照時(shí)間為7：00～19：00，每隔1 d換1次與原來溫度相同的水，每天20：00喂食黃粉蟲1次，同時(shí)打開培養(yǎng)箱門通氣30 min，盡可能保持4個(gè)實(shí)驗(yàn)玻璃缸置于除溫度外其他環(huán)境相同。

1.3 體溫測(cè)量

從2015年6月7日開始，每天7：00、11：00、15：00和19：00測(cè)量4次東北林蛙的體溫。測(cè)量時(shí)，將東北林蛙從恒溫培養(yǎng)箱中拿出后，立即用點(diǎn)溫計(jì)(優(yōu)利德UT325，精度為：0.002℃)插入其泄殖腔1.5 cm處測(cè)量體溫并記錄，然后再迅速放回到恒溫箱中的玻璃缸內(nèi)，共測(cè)量10 d，至6月16日結(jié)束。

1.4 數(shù)據(jù)處理

去除實(shí)驗(yàn)過程中死亡的12只東北林蛙個(gè)體數(shù)據(jù)，兩個(gè)種群中共有52只東北林蛙的體溫?cái)?shù)據(jù)用于分析(表1)。使用SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所得數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，用一天內(nèi)4個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的體溫平均值代表東北林蛙的日平均體溫，用單因素方差分析(one way-ANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，分析體溫的日變化節(jié)律，用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行多處理間比較，顯著性水平設(shè)置為0.05，用Sigma Polt 10.0軟件進(jìn)行制圖。

表1 不同實(shí)驗(yàn)溫度下東北林蛙兩個(gè)種群雌雄的個(gè)體數(shù)量

2 結(jié)果與分析

2.1 東北林蛙體溫的比較

在不同恒溫(10℃、16℃、22℃和28℃)條件下，不同地理種群(伊春種群和集安種群)、不同測(cè)量時(shí)間(7：00、11：00、15：00、19：00)段，東北林蛙兩性間的體溫沒有顯著差異(P>0.05)(表2、表3)，因此，將兩性的數(shù)據(jù)合并后進(jìn)行分析。

表2 東北林蛙伊春種群兩性間的體溫差異分析(℃)

表3 東北林蛙集安種群兩性間的體溫差異分析(℃)

2.2 東北林蛙不同地理種群體溫的日節(jié)律變化

東北林蛙兩個(gè)種群日節(jié)律變化表現(xiàn)出明顯不同，集安種群的體溫沒有明顯日變化節(jié)律，一天內(nèi)的體溫均保持恒定(10℃：F3，42=2.175，P>0.05；16℃：F3，45=0.510，P>0.05；22℃：F3，28=0.606，P>0.05；28℃：F3，30=2.209，P>0.05)；而伊春種群的體溫存在顯著的日節(jié)律變化，除了低溫條件(10℃)外，其他恒溫條件下東北林蛙伊春種群的體溫隨著時(shí)間的變化而呈下降趨勢(shì)(10℃：F3，117=2.424，P>0.05；16℃：F3，87=7.603，P<0.05；22℃：F3，117=48.962，P<0.05；28℃：F3，109=7.080，P<0.05)(圖1)。

2.3 東北林蛙體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系

東北林蛙的體溫隨著環(huán)境變化而變化，呈顯著正相關(guān)(圖2)，7：00時(shí)的回歸方程分別為y=0.744 67x+4.455 3，R2=0.988 15(伊春種群)，y=0.712 9x+5.188 9，R2=0.968 91(集安種群)，與y=x的交點(diǎn)溫度分別為17.449℃(伊春種群)和18.073℃(集安種群)；11：00時(shí)的回歸方程分別為y=0.679 12x+5.203 5，R2=0.981 86(伊春種群)，y=0.650 12x+6.265，R2=0.962 5(集安種群)，與y=x的交點(diǎn)溫度分別為16.216℃(伊春種群)和17.906℃(集安種群)；15：00時(shí)的回歸方程分別為y=0.708 48x+4.447 6，R2=0.970 21(伊春種群)，y=0.644 03x+6.540 4，R2=0.944 83(集安種群)，與y=x的交點(diǎn)溫度分別為15.257℃(伊春種群)和18.373℃(集安種群)；19：00時(shí)的回歸方程分別為y=0.707 02x+4.279 9，R2=0.959 65(伊春種群)，y=0.664 63x+6.207，R2=0.955 75(集安種群)，與y=x的交點(diǎn)溫度分別為14.617℃(伊春種群)和18.508℃(集安種群)。由此可知，伊春種群的交點(diǎn)溫度隨著時(shí)間變化而逐漸下降，而集安種群的交叉點(diǎn)溫度沒有明顯變化，且在相同時(shí)間下，集安種群的交點(diǎn)溫度均高于伊春種群的交點(diǎn)溫度。

圖1 東北林蛙兩個(gè)種群體溫的日節(jié)律Fig.1 Daily rhythm of body temperature between two populations of Rana dybowskii

圖2 東北林蛙不同種群體溫與環(huán)境溫度之間的關(guān)系Fig.2 The relationship between body temperature and ambient temperature of Rana dybowskii in different populations

3 討論

在一些恒溫動(dòng)物及變溫動(dòng)物的蜥蜴類中，受到自身生理?xiàng)l件的影響(如懷孕[17]、個(gè)體大小[18]、體重[19-20]、行為[21]等)，不同性別之間的體溫存在一定的差異[22-24]，但一些水棲種類如虎紋蛙[25]、鱷蜥[26-27]，其雌雄間體溫差異不顯著。在本實(shí)驗(yàn)中，不論是東北林蛙伊春種群還是集安種群，雌性和雄性東北林蛙的體溫均沒有顯著差異，由此推測(cè)，水環(huán)境溫度的穩(wěn)定性是決定變溫動(dòng)物兩性體溫?zé)o顯著差異的重要因素。

與其他變溫動(dòng)物一樣[14]，東北林蛙不同種群的體溫均隨環(huán)境溫度的升高而升高，但在恒溫條件下，東北林蛙集安種群的體溫與環(huán)境溫度之間沒有顯著差異，沒有明顯日變化節(jié)律，而伊春種群的體溫存在顯著的日節(jié)律變化，一天內(nèi)體溫存在一定的波動(dòng)。由于東北林蛙體溫與環(huán)境溫度的回歸方程y=kx+b中的斜率(k)可以反應(yīng)東北林蛙的生理體溫調(diào)節(jié)能力的大小，k值越小，體溫越接近于環(huán)境溫度，表明生理調(diào)節(jié)能力越弱[19]，因此，東北林蛙伊春種群比集安種群具有較強(qiáng)的體溫調(diào)節(jié)能力。

變溫動(dòng)物的體溫與環(huán)境溫度之間的關(guān)系還受等溫點(diǎn)的影響，當(dāng)環(huán)境溫度高于等溫點(diǎn)時(shí)，體溫低于環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于等溫點(diǎn)時(shí)，體溫高于環(huán)境溫度[19]。一天內(nèi)，兩個(gè)種群的等溫點(diǎn)隨時(shí)間的變化而逐漸分離，回歸方程與等溫線也逐漸分離，在晚上時(shí)(19：00)，兩個(gè)種群的體溫存在明顯差異(圖2)，這是因?yàn)橐链悍N群所處的地理緯度高，環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致伊春種群表現(xiàn)出較低的體溫，可能是變溫動(dòng)物不同地理種群與生活環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果[12]。

由于缺乏兩個(gè)種群在野外的體溫?cái)?shù)據(jù)及棲息生境中環(huán)境溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此，在變溫條件下東北林蛙的體溫調(diào)節(jié)能力有待于進(jìn)一步分析，關(guān)于變溫動(dòng)物等溫點(diǎn)、等溫區(qū)間及熱生物學(xué)的相關(guān)理論有待于深入研究。而體溫調(diào)節(jié)能力的不同又將如何影響其體內(nèi)生理指標(biāo)的變化，從而改變?nèi)祟悓?duì)它的認(rèn)識(shí)和利用等均有待今后研究。

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Ranadybowskii；Body temperature；Ambient temperature；Thermoregulation

Influence of Ambient Temperature on BodyTemperature of Rana dybowskii

Sun Qinglin Xu Xiaoxiao Liu Peng*Zhao Wenge

(College of Life Sciences and Technology，Harbin Normal University，Harbin，150025，China)

Body temperatures of two populations ofRanadybowskiiwere analyzed under four ambient temperatures(10℃，16℃，22℃ and 28℃)by measuring cloacal temperature.The results showed that the body temperature ofR.dybowskiiincreased with ambient temperature.Male and female body temperatures were similar but there were differences between two geographic populations.Body temperature of the Ji’an population showed no significant diurnal rhythm，while the diurnal rhythm of body temperature in the Yichun population was significant.Body temperature of the Yichun population was lower than that of the Ji’an population，but thermoregulation capacity was stronger in the Yichun population.The ambient temperature was the most important factor regulating the body temperature and physiological thermoregulation ability of two geographic populations ofR.dybowskii.

2016-03-04

修回日期：2016-05-31

發(fā)表日期：2016-08-10

Q959.5

A

2310-1490(2016)03-266-05

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2014RFQXJ169)

孫清琳，女，21歲；主要從事兩棲爬行動(dòng)物生態(tài)學(xué)方面的研究。E-mail：793462060@qq.com

*通訊作者：劉鵬，E-mail：liupeng111111@163.com