棘腹蛙的兩性異形及雌性繁殖特征*

洪 燕， 鄭榮泉,3， 呂卓云， 孔紳紳， 張啟鵬，毛媛媛， 劉志芳， 梅祎蕓， 王志剛

(1.浙江師范大學(xué) 野生動(dòng)物保護(hù)與利用技術(shù)中心,浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué) 野生動(dòng)物生物技術(shù)與保護(hù)利用浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 金華 321004；3.浙江師范大學(xué) 行知學(xué)院，浙江 金華 321004)

動(dòng)物兩性異形(sexual dimorphism，SD)是指不同性別的同一物種在身體大小、體色及局部形態(tài)特征，甚至在生理、行為和生活史等方面存在差異的現(xiàn)象[1-2]，其中體型大小方面的兩性異形(sexual size dimorphism，SSD)廣泛存在于動(dòng)物界，受到極大的關(guān)注[3].目前解釋動(dòng)物兩性異形產(chǎn)生的機(jī)制主要有3種假說：1)性選擇假說：該假說主要用于解釋雄性體型進(jìn)化，認(rèn)為性選擇有利于雄性個(gè)體趨向較大體型發(fā)展[4].較大體型雄性在配偶競(jìng)爭(zhēng)中擁有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以增加交配的成功率，此種現(xiàn)象在少數(shù)兩棲類、爬行類中也存在[5].性選擇主要作用于個(gè)體較大雄性，但還有可能作用于小個(gè)體雄性，被稱為小個(gè)體雄性優(yōu)勢(shì)假說[6-7].2)生育力選擇假說：生育力選擇壓力主要用于解釋雌性體型進(jìn)化[4，8].從物種繁殖角度而言，雌性具備更強(qiáng)的生育力和繁殖輸出的前提在于有更大的腹腔，體形更大的雌性物種具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)兩棲類中均存在這種現(xiàn)象.3)生態(tài)位分離假說：雌雄兩性對(duì)生態(tài)位需求的不同而產(chǎn)生不同的適應(yīng)，生態(tài)位的分化使兩性為了避免種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，差異性地選擇食物和棲息地等，進(jìn)而影響兩性體形的進(jìn)化，導(dǎo)致兩性異形的出現(xiàn)[9-10].

兩棲類是水陸兩棲動(dòng)物，受多種選擇壓力的作用，兩棲類中約有80%的有尾兩棲類和95%的無尾兩棲類屬于性異形種類[11].兩棲動(dòng)物取樣方便、易于實(shí)驗(yàn)操作等特點(diǎn)，使其成為進(jìn)行兩性異形研究的理想材料[12].目前，在蛙類中，已對(duì)華南湍蛙(Amolopsricketti)[3]、棘胸蛙(Quasipaaspinosa)[13]、牛蛙(Ranacatesbeiana)[14]、黑斑側(cè)褶蛙(Pelophylaxnigromaculata)[15]、虎紋蛙(Hoplobatrachusrugulosus)[16]、金線側(cè)褶蛙(Pelophylaxplancyi)[17]、澤陸蛙(Fejervaryalimnocharis)[17]、沼蛙(Hylaranaguentheri)[18]、凹耳蛙(Odorranatormota)[19]等許多物種開展了兩性異形的研究.然而，不同物種的兩性異形模式并不相同，對(duì)特定物種開展性別間形態(tài)差異的分析有助于理解該物種兩性異形的產(chǎn)生機(jī)制.

棘腹蛙(Quasipaaboulengeri)是中國(guó)的廣布種，國(guó)外主要分布于越南[20].目前，對(duì)于棘腹蛙的研究還僅見于發(fā)育與繁殖、棲息生境與食性、行為及遺傳學(xué)等方面[21]，由于其兼具食用和藥用價(jià)值，人們開展了對(duì)該物種的人工養(yǎng)殖的探索[22].筆者以棘腹蛙為研究對(duì)象，通過測(cè)定和比較棘腹蛙雌性和雄性的局部形態(tài)特征及雌性懷卵量，以揭示該物種的兩性異形模式和雌性繁殖特征，為棘腹蛙的物種鑒定、性選擇理論研究、資源保護(hù)及選育提供依據(jù).

1 材料與方法

用于研究的棘腹蛙分別于2015年6月、2016年6月采自廣西龍勝、貴州凱里(棘腹蛙在兩地的生態(tài)環(huán)境無顯著差異).其中，廣西龍勝棘腹蛙雄性成體22只，雌性成體20只，貴州凱里棘腹蛙雄性成體20只，雌性成體18只.個(gè)體形態(tài)測(cè)量后，釋放回野外，留少量個(gè)體帶回實(shí)驗(yàn)室用于后續(xù)研究.

用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量了棘腹蛙各個(gè)體的體長(zhǎng)(自吻端至泄殖腔處的距離，snout-vent length，SVL)、前肢長(zhǎng)(自肘關(guān)節(jié)至第 3指末端的長(zhǎng)度，arm length，AL)、頭寬(頭兩側(cè)之間的最大距離，head width，HW)、后肢長(zhǎng)(自體后端正中部位至第4趾末端的長(zhǎng)度，hindlimb length，HLL)及足長(zhǎng)(自內(nèi)蹠突的近端至第4趾末端的長(zhǎng)度，foot length，F(xiàn)L)等5個(gè)外部形態(tài)指標(biāo)(±0.01 mm).雌體懷卵數(shù)量測(cè)定(產(chǎn)卵期為6月)：取成年雌性棘腹蛙卵巢，稱得質(zhì)量M，稱部分卵巢質(zhì)量M1，計(jì)數(shù)部分卵數(shù)量N1，卵巢總數(shù)量N，通過N=M×N1/M1計(jì)算獲得雌體的總懷卵數(shù)量，為減少實(shí)驗(yàn)誤差，該實(shí)驗(yàn)過程重復(fù)3次，取平均值作為最后雌體的懷卵量.用Mettler電子天平稱體重(±0.01 g)，每次測(cè)量前調(diào)零，以減少誤差.

用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件分析測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù).使用Kolmogorov-Smironov檢驗(yàn)數(shù)據(jù)正態(tài)性，若數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，則將數(shù)據(jù)進(jìn)行自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換.t檢驗(yàn)比較了體長(zhǎng)的兩性差異，線性回歸分析了棘腹蛙頭寬、前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)和足長(zhǎng)與體長(zhǎng)的關(guān)系及懷卵量與雌體大小關(guān)系.對(duì)與體長(zhǎng)顯著相關(guān)的形態(tài)特征，以體長(zhǎng)為協(xié)變量，協(xié)方差分析比較兩性差異；對(duì)與體長(zhǎng)不相關(guān)的變量，則通過t檢驗(yàn)分析兩性差異.描述性統(tǒng)計(jì)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，顯著性水平α=0.05.

2 結(jié) 果

棘腹蛙雌雄成體的各項(xiàng)形態(tài)特征參數(shù)見表1.由表1可見，雄性棘腹蛙體長(zhǎng)、頭寬、前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)、足長(zhǎng)均值都較雌性棘腹蛙的大，對(duì)體長(zhǎng)進(jìn)行t檢驗(yàn)分析表明，棘腹蛙存在顯著的兩性差異.線性回歸分析結(jié)果顯示，棘腹蛙除頭寬不與體長(zhǎng)呈顯著相關(guān)關(guān)系外，其他局部形態(tài)特征均與體長(zhǎng)呈顯著相關(guān)關(guān)系.因而，本研究對(duì)棘腹蛙前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)、足長(zhǎng)這3組數(shù)據(jù)以體長(zhǎng)為協(xié)變量，進(jìn)行協(xié)方差分析，而對(duì)頭寬進(jìn)行t檢驗(yàn).

對(duì)棘腹蛙頭寬t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩性間存在顯著差異(見表1).協(xié)方差分析表明,前肢長(zhǎng)、足長(zhǎng)在兩性間呈顯著差異，后肢長(zhǎng)在兩性間差異極顯著.一元線性回歸分析表明:棘腹蛙除頭寬雌雄兩性與體長(zhǎng)無明顯的線性關(guān)系外，前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)、足長(zhǎng)都與體長(zhǎng)有明顯的線性關(guān)系(見圖1).從線性回歸方程斜率來看，雌雄兩性除后肢長(zhǎng)的增長(zhǎng)速率大于體長(zhǎng)外，其余局部特征增長(zhǎng)速率均小于體長(zhǎng)的增長(zhǎng)速率.雄性的平均體長(zhǎng)為(81.80±9.89) mm(n=42)，雌性平均體長(zhǎng)為(75.65±8.69) mm(n=38)，雄性體長(zhǎng)明顯大于雌性體長(zhǎng)，雄性體長(zhǎng)對(duì)雌性體長(zhǎng)的比值為1.08，根據(jù)Gibbons和Lovich 公式計(jì)算得出棘腹蛙的兩性異形程度為0.075.棘腹蛙懷卵數(shù)量與體長(zhǎng)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(見圖2)，說明棘腹蛙雌性個(gè)體體形越大，產(chǎn)卵數(shù)量越多.

圖1 棘腹蛙前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)和足長(zhǎng)與體長(zhǎng)的線性關(guān)系

部位描述統(tǒng)計(jì)值/mm雄性(n=42)雌性(n=38)差異顯著性t值協(xié)方差檢驗(yàn)體長(zhǎng)81.80±9.8975.65±8.69 t=2.943P<0.01-頭寬33.08±5.9329.85±6.27t=2.363P<0.05-前肢長(zhǎng)42.43±8.0238.50±6.75-F1,80=5.544 P =0.021后肢長(zhǎng)133.20±18.94121.29±20.35-F1,80=7.352 P=0.008足長(zhǎng)58.11±10.5253.18±10.86-F1,80=4.255 P =0.042

注：t值和F值后的符號(hào)代表顯著性水平，*P<0.05,**P<0.01.

圖2 雌性棘腹蛙懷卵量與體長(zhǎng)的線性關(guān)系

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)，兩棲動(dòng)物兩性的形態(tài)差異包括雌雄同型和雌雄異型[23]，成年雄性體型與成年雌性體型大小相當(dāng)即為雌雄同型，雌雄異型包括2種模式，即成年雌性體型大于雄性，或成年雄性體型大于雌性[24].雌性體型較雄性體型大的現(xiàn)象在兩棲類中較為常見，較大的雌性有利于提高繁殖輸出，雄性體型比雌性體型大則與雄性物種爭(zhēng)奪配偶，提高繁殖成功率有關(guān)[12].約有90%的兩棲類物種是雌性體型大于雄性體型[3]，這是較為常見的模式，因在繁殖策略中，較大的雌性個(gè)體通過增加其卵群大小增加了其適合度[25].研究結(jié)果表明，棘腹蛙雄性個(gè)體的體長(zhǎng)、頭寬、前肢長(zhǎng)、足長(zhǎng)和后肢長(zhǎng)等各形態(tài)指標(biāo)的平均值均大于雌性，且雄雌兩性平均體長(zhǎng)之比達(dá)到1.08，表明棘腹蛙雄性個(gè)體是較大的個(gè)體，其兩性異形模式為第2種類型.棘腹蛙的雌雄兩性異形程度為0.075，與同科的澤陸蛙的0.080相當(dāng)[17]，雄雌平均體長(zhǎng)之比為1.080，與同目的華南湍蛙的1.101相當(dāng)[3]，因此，棘腹蛙屬于雄性體型偏大，但雌雄間差異較小的兩棲類.

叉舌蛙科中，已有5個(gè)物種被報(bào)道存在兩性異形現(xiàn)象(見表2)，其中棘胸蛙屬中的棘胸蛙(Q.spinosa)和棘腹蛙(Q.boulengeri)的兩性異形模式都是雄性體型大于雌性體型的模式，而海陸蛙(Fejervaryacancrivora)、虎紋蛙(H.rugulosus)、澤陸蛙(F.limnocharis)則屬于雌性體型大于雄性體型.

表2 叉舌蛙科幾個(gè)物種的兩性異形

Andersson等[1]認(rèn)為，較大的雄性個(gè)體通過在交配系統(tǒng)中有較強(qiáng)的爭(zhēng)斗能力而增加了雄性的繁殖成功率，或者通過雌性在性選擇過程中愿意選擇較大雄性個(gè)體而實(shí)現(xiàn).因此，導(dǎo)致棘腹蛙雌雄成體體型出現(xiàn)明顯差異的原因可能支持性選擇假說.性選擇通常作用于雄性，身體特征有差異的雄性棘腹蛙在爭(zhēng)奪食物、占有領(lǐng)地等方面表現(xiàn)出能力上的差異會(huì)影響雌性對(duì)雄性的選擇，進(jìn)而影響雄性的繁殖成功率.因此，優(yōu)勢(shì)特征在雄性競(jìng)爭(zhēng)和雌性選擇壓力作用下強(qiáng)化后形成雌、雄在身體特征上的差異[4，27].

成年雄性棘腹蛙的頭寬顯著大于雌性，這一結(jié)果與棘胸蛙湖南種群未檢測(cè)到其頭部?jī)尚圆町惖那闆r不同[13].兩棲動(dòng)物的食物可利用范圍與個(gè)體的頭寬相關(guān)，較大頭寬的個(gè)體能利用體積更大的食物，從而獲取更多的能量有利于個(gè)體的增大[19].另外，成年雄性棘腹蛙的前肢長(zhǎng)顯著大于雌性，這與棘胸蛙金華種群的結(jié)果相一致[25].前肢長(zhǎng)與棘腹蛙的繁殖活動(dòng)有關(guān)，雄性有更長(zhǎng)的前肢長(zhǎng)便于在繁殖季節(jié)與雌性抱對(duì)，從而提高繁殖成功率.而兩棲類足長(zhǎng)則與跳躍有關(guān)，研究結(jié)果顯示，棘腹蛙雄性成年個(gè)體足長(zhǎng)顯著大于雌性，相比于雌性，雄性因體形更大而需要獲取更多能量，覓食活動(dòng)較雌性更頻繁，足長(zhǎng)較長(zhǎng)的雄性棘腹蛙更具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)而被選擇.

兩性異形除了與雄體獲得配偶的機(jī)率有關(guān)外，還與雌體繁殖輸出相關(guān)，因性選擇是通過性內(nèi)選擇或性間選擇或兩種選擇兼有而實(shí)現(xiàn)的.研究結(jié)果表明，較大的棘腹蛙成年雌體有更強(qiáng)的繁殖輸出，因其有更大的腹腔容納量以提高繁殖適合度.與研究結(jié)果具有相似性的如棘胸蛙(Q.boulengeri)[13]、黑斑側(cè)褶蛙(P.nigromaculata)[17]和多疣狹口蛙(Kaloulaverrucosa)[28]，這些物種的雌體也以增加腹腔懷卵容納量而提高繁殖適合度.