大涼螈繁殖生態(tài)

龔宇舟,王 剛,黃 蜂,何流洋,束瀟瀟,謝 鋒,*

1 中國科學院成都生物研究所, 成都 610041 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 成都師范學院, 成都 611130 4 栗子坪國家級自然保護區(qū), 雅安 625400 5 西華師范大學, 南充 637000

大涼螈(Liangshantritontaliangensis)原名大涼疣螈(Tylototritontaliangensis),隸有尾目(Caudata),蠑螈科(Salamandridae),疣螈屬(Tylototriton),2012年費梁等[1]提出以其為模式種建立涼螈屬(Liangshantriton),以凸顯其獨特的進化地位,目前該主張已獲得了兩棲爬行動物分類學界較為廣泛的支持[2-3]。該物種分布僅限于四川省西部的石棉、漢源、冕寧、美姑、昭覺、峨邊及馬邊等地,多見于海拔1390—3000 m植被繁茂,環(huán)境潮濕的山間凹地,其可能的棲息地范圍不足20000 km2,十分狹窄。因為棲息地質量的下降和作為羌活魚(山溪鯢,Batrachuperuspinchonii)的混品而遭到人為捕捉,大涼螈種群數量保持下降態(tài)勢[2]。1989 年我國野生動物保護法實施伊始,大涼螈便被列為了二級重點保護對象,中國脊椎動物紅色名錄[4]中記載其受脅等級為易危(VU,vulnerable)。

大涼螈兼具中國特有、國家保護、單屬單種等獨特標簽,吸引著動物學界廣泛的關注,目前對它的研究涉及精子形態(tài)[5]、堿性磷酸酶的分離純化及部分性質[6]、腦源性神經營養(yǎng)因子基因的克隆與序列分析[7]、系統(tǒng)發(fā)育[8-10]、種群年齡結構[11]、骨骼系統(tǒng)[12]、皮膚組織結構[13]、棲息地調查及保護生物學[14]、消化及呼吸系統(tǒng)解剖學觀察[15]、肺臟[16]、肝臟組織結構[17]及線粒體全基因組[18],然而目前對該物種繁殖生態(tài)方面的研究仍極為匱乏[19]。

從資源保護目標出發(fā),本文希望通過研究大涼螈的繁殖遷徙規(guī)律、繁殖場內性比變化、雌雄性二型性、產卵及孵化等繁殖生態(tài)學內容,為加強該種的保護管理、人工繁育以及野生種群復壯提供全面、科學的根據。

1 材料與方法

1.1 研究地點

位于四川省石棉縣栗子坪國家級自然保護區(qū)公益海保護站轄區(qū)(29°1′—29°2′N, 102°22′30″—102°24′00″E),海拔高度1979.06—2126.8 m,面積約4.6 km2,其中重點關注該區(qū)域內大涼螈繁殖場樣方。繁殖場緊鄰保護區(qū)內上山公路,面積約22 m2,周圍植被相對茂盛,以草本為主,包括蓼科(Polygonaceae)、禾本科(Gramineae)及藜科(Chenopodiaceae)植物,間或點綴鼠李科(Rhamnaceae)、楊柳科(Salicaceae)等灌木,喬木有低矮的香椿(Toonasinensis)。伴生動物中能夠較準確辨識到的包括黑色蟌(Agrionatratum)、青鳳蝶(Graphiumsarpedon)、大蚊科(Tipulidae)、水蛛科(Argyronetidae)、虻科(Tabanidae)物種、中華蟾蜍華西亞種(Bufogargarizansandrewsi)、寶興樹蛙(Rhacophorusdugritei)、昭覺林蛙(Ranachaochiaoensis)、繡鏈腹鏈蛇(Amphiesmacraspedogaster)、黃鏈蛇(Dinodonflavozonatum)、川西白腹鼠(Niviventerexcelsior)與四川短尾鼩(Anourosorexsquamipes),當地彝族鄉(xiāng)民放牧的黃牛(Bostaurus)偶爾出現于繁殖場周邊飲水。該繁殖場由兩處水稍淺的洼地和一處原人工挖掘的魚塘組成,魚塘在繁殖季節(jié)水位較深,而在冬季則干涸。

1.2 繁殖遷徙及種群數量調查

2016年5月至8月間,采用圍欄陷阱與電子標簽標記重捕相結合的辦法來確定大涼螈成體繁殖遷徙情況及種群數量大小。

在上述繁殖場的周圍布設了兩套圍欄陷阱,設置方法參照李成等[20]。圍欄到繁殖場濕地邊緣的距離約為1 m,大涼螈向繁殖場遷入或從繁殖場遷出時可能遭到圍欄阻攔,隨后便沿著圍欄爬行,當爬行到陷阱處時便會掉落入桶而無法逃脫。記錄掉落情況時將落入圍欄繁殖場側桶內的個體視為預備遷出的個體,而落入圍欄繁殖場外側桶內的個體視為預備遷入的個體。檢查圍欄陷阱的時間段為每天的9：00點到10：00點,日期為2016年5月21日至6月14日,及7月14日至8月22日兩段。

對動物的標記采用皮下注射電子標簽(PIT tag)的方法,所用電子標簽為廣州市洪騰條碼技術有限公司生產的HT950型。電子標簽皮下注射器(PIT syringe)及掃描儀(Scanner)分別為該公司生產的HT20型及HT9000型。分別在2016年5月23日、5月30日、6月6日及6月13日上午九點開始對繁殖場樣方內的大涼螈進行仔細搜索,捕捉遇見的所有個體并對其注射電子標簽。注射時專用針頭約傾斜45°插入動物左后肢稍靠前背側皮下,平緩推入電子標簽,注射完畢后用掃描儀掃描動物該處皮膚,讀取電子標簽編號并做記錄,隨后將標記后的個體盡數放回原捕捉地點。

1.3 大涼螈性別鑒定

根據已有文獻記載[21],繁殖季雄性大涼螈肛部不呈丘狀隆起,肛裂較長,而雌性大涼螈肛部呈現丘狀隆起且肛裂較短。另外,雄螈的前肢上臂處往往具備橘紅色斑塊。將以上性二征結合體型大小來考慮,能達到在野外條件下準確判斷大涼螈個體性別的目的。

1.4 形態(tài)數據測量

使用游標卡尺(472型,MASTERPROOF TOOLS)及電子秤(EHA251, Zhongshan Camry Electronic Co. Ltd.)對研究區(qū)域內遭遇的部分大涼螈個體的體征指標進行了采集,這些指標包括頭體長(Snout-vent length, SVL)、尾長(Tail length,TL)、尾高(Tail height,TH)及體重(Weight,W),長度精確到0.01 mm,重量精確到0.1 g,并計算個體尾長占全長的比例(Tail proportion,TP)以及肥滿度指標(選用富爾頓條件指數K[22],Fulton′s condition factorK,K=100W/L3)。同時特別標注出12只野外發(fā)現時處于與雌性抱對狀態(tài)的雄性的體征參數。

1.5 產卵及孵化情況觀察

將在研究區(qū)域內除繁殖場以外其他地點發(fā)現的雌性大涼螈個體帶回公益海保護站,以25 cm×16 cm× 10 cm塑料盒每只單獨飼養(yǎng),期間以保護站周邊林地挖掘得到的蚯蚓作為飼料投喂并每兩天換水一次。每日檢查雌螈產卵情況,發(fā)現有卵產出后,將卵粒全部移至空盒中并在盒蓋上標注產卵雌性編號,每天換水并測量記錄水溫,同時觀察卵的發(fā)育及孵化情況,孵化后幼體放回大涼螈的自然繁殖場中。

1.6 數據處理與分析

使用Jolly-Seber法[23]分析多次標記重捕的數據并估計繁殖種群大小。在進行比較前,先用Shapiro-Wilk test檢驗各組數據的正態(tài)性,及Levene′s test檢驗組間數據的方差齊性,進而選擇參數或者非參數的檢驗方法。最終選用t-test比較雌雄大涼螈頭體長、肥滿度差異,野外抱對雄性與非抱對雄性體重差異；對野外抱對雄性與非抱對雄性頭體長、肥滿度的差異則使用t′-test；而雌雄間體重、尾長、尾高、尾長占全長的比例,野外抱對雄性與非抱對雄性尾長、尾高、尾長占全長的比例之間的比較采用Wilcoxon rank-sum test。One-way ANOVA被用于比較三組不同時間點(5月23日前、5月23日—5月30日間、5月30日—6月6日間)進入繁殖場的雄性大涼螈間頭體長的差異,而體重的差異則由Kruskal-Wallis test檢測,接著利用q-test比較各組的秩。雌性大涼螈頭體長、體重及肥滿度與產卵量的關系用Pearson相關分析探討。分析中所有檢驗都是雙尾的且選取的顯著性水平(α)等于0.05,文中數據以平均值±標準差(Mean±SD)表示。分析軟件為SAS 9.3,做圖使用OriginPro 2017。

2 結果與分析

2.1 繁殖季與繁殖遷徙

2016年,首次發(fā)現雄性大涼螈個體的下水時間為4月25日,但未發(fā)現雌性個體和抱對現象；在2016年5月21日至6月14日及7月14日至8月22日兩個時間段內,共于繁殖場地周邊設置的2組圍欄陷阱中捕獲25尾大涼螈個體,其中成體13尾(9雄4雌),幼體12尾。5月20日下午布設好陷阱后,次日檢查便發(fā)現大涼螈(雄性)掉落,說明調查地大涼螈的繁殖季早于5月21日開始。7月23日最后一次觀察到成體大涼螈(雄性)掉落于陷阱中,8月1日首次在陷阱中發(fā)現剛變態(tài)登陸,仍保留有鰓跡的大涼螈幼體且之后陷阱內捕獲的均為該類幼體,對幼體的記錄除一只外均為遷出情況,測量結果顯示遷出幼體的平均頭體長為(40.95±2.58) mm,平均體重為(1.95±0.34) g。通過圍欄陷阱的實施,發(fā)現雄性較早遷入而較晚遷出,推測雄性大涼螈繁殖季從4月底持續(xù)到7月下旬,雌性進入繁殖場地時間晚,結束卻較早,約為5月中旬到7月初。

2.2 雄性繁殖種群大小及有效性比

2016年5—6月繁殖旺季期間進行了四次標記重捕,總標記個數為151只,其中雄性個體140只,雄性個體的重捕率在10.7%—33.3%之間；雌性個體11只,重捕率為零。歷次標記重捕結果見表1。

表1 種群標記重捕結果

結合表1中數據運用相應公式[23],可以估算2016年5月30日參與繁殖的雄性大涼螈種群數量為528尾,6月6日參與繁殖的雄性大涼螈種群數量為253尾,平均后可知,2016年研究的繁殖場附近大涼螈繁殖種群內約有雄性個體391尾。

從4次捕獲調查的結果來看,繁殖場中雌雄有效性比顯著偏雄,數值介于0.03與0.10之間(圖1),且后3次捕捉中,重捕到的電子標簽標記個體均為雄性,而未見雌性,說明雌性在繁殖場逗留的時間不超過一周(每次調查相隔7 d)。對雄性電子標簽掃描獲取標簽號可知其被標記日期,研究中將最后一次重捕到某一個體的日期與其被注射標簽日期的間隔作為該個體在繁殖場內停留時間的估計,發(fā)現24只雄性在繁殖場停留一到兩周時間,20只雄性在繁殖場停留兩到三周時間,還有6只雄性在繁殖場停留三周以上。

圖1 繁殖季內大涼螈種群性別占比變化 Fig.1 The operational sex ratio change of L. taliangensis during breeding season

對比不同時期進入繁殖場的大涼螈雄性個體的頭體長及體重數據發(fā)現,體長在3個時段內捕獲的雄性間差異不顯著(F2,137=0.92,P=0.4029),而體重在三組雄性間存在差別(KW=6.24,P<0.05),6月6日新捕獲的雄性體重顯著小于5月23日及5月30日新捕獲雄性的體重,具體數值見表2。

2.3 性二型性

將所有記錄到的雌性個體與所有記錄到的雄性個體的體征參數進行比較,發(fā)現雌性個體的頭體長、體重及肥滿度均極顯著大于雄性個體,而雄性個體的尾高及尾長占身體全長的比例則極顯著大于雌性個體,兩性間在尾長上沒有反映出差異。由此可知,繁殖季的大涼螈在形態(tài)上具有明顯性二型性,各項體征的具體數值及比較情況見表3。

2.4 雄性優(yōu)勢體征

對野外發(fā)現的12只處于與雌性抱對狀態(tài)中的雄性的體征指標與其余非抱對的雄性個體的各項體征指標比較顯示,處于抱對狀態(tài)的雄性個體在頭體長、體重及尾高三項上顯著大于非抱對雄性個體,而在尾長、尾長占全長的比例及肥滿度三項上沒有顯著差異,數據及比較結果羅列于表4中。

表2 不同時期進入繁殖場的雄性大涼螈頭體長及體重比較

體重數據右側上標的小寫英文字母若相同,則表明兩數據間差異不顯著,不同則差異顯著

表3 雌雄大涼螈體征參數比較

有44只雄性大涼螈只測量記錄了其頭體長和體重數據

2.5 產卵與孵化情況

記錄了28只雌性大涼螈室內條件下產卵的情況,發(fā)現大涼螈一次產出一粒卵,或者稍有粘連的兩粒卵,產出的卵大多各自分散落在飼養(yǎng)容器的底部,卵呈橢球形,外被三層卵膠膜,植物極乳黃色,動物極棕黑色。觀察到的平均產卵數為(176.11±96.35)枚,同時發(fā)現雌性大涼螈產卵量與頭體長、體重均并不存在相關關系(Pearson相關分析,P-value分別為0.8494、0.2698),而與肥滿度呈弱的正相關(P=0.0380, 圖2)。同時發(fā)現大涼螈的產卵方式為多次啟動,產卵持續(xù)2—4 d。水溫(19.9±3.0)℃(16.0—26.1℃)條件下,孵化期平均為15.7 d,室內孵化率最高達53.75%。同一雌性產出的一批卵粒,從第一枚孵化出幼體到所有卵完成孵化平均歷時4.5 d。幼體孵出時平均全長為9.74 mm(9.40—10.20 mm,n=16),具三對羽狀外鰓,眼的后下方有一平衡枝,始自背中部的尾背鰭發(fā)達。

表4 野外抱對雄性與非抱對雄性體征參數比較

圖2 雌性大涼螈產卵量與其肥滿度呈正相關 Fig.2 The egg-laying number of female L. taliangensis is positively correlated with its fatness

3 討論

3.1 繁殖季與繁殖遷徙

觀察繁殖場下水個體,結合圍欄陷阱掉落情況,能夠肯定栗子坪自然保護區(qū)公益海保護站附近大涼螈種群的繁殖季開始于4月底,7月23日最后觀察到有雄性大涼螈遷出調查地繁殖場,因此當地大涼螈繁殖季結束應在7月下旬。對比費梁等[21]的記錄(5—6月),本研究的結論將大涼螈繁殖季后延一個月。比較其他近緣物種的繁殖季節(jié)我們發(fā)現(表5),大涼螈的繁殖季開始時間晚于除紅瘰疣螈(Tylototritonshanjing)外的大部分疣螈及棘螈屬物種,持續(xù)時間較長,這可能與其分布海拔和緯度較高有關。對比來看,棘螈屬的琉球棘螈(Echinotritonandersoni)[1]與鎮(zhèn)海棘螈(E.chinhaiensis)[30],疣螈屬的棕黑疣螈(T.verrucosus)[27]及貴州疣螈(T.kweichowensis)[29],瑤螈屬的細痣瑤螈(Yaotritonasperrimus)、海南瑤螈(Y.hainanensis)與文縣瑤螈(Y.wenxianensis)[24]繁殖季大都開始于4月,其中琉球棘螈更被報導2月初即開始繁殖,而大涼螈5月開始繁殖遷徙的特點與紅瘰疣螈最為相似[28],繁殖期持續(xù)2個月則較細痣瑤螈、海南瑤螈、棕黑疣螈及鎮(zhèn)海棘螈的1個月為長,但較紅瘰疣螈及貴州疣螈的4個月,琉球棘螈的5個月及文縣瑤螈的6個月為短,這說明大涼螈的繁殖季節(jié)具備不同于其他疣螈屬、瑤螈屬以及棘螈屬等近緣屬物種的特點。但應注意的是,調查的栗子坪種群分布在海拔2100 m左右,而大涼螈這一物種的分布海拔跨度較大(1390—3000 m),要對其繁殖季節(jié)做出更準確的結論,應該增加調查所涵蓋的地理種群,如文縣瑤螈中就曾有過不同地理區(qū)域間繁殖季節(jié)不相一致的報道,甘肅的文縣瑤螈繁殖季為每年4—9月[25],而湖南懷化種群的調查結果則顯示為每年的5—6月[26],這可能與兩地的海拔差異相關,隨著海拔的升高,物候期常常發(fā)生延遲[31],延遲的重要原因可能是海拔高度差異造成的溫度效應[32]。

有尾兩棲類的繁殖遷徙活動中常存在性別間差異,一般雄性先于雌性遷入,且在繁殖場中停留時間較雌性更長[33-34]。研究發(fā)現雄性大涼螈約比雌性提前10 d進入繁殖場(雄性5月21日,雌性6月1日),而且在場內停留的時間大多在1周以上,雌性則會在交配產卵后迅速離開,這也與我們室內觀察其產卵歷時2—4天的情況相一致。由此可見,雄性大涼螈較雌性個體有更大的繁殖場內時間投入。鑒于大涼螈繁殖期求偶場內有效性比明顯偏雄的特點,可以肯定雌性個體是雄性繁殖成功的限制性資源,故而不難理解雄性個體更早地遷入繁殖場內的必要性,相反來看,雌性大涼螈在交配對象的選擇上并不面臨激烈競爭,同時可以進行多次交配[35],因此不需要提前進入繁殖場,而只在確保遷徙條件達到最適,移動過程中危險因素最小時才啟動繁殖遷徙。雌雄不同的遷徙模式,可能是內外環(huán)境共同作用的結果,外部溫度的上升促進動物的活動,而不同性別動物體內對環(huán)境刺激的反應閾值不同,比如雄性的閾值較低,環(huán)境的改變更早地達到引起其活動的低限[36]。對比發(fā)現,大涼螈的繁殖遷徙模式與文縣瑤螈[25]較為相似,而與紅瘰疣螈[28]及光滑掌螈[37]雌雄同時遷入繁殖場的物候特征不同。

表5 大涼螈與近緣物種繁殖習性比較

大涼螈繁殖場內的有效性比隨著日期而發(fā)生改變(0.10, 0.03, 0.04, 0.05),但歷次調查結果均是顯著偏雄,這與貴州疣螈[29]及文縣瑤螈[26]的情況完全一致,而與紅瘰疣螈性比始終偏雌的情況相反[28],產生這一差異的原因可能與求偶和產卵場地選擇相關。由表5可知,大涼螈與貴州疣螈及文縣瑤螈一樣,求偶場地與產卵場地并不分離,而紅瘰疣螈的求偶活動在棲息地周圍的水渠或旱地進行,產卵則在有水的稻田內完成,遷來稻田的紅瘰疣螈個體多為雌性,從而導致該物種報道中繁殖期性比偏雌。對雌性個體在求偶交配產卵后迅速離開繁殖場的研究則在上述物種中取得了較一致的結論,紅瘰疣螈40%的雌性在稻田內停留的時間不會超過4 d,即產卵結束后便離開水域遷徙回陸地生境生活,目前尚未發(fā)現疣螈屬或瑤螈屬物種雌性具備護卵行為。對雄性在繁殖場停留時間較長的解釋一般是盡可能地獲取潛在交配機會,大涼螈某些雄性個體在繁殖場逗留的時間能達到三周以上,而非繁殖季營陸棲生活的文縣瑤螈雄性個體交配季節(jié)在水中滯留時間更長,可達1—2月[25]。

形態(tài)大小的差異可能導致繁殖遷徙時間的不同[38],在許多季節(jié)性繁殖的物種中,個體質量的高低與繁殖成功的概率密切聯(lián)系,身體大小又常常成為衡量個體質量的標準,高質量的雄性極有可能比低質量的雄性提前到達繁殖場從而獲得更高的繁殖成功率,或低質量的個體則可能稍晚進入繁殖場從而回避激烈的競爭[39]。從三批不同時間段遷入調查地繁殖場的雄性大涼螈的頭體長和體重對比情況來看,時間順序上最后遷入的一批雄性個體在體重上顯著小于先前兩批雄性,由此推測大涼螈中營養(yǎng)狀況較差的個體以回避競爭的方式決定進入繁殖場的時機。而在近緣種紅瘰疣螈中,情況則完全相反,體型較小的雄性會提前到達繁殖場,以優(yōu)先效應保證自身競爭優(yōu)勢[28]。

3.2 性二型性與雄性競爭

關于大涼螈雌雄個體的性二型性已有報導[21]：兩性差異描述主要集中在繁殖期兩性泄殖腔形狀上的區(qū)別：雄螈泄殖腔不呈丘狀隆起且肛裂較長,雌螈泄殖腔呈丘狀隆起且肛裂較短。另外,雄螈前肢上臂內側獨有橘紅色橢圓形或條帶狀斑塊。本研究通過數據比較發(fā)現,除以上兩點外,大涼螈雌雄間差異其實還表現在頭體長、體重、尾鰭高、尾長占全長比例及肥滿度等體征參數上。其中頭體長、體重和肥滿度均反映個體體型大小,此三項均為雌性個體占優(yōu),主觀視覺感受上表現為雌螈身體較渾圓,而雄螈較纖長,基本符合所有近緣物種中的已有報道[40]。一般來說,雌雄兩性分配于營養(yǎng)生長和生殖生長的資源和能量存在一定差異,從而導致兩性異形。兩棲動物體型的性二型性遵循許多變溫脊椎動物的模式,即雌性大于雄性,這與雌性繁殖選擇壓力相關[41-43]。雌性大涼螈的肥滿度顯著大于雄性,且肥滿度與雌性產卵數正相關,暗示雌性大涼螈經受繁殖力選擇。而尾鰭更高和尾長占全長比例更大說明了雄性大涼螈在水中運動能力強于雌性[44],這與其在靜水環(huán)境中求偶時從下方抱握并背負雌性泳動的行為相適應[45-46]。

高度偏雄的有效性比決定了雄性大涼螈間存在較大的競爭壓力,強大的壓力將可能導致形態(tài)特征上的選擇。目前在野外的觀察中尚未發(fā)現雄性大涼螈具有攻擊或占區(qū)行為,但其較雌性更早出現于繁殖場,且求偶時具有多個雄性個體爭奪同一雌性的現象。比較野外自然抱對的雄性與非抱對雄性的體征參數發(fā)現,野外抱對雄性的頭體長、體重跟尾高均顯著大于非抱對雄性,說明體型大且運動能力強的雄性具備配偶競爭的優(yōu)勢?？紤]到大涼螈求偶過程中存在雄性腹抱雌性的行為,且抱握過程中雄性背負雌性的同時尚需避開其他同性競爭者[47],說明雄性求偶需要大量能量投入。大體型個體能夠更多或更持久地抱握雌性,而更發(fā)達的尾鰭有利于雄性泳動,使其能夠更快地對雌性發(fā)起抱握,并迅速遠離同一繁殖場中的競爭對手,從而獲得競爭的優(yōu)勢, 此為性選擇的結果。