雷山髭蟾蝌蚪形態(tài)學(xué)分析

孟立霞,王 召,楊 健,朱秀芳

(1.凱里學(xué)院,貴州凱里 556011;2.漢江師范學(xué)院,湖北十堰 442000)

髭蟾屬(Vibrissaphora)隸屬兩棲綱(Amphibia)無尾目(Anura)角蟾科(Megophryidae),原隸屬鋤足蟾科(Pelobatidae),為中國特有屬。劉承釗等[1]通過形態(tài)學(xué)特征將髭蟾屬劃入角蟾科,雄性在繁殖期上唇緣生有角質(zhì)刺,俗稱“角怪”“胡子蛙”。目前已知髭蟾屬有峨眉髭蟾(V.boringiiLiu)、崇安髭蟾指名亞種(V.liuiliuiPope)、崇安髭蟾瑤山亞種(V.liuiyaoshanensisLiu and Hu)、雷山髭蟾(V.leishanensisLiu and Hu)、哀牢髭蟾(V.ailaonicaYang,Chen and Ma 1983)、原髭蟾(V.promustacheRao,Wilkinson et Zhang)6個(gè)種(或亞種)[2]。雷山髭蟾僅分布于貴州雷公山,分布區(qū)域非常狹窄,主要棲息在海拔800 ～2 100 m、植被類型保存完好、溪流水源充足的常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針葉混交林以及針闊混交林下的山間小溪附近[3]。成體一般產(chǎn)卵在林間小溪扁平石塊下;卵40 d左右孵出蝌蚪;蝌蚪完成變態(tài)過程要越過2個(gè)冬天,從卵發(fā)育成成體需要3年時(shí)間[4]。成蟾多爬行,不善跳躍,行動(dòng)緩慢,容易遭天敵捕食;其蝌蚪期長,易遭天敵吞食,成活率低。近年來,雷山髭蟾的棲息環(huán)境遭到破壞,當(dāng)?shù)鼐用翊罅坎妒忱咨谨隗赋审w、蝌蚪甚至卵,使得雷山髭蟾的數(shù)量呈現(xiàn)急劇減少的趨勢,面臨滅絕的危險(xiǎn)。國家林業(yè)和草原局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的2021年2月1日起實(shí)施的《國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物名錄》中,雷山髭蟾被列為國家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物[5]。

目前已發(fā)表有關(guān)雷山髭蟾研究論文20多篇,主要關(guān)于雷山髭蟾的生物學(xué)基本特征[6]、雷山髭蟾成體及幼體的生態(tài)環(huán)境[3,7-8]、卵群發(fā)育[9-10]、種群動(dòng)態(tài)[11]、種群歷史[12]、保護(hù)與發(fā)展[4,13]、繁殖期雷山髭蟾性二態(tài)分析及求偶鳴聲[14]、微衛(wèi)星DNA標(biāo)記[15]、MHC Ⅰ類基因的多態(tài)性與進(jìn)化分析[16]、線粒體全基因組[17]、營養(yǎng)成分分析及評(píng)價(jià)[18-19]等。目前尚未見到采用多變量形態(tài)學(xué)分析方法對(duì)雷山髭蟾蝌蚪形態(tài)特征進(jìn)行分析的報(bào)道。雷山髭蟾是我國特有的珍稀保護(hù)動(dòng)物,關(guān)于其生活史方面的研究很少。為了解雷山髭蟾蝌蚪的形態(tài)學(xué)特征,筆者采用多變量形態(tài)學(xué)分析方法對(duì)雷山髭蟾蝌蚪的全長、體高、尾長、尾高等18項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測量,并對(duì)其進(jìn)行方差分析、主成分分析和聚類分析,分析雷山髭蟾蝌蚪不同全長段間形態(tài)特征的差異,了解雷山髭蟾蝌蚪在野外自然狀態(tài)下的生長發(fā)育情況及其適應(yīng)水生生活的形態(tài)特征,旨在為雷山髭蟾蝌蚪的生物學(xué)特征積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣本的采集2020年12月在雷公山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)格頭村、仙女塘和康利水廠附近的溪流采集雷山髭蟾蝌蚪(圖1),采集樣本數(shù)74只。為減少該研究對(duì)雷山髭蟾蝌蚪的影響,對(duì)雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行測量后及時(shí)將其放回溪流,所測量蝌蚪均在自然條件下生長發(fā)育。

圖1 雷山髭蟾蝌蚪采集地點(diǎn)Fig.1 The collection sites of V. leishanensis tadpoles

1.2 體重和形態(tài)指標(biāo)測量使用電子天平稱量雷山髭蟾蝌蚪的體重,精確到0.01 g。使用電子數(shù)顯卡尺對(duì)雷山髭蟾蝌蚪的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行測量,精確到0.01 mm,共測量全長、吻肛距、尾長、尾高、體寬、體高、上尾鰭高、下尾鰭高、吻出水孔距、眼前頭長、吻鼻距、鼻間距、眼徑、眼間距、口寬、吻肛距、尾基寬17項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)。依據(jù)組距式分組法,結(jié)合雷山髭蟾蝌蚪全長數(shù)據(jù)及樣本數(shù),以50 mm為組距,將全部樣本分為3個(gè)組:0～50 mm組的樣本有3只(1～3號(hào)樣本),51～100 mm 組的樣本有62只(4～65號(hào)樣本),101～150 mm組的樣本有9只(66～74號(hào)樣本)。

1.3 數(shù)據(jù)處理為消除雷山髭蟾蝌蚪個(gè)體間異速增長的影響,先使用Excel軟件將雷山髭蟾蝌蚪各外部形態(tài)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以10為底數(shù)的對(duì)數(shù)值,再使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雷山髭蟾蝌蚪的外部形態(tài)雷山髭蟾蝌蚪體形肥大,皮膚光滑,呈紅棕色,體尾有小黑點(diǎn);頭部呈淡紅色且有少許褐色塊斑,尾部具有淡黃色“V”形斑(圖2a、c、e),尾鰭半透明,尾肌強(qiáng)壯,尾末端鈍尖;吻端平圓,鼻孔近于吻兩側(cè)、靠近眼。眼在體前面的背側(cè);兩眼相距較遠(yuǎn)?？跒橄挛?具有發(fā)達(dá)的下頜肌及堅(jiān)硬的鋸齒狀下頜鞘,唇齒發(fā)達(dá)。腹部呈灰白色,嘴呈開“W”形(圖2b、d、f),盤曲的腸道等清晰可見,肛孔開口于腹部尾基中央。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪的全長41.75～49.63 mm,平均全長45.66 mm;全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪全長53.55～99.19 mm,平均全長75.33 mm;全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪全長100.44～118.30 mm,平均全長106.73 mm。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪尾部褐色斑點(diǎn)較為集中,且主要集中在基部,且后肢芽均未發(fā)育(圖2a、b)。全長51～100 mm組和全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪褐色斑點(diǎn)分布比較分散,下尾鰭和上尾鰭均有褐色斑點(diǎn)分布(圖2c～f)。全長51～100 mm組少部分蝌蚪后肢芽已生長,大部分蝌蚪未生長后肢芽。全長101～150 mm組的全部蝌蚪均具后肢芽,且生長程度不同。雷山髭蟾蝌蚪的四肢先后長出,后肢芽慢慢發(fā)育成后肢,后肢長出后再長出前肢。此次采集到的蝌蚪樣本不管有無后肢芽,均無前肢。

2.2 雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)分析

2.2.1雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)測量。雷山髭蟾蝌蚪的體重和形態(tài)指標(biāo)見表1。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪均無后肢,全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪部分有后肢,全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪均有后肢。

表1 雷山髭蟾蝌蚪的體重和外部形態(tài)指標(biāo)

2.2.2方差分析。先將3組雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以10為底數(shù)的對(duì)數(shù)值,再使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,結(jié)果見表2。由表2可知,雷山髭蟾蝌蚪體重、吻肛距、全長、尾長、尾高、體寬、體高、上尾鰭高、下尾鰭高、吻出水孔距、眼前頭長、吻鼻距、鼻間距、眼徑、眼間距、口寬、后肢芽長、尾基寬的P值均小于0.01,表明3組雷山髭蟾蝌蚪的18項(xiàng)指標(biāo)差異均極顯著。

表2 方差分析結(jié)果

2.2.3主成分分析。先將雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以10為底數(shù)的對(duì)數(shù)值,再進(jìn)行主成分分析,KMO值接近1(KMO=0.930),Bartlett球度檢驗(yàn)的P值小于0.01(P=0.000),表明所測數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。從18項(xiàng)指標(biāo)中提取特征值大于1的主成分有1個(gè)(圖3),因?yàn)檫@個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為76.351%,所以這個(gè)主成分保留了原有指標(biāo)的大部分信息。通過主成分得分系數(shù)矩陣(表3)可知,對(duì)主成分影響較大的指標(biāo)為體重(0.965)、全長(0.950)、眼間距(0.928)、體寬(0.907)、尾長(0.918)。

表3 公因子方差

圖3 主成分分析碎石圖Fig.3 Principal component analysis gravel diagram

主成分的得分值=體重×0.070+吻肛距×0.068+全長×0.071+尾長×0.070+尾高×0.069+體寬×0.070+體高×0.056+上尾鰭高×0.064+下尾鰭高×0.068+吻出水孔距×0.063+眼前頭長×0.053+吻鼻距×0.046+鼻間距×0.061+眼徑×0.050+眼間距×0.070+口寬×0.061+后肢芽長×0.061+尾基寬×0.069。

2.2.4聚類分析。將雷山髭蟾蝌蚪體重和形態(tài)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以10為底數(shù)的對(duì)數(shù)值,再進(jìn)行聚類分析。采用單個(gè)樣本進(jìn)行聚類分析,使用歐氏距離法對(duì)體重、全長、眼間距、體寬、尾長等18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析,聚類樹狀圖見圖4。74只雷山髭蟾蝌蚪共進(jìn)行73步聚類。以標(biāo)線5為基準(zhǔn),可分成五大類:5號(hào)樣本單獨(dú)為一大類(規(guī)定為第二類),1、2、3、4、6、7號(hào)樣本為一大類(第三類),51、54、55、56為一大類(第四類),57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74號(hào)樣本為一大類(第五類),其他樣本為第一類,第一類樣本最多(45個(gè));第一類和第二類聚為一支,再與第三類聚在一起;第四類和第五類聚在一起;前三類和后兩類的距離最遠(yuǎn)。全長0～50 mm組(1～3號(hào)樣本)與全長101～150 mm組(66～74號(hào)樣本)的雷山髭蟾蝌蚪關(guān)系最遠(yuǎn);全長51～100 mm組(4～65號(hào)樣本)的雷山髭蟾蝌蚪處于生長發(fā)育的過渡階段,與全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪有較近的關(guān)系,所以較多蝌蚪與該組蝌蚪聚為一類,而較少蝌蚪與全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪聚為一類。

圖4 雷山髭蟾蝌蚪形態(tài)指標(biāo)聚類分析Fig.4 Cluster analysis of the morphological indices of V. leishanensis tadpoles

3 討論

蝌蚪的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有種屬特征且能反映行為方式的獨(dú)特性[20]和棲息地水體質(zhì)量,蝌蚪的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究對(duì)于兩棲類的分類學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、保護(hù)學(xué)和生態(tài)學(xué)等研究具有重要價(jià)值[21]。雷山髭蟾的生活史具有水棲的蝌蚪期和陸棲的成體期2個(gè)階段,蝌蚪是其生命史中的一個(gè)重要時(shí)期。通過對(duì)雷山髭蟾蝌蚪外部形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行方差分析、主成分分析和聚類分析,可以得到雷山髭蟾蝌蚪外部形態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和區(qū)分的重要形態(tài)指標(biāo)。其體重、吻肛距、全長、尾長、尾高等18項(xiàng)指標(biāo)均差異極顯著,說明不同全長組的雷山髭蟾蝌蚪在形態(tài)特征方面存在明顯的差異。這與峨眉髭蟾蝌蚪的體形測量與分析結(jié)果(體重、體長、尾長等指標(biāo)均存在極顯著差異)相一致[20]。峨眉髭蟾和雷山髭蟾同屬于髭蟾屬,其蝌蚪的區(qū)分特征也相似。主成分1的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為76.351%;體重、全長、眼間距、體寬、尾長5個(gè)指標(biāo)對(duì)主成分的影響較大,說明雷山髭蟾蝌蚪的體重、全長和尾部形態(tài)是對(duì)其影響較大的指標(biāo),對(duì)雷山髭蟾蝌蚪的區(qū)分起到重要作用,可作為雷山髭蟾蝌蚪區(qū)分的重要指標(biāo)。全長0～50 mm組和全長101～150 mm 組雷山髭蟾蝌蚪形態(tài)特征差異較大,所以分別進(jìn)行聚類;全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪為生長發(fā)育過渡階段,與全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪形態(tài)特征差異較小,所以多數(shù)蝌蚪與該組蝌蚪聚為一類。此次調(diào)查是在冬季進(jìn)行的,當(dāng)年產(chǎn)的卵還未孵化,蝌蚪均為前一兩年出生、經(jīng)歷過1個(gè)或2個(gè)冬季,所以全長0～50 mm組蝌蚪數(shù)量很少;全長51～100 mm組的蝌蚪數(shù)量最多,多數(shù)為經(jīng)歷過1個(gè)冬天的蝌蚪,少數(shù)為經(jīng)歷過2個(gè)冬天的蝌蚪;全長101～150 mm組蝌蚪數(shù)量不多,為經(jīng)歷過2個(gè)冬天的蝌蚪,此全長組多數(shù)蝌蚪已經(jīng)發(fā)育為成體,離開溪流到附近的陸地生活。雷山髭蟾蝌蚪生長發(fā)育緩慢,且各時(shí)期發(fā)育時(shí)長不等[7]。同一時(shí)期的蝌蚪全長等形態(tài)特征相近,不同時(shí)期蝌蚪的形態(tài)特征差異顯著,主要是由長期適應(yīng)不同環(huán)境進(jìn)化形成的生物學(xué)特性決定的[9]。同時(shí),蝌蚪的體形及其他形態(tài)特征與所處環(huán)境有很大關(guān)系[22]。生活在同一區(qū)域的蝌蚪因環(huán)境相似,多數(shù)蝌蚪發(fā)育水平相當(dāng),全長也相近;在長期的生活史中,可能受蝌蚪密度[20]、甲狀腺激素調(diào)控[23-24]、水深[20]、食物種類等因素的影響[25],少數(shù)蝌蚪發(fā)育緩慢,全長明顯小于其他蝌蚪。溫度對(duì)蝌蚪發(fā)育時(shí)長的影響十分顯著,可能是因?yàn)轵蝌降纳L發(fā)育受體內(nèi)酶的影響,而溫度會(huì)影響酶的活性[26-27]。生活在不同區(qū)域的蝌蚪受溫度影響較大。樣本采集地格頭村與仙女塘和康利水廠相距約15.5 km,兩地海拔不同(格頭村海拔1 015 m,仙女塘和康利水廠海拔1 600 m)。海拔高的地區(qū)氣溫和水溫相對(duì)較低,水溫低則蝌蚪發(fā)育慢,水溫高則蝌蚪發(fā)育快。水溫的不同會(huì)導(dǎo)致同一期卵孵化的蝌蚪發(fā)育水平不同,蝌蚪大小等形態(tài)特征不同,這些差異反映了蝌蚪形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)生境適應(yīng)的可塑性[20]。

雷山髭蟾蝌蚪外部形態(tài)分析可為雷山髭蟾的生物學(xué)特征研究積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為髭蟾屬的物種分化研究提供基本信息。在沒有鑒定蝌蚪分期的情況下,該研究依據(jù)雷山髭蟾蝌蚪的全長將其分為3組,并對(duì)蝌蚪形態(tài)進(jìn)行分析。目前有關(guān)雷山髭蟾蝌蚪研究的報(bào)道很少,對(duì)其分期的精確劃分尚屬空白,而分期對(duì)雷山髭蟾蝌蚪種群的研究具有重要意義。Gosner分期法通過蝌蚪后肢和趾的形態(tài)變化來界定蝌蚪的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)分化程度,很多研究者質(zhì)疑其可靠性[28]。由于此次調(diào)查在冬季進(jìn)行,未能了解其他時(shí)期蝌蚪的發(fā)育狀況。建議今后進(jìn)行為期3年的跟蹤調(diào)查,并結(jié)合雷山髭蟾蝌蚪的全長、體重等指標(biāo)[29],采用常用的Gosner分期法對(duì)雷山髭蟾蝌蚪進(jìn)行分期,以全面了解雷山髭蟾蝌蚪的生長發(fā)育情況。