高溫和食物限制對大絨鼠能量代謝的影響

侯東敏　章迪　朱萬龍

摘要：指出了小型哺乳動物在食物缺乏的條件下往往會調節其能量代謝來適應這一環境條件。除了食物資源的影響以外，溫度也會影響動物的能量攝入和消耗。為了闡明高溫和食物限制對大絨鼠能量代謝的影響，對大絨鼠的體重、食物攝入量、能量消耗和一些其它生理指標進行了測定。結果表明：高溫對于大絨鼠的體重沒有影響，但降低了大絨鼠食物攝入量、靜止代謝率和非顫抖性產熱；褐色脂肪組織中的線粒體蛋白和解偶聯蛋白1含量高溫組顯著低于常溫組；限食對大絨鼠的體重影響顯著，但是對代謝率、線粒體蛋白和解偶聯蛋白1含量沒有影響。以上結果說明大絨鼠在高溫條件下降低代謝率和產熱可以增加其在食物限制的情況下的生存能力，暗示著在食物利用變化的情況下高溫可能對于大絨鼠的體重調節起著非常重要的作用。

關鍵詞：大絨鼠；高溫；食物限制；體重調節

中圖分類號：Q95

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8001204

1引言

小型哺乳動物在野外環境下往往會經歷食物匱乏的時期[1]。對于嚙齒動物而言，在食物短缺的條件下會采取不同的應對策略，如休眠、儲存食物或者是增加食物的利用效率[2]。研究表明不同的嚙齒類動物對于食物缺乏的應對策略是不一樣的[3，4]。如金黃刺毛鼠（Acomys russatus）會增加食物的利用效率，而沒有儲藏食物，但是狐尾小沙鼠（Gerbillus dasyurus）則主要通過儲存食物來應對食物短缺[2]。

大絨鼠（Eothenomys miletus）為橫斷山區固有種，中國特有種，主要分布于橫斷山及其附近地區。大絨鼠在冬季不會休眠，且其基礎代謝率高于體重預期值[5]，這就暗示著在食物缺乏的條件下，食物對于大絨鼠更為重要，因為要維持其高的基礎代謝率，必需要有食物攝入，同時也說明大絨鼠對于的食物的敏感性可能與其高的基礎代謝率有關。之前研究表明在常溫條件下食物限制可以影響大絨鼠的體重和能量代謝[6]。此外，橫斷山區日溫差較大，年溫差較小，棲息于橫斷山區的大絨鼠每天都要面臨高溫和低溫的脅迫，研究也表明低溫和限食會影響大絨鼠的體重調節[7]，說明溫度也是影響大絨鼠能量代謝的重要因素之一。

很多研究表明溫度會影響動物的產熱特征，表現為低溫會增加動物的基礎代謝率和非顫抖性產熱[8～12]。相反的，動物在高溫條件下會降低代謝率[13]。在高溫條件下，動物除了降低代謝率，還會降低食物攝入量[14]。可以推測是在食物限制的條件下，環境溫度對于動物的能量代謝會產生影響。為了研究高溫和限食是否會對大絨鼠的能量代謝產生影響，本研究測定了其體重、食物攝入量、靜止代謝率、非顫抖性產熱和其它產熱指標。最終闡明溫度和限食是怎么影響大絨鼠的生存的，為其生理生態學研究提供一些基礎材料。

2材料與方法

2.1動物來源

實驗所采用大絨鼠為人工飼養種群，置于透明塑料鼠盒內（260 mm×160 mm×150 mm）飼養，環境溫度為25℃，無巢材，每盒1只；每日喂以浸泡過的玉米，用塑料瓶供水。

2.2動物處理

挑選3～4月大的成年雄性大絨鼠（n=40），隨機分為4組：常溫自由取食組（25℃-ad），馴化環境為25 ±1 ℃，光照為12L∶12D的環境，自由取食，馴化42 d；高溫自由取食組（30℃-ad），馴化環境為30 ±1 ℃，光照為12L∶12D的環境，自由取食，馴化42 d；常溫限食組（25℃-FR），馴化環境為25 ±1 ℃，光照為12L∶12D的環境下馴化28 d，29～42 d食物攝入量為原始的80%；高溫限食組（30℃-FR），馴化環境為30 ±1 ℃，光照為12L∶12D的環境下馴化28 d，29～42 d食物攝入量為其自由取食量的80%。

2.3代謝率的測定

在第42 d室內進行靜止代謝率的測定，實驗前大絨鼠在呼吸室內靜置30 min左右，進入呼吸室后適應30 min，用澳大利亞生產開放式呼吸儀（AD Instruments，ML870）在熱中性區測定動物的靜止代謝率，溫度用上海博迅醫療設備廠生產的SPX-300型人工氣候箱控制。呼吸室為500 mL，進入呼吸室的氣體流量為200 mL/min，實驗溫度控制在（25±0.5）℃，實驗進行1.5 h，前0.5 h使動物適應呼吸室環境，之后記錄1 h，每隔1 min記錄1次，選取10個連續穩定的最低值來計算基礎代謝率[5]。在RMR測定后，皮下注射去甲腎上腺素（NE） 測定動物在25℃下的最大非顫抖性產熱（NST）。NE注射劑量經預備實驗確定為0.8 mg/kg BW，將注射NE后30 min內出現的最大耗氧量視為動物的NST[15]。

2.4攝食量的測定

從第1 d開始至第28 d結束，每3 d測定四組大絨鼠的攝食量和體重，定時定量給動物喂食（實驗前一天的11： 00～13： 00，食物9.5～10.5 g），次日小心收集剩余食物（每次收集時間均在11： 00～13： 00進行）。收集的食物在烘箱中干燥至恒重[16]。第29～42 d，每天測定大絨鼠的攝食量和體重，其中常溫和高溫限制組的攝食量為其自由取食量的80%。

2.5線粒體蛋白和UCP1含量的測定

第42 d，將動物處死，分離褐色脂肪組織，進行線粒體蛋白和UCP1含量的測定。蛋白質定量采用Folin-Phenol法，以牛血清白蛋白為標準，采用紫外分光光度計測定線粒體蛋白含量[17]。采用酶聯免疫法測定UCP1含量，具體方法詳見Zhao等[18]。

2.6統計分析

數據采用SPSS13.0軟件包進行處理。大絨鼠的體重和攝食量均采用雙因素方差分析（Two|way ANOVA）。靜止代謝率、非顫抖性產熱、線粒體蛋白和UCP1含量的差異采用雙因素方差分析（Two|way ANOVA）或雙因素協方差分析（Two|way ACNOVA），以體重作為協變量。結果均以平均值±標準誤表示（Mean±S.E.），P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

3結果

3.1體重和食物攝入量

實驗前四組大絨鼠的體重差異不顯著（溫度：F=0.26，P>0.05；食物：F=0.33，P>0.05）。42 d后高溫對于大絨鼠體重影響差異不顯著（F=0.64， P>0.05， 圖1）。而食物限制對于大絨鼠體重影響差異顯著（F=4.16，P<0.05， 圖1）。實驗前四組大絨鼠的食物攝入量差異不顯著（溫度：F=0.36，P>0.05；食物：F=0.29，P>0.05）。42 d后高溫對于大絨鼠食物攝入量影響差異極顯著（F=21.36， P<0.01， 圖2）。而食物限制對于大絨鼠攝入量影響差異極顯著（F=36.25，P<0.01， 圖2）。

3.2產熱特征

高溫對于大絨鼠靜止代謝率和非顫抖性產熱影響差異顯著（靜止代謝率：F=3.96， P<0.05， 圖3A；非顫抖性產熱：F=5.12， P<0.05， 圖3B），但是限食對于代謝率指標沒有影響。高溫對于大絨鼠線粒體蛋白和UCP1含量影響差異極顯著（線粒體蛋白：F=10.38 P<0.01， 圖3C；UCP1含量：F=15.39，P<0.01， 圖3D），但是限食對于線粒體蛋白和UCP1含量沒有影響。

4討論與結論

本研究結果表明食物限制對于大絨鼠的體重影響顯著，而結合溫度比較，高溫可以緩解大絨鼠體重降低的程度。高溫限食組大絨鼠的體重較常溫自由取食組降低了5.98%，而常溫限食組大絨鼠的體重較常溫自由取食組降低了8.21%。沒有出現大絨鼠死亡的現象，說明80%的限食對于大絨鼠的影響較小。同時本實驗室高溫馴化，大絨鼠在該條件下的不需要增加多的食物攝入來維持生存，這也是其體重沒有出現很大降低的原因之一。不同的物種對食物限制的反應是不一樣的，如狐尾小沙鼠可以在50%的限食條件下存活超過兩周，而金黃刺毛鼠可以在50%的限食條件下存活超過40 d[2]。小白鼠可以在80%的限食條件下存活[19]，大白鼠可以在10%～40%的限食條件下存活[20， 21]。以上結果暗示著食物限食程度對于存活率的影響存在著物種差異。

環境溫度可以影響動物的生理特征。先前的研究結果表明低溫和限食對于大絨鼠的生理特征影響顯著，低溫條件下大絨鼠的死亡率顯著增加[7]。本研究的結果也表明高溫同樣影響大絨鼠的產熱特征，這些說明在限食條件下溫度是影響大絨鼠能量代謝的重要因素。

圖3高溫和限食對大絨鼠產熱特征的影響

低溫可以影響大絨鼠增加死亡率，而高溫可以增加大絨鼠的存活率。靜止代謝率和非顫抖性產熱作為動物的主要能量消耗的方式，在低溫的體溫調節中起著重要的作用[18]。本研究結果表明限食可以降低大絨鼠的產熱，但是限食對于產熱特征影響不顯著。即使是大絨鼠在限食條件下降低代謝率，但是降低的代謝率不足以彌補食物的不足，最終導致限食組大絨鼠的體重降低。高溫顯著降低大絨鼠的靜止代謝率和非顫抖性產熱，這與很多的研究結果一致[22]。對于兩組限食組而言，由于高溫降低了大絨鼠的代謝率，因此在食物短缺的情況下，高溫組大絨鼠對食物的敏感性小于常溫組，導致42 d后高溫限食組體重高于常溫限食組。同時，高溫顯著降低了褐色脂肪組織中線粒體蛋白和UCP1含量，因此使得大絨鼠的非顫抖性產熱降低[23，24]。

綜上所述，高溫對于大絨鼠的體重沒有影響，但是影響大絨鼠的能量代謝。大絨鼠在高溫條件下降低代謝率和產熱可以增加其在食物限制的情況下的生存能力。暗示著在食物利用變化的情況下高溫可能對于大絨鼠的體重調節起著非常重要的作用。

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Abstract： The capacity of small mammals sustaining periods of food shortage largely depends on the adaptive regulation of energy metabolism in response to the decrease of food supply. In addition to food availability， ambient temperature （Ta） is an important factor affecting the rates of both energy intake and consumption. To examine the effect of warm temperature on energy strategy and the capacity to sustain food shortage， body mass， energy consumption and some other physiological indexes were measured. The result showed that warm exposure had no effect on body mass but decreased energy intake， resting metabolic rate （RMR） and non-shivering thermogenesis （NST）. The content of mitochondria protein （MP） and uncoupling protein 1 （UCP1） in brown adipose tissue （BAT） were significantly lower than in normal temperature group. Restricted food had a significant effect on the body weight of the feathered vesicles but had no effect on RMR， NST， MP and UCP1 content. All of the results suggested reducing the metabolic rate and heat production at high temperature conditions can increase its viability with food shortage， which indicated that warm acclimation plays an important role in adaptive body mass regulation in response to the variations of food availability.

Key words： Eothenomys miletus； warm temperature； food restriction； body mass regulation