澤陸蛙消化道系數的性別差異和季節彈性

王 宇， 陳 超， 王曉旋， 徐櫻藝， 鄔怡靜， 胡一中

(浙江師范大學 化學與生命科學學院,浙江 金華 321004)

表型是指有機體中可觀察的結構與功能特征，包括形態結構、生理特征、生態行為和生活史特征等[1].為適應環境條件的變化，有機體的表型在內部基因的調控下可發生可逆性反應[2]，這種現象被稱作表型彈性(phenotypic flexibility).有機體的不同表型對于適應變化的氣候具有重要意義，其多種臟器的大小會隨季節波動而出現適應性改變[3].其中，消化器官對環境變化反應高度敏感，其重量、長度和消化酶活性都表現出明顯的表型彈性[1].作為重要的外溫動物類群，兩棲動物的腸道大小[4]和組織學結構[5]，以及取食等活動[6]都與季節或性別有關.如黑斑側褶蛙(Pelophylaxnigromaculata)的體重、體長、胴體濕重系數和多項消化道的系數均存在性別和季節差異[7]；中華蟾蜍(Bufogargarizans)在體重、體長及腎臟、脾臟等內臟器官上存在性別和季節差異[8]；花背蟾蜍(Buforaddei)則在體重上存在性別和季節差異，而在胴體濕重、胴體干重、體長、消化道總長、胃長、小腸長、小腸的橫截面直徑、絨毛高度和上皮細胞高度，小腸淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的活力等方面表現出季節變化[1].然而，關于其他兩棲動物消化道表型彈性的野外證據仍十分缺乏.

澤陸蛙 (Fejervaryamultistriata)，隸屬于兩棲綱(Amphibia)、無尾目(Anura)、叉舌蛙科(Dicroglossidae)，廣泛分布于我國大部省份和東南亞地區，是我國長江下游水稻產區最常見的蛙類，主要棲息于農田生態系統的水生環境中[9].根據對澤陸蛙的解剖學觀察，澤陸蛙的消化道可分為口咽腔、食道、胃、小腸和大腸等部分.研究發現，澤陸蛙雌雄個體消化系統的各個組成部分的測量絕對值有較大差異，因此認為消化系統的結構與其食性相適應[10]；此外,澤陸蛙身體大小的變化可能是由于繁殖季節可利用食物量的變化所引起[11].當前，雖然已有眾多學者對澤陸蛙的消化道展開了解剖學、組織學、免疫組織化學等方面的研究，也有學者發現澤陸蛙消化系統的雌雄差異與個體大小和季節的相關性，但對于澤陸蛙消化道表型彈性的具體性別差異和季節動態尚未見報道.本文以分布于浙江金華地區的澤陸蛙為研究對象，通過比較分析春、夏、秋季雌、雄澤陸蛙消化道重量和長度的變化，在器官水平上對表型彈性理論進行了驗證，為兩棲動物比較形態學研究提供了基礎資料.

1 材料與方法

1.1 實驗動物

分別于2015年4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)，在浙江省金華市浙江師范大學校園內捕捉成體澤陸蛙，共捕獲30只雌蛙和30只雄蛙，3個季節捕獲的樣本數均為10只雌蛙和10只雄蛙.其中，以個體體長大于25 mm作為判斷澤陸蛙成體和亞成體的標準[12]，各個體經后續解剖觀察以出現精巢或卵巢為依據判斷各個個體的性別.

1.2 取 材

分別用Sartorius BP310S電子天平(精度為0.001 g)稱量動物體重，桂林廣陸數字測控股份有限公司SF2000電子數顯卡尺(精度為0.01 mm)測量頭體長后，將蛙處死并解剖分離出消化道的食道、胃、小腸和大腸等4段.用電子數顯卡尺測量自然狀態下消化道各段的長度.用剪刀縱剖開消化道各段后用任氏液進行反復沖洗，并用濾紙吸干附于消化道表面的液體，然后對消化道各段的濕重進行稱量.用錫箔紙分別包裹胴體和消化道各段，之后置于65 ℃電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司DHG-9245A型，精度為0.5 ℃)烘至恒重，分別稱量錫箔紙和含有錫箔紙的胴體和消化道各段的總質量(精確到0.001 g).各相關指數計算公式如下：

總消化道長 (mm)=食道長+胃長+小腸長+大腸長;

干重(g)=烘干后的相關組織和錫箔紙的總重量-包裹相關組織的錫箔紙的紙重；

濕重(或干重)系數(%)=濕重(或干重)/體重(或胴體干重)×100%；

長度系數(%)=相關組織長度/體長×100%.

1.3 統計分析

用SPSS 21統計軟件對實驗數據進行統計分析.首先，使用Shapiro-Wilk test和Bartlett法分別對數據的正態性和方差同質性進行檢驗，若數據不服從正態分布，則將體重和體長等測量大小數據進行自然對數轉換或將各系數數據進行反正弦轉換使其符合參數檢驗的要求.以季節和性別為自變量對各項指標進行雙因素方差分析(two-way ANOVA)，若2個因素之間出現顯著交互作用，則固定其中一個因素，以另一個因素進行單因素方差分析(one-way ANOVA)或t檢驗，并以Tukey HSD法對多組數據之間的差異顯著性進行比較；若2個因素之間無顯著的交互作用，則進行雙因素主效應分析.數值均以平均值±標準誤差 (Mean±SE) 表示，顯著性水平α=0.05.

2 結 果

2.1 澤陸蛙體重、體長、胴體濕重及干重系數的性別和季節差異

性別和季節對澤陸蛙的體重、體長和胴體濕重系數有顯著的交互作用(P<0.05)，但對胴體干重系數無影響(P>0.05)，見表1.

表1 各消化道系數的雙因素方差分析

單因素方差分析或t檢驗結果顯示，夏季雌性澤陸蛙的體重高于雄蛙，雌雄蛙的體重夏季均顯著高于春季和秋季(見圖1A)；雌雄蛙的體長在夏季均顯著高于春秋季，而在春季和秋季間無明顯差別，不同性別的澤陸蛙在體長上無顯著差異(見圖1B)；胴體濕重系數夏季雄蛙大于雌蛙，雄蛙春季的胴體重系數顯著小于夏秋季節，雌蛙夏季則明顯低于春秋季(見圖1C).雙因素主效應分析表明，性別顯著影響胴體干重系數(P<0.05)，且雄蛙大于雌蛙；在不同季節間，雌雄蛙的胴體干重系數差異不顯著(見圖1D).

a，b表示組間的差異顯著性，相同字母組間差異不顯著，不同字母表示組間差異顯著

2.2 澤陸蛙總消化道及各段濕重系數的性別和季節差異

性別和季節對總消化道濕重系數、小腸濕重系數和大腸濕重系數有顯著的交互作用(P<0.05)，但對食道濕重系數和胃濕重系數無影響(P>0.05)(見表1).控制性別或季節其中一個變

a，b表示組間的差異顯著性，相同字母組間差異不顯著，不同字母表示組間差異顯著

量后的單因素方差分析或t檢驗結果顯示，秋季澤陸蛙的總消化道濕重系數和大腸濕重系數雌蛙均顯著大于雄蛙，而小腸濕重系數則是雄蛙大于雌蛙；在春夏季不同性別之間并無顯著差異(見圖2).不同季節總消化道系數，雌蛙是秋季高于夏季，春秋季和春夏季之間無差異；雄蛙是春秋季高于夏季，春秋季之間無差異(見圖2A).小腸濕重系數在雌蛙是春季高于秋季，春夏季和夏秋季之間的差異不顯著；在雄蛙則是春秋季明顯高于夏季，春秋季之間差異不顯著(見圖2C).大腸濕重系數方面，僅雌蛙秋季明顯高于春夏季，在雄蛙中差異不顯著(見圖2D).雙因素主效應分析表明，食道濕重系數和胃濕重系數顯著受到季節影響(P<0.05)，呈現出春季高于秋季的趨勢(見圖2B)，而與性別無關(見表1).

2.3 澤陸蛙總消化道及各段干重系數的性別和季節差異

性別和季節對總消化道干重系數、食道干重系數、胃干重系數和大腸干重系數無顯著的交互作用(P>0.05)，但對小腸干重系數有顯著的交互作用(P<0.05)(見表1).單因素方差分析結果顯示，小腸干重系數在不同季節間呈現顯著的差異，而在不同性別間的差異不顯著.雙因素主效應分析結果顯示，總消化道干重系數、食道干重系數、胃干重系數和大腸干重系數在不同季節上存在顯著的差異，而只有總消化道干重系數還在不同性別間具有顯著差異.

2.4 澤陸蛙總消化道長及各段長度系數的性別和季節差異

性別和季節對總消化道長度系數、食道長度系數、胃長度系數、小腸長度系數和大腸長度系數均無顯著的交互作用(P>0.05)(見表1).雙因素主效應分析表明，食道長度系數和胃長度系數均存在顯著的季節間差異，而總消化道長度系數和小腸長度系數則均存在明顯的性別間差異，大腸長度系數在不同季節和不同性別間均不存在差異(見表1).

3 討 論

澤陸蛙是我國南方大多數地區常見的兩棲動物之一，冬季冬眠，夏季繁殖.作為對外界環境條件的適應性反應，澤陸蛙的體重、體長和消化器官的大小皆表現出季節性彈性，這對其生存和繁殖具有十分重要的意義.探究消化道在不同性別、不同季節中的變化，對研究澤陸蛙在漫長的進化中形成與自然和繁殖行為相適應的彈性變化具有重要的現實意義.

3.1 澤陸蛙體重、體長、胴體濕重及干重的性別和季節差異

不同性別的澤陸蛙在繁殖活動中承擔不同的任務，雌性主要將營養物質用于育肥、性腺的發育和產卵，而雄性個體則將能量主要用于覓食、爭奪配偶等活動，因此，二者在夏季的能量消耗并不相同，在體重、胴體干重和胴體濕重上會出現顯著的雌性個體大于雄性的現象.據研究，在整體水平上，中華蟾蜍、黑斑側褶蛙等蛙類的雌性個體的體重和體長也均顯著高于雄性個體[13-14].

澤陸蛙經過冬季長達3～4個月的冬眠后在春季復蘇，此時為維持冬眠期的能量消耗，澤陸蛙體內的脂肪轉換為能量，因此其體重下降極大，并處于一年中體重的最輕狀態；此后，為在夏季進行繁殖，澤陸蛙不斷的大量進食，使體重急劇上升；而在秋季，澤陸蛙經過繁殖后體重又會有所下降.因此，澤陸蛙的體重會在不同季節中出現顯著的變化.每年4—10月，澤陸蛙的捕食達到盛期[15]，其所獲取并積累的營養物質主要儲存在肝臟和脂肪體中[16]，儲存在胴體的營養物質所占的比例并不大，對胴體干重的影響并不大.因此，澤陸蛙的干重同黑斑側褶蛙[13]、中華蟾蜍[8]、花背蟾蜍[1]等蛙類類似，一般不會隨季節的變化出現明顯的差異.但是，在繁殖后期的秋季，澤陸蛙為滿足冬季冬眠期的能量和水分消耗，會將較多的水分和營養物質儲存在肝臟，其胴體濕重在10月份達到最高[15]，并且出現明顯的季節變化.研究顯示，中華蟾蜍雄蛙的含水量在入眠前達到最大[8]，這與澤陸蛙其胴體濕重在10月份達到最大值的彈性變化是相似的.

研究中發現，澤陸蛙的體長在夏季顯著高于春秋兩季，這一現象的出現可能是由于秋季所采集的樣本較多是當年生的澤陸蛙個體.不同年齡澤陸蛙在體長上的差異造成了秋季澤陸蛙個體體長小于夏季,如此前對澤蛙、華西蟾蜍、中國林蛙等[17-19]的體長和年齡結構研究都發現,體長與年齡結構具有一定的相關性.

3.2 澤陸蛙消化道重量的性別和季節差異

澤陸蛙的總消化道濕重和干重均呈現出明顯的季節性和性別差異.究其原因是，澤陸蛙的小腸與大腸濕重具有明顯的性別差異，且在春夏兩季均是雌蛙重于雄蛙，但是在秋季雌蛙則低于雄蛙.這可能與不同性別的澤陸蛙在不同季節的生活習性及在繁殖后代中承擔著不同的角色有關.雌蛙在春夏兩季進入捕食盛期，長期處在繁殖準備期與繁殖期，并且要孕育下一代所需要的能量和消耗的能量均要明顯大于雄蛙.同樣這也是雌蛙胃腸濕重在夏季達到頂峰的原因，而雄蛙在繁殖期所消耗的能量較少，并且在秋季為了到來的冬眠做了大量的與能量儲蓄相關的行動，從而出現了雄蛙胃腸的濕重與干重的數值頂峰不是在夏季而是在秋季的情況.

消化道作為動物消化食物和吸收營養物質的場所，其重量與所攝取食物的重量及食物中營養物質的含量有關.對中華蟾蜍受短期禁食和重喂食的干擾下的體重及其臟器進行研究，發現在器官水平上，動物主要依賴適度饑餓而導致的心肌功能的提升和消化道的可塑性來應對變化的食物條件[14].澤陸蛙的總消化道濕重和干重均呈現明顯的季節性變化，這與每個季節的食物豐盛度有關.澤陸蛙雌蛙的消化道濕重系數秋季明顯高于另2個季節，而雄蛙則無明顯差異；在春、夏兩季，雄蛙的消化道系數明顯高于雌蛙，而秋季兩種性別的澤陸蛙則無明顯差異.這是由于雌蛙和雄蛙在繁殖下一代的性別角色差異所決定的，如在黑斑側褶蛙、中華蟾蜍等兩棲類雄性的精巢濕重及干重均無季節差異，但是雌性個體的卵巢、輸卵管等重量均在秋冬季達到最大值[8,13]，也就是說雌蛙的春夏兩季所積累的能量較雄蛙來說有較多的能量用于繁殖后代相關器官的生長發育，如脂肪體、卵巢和輸卵管等的發育，但是由于秋季不用為繁殖后代所準備，因此，雌蛙消化道系數在秋季會大大增加；而雄蛙在下一代的繁殖中所扮演的角色決定了其流向繁殖所需的能量并不會特別多，因此在各個季節中，消化道所占比重無明顯變化，在秋季拜托繁殖下一代壓力的雌蛙的系數也與雄蛙相似.

小腸作為消化吸收的主要場所，其濕重的季節性變化與性別變化基本上與總消化道的變化保持一致.但是雌蛙小腸濕重與雌蛙總消化道濕重的季節性差異仍然具有較大的差異，雌蛙的小腸濕重頂峰在春天，而雌蛙總消化道濕重的頂峰是在秋天.這與其冬眠和夏天繁育的習性是密不可分的.冬眠過后，雌蛙為大量繁育后代做準備，需要吸收大量的營養物質讓身體的發育水平達到標準.因此,作為消化吸收的主要場所的小腸在春天成為雌蛙濕重增加最快的部位，其在春天濕重達到頂峰.而秋天主要是為了度過漫長的冬日做準備，并且經過春夏兩季的積累消化道濕重總體都得到大幅度的增長，而小腸在經過春季濕重的大幅度增長后，在夏秋反而增長幅度不再如春季那么明顯.

3.3 澤陸蛙消化道長度的性別和季節差異

胃腸道是能量攝入和能量分配二者之間的功能性的聯結，因而在器官進化過程中，可能經歷許多選擇性的壓力[20].食道、胃表現出了明顯的季節性差異，其中胃長度在秋季達到最大值，花背蟾蜍的胃也在秋季達到了最大值[1]，食道在春季達到最大值.澤陸蛙在結束冬眠后的春季對食物的攝入需求急劇增加引起了食道的膨大，同樣較長的冬眠準備期使得澤陸蛙的胃在秋季急劇地膨大.小腸長度在不同季節表現出了明顯的雌蛙長于雄蛙的性別差異.小腸是動物進行消化和吸收最重要的器官組織，它的長度在一定程度上決定了個體營養物質的吸收能力.雌蛙由于在繁殖過程中扮演者孕育者的角色，需要積累大量的能量和營養物質提供給卵細胞的發育，因此，在同一季節，雌蛙的小腸長度會明顯長于雄蛙，這是一種與自然和繁殖行為相適應的表現.

在對澤陸蛙的消化道表型彈性的研究中不難發現，其消化道所表現出的季節差異與性別差異都是與其食物變化、季節變化及性別角色所承擔的功能相適應，這種相適應有助于提高澤陸蛙的生存能力和對環境的適應能力.