云南高黎貢山10種高山雀形目鳥類卵殼顯微結構觀察

王官勝 王曉彤 梁 丹 羅 旭

( 1. 西南林業大學西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，云南 昆明 650224；2. 中山大學生命科學學院，廣東 廣州 510275)

卵是鳥類生長發育的起點，在形態、結構等方面有較穩定的特異性[1-2]，因此備受鳥類學家關注[3-7]。鳥卵殼是由 Ca、P、K 等元素構成[2，5]，硬化的鈣質硬殼為胚胎發育提供了一個安全舒適的場所[6，8]。卵殼橫截面由外向內分為表面結晶層、柵欄層、錐體層和殼膜層[2，9]，各層之間相互連通[10]，胚胎通過氣孔與外界環境進行氣體交換、水分蒸發和調節胚內溫度[11-12]。卵殼厚度越大，堅固性越好，抗壓能力越強[13-14]，越有利于水分保持，但較厚的卵殼卻不利于氣體交換；鳥類可通過增加氣孔數量，來減少厚卵殼對氣體交換所產生的負面影響[15-16]。卵殼結構與特定的環境相關[12]，是長期進化過程中對環境壓力適應的結果[17-18]。地面營巢的鳥類在卵殼外表面有一層透明蛋白質的保護膜，以防止微生物和病菌侵襲[1，11]。在相同生境中營巢的鳥類，因巢址位置[18-19]、巢類型[20]、產卵數量[21]等存在差異，卵殼結構也會不同。

高海拔地區一般具有氧氣稀薄、空氣濕度低等氣候特點[22]，鳥類的生存壓力較大[23]。已有研究發現，相較于低海拔地區繁殖鳥類，高海拔地區繁殖鳥類卵較大、窩卵數較小[24]。孫嘉辰等[12]對青藏高原高寒草甸繁殖鳥研究中發現預期氣孔率顯著高于氣孔率，Rahn等[25]在北美洛基山紅翅黑鸝(Agelaius phoeniceus)和喜馬拉雅山紅原雞(Gallus gallus)的卵殼研究中，發現低海拔個體的卵殼有效氣孔面積顯著高于高海拔個體。對家朱雀(Haemorhous mexicanus)的研究發現高濕度區域卵殼厚度和有效氣孔面積顯著高于低濕度區域，而且卵殼結構受濕度的影響比溫度更為明顯[26]。

本研究卵殼樣品于2015年4、5月采自高黎貢山海拔3000 m以上的高山生境，因受印度洋暖濕季風的影響，該地降雨充沛、空氣濕度非常大，年均降水量通常高于3000 mm[27]，與其他高海拔地區相較有顯著的高濕度的特征。本研究以該區域同域分布的高海拔雀形目鳥類為對象，通過掃描電鏡對鳥類卵殼顯微結構特征進行觀察分析，探討物種間顯微結構特征的差異，以及鳥卵顯微結構特征和筑巢位置的關系。

1 材料與方法

研究共采集了10種鳥16枚鳥卵的卵殼材料，其中白眉林鴝（Tarsiger indicus）、淡背地鶇（Zoothera mollissima）、純色噪鹛（Trochalopteronsubunicolor）、火尾綠鹛（Myzornis pyrrhoura）、異色樹鶯（Horornis flavolivaceus）、火尾太陽鳥（Aethopyga ignicauda）各采集了2枚鳥卵；藍眉林鴝（Tarsiger rufilatus）、黑頂噪鹛（T. affine）、黃額鴉雀（Suthora fulvifrons）、紅嘴鴉雀（Conostoma aemodium）各采集了1枚鳥卵。所有鳥卵均采自幼鳥出巢之后或者天敵破壞后被親鳥遺棄的巢，收集巢中的鳥卵或卵殼，編號后放入自封袋中干燥保存。

卵殼實驗處理參照常崇艷等[2]、蔣愛伍等[28]的方法，用鑷子在相同部位取下幾小塊卵殼，用雙蒸水浸泡24 h，然后自然風干。將樣品編號后粘在日立TM3030型掃描電鏡載物臺上，觀察卵殼的外表面、橫截面、柵欄層、殼膜后并拍照，得到卵殼表面光滑度、裂紋、乳突、殼膜纖維、芽突等描述性特征。測量性特征在軟件Motic Images Advanced 3.2中進行測量，包括卵殼厚度（μm）、各層厚度（μm）、卵殼表面氣孔孔徑（μm）、柵欄層蜂窩小孔孔徑（μm）、殼膜纖維直徑（μm），為獲取每個卵卵殼厚度、各層厚度及孔徑和直徑數據，本研究選擇5個不同視野進行觀察，每個視野分別拍一張照片取6組數據，每項特征樣本量n=30，卵殼厚度為表面結晶層、柵欄層和錐體層之和。統計表面氣孔密度（100 μm2內的個數）、柵欄層蜂窩小孔密度（100 μm2內的個數）、殼膜纖維的密度（100 μm2內的條數）。而每個卵的密度數據，本研究選擇5個不同視野進行觀察，每個視野分別拍一張照片取4組數據，每項特征樣本量n=20。測量性特征數據統計值采用平均值±標準差表示。

不同營巢位置卵殼微觀結構可能存在差異，本研究將10個物種分為地面營巢和樹上營巢兩組。對不同營巢位置的鳥卵顯微特征進行比較分析，用單樣本K-S檢驗對數據樣本進行正態性檢驗。符合正態分布的數據進行獨立樣本的T檢驗，不符合正態分布的數據則采用2個獨立樣本的K-S檢驗，上述統計分析在SPSS17.0中完成。

2 結果與分析

2.1 描述性特征比較

對10種雀形目鳥類卵殼的顯微結構觀察發現，顯微結構大體特征相同，卵殼都是由表面結晶層、柵欄層、錐體層和殼膜層構成。在觀察鳥卵殼表層時，純色噪鹛、黑頂噪鹛、淡背地鶇、黃額鴉雀、紅嘴鴉雀、藍眉林鴝卵殼上未觀察到表層有透明蛋白質的保護膜，在火尾太陽鳥、火尾綠鹛、異色樹鶯、白眉林鴝的表層上觀察到透明蛋白質的保護膜。純色噪鹛、黑頂噪鹛、淡背地鶇及白眉林鴝的卵殼表面平滑，而火尾太陽鳥、火尾綠鹛等其他6種鳥類卵殼表面不平滑。在每種鳥卵殼的表面都觀察到有裂紋，均呈不規則分布，不同物種之間存在裂紋數量、裂紋長短的差異。純色噪鹛、火尾綠鹛、異色樹鶯、紅嘴鴉雀的柵欄層結構為平板狀結構，其余6種為巖層片狀結構。觀察到的乳錐形狀大致有3種，黑頂噪鹛和火尾綠鹛的卵殼乳錐為球狀，白眉林鴝、黃額鴉雀的卵殼乳錐形狀為塊狀，純色噪鹛、異色樹鶯、淡背地鶇、紅嘴鴉雀、藍眉林鴝、火尾太陽鳥的卵殼乳錐形狀均為花朵狀。孵化后卵殼中乳錐形狀均為不規則的晶體狀，如火尾太陽鳥和火尾綠鹛。在黑頂噪鹛、火尾太陽鳥、火尾綠鹛的殼膜纖維上未見球狀芽突，其余7種都具有芽突（見圖1、表1）。

圖1 卵殼顯微結構示意Fig. 1 Eggshell ultrastructures of the study birds

表1 十種雀形目鳥類卵殼顯微結構特征對比Table 1 The eggshell ultrastructure traits in 10 passerine species

2.2 可量性特征的比較

對10種鳥類表層孔徑和密度、蜂窩小孔孔徑和密度，殼膜纖維直徑和密度進行測量，結果顯示：表層氣孔孔徑在0.70～1.46 μm之間，表層氣孔密度在1.20～7.80 個/100 μm2之間；樹上營巢和地面營巢的鳥類表層氣孔孔徑（P＞0.05）和表層氣孔密度（P＞0.05）無顯著差異。蜂窩小孔的孔徑在0.54～1.01 μm之間，蜂窩小孔密度在12.80～18.86 個/100 μm2之間；樹上營巢和地面營巢的鳥類蜂窩小孔密度（P＞0.05）無顯著差異，而樹上營巢的鳥類蜂窩小孔孔徑顯著大于地面營巢的鳥類（P＜0.01）。殼膜纖維直徑在1.28～2.18 μm之間，殼膜纖維密度在 2.12～4.05 個/100 μm2之間；地面營巢的鳥類殼膜纖維直徑（P＜0.01）和殼膜纖維密度（P＜0.01）顯著高于樹上營巢的鳥類（表2）。

表2 十種雀形目鳥類卵殼特征Table 2 The eggshell traits of 10 passerine species

對10種雀形目鳥類卵殼厚度和各層厚度進行測量，結果顯示：黑頂噪鹛卵殼厚度最大，為（87.06±1.31）μm（n=30），藍眉林鴝卵殼厚度最小，為（33.65±0.51）μm（n=30）（圖2）；淡背地鶇表層厚度最大，為（18.68±0.84）μm（n=60），火尾太陽鳥的表層厚度最小，為（6.87±0.84）μm（n=60）；紅嘴鴉雀柵欄層厚度最大，為（38.44±1.41）μm（n=30），黃額鴉雀柵欄層厚度最小，為（11.10±1.41）μm（n=30）；淡背地鶇錐體層厚度最大，為（31.87±2.76）μm（n=60），黃額鴉雀錐體層厚度最小，為（7.40±0.88）μm（n=30）（圖 3）。

圖2 十種雀形目鳥類卵殼厚度對比Fig. 2 The eggshell thickness of 10 passerine birds

圖3 十種雀形目鳥類卵殼各層厚度對比Fig. 3 The eggshell thickness of each layer of 10 passerine bird

3 結論與討論

3.1 鳥卵顯微結構的個體差異

對同種鳥類不同個體的顯微結構進行觀察，純色噪鹛和淡背地鶇的表面光滑程度、表面裂紋、乳錐形狀、柵欄層結構和芽突等各特征均呈現出一致性，但是火尾綠鹛和火尾太陽鳥的乳錐形狀和芽突在不同個體間表現出差異性，異色樹鶯的表面裂紋和柵欄層結構在不同個體間存在差異，白眉林鴝表面光滑程度和乳錐形狀在不同個體間也存在差異。這種情況前人研究[2，9]也有發現，說明同種不同個體的卵殼顯微特征并非完全一致，某些卵殼顯微結構可能會因個體不同或者孵化過程的不同而有特征上的變化，因而選用哪些卵殼顯微結構可以對物種進行鑒定，或者說哪些卵殼顯微特征具有穩定的物種特異性，還需要更多研究來歸納。如乳錐形狀這一特征，常崇艷等[2]研究發現孵化后乳錐形狀會由規則的晶體狀轉變為凹陷且不規則的晶體狀，本研究中在火尾太陽鳥和火尾綠鹛也發現類似現象，孵化中的卵殼乳錐形狀為塊狀和花朵狀，而雛鳥出殼后乳錐形狀變為不規則的晶體狀，這至少說明乳錐這一特征在孵化結束后改變很大，在今后的研究中應盡可能采集孵化前期的鳥卵，或者，如果鳥卵采自孵化結束的巢，在進行顯微結構觀察時可以忽略該項特征。

3.2 蜂窩小孔孔徑較大的解釋

蜂窩小孔的孔徑與鳥類生活的環境密切相關，Becking[17]發現鳥類卵殼內蜂窩小孔的孔徑及密度隨緯度的升高而下降，并提出熱帶地區的鳥類蜂窩小孔比高緯度地區的鳥類孔徑大，數量多，孔徑一般在0.6～1.2 μm之間。本研究中10種鳥類蜂窩小孔孔徑多在0.6～1.0 μm之間，與Becking[17]提出的熱帶鳥類孔徑數值相當，應是高黎貢山高山雀形目鳥類應對高濕度環境的一種適應特征。

將本研究與采自同一區域的白尾梢虹雉（Lophophorus sclateri）和血雉（Ithaginis cruentus）的蜂窩小孔的孔徑進行比較[14]，發現雀形目鳥類的孔徑大于同區域的雉類。這2種雉類以及其他一些雉類的孔徑均在0.23～0.36 μm之間，如哈曼馬雞（Crossoptilon harmani）、白冠長尾雉（Syrmaticus reevesii）、白鷴（Lophura nycthemera）等[2，5，19]。可能有兩種原因：一是雞形目和雀形目在系統演化上的差異所致；二是與雞形目鳥類的孵化行為有關。雉類通常是雌性孵蛋，會有較長時間的離巢間隔，比如血雉，離巢時間可達6.6 h[29]。雀形目鳥類雙親孵化較多，比如火尾綠鹛，卵幾乎不會暴露[30]；或者單親孵化，雌鳥離巢時間也相對較短，比如火尾太陽鳥，平均離巢時間6.49 min[31]。雞形目鳥類具有較小的孔徑可能減緩因雌鳥長時間離巢導致的失溫和水分散失。

3.3 筑巢位置和鳥卵顯微結構

關于筑巢位置和鳥卵結構的關系，有研究指出地面營巢鳥的鳥卵易受微生物和病菌的侵襲，因此外表面有透明蛋白質的保護膜，而樹上營巢的鳥類受微生物侵襲的機會稍少，外表面無透明蛋白質的保護膜；在殼膜纖維特征上，樹上筑巢的鳥類比地面筑巢的鳥類纖維更致密[1，20]。本研究檢驗了筑巢位置的不同可能對鳥卵顯微結構的影響，結果和前述研究存在差異：比如地面筑巢的淡背地鶇、藍眉林鴝[32]，卵殼外表面上未見到保護膜，反而是在樹上筑巢的火尾太陽鳥[31]，外表面上有保護膜；對于殼膜纖維密度，本研究中是地面營巢鳥類顯著高于樹上營巢鳥類，顯得更為致密(表2)。筑巢位置和鳥卵顯微結構的關系，還需作更多的研究。

致謝：感謝西南林業大學邵施苗、吳新然和高歌在卵殼的采集和數據分析中給予的幫助！