圈養林麝糞樣類固醇激素水平與麝香分泌的關系

孫太福,王 靜,蔡永華,程建國,黎 勇,周 密,盛 巖,孟秀祥,*

1 中國人民大學環境學院, 北京 100872 2 四川養麝研究所, 都江堰 611830 3 四川逢春麝業集團有限公司, 成都 610031

麝類動物(Moschusspp.)是珍稀資源動物,其雄麝麝香囊分泌的麝香被廣泛應用于包含我國中醫藥在內的亞洲傳統醫藥和香水業[1- 3]。目前,麝類動物已極度瀕危,馴養成為瀕危麝類遷地保育及藥用麝香可持續供給的有效措施。長期以來,諸多學者對林麝等麝類動物的種群動態和年齡結構[4- 6]、營養結構[7- 8]、圈舍環境[4]、泌香期行為[7, 9]、泌香生理[10- 12]、動物個性[13]和行為多樣性[14]等因素與麝香分泌的關系開展了系統研究,但麝香分泌與激素水平關系的研究相對較少。

激素是影響動物個體生理和行為的關鍵因素[15], 其中皮質醇(Cortisol,COR)和睪酮(Testosterone,T)的分泌受下丘腦-垂體-腎上腺(Hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)系統軸調控,與動物個體的應激反應和繁殖直接關聯[15- 16]。汪建隆和黃新民[11]通過切除睪丸和附睪證明了睪酮與麝香分泌之間關系緊密,洪沂生等[17]利用雄性激素誘導產生泌香反應,尹淑媛和戴衛國[10]采用外源睪酮注射誘導雄麝進行了二次泌香實驗,張爭明等[12]探索了林麝泌香期和發情期血清性激素含量的變化。上述研究確定了雄麝的睪酮與麝香分泌間存在直接關聯,但因條件限制,上述研究樣本量往往較小,且多通過外源激素誘導進行,缺乏對睪酮和麝香分泌直接關系的基于大樣本的研究。此外,因皮質醇與動物應激反應的緊密關系,可對雄麝的麝香分泌產生潛在效應,但相關研究迄今缺乏。

本研究采用非損傷取樣(Noninvasive sampling methods)和放射免疫法(Radio immunoassay, RIA),通過檢測圈養林麝糞樣類固醇激素水平,結合麝香分泌數據采集,探查林麝糞樣睪酮和皮質醇水平與麝香分泌的關系,并建立預測模型,研究結果可對麝類遷地保育及麝香的可持續生產提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 研究地點及實驗動物

本研究于2018年9月1日—10月15日期間在四川馬爾康林麝繁育場(以下簡稱馬爾康麝場) (101°17′—102°41′E,30°35′—32°24′N) 進行。馬爾康麝場位于四川西部的阿壩州,地處高原,空氣稀薄,輻射強烈,年日照時數2214 h,日照率50%,氣候高寒,年均溫為5—9℃,晝夜溫差大,年均降雨760 mm。

本研究涉及樣本36頭,均為雄性個體,其中亞成體18頭(1.5—2.5歲),成體18頭(3.5—8.5歲)[18]。所有個體均為單圈飼養,圈舍(約10 m2)由一活動場和水泥涼棚組成。每日2次于相對固定時間(夏季：06:00和19:00；冬季：08:00和17:00)投喂樹葉及水,附帶進行圈舍清潔,其他時間林麝不受干擾。

1.2 研究方法

1.2.1非損傷糞樣及麝香分泌數據采集

在類固醇激素的測定中,血液是一種應用最廣泛測定樣本[19]。但麝類動物生性機警,對其采血易導致個體皮質醇等激素的濃度變化[20- 21],并易引發林麝的應激傷亡。非損傷性的糞樣采集可避免動物應激,近年來得到了廣泛應用[22]。通過激素代謝物間接確定激素水平,與實際測量血液中具有生物活性的激素濃度有差異,但二者間具有緊密相關[23]。本研究通過采集林麝的新鮮糞樣對睪酮和皮質醇進行測定[24- 27]。糞樣采集在人工取香前的1個月內(2018年9月1日—15日)進行,采集的新鮮糞樣裝入樣品袋,置于冰箱內保存(-20℃)留待實驗室檢測。

雄麝的麝香分泌數據采集于麝場的人工取香(2018年10月10日)進行時。取香時,進行雄麝的快速保定,用藥匙探入其麝香囊將麝香快速取出,吸水紙吸去麝香表面水分后立刻進行麝香稱重,記錄麝香品相及泌香量數據。每頭麝的取香處理在5 min以內。

1.2.2糞樣類固醇激素檢測

糞樣激素提取采用乙醇為基礎的程序[23, 28],步驟如下：進行新鮮糞樣稱重、干燥、研磨,取研磨均勻的糞樣0.5 g,加入90%的乙醇10 mL,并用渦旋振蕩儀震動1 min,然后恒溫水浴(60℃)20 min,經2000 rmp離心15 min,取上清液；沉淀物中再加入90%的乙醇5 mL,再次震蕩、離心、取上清液。最后,將兩次上清液合并,蒸干后加40%的甲醇1.5 mL,搖勻后放置在-20℃冰箱待測。

參照其他野生動物糞樣激素測定方法[24, 26],本研究的糞樣類固醇激素檢測通過放射免疫法進行。采用西安核儀廠xh6080放免儀,試劑盒為北京北方生物技術研究所生產。運用碘[125I]皮質醇放射免疫分析藥盒(Iodine [125I] Cortisol Radioimmunoassay Kit)測定皮質醇,其測試范圍為10—500 ng/mL,靈敏度<2 ng/mL,批內變異系數CV<10%,批間變異系數CV<15%。運用碘[125I]睪酮放射免疫分析藥盒(Iodine [125I] Testosterone Radioimmunoassay Kit)測定睪酮,測定范圍為0.1—20 ng/mL,靈敏度<0.02 ng/mL,批內變異系數CV<10%,批間變異系數CV<15%。

1.3 數據分析

本研究采用Shapiro-Wilk test檢驗數據正態性。若數據呈正態分布,采用Pearson相關分析探查類固醇激素與泌香量間的關系,否則采用Spearman相關分析；對類固醇和泌香量間的關系進行回歸分析(Enter Regression Analysis)。

按照個體的平均麝香分泌量,將個體區分為高泌香量雄麝(高于均值)和低泌香量雄麝(低于均值)；按照個體的平均睪酮水平,將個體區分為睪酮較高個體(高于均值)及睪酮較低個體(低于均值)；按照個體的平均皮質醇水平,將個體區分為皮質醇較高個體(高于均值)及皮質醇較低個體(低于均值)。采用t檢驗檢測亞成體和成體間的泌香量及類固醇激素水平差異；采用一般線性模型(General Linear Model, GLM)探究睪酮、皮質醇和年齡對泌香的綜合效應及變量間的潛在交互作用。本研究顯著性水平設為P=0.05,極顯著為P=0.01,所有數據分析均在SPSS 20中進行。

2 結果

2.1 圈養林麝糞樣類固醇激素水平及泌香量分布格局

馬爾康麝場圈養林麝雄體的泌香量(P=0.404)和糞樣皮質醇濃度(P=0.928)均呈正態分布,糞樣睪酮濃度呈非正態分布(P=0.000),經對數轉換后的睪酮數據呈正態分布(P=0.687)。馬爾康麝場圈養雄性林麝的睪酮和皮質醇濃度均值分別為(106.03±12.34) ng/g (n=36)和(47.49±1.53) ng/g (n=36),泌香量均值為(12.53±0.76) g (n=36)。

2.2 圈養林麝糞樣類固醇激素、泌香量與年齡的關系

馬爾康麝場圈養雄麝亞成體泌香量(13.14±1.10) g (n=18)有高于成體泌香量(11.93±1.06) g (n=18)的趨勢,但差異不顯著(t=0.793,df=34,P=0.433)；亞成體糞樣睪酮水平(112.28±18.85) ng/g (n=18)與成體(99.78±16.36) ng/g (n=18)間無顯著差異(t=0.259,df=34,P=0.797)；亞成體糞樣皮質醇水平(47.91±2.07) ng/g (n=18)與成體(47.09±2.38) ng/g (n=18)間的差異也不顯著(t=0.501,df=34,P=0.620)(圖1)。

圖1 圈養林麝泌香量、睪酮和皮質醇在亞成體與成體間的差異Fig.1 The difference of musk secretion, testosterone and cortisol between sub-adult and adult in captive forest musk deer

2.3 糞樣類固醇激素與麝香分泌的關系

圈養林麝睪酮濃度與泌香量呈顯著正相關 (r=0.436,P=0.008),泌香較多雄麝(16.50±0.61) g (n=17)的糞樣睪酮濃度(141.51±21.86) ng/g (n=17)極顯著地高于泌香較少雄麝(8.98±0.59) g (n=19)的糞樣睪酮濃度(74.27±7.93) ng/g (n=190)(t=-3.252,df=34,P=0.003)。方程y=0.021x+10.270(R2=0.120,F1, 34=4.639,P=0.038)可較好地擬合二者間關系(圖2)。

皮質醇與泌香量間的相關不顯著(r=0.078,P=0.652)。泌香較多雄麝的糞樣皮質醇濃度(48.98±2.28) ng/g (n=17)略高于泌香較少雄麝的糞樣皮質醇濃度(46.17±2.14) ng/g (n=19),差異未達顯著(t=-0.901,df=34,P=0.374)。方程y=0.038x+10.730(R2=0.023,F1, 34=0.207,P=0.652)可近似擬合皮質醇與泌香量間的關系(圖3)。

圖2 圈養林麝雄體糞樣睪酮水平與麝香分泌的關系 Fig.2 Relationships between the fecal testosterone and musk secretion in captive female forest musk deer

圖3 圈養林麝雄體糞樣皮質醇水平與麝香分泌的關系 Fig.3 Relationships between the fecal cortisol and musk secretion in captive female forest musk deer

一般線性模型(GLM)分析結果表明,雄麝糞樣睪酮水平對個體泌香量有顯著影響(P=0.037),睪酮水平較高林麝泌香量(14.97±1.17) g (n=12)顯著高于睪酮水平較低水平個體的泌香量(11.32±0.90) g (n=24)(F=4.79,P=0.037),皮質醇(F=0.40,P=0.535) 、年齡(F=0.12,P=0.732)及各變量間的交互作用(皮質醇×睪酮,F=0.08,P=0.775；皮質醇×年齡,F=0.10,P=0.767；睪酮×年齡,F=0.76,P=0.391；皮質醇×睪酮×年齡,F=0.84,P=0.367)對泌香影響均不顯著。此外,睪酮與皮質醇之間的相關未達顯著水平(r=0.125,P=0.469)。

3 討論

3.1 圈養林麝糞樣類固醇激素水平、泌香量與圈養模式的關系

本研究采用放射免疫法測定圈養林麝糞樣激素濃度,睪酮和皮質醇濃度均值分別為(106.03±12.34) ng/g和皮質醇(47.49±1.53) ng/g,與郎冬梅等[29- 30]測定的林麝糞樣激素濃度(糞樣睪酮濃度：65.21—78.03 ng/g；糞樣皮質醇濃度：136.42—208.16 ng/g)存在一定差異,這主要與麝場位置、麝場飼養管理制度及動物的健康度有關。與陜西鳳縣麝場[29- 30]相比,本研究中的林麝糞樣睪酮濃度較高、皮質醇水平較低,反映了本研究實施的四川馬爾康麝場圈養林麝的繁殖狀況相對良好、脅迫及應激水平相對較低。

郭妍妍等[4]報道四川馬爾康麝場雄麝的泌香量區間為0—19.60 g,均值為(9.24±0.77) g,程建國等[7]曾報道馬爾康麝場雄麝泌香量平均為(11.85±0.96) g,上述研究的林麝均為群養模式。本研究中的雄麝均為單圈飼養,個體泌香量均值為(12.53±0.76) g,說明單圈飼養雄麝更利于提高麝香分泌,原因與麝類動物較強的獨居性和警覺性有關[31]。此外,有研究顯示,麝類動物的單圈飼養可有效減少個體間的打斗能耗及傷亡,增加麝的存活率[32]。因此,除氣候、植被及食物等因素可影響圈養麝的麝香分泌之外,圈養和飼養模式對其泌香也有顯著影響。

3.2 圈養林麝糞樣類固醇激素水平與泌香量的關系

睪酮是一種19碳甾體激素,主要由睪丸間質細胞分泌,少量來自腎上腺皮質,其主要生理作用是維持雄性第二性征和正常性腺功能,除具有雄性激素的作用外,還可促進蛋白合成[33]。汪建隆和黃新民[11]的工作表明,當切除正常泌香雄麝的睪丸和附睪后,雄麝停止泌香,而給予外源睪酮及腦垂體促性腺激素刺激之后,雄麝又重啟泌香生理過程。此外,睪酮誘導可使雄麝展現自然泌香之外的額外泌香反應[10, 17]。上述研究說明雄麝的睪酮與麝香分泌之間具有直接關聯[12, 34]。研究結果顯示,圈養林麝睪酮濃度與泌香量呈顯著正相關,泌香較多雄麝的睪酮濃度極顯著地高于泌香較少雄麝,而睪酮水平較高林麝的泌香量也顯著高于睪酮水平較低雄麝的泌香量,說明雄麝雄性激素里的睪酮可影響其麝香分泌,這為麝類馴養產業中的麝香生產力水平提高提供了重要參考。

睪酮作為一種雄性激素,在有蹄類動物中對雄性的繁殖行為發揮著重要作用,如麋鹿(Elaphurusdavidianus)的繁殖行為發生頻次與睪酮水平具有顯著的正相關[27],馬鹿(Cervuselaphus)及馴鹿(Rangifertarandus)睪酮水平的季節性變化會導致繁殖交配行為及攻擊行為的強度發生變化[35- 36]。張爭明等[12]發現,外源睪酮可誘導林麝雄體進入發情期。考慮到麝類動物雄體繁殖與麝香分泌的潛在關系[2],未來有必要進行睪酮水平與麝香分泌、繁殖成效和節律關系的探究。

研究結果表明,雖不同皮質醇水平的雄麝在泌香量方面存在一定差異,但雄麝皮質醇濃度與其泌香量無顯著相關。皮質醇是一種主要由腎上腺皮質束狀帶分泌的糖皮質激素,其主要功能與應激和壓力有關,與動物適應環境變化有關。當皮質醇濃度過高或過低時,都不利于正常生理過程與行為反應[37]。當皮質醇濃度過低時,個體無法正常進行應激,當皮質醇過高時,會導致代謝紊亂,血糖、血壓升高等。因此,適量的皮質醇水平有利于維持機體的正常代謝,尤其是應對外源性壓力。有研究表明皮質醇濃度會影響獵豹的繁殖性能[38]。考慮睪酮對泌香的效應、皮質醇和睪酮間的關系及皮質醇對個體脅迫狀態的調節,可進一步對麝的皮質醇、睪酮及泌香量間的關系開展長時監測,有望揭示之間的復雜關系。

諸多研究報道的圈養林麝的泌香高峰期不等,為4—7歲[4]、2—8歲[7]、2—6歲[32]等,圈養馬麝和原麝的泌香高峰期也在7—9歲之前[5- 6],其中1.5歲齡馬麝的平均泌香量最大[5],康發功等[5]的工作表明,圈養馬麝的圈養年限、年齡及受脅迫程度間存在關聯,導致雄性馬麝年齡與麝香分泌量間的非線性關系。可見,圈養麝的雄體年齡與其泌香量具有關聯,但因麝種、麝場位置及飼養管理制度的不同而異。本研究中,亞成體雄麝的泌香量高于成體雄麝的泌香量,與本結果類似,郭妍妍等[4]的研究表明,馬爾康麝場林麝隨年齡增長,其泌香量有減少的趨勢,推測與成麝的發情交配等有關。

3.3 建議

研究結果顯示圈養林麝雄體的糞樣睪酮濃度與泌香量呈顯著的正相關關系,且睪酮水平較高林麝的泌香量顯著高于低水平個體的泌香量,在麝類馴養及麝香生產實踐中,可將糞樣睪酮水平作為林麝泌香量的預測變量,應用于麝的分類馴養及高泌香量圈養麝品系的選育,商業性麝類馴養中可應用外源睪酮誘導圈養雄麝的多次泌香、泌香量增加及無香個體的麝香分泌重啟。