兩種國產海蛇排毒量的種間差異及形態相關性

劉其則,陳忠蔭,呂金更,王 強,杜 宇,林熾賢

(海南熱帶海洋學院 a.水產與生命學院;b.海南省兩棲爬行動物研究重點實驗室,海南 三亞,572022)

0 引言

蛇毒是有毒蛇類毒腺分泌的混合物,是在長期的進化過程中產生用于捕食獵物的重要武器,使得蛇類的捕食模式由依靠機械力向利用化學力轉變[1]。盡管毒液儲量占毒蛇體質量極小的比例,但其生成過程往往需要代謝耗能以及一定的時間周期[2]818,[3]120,[4]32,[5]。因此,蛇毒又是有毒蛇類珍貴的化學武器,動物必須考慮優化使用[3]121。一般毒蛇的毒液儲量可由排毒量指標(排毒量鮮質量、干質量和干物質含量)進行衡量,這3個指標往往受到毒蛇分類地位、地理分布、形態、年齡、性別、生理狀態、毒牙間距、季節、溫度、生境、食性和采毒頻率等因素的影響[4]32,[6-7],[8]22。研究毒蛇的排毒量特征及影響因素,可間接衡量其潛在注入攻擊對象體內的毒液量以及蛇傷危害程度,也可為蛇毒的開發利用提供參考[4]33。

中國地域遼闊,毒蛇資源豐富,其中海洋產毒蛇16種[9]。大多數海蛇性情溫和,只有被激怒時才會攻擊,與陸生毒蛇相比,海蛇傷人的發病率非常低[10]。人類在熱帶海洋捕撈時,海蛇常常會作為副產物隨著漁獲被捕撈上船,漁民在處理捕獲物時就很容易被海蛇咬傷,因此超過一半的海蛇致傷病例與海洋捕撈作業有關[11]58,[12-13]。據統計,海蛇攻擊人類的事件中,有20%的病患體內被明顯注入毒液,并導致3%的死亡率[11]59。如果患者未得到有效治療或緊急處理,死亡率甚至可高達50%[14]118。海蛇咬傷容易引發患者全身性癥狀,如癱瘓、視力模糊、呼吸衰竭和肌肉壞死等,這些臨床表現主要是由其中的神經毒素和磷脂酶A2所造成的[11]60,[14]120。青環海蛇(Hydrophiscyanocinctus)和平頦海蛇(Hydrophiscurtus)作為國內分布較廣、資源保有量相對較多的2種海蛇,其毒液的毒性大,致死性高,對海洋作業及海邊旅游帶來較大的危害。然而,國內有關這2種毒蛇的排毒量特征及其與形態、性別等相關性研究的工作匱乏。

本研究以青環海蛇和平頦海蛇為對象,測定其排毒量特征(鮮質量、干質量和干物質含量),并結合形態特征(頭長、頭寬、頭體長、尾長和體質重),探討排毒量特征的種間差異及其與形態特征之間的相關性,以期為2種海蛇所致蛇傷的臨床治療、抗蛇毒血清研制和蛇毒天然活性藥物開發提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與蛇毒提取

實驗用青環海蛇147條和平頦海蛇114條各采自中國南海海域,動物采集后飼養于海南省兩棲爬行動物研究重點實驗室循環海水馴養池,定期投飼冰凍或活體的鰻鱺目(Anguilliformes)魚類,每天噴淋淡水15 min。取毒前動物至少禁食一周后,用套管法采集毒液[15],同一個體左右毒牙收集的毒液經合并后轉入凍存管。新鮮蛇毒經冷凍干燥后存放至-80 ℃超低溫冰箱。用數顯游標卡尺和卷尺測量并記錄動物頭長(Head length,HL)lH、頭寬(Head width,HW)wH、頭體長(Snout-vent length,SVL)lSV和尾長(Tail length,TL)lT,用電子秤稱量動物體質量(Body mass,BM)mB,并記錄動物性別。稱量并計算每條個體的排毒量鮮質量(Wet mass,WM)mW和干質量(Dry mass,DM)mD,用mD/mW×100 %作為干物質含量(Solid content,SC)cS。

1.2 數據分析

由于取毒失誤、動物自咬或咬其他蛇等因素,導致部分樣本的排毒量指標不準確,相應數據被剔除,最終70條青環海蛇和75條平頦海蛇的排毒量指標被用于統計分析。考慮到雌性個體在飼養過程中有懷孕現象,故不分析海蛇成體排毒量是否與BM有關。統計分析前,所有數據均進行正態性檢驗,用方差分析(ANOVA)、協方差分析(ANCOVA)和直線回歸分析處理數據。用lH/lSV表示相對頭長,用wH/lSV表示相對頭寬,以此去除頭體長對頭部的影響,檢測排毒量分別與頭長及頭寬之間的關系。描述性統計值使用平均值±標準誤和最小值—最大值表示,顯著性水平設為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 青環海蛇和平頦海蛇的形態特征

青環海蛇雌雄最大個體的SVL分別為148.8 cm和153.1 cm,平頦海蛇雌雄最大個體的SVL則分別為76.8 cm和 77.9 cm,青環海蛇的平均SVL(122.05 cm VS 69.25 cm)顯著大于平頦海蛇(單因子ANOVA,F1,143=913.39,P<0.000 1),2種海蛇的平均SVL均無兩性差異(allP>0.1)(表1)。2種海蛇SVL的頻次分布均符合正態分布(Kolmogorov-Smirnov test,allP>0.05)(圖1)。以SVL為協變量,性別為因子的單因子ANCOVA檢驗發現,1)特定SVL為122 cm時,雄性青環海蛇的矯正平均TL(10.29 cm VS 9.61cm)顯著大于雌性(P<0.05),而HL和HW均無兩性差異(allP>0.1)(表2)。特定SVL為69 cm時,雌性平頦海蛇的矯正平均HW(2.06 cm VS 1.73 cm)顯著大于雄性(P<0.000 1),而TL和HL均無兩性差異(allP>0.1)(表1)。以SVL為協變量,物種為因子的單因子ANCOVA檢驗發現,2種海蛇的TL(F1,142=10.88,P<0.01)、HL(F1,142=314.12,P<0.001)和HW(F1,142=117.51,P<0.001)存在顯著的種間差異;特定SVL為95 cm時,平頦海蛇的矯正平均TL(9.62 cm VS 8.27 cm)、HL(3.99 cm VS 2.46 cm)和HW(2.34 cm VS 1.08 cm)均顯著大于青環海蛇。

H.cyanocinctus:青環海蛇;H.curtus:平頦海蛇;Females:雌性;Males:雄性。圖1 青環海蛇和平頦海蛇頭體長頻次分布

表1 青環海蛇和平頦海蛇形態特征及排毒量的描述性統計值及統計分析

注:描述性統計值用平均值±標準誤和最小值～最大值表示,顯著性水平設為α= 0.05。頭體長、鮮質量、干質量及干物質含量的兩性間比較:用單因子ANOVA分析。體質量、尾長、頭長及頭寬的兩性間比較:以頭體長為協變量,用單因子ANCOVA分析。

2.2 海蛇排毒量與其形態特征的相關性

青環海蛇雌性和雄性排毒量的鮮質量、干質量和干物質含量分別為43.18 mg和33.36 mg、9.14 mg和8.05 mg、21.51 %和25.01%,平頦海蛇雌性和雄性排毒量的鮮質量、干質量和干物質含量分別為33.16 mg和34.71 mg、4.40 mg和5.30 mg、13.30 %和15.05%;單因子 ANOVA檢驗發現,2種海蛇排毒量的鮮質量、干質量和干物質含量均無兩性差異(allP>0.05)(表1)。

線性回歸分析發現,青環海蛇排毒量的鮮質量(mW=-23.24+0.53lSV,R2=0.15,F1,68=11.50,P<0.01;mW=-18.13+19.37lH,R2=0.13,F1,68=10.40,P<0.01;mW=16.38+16.77wH,R2=0.07,F1,68=4.79,P= 0.03)分別與SVL、HL和HW之間呈顯著的正相關;干質量(mD=-2.28+0.09lSV,R2=0.08,F1,68=5.51,P= 0.02;mD=-1.62+3.44lH,R2=0.07,F1,68=5.27,P<0.05)分別與SVL和HL之間呈顯著的正相關,而干質量(mD=7.97+0.64wH,R2=0.002,F1,68=0.11,P= 0.74)與HW無關;干物質含量(cS=34.63-0.10lSV,R2=0.06,F1,68=4.03,P= 0.05;cS=32.66-3.41lH,R2=0.04,F1,68=3.05,P= 0.09)分別與SVL 和HL無關,而干物質含量(cS=34.69-8.43wH,R2=0.17,F1,68=14.29,P<0.001)與和HW之間呈顯著的負相關。考慮到頭體長與頭部形態之間的相關性,我們去除了頭體長的影響,線性回歸分析相對頭長和相對頭寬與排毒量指標之間的相關性,結果顯示青環海蛇排毒量的鮮質量(mW=49.85-343.04lH,R2=0.001,F1,68=0.07,P= 0.79;mW=32.06+758.29wH,R2=0.004,F1,68=0.30,P= 0.58)和干質量(mD=9.86-37.10lH,R2=0.0002,F1,68=0.01,P= 0.90;mD=13.95-415.96wH,R2=0.02,F1,68=1.59,P= 0.21)與頭長和頭寬無關,干物質含量(cS=17.72-178.23lH,R2=0.003,F1,68=0.20,P= 0.65)與頭長無關,但仍與頭寬呈負相關(cS=39.49-1430.34wH,R2=0.16,F1,68=13.35,P<0.001)。

線性回歸分析發現,平頦海蛇排毒量的鮮質量(mW=-62.31+1.39lSV,R2=0.11,F1,73=8.54,P<0.01;mW=-60.62+27.56lH,R2=0.10,F1,73=7.64,P<0.01)分別與SVL和HL之間呈顯著的正相關,而鮮質量(mW=44.95-5.76wH,R2=0.01,F1,73=0.62,P= 0.44)與HW無關;干質量(mD=-13.35+0.26lSV,R2=0.14,F1,73=11.42,P<0.01;mD=-12.77+5.10lH,R2=0.12,F1,73=9.85,P<0.01)分別與SVL和HL之間呈顯著的正相關,而干質量(mD=10.18-2.80wH,R2=0.07,F1,73=5.70,P= 0.02)與HW之間顯著的負相關;干物質含量(cS=1.14+0.18lSV,R2=0.03,F1,73=1.84,P= 0.18;cS=1.16+3.71lH,R2=0.02,F1,73=1.72,P= 0.19)分別與SVL和HL無關,而干物質含量(cS=25.53-5.95wH,R2=0.12,F1,73=9.87,P<0.01)與HW之間顯著的負相關.考慮到頭體長與頭部形態之間的相關性,去除了頭體長的影響。線性回歸分析相對頭長和相對頭寬與排毒量指標之間的相關性,結果顯示，平頦海蛇排毒量的鮮質量(mW=45.72-243.68lH,R2=0.0009,F1,73=0.06,P= 0.80;mW=59.72-918.27wH,R2=0.05,F1,73=3.60,P= 0.06)與頭長和頭寬無關,干質量(mD=7.55-57.88lH,R2=0.002,F1,73=0.13,P= 0.72)和干物質含量(cS=15.61-35.35lH,R2=0.0003,F1,73=0.02,P= 0.89)與頭長無關,但仍與頭寬呈負相關(mD=12.78-285.11wH,R2=0.17,F1,73=14.52,P<0.001;cS=27.07-465.48wH,R2=0.16,F1,73=14.05,P<0.001)。

2.3 海蛇排毒量的種間比較

單因子 ANOVA檢驗發現,2種海蛇排毒量的鮮質量(F1,143=5.52,P<0.05)、干質量(F1,143=39.98,P<0.000 1)和干物質含量(F1,143=78.56,P<0.000 1)存在顯著的種間差異,青環海蛇排毒量的平均鮮質量(41.21 mg VS 33.66 mg)、干質量(8.92 mg VS 4.69 mg)和干物質含量(22.21 % VS 13.86 %)均顯著大于平頦海蛇。

3 討論

一般常采用咬膜皿法和套管法對毒蛇進行無損傷采集毒液,可依據毒腺毒量的物種屬性選用相應的采集方法[4]34,[15]。由于海蛇毒量較少,本研究采用了套管法并用手按摩毒腺的方式獲取青環海蛇和平頦海蛇毒液,可以減少蛇體口腔分泌物對蛇毒的污染,并最大限度降低了蛇毒的損耗。采毒頻率提高或短時間內持續排毒顯著影響毒蛇的毒液產量。如對國產8種陸生毒蛇排毒量研究中發現,取毒周期越短,毒量越少[16]。檢測短尾蝮在短時間內5次連續自主咬物的排毒量發現,其首次咬物釋放毒液的干質量占排毒量總干質量的57.7%,隨著排毒序次的遞增,毒量逐漸降低[17]。毒蛇在排毒后至毒腺中毒液再次充滿需要一定的時間[2]819,因此取毒不能過于頻繁,一般考慮至少間隔20 d,以免影響蛇毒品質及造成蛇體負擔。此外,采毒前應至少禁食7 d以上,以防進食釋放毒液影響排毒量的準確性。2種海蛇的獲取與采集時間也充分考慮了上述因素。

某些毒蛇的形態呈現顯著的兩性差異,其毒液產量也呈現相關聯的變化。如棕樹蛇(Pseudonajatextilis)雄性體長明顯較雌性長,舟山眼鏡蛇雄性頭長、頭寬大于雌性,雄性的排毒量要明顯高于雌性;美洲矛頭蝮(Bothropsjararaca)剛好相反,3年齡雌性體長為雄性的1.5倍,其泌毒量為雄性的近10倍

[4]32,[18]1581,[19]。這應與兩性在生存過程中能量需求差異有關,任何一種性別維持較大體型或雌性需要進行繁殖都需要額外的能量投入,因此,強化排毒量有助于其捕獲較多、較大的獵物。本研究中,因2種海蛇部分雌性個體處于懷卵狀態,體質量的兩性差異不足以解釋二者對排毒量的影響,且尾長對排毒量亦不存在直接貢獻,故不探討這2個形態指標與排毒量之間的關系。除平頦海蛇的頭寬存在性別差異外,2種海蛇其余形態特征均無性別差異,可能預示了兩性個體的排毒量差異將不會太大,統計結果也驗證了排毒量鮮質量、干質量和干物質含量不存在性別差異。

不少研究認為毒蛇的排毒量與形態特征(個體大小、體質量、頭長和頭寬)顯著相關。如阿根廷的美麗矛頭蝮(Bothropsalternatus)和北方黑尾響尾蛇(Crotalusdurissusterrificus)的排毒量干質量隨著體長的增加而增加[8]23。國產舟山眼鏡蛇(Najaatra)的排毒量干質量隨著頭體長、體質量、頭長和頭寬的增加而增加,去除頭體長的影響,排毒量干質量不受相對體質量、相對頭寬的影響,但仍與相對頭長呈顯著正相關[4]40。由于取樣較少或樣本間形態特征的變異度較小,有可能導致這種相關性不是很顯著[18]1582。盡管本研究所檢測2種海蛇的排毒量鮮質量、干質量與頭寬的相關性不是很一致,但與頭體長和頭長存在顯著的正相關,驗證了毒蛇排毒量受主要形態特征的影響;去除頭體長影響后,頭部大小(相對頭長、頭寬)與排毒量不存在相關性或相關性降低,表明頭部大小與排毒量之間的相關性是頭體長影響頭部形態的間接結果。體型較大毒蛇維持自身的能量需求相對較大,可能捕食較大、較多的獵物,因而需要釋放較多的毒液以征服獵物[4]32,[18]1581。本研究中,青環海蛇的排毒量鮮質量和干質量均大于平頦海蛇,加之其頭體長和體質量均比平頦海蛇約大一倍,推測青環海蛇可能比平頦海蛇捕食較大、較多的獵物。干物質含量越高,意味著毒液越黏稠,其在獵物體內的擴散速度也越慢,青環海蛇毒的干物質含量要高于平頦海蛇,意味著其要快速征服獵物,需有較高的毒量或毒性。

總體而言,2種海蛇排毒量鮮質量、干質量與頭體長、頭長均存在顯著的正相關;青環海蛇排毒量鮮質量與頭寬呈正相關,但與干質量無關;平頦海蛇排毒量鮮質量與頭寬無關,但與干質量呈負相關;干物質含量與頭體長、頭長無關,與頭寬呈負相關。2種海蛇的3個排毒量指標均不存在性別差異。2種海蛇排毒量鮮質量、干質量和干物質含量存在顯著的種間差異。排毒量差異的探討可為抗海蛇毒血清制備所需蛇毒原料采集和海蛇咬傷診療提供一定的參考。