東北林蛙和黑龍江林蛙越冬前期體溫調節差異

李殿偉 劉佳慧 彭 婷 單洪佳 張博妍 孟繁星 姚 旭

(牡丹江師范學院生命科學與技術學院，牡丹江，157011)

溫度是一項重要的生態因子，環境溫度的變化直接影響著動物的生命活動，尤其對于兩棲類、魚類、蛇類等變溫動物，環境溫度對其地理分布、行為反應、運動速率、繁殖活動和代謝水平、體溫調節能力和胚胎發育速度等具有重要的影響[1-10]。變溫動物的體溫與其所處環境溫度具有密切關系，存在同溫區現象，同溫區的溫度范圍以及溫度值直接影響動物自我體溫調節能力，這一點在兩棲類表現尤為顯著[4]。作為典型的變溫動物，兩棲類自身溫度調節能力較差，環境溫度的改變對兩棲動物本身能量代謝、體溫調節有著巨大影響[4-9]。溫度過高或過低都會對兩棲動物產生不利影響，甚至導致死亡。為降低環境溫度變化造成的不利影響[8，11-12]，兩棲類通過行為熱調節(behavioral thermoregulation)和生理熱調節(physiological thermoregulation)2種方式實現體溫自我調節[4-5，13-14]。因此，探究溫度對兩棲動物體溫調節的影響具有重要科學意義和保護指導作用[4-10]。

東北林蛙(Ranadybowskii)和黑龍江林蛙(R.amurensis)均隸屬于蛙科(Ranidae)林蛙屬，是我國東北地區重要的兩棲動物[4-5，10]。作為名貴食材和中藥材，林蛙具有較高的經濟價值，因此存在比較嚴重的掠奪性捕捉現象。加之生態環境破壞致使天然繁殖場所和冬眠場所縮小，這2個物種的數量有所下降，均被列入黑龍江省保護動物[10]。2種林蛙都具有典型的冬眠習性，是適應寒冷氣候的代表物種，也是進行兩棲動物熱生態學和對氣候變化反應研究的理想物種[10]。目前，東北地區在林蛙人工養殖方面開展了嘗試和研究，其中養殖溫度條件是至關重要的因素[10，15]。本研究排除行為調節的影響，分析越冬前期2種林蛙在室溫和梯度變溫(緩慢升溫、緩慢降溫)條件下體溫的調節能力，旨在進一步探討環境溫度對兩棲動物體溫調節能力的影響，并為探究兩棲動物適應氣候變化機制和林蛙全人工養殖中圈養越冬等關鍵技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗動物

1.2 動物分組及飼養

對試驗動物進行剪趾標記，并按照種類、性別分成4組。將分組后的林蛙置于4個玻璃缸中，適應環境溫度2 d。每天07：00—19：00模擬自然光給予12 h光照。測量室溫并記錄，每天換1次等溫水，喂食黃粉蟲。

1.3 體溫日節律測定

每天07：00、10：00、13：00、16：00、19：00測量室溫和2種林蛙的體溫(泄殖腔溫度)，測量3次取平均值。如07：00黑龍江林蛙體溫，即為07：00測得的所有黑龍江林蛙體溫的平均值，同理測定2種林蛙各時間點體溫平均值。

1.4 溫度梯度試驗

選取2種林蛙，每種各2組，每組雌、雄各10只，置于玻璃缸中，從室溫條件下轉移至恒溫箱，初始溫度設置為10 ℃(或20 ℃)，適應環境溫度2 d。之后將溫度每天升高(或降低)2 ℃，連續5 d，07：00—19：00給予12 h光照，每天在07：00、10：00、13：00、16：00、19：00測量林蛙體溫，測量3次取平均值，等溫點值是將回歸方程與等溫線方程聯立求解得出的。

1.5 數據處理與分析

利用Excel 2003和SPSS 22.0軟件進行數據統計處理與檢驗分析。統計分析前，檢驗數據的正態性和方差齊性并記錄2種林蛙體溫平均值，經檢驗，數據不符合正態性并且不具方差齊性，所以用非參數方法Mann-WhiteyU檢驗體溫日節律、梯度溫度變化、兩性體溫差異。描述性統計值用平均值±標準誤表示，顯著性水平設置為α=0.05。利用Excel分析2種林蛙體溫與環境溫度的相關系數(R)。

2 結果與分析

2.1 2種林蛙的體溫差異

經測定，東北林蛙體溫為(19.01±0.08)℃，其中雄性體溫為(18.98±0.09)℃，雌性體溫為(19.04±0.12)℃，雌雄體溫差異不顯著(Z=-0.500，P>0.05)。黑龍江林蛙體溫為(19.07±0.07)℃，其中雄性體溫為(18.96±0.11)℃，雌性體溫為(19.15±0.09)℃，雌雄之間體溫差異不顯著(Z=-1.605，P>0.05)。因2種林蛙體溫無性別差異，故忽略性別因素將數據進行合并分析。2種林蛙的體溫日平均值接近，差異不顯著(Z=-1.435，P>0.05)。

2.2 2種林蛙體溫與環境溫度的關系

室溫條件下，2種林蛙體溫隨環境溫度變化而變化，體溫變化趨勢與環境溫度變化趨勢一致，13：00環境溫度最高，2種林蛙體溫也達到最高值。一天內不同時間的體溫變化趨勢與環境溫度呈正相關，東北林蛙與環境溫度的相關系數為0.899，而黑龍江林蛙與環境溫度的相關系數為0.647。東北林蛙的日最高體溫為(20.74±0.18)℃，日最低體溫為(18.06±0.11)℃，日體溫變化幅度為2.68 ℃；而黑龍江林蛙的日最高體溫為(19.97±0.15)℃，日最低體溫為(18.37±0.14)℃，日體溫變化幅度為1.6 ℃，表明東北林蛙的日體溫變化幅度高于黑龍江林蛙(圖1)。

圖1 林蛙體溫與環境溫度(室溫)的關系

2.3 升溫對2種林蛙體溫的影響

由圖2可見，2種林蛙體溫變化與環境溫度變化呈線性正相關，隨著溫度的升高，2種林蛙的體溫也隨之提高。在07：00、10：00、16：00、19：00，東北林蛙體溫與環境溫度的擬合度大于黑龍江林蛙。07：00、10：00、13：00、16：00、19：00東北林蛙的等溫點分別為16.43、16.24、20.19、16.40、17.87 ℃，黑龍江林蛙的等溫點分別為16.71、12.89、17.52、15.28、15.71 ℃，可見，除07：00外，東北林蛙的等溫點均大于黑龍江林蛙。

圖2 升溫處理時2種林蛙體溫與環境溫度(室溫)的線性回歸結果

2.4 降溫對2種林蛙體溫的影響

由圖3可見，2種林蛙體溫變化與環境溫度變化呈線性正相關，隨著溫度的降低，2種林蛙的體溫也隨之下降。在07：00、10：00、13：00、16：00，東北林蛙體溫與環境溫度的擬合度小于黑龍江林蛙。07：00、10：00、13：00、16：00、19：00東北林蛙的等溫點分別為10.44、12.09、13.41、12.26、10.67 ℃，黑龍江林蛙的等溫點分別為13.87、14.18、16.43、14.38、13.49 ℃，可見，東北林蛙的等溫點均小于黑龍江林蛙(圖3)。

圖3 降溫處理時2種林蛙體溫與環境溫度(室溫)的線性回歸結果

3 討論

體溫是影響動物生活史特征的重要生態因子，相對較高而穩定的體溫有利于動物生理功能和行為模式的表達[4-9，11-12]。變溫動物的體溫受個體大小、年齡、體內激素、繁殖狀態、地理種群、環境溫度、光照周期等多種內外因素影響，其中，環境溫度是尤為重要的外部因素[1-10]。均質熱環境中，變溫動物體溫調節能力受到限制，體溫的變化與環境溫度變化直接有關；異質熱環境中，變溫動物會通過行為變化和生理方式選擇適宜環境或者改變自身條件，實現體溫調節，將體溫維持在相對較高且恒定的水平[2，16]。

兩棲類作為典型的變溫動物，環境溫度對其體溫變化的影響極為重要。通常兩棲動物的體溫與環境溫度呈現正相關，隨著環境溫度升高，其體溫也隨之升高，在動物自身沒有進行行為調節的情況下，體溫升高的程度能夠表現其生理體溫調節能力[4-5]。本研究證實兩棲動物體溫與環境溫度呈正相關，而且可以通過體溫變化幅度、體溫回歸方程斜率和等溫點3個指標比較2種林蛙體溫調節的能力和對環境溫度的依賴性[4-5]。

在室溫條件下，2種林蛙的體溫與環境溫度的變化趨勢一致。在13：00時，環境溫度最高，2種林蛙的體溫也達到最高，且東北林蛙的體溫略高于黑龍江林蛙，東北林蛙的體溫日變化幅度隨環境溫度的變化也明顯大于黑龍江林蛙，說明東北林蛙的體溫變化不穩定，其生理體溫調節能力弱于黑龍江林蛙。

升溫和降溫試驗的線性回歸方程也表現出2種林蛙的體溫與環境溫度呈現出顯著的正相關。回歸方程的斜率絕對值越大，體溫與環境溫度的依賴程度越大，體溫調節能力相對較弱，體溫恒定性較差[4-5]。無論是升溫還是降溫試驗，東北林蛙的斜率絕對值多數都大于黑龍江林蛙，也說明黑龍江林蛙的生理體溫調節能力強于東北林蛙。

等溫點參數也是對變溫動物的體溫調節具有顯著影響的觀測指標。環境溫度高于等溫點時，動物的體溫低于環境溫度，環境溫度低于等溫點時，動物的體溫高于環境溫度[4-5]。黑龍江林蛙的等溫點高于東北林蛙，說明黑龍江林蛙體溫調節能力較強，體溫恒溫性更好，環境溫度變化時，黑龍江林蛙會調用更多能量用于生理體溫調節，維持自身的體溫趨于穩定。主要表現為：環境溫度較高時，黑龍江林蛙的體溫低于東北林蛙，環境溫度較低時，黑龍江林蛙的體溫高于東北林蛙。

在研究地，2種林蛙為同域分布物種，但其越冬環境差異較大。通過主動的行為調節，黑龍江林蛙選擇在水域附近的草叢、淤泥等環境中冬眠，東北林蛙多選擇在山區或半山區土壤不凍層中冬眠[10]，東北林蛙往返于生活水域與山林越冬地之間將消耗極大的能量。這種越冬生境的選擇性差異，除了受2種林蛙體型大小和運動能力影響之外，與各自的體溫調節能力也密不可分。