滇蛙兩性年齡和異形的研究

李秀清， 楊澤鵬, 2， 楊歆， 李奇生*

(1. 西南林業大學，云南省高校極小種群野生動物保育重點實驗室/生物多樣性保護學院，昆明650224；2. 云南省大圍山國家級自然保護區屏邊管理分局，云南屏邊661200； 3. 云南銅壁關省級自然保護區管護局，云南芒市678400)

兩性異形(sexual size dimorphism，SSD)反映成年雄性和雌性之間的形態差異，在動物界廣泛存在。雄性和雌性動物對其不同的生殖角色適應以及相關的生態和生活史策略方面存在差異(Han & Fu，2013；Magalh?es.，2018)。解釋兩性之間的差異有：雌性偏向的SSD，雌性成體大于雄性成體，較大的體型有利于提高雌性的繁殖輸出和增強負載雄性的能力，可以產生更多的后代和更多用于繁殖的能量儲備，符合“繁殖力優勢假說”(Andersson，1994)；雄性偏向的SSD；雌雄間無明顯差異的SSD，后兩種則是性選擇的驅動形成。雄性爭奪配偶時，較大的雄性在爭斗中有明顯的優勢，能獲得較多交配機會，所以雄性競爭中的體型優勢和雌性選擇塑造了偏雄性的SSD(Andersson，1994)。兩棲動物的SSD普遍為雌性偏向性，這被認為是受繁殖相關的選擇壓力而形成(Han & Fu，2013；Magalh?es.，2018)，也被認為是特有的性選擇模式結果(Fryxell.，2019)。然而，SSD可能僅由年齡上的性別差異、年齡特有的生長速度或兩性之間的成熟度引起(Liao，2013；Zhang & Lu，2013；Liao.，2015；Pacheco.，2020；Portik.，2020)生態學或生態位分化現象(Serrano & Székely，2006)。不同兩棲類在繁殖中具有不同的SSD模式，確定兩棲動物的年齡可進一步從年齡角度解釋兩性在形態上產生差異的機制。

滇蛙是一種分布在四川、云南、貴州的中國特有種，在形態、食性、生殖器官等方面都有研究(周偉等，2003，2009；李旭等，2006)。本文測定了滇蛙的11項形態數據，并采用骨齡學方法確定年齡，探討兩性的形態差異、SSD與年齡的關系，以揭示其SSD模式和不同年齡段兩性體型差異形成機制，為其繁殖對策和性選擇研究提供更多基礎資料。

1 材料和方法

1.1 材料選取

標本于2012年7月采自云南省大理市劍川縣的農田中，125只(雌性：=64；雄性：=61)固定于5%甲醛，保存于西南林業大學標本館。經過解剖驗證所有標本的第二性征和性腺發育成熟：雄性肩上方有扁平肩腺，第一指基部內側有婚墊，咽側下有外聲囊。少數個體第二性征不明顯，解剖腹部觀察是否有蛙卵(Reyer & Batting，2004)，懷卵的個體判定為性成熟的雌蛙。

1.2 形態測量

形態特征計量參照《中國兩棲動物檢索及圖解》(費梁，2005)，采用游標卡尺(精度0.02 mm)測量體長(snout-vent length，SVL)、頭長(head length，HL)、頭寬(head width，HW)、吻長(snout length，SL)、鼓膜徑(diameter of tympanum，TD)、前臂及手長(length of lower arm and hand，LAHL)、前臂寬(diameter of lower arm，LAD)、前肢全長(length of foreleg，FLL)、后肢全長(hindlimb length，HLL)、足長(foot length，FL)和脛長(tibia length，TL)。

骨齡學方法是通過觀察動物某些部位骨組織上的生長線來鑒定個體年齡的方法，兩棲動物的年齡鑒定通常采用前肢指骨或后肢趾骨(Li.，2010)。剪取滇蛙后肢最長趾的第2關節和第3關節中間部分，7%甲醛保存，石蠟切片(圖1)。

圖1 滇蛙趾骨切片Fig. 1 Phalangeal cross-sections of Nidirana pleuraden

兩棲類的趾骨由內到外依次是骨髓腔、骨內膜骨、骨外膜骨。年輪分布在骨外膜骨上，通過重吸收線區分骨內膜骨層與骨外膜骨層，確定骨外膜骨層受抑制生長線(Kastschenko，1881；Rozenblut & Ogielska，2005)，依次向外計算數目(Li.，2010)，受抑制生長線可被蘇木精染色成清晰線條，其環輪數即為年齡。對全部切片的年輪進行讀數，隔日重復，對照2次讀數，有差異時重新讀數，盲數多次后最終確定年輪數。

1.3 數據分析

2 結果

2.1 滇蛙的骨齡

共有119號標本測出骨齡，其中，雌性62只，平均年齡為(2.87±1.15)齡；雄性57只，平均年齡為(2.77±0.95)齡。雌、雄個體的平均年齡差異不顯著(=0.61，>0.05)，數量最多的均為3齡(表1)。

表1 滇蛙各年齡的數量Table 1 Number of Nidirana pleuraden individuals at different ages

2.2 兩性異形

兩性的吻長、鼓膜徑、前臂及手長、后肢全長 4個指標符合正態分布(>0.05)，檢驗分析顯示，吻長和鼓膜徑的差異不顯著(>0.05)，前臂及手長、后肢全長的差異極顯著(<0.01)。Mann-Whitney檢驗分析顯示，兩性體長、頭長、頭寬、前臂寬、前肢全長、脛長和足長7個指標均存在顯著差異(<0.05)，其中體長、頭寬、前肢全長、脛長和足長的差異極顯著(<0.01)(表2)。

體長與頭長、頭寬、吻長、鼓膜徑、前臂及手長、前臂寬、前肢全長、后肢全長、脛長和足長之間的Pearson相關性分析顯示，雌性的相關系數為0.513～0.916，雄性的為0.416～0.862(表2)。

表2 滇蛙形態特征的測量和兩性異形Table 2 Morphological measurements and sexual size dimorphism of Nidirana pleuraden

2.3 年齡與體長關系

對滇蛙各年齡組的雌雄個體進行形態指標統計(表3)，結果顯示，1齡組雌雄個體的體長差異不顯著(>0.05)，2齡組的差異顯著(<0.05)，3齡和4齡組的差異均極顯著(<0.01)；1齡組SDI為0.05，2齡組SDI為0.06，3齡組SDI為0.07，4齡組 SDI為0.08。

表3 各年齡組雌雄個體形態學統計表Table 3 Morphological statistics of male and female individuals in each age group

對雌雄個體的年齡與體長進行Pearson相關性分析，結果顯示，雌性的年齡與體長的相關系數為0.908(<0.01)，雄性的為0.932(<0.01)，均具有強相關性。

3 討論

本研究中，雌性滇蛙的頭寬顯著大于雄性，但食性不是影響SSD的原因(李旭等，2006)，雌性較大的頭寬可能利于覓食中獲取更多的食物以保證充足的繁殖能量。雌性滇蛙的體長與其余形態量度呈明顯的相關性，即其余形態特征隨體長的增大而增大，同時雌性個體前臂及手長、前肢全長、后肢全長、脛長、足長均值都比雄性大，表明滇蛙雌性個體通過增大體型以增加腹腔懷卵量從而提高繁殖輸出，較大體型也有利于增加對雄性個體的背負能力，從而提高繁殖適合度。關于SSD的解釋，目前存在3種假說：生育力選擇假說(Khoshnamvand.，2018)、性選擇假說(Khoshnamvand.，2018)和生態位分離假說，本研究中雌性滇蛙大于雄性,符合生育力選擇假說。另外，滇蛙的雌雄平均體長比為1.08，SDI為0.05～0.08，遠小于花臭蛙(雌雄平均體長比=1.814，SDI=0.496)(李成，2000)、凹耳蛙(雌雄平均體長比=1.716，SDI=0.418)(陳旭等，2013)，接近華南湍蛙(雌雄平均體長比=1.101，SDI=0.091)(胡一中等，2015)、康縣隆肛蛙(雌雄平均體長比=1.091，SDI=0.08)(黃棨通，龔大潔，2018)和棘腹蛙(雌雄平均體長比=1.08，SDI=0.075)(洪燕等，2019)，可以看出滇蛙是兩性異形相對較小的兩棲動物。

滇蛙兩性的SDI在4個年齡組中呈遞增趨勢，雌雄個體在4個年齡組的平均體長差值也呈遞增趨勢。在滇蛙的生長發育過程中，1、2齡雌雄個體的體長均顯著增加；3齡時，雌雄個體體長生長速度變緩，轉向第二性征的發育，雌性與雄性體長差異顯著說明雌性通過繼續增加體長來準備繁殖所必需的條件；到4齡后，所獲能量對體長的發育減少投入，促進繁殖過程所需能量的投入。更大年齡和體長的雌性通過分配更多的能量給胚胎發育來提高生殖量(Halliday & Tejedo，1995；Lawson.，2018)。這是因為雌性較大的體軀可儲存更多的能量，有利于提高繁殖輸出；而雄性可能與繁殖期遭受更大的天敵壓力有關，從而形成比雌性更小體長參與繁殖的趨勢。另外，性選擇假說認為，性選擇是雄性個體向較大體型進化的驅動力(Lawson.，2018)，較大的雄性個體有利于在爭取配偶中取得優勢。雄性滇蛙在年齡增長的過程中逐漸增加體長是為增強繁殖競爭力，但是雌性的增長要快于雄性，可能是雄性滇蛙隨年齡增長期間的競爭程度增加不大。

本文結果為滇蛙繁殖生態研究提供了基礎數據。但各年齡組間的多項兩性形態指標差異與聯系可以詳細反映滇蛙隨年齡變化的生長發育模式尚未涉及，有待進一步探索與補充。