雷山髭蟾蝌蚪形態學分析

孟立霞,王 召,楊 健,朱秀芳

(1.凱里學院,貴州凱里 556011;2.漢江師范學院,湖北十堰 442000)

髭蟾屬(Vibrissaphora)隸屬兩棲綱(Amphibia)無尾目(Anura)角蟾科(Megophryidae),原隸屬鋤足蟾科(Pelobatidae),為中國特有屬。劉承釗等[1]通過形態學特征將髭蟾屬劃入角蟾科,雄性在繁殖期上唇緣生有角質刺,俗稱“角怪”“胡子蛙”。目前已知髭蟾屬有峨眉髭蟾(V.boringiiLiu)、崇安髭蟾指名亞種(V.liuiliuiPope)、崇安髭蟾瑤山亞種(V.liuiyaoshanensisLiu and Hu)、雷山髭蟾(V.leishanensisLiu and Hu)、哀牢髭蟾(V.ailaonicaYang,Chen and Ma 1983)、原髭蟾(V.promustacheRao,Wilkinson et Zhang)6個種(或亞種)[2]。雷山髭蟾僅分布于貴州雷公山,分布區域非常狹窄,主要棲息在海拔800 ～2 100 m、植被類型保存完好、溪流水源充足的常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針葉混交林以及針闊混交林下的山間小溪附近[3]。成體一般產卵在林間小溪扁平石塊下;卵40 d左右孵出蝌蚪;蝌蚪完成變態過程要越過2個冬天,從卵發育成成體需要3年時間[4]。成蟾多爬行,不善跳躍,行動緩慢,容易遭天敵捕食;其蝌蚪期長,易遭天敵吞食,成活率低。近年來,雷山髭蟾的棲息環境遭到破壞,當地居民大量捕食雷山髭蟾成體、蝌蚪甚至卵,使得雷山髭蟾的數量呈現急劇減少的趨勢,面臨滅絕的危險。國家林業和草原局、農業農村部公布的2021年2月1日起實施的《國家重點保護野生動物名錄》中,雷山髭蟾被列為國家二級重點保護野生動物[5]。

目前已發表有關雷山髭蟾研究論文20多篇,主要關于雷山髭蟾的生物學基本特征[6]、雷山髭蟾成體及幼體的生態環境[3,7-8]、卵群發育[9-10]、種群動態[11]、種群歷史[12]、保護與發展[4,13]、繁殖期雷山髭蟾性二態分析及求偶鳴聲[14]、微衛星DNA標記[15]、MHC Ⅰ類基因的多態性與進化分析[16]、線粒體全基因組[17]、營養成分分析及評價[18-19]等。目前尚未見到采用多變量形態學分析方法對雷山髭蟾蝌蚪形態特征進行分析的報道。雷山髭蟾是我國特有的珍稀保護動物,關于其生活史方面的研究很少。為了解雷山髭蟾蝌蚪的形態學特征,筆者采用多變量形態學分析方法對雷山髭蟾蝌蚪的全長、體高、尾長、尾高等18項指標進行測量,并對其進行方差分析、主成分分析和聚類分析,分析雷山髭蟾蝌蚪不同全長段間形態特征的差異,了解雷山髭蟾蝌蚪在野外自然狀態下的生長發育情況及其適應水生生活的形態特征,旨在為雷山髭蟾蝌蚪的生物學特征積累基礎數據。

1 研究方法

1.1 樣本的采集2020年12月在雷公山國家級自然保護區內格頭村、仙女塘和康利水廠附近的溪流采集雷山髭蟾蝌蚪(圖1),采集樣本數74只。為減少該研究對雷山髭蟾蝌蚪的影響,對雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標進行測量后及時將其放回溪流,所測量蝌蚪均在自然條件下生長發育。

圖1 雷山髭蟾蝌蚪采集地點Fig.1 The collection sites of V. leishanensis tadpoles

1.2 體重和形態指標測量使用電子天平稱量雷山髭蟾蝌蚪的體重,精確到0.01 g。使用電子數顯卡尺對雷山髭蟾蝌蚪的形態指標進行測量,精確到0.01 mm,共測量全長、吻肛距、尾長、尾高、體寬、體高、上尾鰭高、下尾鰭高、吻出水孔距、眼前頭長、吻鼻距、鼻間距、眼徑、眼間距、口寬、吻肛距、尾基寬17項形態指標。依據組距式分組法,結合雷山髭蟾蝌蚪全長數據及樣本數,以50 mm為組距,將全部樣本分為3個組:0～50 mm組的樣本有3只(1～3號樣本),51～100 mm 組的樣本有62只(4～65號樣本),101～150 mm組的樣本有9只(66～74號樣本)。

1.3 數據處理為消除雷山髭蟾蝌蚪個體間異速增長的影響,先使用Excel軟件將雷山髭蟾蝌蚪各外部形態指標的原始數據轉換為以10為底數的對數值,再使用SPSS 20.0軟件進行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 雷山髭蟾蝌蚪的外部形態雷山髭蟾蝌蚪體形肥大,皮膚光滑,呈紅棕色,體尾有小黑點;頭部呈淡紅色且有少許褐色塊斑,尾部具有淡黃色“V”形斑(圖2a、c、e),尾鰭半透明,尾肌強壯,尾末端鈍尖;吻端平圓,鼻孔近于吻兩側、靠近眼。眼在體前面的背側;兩眼相距較遠。口為下位,具有發達的下頜肌及堅硬的鋸齒狀下頜鞘,唇齒發達。腹部呈灰白色,嘴呈開“W”形(圖2b、d、f),盤曲的腸道等清晰可見,肛孔開口于腹部尾基中央。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪的全長41.75～49.63 mm,平均全長45.66 mm;全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪全長53.55～99.19 mm,平均全長75.33 mm;全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪全長100.44～118.30 mm,平均全長106.73 mm。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪尾部褐色斑點較為集中,且主要集中在基部,且后肢芽均未發育(圖2a、b)。全長51～100 mm組和全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪褐色斑點分布比較分散,下尾鰭和上尾鰭均有褐色斑點分布(圖2c～f)。全長51～100 mm組少部分蝌蚪后肢芽已生長,大部分蝌蚪未生長后肢芽。全長101～150 mm組的全部蝌蚪均具后肢芽,且生長程度不同。雷山髭蟾蝌蚪的四肢先后長出,后肢芽慢慢發育成后肢,后肢長出后再長出前肢。此次采集到的蝌蚪樣本不管有無后肢芽,均無前肢。

2.2 雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標分析

2.2.1雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標測量。雷山髭蟾蝌蚪的體重和形態指標見表1。全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪均無后肢,全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪部分有后肢,全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪均有后肢。

表1 雷山髭蟾蝌蚪的體重和外部形態指標

2.2.2方差分析。先將3組雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標的原始數據轉換成以10為底數的對數值,再使用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析,結果見表2。由表2可知,雷山髭蟾蝌蚪體重、吻肛距、全長、尾長、尾高、體寬、體高、上尾鰭高、下尾鰭高、吻出水孔距、眼前頭長、吻鼻距、鼻間距、眼徑、眼間距、口寬、后肢芽長、尾基寬的P值均小于0.01,表明3組雷山髭蟾蝌蚪的18項指標差異均極顯著。

表2 方差分析結果

2.2.3主成分分析。先將雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標的原始數據轉換成以10為底數的對數值,再進行主成分分析,KMO值接近1(KMO=0.930),Bartlett球度檢驗的P值小于0.01(P=0.000),表明所測數據適合進行因子分析。從18項指標中提取特征值大于1的主成分有1個(圖3),因為這個主成分的累計方差貢獻率為76.351%,所以這個主成分保留了原有指標的大部分信息。通過主成分得分系數矩陣(表3)可知,對主成分影響較大的指標為體重(0.965)、全長(0.950)、眼間距(0.928)、體寬(0.907)、尾長(0.918)。

表3 公因子方差

圖3 主成分分析碎石圖Fig.3 Principal component analysis gravel diagram

主成分的得分值=體重×0.070+吻肛距×0.068+全長×0.071+尾長×0.070+尾高×0.069+體寬×0.070+體高×0.056+上尾鰭高×0.064+下尾鰭高×0.068+吻出水孔距×0.063+眼前頭長×0.053+吻鼻距×0.046+鼻間距×0.061+眼徑×0.050+眼間距×0.070+口寬×0.061+后肢芽長×0.061+尾基寬×0.069。

2.2.4聚類分析。將雷山髭蟾蝌蚪體重和形態指標的原始數據轉換成以10為底數的對數值,再進行聚類分析。采用單個樣本進行聚類分析,使用歐氏距離法對體重、全長、眼間距、體寬、尾長等18個指標進行聚類分析,聚類樹狀圖見圖4。74只雷山髭蟾蝌蚪共進行73步聚類。以標線5為基準,可分成五大類:5號樣本單獨為一大類(規定為第二類),1、2、3、4、6、7號樣本為一大類(第三類),51、54、55、56為一大類(第四類),57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74號樣本為一大類(第五類),其他樣本為第一類,第一類樣本最多(45個);第一類和第二類聚為一支,再與第三類聚在一起;第四類和第五類聚在一起;前三類和后兩類的距離最遠。全長0～50 mm組(1～3號樣本)與全長101～150 mm組(66～74號樣本)的雷山髭蟾蝌蚪關系最遠;全長51～100 mm組(4～65號樣本)的雷山髭蟾蝌蚪處于生長發育的過渡階段,與全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪有較近的關系,所以較多蝌蚪與該組蝌蚪聚為一類,而較少蝌蚪與全長101～150 mm組雷山髭蟾蝌蚪聚為一類。

圖4 雷山髭蟾蝌蚪形態指標聚類分析Fig.4 Cluster analysis of the morphological indices of V. leishanensis tadpoles

3 討論

蝌蚪的形態結構具有種屬特征且能反映行為方式的獨特性[20]和棲息地水體質量,蝌蚪的形態結構研究對于兩棲類的分類學、系統學、保護學和生態學等研究具有重要價值[21]。雷山髭蟾的生活史具有水棲的蝌蚪期和陸棲的成體期2個階段,蝌蚪是其生命史中的一個重要時期。通過對雷山髭蟾蝌蚪外部形態指標進行方差分析、主成分分析和聚類分析,可以得到雷山髭蟾蝌蚪外部形態的基礎數據和區分的重要形態指標。其體重、吻肛距、全長、尾長、尾高等18項指標均差異極顯著,說明不同全長組的雷山髭蟾蝌蚪在形態特征方面存在明顯的差異。這與峨眉髭蟾蝌蚪的體形測量與分析結果(體重、體長、尾長等指標均存在極顯著差異)相一致[20]。峨眉髭蟾和雷山髭蟾同屬于髭蟾屬,其蝌蚪的區分特征也相似。主成分1的累計方差貢獻率為76.351%;體重、全長、眼間距、體寬、尾長5個指標對主成分的影響較大,說明雷山髭蟾蝌蚪的體重、全長和尾部形態是對其影響較大的指標,對雷山髭蟾蝌蚪的區分起到重要作用,可作為雷山髭蟾蝌蚪區分的重要指標。全長0～50 mm組和全長101～150 mm 組雷山髭蟾蝌蚪形態特征差異較大,所以分別進行聚類;全長51～100 mm組雷山髭蟾蝌蚪為生長發育過渡階段,與全長0～50 mm組雷山髭蟾蝌蚪形態特征差異較小,所以多數蝌蚪與該組蝌蚪聚為一類。此次調查是在冬季進行的,當年產的卵還未孵化,蝌蚪均為前一兩年出生、經歷過1個或2個冬季,所以全長0～50 mm組蝌蚪數量很少;全長51～100 mm組的蝌蚪數量最多,多數為經歷過1個冬天的蝌蚪,少數為經歷過2個冬天的蝌蚪;全長101～150 mm組蝌蚪數量不多,為經歷過2個冬天的蝌蚪,此全長組多數蝌蚪已經發育為成體,離開溪流到附近的陸地生活。雷山髭蟾蝌蚪生長發育緩慢,且各時期發育時長不等[7]。同一時期的蝌蚪全長等形態特征相近,不同時期蝌蚪的形態特征差異顯著,主要是由長期適應不同環境進化形成的生物學特性決定的[9]。同時,蝌蚪的體形及其他形態特征與所處環境有很大關系[22]。生活在同一區域的蝌蚪因環境相似,多數蝌蚪發育水平相當,全長也相近;在長期的生活史中,可能受蝌蚪密度[20]、甲狀腺激素調控[23-24]、水深[20]、食物種類等因素的影響[25],少數蝌蚪發育緩慢,全長明顯小于其他蝌蚪。溫度對蝌蚪發育時長的影響十分顯著,可能是因為蝌蚪的生長發育受體內酶的影響,而溫度會影響酶的活性[26-27]。生活在不同區域的蝌蚪受溫度影響較大。樣本采集地格頭村與仙女塘和康利水廠相距約15.5 km,兩地海拔不同(格頭村海拔1 015 m,仙女塘和康利水廠海拔1 600 m)。海拔高的地區氣溫和水溫相對較低,水溫低則蝌蚪發育慢,水溫高則蝌蚪發育快。水溫的不同會導致同一期卵孵化的蝌蚪發育水平不同,蝌蚪大小等形態特征不同,這些差異反映了蝌蚪形態結構對生境適應的可塑性[20]。

雷山髭蟾蝌蚪外部形態分析可為雷山髭蟾的生物學特征研究積累基礎數據,為髭蟾屬的物種分化研究提供基本信息。在沒有鑒定蝌蚪分期的情況下,該研究依據雷山髭蟾蝌蚪的全長將其分為3組,并對蝌蚪形態進行分析。目前有關雷山髭蟾蝌蚪研究的報道很少,對其分期的精確劃分尚屬空白,而分期對雷山髭蟾蝌蚪種群的研究具有重要意義。Gosner分期法通過蝌蚪后肢和趾的形態變化來界定蝌蚪的標準形態分化程度,很多研究者質疑其可靠性[28]。由于此次調查在冬季進行,未能了解其他時期蝌蚪的發育狀況。建議今后進行為期3年的跟蹤調查,并結合雷山髭蟾蝌蚪的全長、體重等指標[29],采用常用的Gosner分期法對雷山髭蟾蝌蚪進行分期,以全面了解雷山髭蟾蝌蚪的生長發育情況。