王 宇， 陳 超， 王曉旋， 徐櫻藝， 鄔怡靜， 胡一中

(浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004)

表型是指有機(jī)體中可觀察的結(jié)構(gòu)與功能特征，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征、生態(tài)行為和生活史特征等[1].為適應(yīng)環(huán)境條件的變化，有機(jī)體的表型在內(nèi)部基因的調(diào)控下可發(fā)生可逆性反應(yīng)[2]，這種現(xiàn)象被稱作表型彈性(phenotypic flexibility).有機(jī)體的不同表型對(duì)于適應(yīng)變化的氣候具有重要意義，其多種臟器的大小會(huì)隨季節(jié)波動(dòng)而出現(xiàn)適應(yīng)性改變[3].其中，消化器官對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)高度敏感，其重量、長(zhǎng)度和消化酶活性都表現(xiàn)出明顯的表型彈性[1].作為重要的外溫動(dòng)物類群，兩棲動(dòng)物的腸道大小[4]和組織學(xué)結(jié)構(gòu)[5]，以及取食等活動(dòng)[6]都與季節(jié)或性別有關(guān).如黑斑側(cè)褶蛙(Pelophylaxnigromaculata)的體重、體長(zhǎng)、胴體濕重系數(shù)和多項(xiàng)消化道的系數(shù)均存在性別和季節(jié)差異[7]；中華蟾蜍(Bufogargarizans)在體重、體長(zhǎng)及腎臟、脾臟等內(nèi)臟器官上存在性別和季節(jié)差異[8]；花背蟾蜍(Buforaddei)則在體重上存在性別和季節(jié)差異，而在胴體濕重、胴體干重、體長(zhǎng)、消化道總長(zhǎng)、胃長(zhǎng)、小腸長(zhǎng)、小腸的橫截面直徑、絨毛高度和上皮細(xì)胞高度，小腸淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的活力等方面表現(xiàn)出季節(jié)變化[1].然而，關(guān)于其他兩棲動(dòng)物消化道表型彈性的野外證據(jù)仍十分缺乏.

澤陸蛙 (Fejervaryamultistriata)，隸屬于兩棲綱(Amphibia)、無尾目(Anura)、叉舌蛙科(Dicroglossidae)，廣泛分布于我國(guó)大部省份和東南亞地區(qū)，是我國(guó)長(zhǎng)江下游水稻產(chǎn)區(qū)最常見的蛙類，主要棲息于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水生環(huán)境中[9].根據(jù)對(duì)澤陸蛙的解剖學(xué)觀察，澤陸蛙的消化道可分為口咽腔、食道、胃、小腸和大腸等部分.研究發(fā)現(xiàn)，澤陸蛙雌雄個(gè)體消化系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的測(cè)量絕對(duì)值有較大差異，因此認(rèn)為消化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與其食性相適應(yīng)[10]；此外,澤陸蛙身體大小的變化可能是由于繁殖季節(jié)可利用食物量的變化所引起[11].當(dāng)前，雖然已有眾多學(xué)者對(duì)澤陸蛙的消化道展開了解剖學(xué)、組織學(xué)、免疫組織化學(xué)等方面的研究，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)澤陸蛙消化系統(tǒng)的雌雄差異與個(gè)體大小和季節(jié)的相關(guān)性，但對(duì)于澤陸蛙消化道表型彈性的具體性別差異和季節(jié)動(dòng)態(tài)尚未見報(bào)道.本文以分布于浙江金華地區(qū)的澤陸蛙為研究對(duì)象，通過比較分析春、夏、秋季雌、雄澤陸蛙消化道重量和長(zhǎng)度的變化，在器官水平上對(duì)表型彈性理論進(jìn)行了驗(yàn)證，為兩棲動(dòng)物比較形態(tài)學(xué)研究提供了基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

分別于2015年4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)，在浙江省金華市浙江師范大學(xué)校園內(nèi)捕捉成體澤陸蛙，共捕獲30只雌蛙和30只雄蛙，3個(gè)季節(jié)捕獲的樣本數(shù)均為10只雌蛙和10只雄蛙.其中，以個(gè)體體長(zhǎng)大于25 mm作為判斷澤陸蛙成體和亞成體的標(biāo)準(zhǔn)[12]，各個(gè)體經(jīng)后續(xù)解剖觀察以出現(xiàn)精巢或卵巢為依據(jù)判斷各個(gè)個(gè)體的性別.

1.2 取 材

分別用Sartorius BP310S電子天平(精度為0.001 g)稱量動(dòng)物體重，桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司SF2000電子數(shù)顯卡尺(精度為0.01 mm)測(cè)量頭體長(zhǎng)后，將蛙處死并解剖分離出消化道的食道、胃、小腸和大腸等4段.用電子數(shù)顯卡尺測(cè)量自然狀態(tài)下消化道各段的長(zhǎng)度.用剪刀縱剖開消化道各段后用任氏液進(jìn)行反復(fù)沖洗，并用濾紙吸干附于消化道表面的液體，然后對(duì)消化道各段的濕重進(jìn)行稱量.用錫箔紙分別包裹胴體和消化道各段，之后置于65 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司DHG-9245A型，精度為0.5 ℃)烘至恒重，分別稱量錫箔紙和含有錫箔紙的胴體和消化道各段的總質(zhì)量(精確到0.001 g).各相關(guān)指數(shù)計(jì)算公式如下：

總消化道長(zhǎng) (mm)=食道長(zhǎng)+胃長(zhǎng)+小腸長(zhǎng)+大腸長(zhǎng);

干重(g)=烘干后的相關(guān)組織和錫箔紙的總重量-包裹相關(guān)組織的錫箔紙的紙重；

濕重(或干重)系數(shù)(%)=濕重(或干重)/體重(或胴體干重)×100%；

長(zhǎng)度系數(shù)(%)=相關(guān)組織長(zhǎng)度/體長(zhǎng)×100%.

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 21統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.首先，使用Shapiro-Wilk test和Bartlett法分別對(duì)數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差同質(zhì)性進(jìn)行檢驗(yàn)，若數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，則將體重和體長(zhǎng)等測(cè)量大小數(shù)據(jù)進(jìn)行自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換或?qū)⒏飨禂?shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換使其符合參數(shù)檢驗(yàn)的要求.以季節(jié)和性別為自變量對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行雙因素方差分析(two-way ANOVA)，若2個(gè)因素之間出現(xiàn)顯著交互作用，則固定其中一個(gè)因素，以另一個(gè)因素進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)或t檢驗(yàn)，并以Tukey HSD法對(duì)多組數(shù)據(jù)之間的差異顯著性進(jìn)行比較；若2個(gè)因素之間無顯著的交互作用，則進(jìn)行雙因素主效應(yīng)分析.數(shù)值均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差 (Mean±SE) 表示，顯著性水平α=0.05.

2 結(jié) 果

2.1 澤陸蛙體重、體長(zhǎng)、胴體濕重及干重系數(shù)的性別和季節(jié)差異

性別和季節(jié)對(duì)澤陸蛙的體重、體長(zhǎng)和胴體濕重系數(shù)有顯著的交互作用(P<0.05)，但對(duì)胴體干重系數(shù)無影響(P>0.05)，見表1.

表1 各消化道系數(shù)的雙因素方差分析

單因素方差分析或t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，夏季雌性澤陸蛙的體重高于雄蛙，雌雄蛙的體重夏季均顯著高于春季和秋季(見圖1A)；雌雄蛙的體長(zhǎng)在夏季均顯著高于春秋季，而在春季和秋季間無明顯差別，不同性別的澤陸蛙在體長(zhǎng)上無顯著差異(見圖1B)；胴體濕重系數(shù)夏季雄蛙大于雌蛙，雄蛙春季的胴體重系數(shù)顯著小于夏秋季節(jié)，雌蛙夏季則明顯低于春秋季(見圖1C).雙因素主效應(yīng)分析表明，性別顯著影響胴體干重系數(shù)(P<0.05)，且雄蛙大于雌蛙；在不同季節(jié)間，雌雄蛙的胴體干重系數(shù)差異不顯著(見圖1D).

a，b表示組間的差異顯著性，相同字母組間差異不顯著，不同字母表示組間差異顯著

2.2 澤陸蛙總消化道及各段濕重系數(shù)的性別和季節(jié)差異

性別和季節(jié)對(duì)總消化道濕重系數(shù)、小腸濕重系數(shù)和大腸濕重系數(shù)有顯著的交互作用(P<0.05)，但對(duì)食道濕重系數(shù)和胃濕重系數(shù)無影響(P>0.05)(見表1).控制性別或季節(jié)其中一個(gè)變

a，b表示組間的差異顯著性，相同字母組間差異不顯著，不同字母表示組間差異顯著

量后的單因素方差分析或t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，秋季澤陸蛙的總消化道濕重系數(shù)和大腸濕重系數(shù)雌蛙均顯著大于雄蛙，而小腸濕重系數(shù)則是雄蛙大于雌蛙；在春夏季不同性別之間并無顯著差異(見圖2).不同季節(jié)總消化道系數(shù)，雌蛙是秋季高于夏季，春秋季和春夏季之間無差異；雄蛙是春秋季高于夏季，春秋季之間無差異(見圖2A).小腸濕重系數(shù)在雌蛙是春季高于秋季，春夏季和夏秋季之間的差異不顯著；在雄蛙則是春秋季明顯高于夏季，春秋季之間差異不顯著(見圖2C).大腸濕重系數(shù)方面，僅雌蛙秋季明顯高于春夏季，在雄蛙中差異不顯著(見圖2D).雙因素主效應(yīng)分析表明，食道濕重系數(shù)和胃濕重系數(shù)顯著受到季節(jié)影響(P<0.05)，呈現(xiàn)出春季高于秋季的趨勢(shì)(見圖2B)，而與性別無關(guān)(見表1).

2.3 澤陸蛙總消化道及各段干重系數(shù)的性別和季節(jié)差異

性別和季節(jié)對(duì)總消化道干重系數(shù)、食道干重系數(shù)、胃干重系數(shù)和大腸干重系數(shù)無顯著的交互作用(P>0.05)，但對(duì)小腸干重系數(shù)有顯著的交互作用(P<0.05)(見表1).單因素方差分析結(jié)果顯示，小腸干重系數(shù)在不同季節(jié)間呈現(xiàn)顯著的差異，而在不同性別間的差異不顯著.雙因素主效應(yīng)分析結(jié)果顯示，總消化道干重系數(shù)、食道干重系數(shù)、胃干重系數(shù)和大腸干重系數(shù)在不同季節(jié)上存在顯著的差異，而只有總消化道干重系數(shù)還在不同性別間具有顯著差異.

2.4 澤陸蛙總消化道長(zhǎng)及各段長(zhǎng)度系數(shù)的性別和季節(jié)差異

性別和季節(jié)對(duì)總消化道長(zhǎng)度系數(shù)、食道長(zhǎng)度系數(shù)、胃長(zhǎng)度系數(shù)、小腸長(zhǎng)度系數(shù)和大腸長(zhǎng)度系數(shù)均無顯著的交互作用(P>0.05)(見表1).雙因素主效應(yīng)分析表明，食道長(zhǎng)度系數(shù)和胃長(zhǎng)度系數(shù)均存在顯著的季節(jié)間差異，而總消化道長(zhǎng)度系數(shù)和小腸長(zhǎng)度系數(shù)則均存在明顯的性別間差異，大腸長(zhǎng)度系數(shù)在不同季節(jié)和不同性別間均不存在差異(見表1).

3 討 論

澤陸蛙是我國(guó)南方大多數(shù)地區(qū)常見的兩棲動(dòng)物之一，冬季冬眠，夏季繁殖.作為對(duì)外界環(huán)境條件的適應(yīng)性反應(yīng)，澤陸蛙的體重、體長(zhǎng)和消化器官的大小皆表現(xiàn)出季節(jié)性彈性，這對(duì)其生存和繁殖具有十分重要的意義.探究消化道在不同性別、不同季節(jié)中的變化，對(duì)研究澤陸蛙在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中形成與自然和繁殖行為相適應(yīng)的彈性變化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

3.1 澤陸蛙體重、體長(zhǎng)、胴體濕重及干重的性別和季節(jié)差異

不同性別的澤陸蛙在繁殖活動(dòng)中承擔(dān)不同的任務(wù)，雌性主要將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于育肥、性腺的發(fā)育和產(chǎn)卵，而雄性個(gè)體則將能量主要用于覓食、爭(zhēng)奪配偶等活動(dòng)，因此，二者在夏季的能量消耗并不相同，在體重、胴體干重和胴體濕重上會(huì)出現(xiàn)顯著的雌性個(gè)體大于雄性的現(xiàn)象.據(jù)研究，在整體水平上，中華蟾蜍、黑斑側(cè)褶蛙等蛙類的雌性個(gè)體的體重和體長(zhǎng)也均顯著高于雄性個(gè)體[13-14].

澤陸蛙經(jīng)過冬季長(zhǎng)達(dá)3～4個(gè)月的冬眠后在春季復(fù)蘇，此時(shí)為維持冬眠期的能量消耗，澤陸蛙體內(nèi)的脂肪轉(zhuǎn)換為能量，因此其體重下降極大，并處于一年中體重的最輕狀態(tài)；此后，為在夏季進(jìn)行繁殖，澤陸蛙不斷的大量進(jìn)食，使體重急劇上升；而在秋季，澤陸蛙經(jīng)過繁殖后體重又會(huì)有所下降.因此，澤陸蛙的體重會(huì)在不同季節(jié)中出現(xiàn)顯著的變化.每年4—10月，澤陸蛙的捕食達(dá)到盛期[15]，其所獲取并積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要儲(chǔ)存在肝臟和脂肪體中[16]，儲(chǔ)存在胴體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所占的比例并不大，對(duì)胴體干重的影響并不大.因此，澤陸蛙的干重同黑斑側(cè)褶蛙[13]、中華蟾蜍[8]、花背蟾蜍[1]等蛙類類似，一般不會(huì)隨季節(jié)的變化出現(xiàn)明顯的差異.但是，在繁殖后期的秋季，澤陸蛙為滿足冬季冬眠期的能量和水分消耗，會(huì)將較多的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存在肝臟，其胴體濕重在10月份達(dá)到最高[15]，并且出現(xiàn)明顯的季節(jié)變化.研究顯示，中華蟾蜍雄蛙的含水量在入眠前達(dá)到最大[8]，這與澤陸蛙其胴體濕重在10月份達(dá)到最大值的彈性變化是相似的.

研究中發(fā)現(xiàn)，澤陸蛙的體長(zhǎng)在夏季顯著高于春秋兩季，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是由于秋季所采集的樣本較多是當(dāng)年生的澤陸蛙個(gè)體.不同年齡澤陸蛙在體長(zhǎng)上的差異造成了秋季澤陸蛙個(gè)體體長(zhǎng)小于夏季,如此前對(duì)澤蛙、華西蟾蜍、中國(guó)林蛙等[17-19]的體長(zhǎng)和年齡結(jié)構(gòu)研究都發(fā)現(xiàn),體長(zhǎng)與年齡結(jié)構(gòu)具有一定的相關(guān)性.

3.2 澤陸蛙消化道重量的性別和季節(jié)差異

澤陸蛙的總消化道濕重和干重均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性和性別差異.究其原因是，澤陸蛙的小腸與大腸濕重具有明顯的性別差異，且在春夏兩季均是雌蛙重于雄蛙，但是在秋季雌蛙則低于雄蛙.這可能與不同性別的澤陸蛙在不同季節(jié)的生活習(xí)性及在繁殖后代中承擔(dān)著不同的角色有關(guān).雌蛙在春夏兩季進(jìn)入捕食盛期，長(zhǎng)期處在繁殖準(zhǔn)備期與繁殖期，并且要孕育下一代所需要的能量和消耗的能量均要明顯大于雄蛙.同樣這也是雌蛙胃腸濕重在夏季達(dá)到頂峰的原因，而雄蛙在繁殖期所消耗的能量較少，并且在秋季為了到來的冬眠做了大量的與能量?jī)?chǔ)蓄相關(guān)的行動(dòng)，從而出現(xiàn)了雄蛙胃腸的濕重與干重的數(shù)值頂峰不是在夏季而是在秋季的情況.

消化道作為動(dòng)物消化食物和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的場(chǎng)所，其重量與所攝取食物的重量及食物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量有關(guān).對(duì)中華蟾蜍受短期禁食和重喂食的干擾下的體重及其臟器進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在器官水平上，動(dòng)物主要依賴適度饑餓而導(dǎo)致的心肌功能的提升和消化道的可塑性來應(yīng)對(duì)變化的食物條件[14].澤陸蛙的總消化道濕重和干重均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，這與每個(gè)季節(jié)的食物豐盛度有關(guān).澤陸蛙雌蛙的消化道濕重系數(shù)秋季明顯高于另2個(gè)季節(jié)，而雄蛙則無明顯差異；在春、夏兩季，雄蛙的消化道系數(shù)明顯高于雌蛙，而秋季兩種性別的澤陸蛙則無明顯差異.這是由于雌蛙和雄蛙在繁殖下一代的性別角色差異所決定的，如在黑斑側(cè)褶蛙、中華蟾蜍等兩棲類雄性的精巢濕重及干重均無季節(jié)差異，但是雌性個(gè)體的卵巢、輸卵管等重量均在秋冬季達(dá)到最大值[8,13]，也就是說雌蛙的春夏兩季所積累的能量較雄蛙來說有較多的能量用于繁殖后代相關(guān)器官的生長(zhǎng)發(fā)育，如脂肪體、卵巢和輸卵管等的發(fā)育，但是由于秋季不用為繁殖后代所準(zhǔn)備，因此，雌蛙消化道系數(shù)在秋季會(huì)大大增加；而雄蛙在下一代的繁殖中所扮演的角色決定了其流向繁殖所需的能量并不會(huì)特別多，因此在各個(gè)季節(jié)中，消化道所占比重?zé)o明顯變化，在秋季拜托繁殖下一代壓力的雌蛙的系數(shù)也與雄蛙相似.

小腸作為消化吸收的主要場(chǎng)所，其濕重的季節(jié)性變化與性別變化基本上與總消化道的變化保持一致.但是雌蛙小腸濕重與雌蛙總消化道濕重的季節(jié)性差異仍然具有較大的差異，雌蛙的小腸濕重頂峰在春天，而雌蛙總消化道濕重的頂峰是在秋天.這與其冬眠和夏天繁育的習(xí)性是密不可分的.冬眠過后，雌蛙為大量繁育后代做準(zhǔn)備，需要吸收大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)讓身體的發(fā)育水平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn).因此,作為消化吸收的主要場(chǎng)所的小腸在春天成為雌蛙濕重增加最快的部位，其在春天濕重達(dá)到頂峰.而秋天主要是為了度過漫長(zhǎng)的冬日做準(zhǔn)備，并且經(jīng)過春夏兩季的積累消化道濕重總體都得到大幅度的增長(zhǎng)，而小腸在經(jīng)過春季濕重的大幅度增長(zhǎng)后，在夏秋反而增長(zhǎng)幅度不再如春季那么明顯.

3.3 澤陸蛙消化道長(zhǎng)度的性別和季節(jié)差異

胃腸道是能量攝入和能量分配二者之間的功能性的聯(lián)結(jié)，因而在器官進(jìn)化過程中，可能經(jīng)歷許多選擇性的壓力[20].食道、胃表現(xiàn)出了明顯的季節(jié)性差異，其中胃長(zhǎng)度在秋季達(dá)到最大值，花背蟾蜍的胃也在秋季達(dá)到了最大值[1]，食道在春季達(dá)到最大值.澤陸蛙在結(jié)束冬眠后的春季對(duì)食物的攝入需求急劇增加引起了食道的膨大，同樣較長(zhǎng)的冬眠準(zhǔn)備期使得澤陸蛙的胃在秋季急劇地膨大.小腸長(zhǎng)度在不同季節(jié)表現(xiàn)出了明顯的雌蛙長(zhǎng)于雄蛙的性別差異.小腸是動(dòng)物進(jìn)行消化和吸收最重要的器官組織，它的長(zhǎng)度在一定程度上決定了個(gè)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力.雌蛙由于在繁殖過程中扮演者孕育者的角色，需要積累大量的能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)提供給卵細(xì)胞的發(fā)育，因此，在同一季節(jié)，雌蛙的小腸長(zhǎng)度會(huì)明顯長(zhǎng)于雄蛙，這是一種與自然和繁殖行為相適應(yīng)的表現(xiàn).

在對(duì)澤陸蛙的消化道表型彈性的研究中不難發(fā)現(xiàn)，其消化道所表現(xiàn)出的季節(jié)差異與性別差異都是與其食物變化、季節(jié)變化及性別角色所承擔(dān)的功能相適應(yīng)，這種相適應(yīng)有助于提高澤陸蛙的生存能力和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力.