霍達(dá)亮 廖莎莎 曹靜 趙志軍

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，溫州 325035）

動(dòng)物生理和行為特征的可塑性對其適應(yīng)環(huán)境變化、提高生存能力具有重要意義(Nespoloet al.,2001; Nayaet al., 2011; 王德華，2011; Zhanget al., 2016)。體重、能量攝入和能量支出的生理調(diào)節(jié)是小型哺乳動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境變化的主要能量學(xué)策略(Zhanget al., 2012; Khakisahnehet al., 2019; 崔志強(qiáng)等，2019)。食物資源的不確定性是動(dòng)物在自然環(huán)境中面臨的主要問題之一，食物短缺條件下許多動(dòng)物通常動(dòng)員脂肪貯存，降低代謝率和活動(dòng)行為以降低能量支出，從而增強(qiáng)自身耐受能力(Hambly and Speakman,2005;Gutmanet al.,2007)；也有一些動(dòng)物通過增加活動(dòng)行為以尋覓食物，導(dǎo)致能量支出增加，使耐受食物短缺的能力降低，但與此同時(shí)增加了獲取食物資源的機(jī)會(huì)，增加生存概率(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002;趙志軍等，2009a，2009b)。在上述兩種應(yīng)對食物短缺的行為策略中，代謝產(chǎn)熱能量支出的生理調(diào)節(jié)可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。

靜息代謝率(resting metabolic rate, RMR) 和非顫抖性產(chǎn)熱(nonshivering thermogenesis,NST)是小型哺乳動(dòng)物主要的能量支出方式之一(Heldmaier,1971;Wang and Wang, 1996)，“代謝率轉(zhuǎn)換”假說認(rèn)為，動(dòng)物能否適應(yīng)食物資源變化的關(guān)鍵在于其是否具備調(diào)節(jié)代謝率的能力，在食物短缺條件下，可通過“轉(zhuǎn)換”代謝率，降低代謝水平，以適應(yīng)長期的食物短缺環(huán)境，動(dòng)物自身“轉(zhuǎn)換”代謝率能力是影響其適應(yīng)策略的主要因素之一(Merkt and Taylor,1994)。相對于大型動(dòng)物，非冬眠的小型嚙齒類動(dòng)物體型較小，體表面積與體重比值較高，維持恒定體溫調(diào)節(jié)的能量需求更高。小型嚙齒類動(dòng)物的RMR 和NST 水平較高，對維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)具有重要意義，但與此同時(shí)受環(huán)境因素的影響較大，特別是環(huán)境溫度的變化(Zhanget al.,2012; 趙志軍等，2014)。例如在冬季低溫環(huán)境下RMR 和NST 顯著增加以補(bǔ)償機(jī)體熱散失，夏季高溫環(huán)境下RMR 和NST 顯著降低以減少機(jī)體產(chǎn)熱從而維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)(Jefimowet al., 2004; Ne‐spolo and Franco,2007)。然而在不同的環(huán)境溫度下小型哺乳動(dòng)物是否采用“代謝率轉(zhuǎn)換”以應(yīng)對食物短缺，尚不明確。

甲狀腺激素(Thyroid hormone, TH) 是參與調(diào)節(jié)機(jī)體代謝和適應(yīng)性產(chǎn)熱最主要的內(nèi)分泌激素之一(Martínez-Sánchezet al.,2017)。TH 有T3和T4兩種主要形式，其中T3的生物活性最強(qiáng)，而血液中TH 主要以T4形式存在。TH 能促進(jìn)褐色脂肪組織、肝臟、腎臟、骨骼肌等組織的耗氧量和產(chǎn)熱量，從而促進(jìn)動(dòng)物整體RMR 和NST 顯著增加，對動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)具有重要意義(Silva,2006)。TH能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，對機(jī)體能量代謝平衡的適應(yīng)性調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用。TH 促進(jìn)脂肪酸氧化，加速脂肪分解，從而為機(jī)體提供更多能量(Lanniet al., 2003)。尤其在低溫環(huán)境下，許多動(dòng)物的代謝產(chǎn)熱增強(qiáng)，脂肪動(dòng)員增加，伴隨著血清TH 水平顯著升高(Parket al., 1989; Freake and Oppenheimer,1995)。但TH 在動(dòng)物應(yīng)對食物短缺的“代謝率轉(zhuǎn)換”策略中的意義尚不清楚，特別是在不同環(huán)境溫度下，TH 與動(dòng)物應(yīng)對食物短缺的耐受能力之間的關(guān)系尚不明確。

黑線倉鼠(Cricetulus barabensis)，屬嚙齒目(Rodentia) 倉鼠科(Cricetidae) 倉鼠亞科(Hamster)倉鼠屬(Cricetulus)，廣泛分布于我國東北和華北地區(qū)的農(nóng)田和草原，分布西界在甘肅河西走廊的張掖一帶，南界大約在秦嶺至長江一帶，在安徽、江蘇兩省境內(nèi)有跨江分布記錄；國外分布于蒙古國、俄羅斯西伯利亞南部和朝鮮北部等地(張知彬和王祖望，1998)。棲息地氣候具有顯著的季節(jié)性變化，黑線倉鼠不冬眠，冬季低溫環(huán)境下代謝率顯著增加，因此具有更高的能量攝入和代謝產(chǎn)熱的需求(Song and Wang,2003;Zhaoet al.,2010)。該鼠是食谷物為主的植食性動(dòng)物，春、夏季節(jié)不貯食，以植物根莖葉為食，秋季儲(chǔ)食作物種子，供越冬食用。由于食物的豐富度受自然環(huán)境的影響，該鼠在自然環(huán)境下的食性和食量也具有明顯季節(jié)性變化，也可能會(huì)面臨食物短缺(斷食或食物不足)的情況(張知彬和王祖望，1998)。黑線倉鼠體型較小，代謝率相對較高，與代謝率低的動(dòng)物相比對食物短缺(限食和斷食) 耐受能力較低(Song and Wang, 2003;Zhaoet al., 2010; Wenet al., 2018a)。斷食后的黑線倉鼠行為活動(dòng)發(fā)生顯著變化，夜間活動(dòng)行為增加，而晝間顯著減低(Wenet al., 2018b)。趙志軍(2012)發(fā)現(xiàn)室溫條件下經(jīng)90%、80%和70%限食馴化3周后，黑線倉鼠降低了代謝水平，采用“代謝率轉(zhuǎn)換”策略以應(yīng)對食物短缺。本研究，在不同的溫度下(5.0℃、21.0℃和32.5℃) 將黑線倉鼠完全剝奪食物(斷食處理)，再恢復(fù)自由取食(重喂食)，測定體溫、能量攝入、代謝率、身體脂肪貯存和血清TH 的變化。我們假設(shè)，在應(yīng)對急性食物短缺(斷食) 的條件下，黑線倉鼠采取“代謝率轉(zhuǎn)換”能量學(xué)對策，但不同環(huán)境溫度下，其“代謝率轉(zhuǎn)換”能量學(xué)對策可能不同，優(yōu)先滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求以維持穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)，TH 可能在這一過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物來自野生黑線倉鼠的室內(nèi)繁殖種群[溫州大學(xué)動(dòng)物氣候室，溫度(21.0±1.0)℃，光照12L∶12D]，動(dòng)物自由取食(北京科澳協(xié)力飼料有限公司，大小鼠維持飼料2212/2252；質(zhì)量比：粗脂肪4.0%、粗蛋白18.0%、粗纖維5.0%、碳水化合物65.1%，熱值為17.6 kJ/g) 和飲水。選取3 ~3.5月齡雄性黑線倉鼠，單籠飼養(yǎng)(29 cm×18 cm×16 cm)。提供適量巢材(樺木刨花)，每日更換1次。

選取雄性黑線倉鼠(3 ~ 3.5 月齡) 144 只，按照動(dòng)物體重分為3 組，再分別隨機(jī)指定為5.0℃組(n= 47)、21.0℃組(n= 46) 和32.5℃組(n= 51)。5.0℃為該鼠在野外自然環(huán)境下冬季洞穴的大致溫度，也是國際上通常采用的低溫處理溫度；21.0℃為其正常飼養(yǎng)環(huán)境的溫度，作為對照組溫度；32.5℃為該鼠熱中性區(qū)的上臨界溫度(Zhaoet al., 2010)。在實(shí)驗(yàn)開始之前，動(dòng)物飼養(yǎng)在室溫(21.0℃)下自由取食和飲水，每天測定動(dòng)物體重和日攝食量，連續(xù)記錄7 d (day -7 ~ day 0)，之后5.0℃組動(dòng)物轉(zhuǎn)移至低溫室(5.0±1.0)℃，32.5℃組轉(zhuǎn)移至高溫室(32.5 ± 1.0)℃，動(dòng)物自由飲水，但完全移除食物(此后簡稱“斷食”)。5.0℃組、21.0℃組和32.5℃組分別在斷食后的12 ~ 24 h、24 ~ 36 h 和36 ~ 48 h，各有1 只動(dòng)物發(fā)生死亡，故此3 組動(dòng)物分別在斷食后的24 h、36 h 和48 h終止斷食處理(Wallace,1976)。5.0℃組斷食24 h、21.0℃組斷食36 h、32.5℃組斷食48 h 后，分別恢復(fù)自由取食(此后簡稱“重喂食”)，持續(xù)5 周(day1 ~ day35)。重喂食期間，每天測定動(dòng)物體重和日攝食量(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n=15，圖1)。當(dāng)日提供食物的重量和次日剩余量的差值計(jì)算日攝食量。在室內(nèi)飼養(yǎng)條件下，采用飼養(yǎng)籠飼喂，未發(fā)現(xiàn)黑線倉鼠有明顯的貯食行為。

圖1 不同溫度下斷食和重喂食黑線倉鼠的時(shí)間軸. RMR：靜息代謝率；NST：非顫抖性產(chǎn)熱. 斷食前和重喂食期間測定體重和攝食量Fig. 1 The timeline of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. DMR:Daily metabolic rate;Tb:Body temperature;RMR:Resting metabolic rate;NST:Nonshivering thermogenesis;TH:Thyroid hormones;DEI:Digestible energy intake.Body mass and food intake were measured before food deprivation and ad libitum refeeding

1.2 體溫

以體溫傳感器i-button(Maxmin,DS1923)測定動(dòng)物腹腔體溫(body temperature, Tb)。在實(shí)驗(yàn)開始前1 周(5.0℃斷食組，n= 5；21.0℃斷食組，n= 6；32.5℃斷食組，n= 8)，將傳感器通過手術(shù)方式植入動(dòng)物腹腔，設(shè)置于1 周后啟動(dòng)記錄，每5 min 記錄1 次體溫?cái)?shù)據(jù)。

1.3 攝入能、消化能和消化率

在重喂食最后1 周測定攝入能(gross energy in‐take,GEI)和消化率(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n= 15)。稱量當(dāng)日投放食物的重量，48 h后測定剩余食物重量，收集籠內(nèi)墊料和動(dòng)物糞便，在60℃烘箱干燥至恒重，手動(dòng)分離食物殘?jiān)凹S便后使用氧彈量熱計(jì)(IKA, C2000) 測定糞便和食物的熱值。根據(jù)投放食物量及剩余食物量的差值計(jì)算出攝食量，根據(jù)以下公式計(jì)算攝入能、糞能(Gross energy of feces, GEF)、消化能(Digestible energy intake, DEI) 和消化率(Liu and Wang,2007;余靜欣等，2020)。

攝入能(kJ/d) = 攝食量(g/d) × [1 - 飼料含水量(%)]×食物能值(kJ/g)；

糞能(kJ/d)=糞粒干重(g/d)×糞粒的能值(kJ/g)；

消化能(kJ/d)=GEI-GEF；

消化率(%)=(DEI/GEI)×100%。

1.4 代謝率測定

代謝率以開放式氧氣代謝儀(TSE, Germany)進(jìn)行測定。在斷食期間(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n= 8) 以及重喂食第5 周(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n=8)分別測定代謝率(daily metabolic rate,DMR)。氣體通過呼吸室的流速為1 L/min，氣體干燥后，以0.38 L/min 的流速通過氧氣分析儀取樣，氧氣分析儀每10 s 收集1 次數(shù)據(jù)，由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析軟件(TSE,Germany)計(jì)算分析代謝率。代謝率的測定溫度分別為5.0℃、21.0℃和32.5℃，由氣候箱控溫(± 0.5℃)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別測定24 h、36 h 和48 h。測定重喂食期間動(dòng)物的代謝率時(shí)，提供飼料和胡蘿卜。

重喂食第5周末，以開放式氧氣代謝儀測定動(dòng)物RMR 和NST。RMR 測定溫度為(30.0 ± 1.0)℃(黑線倉鼠熱中性區(qū)范圍內(nèi))。動(dòng)物在呼吸室適應(yīng)1 h后，連續(xù)測定3 h。采用10 min 內(nèi)連續(xù)最小耗氧率平均值計(jì)算RMR。NST 以皮下注射去甲腎上腺素(NE) 誘導(dǎo)的最大耗氧量來計(jì)算(Heldmaier, 1971;Zhaoet al.,2010)，劑量計(jì)算公式為：NE(mg/kg) =6.6 × Mb–0.458(g)(Heldmaier,1971)。NST在(25.0±1.0)℃下測定60 min。取10 min內(nèi)連續(xù)最大耗氧量計(jì)算NST。DMR、RMR 和NST 均校正至標(biāo)準(zhǔn)溫度和空氣壓力條件，表示為mLO2/h。

1.5 血清甲狀腺激素水平

斷食處理后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n= 8) 和重喂食5 周后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n=8)分別斷頸處死動(dòng)物，取血，自然凝集2 h 后，3 500 r/min離心10 min，吸取血清，保存于-20℃冰箱中。用放射性免疫法測定血清甲狀腺激素(T3、T4) 水平(北京北方生物技術(shù)研究所生產(chǎn)和測定)，T3批內(nèi)和批間測定變異系數(shù)分別小于2.4%和8.8%；T4分別小于4.3%和7.6%。

1.6 脂肪重量

收集血液后，快速分離BAT、睪丸周脂肪、皮下脂肪、腹腔脂肪和腸系膜脂肪，分別稱重(精確至l mg)，合計(jì)為總脂肪重量(斷食期：5.0℃組，n=10；21.0℃組，n= 10；32.5℃組，n=11。重喂食后：5.0℃組，n= 15；21.0℃組，n= 12；32.5℃組，n= 14)。去除內(nèi)臟器官(消化道、肝臟、心臟、脾臟、肺臟和腎臟) 后的胴體，稱重(精確至l mg)。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的處理采用SPSS 21.0 軟件包。統(tǒng)計(jì)分析前，數(shù)據(jù)經(jīng)Kolmogorov-Smirnov 和Levene 檢驗(yàn)證實(shí)符合正態(tài)分布和方差齊次性。馴化環(huán)境溫度對體重、攝食量、攝入能、消化能、消化率、DMR、RMR 和NST 的影響，以單因素方差分析法(one-way ANOVA) 或協(xié)方差分析法(one-way ANCOVA) 進(jìn)行分析，以體重作為協(xié)變量。晝間、夜間平均代謝率，脂肪組織重量，血清T3、T4水平以雙因素方差(two-way ANOVA，食物× 溫度) 或協(xié)方差分析法(two-way ANCOVA) 進(jìn)行分析，以胴體重作為協(xié)變量。文中數(shù)據(jù)表示為平均值或者平均值± 標(biāo)準(zhǔn)誤(mean ± SE)，P< 0.05 表示差異顯著(雙尾檢驗(yàn))，P< 0.01 表示差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 體溫

黑線倉鼠體溫呈現(xiàn)明顯的晝夜波動(dòng)，與晝間相比夜間體溫明顯升高(圖2A)，斷食前晝間和夜間平均體溫在5.0℃、21.0℃、32.5℃組間無顯著差異(day 0, 晝間,F2,16= 0.37,P> 0.05, 圖2B; 夜間,F2,16= 0.94,P> 0.05, 圖2C)。斷食第1 天(FD:day 1)，晝間體溫組間差異不顯著[5.0℃組：(36.5±0.3)℃; 21.0℃組：(36.0 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(36.2±0.1)℃;F2,16=0.82,P>0.05]，夜間平均體溫5.0℃組顯著降低[5.0℃組：(35.8 ± 0.1)℃;21.0℃組：(36.4 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(37.1 ±0.1)℃;F2,16= 5.58,P< 0.05]。斷食第2 天(FD:day 2)，晝間體溫組間差異顯著，其中21.0℃組體溫顯著降低[21.0℃組：(35.2±0.3)℃;32.5℃組：(36.1 ± 0.1)℃;t12= 3.14,P< 0.05]。32.5℃組在斷食48 h內(nèi)，體溫未發(fā)生明顯的變化。

圖2 不同溫度下斷食期間的黑線倉鼠體溫變化(A)、晝間和夜間平均體溫(B、C，數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). day 0，斷食前；FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. *溫度對體溫的影響顯著(P<0.05)Fig. 2 Body temperature (Tb) (A), and average Tb during light and dark phases (B and C, mean ± SE) of striped hamsters subjected to food deprivation at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. day 0,before food de‐privation; FD: day 1, day 2, the first and second day of food depriva‐tion. *significant effect of temperature on Tb(P<0.05)

2.2 體重

斷食處理前體重組間差異不顯著，斷食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別降低了18.5%、21.6%和17.6%，重喂食后體重逐漸恢復(fù)，重喂食第35 天5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別增加了23.4%、24.9%和19.0%。在斷食期間，體重組間差異顯著，5.0℃組和21.0℃組顯著低于32.5℃組(F2,40=3.34,P<0.05)，重喂食期間3 組間體重未出現(xiàn)顯著差異(day 35,F2,40= 0.88，P>0.05,圖3A)。

2.3 日攝食量、攝入能和消化率

斷食處理前日攝食量組間差異不顯著。重喂食后5.0℃組日攝食量顯著高于21.0℃組，32.5℃組顯著低于21.0℃組(day 35,F2,39=50.53,P<0.01，post hoc,P<0.05,圖3B)。重喂食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組攝入能分別為(125.62 ± 4.76) kJ/d、(74.92±4.75)kJ/d 和(51.05±2.82)kJ/d，受溫度的影響顯著；與21.0℃組相比，5.0℃組攝入能增加了67.7%，而32.5℃組降低了31.9% (F2,39=102.51,P< 0.01, post hoc,P< 0.05, 圖4A)。消化能也受溫度的顯著影響，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為(100.37±4.00)kJ/d、(60.75±4.10)kJ/d和(41.54 ± 2.77) kJ/d，5.0℃組比21.0℃組顯著增加，而32.5℃組顯著降低(F2,39= 148.37,P<0.01,post hoc,P<0.05,圖4B)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組糞能分別為(25.25±0.95)kJ/d、(14.16±0.69) kJ/d 和(9.52 ± 0.33) kJ/d，組 間 差 異 顯 著，5.0℃組糞能比21.0℃組高78.3%，而32.5℃組降低了32.8% (F2,39= 82.14,P< 0.01, post hoc,P<0.05, 圖4C)。消化率組間差異未達(dá)到顯著水平(F2,40=0.59,P>0.05,圖4D)。

圖3 不同溫度下斷食和重喂食期間黑線倉鼠體重(A)和日攝食量(B)的變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). FD：斷食；Re：重喂食；**溫度對日攝食量的影響顯著(P<0.01)Fig. 3 Body mass (A), and daily food intake (B) of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). FD:food deprivation;Re:refeeding. **significant effect of temperature on daily food intake(P<0.01)

圖4 不同溫度下重喂食黑線倉鼠攝入能(GEI,A)、消化能(DEI,B)、糞能(GEF,C)和消化率(D)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). 柱上不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 4 Gross energy intake(GEI,A),digestive energy intake(DEI,B),gross energy of feces(GEF,C)and digestibility(D)of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(means ± SE). Different letters above the columns indicate significant differ‐ence between groups(P<0.05)

2.4 代謝率

黑線倉鼠代謝率呈現(xiàn)明顯的晝夜波動(dòng)，晝間較低、夜間較高，其中21.0℃組和5.0℃組的晝夜波動(dòng)更顯著(圖5A、B)。溫度對斷食期間代謝率影響顯著，5.0℃、21.0℃和32.5℃組晝間平均代 謝 率 分 別 為(210.3 ± 9.4) mLO2/h、(113.9 ±6.8) mLO2/h 和(83.8 ± 4.4) mLO2/h；夜 間 平 均代 謝 率 分 別 為(211.9 ± 9.5) mLO2/h、(126.1 ±3.5) mLO2/h和(88.1±3.4)mLO2/h，與21.0℃組相比，5.0℃組的代謝率顯著升高，而32.5℃組顯著降低(圖5C、D)。重喂食后，晝間和夜間的平均代謝率受溫度的影響顯著，5.0℃組的代謝率顯著升高，32.5℃組顯著降低[晝間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(187.5 ± 9.9) mLO2/h、(106.0 ± 4.9) mLO2/h 和(63.9 ± 3.0) mLO2/h，F(xiàn)2,20=50.32,P< 0.01, 圖5C; 夜 間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(212.8 ± 11.5) mLO2/h、(126.5 ±5.5) mLO2/h 和(67.1 ± 3.6) mLO2/h,F2,20= 61.81,P<0.01,圖5D]；但斷食組和重喂食組之間的代謝率差異不顯著。重喂食的黑線倉鼠RMR 受溫度的顯著影響(F2,20= 17.43,P< 0.01)，與21.0℃組相比，5.0℃組增加了19.0%，32.5℃組降低了25.6% (post hoc,P< 0.05, 圖6A)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組NST 分 別 為(232.8 ± 8.1) mLO2/h、(188.9 ± 11.5) mLO2/h 和(145.7 ± 12.2) mLO2/h，溫度對NST 的影響顯著 (F2,20= 14.71,P<0.01)， 與21.0℃組 相 比， 5.0℃組 增 加 了23.2%，32.5℃組降低了22.8% (post hoc,P<0.05, 圖6B)。

圖5 不同溫度下斷食(A)與重喂食(B)的黑線倉鼠代謝率. 數(shù)據(jù)為平均值(A、B)或者平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(C、D). FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. Ptem**，溫度的影響顯著(P<0.01)Fig. 5 The metabolic rate (MR) during food deprivation (A) and refeeding (B) of striped hamsters at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. Data are means(A,B)or mean±SE(C,D). FD:day 1,day 2,the first and second day of food deprivation. Ptem**,significant effect of temperature(P<0.01)

圖6 重喂食后不同溫度下黑線倉鼠靜息代謝率(A)和非顫抖性產(chǎn)熱(B)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). 不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 6 Resting metabolic rate (RMR) (A) and nonshivering thermogenesis (NST) (B) during refeeding of striped hamsters at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). Different letters above the columns indicate significant difference between groups(P<0.05)

2.5 脂肪重量

與斷食組相比，重喂食后BAT 重量顯著增加(F1,65= 7.14,P< 0.01, 圖7A)，32.5℃組BAT 重量顯著高于其他各組(F2,65=5.92,P<0.01)。皮下脂肪重量在重喂食后顯著增加，與斷食組相比5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了1.7 倍、2.9 倍 和3.8 倍(F1,65= 19.45,P< 0.01, 圖7B)。溫度對皮下脂肪重量影響顯著，重喂食后32.5℃組比21.0℃組高50.1%，而5.0℃組比21.0℃組低27.2% (F2,65= 5.93,P< 0.01)。

腹腔脂肪和腸系膜脂肪重量在斷食和重喂食組差異未達(dá)到顯著水平(腹腔脂肪,F1,65=1.21,P>0.05; 腸系膜脂肪,F1,65= 0.01,P> 0.05)，但重喂食后32.5℃組重量顯著高于其他各組(腹腔脂肪,F2,65= 7.77,P< 0.01, 圖7C; 腸系膜脂肪,F2,65=6.48,P< 0.01,圖7D)。睪丸周脂肪重量在重喂食后顯著增加(F1,65=27.40,P<0.01)，5.0℃組增加幅度較小，而32.5℃組增加幅度最大(F2,65=6.71,P< 0.01, 圖7E)?？傊局亓吭谥匚故澈箫@著增加，與斷食組相比，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了79.3%、114.9%和249.0%(F1,65= 26.89,P< 0.01, 圖7F)。重喂食后32.5℃組比21℃組高45.8%，而5.0℃組比21.0℃組低25.0% (F2,65= 10.26,P< 0.01)。

圖7 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉鼠的脂肪重量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；**，P<0.01Fig. 7 The mass of fat deposit of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). BAT:Brown adipose tissue. PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. **,P<0.01

2.6 血清T3和T4

血清T3濃度在斷食組和重喂食組之間差異不顯著(F1,42=0.71,P>0.05)，但在不同溫度組間顯著差異(F1,42=23.83,P<0.01,圖8A)。在斷食期間，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.68 ng/mL、0.78 ng/mL和0.53 ng/mL，與21.0℃組相比5.0℃組增加了115.4%，而32.5℃組降低了32.1% (post hoc,P< 0.05)；在重喂食后，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.63 ng/mL、0.93 ng/mL 和0.75 ng/mL，5.0℃組血清T3濃度比21.0℃組 高75.3%， 32.5℃組 比21.0℃組 低19.1%(post hoc,P<0.05,圖8A)。斷食組血清T4濃度顯著低于重喂食組(F1,42=10.18,P<0.01)，血清T4水平也受溫度的影響，斷食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為60.66 ng/mL、31.88 ng/mL 和34.17 ng/mL；重喂食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為62.59 ng/mL、58.02 ng/mL和50.73 ng/mL。5.0℃組高于21.0℃和32.5℃組(F1,42= 6.66,P<0.01,圖8B)。T3/T4受溫度的影響顯著，5.0℃組較高，32.5℃組較低(F1,42=3.86,P<0.05,圖8C)。

圖8 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉鼠的血清T3濃度(A)、T4濃度(B)和T3/T4(C)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；*P<0.05；**P<0.01Fig. 8 Serum T3 (A), T4 (B) and T3/T4 (C) of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. *P<0.05;**P<0.01

3 討論

食物短缺是野生小型哺乳動(dòng)物在其生活史階段中會(huì)面臨的主要環(huán)境問題之一，對其生理和行為產(chǎn)生顯著影響(Hambly and Speakman,2005;Gut‐manet al.,2006,2007)。能量代謝和產(chǎn)熱的生理適應(yīng)性調(diào)節(jié)是非冬眠小型嚙齒類動(dòng)物應(yīng)對食物短缺的主要策略之一，對于維持其正常體溫調(diào)節(jié)具有重要意義(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002; 趙 志 軍 等，2009a，2009b; Liet al., 2020)。本研究發(fā)現(xiàn)，黑線倉鼠斷食后體溫的變化與環(huán)境溫度有關(guān)，與室溫(21.0℃)相比，低溫下(5.0℃)體溫維持穩(wěn)定的時(shí)間顯著變短，而高溫下(32.5℃)較長。與高溫相比，隨著環(huán)境溫度降低，體表溫度與環(huán)境溫度差增大，機(jī)體的熱散失顯著增加，因而動(dòng)物維持穩(wěn)定體溫的能量代價(jià)也較高(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Franco, 2007)。在面臨急性食物短缺時(shí)，動(dòng)物在不同環(huán)境溫度下采取不同的體溫調(diào)節(jié)策略，可能與其代謝產(chǎn)熱的適應(yīng)性調(diào)節(jié)有關(guān)。

非冬眠小型哺乳動(dòng)物的體表面積和體重比值與大型動(dòng)物相比相對較大，代謝率也較高，RMR和NST 是最主要的代謝產(chǎn)熱方式，對于維持恒定的體溫調(diào)節(jié)具有重要作用(Zhanget al.,2012;趙志軍等，2014)?！按x率轉(zhuǎn)換”假說認(rèn)為，在食物資源變化的環(huán)境下，如果動(dòng)物具有調(diào)節(jié)代謝率的能力，通過降低代謝水平，適應(yīng)長期食物短缺的環(huán)境(Merkt and Taylor, 1994)。本研究發(fā)現(xiàn)，斷食后黑線倉鼠代謝率受溫度的顯著影響，晝間和夜間代謝率在低溫環(huán)境下最高，室溫次之，高溫下最低。與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒有顯著降低，這不符合“代謝率轉(zhuǎn)換”假說。趙志軍(2012)發(fā)現(xiàn)黑線倉鼠對限食處理的敏感性較高，耐受能力較低，特別是暴露于低溫下的個(gè)體。與其他嚙齒類動(dòng)物相比，黑線倉鼠體型較小，代謝率相對較高，用于維持體溫的能量需求較高，這可能是其不耐受食物短缺(例如限食、斷食條件) 的主要原因(Song and Wang, 2003; Zhaoet al., 2010；趙志軍，2012)。與本研究結(jié)果不同的是，在限食90%、80%和70%馴化3 周后黑線倉鼠降低了代謝水平，支持“代謝率轉(zhuǎn)換”假說(趙志軍，2012)。這些研究結(jié)果表明，動(dòng)物應(yīng)對食物短缺的能量學(xué)對策可能與食物缺乏的程度有關(guān)。

動(dòng)物通常以能量攝入的適應(yīng)性調(diào)節(jié)應(yīng)對代謝產(chǎn)熱的能量支出，然而在食物短缺期間能量攝入不足(長期的慢性能量缺乏)或者完全缺乏(短期的急性食物短缺)情況下，不能滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求，這是動(dòng)物不耐受嚴(yán)重食物短缺的主要原因(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al., 2002; 趙志軍等，2009a，2009b；趙志軍，2012)。本研究發(fā)現(xiàn)，重喂食期間，室溫條件下黑線倉鼠日攝食量短暫升高后回落至斷食前水平，低溫組和高溫組日攝食量分別顯著高于和低于對照組。攝入能、消化能和糞能也受環(huán)境溫度的影響，與RMR 和NST 的反應(yīng)相似，表明黑線倉鼠獲取充足食物資源后通過能量攝入滿足不同溫度下代謝產(chǎn)熱的能量需求。

在食物短缺的條件下，許多動(dòng)物也利用身體脂肪貯存以應(yīng)對代謝產(chǎn)熱的能量需求(Speakman and Hambly, 2007; Speakman and Mitchell, 2011)。本研究也發(fā)現(xiàn)，斷食期間黑線倉鼠脂肪貯存顯著減少，且不同溫度組間動(dòng)員脂肪的程度相似。不同環(huán)境溫度下斷食的時(shí)間不同，但脂肪重量卻相似，表明：(1) 不同溫度下脂肪動(dòng)員的速度不同，環(huán)境溫度越低脂肪動(dòng)員越迅速，原因在于低溫下代謝產(chǎn)熱速率更高，對能量需求也更大；(2)機(jī)體動(dòng)員脂肪儲(chǔ)備具有相對固定的極限值，也就是機(jī)體脂肪含量的“下臨界點(diǎn)”，在食物短缺的條件下，機(jī)體動(dòng)員脂肪亦不能低于此臨界點(diǎn)，才可以維持正常生命活動(dòng)。當(dāng)食物資源豐富時(shí)，機(jī)體恢復(fù)脂肪貯存，本文中黑線倉鼠總脂肪重量在重喂食后分別增加了79.3%(5.0℃)、114.9%(21.0℃)和249.0% (32.5℃)，暗示環(huán)境溫度對重喂食后的脂肪貯存具有顯著的影響，低溫顯著抑制了脂肪貯存。其主要原因可能與低溫下代謝產(chǎn)熱的能量需求較高有關(guān)，低溫下雖然增加能量攝入，但不足以滿足代謝產(chǎn)熱的能量需求，導(dǎo)致脂肪累積的程度較低(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Fran‐co,2007)。這與冬季寒冷環(huán)境下黑線倉鼠顯著增加攝食量，但脂肪含量較低的研究結(jié)果相一致(Zhaoet al., 2010)。盡管高溫下攝入能處于較低水平，但其代謝產(chǎn)熱的水平也顯著降低，導(dǎo)致脂肪累積顯著增加。由此可見，與能量攝入相比，代謝產(chǎn)熱在經(jīng)歷食物短缺后脂肪貯存的過程中發(fā)揮更重要的作用。

眾所周知，機(jī)體組織器官的代謝產(chǎn)熱活動(dòng)受甲狀腺激素的調(diào)控，甲狀腺激素是促進(jìn)代謝增強(qiáng)、產(chǎn)熱增加的最重要的內(nèi)分泌激素之一(Silva,2006;Martínez-Sánchezet al.,2017)。與T4相比，T3的含量較低，但生物活性較高(Lanniet al., 2003)。本研究發(fā)現(xiàn)，斷食處理的黑線倉鼠血清甲狀腺激素水平主要受環(huán)境溫度的影響，而與重喂食組相比沒有顯著差異，與代謝產(chǎn)熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現(xiàn)“代謝率轉(zhuǎn)換”的內(nèi)在機(jī)制。低溫環(huán)境下斷食和重喂食黑線倉鼠的代謝產(chǎn)熱增強(qiáng)，血清T3和T4水平也顯著增加，而高溫下恰好與之相反。甲狀腺激素能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，特別是促進(jìn)脂肪酸氧化，加速脂肪分解(Parket al.,1989;Freake and Oppen‐heimer, 1995; Lanniet al., 2003; Silva, 2006)。本研究中，低溫下斷食組脂肪動(dòng)員的速率最快，可能與高水平的甲狀腺激素有關(guān)，同樣在重喂食后的脂肪累積過程中，高溫下較低的甲狀腺激素水平更利于脂肪貯存，而低溫下甲狀腺激素水平升高，可能在抑制脂肪儲(chǔ)存的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

總之，在食物短缺條件下，動(dòng)物在不同環(huán)境溫度下表現(xiàn)出不同的體溫調(diào)節(jié)模式，可能與其代謝產(chǎn)熱的適應(yīng)性調(diào)節(jié)策略有關(guān)。斷食組和重喂食組的代謝率受溫度的顯著影響，代謝率、RMR 和NST 等均在低溫下顯著增加，高溫下顯著降低。然而與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒有發(fā)生顯著變化，不符合“代謝率轉(zhuǎn)換”假說。斷食期間黑線倉鼠脂肪貯存顯著減少，環(huán)境溫度越低脂肪動(dòng)員越迅速。重喂食后脂肪貯存顯著增加，但增加幅度受環(huán)境溫度的顯著影響，低溫抑制脂肪貯存。斷食處理的黑線倉鼠血清水平受溫度的影響，而與重喂食組之間無顯著差異，與代謝產(chǎn)熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現(xiàn)“代謝率轉(zhuǎn)換”的內(nèi)在機(jī)制。