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不同海拔种群花背蟾蜍蝌蚪热适应性及生理生化特征的比较研究

花匠小妙招
2024-11-11 06:57

花背蟾蜍(Strauchbufo raddei)属于两栖纲、无尾目、蟾蜍科、花蟾属,是中国北方地区的广布种,也是生物学、医学和生态学领域进行基础科学研究的常用动物之一。已有的研究多集中于花背蟾蜍食性、繁殖及对重金属污染的反应等方面,但在全球气候变暖背景下,关于花背蟾蜍蝌蚪的热适应性及其生理生化特征尚未有报道。两栖动物早期发育阶段对热驯化温度的响应能力决定了其适应周围热环境和应对未来气候变化的能力。本研究以高海拔(青海贵德,2292 m)和低海拔地区(甘肃永靖,1488 m)花背蟾蜍蝌蚪种群为研究对象,经不同温度(14、18、22、26、30℃)驯化两周后,分别测定花背蟾蜍蝌蚪的主要生长发育指标,包括总体长、体宽、尾高、尾长、体重、分期,以探讨和比较温度对高、低海拔花背蟾蜍蝌蚪种群早期生长发育的影响;同时,通过测定花背蟾蜍蝌蚪的热耐受能力,包括最大临界温度(CTmax)、最小临界温度(CTmin)、偏好温度、逃避温度、致死热最大值(LTM)、驯化反应率(ARR),以了解和比较高、低海拔花背蟾蜍蝌蚪种群应对不同温度的生理响应和热耐受特征差异,并评估它们在未来应对全球气候变暖的脆弱性。此外,我们还测定了高、低海拔地区花背蟾蜍蝌蚪的标准代谢率(SMR)、最大爆发游泳速度以及主要代谢途径中关键代谢酶包括柠檬酸合酶(CS)、乳酸脱氢酶(LDH)、细胞色素C氧化酶(CCO)和ATP酶的活性,以探究花背蟾蜍蝌蚪代谢和运动的热适应策略,从生理生化层面揭示高、低海拔花背蟾蜍蝌蚪种群的热适应性机制。生长发育实验结果表明,驯化温度对高、低海拔地区花背蟾蜍蝌蚪的总体长、体宽、尾长和体重均有显著影响;分期随驯化温度上升呈明显增大趋势,即温度升高加快了蝌蚪生长发育速度;22℃适合低海拔组花背蟾蜍蝌蚪生长,而26℃较为适合高海拔组花背蟾蜍蝌蚪生长。总体表明,高、低海拔花背蟾蜍蝌蚪种群生长发育对温度的响应确实存在某些差异。高海拔地区花背蟾蜍蝌蚪较低海拔种群应对环境温度升高,体形更大,积累能量更多,变态更快。热耐受实验结果表明,花背蟾蜍蝌蚪的热耐受性受驯化温度影响显著。具体表现为:(1)高、低海拔组花背蟾蜍蝌蚪的CTmax随驯化温度升高而升高,CTmin随驯化温度降低而降低。(2)低海拔组花背蟾蜍蝌蚪的最大热耐受幅度为29.93℃,高海拔组花背蟾蜍蝌蚪的最大热耐受幅度为31.52℃。(3)在14-30℃驯化温度范围内,低海拔组花背蟾蜍蝌蚪的热耐受面积为470.5℃~2,高海拔组花背蟾蜍蝌蚪的热耐受面积为491.6℃~2。(4)高、低海拔组花背蟾蜍蝌蚪逃避温度、致死热最大值、偏好温度和偏好温度范围随驯化温度升高呈上升趋势。(5)高海拔组花背蟾蜍蝌蚪CTmax、CTmin、逃避温度、致死热最大值的驯化反应率大于低海拔组,即驯化温度对高海拔组花背蟾蜍蝌蚪影响较大。总体表明,高海拔地区花背蟾蜍蝌蚪的热耐受性和可塑性大于低海拔种群,我们推测低海拔地区花背蟾蜍蝌蚪相对于高海拔种群在未来应对全球气候变暖时可能会更加脆弱。运动与代谢实验结果显示:(1)高、低海拔不同驯化温度组蝌蚪爆发游泳速度随测试水温升高呈现先升高后下降的趋势,且高海拔组蝌蚪的最大爆发游泳速度较大。(2)高海拔组蝌蚪热性能曲线中最大爆发游泳速度性能(V_(max)')明显高于低海拔组,且热性能宽度(B80)和最佳温度范围(B95)在一定程度上较低海拔组表现得更好。(3)低温驯化条件下的蝌蚪标准代谢率显著升高;除22℃驯化条件外,低海拔组蝌蚪在其它温度驯化条件下的标准代谢率大于高海拔组蝌蚪。(4)CS、CCO活性随驯化温度降低呈现升高趋势,低温驯化导致了CS、CCO补偿;但与CS相比,CCO的驯化适应程度较低;LDH活性随驯化温度上升呈增大趋势,没有表现出明显补偿;尾部ATP酶活性随驯化温度上升呈现先升高后下降的趋势。依据上述结果,我们认为不同海拔花背蟾蜍蝌蚪种群均具有适应各自环境的热适应性特征,高海拔花背蟾蜍蝌蚪种群具有更强的热适应能力。