光照对棕色田鼠和昆明小鼠眼胚后发育的影响

杨 希, 杨艳艳, 张 宁, 王振龙, 李扬威, 路纪琪

(郑州大学 生物工程系生物多样性与生态学研究所 河南 郑州 450001)

0 引言

视觉器官在哺乳动物的所有感觉系统中具有极其重要的意义，有80%的外界信息是通过视觉系统接收、处理和感知的，视觉对动物的生活习性尤其是取食行为具有重要的影响.地下鼠是一类以植物为食的小型哺乳动物，终生营地下生活[1-2],全世界约有250种地下鼠[3].尽管分布在不同地区，但因长期栖息于地下黑暗环境，地下鼠在进化中表现出形态结构、功能等方面的高度相似性，如视觉系统严重退化，嗅觉和听觉系统却高度发达[4].地下鼠视觉系统中的成像分析结构、通过视觉诱导行为产生的脑区退化，而能够感受不同光照现象的“非成像”视觉系统却高度发达[5].迄今为止，学者们已对隐鼠(Cryptomyspretoriae)[6]、鼹形鼠(Spalaxehrenbergi)[5]、赞比亚鼹形鼠(Cryptomysanselli)[7]、裸鼢鼠(Heterocephalusglaber)[8]、根田鼠(Microtusoeconomus)[9]和甘肃鼢鼠(Eospalaxcasus)[5]等地下鼠的视觉结构进行了研究.

棕色田鼠(Lasiopodomysmandarinus)是一种农业害鼠，营地下生活，与其他地下生活的鼠类相似，其视觉器官亦趋于退化.张育辉等[10]对7种鼠的视觉器官进行了比较研究，发现棕色田鼠的眼球较小，视网膜外核层细胞的数目较其他夜行性鼠类少.本文拟通过不同光照对棕色田鼠视觉器官的影响研究，了解棕色田鼠视觉器官组织结构和发育进程特征，揭示光对地上鼠类和地下鼠类视觉发育影响的不同作用模式，为农业鼠防控提供基础数据.

1 研究方法

1.1 实验动物

本研究以棕色田鼠为对象，以昆明小鼠为对照.棕色田鼠活捕自河南省新郑市农田(34 °52 ′N，113 °85 ′E)，于实验室内采用标准小鼠饲养笼单独饲养，饲养房温度20～24 ℃，光照14L∶10D(光照时间为7∶00-21∶00，40 W灯泡照明).动物饲以大鼠颗粒饲料和兔颗粒饲料(河南省实验动物中心生产)制成的混合饲料，饲料配比为1∶1，另外添加少量新鲜胡萝卜，供以充足饮水.用于本实验动物均为健康、成年的棕色田鼠和昆明小鼠.昆明小鼠购自河南省实验动物中心(合格证号：0003433)，3月龄，单独饲养，饲养管理条件与棕色田鼠相同.

1.2 实验方法

将实验动物分成正常光照组和全黑处理组，正常光照组的光照条件为12L∶12D，全黑处理组的光照条件为0L∶24D.各组的母体在正常光照或全黑条件下进行饲养和繁殖.子代饲养条件与母体相同，自子鼠出生后第3 d开始，每3 d测一次体重，直到出生后第24 d实验结束；各组均于子代出生第6 d,12 d,18 d和24 d测定其眼发育指标，亲本于子代断乳后进行相同的测定.每个阶段均取3只实验鼠，颈椎脱臼法处死摘取眼球备用；用游标卡尺测量其颅骨长.

1.2.1眼球切片的制作

依据罗灿峤等[11]的方法配制眼球标本固定液，眼球固定6 h后，沿角膜的边缘部位剪开并去掉角膜，取出晶状体，用游标卡尺分别测量眼球及晶状体直径.随后常规石蜡包埋，包埋时进行眼球的定位.做过眼球矢状面的切片，厚度为4 μm，进行常规H-E染色，封片.用Nikon ECL IPSE E200显微镜观察及拍照.

1.2.2视网膜各层厚度及密度的测量

采用显微照相系统对视网膜各层进行拍照，并对各层厚度和细胞密度进行测量.测定方法为：对测量部位拍照，在照片中从需要进行细胞密度测量的视网膜层选取一个点，在该层中沿垂直方向画线，测量线的长度，对该线所经过的细胞进行计数；细胞密度(个/mm)=该线所经过的细胞数量(个)/测量线的长度(mm)，每层重复测量3次，取平均值.

1.3 数据分析

以SPSS 13.0执行数据处理与分析.采用One-Sample Kolmogorov-Smirnov检验所有数据分布型，所有数据均为正态分布型；采用线性回归分析检验不同光照与鼠种发育体重间及不同光照与鼠种眼球、晶状体和颅骨发育直径间的相关性，利用可重复测量的双因素方差(ANOVA)方法分析不同光照与鼠种因素对实验动物视网膜各层厚度和总厚度及对外核层、内核层和神经节细胞层细胞密度的影响，以F检验确定其显著性.取α=0.05为显著性临界值，所有数据均采用平均值±标准误(Mean ± SE)表示.

2 结果

2.1 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠的眼球直径发育的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠眼球直径发育的影响不同(图1).以同物种为组内，异物种为组间，结果表明，在组内，不同光照对两物种眼球直径发育的作用差异显著(P<0.05)；在组间，两物种间眼球直径发育差异显著(P<0.05)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

2.2 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠晶状体直径的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠晶状体直径发育的影响不同(图2).结果表明，在组内均无显著性影响，在组间，两物种间晶状体直径发育差异显著(P<0.01)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

2.3 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠色素层发育的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠色素层发育的影响不同(图3).结果表明，在组内差异方面均无显著性影响，两物种间色素层发育的组间差异极显著(P<0.01)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

2.4 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层发育的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层发育的影响不同(图4).结果表明，在组内均无显著性影响，在组间，两物种间外核层发育差异极显著(P<0.01)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

2.5 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠内核层发育的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠内核层发育的影响不同(图5).结果表明，在组内均无显著性影响，两物种间内核层发育的组间差异极显著(P<0.01)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

图1 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠眼球直径发育的影响

图2 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠晶状体直径发育的影响

图3 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠色素层发育的影响

图4 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层发育的影响

2.6 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠视网膜发育的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠视网膜发育的影响不同(图6).结果表明，在组内均无显著性影响.在组间，两物种间视网膜厚度的发育差异极显著(P<0.01)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，但物种与不同光照处理间交互作用显著(P<0.05).

2.7 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层细胞密度的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层细胞密度的影响不同(图7).结果表明，在组内差异方面均无显著性影响，两物种间外核层细胞密度的组间差异不显著(P>0.05)，而不同光照处理的作用则差异显著(P<0.05)，但物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

2.8 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠神经节层细胞密度的影响

不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠神经节层细胞密度的影响不同(图8).结果表明，在组内差异方面均无显著性影响，但两物种间神经节层细胞密度的组间差异显著(P<0.05)，而不同光照处理的作用则差异不显著(P>0.05)，物种与不同光照处理间交互作用不显著(P>0.05).

3 讨论

脊椎动物的视网膜(retina)是由视杯色素层与神经层分化而来的，具有色素层、视锥视杆层、外界膜、外核层、外网层、内核层、内网层、节细胞层、神经纤维层和内界膜等10层基本结构[12-15].地下啮齿动物具有结构正常的视网膜，但表现出进化及退化镶嵌的结构特点.昼行性和夜行性动物的视网膜结构不同，最显著的差别是外核层细胞和神经节细胞的数目比例不同，典型昼行性动物的视网膜的外核层和节细胞层的细胞数量相同，而典型的夜行性动物的外核层细胞数量远大于节细胞层细胞[16].棕色田鼠的外核层细胞数目远远大于节细胞层的细胞数量，表明棕色田鼠视网膜符合夜行性啮齿动物的基本特征.

图5 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠内核层发育的影响

图6 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠视网膜发育的影响

图7 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠外核层细胞密度的影响

图8 不同光照对棕色田鼠和昆明小鼠神经节层细胞密度的影响

哺乳动物在刚出生时其视觉系统的发育尚未完成，仍处于动态发育过程中，在出生后由于环境刺激，视觉系统可进行自我调节，改变某些结构，这一时期被称为关键期[17].大鼠在出生第15 d后睁眼，之后才开始接受视觉刺激，环境的变化才成视觉发育的主导因素.本研究发现棕色田鼠在出生15 d左右睁眼，而昆明小鼠比棕色田鼠早一天睁眼.对两种鼠的视网膜结构观察表明，昆明小鼠在正常光照和黑暗条件下出生后第6 d时，视网膜还未发育完全，其结构在两种光照条件下几乎无差异，外核层与内核层几乎还未分开.而棕色田鼠在出生后第6 d时，虽然黑暗和光照条件下的视网膜结构均未发育完全，但外核层与内核层已经分化，而在黑暗条件下的分化更为明显，说明光照对棕色田鼠视网膜的发育有抑制作用.在正常生理条件下，刚出生时小鼠的视网膜发育是不完善的，出生后视网膜则表现出从内层向外层、从中央向外周的发育特点.在发育过程中内核层、外核层和神经节细胞层的细胞数量逐渐减少，细胞层的厚度也经历着由厚变薄的演变过程[18-22].本研究发现，昆明小鼠和棕色田鼠的视网膜的发育也遵循这一发育规律，无论在黑暗还是正常光照条件下，两种鼠的外核层和内核层的核层厚度都逐渐由厚变薄.从视网膜总厚度在发育过程中的变化可见，在黑暗条件下昆明小鼠视网膜的厚度变薄，棕色田鼠呈现相反的变化；在给光刺激的条件下，昆明小鼠的视网膜的厚度有增大的趋势，而棕色田鼠的视网膜则趋于变薄.这一结果提示，光刺激对两种鼠视网膜厚度发育的作用方式不同，进一步证明地上鼠和地下鼠视网膜结构在不同光照下发育的区别，反映其不同的进化历程.这种发育特征的分子机制尚待进一步研究.

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