高温和食物限制对大绒鼠能量代谢的影响

侯东敏　章迪　朱万龙

摘要：指出了小型哺乳动物在食物缺乏的条件下往往会调节其能量代谢来适应这一环境条件。除了食物资源的影响以外，温度也会影响动物的能量摄入和消耗。為了阐明高温和食物限制对大绒鼠能量代谢的影响，对大绒鼠的体重、食物摄入量、能量消耗和一些其它生理指标进行了测定。结果表明：高温对于大绒鼠的体重没有影响，但降低了大绒鼠食物摄入量、静止代谢率和非颤抖性产热；褐色脂肪组织中的线粒体蛋白和解偶联蛋白1含量高温组显著低于常温组；限食对大绒鼠的体重影响显著，但是对代谢率、线粒体蛋白和解偶联蛋白1含量没有影响。以上结果说明大绒鼠在高温条件下降低代谢率和产热可以增加其在食物限制的情况下的生存能力，暗示着在食物利用变化的情况下高温可能对于大绒鼠的体重调节起着非常重要的作用。

关键词：大绒鼠；高温；食物限制；体重调节

中图分类号：Q95

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8001204

1引言

小型哺乳动物在野外环境下往往会经历食物匮乏的时期[1]。对于啮齿动物而言，在食物短缺的条件下会采取不同的应对策略，如休眠、储存食物或者是增加食物的利用效率[2]。研究表明不同的啮齿类动物对于食物缺乏的应对策略是不一样的[3，4]。如金黄刺毛鼠（Acomys russatus）会增加食物的利用效率，而没有储藏食物，但是狐尾小沙鼠（Gerbillus dasyurus）则主要通过储存食物来应对食物短缺[2]。

大绒鼠（Eothenomys miletus）为横断山区固有种，中国特有种，主要分布于横断山及其附近地区。大绒鼠在冬季不会休眠，且其基础代谢率高于体重预期值[5]，这就暗示着在食物缺乏的条件下，食物对于大绒鼠更为重要，因为要维持其高的基础代谢率，必需要有食物摄入，同时也说明大绒鼠对于的食物的敏感性可能与其高的基础代谢率有关。之前研究表明在常温条件下食物限制可以影响大绒鼠的体重和能量代谢[6]。此外，横断山区日温差较大，年温差较小，栖息于横断山区的大绒鼠每天都要面临高温和低温的胁迫，研究也表明低温和限食会影响大绒鼠的体重调节[7]，说明温度也是影响大绒鼠能量代谢的重要因素之一。

很多研究表明温度会影响动物的产热特征，表现为低温会增加动物的基础代谢率和非颤抖性产热[8～12]。相反的，动物在高温条件下会降低代谢率[13]。在高温条件下，动物除了降低代谢率，还会降低食物摄入量[14]。可以推测是在食物限制的条件下，环境温度对于动物的能量代谢会产生影响。为了研究高温和限食是否会对大绒鼠的能量代谢产生影响，本研究测定了其体重、食物摄入量、静止代谢率、非颤抖性产热和其它产热指标。最终阐明温度和限食是怎么影响大绒鼠的生存的，为其生理生态学研究提供一些基础材料。

2材料与方法

2.1动物来源

实验所采用大绒鼠为人工饲养种群，置于透明塑料鼠盒内（260 mm×160 mm×150 mm）饲养，环境温度为25℃，无巢材，每盒1只；每日喂以浸泡过的玉米，用塑料瓶供水。

2.2动物处理

挑选3～4月大的成年雄性大绒鼠（n=40），随机分为4组：常温自由取食组（25℃-ad），驯化环境为25 ±1 ℃，光照为12L∶12D的环境，自由取食，驯化42 d；高温自由取食组（30℃-ad），驯化环境为30 ±1 ℃，光照为12L∶12D的环境，自由取食，驯化42 d；常温限食组（25℃-FR），驯化环境为25 ±1 ℃，光照为12L∶12D的环境下驯化28 d，29～42 d食物摄入量为原始的80%；高温限食组（30℃-FR），驯化环境为30 ±1 ℃，光照为12L∶12D的环境下驯化28 d，29～42 d食物摄入量为其自由取食量的80%。

2.3代谢率的测定

在第42 d室内进行静止代谢率的测定，实验前大绒鼠在呼吸室内静置30 min左右，进入呼吸室后适应30 min，用澳大利亚生产开放式呼吸仪（AD Instruments，ML870）在热中性区测定动物的静止代谢率，温度用上海博迅医疗设备厂生产的SPX-300型人工气候箱控制。呼吸室为500 mL，进入呼吸室的气体流量为200 mL/min，实验温度控制在（25±0.5）℃，实验进行1.5 h，前0.5 h使动物适应呼吸室环境，之后记录1 h，每隔1 min记录1次，选取10个连续稳定的最低值来计算基础代谢率[5]。在RMR测定后，皮下注射去甲肾上腺素（NE） 测定动物在25℃下的最大非颤抖性产热（NST）。NE注射剂量经预备实验确定为0.8 mg/kg BW，将注射NE后30 min内出现的最大耗氧量视为动物的NST[15]。

2.4摄食量的测定

从第1 d开始至第28 d结束，每3 d测定四组大绒鼠的摄食量和体重，定时定量给动物喂食（实验前一天的11： 00～13： 00，食物9.5～10.5 g），次日小心收集剩余食物（每次收集时间均在11： 00～13： 00进行）。收集的食物在烘箱中干燥至恒重[16]。第29～42 d，每天测定大绒鼠的摄食量和体重，其中常温和高温限制组的摄食量为其自由取食量的80%。

2.5线粒体蛋白和UCP1含量的测定

第42 d，将动物处死，分离褐色脂肪组织，进行线粒体蛋白和UCP1含量的测定。蛋白质定量采用Folin-Phenol法，以牛血清白蛋白为标准，采用紫外分光光度计测定线粒体蛋白含量[17]。采用酶联免疫法测定UCP1含量，具体方法详见Zhao等[18]。

2.6统计分析

数据采用SPSS13.0软件包进行处理。大绒鼠的体重和摄食量均采用双因素方差分析（Two|way ANOVA）。静止代谢率、非颤抖性产热、线粒体蛋白和UCP1含量的差异采用双因素方差分析（Two|way ANOVA）或双因素协方差分析（Two|way ACNOVA），以体重作为协变量。结果均以平均值±标准误表示（Mean±S.E.），P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

3结果

3.1体重和食物摄入量

实验前四组大绒鼠的体重差异不显著（温度：F=0.26，P>0.05；食物：F=0.33，P>0.05）。42 d后高溫对于大绒鼠体重影响差异不显著（F=0.64， P>0.05， 图1）。而食物限制对于大绒鼠体重影响差异显著（F=4.16，P<0.05， 图1）。实验前四组大绒鼠的食物摄入量差异不显著（温度：F=0.36，P>0.05；食物：F=0.29，P>0.05）。42 d后高温对于大绒鼠食物摄入量影响差异极显著（F=21.36， P<0.01， 图2）。而食物限制对于大绒鼠摄入量影响差异极显著（F=36.25，P<0.01， 图2）。

3.2产热特征

高温对于大绒鼠静止代谢率和非颤抖性产热影响差异显著（静止代谢率：F=3.96， P<0.05， 图3A；非颤抖性产热：F=5.12， P<0.05， 图3B），但是限食对于代谢率指标没有影响。高温对于大绒鼠线粒体蛋白和UCP1含量影响差异极显著（线粒体蛋白：F=10.38 P<0.01， 图3C；UCP1含量：F=15.39，P<0.01， 图3D），但是限食对于线粒体蛋白和UCP1含量没有影响。

4讨论与结论

本研究结果表明食物限制对于大绒鼠的体重影响显著，而结合温度比较，高温可以缓解大绒鼠体重降低的程度。高温限食组大绒鼠的体重较常温自由取食组降低了5.98%，而常温限食组大绒鼠的体重较常温自由取食组降低了8.21%。没有出现大绒鼠死亡的现象，说明80%的限食对于大绒鼠的影响较小。同时本实验室高温驯化，大绒鼠在该条件下的不需要增加多的食物摄入来维持生存，这也是其体重没有出现很大降低的原因之一。不同的物种对食物限制的反应是不一样的，如狐尾小沙鼠可以在50%的限食条件下存活超过两周，而金黄刺毛鼠可以在50%的限食条件下存活超过40 d[2]。小白鼠可以在80%的限食条件下存活[19]，大白鼠可以在10%～40%的限食条件下存活[20， 21]。以上结果暗示着食物限食程度对于存活率的影响存在着物种差异。

环境温度可以影响动物的生理特征。先前的研究结果表明低温和限食对于大绒鼠的生理特征影响显著，低温条件下大绒鼠的死亡率显著增加[7]。本研究的结果也表明高温同样影响大绒鼠的产热特征，这些说明在限食条件下温度是影响大绒鼠能量代谢的重要因素。

图3高温和限食对大绒鼠产热特征的影响

低温可以影响大绒鼠增加死亡率，而高温可以增加大绒鼠的存活率。静止代谢率和非颤抖性产热作为动物的主要能量消耗的方式，在低温的体温调节中起着重要的作用[18]。本研究结果表明限食可以降低大绒鼠的产热，但是限食对于产热特征影响不显著。即使是大绒鼠在限食条件下降低代谢率，但是降低的代谢率不足以弥补食物的不足，最终导致限食组大绒鼠的体重降低。高温显著降低大绒鼠的静止代谢率和非颤抖性产热，这与很多的研究结果一致[22]。对于两组限食组而言，由于高温降低了大绒鼠的代谢率，因此在食物短缺的情况下，高温组大绒鼠对食物的敏感性小于常温组，导致42 d后高温限食组体重高于常温限食组。同时，高温显著降低了褐色脂肪组织中线粒体蛋白和UCP1含量，因此使得大绒鼠的非颤抖性产热降低[23，24]。

综上所述，高温对于大绒鼠的体重没有影响，但是影响大绒鼠的能量代谢。大绒鼠在高温条件下降低代谢率和产热可以增加其在食物限制的情况下的生存能力。暗示着在食物利用变化的情况下高温可能对于大绒鼠的体重调节起着非常重要的作用。

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Abstract： The capacity of small mammals sustaining periods of food shortage largely depends on the adaptive regulation of energy metabolism in response to the decrease of food supply. In addition to food availability， ambient temperature （Ta） is an important factor affecting the rates of both energy intake and consumption. To examine the effect of warm temperature on energy strategy and the capacity to sustain food shortage， body mass， energy consumption and some other physiological indexes were measured. The result showed that warm exposure had no effect on body mass but decreased energy intake， resting metabolic rate （RMR） and non-shivering thermogenesis （NST）. The content of mitochondria protein （MP） and uncoupling protein 1 （UCP1） in brown adipose tissue （BAT） were significantly lower than in normal temperature group. Restricted food had a significant effect on the body weight of the feathered vesicles but had no effect on RMR， NST， MP and UCP1 content. All of the results suggested reducing the metabolic rate and heat production at high temperature conditions can increase its viability with food shortage， which indicated that warm acclimation plays an important role in adaptive body mass regulation in response to the variations of food availability.

Key words： Eothenomys miletus； warm temperature； food restriction； body mass regulation