不同温度下黑线仓鼠应对食物短缺的能量学对策

霍达亮 廖莎莎 曹静 赵志军

（温州大学生命与环境科学学院，温州 325035）

动物生理和行为特征的可塑性对其适应环境变化、提高生存能力具有重要意义(Nespoloet al.,2001; Nayaet al., 2011; 王德华，2011; Zhanget al., 2016)。体重、能量摄入和能量支出的生理调节是小型哺乳动物适应环境变化的主要能量学策略(Zhanget al., 2012; Khakisahnehet al., 2019; 崔志强等，2019)。食物资源的不确定性是动物在自然环境中面临的主要问题之一，食物短缺条件下许多动物通常动员脂肪贮存，降低代谢率和活动行为以降低能量支出，从而增强自身耐受能力(Hambly and Speakman,2005;Gutmanet al.,2007)；也有一些动物通过增加活动行为以寻觅食物，导致能量支出增加，使耐受食物短缺的能力降低，但与此同时增加了获取食物资源的机会，增加生存概率(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002;赵志军等，2009a，2009b)。在上述两种应对食物短缺的行为策略中，代谢产热能量支出的生理调节可能发挥关键作用。

静息代谢率(resting metabolic rate, RMR) 和非颤抖性产热(nonshivering thermogenesis,NST)是小型哺乳动物主要的能量支出方式之一(Heldmaier,1971;Wang and Wang, 1996)，“代谢率转换”假说认为，动物能否适应食物资源变化的关键在于其是否具备调节代谢率的能力，在食物短缺条件下，可通过“转换”代谢率，降低代谢水平，以适应长期的食物短缺环境，动物自身“转换”代谢率能力是影响其适应策略的主要因素之一(Merkt and Taylor,1994)。相对于大型动物，非冬眠的小型啮齿类动物体型较小，体表面积与体重比值较高，维持恒定体温调节的能量需求更高。小型啮齿类动物的RMR 和NST 水平较高，对维持稳定的体温调节具有重要意义，但与此同时受环境因素的影响较大，特别是环境温度的变化(Zhanget al.,2012; 赵志军等，2014)。例如在冬季低温环境下RMR 和NST 显著增加以补偿机体热散失，夏季高温环境下RMR 和NST 显著降低以减少机体产热从而维持稳定的体温调节(Jefimowet al., 2004; Ne‐spolo and Franco,2007)。然而在不同的环境温度下小型哺乳动物是否采用“代谢率转换”以应对食物短缺，尚不明确。

甲状腺激素(Thyroid hormone, TH) 是参与调节机体代谢和适应性产热最主要的内分泌激素之一(Martínez-Sánchezet al.,2017)。TH 有T3和T4两种主要形式，其中T3的生物活性最强，而血液中TH 主要以T4形式存在。TH 能促进褐色脂肪组织、肝脏、肾脏、骨骼肌等组织的耗氧量和产热量，从而促进动物整体RMR 和NST 显著增加，对动物体温调节具有重要意义(Silva,2006)。TH能显著提高糖代谢、蛋白代谢和脂肪代谢，对机体能量代谢平衡的适应性调节发挥重要作用。TH 促进脂肪酸氧化，加速脂肪分解，从而为机体提供更多能量(Lanniet al., 2003)。尤其在低温环境下，许多动物的代谢产热增强，脂肪动员增加，伴随着血清TH 水平显著升高(Parket al., 1989; Freake and Oppenheimer,1995)。但TH 在动物应对食物短缺的“代谢率转换”策略中的意义尚不清楚，特别是在不同环境温度下，TH 与动物应对食物短缺的耐受能力之间的关系尚不明确。

黑线仓鼠(Cricetulus barabensis)，属啮齿目(Rodentia) 仓鼠科(Cricetidae) 仓鼠亚科(Hamster)仓鼠属(Cricetulus)，广泛分布于我国东北和华北地区的农田和草原，分布西界在甘肃河西走廊的张掖一带，南界大约在秦岭至长江一带，在安徽、江苏两省境内有跨江分布记录；国外分布于蒙古国、俄罗斯西伯利亚南部和朝鲜北部等地(张知彬和王祖望，1998)。栖息地气候具有显著的季节性变化，黑线仓鼠不冬眠，冬季低温环境下代谢率显著增加，因此具有更高的能量摄入和代谢产热的需求(Song and Wang,2003;Zhaoet al.,2010)。该鼠是食谷物为主的植食性动物，春、夏季节不贮食，以植物根茎叶为食，秋季储食作物种子，供越冬食用。由于食物的丰富度受自然环境的影响，该鼠在自然环境下的食性和食量也具有明显季节性变化，也可能会面临食物短缺(断食或食物不足)的情况(张知彬和王祖望，1998)。黑线仓鼠体型较小，代谢率相对较高，与代谢率低的动物相比对食物短缺(限食和断食) 耐受能力较低(Song and Wang, 2003;Zhaoet al., 2010; Wenet al., 2018a)。断食后的黑线仓鼠行为活动发生显著变化，夜间活动行为增加，而昼间显著减低(Wenet al., 2018b)。赵志军(2012)发现室温条件下经90%、80%和70%限食驯化3周后，黑线仓鼠降低了代谢水平，采用“代谢率转换”策略以应对食物短缺。本研究，在不同的温度下(5.0℃、21.0℃和32.5℃) 将黑线仓鼠完全剥夺食物(断食处理)，再恢复自由取食(重喂食)，测定体温、能量摄入、代谢率、身体脂肪贮存和血清TH 的变化。我们假设，在应对急性食物短缺(断食) 的条件下，黑线仓鼠采取“代谢率转换”能量学对策，但不同环境温度下，其“代谢率转换”能量学对策可能不同，优先满足代谢产热的能量需求以维持稳定的体温调节，TH 可能在这一过程中发挥关键作用。

1 研究方法

1.1 实验动物

实验动物来自野生黑线仓鼠的室内繁殖种群[温州大学动物气候室，温度(21.0±1.0)℃，光照12L∶12D]，动物自由取食(北京科澳协力饲料有限公司，大小鼠维持饲料2212/2252；质量比：粗脂肪4.0%、粗蛋白18.0%、粗纤维5.0%、碳水化合物65.1%，热值为17.6 kJ/g) 和饮水。选取3 ~3.5月龄雄性黑线仓鼠，单笼饲养(29 cm×18 cm×16 cm)。提供适量巢材(桦木刨花)，每日更换1次。

选取雄性黑线仓鼠(3 ~ 3.5 月龄) 144 只，按照动物体重分为3 组，再分别随机指定为5.0℃组(n= 47)、21.0℃组(n= 46) 和32.5℃组(n= 51)。5.0℃为该鼠在野外自然环境下冬季洞穴的大致温度，也是国际上通常采用的低温处理温度；21.0℃为其正常饲养环境的温度，作为对照组温度；32.5℃为该鼠热中性区的上临界温度(Zhaoet al., 2010)。在实验开始之前，动物饲养在室温(21.0℃)下自由取食和饮水，每天测定动物体重和日摄食量，连续记录7 d (day -7 ~ day 0)，之后5.0℃组动物转移至低温室(5.0±1.0)℃，32.5℃组转移至高温室(32.5 ± 1.0)℃，动物自由饮水，但完全移除食物(此后简称“断食”)。5.0℃组、21.0℃组和32.5℃组分别在断食后的12 ~ 24 h、24 ~ 36 h 和36 ~ 48 h，各有1 只动物发生死亡，故此3 组动物分别在断食后的24 h、36 h 和48 h终止断食处理(Wallace,1976)。5.0℃组断食24 h、21.0℃组断食36 h、32.5℃组断食48 h 后，分别恢复自由取食(此后简称“重喂食”)，持续5 周(day1 ~ day35)。重喂食期间，每天测定动物体重和日摄食量(5.0℃组，n=15；21.0℃组，n=13；32.5℃组，n=15，图1)。当日提供食物的重量和次日剩余量的差值计算日摄食量。在室内饲养条件下，采用饲养笼饲喂，未发现黑线仓鼠有明显的贮食行为。

图1 不同温度下断食和重喂食黑线仓鼠的时间轴. RMR：静息代谢率；NST：非颤抖性产热. 断食前和重喂食期间测定体重和摄食量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 体温

以体温传感器i-button(Maxmin,DS1923)测定动物腹腔体温(body temperature, Tb)。在实验开始前1 周(5.0℃断食组，n= 5；21.0℃断食组，n= 6；32.5℃断食组，n= 8)，将传感器通过手术方式植入动物腹腔，设置于1 周后启动记录，每5 min 记录1 次体温数据。

1.3 摄入能、消化能和消化率

在重喂食最后1 周测定摄入能(gross energy in‐take,GEI)和消化率(5.0℃组，n=15；21.0℃组，n=13；32.5℃组，n= 15)。称量当日投放食物的重量，48 h后测定剩余食物重量，收集笼内垫料和动物粪便，在60℃烘箱干燥至恒重，手动分离食物残渣及粪便后使用氧弹量热计(IKA, C2000) 测定粪便和食物的热值。根据投放食物量及剩余食物量的差值计算出摄食量，根据以下公式计算摄入能、粪能(Gross energy of feces, GEF)、消化能(Digestible energy intake, DEI) 和消化率(Liu and Wang,2007;余静欣等，2020)。

摄入能(kJ/d) = 摄食量(g/d) × [1 - 饲料含水量(%)]×食物能值(kJ/g)；

粪能(kJ/d)=粪粒干重(g/d)×粪粒的能值(kJ/g)；

消化能(kJ/d)=GEI-GEF；

消化率(%)=(DEI/GEI)×100%。

1.4 代谢率测定

代谢率以开放式氧气代谢仪(TSE, Germany)进行测定。在断食期间(5.0℃组，n= 8；21.0℃组，n= 8；32.5℃组，n= 8) 以及重喂食第5 周(5.0℃组，n= 8；21.0℃组，n= 8；32.5℃组，n=8)分别测定代谢率(daily metabolic rate,DMR)。气体通过呼吸室的流速为1 L/min，气体干燥后，以0.38 L/min 的流速通过氧气分析仪取样，氧气分析仪每10 s 收集1 次数据，由标准数据分析软件(TSE,Germany)计算分析代谢率。代谢率的测定温度分别为5.0℃、21.0℃和32.5℃，由气候箱控温(± 0.5℃)。5.0℃、21.0℃和32.5℃组分别测定24 h、36 h 和48 h。测定重喂食期间动物的代谢率时，提供饲料和胡萝卜。

重喂食第5周末，以开放式氧气代谢仪测定动物RMR 和NST。RMR 测定温度为(30.0 ± 1.0)℃(黑线仓鼠热中性区范围内)。动物在呼吸室适应1 h后，连续测定3 h。采用10 min 内连续最小耗氧率平均值计算RMR。NST 以皮下注射去甲肾上腺素(NE) 诱导的最大耗氧量来计算(Heldmaier, 1971;Zhaoet al.,2010)，剂量计算公式为：NE(mg/kg) =6.6 × Mb–0.458(g)(Heldmaier,1971)。NST在(25.0±1.0)℃下测定60 min。取10 min内连续最大耗氧量计算NST。DMR、RMR 和NST 均校正至标准温度和空气压力条件，表示为mLO2/h。

1.5 血清甲状腺激素水平

断食处理后(5.0℃组，n=8；21.0℃组，n=8；32.5℃组，n= 8) 和重喂食5 周后(5.0℃组，n=8；21.0℃组，n=8；32.5℃组，n=8)分别断颈处死动物，取血，自然凝集2 h 后，3 500 r/min离心10 min，吸取血清，保存于-20℃冰箱中。用放射性免疫法测定血清甲状腺激素(T3、T4) 水平(北京北方生物技术研究所生产和测定)，T3批内和批间测定变异系数分别小于2.4%和8.8%；T4分别小于4.3%和7.6%。

1.6 脂肪重量

收集血液后，快速分离BAT、睾丸周脂肪、皮下脂肪、腹腔脂肪和肠系膜脂肪，分别称重(精确至l mg)，合计为总脂肪重量(断食期：5.0℃组，n=10；21.0℃组，n= 10；32.5℃组，n=11。重喂食后：5.0℃组，n= 15；21.0℃组，n= 12；32.5℃组，n= 14)。去除内脏器官(消化道、肝脏、心脏、脾脏、肺脏和肾脏) 后的胴体，称重(精确至l mg)。

1.7 统计分析

数据的处理采用SPSS 21.0 软件包。统计分析前，数据经Kolmogorov-Smirnov 和Levene 检验证实符合正态分布和方差齐次性。驯化环境温度对体重、摄食量、摄入能、消化能、消化率、DMR、RMR 和NST 的影响，以单因素方差分析法(one-way ANOVA) 或协方差分析法(one-way ANCOVA) 进行分析，以体重作为协变量。昼间、夜间平均代谢率，脂肪组织重量，血清T3、T4水平以双因素方差(two-way ANOVA，食物× 温度) 或协方差分析法(two-way ANCOVA) 进行分析，以胴体重作为协变量。文中数据表示为平均值或者平均值± 标准误(mean ± SE)，P< 0.05 表示差异显著(双尾检验)，P< 0.01 表示差异极显著。

2 结果

2.1 体温

黑线仓鼠体温呈现明显的昼夜波动，与昼间相比夜间体温明显升高(图2A)，断食前昼间和夜间平均体温在5.0℃、21.0℃、32.5℃组间无显著差异(day 0, 昼间,F2,16= 0.37,P> 0.05, 图2B; 夜间,F2,16= 0.94,P> 0.05, 图2C)。断食第1 天(FD:day 1)，昼间体温组间差异不显著[5.0℃组：(36.5±0.3)℃; 21.0℃组：(36.0 ± 0.4)℃; 32.5℃组：(36.2±0.1)℃;F2,16=0.82,P>0.05]，夜间平均体温5.0℃组显著降低[5.0℃组：(35.8 ± 0.1)℃;21.0℃组：(36.4 ± 0.4)℃; 32.5℃组：(37.1 ±0.1)℃;F2,16= 5.58,P< 0.05]。断食第2 天(FD:day 2)，昼间体温组间差异显著，其中21.0℃组体温显著降低[21.0℃组：(35.2±0.3)℃;32.5℃组：(36.1 ± 0.1)℃;t12= 3.14,P< 0.05]。32.5℃组在断食48 h内，体温未发生明显的变化。

图2 不同温度下断食期间的黑线仓鼠体温变化(A)、昼间和夜间平均体温(B、C，数据为平均值±标准误). day 0，断食前；FD：day 1、FD：day 2，断食后第1、2天. *温度对体温的影响显著(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 体重

断食处理前体重组间差异不显著，断食后5.0℃、21.0℃和32.5℃组体重分别降低了18.5%、21.6%和17.6%，重喂食后体重逐渐恢复，重喂食第35 天5.0℃、21.0℃和32.5℃组体重分别增加了23.4%、24.9%和19.0%。在断食期间，体重组间差异显著，5.0℃组和21.0℃组显著低于32.5℃组(F2,40=3.34,P<0.05)，重喂食期间3 组间体重未出现显著差异(day 35,F2,40= 0.88，P>0.05,图3A)。

2.3 日摄食量、摄入能和消化率

断食处理前日摄食量组间差异不显著。重喂食后5.0℃组日摄食量显著高于21.0℃组，32.5℃组显著低于21.0℃组(day 35,F2,39=50.53,P<0.01，post hoc,P<0.05,图3B)。重喂食后5.0℃、21.0℃和32.5℃组摄入能分别为(125.62 ± 4.76) kJ/d、(74.92±4.75)kJ/d 和(51.05±2.82)kJ/d，受温度的影响显著；与21.0℃组相比，5.0℃组摄入能增加了67.7%，而32.5℃组降低了31.9% (F2,39=102.51,P< 0.01, post hoc,P< 0.05, 图4A)。消化能也受温度的显著影响，5.0℃、21.0℃和32.5℃组分别为(100.37±4.00)kJ/d、(60.75±4.10)kJ/d和(41.54 ± 2.77) kJ/d，5.0℃组比21.0℃组显著增加，而32.5℃组显著降低(F2,39= 148.37,P<0.01,post hoc,P<0.05,图4B)。5.0℃、21.0℃和32.5℃组粪能分别为(25.25±0.95)kJ/d、(14.16±0.69) kJ/d 和(9.52 ± 0.33) kJ/d，组 间 差 异 显 著，5.0℃组粪能比21.0℃组高78.3%，而32.5℃组降低了32.8% (F2,39= 82.14,P< 0.01, post hoc,P<0.05, 图4C)。消化率组间差异未达到显著水平(F2,40=0.59,P>0.05,图4D)。

图3 不同温度下断食和重喂食期间黑线仓鼠体重(A)和日摄食量(B)的变化(平均值±标准误). FD：断食；Re：重喂食；**温度对日摄食量的影响显著(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)

图4 不同温度下重喂食黑线仓鼠摄入能(GEI,A)、消化能(DEI,B)、粪能(GEF,C)和消化率(D)(平均值±标准误). 柱上不同字母表示组间差异显著(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 代谢率

黑线仓鼠代谢率呈现明显的昼夜波动，昼间较低、夜间较高，其中21.0℃组和5.0℃组的昼夜波动更显著(图5A、B)。温度对断食期间代谢率影响显著，5.0℃、21.0℃和32.5℃组昼间平均代 谢 率 分 别 为(210.3 ± 9.4) mLO2/h、(113.9 ±6.8) mLO2/h 和(83.8 ± 4.4) mLO2/h；夜 间 平 均代 谢 率 分 别 为(211.9 ± 9.5) mLO2/h、(126.1 ±3.5) mLO2/h和(88.1±3.4)mLO2/h，与21.0℃组相比，5.0℃组的代谢率显著升高，而32.5℃组显著降低(图5C、D)。重喂食后，昼间和夜间的平均代谢率受温度的影响显著，5.0℃组的代谢率显著升高，32.5℃组显著降低[昼间, 5.0℃、21.0℃和32.5℃组 分 别 为(187.5 ± 9.9) mLO2/h、(106.0 ± 4.9) mLO2/h 和(63.9 ± 3.0) mLO2/h，F2,20=50.32,P< 0.01, 图5C; 夜 间, 5.0℃、21.0℃和32.5℃组 分 别 为(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,图5D]；但断食组和重喂食组之间的代谢率差异不显著。重喂食的黑线仓鼠RMR 受温度的显著影响(F2,20= 17.43,P< 0.01)，与21.0℃组相比，5.0℃组增加了19.0%，32.5℃组降低了25.6% (post hoc,P< 0.05, 图6A)。5.0℃、21.0℃和32.5℃组NST 分 别 为(232.8 ± 8.1) mLO2/h、(188.9 ± 11.5) mLO2/h 和(145.7 ± 12.2) mLO2/h，温度对NST 的影响显著 (F2,20= 14.71,P<0.01)， 与21.0℃组 相 比， 5.0℃组 增 加 了23.2%，32.5℃组降低了22.8% (post hoc,P<0.05, 图6B)。

图5 不同温度下断食(A)与重喂食(B)的黑线仓鼠代谢率. 数据为平均值(A、B)或者平均值±标准误(C、D). FD：day 1、FD：day 2，断食后第1、2天. Ptem**，温度的影响显著(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)

图6 重喂食后不同温度下黑线仓鼠静息代谢率(A)和非颤抖性产热(B)(平均值±标准误). 不同字母表示组间差异显著(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

与断食组相比，重喂食后BAT 重量显著增加(F1,65= 7.14,P< 0.01, 图7A)，32.5℃组BAT 重量显著高于其他各组(F2,65=5.92,P<0.01)。皮下脂肪重量在重喂食后显著增加，与断食组相比5.0℃、21.0℃和32.5℃组分别增加了1.7 倍、2.9 倍 和3.8 倍(F1,65= 19.45,P< 0.01, 图7B)。温度对皮下脂肪重量影响显著，重喂食后32.5℃组比21.0℃组高50.1%，而5.0℃组比21.0℃组低27.2% (F2,65= 5.93,P< 0.01)。

腹腔脂肪和肠系膜脂肪重量在断食和重喂食组差异未达到显著水平(腹腔脂肪,F1,65=1.21,P>0.05; 肠系膜脂肪,F1,65= 0.01,P> 0.05)，但重喂食后32.5℃组重量显著高于其他各组(腹腔脂肪,F2,65= 7.77,P< 0.01, 图7C; 肠系膜脂肪,F2,65=6.48,P< 0.01,图7D)。睾丸周脂肪重量在重喂食后显著增加(F1,65=27.40,P<0.01)，5.0℃组增加幅度较小，而32.5℃组增加幅度最大(F2,65=6.71,P< 0.01, 图7E)。总脂肪重量在重喂食后显著增加，与断食组相比，5.0℃、21.0℃和32.5℃组分别增加了79.3%、114.9%和249.0%(F1,65= 26.89,P< 0.01, 图7F)。重喂食后32.5℃组比21℃组高45.8%，而5.0℃组比21.0℃组低25.0% (F2,65= 10.26,P< 0.01)。

图7 不同温度下断食与重喂食黑线仓鼠的脂肪重量(平均值±标准误). PFD为断食的影响；Ptem为温度的影响；**，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浓度在断食组和重喂食组之间差异不显著(F1,42=0.71,P>0.05)，但在不同温度组间显著差异(F1,42=23.83,P<0.01,图8A)。在断食期间，5.0℃、21.0℃和32.5℃组血清T3含量分别为1.68 ng/mL、0.78 ng/mL和0.53 ng/mL，与21.0℃组相比5.0℃组增加了115.4%，而32.5℃组降低了32.1% (post hoc,P< 0.05)；在重喂食后，5.0℃、21.0℃和32.5℃组血清T3含量分别为1.63 ng/mL、0.93 ng/mL 和0.75 ng/mL，5.0℃组血清T3浓度比21.0℃组 高75.3%， 32.5℃组 比21.0℃组 低19.1%(post hoc,P<0.05,图8A)。断食组血清T4浓度显著低于重喂食组(F1,42=10.18,P<0.01)，血清T4水平也受温度的影响，断食组5.0℃、21.0℃和32.5℃组 分 别 为60.66 ng/mL、31.88 ng/mL 和34.17 ng/mL；重喂食组5.0℃、21.0℃和32.5℃组分别为62.59 ng/mL、58.02 ng/mL和50.73 ng/mL。5.0℃组高于21.0℃和32.5℃组(F1,42= 6.66,P<0.01,图8B)。T3/T4受温度的影响显著，5.0℃组较高，32.5℃组较低(F1,42=3.86,P<0.05,图8C)。

图8 不同温度下断食与重喂食黑线仓鼠的血清T3浓度(A)、T4浓度(B)和T3/T4(C)(平均值±标准误). PFD为断食的影响；Ptem为温度的影响；*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 讨论

食物短缺是野生小型哺乳动物在其生活史阶段中会面临的主要环境问题之一，对其生理和行为产生显著影响(Hambly and Speakman,2005;Gut‐manet al.,2006,2007)。能量代谢和产热的生理适应性调节是非冬眠小型啮齿类动物应对食物短缺的主要策略之一，对于维持其正常体温调节具有重要意义(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002; 赵 志 军 等，2009a，2009b; Liet al., 2020)。本研究发现，黑线仓鼠断食后体温的变化与环境温度有关，与室温(21.0℃)相比，低温下(5.0℃)体温维持稳定的时间显著变短，而高温下(32.5℃)较长。与高温相比，随着环境温度降低，体表温度与环境温度差增大，机体的热散失显著增加，因而动物维持稳定体温的能量代价也较高(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Franco, 2007)。在面临急性食物短缺时，动物在不同环境温度下采取不同的体温调节策略，可能与其代谢产热的适应性调节有关。

非冬眠小型哺乳动物的体表面积和体重比值与大型动物相比相对较大，代谢率也较高，RMR和NST 是最主要的代谢产热方式，对于维持恒定的体温调节具有重要作用(Zhanget al.,2012;赵志军等，2014)。“代谢率转换”假说认为，在食物资源变化的环境下，如果动物具有调节代谢率的能力，通过降低代谢水平，适应长期食物短缺的环境(Merkt and Taylor, 1994)。本研究发现，断食后黑线仓鼠代谢率受温度的显著影响，昼间和夜间代谢率在低温环境下最高，室温次之，高温下最低。与重喂食组相比，断食期间的代谢率没有显著降低，这不符合“代谢率转换”假说。赵志军(2012)发现黑线仓鼠对限食处理的敏感性较高，耐受能力较低，特别是暴露于低温下的个体。与其他啮齿类动物相比，黑线仓鼠体型较小，代谢率相对较高，用于维持体温的能量需求较高，这可能是其不耐受食物短缺(例如限食、断食条件) 的主要原因(Song and Wang, 2003; Zhaoet al., 2010；赵志军，2012)。与本研究结果不同的是，在限食90%、80%和70%驯化3 周后黑线仓鼠降低了代谢水平，支持“代谢率转换”假说(赵志军，2012)。这些研究结果表明，动物应对食物短缺的能量学对策可能与食物缺乏的程度有关。

动物通常以能量摄入的适应性调节应对代谢产热的能量支出，然而在食物短缺期间能量摄入不足(长期的慢性能量缺乏)或者完全缺乏(短期的急性食物短缺)情况下，不能满足代谢产热的能量需求，这是动物不耐受严重食物短缺的主要原因(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al., 2002; 赵志军等，2009a，2009b；赵志军，2012)。本研究发现，重喂食期间，室温条件下黑线仓鼠日摄食量短暂升高后回落至断食前水平，低温组和高温组日摄食量分别显著高于和低于对照组。摄入能、消化能和粪能也受环境温度的影响，与RMR 和NST 的反应相似，表明黑线仓鼠获取充足食物资源后通过能量摄入满足不同温度下代谢产热的能量需求。

在食物短缺的条件下，许多动物也利用身体脂肪贮存以应对代谢产热的能量需求(Speakman and Hambly, 2007; Speakman and Mitchell, 2011)。本研究也发现，断食期间黑线仓鼠脂肪贮存显著减少，且不同温度组间动员脂肪的程度相似。不同环境温度下断食的时间不同，但脂肪重量却相似，表明：(1) 不同温度下脂肪动员的速度不同，环境温度越低脂肪动员越迅速，原因在于低温下代谢产热速率更高，对能量需求也更大；(2)机体动员脂肪储备具有相对固定的极限值，也就是机体脂肪含量的“下临界点”，在食物短缺的条件下，机体动员脂肪亦不能低于此临界点，才可以维持正常生命活动。当食物资源丰富时，机体恢复脂肪贮存，本文中黑线仓鼠总脂肪重量在重喂食后分别增加了79.3%(5.0℃)、114.9%(21.0℃)和249.0% (32.5℃)，暗示环境温度对重喂食后的脂肪贮存具有显著的影响，低温显著抑制了脂肪贮存。其主要原因可能与低温下代谢产热的能量需求较高有关，低温下虽然增加能量摄入，但不足以满足代谢产热的能量需求，导致脂肪累积的程度较低(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Fran‐co,2007)。这与冬季寒冷环境下黑线仓鼠显著增加摄食量，但脂肪含量较低的研究结果相一致(Zhaoet al., 2010)。尽管高温下摄入能处于较低水平，但其代谢产热的水平也显著降低，导致脂肪累积显著增加。由此可见，与能量摄入相比，代谢产热在经历食物短缺后脂肪贮存的过程中发挥更重要的作用。

众所周知，机体组织器官的代谢产热活动受甲状腺激素的调控，甲状腺激素是促进代谢增强、产热增加的最重要的内分泌激素之一(Silva,2006;Martínez-Sánchezet al.,2017)。与T4相比，T3的含量较低，但生物活性较高(Lanniet al., 2003)。本研究发现，断食处理的黑线仓鼠血清甲状腺激素水平主要受环境温度的影响，而与重喂食组相比没有显著差异，与代谢产热的变化相一致，这可能是断食条件下未出现“代谢率转换”的内在机制。低温环境下断食和重喂食黑线仓鼠的代谢产热增强，血清T3和T4水平也显著增加，而高温下恰好与之相反。甲状腺激素能显著提高糖代谢、蛋白代谢和脂肪代谢，特别是促进脂肪酸氧化，加速脂肪分解(Parket al.,1989;Freake and Oppen‐heimer, 1995; Lanniet al., 2003; Silva, 2006)。本研究中，低温下断食组脂肪动员的速率最快，可能与高水平的甲状腺激素有关，同样在重喂食后的脂肪累积过程中，高温下较低的甲状腺激素水平更利于脂肪贮存，而低温下甲状腺激素水平升高，可能在抑制脂肪储存的过程中发挥关键作用。

总之，在食物短缺条件下，动物在不同环境温度下表现出不同的体温调节模式，可能与其代谢产热的适应性调节策略有关。断食组和重喂食组的代谢率受温度的显著影响，代谢率、RMR 和NST 等均在低温下显著增加，高温下显著降低。然而与重喂食组相比，断食期间的代谢率没有发生显著变化，不符合“代谢率转换”假说。断食期间黑线仓鼠脂肪贮存显著减少，环境温度越低脂肪动员越迅速。重喂食后脂肪贮存显著增加，但增加幅度受环境温度的显著影响，低温抑制脂肪贮存。断食处理的黑线仓鼠血清水平受温度的影响，而与重喂食组之间无显著差异，与代谢产热的变化相一致，这可能是断食条件下未出现“代谢率转换”的内在机制。