雄性剑尾鱼尾剑长度与营养状况联合作用对雌性剑尾鱼择偶标准的影响

孙 平，李航宇，陈德山，杨淑秀，张彦坤，杨兵坤，徐世晓

(1.河南科技大学 动物科技学院，河南 洛阳 471023；2.中国科学院 西北高原生物研究所，青海 西宁 810008)

0 引言

一个世纪以来，有关剑尾鱼行为和遗传学的研究加深了对其性行为，尤其是配偶选择和交配策略的遗传学基础的认识[1-5]。性选择是物种形成和进化的重要驱动力，而配偶选择是性选择的重要组成部分。个体通过整合多方面信息评估配偶质量，选择优质配偶[6-8]。有行为学研究表明:雌性的择偶标准通常与雄性的一系列特征并不相符[1]，且雌性择偶的方式多种多样[9-10]。因此，在大多数鱼类的繁殖群体中，雄鱼往往会通过一系列的竞争和求偶行为来争取交配机会[11]。对孔雀鱼(Poeciliareticulata)[12]、迷你鳉(Heterandriaformosa)[13]和剑尾鱼(Xiphophorushelleri)[14-19]等的研究进一步证明，通过对第二性征的偏好而进行的性别选择，是造成物种之间和物种内部存在巨大形态和行为多样性的重要进化力量[20]。然而，关于为什么会产生这种偏好以及该偏好如何维持的问题仍然存在争议。

雄性营养状况也是雌性衡量配偶质量的重要指标，文献[21-23]研究表明:营养不良可能与精子质量下降、精子数量减少和性传播疾病有关，因此，雌性会倾向于选择营养状况更好的雄性作为配偶。在家雀(Carpodacusmicianus)中，雌性倾向于营养状况良好的雄性是由于营养状况良好的雄性会表现出更快的生长速度和更明亮的羽毛[24-25]，在穴居鱼类大西洋玛丽鱼(Poeciliamexicana)中，雌性同样把营养状况良好的雄性看作是优质的配偶[26]。此外，有研究发现，或许只有在营养状况允许的前提下，雄性剑尾鱼才能合成足够多的性激素来吸引雌性[27]。即使在雄性不能提供直接有利条件的物种中，营养状况也可以为配偶选择提供关键信息[28]。

剑尾鱼在体型和第二性征等形态特征方面存在明显性别差异，属于典型的两性异形，是研究配偶选择的理想模式动物。以往有关配偶选择的研究多关注单一因素的影响，目前复合信号的进化逐渐成为性选择领域研究的焦点[16]。在野外环境条件下，雌性剑尾鱼在选择配偶时可能会面对不同尾剑长度和不同营养状况的雄性。本文拟通过探究雄性剑尾鱼尾剑长度与营养状况双重因素的联合对雌性剑尾鱼配偶选择的影响，来理解遗传和营养因素在配偶选择过程中的重要作用。

1 材料和方法

1.1 试验动物

同一规格的同批次健康剑尾鱼购买自陕西剑尾鱼养殖场，然后在河南科技大学观赏水族实验室适应两周。在培育期间保持12 h∶12 h的光∶暗周期，每日投喂鱼体质量3%的商品饲料，水温控制在(26.5±0.5 )℃，导电率为(531±10)μs/cm，溶解氧为(3.5±0.2)mg/L，pH值(8.3±0.1)。所有剑尾鱼均为红眼红体，月龄7个月左右。

试验开始前，选择150条营养状况良好且无生产经历的雌性剑尾鱼(体质量(1.24±0.3) g)，80条营养状况良好的雄性长尾剑尾鱼(尾长>1.7 cm、体质量(1.75±0.3) g)、80条营养状况良好的雄性短尾剑尾鱼(尾长<1.3 cm、体质量(1.74±0.3) g)。并从80条营养状况良好的雄性长尾剑尾鱼和80条营养状况良好的雄性短尾剑尾鱼中，分别选取40条雄性长尾剑尾鱼以及40条雄性短尾剑尾鱼进行14 d饥饿处理，在饥饿处理过程中停止投喂饲料，其他条件不变。饥饿处理前体质量为(1.78±0.2) g，饥饿处理后体质量为(1.67±0.1) g，在此过程中没有个体死亡。其余个体在试验当天均保持正常饲喂。

1.2 试验设计

1.2.1 尾剑长度联合营养状况对雌性剑尾鱼配偶选择影响的研究

复合信号行为观察箱参照文献[29]并根据预试验对其进行略微改进，规格为60 cm×30 cm×40 cm的玻璃缸体，在距两端15 cm处放置厚度为2 mm、材质为亚克力、孔径为3 mm的透明隔板，并用玻璃胶固定好，缸体正中心放置直径为15 cm、厚度为2 mm、材质为亚克力的不透明空心圆柱体，根据预试验并参照文献[29]的研究方法，将玻璃缸中央区距隔板7.5 cm的区域定义为偏好区(见图1)。

图1 复合信号行为观察箱

本试验采用复合信号行为观察箱(见图1)，利用析因设计，选择尾剑长度和营养状况两个因素，具体处理见表1。刺激鱼各取一条随机放于行为选择箱的左右两侧，中间随机取一条雌性剑尾鱼放入不透明空心圆柱体内作为试验鱼(试验开始前按照正常投喂)，静置600 s使试验鱼适应环境[4]，移除圆柱体并统计雌鱼在两个偏好区和中间区域停留的时间600 s[29]。重复上述操作10次，所有试验均在每天09:00—11:00进行，每次更换缸内全部试验鱼，并对缸体进行清洗、消毒和换水处理。表1中，同一分组内左右两侧不固定，为随机分配。

表1 雄性剑尾鱼尾剑长度与营养状况对雌性配偶选择影响的试验分组情况

1.2.2 雌鱼与不同营养状况雄鱼的交流行为以及雄性的活动能力研究

活动能力与交流行为观察箱规格为60 cm × 30 cm × 40 cm的玻璃缸体，在距两端15 cm处放置厚度2 mm、材质为亚克力、孔径为3 mm的透明隔板并用玻璃胶固定好，左端放置厚度2 mm、材质为亚克力的不透明空心圆柱体，将观察箱的长、宽、高分别定义为X轴、Y轴和Z轴(见图2)。图2中，虚线代表厚度2 mm、材质为亚克力孔径为3 mm的透明隔板，左侧圆柱体为厚度2 mm、材质为亚克力的不透明空心圆柱体。

图2 活动能力与交流行为观察箱

采用活动能力与交流行为观察箱，取1条正常的雄性剑尾鱼放入缸体左端的圆柱体内，取1条雌性剑尾鱼放入缸体的中间，静置600 s，移除圆柱体并观察和记录雄鱼在X、Y和Z轴3个方向的游动路程、选择试验开始后的5～6 min时，胸鳍和尾鳍1 min内摆动的次数、雄鱼与雌鱼之间的交流时间和交流次数，通过在3个不同方向上游动的路程计算出在3个方向上的速度，然后把左侧饥饿14 d的雄性剑尾鱼放入缸体左端的圆柱体内，重复上述操作10次，所有试验均在每天09:00-11:00进行，每次更换缸内全部试验鱼，并对缸体进行清洗、消毒和换水处理。

1.3 行为定义

把刺激鱼放在缸体的两侧，试验鱼放在缸体的中间不透明圆柱体中，静置600 s后，撤掉不透明空心圆柱体，记录其在两侧区内停留时间，偏好区的定义见1.2.1。根据预试验，本文把试验鱼与刺激鱼头部之间距离小于2 cm且持续时间超过30 s的行为定义为交流行为，统计试验鱼的交流行为持续时间和发生频次。在观察箱的正面、侧面和上面分别放置相机进行拍摄，试验录像在计算机上转换后由The Observer XT 12 行为分析软件(荷兰 Noldus 信息技术有限公司)对目标行为进行分析，记录各数据。

1.4 统计分析

行为记录在安静的行为观察室进行，在水平和垂直两个方向放置摄像头并记录10 min，然后让不熟悉试验设计的人员统计剑尾鱼在偏好区停留的时间。用SPSS 23.0软件对试验鱼的体质量、尾剑长度进行单因素方差分析；雌性对不同刺激雄鱼的偏好时间进行配对样本T检验[27]，对剑尾鱼活动性的相关数据进行非参数检验。作图软件为GraphPad Prism 8。P<0.05被认为差异显著，文中❋代表有显著差异(0.01

2 结果

2.1 尾剑长度和营养状况对剑尾鱼配偶选择的影响

雌性剑尾鱼对不同尾剑长度和营养状况雄性剑尾鱼的偏好时间见图3。由图3中6组行为学试验的统计结果表明：雌鱼对长尾正常雄鱼的偏好时间极显著高于对短尾正常雄鱼的偏好时间(P<0.01，见图3a)；雌鱼对长尾饥饿雄鱼的偏好时间极显著高于对长尾正常雄鱼的偏好时间(P<0.01，见图3b)；雌鱼对短尾饥饿雄鱼的偏好时间极显著高于对短尾正常雄鱼的偏好时间(P<0.01，见图3c)；雌鱼对长尾饥饿雄鱼的偏好时间显著高于对短尾饥饿雄鱼的偏好时间(0.010.05，见图3f)。

2.2 营养状况对剑尾鱼活动能力和交流行为的影响

图4为饥饿对雄性剑尾鱼运动能力及交流行为的影响。经过饥饿处理的雄性剑尾鱼在X轴(见图4a)和Y轴(见图4b)上游动速度显著低于正常饲喂的雄性剑尾鱼(0.010.05，见图4c)。经过饥饿处理的雄性剑尾鱼与雌性剑尾鱼的交流时间(0.01

3 讨论

本文研究发现：雌性剑尾鱼在面对营养状况一致的雄性时，会倾向于选择长尾剑雄性；而面对尾剑长度一致的雄性时，则倾向于选择饥饿处理的雄性。当面对长尾剑、饥饿处理的雄性与短尾剑、正常饲喂的雄性时，会倾向于选择长尾剑、饥饿处理的雄性作为配偶；但对短尾剑、饥饿处理的雄性和长尾剑、正常饲喂的雄性无明显偏好。此外，在营养状况对雄性剑尾鱼活动能力和交流行为影响的试验中，饥饿增加了雄鱼与雌鱼的交流时间与交流次数，降低了雄鱼的运动速度以及胸鳍、尾鳍的摆动频率。

尾剑长度、营养状况联合作用对雌性剑尾鱼配偶选择影响的试验结果说明，雌性对雄性特征的偏好可以通过互补、对立或正交的过程相互作用[1]。在进化过程中，夸大雄性特征是普遍趋势[6,30]。雄性的第二性征可能在配偶选择中存在优势，是为了获取优质基因来提高后代相关能力[28]。雌性偏好于长尾剑雄性是雌性剑尾鱼配偶选择时的正常表现，这表明雄性形态的进化是对雌性配偶选择偏好的响应[19]。雌性孔雀鱼喜欢具有较高橙色斑点色素含量的雄性[13]，这一偏好也驱动了雄性身体上斑点图案的演变[31]。雌性宽鳍鱲(Zaccoplatypus)偏好红色婚姻色覆盖面积大的雄性，或许是由于这种雌性可能具有良好觅食能力或免疫功能[32]。在文献[17]的研究中发现：雌鱼看重的是雄鱼的尾剑长度而不是与尾剑长度相关的特征，随着雄性尾剑长度的增加，雌性的偏好强度也增强，而没有尾剑的雄性可能被认为是其他的雌性。然而，也有文献[18-19]认为尾剑过长可能增加求偶过程中的能量消耗，从而造成不利影响。

雌性动物通过雄性分泌的信息素来判断雄性的营养状况[27]，同时根据自己的营养状况对雄性表现出不同的偏好[33]。在自然界中，雌性更多地偏好营养良好的雄性[33]，因为只有营养状况良好的雄性才会参与配偶竞争[27]，而营养不良容易导致雄性和雌性的性欲减弱[34]，减少雄性求偶行为和雌性对雄性的响应[35]。而本文的结果却发现雌性剑尾鱼对饥饿处理的雄性存在明显偏好，可能是因为野生动物的试验动物化过程影响了雌性剑尾鱼的配偶选择[36]。另一个可能的原因，是饥饿可以激发动物的性欲[33]或者提高动物的勇敢性、探索性和活动性[37-39]。本文的研究结果表明：饥饿处理雄性剑尾鱼在水平方向(X轴和Y轴)上的游泳速度比正常饲喂雄性剑尾鱼的游泳速度慢，在竖直方向(Z轴)上的速度无明显差异，胸鳍与尾鳍的摆动频率也显著低于正常雄性。这与其他结果不太一致。继而，又对雌性剑尾鱼与刺激鱼(正常饲喂和饥饿处理)的交流行为进行分析，发现雌性剑尾鱼与饥饿处理雄性剑尾鱼之间的交流时间和次数，显著高于雌性剑尾鱼与正常饲喂雄性剑尾鱼之间的交流时间和交流次数。综合以上研究结果推测，与雌性剑尾鱼的交流行为降低了饥饿处理雄鱼的活动性，这也可能与饥饿雄性剑尾鱼表现出更强烈的交配偏好有关。

在配偶选择试验中，雌性对雄性特征的偏好因为尾剑长度和营养状况的联合而互补、对立或正交相互作用[1]。饥饿处理显著降低了雄性剑尾鱼的活动性，提高雄性剑尾鱼与雌性剑尾鱼的交流时间与交流次数，这可能与饥饿雄性剑尾鱼表现出更强烈的交配偏好有关。然而，饥饿处理会导致雄性剑尾鱼与雌性剑尾鱼之间交流增加的具体原因，有待进一步研究。