李紅娟 王德華 王振山 張學(xué)英

（1 河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，保定 071002）（2 中國科學(xué)院動物研究所，農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）（3 山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，青島 266237）

能量代謝的適應(yīng)性調(diào)節(jié)對于小型哺乳動物的存活以及應(yīng)對外界環(huán)境溫度變化具有重要意義。小型哺乳動物的能量代謝特征具有明顯的季節(jié)性變化 (Li and Wang, 2005a, 2005b)，與其生活史策略密切相關(guān) (McNab, 2008)。靜止代謝率 (Resting metabolic rate, RMR) 是動物在靜息狀態(tài)下維持基本生理功能所需要的最低能量消耗，是能量支出的重要組成部分，明顯受環(huán)境因素影響 (Kozak and Harper, 2000; Speakman, 2005)。目前關(guān)于環(huán)境因素影響小型哺乳動物代謝率的研究已有很多，例如光周期和溫度交互 (李慶芬等，1995; Li and Wang, 2005a；張志強(qiáng)等，2007)、光周期 (李興升等，2003; Zhao and Wang, 2005; Song and Wang,2006; Warneret al., 2010)、單寧酸飲食等 (陳競峰等，2005)。單一環(huán)境溫度也明顯影響動物的代謝率，例如冷馴化導(dǎo)致小型嚙齒類動物體重和體脂下降，RMR 明顯升高以增加產(chǎn)熱 (李慶芬等，1994；朱萬龍等，2008)；低溫馴化導(dǎo)致布氏田鼠(Lasiopodomys brandtii) 體溫降低1 ℃ (Chi and Wang, 2011; Zhanget al., 2018)；而高溫馴化引起長爪沙鼠 (Meriones unguiculatus) 體溫上升1.3 ℃(Khakisahnehet al., 2020)。小型哺乳動物通過調(diào)節(jié)代謝可塑性維持相對恒定的體溫，適應(yīng)變化的環(huán)境。

小型哺乳動物的代謝特征不僅受當(dāng)前環(huán)境因素影響，也會受到親代營養(yǎng)或環(huán)境溫度暴露等環(huán)境條件的潛在限制。出生前后階段是小型哺乳動物發(fā)育可塑性的關(guān)鍵時(shí)期，在此階段不良的環(huán)境應(yīng)激會引起后代能量代謝、免疫、活動性等生理和行為的長期改變，這種現(xiàn)象稱為早期程序化(early life programming) (Symondset al., 2009)。已有研究報(bào)道，繁殖期母體經(jīng)歷30 ℃暴露降低普通田鼠 (Microtus arvalis) 幼仔的生長 (Simonset al.,2011)；哺乳期30 ℃或32.5 ℃暴露的小鼠母體體重和RMR均低于21 ℃下哺乳的母體，其子代斷乳時(shí)窩仔重量更輕 (Zhaoet al., 2016; Baoet al.,2020)；哺乳期暴露于32.5 ℃的黑線倉鼠 (Cricetu‐lus barabensis) 母體RMR明顯低于25 ℃常溫組 (王桂英等，2021)；哺乳高峰期經(jīng)歷5 ℃暴露導(dǎo)致大絨鼠 (Eothenomys miletus) 母體的RMR 增加，幼仔斷乳時(shí)的體重降低 (朱萬龍等，2016)。以往這些研究大多關(guān)注繁殖母體的能量策略，而親代的環(huán)境經(jīng)歷如何影響小型哺乳動物后代的代謝可塑性尚不清楚。在全球氣候變暖的大環(huán)境下，特別是親代經(jīng)歷日益加劇和頻繁出現(xiàn)的高溫 (熱浪) 對后代產(chǎn)生什么影響，是生理生態(tài)學(xué)研究的重要科學(xué)問題。

布氏田鼠屬于嚙齒目 (Rodentia)、倉鼠科 (Cri‐cetidae)、 ?亞科 (Arvicolinae)、 毛足田鼠屬(Lasiopodomys)，主要生活在內(nèi)蒙古草原、蒙古東部以及俄羅斯外貝加爾東南地區(qū)，群居、植食性、不冬眠 (張知彬和王祖望，1998；王應(yīng)祥，2003)。布氏田鼠成體的RMR 較高 (李慶芬和黃晨西，1994)，受體重和年齡的影響較大 (劉新宇等，2014)；隨季節(jié) (Wanget al., 2003; Li and Wang,2005b) 和環(huán)境溫度變化 (Liet al., 1995; Zhang and Wang, 2006)，布氏田鼠的RMR 變化明顯，且隨著冷暴露時(shí)間的延長而增加 (李慶芬等，1994)；布氏田鼠在妊娠期和哺乳期的RMR 高于非繁殖期(Zhang and Wang, 2007)，繁殖期高蛋白飲食導(dǎo)致母體RMR 進(jìn)一步增加 (婁美芳等，2013)。野生布氏田鼠表現(xiàn)出季節(jié)性繁殖的特性，繁殖期在每年的3—8 月 (張知彬和王祖望，1998；王應(yīng)祥，2003)，早春繁殖的田鼠經(jīng)歷低溫應(yīng)激，而夏季繁殖的動物面臨高溫脅迫。布氏田鼠屬于典型的晚成型發(fā)育類型，斷乳前幼鼠的體溫調(diào)節(jié)能力尚未發(fā)育完善，產(chǎn)熱能力低，容易受到母體環(huán)境的影響 (Cannon and Nedergaard, 2004；遲慶生和王德華，2005)。前期研究發(fā)現(xiàn)哺乳期母體經(jīng)歷低溫暴露時(shí)，后代的生長發(fā)育和神經(jīng)再生受到明顯抑制(Zhanget al., 2011；趙園春等，2019)；哺乳期的高溫暴露明顯抑制布氏田鼠母體的泌乳量，降低大胎仔數(shù)母體的繁殖輸出 (Wuet al., 2009)。但是哺乳期母體的高溫暴露是否會長期影響后代的代謝可塑性，是否會產(chǎn)生代際間的效應(yīng)仍不清楚。我們假設(shè)哺乳期母體的高溫經(jīng)歷跨代影響小型哺乳動物在面對不同環(huán)境溫度暴露時(shí)的代謝可塑性。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)動物為中國科學(xué)院動物研究所室內(nèi)飼養(yǎng)的布氏田鼠繁殖種群，飼養(yǎng)溫度為 (23 ± 1) ℃，光周期為16L∶8D (Light∶Dark, 16h∶8h)，食物為標(biāo)準(zhǔn)植食性兔飼料塊 (北京科澳協(xié)力飼料有限公司)，以木屑為墊料。飼養(yǎng)期間給動物提供充足的食物和水。

將剛出生的布氏田鼠幼仔和母體隨機(jī)置于常溫環(huán)境 (23 ± 1) ℃或高溫環(huán)境 (30 ± 1) ℃中飼養(yǎng)。出生4 周后，斷乳分籠，將幼仔與母體分開，所有動物轉(zhuǎn)到常溫環(huán)境下飼養(yǎng)。選擇來自哺乳期常溫經(jīng)歷的雄性成年期后代 (3 ～ 4 月齡，常溫組，Con，n= 9) 和哺乳期高溫經(jīng)歷的F1 代雄性成體(哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代，Hot-F1，n= 9)，進(jìn)行代謝率的測定。另外選取一批哺乳期高溫經(jīng)歷的成年健康布氏田鼠，在常溫環(huán)境下隨機(jī)進(jìn)行雌雄配對，產(chǎn)生的后代即為F2 代。待雌鼠懷孕后移走雄鼠，在常溫環(huán)境下飼養(yǎng)直至分娩、斷乳。在4 周齡斷乳后，雌雄分開飼養(yǎng)，在常溫環(huán)境下飼養(yǎng)至3 ～ 4 月齡，選擇來自不同母體的健康雄性個(gè)體(哺乳期高溫經(jīng)歷F2 代，Hot-F2，n= 10)，進(jìn)行代謝率的測定。

1.2 代謝率測定

動物的代謝率以每小時(shí)的耗氧量來表示(mLO2/h, VO2)。采用開放式呼吸代謝測定系統(tǒng)(TSE Lab Master Calorimetry System，德國) 測定實(shí)驗(yàn)動物的代謝率，設(shè)置培養(yǎng)箱程序控制呼吸室的溫度波動為 ± 0.5 ℃。 運(yùn)行程序Labmaster(Mouse)，設(shè)置進(jìn)入呼吸室的空氣流速為0.9 L/min，分別測定在環(huán)境溫度 (Ambient temperature, Ta)5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、22.5 ℃、25 ℃、27.5 ℃、30 ℃、32.5 ℃、33.5 ℃、35 ℃下的代謝率，每個(gè)溫度點(diǎn)代謝率測定至少間隔一天進(jìn)行，每次測定溫度隨機(jī)選擇。

將動物放入呼吸室內(nèi)連續(xù)監(jiān)測3 h，每隔12 min檢測1次耗氧量 (VO2)，測定期間禁食禁水。在結(jié)果中選取3 h 內(nèi)穩(wěn)定且連續(xù)的兩個(gè)最低的VO2取平均值作為動物RMR 的測定值 (Chi and Wang,2011; Liu and Wang, 2011)。

在測試前后各記錄1 次動物體重 (Body mass)和體溫 (Body temperature, Tb)，體溫用肛溫代表，用數(shù)字式測溫儀 (優(yōu)利德科技股份有限公司) 檢測肛溫，探頭用甘油浸濕后插入動物直腸3 cm 處，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)值。

1.3 熱中性區(qū)界定

熱中性區(qū) (Thermoneutral zone, TNZ) 是指恒溫動物維持穩(wěn)定和最低的代謝率的環(huán)境溫度范圍 (McNab, 1980; ?kopet al., 2020)。在熱中性區(qū)內(nèi)，動物RMR 不隨環(huán)境溫度的變化而變化，動物僅需控制熱量散失進(jìn)行體溫調(diào)節(jié)，無需調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)熱和蒸發(fā)散熱(McNab and Morrison, 1963;?kopet al., 2020)。TNZ 內(nèi)的RMR 即為基礎(chǔ)代謝率 (Basal metabolic rate, BMR)，是指動物在清醒時(shí)維持基本生命活動所需的最低能量消耗速率。TNZ 下限溫度稱為下臨界溫度點(diǎn) (Tlc)，TNZ 上限溫度稱為上臨界溫度點(diǎn) (Tuc)。

1.4 熱傳導(dǎo)計(jì)算

按照簡化牛頓冷卻定律C = VO2/ (Tb-Ta)(McNab, 1980) 計(jì)算各溫度下的熱傳導(dǎo) (Thermal conductance, C)，其中C 為熱傳導(dǎo) [mLO2/(h·℃)]，VO2為代謝率 (mLO2/h)，Tb 為體溫 (℃)，Ta 為環(huán)境溫度 (℃)。

1.5 呼吸商計(jì)算

在特定時(shí)間內(nèi)動物二氧化碳生成量和氧氣消耗量的比值即為呼吸商 (Respiratory quotient, RQ)(RQ = VCO2/VO2)。呼吸商反映身體活動消耗的能量，并推斷能源基質(zhì)的利用率 (Archet al.,2006)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，體重采用單因素方差 (One-way ANO‐VA) 分析，各溫度下所測得的代謝率、熱傳導(dǎo)以體重為協(xié)變量采用重復(fù)測量協(xié)方差 (Repeated measure ANCOVA) 分析，體溫和呼吸商采用重復(fù)測量方差 (Repeated measure ANOVA) 分析，特定溫度點(diǎn)下的組間 (哺乳期溫度經(jīng)歷) 差異采用多變量方差 (Multivariate ANOVA) 分析，文中數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤 (mean ± SE) 表示，P＜ 0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 體重

哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代布氏田鼠的體重 [Hot-F1, (30.4 ± 1.1) g] 顯著低于哺乳期常溫經(jīng)歷 [Con,(53.6 ± 2.3) g] 和哺乳期高溫經(jīng)歷F2代布氏田鼠的體重 [Hot-F2, (48.4 ± 1.7) g] (F2,27= 45.306,P＜0.001；圖1)。

圖1 不同溫度經(jīng)歷布氏田鼠的體重. 所有數(shù)據(jù)均為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤. Con：哺乳期常溫 (23 ± 1) ℃經(jīng)歷；Hot-F1：哺乳期高溫 (30 ±1) ℃經(jīng)歷F1代；Hot-F2：哺乳期高溫經(jīng)歷F2代. ***P ＜ 0.001Fig. 1 Body mass of Lasiopodomys brandtii with different tempera‐ture experiences. Data are mean ± SE. Con: the control with normal Ta (23 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F1: the F1 genera‐tion with high Ta (30 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F2:the F2 generation with high Ta experience during lactation. ***P ＜0.001

2.2 不同環(huán)境溫度下的體溫變化

布氏田鼠的體溫不受哺乳期溫度經(jīng)歷的影響(F2,25= 0.372,P= 0.692；圖2)，但明顯受環(huán)境溫度的影響 (F10,250= 24.642,P＜ 0.001)。

圖2 不同環(huán)境溫度下布氏田鼠的體溫 (Tb). Con：哺乳期常溫(23 ± 1) ℃經(jīng)歷；Hot-F1：哺乳期高溫 (30 ± 1) ℃經(jīng)歷F1 代；Hot-F2：哺乳期高溫經(jīng)歷F2代Fig. 2 Body temperature (Tb) of Lasiopodomys brandtii at different temperature experiences. Con: the control with normal Ta (23 ± 1) ℃experience during lactation; Hot-F1: the F1 generation with high Ta(30 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F2: the F2 generation with high Ta experience during lactation

當(dāng)環(huán)境溫度在5 ～ 33.5 ℃時(shí)，Con 組、Hot-F1 組、Hot-F2 組的體溫基本維持恒定，平均值分別為 (37.8 ± 0.1) ℃、(37.7 ± 0.1) ℃、(37.8 ±0.1) ℃。在35 ℃時(shí) (相比33.5 ℃)，所有布氏田鼠的體溫均下降，其中Con 組平均下降1.3 ℃，Hot-F1 組和Hot-F2 組下降1.1 ℃。當(dāng)環(huán)境溫度在33.5 ℃以上時(shí)，體溫與環(huán)境溫度的關(guān)系分別為：Con: Tb (℃) = 66.2 - 0.8Ta (r2= 0.625,P＜0.001)； Hot-F1: Tb (℃) = 62.3 - 0.7Ta (r2=0.574,P＜ 0.001)；Hot-F2: Tb (℃) = 62.5-0.7Ta(r2= 0.668,P＜ 0.001)。

由于國有林場職工隊(duì)伍老化，多年未新錄用人員，造成人員斷檔，青黃不接，森林消防隊(duì)伍年老體弱，缺乏戰(zhàn)斗力，個(gè)別隊(duì)員存在畏難厭戰(zhàn)情緒，森林防火應(yīng)急響應(yīng)滯后，在撲救過程中，體力不支，戰(zhàn)斗力不強(qiáng)。撲火工具機(jī)械化程度不高，不具備撲滅森林大火的能力，在發(fā)生大火時(shí)，很難有很好的效果。森林火災(zāi)應(yīng)急管理規(guī)范化、科學(xué)化、制度化、專業(yè)化建設(shè)等方面不足。新形勢下，國有林場必須加強(qiáng)半專業(yè)化森林消防隊(duì)伍建設(shè)，組建半專業(yè)化勞務(wù)派遣森林消防隊(duì)提升森林火災(zāi)應(yīng)急處置能力。

2.3 不同環(huán)境溫度下的代謝率及熱中性區(qū)

代謝率不受哺乳期溫度經(jīng)歷的影響 (F2,24=1.952,P= 0.164)，僅在20 ℃時(shí)，Hot-F1組代謝率顯著低于Hot-F2 組 (F2,24= 3.496,P= 0.047)，與Con組沒有顯著性差異 (圖3)。

圖3 不同環(huán)境溫度下布氏田鼠的靜止代謝率 (RMR). Con：哺乳期常溫 (23 ± 1) ℃經(jīng)歷；Hot-F1：哺乳期高溫 (30 ± 1) ℃經(jīng)歷F1代；Hot-F2：哺乳期高溫經(jīng)歷F2代Fig. 3 Resting metabolic rate (RMR) of Lasiopodomys brandtii at different temperature experiences. Con: the control with normal Ta(23 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F1: the F1 generation with high Ta (30 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F2: the F2 genera‐tion with high Ta experience during lactation

代謝率隨環(huán)境溫度的變化而變化(F10,240=2.065,P= 0.028)。當(dāng)環(huán)境溫度在5 ～ 27.5 ℃時(shí)，Con 組、Hot-F2 組布氏田鼠的RMR 隨著環(huán)境溫度的升高而降低 (圖3)。Con 組Ta 與RMR 的回歸關(guān)系為：RMR (mLO2/h) = 283.6-6.92Ta (r2= 0.879,P＜ 0.001)，Hot-F2 組Ta 與RMR 的回歸關(guān)系為：RMR (mLO2/h) = 277.7 - 67.24Ta (r2= 0.870,P＜0.001)。當(dāng)環(huán)境溫度在27.5 ～ 33.5 ℃時(shí)，Con 組和Hot-F2 組RMR 在不同溫度點(diǎn)間差異不顯著 (P＞0.05)，確定這兩組動物的熱中性區(qū)為27.5 ～33.5 ℃，在此溫度區(qū)的RMR即為BMR，平均值分別為 (78.18 ± 2.34) mLO2/h、(73.74 ± 2.53) mLO2/h。環(huán)境溫度在35 ℃時(shí)，兩組動物的RMR 雖然與33.5 ℃時(shí)無明顯差異 (P＞ 0.05)，但出現(xiàn)個(gè)別動物死亡現(xiàn)象，所以不將35 ℃納入熱中性區(qū)。

當(dāng)環(huán)境溫度在5 ～ 30 ℃時(shí)，Hot-F1 組布氏田鼠的RMR隨著環(huán)境溫度的升高而降低。Ta與RMR的回歸關(guān)系為：RMR (mLO2/h) = 235.6 - 6.03Ta(r2= 0.841,P＜ 0.001)。 當(dāng)環(huán)境溫度在30 ～33.5 ℃時(shí)，Hot-F1 組在不同溫度點(diǎn)間RMR 差異不顯著 (P＞ 0.05)， 確定熱中性區(qū)為30 ～33.5 ℃，在此溫度區(qū)的RMR 即為BMR，平均值為 (57.41 ± 1.87) mLO2/h。 當(dāng)環(huán)境溫度超過33.5 ℃時(shí)，Hot-F1 組布氏田鼠RMR 顯著降低(P＜ 0.05)。

2.4 不同環(huán)境溫度下的熱傳導(dǎo)

C 不受哺乳期溫度經(jīng)歷的影響 (F2,24= 0.595,P= 0.559)，但受環(huán)境溫度的影響 (F10,240= 4.730,P＜ 0.001；圖4)。

圖4 不同環(huán)境溫度下布氏田鼠的熱傳導(dǎo) (C). Con：哺乳期常溫(23 ± 1) ℃經(jīng)歷；Hot-F1：哺乳期高溫 (30 ± 1) ℃經(jīng)歷F1 代；Hot-F2：哺乳期高溫經(jīng)歷F2代Fig. 4 Thermal conductance (C) of Lasiopodomys brandtii at different temperature experiences. Con: the control with normal Ta (23 ±1) ℃ experience during lactation; Hot-F1: the F1 generation with high Ta (30 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F2: the F2 generation with high Ta experience during lactation

當(dāng)環(huán)境溫度在5 ～ 27.5 ℃時(shí)，Con 組的C 基本維持恒定，平均值為 (8.173 ± 0.158)mLO2/(h·℃)， 在30 ～ 35 ℃時(shí)，隨著Ta 的升高，C 顯著升高，回歸結(jié)果顯示二者關(guān)系為：C [mLO2/(h·℃)] = -190.2 + 6.476Ta (r2= 0.550,P＜ 0.001)。

當(dāng)環(huán)境溫度在5 ～ 30 ℃ 時(shí)，Hot-F1組的C基本維持恒定，平均值為 (6.597 ± 0.154) mLO2/(h·℃)，在32.5 ～ 35 ℃時(shí)，隨著Ta 的升高，C 顯著升高，回歸結(jié)果顯示二者關(guān)系為：C [mLO2/(h·℃)] =-258.6 + 8.216Ta (r2= 0.735,P＜ 0.001)。

2.5 不同環(huán)境溫度下的呼吸商

RQ 不受哺乳期溫度經(jīng)歷的影響 (F2,25= 0.717,P= 0.498)；在5 ℃時(shí)，Hot-F1組的RQ均低于Con組和Hot-F2 組 (F2,25= 48.383,P＜ 0.001)；在30 ℃(F2,25= 5.982,P= 0.08)、35 ℃ (F2,25= 11.341,P＜0.001) 時(shí)，Hot-F1 組的RQ 均高于Con 組和Hot-F2組 (圖5)。

圖5 不同環(huán)境溫度下布氏田鼠的呼吸商 (RQ). Con：哺乳期常溫(23 ± 1) ℃經(jīng)歷；Hot-F1：哺乳期高溫 (30 ± 1) ℃經(jīng)歷F1 代；Hot-F2：哺乳期高溫經(jīng)歷F2代Fig. 5 Respiration quotient (RQ) of Lasiopodomys brandtii at different temperature experiences. Con: the control with normal Ta(23 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F1: the F1 generation with high Ta (30 ± 1) ℃ experience during lactation; Hot-F2: the F2 generation with high Ta experience during lactation

隨著環(huán)境溫度升高，RQ 明顯升高 (F10,250=10.760,P＜ 0.001)。Con 組在33.5 ℃和35 ℃的RQ (平均值為0.779 ± 0.009) 均顯著高于在5 ℃和10 ℃ (平均值為0.715 ± 0.005) (P＜ 0.05)；Hot-F1組在33.5 ℃和35 ℃ (平均值為0.820 ± 0.010) 的RQ 均顯著高于5 ～ 20 ℃ (平均值為0.686 ± 0.008)(P＜ 0.05)；Hot-F2 組在27.5 ～ 35 ℃ (平均值為0.781 ± 0.007) 的RQ 均顯著高于5 ～ 20 ℃ (平均值為0.713 ± 0.03) (P＜ 0.05)。線性回歸結(jié)果顯示，Con 組5 ～35 ℃的RQ 與環(huán)境溫度的回歸方程為：RQ = 0.693 + 0.002Ta (r2= 0.245,P＜ 0.001)；Hot-F1 組5 ～ 35 ℃的RQ 與環(huán)境溫度的回歸方程為：RQ = 0.612 + 0.006Ta (r2= 0.226,P＜ 0.001)；Hot-F2 組5 ～ 35 ℃的RQ 與環(huán)境溫度的回歸方程為： RQ = 0.678 + 0.003Ta (r2= 0.292,P＜0.001)。

我們對哺乳期高溫經(jīng)歷的布氏田鼠F1 代和F2 代在不同溫度暴露下的代謝特征進(jìn)行匯總 (圖6)，在35 ℃高溫下，常溫組、哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代和F2 代布氏田鼠的體溫均顯著降低；F1 代成體的熱中性區(qū)下臨界溫度點(diǎn)上移，熱中性區(qū)變窄；熱傳導(dǎo)隨著環(huán)境溫度的升高而升高，哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代和F2 代起始上升溫度點(diǎn)較常溫組升高2.5 ℃；35 ℃高溫下，布氏田鼠對碳水化合物的利用率提高。

圖6 哺乳期高溫經(jīng)歷布氏田鼠F1 代和F2 代在5 ～ 35 ℃環(huán)境下的代謝特征. A：Con，哺乳期常溫 (23 ± 1) ℃經(jīng)歷；B：Hot-F1，哺乳期高溫 (30 ± 1) ℃經(jīng)歷F1 代；C：Hot-F2，哺乳期高溫經(jīng)歷F2代Fig. 6 Metabolic traits at 5 - 35 ℃ of Lasiopodomys brandtii with different temperature experiences during lactation. A: Con, the control with normal Ta (23 ± 1) ℃ experience during lactation; B: Hot-F1, the F1 generation with high Ta (30 ± 1) ℃ experience during lactation；C: Hot-F2, the F2 generation with high Ta experience during lactation

3 討論

繁殖母體自身生理狀態(tài)或所處的環(huán)境條件都會影響后代的生長發(fā)育 (Zhanget al., 2011；王同亮等，2015)。前期研究發(fā)現(xiàn)，布氏田鼠在哺乳期經(jīng)受30 ℃暴露，導(dǎo)致母體泌乳量減少，斷乳時(shí)幼仔體重降低 (Wuet al., 2009)。本研究發(fā)現(xiàn)哺乳期高溫經(jīng)歷顯著降低了布氏田鼠F1 代成體的體重，但不影響F2 代的體重，表明哺乳期高溫經(jīng)歷對后代成年期的能量平衡產(chǎn)生了長期效應(yīng)，但這種效應(yīng)并沒有在代際間連續(xù)傳遞。哺乳期高溫經(jīng)歷并沒有引起RMR 的改變，前期研究發(fā)現(xiàn)哺乳期低溫經(jīng)歷和短光周期經(jīng)歷對布氏田鼠成年期的RMR 均沒有產(chǎn)生影響 (Luet al., 2007；趙園春等，2019)。表明哺乳期母體環(huán)境溫度或光周期改變并不會影響小型哺乳動物后代的最低能量消耗。

早期通過封閉式代謝儀檢測的代謝率結(jié)果顯示，布氏田鼠成體的熱中性區(qū)為27.5 ～ 32.5 ℃(李慶芬和黃晨西，1994)，而本研究通過開放式代謝儀檢測發(fā)現(xiàn)，室溫環(huán)境飼養(yǎng)的布氏田鼠成體的熱中性區(qū)為27.5 ～ 33.5 ℃。兩種結(jié)果上臨界溫度點(diǎn)不一致的原因，可能是由于前期研究并未測量33.5 ℃這一溫度點(diǎn)，導(dǎo)致之前的研究低估了熱中性區(qū)的上臨界溫度點(diǎn)。在熱中性區(qū)Tlc以下，小型哺乳動物提高代謝和產(chǎn)熱維持恒定的體溫 (王德華和王祖望，2000; Zhaoet al., 2010；崔志強(qiáng)等，2019)。本研究發(fā)現(xiàn)哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代布氏田鼠Tlc升高，但Tuc不變。在對黑線倉鼠成體進(jìn)行長期低溫和高溫馴化的研究中也發(fā)現(xiàn)溫度馴化誘導(dǎo)熱中性區(qū)改變，低溫馴化使Tlc降低，高溫馴化使Tlc升高，但Tuc都不變 (Zhaoet al., 2014; Liaoet al.,2023)。這些研究表明無論親代經(jīng)歷高溫還是成體本身經(jīng)歷高溫都會使小型哺乳動物的Tlc升高，熱中性區(qū)變窄。但哺乳期高溫經(jīng)歷對熱中性區(qū)下臨界溫度的影響并沒有持續(xù)到F2 代，表明單個(gè)哺乳期階段經(jīng)歷高溫可能不會引起基因水平的改變。此外，前期在多種小型哺乳動物的研究中均發(fā)現(xiàn)，超過熱中性區(qū)溫度時(shí)，代謝率明顯升高以提高散熱能力 (李慶芬和黃晨西，1994；王政昆等，1999；王德華等，2000；王海等，2006)。但本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到35 ℃ (Tuc以上) 時(shí)，對照組的布氏田鼠仍然維持穩(wěn)定的代謝率，而高溫經(jīng)歷F1 代田鼠的代謝率顯著下降。長期高溫馴化的長爪沙鼠表現(xiàn)出代謝率顯著降低 (Guoet al., 2019;Khakisahnehet al., 2020)，支持本研究的結(jié)果。這一結(jié)果表明，哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代布氏田鼠的Tlc升高，提高了在高溫環(huán)境下的代謝可塑性。高溫經(jīng)歷F2 代田鼠的代謝率在35 ℃時(shí)未發(fā)生顯著變化，表明哺乳期高溫經(jīng)歷對代謝可塑性的影響并沒有持續(xù)到F2代。

小型哺乳動物從熱中性區(qū)內(nèi)的特定溫度點(diǎn)開始，體溫會隨著環(huán)境溫度的升高而升高 (?kopet al., 2020)。例如長爪沙鼠、黑線倉鼠、狹顱田鼠(Microtus gregalis)、中華姬鼠 (Apodemus draco) 和高原鼠兔 (Ochotona curzoniae) 等在超過熱中性區(qū)上限溫度時(shí)，伴隨代謝率的增加，體溫明顯升高(Song and Wang, 2003；柳勁松等，2003；李曉婷等，2009；潘茜，2014；崔志強(qiáng)等，2019；朱紅娟等，2022)。本文發(fā)現(xiàn)在熱中性區(qū)以下環(huán)境溫度和熱中性區(qū)內(nèi) (5 ～ 33.5 ℃) 時(shí)，布氏田鼠在急性溫度暴露后維持恒定的體溫；當(dāng)環(huán)境溫度超出熱中性區(qū)溫度時(shí) (35 ℃)，3 組動物的體溫均明顯降低 (下降1.1 ～ 1.3 ℃)，這與其他物種應(yīng)對高溫的反應(yīng)不同，表明布氏田鼠能夠通過增加散熱、降低體溫的方式耐受急性高溫脅迫。在35 ℃暴露時(shí)代謝率降低，有利于降低體溫；也可能是動物通過涂抹唾液增加散熱，從而導(dǎo)致體溫降低 (Guoet al., 2020)；另外，前期研究發(fā)現(xiàn)布氏田鼠和長爪沙鼠的前足和后足有汗腺分布，可能會輔助散熱(徐萌萌和王德華，2015)。結(jié)果表明，布氏田鼠在面對不同的急性環(huán)境溫度 (極端高溫除外) 暴露時(shí)能夠維持恒定的體溫，而且體溫不受哺乳期高溫經(jīng)歷的影響。極端高溫下布氏田鼠的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

在熱中性區(qū)和熱中性區(qū)以上，哺乳期常溫經(jīng)歷的布氏田鼠的熱傳導(dǎo)隨著環(huán)境溫度的升高而升高，面對逐步升高的溫度環(huán)境，小型哺乳動物的體溫調(diào)節(jié)能力顯著下降 (李慶芬和黃晨西，1994)。常溫環(huán)境出生的布氏田鼠，從熱中性區(qū)內(nèi)的30 ℃開始，熱傳導(dǎo)隨著環(huán)境溫度的升高而升高，而哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代和F2 代成體，從熱中性區(qū)內(nèi)的32.5 ℃開始，熱傳導(dǎo)逐漸升高，表明哺乳期高溫經(jīng)歷提高了子代應(yīng)對較高環(huán)境溫度的產(chǎn)熱和散熱平衡的調(diào)節(jié)能力。隨著環(huán)境溫度升高，呼吸商逐漸增加，表明布氏田鼠在高溫下更多地利用碳水化合物提供能量 (Seidellet al., 1992; Longoet al.,2010; Abuduliet al., 2016)。哺乳期高溫經(jīng)歷F1 代動物的呼吸商，在5 ℃時(shí)顯著低于哺乳期常溫經(jīng)歷組和哺乳期高溫經(jīng)歷F2代，而在35 ℃時(shí)顯著高于哺乳期常溫經(jīng)歷組和哺乳期高溫經(jīng)歷F2 代，表明哺乳期高溫經(jīng)歷提高了F1 代布氏田鼠面臨高溫時(shí)對碳水化合物的消耗；而在冷暴露環(huán)境需要動用更多的脂肪補(bǔ)充能量。

總之，這些研究結(jié)果部分驗(yàn)證了哺乳期母體的高溫經(jīng)歷跨代影響小型哺乳動物在面對不同環(huán)境溫度暴露時(shí)代謝可塑性的假說，高溫經(jīng)歷提高了小型哺乳動物未來應(yīng)對高溫的代謝可塑性，但這種效應(yīng)僅影響F1 代，并不會引起代際間的進(jìn)一步傳遞；揭示了哺乳期高溫 (熱浪) 對小型哺乳動物體型和熱中性區(qū)的長期影響，為全球氣候變暖特別是熱浪對小型哺乳動物代謝可塑性以及由此引起的對種群動態(tài)的潛在效應(yīng)提供了生理學(xué)證據(jù)。繁殖期親代的高溫應(yīng)激程序化后代的代謝可塑性的機(jī)制需要下一步的深入研究；此外，未來可從產(chǎn)熱、散熱的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控機(jī)制等方面深入研究小型哺乳動物應(yīng)對高溫的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制。