（动物学专业论文）环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究.pdf

i 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 中文摘要 环渤海区域是我国北方生物多样性研究的一个重要地区， 独特的自然地理环 境和暖温带大陆性半湿润季风气候，为特有物种的产生提供场所。这里的无尾两 栖类物种繁多，分布多样，其中包括广布种中华蟾蜍（b u f o g a r g a r r i z a n s ） 、花 背蟾蜍（b u f o r a d d e i ）和黑斑侧褶蛙（p e l o p h y l a x n i g r o m a c u l a t u s ）等，也有 国内只在该地区分布的史氏蟾蜍（b u f o s t e j n e g e r i ） 、桓仁林蛙（r a n a h u a n r e n - e n s i s ） 、昆嵛林蛙（r a n a k u n y u e n s i s ）和徂徕林蛙（r a n a c u l a i e n s i s ）等。 近年来， 两栖动物种群的衰减引起了广泛的关注， 对环渤海区域无尾两栖类， 尤其是林蛙的研究取得了较大进展。但对蝌蚪的研究则较少，至今未见有对其外 部形态和口器内部结构系统深入的研究以及蝌蚪与环境关系的分析等。 针对这些问题，本文对环渤海区域 5 科 7 属 15 种蝌蚪的外部形态特征、口 器外部结构特征和口内部结构特征进行深入细致的描述和比较研究，通过 spss 13.0 for windows 统计软件进行聚类分析，探讨物种间的系统演化关系，结果如 下： 一、 探讨环渤海区域无尾两栖类蝌蚪形态多样性关系， 多数为 o r t o n 的型， 对分种鉴别较困难的蟾蜍属、林蛙属和侧褶蛙属蝌蚪做了详细比较，总结出不同 属间具有各自稳定的形态结构，同属不同种蝌蚪又各自具有细微的差别。蝌蚪形 态可以作为属级，甚至种级的鉴别特征。 二、分析了蝌蚪外部形态、口器内、外结构与所处环境的适应演化关系。一 般静水中生活的蝌蚪有体形宽肥， 尾肌弱， 尾鳍相对高而薄， 尾末端尖细等特点， 口部结构简单；而流水中生活的蝌蚪体腹面略平，尾肌发达，尾鳍较低，尾末端 钝尖，口部结构较复杂。 三、结合系统发育关系，通过对蝌蚪的形态特征聚类分析，进一步明确蝌蚪 形态对物种分类鉴定和解释系统发育关系的重要作用。 四、 编制环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的检索表， 进一步明确各物种间的区别， 对其野外和室内鉴定、种群动态变化、环境监测和保护具有参考作用。 关键词：环渤海区域，蝌蚪，形态学，生态学，进化 ii study on the morphology of anuran amphibian tadpoles in the area around bohai sea abstract the area around bohai sea is an important zone in north china where the unique geographical environment provides a specific habitat for amphibians and their evolution. teens species of toads and frogs have been reported to distribute in the area, including widespread species (e.g. bufo gargarrizans, bufo raddei and pelophylax nigromaculatus), and endemic ones (e.g. bufo stejnegeri and rana huanrenensis which are endemic to liaoning, rana kunyuensis and rana culaiensis which are endemic to china). recently, the problem of amphibian decline had been worldly concerned. although some works have been conducted in the biodiversity of amphibian at the area around bohai sea, the biology of tadpoles had rarely investigated. therefore, in this study we characterized the morphology of the tadpoles of 15 species collected from the area around bohai sea, considering external morphology, oral disc, buccopharyngeal cavity, and clustered by spss 13.0 for windows statistical software. the results are as follows： firstly, the tadpoles in the area around bohai sea showed the morphological diversity, and most of them were orton s type .the tadpoles of the genera bufo, rana and pelophylax were compared and discussed detailedly. the tadpole could be used in classification at genus and species levels. secondly, the adaptive relationship of the external and internal morphology of tadpoles and environment were analyzed. generally, the lentic tadpoles were wide- body fat with weak tail muscle, relatively high and thin fin, taper of tail end, and simple structure in the mouthpart; while the lotic tadpoles were flat in body abdomen, developed tail muscle, more lower caudal fin, blunt of tail end, and more complex in the mouthpart. thirdly, the phylogenetics of the tadpoles was analyzed by clustering on morphological characteristics. the result indicated that the morphological characteristics of tadpole could be used in the evolutionary analysis and taxonomy. finally, a checklist of the tadpoles in the area around bohai sea was summarized for further use in species identification at field and indoor works, anuran population dynamics study and environmental monitoring. key words: the area around bohai sea, tadpole, morphology, ecology, evolution 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下取得的研究成果。 据我 所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确说明并表示了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人授权沈阳师范大学研究生处， 将本人硕士学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索； 有权保留学位论文并向国家主管 部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版， 允许论文被查阅和借 阅； 有权可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名： 日期： 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 1 第一章 引言 第一节 蝌蚪的研究概况 蝌蚪是无尾两栖类动物个体发育过程中的一个重要阶段， 具有一系列适应水 环境的形态特征，与成体的生活方式截然不同，易于采集，为野外调查工作提供 便捷。蝌蚪的形态结构不仅能够确定无尾类的系统发育关系，而且反映了与生活 习性相适应的特点，对两栖类的分类学、发育生物学、保护学和生态学等研究领 域具有重要作用（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ；mcdiarmid and altig，1999；nomura, 2003）。此外，蝌蚪还可以作为环境质量监测的指示生物，为水体污染防治、环 境保护和生态平衡等方面也有广泛的意义（徐士霞等，2 0 0 3 、2 0 0 4 ） 。 一、蝌蚪的研究历史 （一）早期的研究：蝌蚪初步分类鉴定 早在 1 9世纪中后期，国外学者就对蝌蚪外部形态结构有所研究，并对口部 角质的唇齿和颚感兴趣，其中 lataste（1 8 7 9 ）在这方面的工作比较显著，他首 次将蝌蚪的唇齿及出水孔形态特征试用于无尾两栖类的分类学研究中， 并把出水 孔的位置分为腹中（midventral spiracle）和左侧（sinistral spiracle）两类。而后 又有许多学者利用这种方法鉴别蝌蚪并给于归类， 越来越多的学者对蝌蚪分类感 兴趣。1 8 9 2 年，boulenger 系统总结了蝌蚪的鉴别形状，首次提出唇齿的排列公 式和 1 9种欧洲无尾类的蝌蚪检索表。之后 boulenger 等人的研究初步归纳和探 索了蝌蚪在较低分类阶元上的应用， 但还没有认识到蝌蚪在物种系统发育研究中 的价值。nobel（1 9 2 6 ；1 9 3 1 ）探讨了蝌蚪性状的分类价值，并讨论了蝌蚪的形 态和环境的适应。 （二） 中期研究：蝌蚪的形态分类和生态意义 直到 1 9 5 3 年， orton将蝌蚪性状进一步系统分类，根据口器外部特征和出水 孔的位置，将无尾类各科归纳为 4种类群（图 1 - 1 ） ，分别是：类型，无唇齿 和角质颌，有一对出水孔，有些个体在嘴边带有简单的触须，嘴呈细长的裂口， 南美洲有分布。类型与类型相似，无唇齿和角质颌，但在腹中后部有一个出 水孔。 类型有唇齿和角质颌， 在腹中部有一个出水孔。 类型有唇齿和角质颌， 体左侧有一个出水孔。在此基础上，starrett（1 9 7 3 ）将 4 种类型分别定名为无唇 齿双孔型( xenoanura) 、无唇齿腹孔型( scoptanura) 、有唇齿腹孔型( lemnanura) 和有唇齿左孔型( acosmanura) 。随后对于 orton的分类方法产生一些争议，认为 过于简单（sokol, 1 9 7 5 ） ，没有考虑到个体发育的变化，有可能发育初期为、 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 2 型， 而后变成、 型等等 （wassersug and duellman,1984） 。 尽管 starrett （1 9 7 3 ） 图 1 - 1 蝌蚪的类型( 引自 o r t o n , 1 9 5 3 ) 与 sokol 和 orton（1 9 7 5 ，1 9 7 7 ）在解释蝌蚪的一些形态特征所包含的系统关系 上存在一些争议，但是 wassersug（1 9 7 6 ，1 9 8 0 ）和 inger（1 9 8 3 ，1 9 8 5 ）关于蝌 蚪口腔内部形态特征的论著，揭示了无尾类蝌蚪口咽腔形态结构在不同类群、属 和种间存在差异，具有显著的分类学和生态学意义，为澄清无尾类的一些分类学 问题开辟新的途径。由于蝌蚪在不同发育时期形态变化差异较大，对分类等研究 带来不便，为了对蝌蚪的发育时期进行比较分析，gosner（1 9 6 0 ）将胚胎发育及 幼体发育过程从受精卵到蝌蚪再到变态登陆的幼体共划分为 4 6个期，该方法简 便明确，适用于大多数物种，并逐渐成为无尾两栖类胚胎发育和幼体发育研究的 分期标准。1 9 9 9 年，在 mcdiarmid and altig 的tadpoles:the biology of anuran larvae的专著中，将 gosner （1960）的 46 个期分为胚胎期（embryos，1- 19 期）、 孵化期 （hatchlings， 20- 25 期） 、 蝌蚪期 （tadpoles， 26- 41 期） 、 变态期 （metamorphs， 42- 46 期），这为发育学和生态学研究提供方便。 国内学者对蝌蚪的分类学研究也有一定基础， 国际著名的两栖动物学家刘承 钊先生在二十世纪上半叶就开展了对蝌蚪的外部形态特征研究（liu，1 9 4 0 ） ，并 揭示了蝌蚪外部形态与环境之间的密切关系（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。随着新 观察设备的引入，一些学者展开了对蝌蚪的口部形态特征的探究，其中成绩显著 的有我国动物学创始人之一李汝祺教授指导学生江先群（1 9 5 8 ）对我国 7科 3 5 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 3 种蝌蚪的“味觉器”进行深入系统的比较研究， 明确了蝌蚪口内部形态的发生及 相关的生态学意义。在他的研究中，将蝌蚪的口内部结构根据味觉器的复杂程度 分为三种类型，为简单、中间和复杂。而且发现，同属但生活在不同环境中的蝌 蚪味觉器是属于不同类型的，而不同属甚至于不同科生活在同一环境的蝌蚪，它 们往往具有相同类型的味觉器，这一点是比较有意义的，它的多样性与环境有密 切关系，同时让我们再次感受到有机体与环境统一的理论。1 9 9 1年，黄永昭等 人对我国锄足蟾科7 属1 7 种蝌蚪的口内部显微结构和亚显微结构进行观察研究， 提出这些结构可作为科、属级鉴别的有利依据，并探讨了其与环境、食性和摄食 行为之间的关系。 台湾学者周文豪等对台湾地区无尾两栖类蝌蚪口内部结构进行 观察和详细的描述， 结合外部形态特征和生境关系等， 出版了专著 （chou and lin， 1 9 9 7 ） ，这对国内外学者的相关研究具有很重要的意义。 （三）当前的研究：蝌蚪的生物多样性与保护 随着对蝌蚪研究的不断深入， 已将其作为无尾两栖动物分类和环境监测等方 面的一个重要的研究内容。mcdiarmid and altig（1999）从蝌蚪形态、解剖、生 理、行为、生态、进化、多样性等方面全面系统的综合研究出版了专著，为无尾 两栖类的分类学，解剖学，生态学等研究提供了广泛的依据。全球气候变化、栖 息地的减少、真菌疾病、以及农用化学品的污染等造成了全球性的两栖动物种群 和物种的迅速衰减或消失（alford et al, 2 0 0 7 ；becker et al, 2 0 0 7 ；pounds et al, 2 0 0 6 ） 。两栖动物的衰减，也严重影响着生态系统的结构与功能（whiles et al, 2 0 0 6 ） 。对两栖动物种群动态的监测已经成为保护生物学领域一个重要内容 （nelson and graves, 2 0 0 4 ；buckley and beebee, 2 0 0 4 ） 。目前，两栖动物的发 育可以作为环境监测的生物指标，尤其是蝌蚪，是无尾两栖动物生命史中的一个 重要时期, 大约有四分之三的两栖动物在其发育的一定时期都有蝌蚪这一特殊 发育时期（mcdiarmid and altig，1999） 。它们常常集群活动，便于观察，对环 境因子的变化极为敏感，对微小的环境因子变化都有可能通过形态、行为以及某 些生理指标等方面的变化在短期内反映出来，国内外对此的研究越来越多，并取 得很好的效果（徐士霞等，2 0 0 4 ） 。近年来，对蝌蚪的形态特征的研究逐渐成为 了两栖动物分类学、系统学和保护的一种重要内容（chou and lin，1 9 9 7 ；haas, 2 0 0 3 ；pgener et al, 2 0 0 3 ；vejarano et al, 2 0 0 6 ；kolenci et al, 2 0 0 8 ；李丕鹏等， 2 0 0 7 ） 。随着支序分析方法和分子生物学技术在蝌蚪发育系统上的应用，使得对 蝌蚪的研究进入了一个全新的现代领域。 二、蝌蚪的个体发育和形态结构 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 4 （一） 蝌蚪的个体发育过程 蝌蚪是无尾两栖类个体发育的一个发育阶段，具有一系列的幼体器官，能在 水中独立生活（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。从受精卵发育到胚胎，胚胎穿破卵膜 孵出以后，这时可称为早期的小蝌蚪。最初孵出的小蝌蚪，口部尚未出现孔道， 不摄取食物，眼与鼻孔次第出现，头的下面有一对吸盘，借此可固着在水草上； 头侧有外鳃起到呼吸作用；一般尾部细长能在水中游泳；尾部有分节的尾肌，肌 节的上下方有薄膜状的上下尾鳍。 不久口部出现， 小蝌蚪时期所特有的吸盘消失， 外鳃萎缩；随着咽部皮肤褶与体壁的愈合而成为鳃盖，体表保留一个出水孔，或 位于体左侧或位于腹面中部或腹面后方。呼吸作用由鳃腔内的鳃进行，也可能随 着肺的发生，游到水面上呼吸游离的空气。蝌蚪生长到一定的时期，在尾基部的 两侧，出现后肢芽，随着蝌蚪的逐渐增长，后肢增大，关节的部分弯曲，末端分 出五趾。当后肢发育完备以后，发育完备的前肢由鳃盖部位突出体外；尾部随之 逐渐萎缩，同时，蝌蚪的口部也有显著的改变，逐渐形成了能在陆地生活的幼成 体。蝌蚪的皮肤上有感觉器，小孔作现状排列，一般称为侧线，与在水中生活的 鱼类的侧线是同类器官，当形成幼体时即消失。 早期有很多学者关注蝌蚪个体发育过程中的特征变化 （nichols， 1937； bresler and bragg， 1954； gosner and black， 1954；limbaugh and volpe， 1957； gosner and rossman，1960；zweifel，1961、1970；gaudin，1965；agarwal and niazi，1980； dutta and mohanty- hej- madi，1984；tubbs et al，1993；hall et al，1997） 。在研 图 1 - 2 胚胎发育全过程（引自 g o s n e r ，1 9 6 0 ） 究蝌蚪个体的发育过程中， gosner （1 9 6 0 ） 作出了杰出贡献， 他针对一种蟾蜍 （bufo 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 5 valliceps）的早期发育做了详细的分期研究，观察各时期胚胎及蝌蚪的形态及生 理等方面的变化过程（图 1 - 2 ） ，对发育时间进行记录，反映出无尾两栖类发育 的连续性和阶段性，这一显著性工作为今后的无尾两栖类在胚胎学、发育生物学 和细胞生物学等方面的研究提供方便。s. grosjean（2005）对 rana nigrovittata 的蝌蚪个体发育过程中外部形态变化和口咽腔结构变化进行详细比较研究， 探讨 了蝌蚪形态特征在分类学和系统发育方面的价值，在蝌蚪的个体发育过程中，不 同物种间进行比较以前，哪种特征可以确定其大小、外形和颜色等特征，这方面 的研究对蝌蚪个体发育很有意义。 （二） 蝌蚪的发育方式 altig and johnston （1 9 8 9 ）依据无尾目的繁殖和发育的能量利用方式的区别， 将无尾目分为两种营养类型：内部营养型和外部营养型。内部营养型的幼体或者 具有一个母体内孵化的胚胎，或者具有一个自由游泳的不觅食的蝌蚪，获得直接 发育的营养只来自双亲的资源，绝大多数来自卵黄生成作用期间，母体分配给每 个卵的卵黄。外部营养型的幼体通常具有自由游泳、觅食的蝌蚪，以口消化各种 来源的能量，而不是从双亲那里获得的。成体的繁殖能量分配方式对于蝌蚪的发 育、形态和行为均有重要影响。altig and johnston探讨了幼体的发育能量和发育 方式的相互作用；口部和身体结构的形态多样性；讨论了蝌蚪的口部结构和生态 环境的相互作用；并且描述了 6 种内部营养型幼体蝌蚪的发育序列，1 8 种外部 营养型幼体的生态表型。 （三）蝌蚪的形态结构 成体和幼体的显著特征是解决或调查两栖类物种间分类关系的重要工具， （eterovick and sazima，2 0 0 0 ） 。蝌蚪身体各部的综合特征，如体尾之形态及大 小、眼及出水孔之位置、色彩斑纹、腺体及口部之构造等是分类的依据。其中口 部的结构可作为主要标志之一，它在很大的程度上反映了科属的特征（刘承钊和 胡淑琴，1 9 6 1 ；wassersug，1 9 7 6 ） 。haas（2003）根据幼体形态和口部结构以及 繁殖方式等特征对无尾目类群的系统发育和进化关系上做了支序分析， 进一步明 确了各物种间的分类地位和形态分类的基础性。 1 、口外部结构 蝌蚪一般的口部结构由下面的几个基本部分构成： 口部中央有上下两片角质 颌，颌片的中央就是口；颌游离缘有锯状突起。口部周围有宽的薄唇，唇的游离 缘有唇乳突，两侧口角处常有副突，唇上有细小而密集排列成行的角质唇齿，不 同种类间唇齿有差异，一般幼小的蝌蚪的唇齿尚未发育完全，因此应多检查具有 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 6 后肢的蝌蚪（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。蝌蚪口器结构对无尾两栖类的分类和系 统发育有重要作用，关于蝌蚪口器结构的起源和进化问题，altig（2006）做了探 讨，主要专注于角质颌结构与摄食性质的关系。antonella bonacci等学者（2 0 0 7 ） 对四种蝌蚪口器形态和发育过程的扫描结果进行描述和比较， 发现它们在唇齿长 度、形态和唇缘乳突缺刻方面有很大差异，说明了个体系统发育的不同，也表现 出其摄食方式和与食物的特殊性关系。 （1 ）口的方位 altig and johnston（1 9 8 9 ）将口的方位分为：腹部、前腹、前端、近前端。 图 1 - 3 蝌蚪口的方位量度方法（引自 a l t i g a n d j o h n s t o n ，1 9 8 9 ） 量度口盘方位的方法为（图 1 - 3 ） ：以尾尖和尾肌节与身体连接的中轴的延伸作 为蝌蚪的纵轴，连接唇基部与身体交汇点的线表示口盘的平面，两线延伸交汇所 形成的夹角表示的位置（即 o d a ， angular orientation of the oral disc） ， 腹部为 0 ， 前腹小于 9 0 ，前端为 9 0 ，近前端大于 9 0 。例如；角蟾属（m e g o p h r y s ） 的大多数蝌蚪口呈大漏斗状， 位于前方顶端， 即近前端 （刘承钊和胡淑琴， 1 9 6 1 ） ， 多吸食水面的食物。该判断方法比传统的口部描述方法更明确，这些方位反映了 它们的生态差别。 （2 ）唇乳突 蝌蚪口部周围有宽的薄唇，上方的称为上唇，下方的称为下唇，上、下唇在 口角两侧相连； 上、 下唇可以开合； 唇的游离缘上的乳头状小乳突即为唇缘乳突， 位于上唇缘者称为上唇乳突，下唇缘者称下唇乳突（刘承钊胡胡淑琴，1 9 6 1 ；费 梁等， 2 0 0 5 ） 。 蝌蚪口部唇缘乳突的分布位置可以简单决定蝌蚪的分类关系 （altig， 2006） 。根据唇缘乳突的分布情况，可将其分为 5类：唇缘乳突缺失，如狭口 蛙属等；上唇有缺刻，下唇及口角处有之，如雨蛙科、蛙科、树蛙科等；上 唇和下唇均缺刻，仅口角处有之，如：蟾蜍科等；下唇具缺刻，上唇及口角处 有之，不常见；没有缺刻，如铃蟾科，或上唇中部稍有缺刻，如拟髭蟾亚科等 （刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ；altig and johnston，1 9 8 9 ） 。对于上唇的缺刻宽度还可 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 7 以细分两类：小于口唇宽的 1 / 4 ；大于口唇宽的 1 / 4 （alexander haas，2003） 。 同种类型的唇缘乳突在形状、大小、多少及功能方面因种类和环境而异，生 活在临时水坑中的狭口蛙蝌蚪没有唇缘乳突和角质颌，依靠膜状唇吞吸浮游生 物；在水流湍急的水域中，适合口大且带有腹吸盘的湍蛙生活，这些蝌蚪唇缘乳 突较小（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ；altig and johnston，1 9 8 9 ） 。生活在静水池塘或 水坑中的雨蛙、树蛙蝌蚪，唇乳突小而密集，而同样生境的中华蟾蜍蝌蚪则只在 两侧口角有乳突，这些可能与在水中的攀吸力及食性有关。 除了唇缘乳突外，在蝌蚪口角内侧还有若干小突起，称为为副突，其数量的 多少因种类和环境而异。生活在高海拔地区、坡度较大山溪内的秉志齿蟾蝌蚪， 其每侧唇上副突数是 1 8 - 1 9 枚；而生活在高海拔地区、水流较缓的宽阔河流上源 的胸腺齿突蟾，其每侧唇上副突数是 3 - 4 枚（朱承琯，1 9 5 9 ） 。显然副突的多少 可能与生活的水域中水流的速度和对食物的攀附力有关。 （3 ）唇齿棱及唇齿 在蝌蚪的上、下唇内侧一般具有横行的棱状突起即为唇齿棱，只有少数种类 的唇齿棱不显著， 其上生长着密集的角质齿称为唇齿， 每行唇齿有一排细齿组成， 但也有由两三排密集的细齿组成的， 如东方铃蟾和虎纹蛙。 唇外侧的第一排细齿， 往往生长在唇的边缘上（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） ；唇齿的行数及其排列方式随 种类的不同而有差异，可用唇齿式表示（见第二章图 2 - 2 ） ，如：1 + 1 / 1 + 1 ： （费梁等，2 0 0 5 ） 。斜线之上为上唇齿，第一排（外排）是完整的，用“”表 示，第二排左右对称排列，各为 1 短行，即用“1 + 1 ”表示。斜线之下为下唇齿， 内排是中央间断成左右两短行，用“1 + 1 ”表示，其余两排由内向外是完整的， 用“”表示。关于对蝌蚪唇齿式的表达方式，国内外有不同的写法，如： 1 - 1 / ：1 - 1 （刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ）或 2 （2 ）/ 3 （1 ） ，通常将上唇齿由外向内依 次用 a - 1 、a - 2 、表示，下唇齿由内向外依次用 p - 1 、p - 2 、表示（altig，1 9 7 0 ； mcdiarmid 和 altig，1 9 9 9 ）等，这些表述各有优缺（李丕鹏，2 0 0 6 ） 。 经常有不同的种类具有相同的唇齿式， 这时应该特别注意各排唇齿的长短比 例，以及唇乳突的排列方式。唇齿的细微结构可以在低倍显微镜下观察，每一排 唇齿都是由及多的细小唇齿相毗邻排列而成的， 每一个细小唇齿又是由若干层重 叠相套的微齿组成； 最外层可以脱落， 再由基部的组织生长补充新的角质微齿 （刘 承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。 蝌蚪的唇齿多少与所处的环境和食性有很密切的关系。生活在静水池塘、水 沟等环境中的蝌蚪，如蛙科中的泽蛙、黑斑蛙、林蛙等，口部的下唇齿不多于三 行，上唇齿行亦较少，一般为植食性；生活在流溪中的隆肛蛙蝌蚪和锄足蟾科蝌 蚪， 上唇齿达八行之多， 是我国蛙科中上唇齿最多的一种蝌蚪 （刘承钊和胡淑琴， 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 8 1 9 6 1 ） 。 （4 ）角质颌鞘 角质颌是口部中央的上、下两片黑褐色角质结构，其上面的锯齿状突起即为 颌鞘，角质颌鞘的形成类似于唇齿，大部分的角质颌鞘类似于单个唇齿。蝌蚪变 态时，角质颌鞘作为一个整体从颌的软骨上脱离。颌鞘上没有尖头。大多数情况 下，下颌进入上颌的内侧，鞘闭合会产生像凿子一样的运动。扩大的颌鞘可能类 似于哺乳动物的犬齿。如虎纹蛙的角质颌极发达，上颌中央有一尖突，恰与下颌 左右两尖突的凹入部分吻合（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。 角质颌鞘的形状因复杂的弯曲程度和锯齿边缘的多种变化而不同（mc - diarmid 和 altig，1 9 9 9 ） ，角质颌的密度、宽度、长度和曲度也反映了它的食性 关系。食肉形的蝌蚪往往具有尖的角质颌，这种角质颌可以更有效的切断动物的 组织。i n g e r ( 1 9 9 6 ) 将缅甸的 1 6 种蝌蚪分为 5 种觅食模式，多数模式和形态 的特化作用相关联，其功能与摄食的微粒有关。 2 、口腔内部结构 早在上个世纪五六十年代， 江先群和李汝祺等人就发现蝌蚪口腔内部表皮上 面有相当数目排列在一定位置的犬齿状乳突，它可能是蝌蚪的感觉器官之一，对 化学物质起到受纳器的作用，并定义这些器官为味觉器，同时讨论这些结构起到 筛的作用，机械地把水和其含物分开。蝌蚪的口腔内部乳突的复杂程度与环境有 着很密切的关系，从蝌蚪口腔乳突的多少和水流的关系来看，一般在静水中，沙 粒多半沉淀，化学物质密度较大，分布均匀，生活在其中的蝌蚪不需要比较复杂 的结构，其口内部结构比较简单；而生活在流水里面的蝌蚪部分种、属、科一般 具有复杂的味觉器，因为流水中泥土和沙粒常被水流带起，水中的物质分布不均 匀，生活在这里的蝌蚪具有选择所需要食物的必要（江先群和李汝祺，1 9 5 8 ） 。 无尾类蝌蚪口内部形态结构在同类群、属和种间存在着差异，具有显著的分 类学和生态学意义，对理解物种间关系具有很重要的帮助（ viertel， 1982； kaplan and ram rez- bautis- ta，1996；d heursel and de s ，1999） 。蝌蚪的口腔内部分为 上、下两个面，分别为顶面和底面。顶面具有内鼻孔等明显特征，而底面则有鳃 篮等结构，为了明确口腔内部结构特征，w a s s e r s u g ( 1 9 7 6 ) 将各位置的结构进行 详细描述和定义（见第二章图 2 - 3 、2 - 4 ） ，并为口腔内部的描述方法提供参考依 据。此后，w a s s e r s u g （1 9 8 0 ）对美国堪萨斯州 8 科 3 1 种蝌蚪的口内部结构进行 描述，并结合功能、系统发育、进化和生态学等方面进行研究，探讨了蝌蚪口内 部结构与水体和食性的密切关系。周文豪等（1 9 9 7 ）对台湾地区 2 9种无尾两栖 类蝌蚪形态特征和口腔结构进行了观察描述和分析， 这为无尾类的一些分类问题 开辟新的途径。此外黄永昭（1 9 9 1 ）等学者对中国锄足蟾科 7个属 1 7种蝌蚪口 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 9 内部结构进行研究，探讨了分类学问题和与环境、食性的关系；在此基础上，李 成（2 0 0 8 ）做了补充，对角蟾科 9属 3 0种蝌蚪口内部结构进行描述，并利用分 子系统发育分析方法，对角蟾科的系统发育关系作出进一步讨论。 3 、身体外部形态 蝌蚪的体形大致由头体和尾部组成。在研究蝌蚪的外形时，一般都离不开栖 息环境。 静水中生活的蝌蚪在体形上有较一致的共同特点， 即体比较宽肥而厚实， 体与尾的界限较明显，颇似逗点状；尾肌弱，上尾鳍在尾前端一开始就高而薄， 尾末端一般尖细甚至呈鞭状；由于静水中的食物丰富，含氧量少，水对蝌蚪的阻 力较小，所以游动比较迟钝，易于捕获。生活在流溪内的蝌蚪，由于水流阻力大， 所以体形一般较扁平或较粗壮，头短宽圆而扁；体尾交界处不显著；尾长，一般 为体长的两倍或两倍以上； 尾肌强而有力， 尾鳍低而较厚， 尾末端不为尖细状 （刘 承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。 （1 ）眼的位置 蝌蚪眼的位置分为侧位（位于背部侧面轮廓上）和背位（位于背部轮廓以 内）两种（图 1 - 4 ） 。眼睛在头部的大小、位置、凸出部分的变化与生境有关。 一般生活在临时水坑中的狭口蛙蝌蚪，它的眼即在头前部两侧面，几乎与体宽相 等，适应浅水生活。静水自游型蝌蚪眼大，凸出，侧位，垂直于体表着生；静水 底栖型蝌蚪眼小，微凸出，背位或背侧位，几乎平行于体表着生；而流溪型蝌蚪 眼小，背位，不凸出；激流穴居型蝌蚪眼非常小，完全不凸出，眼睛几乎平行于 体表，与体表在一个平面上（altig and johnston，1 9 8 9 ） 。 （2 ） 出水孔、肛管位置 图 1 - 4 蝌蚪眼的位置（引自 n o r t h a m e r i c a n t a d p o l e , 2 0 0 5 ） 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 10 小蝌蚪的外鳃被鳃盖褶包盖后，在体表保留的出水小孔，根据出水孔在体 表的分布位置可以分为四种类型, 如图 1 - 1所示，型 2个位于腹两侧；型 1 个位于腹中后部；型 1 个位于腹中部；型蝌蚪 1 个位于体左侧。我国无尾类 群中未见型蝌蚪的报道（表 1 - 1 ） 。对于出水管与体壁的关系，mcdiarmid 和 altig（1 9 9 9 ）又细化为四种类型：出水管内壁缺失，即与体壁融合；出水管内壁 略微隆起出现；出水管内壁与体壁游离；出水管内壁与体壁游离，并与外壁围成 小孔。肛口位于腹面体尾交界处，一般都开口在下尾鳍基部的右侧，如蛙科、雨 蛙科蝌蚪等；也有开口在下尾鳍基部的中央，如铃蟾科蝌蚪。这些结构可以帮助 分类鉴别，但与生态联系较少。 表1 - 1 我国无尾类蝌蚪按o r t o n 四种出水孔类型分类 型 型 型 型 无 姬蛙科 （m i c r o h y l i d a e ） 铃蟾科 ( b o m b i n a t o r i d a e ) 角蟾科 ( m e g o p h r y i d a e ) * 蟾蜍科( b u f o n i d a e ) 雨蛙科( h y l i d a e ) 蛙科( r a n i d a e ) * * 树蛙科 ( r h a c o p h o r i d a e ) * 角蟾亚科的蝌蚪口部有一个呈漏斗状的唇，用于收集水表面的颗粒物质，无典型的唇齿和 角质颌，但出水孔在体左侧。 * * 蛙科中浮蛙亚科的蝌蚪口为吻端部，圆形，无唇齿、无唇乳突，背尾鳍隆起，中国现有3 种：尖舌浮蛙、北蟾舌蛙、圆蟾舌科。 三、蝌蚪研究方向展望 （一）蝌蚪与栖息地的关系 随着全球污染的日趋恶化，生态环境越渐不平衡，生物多样性正在显著的衰 减，尤其是两栖类物种，它们生存环境的特殊性，造成物种数量大量减少。目前， 对开展生物多形性保护成为现阶段迫不及待的工作。要保护好生物多样性，首先 要了解生物的生活习性，也就是生物与栖息地的关系。 蝌蚪生活在水中，为种的一个发育阶段，受种的遗传性所制约；蝌蚪阶段的 适应范围与能在陆地上生活的成体比较，无疑的是更为狭窄。研究蝌蚪的形态生 理及居住环境的具体条件、彼此间的相互关系，将有助于阐明种的形成与种的延 续保存（刘承钊和胡淑琴，1 9 6 1 ） 。蝌蚪正常发育最主要的外界条件是依靠水域 内的含氧量、丰富的食物和一定的适应温度。复杂的生活环境决定了蝌蚪的生物 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 11 多样性特征。同样，蝌蚪的对食性，温度等其它条件的选择，也决定了其分布地 的多样化。刘承钊和胡淑琴（1 9 6 1 ）根据静水和流水的生境，对蝌蚪的形态、生 态、食性等特征进行对比，总结了四种生态表型蝌蚪外部形态的特点。周文豪和 林俊义 （1 9 9 7 ） 对台湾无尾类的蝌蚪生态表型和微环境进行研究， 根据外部形态、 口内部特征和生活习性划分了十种生态表型，如静水底栖型、静水悬泳型、食悬 浮粒子型、静水浮泳型、肉食型、树栖型、流水底栖型、流水攀附型、流水攀吸 型和腹吸型。 研究蝌蚪的体形及摄食器官与所栖息的水域之间的关系， 包括集群、 分散、季节、昼夜活动规律、食物的分析、代谢的强度、生长率以及水温、水的 化学性质和水的含氧量等方面对蝌蚪的影响， 这些方面现在仅限于表面观察现象 的分析，还要结合生态学、解剖学、生理学等方面有选择性的、系统性的群系研 究。 此外，蝌蚪样本已成为一种无尾两栖动物物种识别、生物多样性评估和监测 的简洁有效的方法, 但同时也需要对蝌蚪有合适的鉴定方法( pfennig, 1 9 9 2 ； mcdiarmid and altig , 1 9 9 9 ；jung et al， 2 0 0 2 ；nomura , 2 0 0 3 ；li et al, 2 0 0 8 ) 。 相对于无尾两栖动物分类中成体的描述和研究而言， 许多物种的蝌蚪尚缺乏分类 学上的研究。近年来，对蝌蚪的形态特征的研究逐渐成为了两栖动物分类学、系 统学和保护的一种重要内容（chou and lin，1 9 9 7 ；haas, 2 0 0 3 ；p gener et al, 2 0 0 3 ；vejarano et al, 2 0 0 6 ；kolenci et al, 2 0 0 8 ；李丕鹏等，2 0 0 7 ） 。 （二）蝌蚪的其他研究领域 对于蝌蚪的个体发育变化，也是近年来的一个研究热点。蝌蚪阶段的变化过 程，如鳃的变化，后肢、前肢五指的分化，以及尾巴的退化等机制，受何种因素 调节，是否与细胞的衰老和凋亡有关，都是我们今后值得关注的问题。此外，不 同蝌蚪的生物学特性差异，也是我们比较感兴趣的话题。如北方的冬天气候干燥 寒冷，大部分无尾两栖类蝌蚪在入冬前都要经过变态的过程越冬，但东北粗皮蛙 大部分蝌蚪却要度过一个寒冷的冬天才能变态（季达明，1 9 8 7 ） ；在南方这种越 冬蝌蚪很常见，髭蟾的蝌蚪要经过 2 - 3 年才能变态，它们的越冬机制又是什么， 是否与基因调控有本质联系，这些都是值得我们探讨的问题。 （三）未来的研究技术 altig and johnston（1 9 8 9 ）认为在研究蝌蚪时，必须创造性地运用肌动描述 器、高速电影术、高速 x 光摄像术、电生理学和生理学装备。如选择性地移动 口部乳突和唇齿的研究将可以阐述多种口器结构的功能利用发育生物学、 比较解 剖学等研究技术，则可分析口部器官在种间和种内的变异。同时，还可以结合组 织切片、电镜扫描、分子测序等技术手段对蝌蚪的系统发育关系进行探讨。 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 12 第二节 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的研究现状 及待解决的问题 一、环渤海区域无尾两栖类的多样性分布 渤海是我国东部的一个半封闭陆表海，三面环陆，在辽宁、河北、山东、 北京、天津三省两市之间，形成于第三纪末期至第四纪的全新世。环渤海区域是 指环绕渤海的陆地地区， 包括冀鲁平原、 下辽河平原及其周边山区。 冀鲁平原 （北 京、天津、河北平原及鲁西北平原）北依燕山，西临太行山，南为泰山、沂蒙山 地及胶东丘陵。下辽河平原东西侧为辽东山地丘陵和辽西山地，北为低山丘陵。 环渤海区域属于暖温带大陆性半湿润季风气候， 在动物地理区划上处于古北界东 北区的松辽平原亚区和长白山亚区以及华北区的黄淮平原亚区（于凤兰，2 0 0 8 ） 。 环渤海区域是我国北方生物多样性研究的一个重要区域， 这里独特的自然地 理环境，使其成为一些生物特有的分化地位，其中在辽宁地区分布有我国少见的 表 1 - 2 环渤海区域无尾两栖类的分布 物种名称 分布地区 东方铃蟾 b o m b i n a o r i e n t a l i s 辽宁、山东、北京 史氏蟾蜍 b u f o s t e j n e g e r i 辽宁 花背蟾蜍 b u f o r a d d e i 辽宁、河北、山东、北京、天津 中华蟾蜍 b u f o g a r g a r r i z a n s 辽宁、河北、山东、北京、天津 东北雨蛙 h y l a u s s u r i e n s i s 辽宁 中国林蛙 r a n a c h e n s i n e n s i s 河北、山东、北京、天津 东北林蛙 r a n a d y b o w s k i i 辽宁 黑龙江林蛙 r a n a a m u r e n s i s 辽宁 桓仁林蛙 r a n a h u a n r e n e n s i s 辽宁 昆嵛林蛙 r a n a k u n y u e n s i s 山东 徂徕林蛙 r a n a c u l a i e n s i s 山东 金线侧褶蛙 p e l o p h y l a x p l a n c y i 辽宁、河北、山东、北京、天津 黑斑侧褶蛙 p e l o p h y l a x n i g r o m a c u l a t u s 辽宁、河北、山东、北京、天津 东北粗皮蛙 r u g o s a e m e l j a n o v i 辽宁 北方狭口蛙 k a l o u l a b o r e a l i s 辽宁、河北、山东、北京、天津 两栖类物种史氏蟾蜍（bufo stejnegeri） （季达明，1 9 8 7 ）和桓仁林蛙（rana hanrenensis） （刘明玉等，1 9 9 3 ） ，山东昆嵛山分布有林蛙类群中特有新种昆嵛林 蛙（rana kunyuensis） （陆宇燕和李丕鹏，2 0 0 2 ）和徂徕山的徂徕林蛙（rana culaiensis） （李丕鹏等，2 0 0 8 ） 。渤海的形成使得环渤海区域虽然地处我国古北界 环渤海区域无尾两栖类蝌蚪的形态学研究 13 华北区和东北区南端，但海洋性季风气候带来的温暖潮湿环境，为特有物种的产 生提供了独特的场所，这一环境有别于长江以南我国东部的亚热带气候，也不同 于内陆西南和西北地区。此外一些常见两栖类物种在环渤海区域也有广泛分布， 如东方铃蟾 bombina orientalis、中华蟾蜍 bufo gargarrizans、花背蟾蜍 bufo raddei、黑斑侧褶蛙 pelophylax nigromaculatus 等（费梁等，2 0 0 5 ），如表 1 - 2 。 二、环渤海区域蝌蚪的研究进展 （一）早期对环渤海区域无尾两栖类的生物学研究 我国地大物博，自然环境优越，生物物种繁多。早在 1 9 6 1年，刘承钊先生 和胡淑琴先生编写的中国无尾两栖类中，记载了我国无尾两栖类 1 2 0 个种及 亚种，分隶