温度变化对动物代谢能力的影响

温度变化对动物代谢能力的影响

基代谢率作为一个测量仪器的消耗量指数，在过去几十年中引起了各国生理、生态和生物科学研究者的注意，并进行了大量的测量工作。hayssen等人（1985）分析了293种动物的代谢率（mr），mcnab（1988）总结并分析了321种动物的代谢情况。作为一个开放的能量转化系统，动物的能量消耗水平受到其自身解剖特征、生物化学特征和生态限制的限制。一些科学家认为，能量代谢水平对物种的分布、丰富、繁殖和适应性等因素是重要的因素。小型哺乳动物的代谢产热特征反映了动物和环境之间的适当关系。基础代谢是恒温动物维持正常生理机能的最小产热速度,是动物在清醒时和极端安静的状态下,不受食物、肌肉活动、环境温度及精神紧张等影响时的能量代谢(EM).恒温动物是内温动物,除极高和极低的温度之外,均具备在一定的温度范围内保持体温相对稳定的生理调节能力.影响动物能量代谢的因子有许多,如兽类中影响能量消耗的因子有体质量、食物、活动水平、外界环境等.外界环境可影响动物体内能量代谢的强度,尤其是外界环境温度的变化必然影响动物的产热和散热,动物体内的新陈代谢是产热的来源,通过测定动物的耗氧量可间接测定动物的新陈代谢能力.本试验以小鼠为研究对象来探讨温度变化对动物新陈代谢能力的影响.1材料和方法1.1u3000饲养小体小鼠昆明小鼠隶属于啮齿目(Rodentia)鼠科鼷鼠属,由宁夏医学院实验动物中心提供.本试验选出成年小鼠8只(4♂、4♀),平均体质量为(30.95±1.85)g,于2004年12月出生,室内饲养3个月,平均温度17.5℃(15～20℃),自然光照,喂以小鼠饲料,自由饮水.1.2呼吸耗氧量的测定动物的代谢率以每小时单位体质量的耗氧量表示:mL/(g·h).动物的耗氧量采用封闭式流体压力呼吸仪(KalabukhovSkovortsov)测定(图1),测定温度范围在-4～40℃以内.低温用冰箱控制呼吸室温度,高温采用恒温水浴控制呼吸室温度,温度控制在±0.5℃以内,呼吸室插入酒精温度计(-20～100℃)来读取温度.呼吸室体积为500mL,用医用氧气供氧(99.5%的纯氧),用固体钠石灰吸收呼吸室的二氧化碳和水分,静止代谢率的测定在每天6:00～16:00间进行.动物试验前禁食4h,放入呼吸室内适应1h,待小鼠呼吸的耗氧量稳定以后开始记录时间,每次推入少量氧气,始终使水银检压计的两边液面保持平衡,直到推完60mL氧气时记录小鼠每呼吸60mL氧气所需的时间,连续重复3次,每次试验前后称小鼠的体质量.1.3热中性区的代谢特征基础代谢最少时期的环境温度称为热中性区(ThermalNeutralZoneTNZ).热中性区为代谢与环境温度不相关的温度区,在此温度区内动物的代谢率最低,一般称为基础代谢率(BMR)1.4组差异性检验运用方差分析、回归分析等有关统计处理,能量代谢率EMR对t作线性回归分析,各组之间的差异用重复性测量方差分析能量RepeatedmeasureANOVA),用F检验,文内数值以平均值标准误差(mean±SE)表示,P<0.05认为差异显著,P<0.01认为差异极显著.2温度对小鼠代谢率的影响动物的代谢率以每小时单位体质量(g)的耗氧量表示,小鼠在每个温度的平均代谢率见表1.统计分析表明,每一温度组中雌性动物与雄性动物的EMR没有显著差异,故将雌雄个体的数据合并一起分析.小鼠在26～32℃范围内的代谢率无显著性差异,即代谢与环境不相关(用梯形比较法表示,见表2).因此小鼠的热中性区(TNZ)可确定为26～32℃,在此温度区内EMR处于最低水平,即BMR均值为(5.09±0.13)mL/(g·h),在环境温度低于26℃时,小鼠的RMR随环境温度的降低而升高,在-4～26℃温度范围内二者的回归关系为:RMR=8.36-0.91Ta(r=-0.974,r2=0.94,F=36.67,P<0.05).超过32℃代谢率随t的增加而显著增加,当环境温度在38℃时EMR达到(7.73±0.28)mL/(g·h),当环境温度达到40℃时小鼠呼吸困难,小鼠在(5±2.45)min后死亡.3热中性区的分布特点本试验研究表明,小鼠代谢水平较高,有较高的BMR和较宽的热中性区,有较低的热中死温度和较宽的TNZ,这些特征符合北方地区一些哺乳动物的代谢特征及他们的生活习性、环境分布及生存特点.3.1不同的适应对策对小鼠代谢率作为动物能量消耗的重要参数,BMR与动物的许多生活史特征、生态特征和行为特征密切相关.本试验中小鼠BMR为(5.09±0.13)mL/(g·h).Hayssen等(1985)曾对293种哺乳动物的代谢率与体质量的关系进行了分析,得出动物的异速增长方程,其中啮齿动物为:BMR=6.966m-0.332(m为体质量,单位为g).根据以上公式得出:小鼠的基础代谢率分别是期望值的226%.Mcnab(1988)对321种哺乳动物进行总结,得出异速增长方程,其中啮齿动物为:BMR=7.97m-0.352.根据以上公式得出:小鼠的基础代谢率分别是期望值的213%.从期望值我们可以看到,小鼠的代谢水平较高,这与小鼠对缺乏食物水分等环境敏感相符合.从我们喂养小鼠的过程看,小鼠缺乏食物和水时,个体之间互相残杀,而且耐饥饿能力差,对食物依赖性较高.本试验中环境温度高于40℃时,小鼠即死亡.因此,小鼠适应低温寒冷,对高温敏感,这可能是导致它高代谢率的主要原因之一.Koteja等(1993)将鼠科、仓鼠科的啮齿动物的代谢率与食性、气候、生存环境选择等的关系从适应对策的角度进行了分析总结,归结为3种对策:即田鼠对策、鼠对策和仓鼠对策.3种对策的特点为:田鼠对策的啮齿动物主要栖息于寒冷地区,取食低能量的不易消化的食物.仓鼠对策者主要分布在沙漠和开阔的环境中.鼠对策者喜在湿润和食物充足的地区居住.鼠对策和仓鼠对策的啮齿类更依赖于选择性食物和温暖的气候.因此,小鼠属于鼠对策者,鼠对策者对食物的依赖性较高.影响BMR的因子很多,如体质量、活动性、食性、气候和栖息环境及种系发生等.Bozinociv等人认为,个体小、内温性调节能力强、种群的高波动性和较强的适应各种环境变化的物种的BMR较高.王德华等认为,高的BMR还与生长时间短等因素有关.本试验BMR明显高于期望值,造成这种差异的原因笔者认为有以下几点:①动物物种的差异.一般规律是体质量越小的物种其基础代谢率越高,体质量越大的物种则越低.王德华采用的试验动物平均体质量在123.89g的成年大苍鼠的BMR为(1.23±0.23)mL/(g·h).本试验选用小鼠平均体质量为(30.95±1.85)g,所以BMR明显较高.②季节差异.本试验在2005年2月至3月完成,由于春季北方天气较冷,动物的代谢率也可能较高.③食性.本试验采用混合饲料块饲养,蛋白饲料较高以及配有骨粉等,所以BMR较高.此外,夜行性和喜黑暗、昼伏夜出等生活习性也是导致小鼠代谢水平较高的因素.3.2tnz对bmr的影响按照Iups(1987)的定义,TNZ是环境温度的一个范围,在这个范围内动物的温度调节仅仅通过控制热量的散失,而不需要代谢产热调节和蒸发散热调节.在TNZ内代谢率与环境温度无关,小鼠的TNZ为26～32℃,而柳劲松、王德华报道黑线仓鼠的TNZ为25～32.5℃,大仓鼠的TNZ为29～34℃.李庆芬报道,内蒙古草原上的布氏田鼠的TNZ为27.5～32.5℃.北方动物有较高的TNZ有利于节省能量,对降低能量消耗十分有益.所以环境温度的变化必然影响动物的产热和散热,如果环境温度超过最佳值范围,无论是过热还是过冷的环境压力,都会迫使动物改变其新陈代谢节律.当温度在TNZ区以下,动物必须加快体内的氧化分解过程以提高产热,从而维持哺乳动物体温的恒定,从而使能量消耗大幅度增加,这在动物养殖中对动物的育肥是不利的.在TNZ以上的温度,动物机体内产热不能正常散发,从而导致代谢率调高,此时,动物的采食量减少,这不利于动物的生长发育.当温度