中华蟾蜍蝌蚪发育对温度的响应

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全球气候变化已经成为影响生物多样性最主要的威胁之一,因而研究气候变化对生物的影响以及生物对气候变化的适应一直是一个热点话题,而温度变化是气候变化的主要表现之一。生物通过迁移或长期适应或表型可塑性来应对温度变化。两栖类生活史复杂,迁移能力有限,对环境变化很敏感,是目前受灭绝威胁最严重的生物类群之一,因而很有必要也很适合作为研究长期适应和表型可塑性在生物响应温度变化中的作用的实验材料。中华蟾蜍分布范围广、种群数量多、繁殖能力强、且生境多变,是两栖类研究的重要物种之一。本文以河北省保定市(BD)、吉林省长春市(CC)、黑龙江省哈尔滨市(HEB)三个地理位置上纬度依次增加的种群中华蟾蜍(Bufo gargarizans)的蝌蚪作为研究对象,通过同质园实验(Common garden experiment)比较不同温度地理种群以及同一种群不同温度蝌蚪的发育差异(发育时长、体重、体长、体宽、尾长、后腿长,以及生长速率),以探究长期适应和表型可塑性模式以及两者之间的关系,并尝试了解温度响应对中华蟾蜍形态分化带来的差异。研究结果如下:(1)随着纬度增加,各种群中华蟾蜍蝌蚪存活率依次减小(P<0.001)(CC\HEB种群在21℃无显著差别);发育时长在21℃时依次减小(P<0.001),在28℃时依次增加(P<0.001);生长速率在21℃时依次增加(P<0.001)(CC\HEB体重平均生长速率无显著差异,P=0.359),在28℃时依次减小(P<0.001);体重、体长、尾长基本逐渐减小(P<0.001)(CC\HEB种群在21℃尾长变化不显著,P=0.11;BD\CC种群在28℃体长和尾长变化不显著,分别为P=0.769和P=0.396);而体宽逐渐增加(CC\HEB种群21℃和28℃变化不显著,分别为P=0.515和P=0.69)。综合来看,高纬度地区种群中华蟾蜍表现出更短的幼体发育时长,更小的体型,更快的生长速率。(2)相较于21℃,中华蟾蜍蝌蚪在28℃条件下表现出更高的存活率(P<0.001)(HEB种群无显著差异,P=0.558);更短的发育时长(P<0.001)和更快的发育速率(P<0.001);更小的体重、体长、体宽和尾长(P<0.001)(CC种群体长无显著差异,P=0.198)。表明高温下中华蟾蜍蝌蚪幼体发育时长更短,体型更小,发育速率更快。在各种群表型可塑性方面,体重可塑性在各种群间没有显著差异(P=0.552),发育时长、体长在种群间表现出极强的表型可塑性(P<0.001),且发育时长的可塑性在两两种群间均有显著性差异(P<0.001)并随纬度增加可塑性减小。表明中华蟾蜍响应温度变化会偏好选择调整发育时长周期。随着纬度增加发育时长可塑性减小可能是对高纬度地区更大的温度波动的一种适应。(3)根据上述研究结果发现,高纬度地区种群和高温下中华蟾蜍蝌蚪幼体发育特征趋势具有一致性。都表现为蝌蚪具有更短的发育时长,更小的体型,更快的生长速率。种群间的发育差异可能是种群内可塑性进一步演化的结果,表型可塑性是物种适应性进化的一个重要方面。(4)另外,体重、体长与发育时长均存在显著的正相关关系(P<0.05)。体宽、后腿长与体长均呈异速生长(P<0.05),且异速生长指数小于1。表明发育时长的变化导致变态时幼体形态变化,发育时长较长的个体具有较大的体型,但体宽和后腿长的生长速度比不上体长的生长速度,表现为个体大的体宽相对窄、后腿长相对短。
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