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联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2015年的评估报告明确指出,近百年来(1905-2005年)全球增温平均0.74℃,预计到2100年将比现有水平高1.8-4.0℃。鸟类是陆地生态系统的重要生物类群,气候变暖对鸟类的影响应受到关注。生活在高纬度寒冷地区的鸟类在进化中产生了对冷环境的适应,缓慢地春季升温可否作为一种慢性应激对它们的生理过程产生影响并最终影响其生存,目前尚无充分地研究证据回答该问题。因此,本课题以我国东北部草原短趾百灵为实验材料,通过一系列野外及实验室的温度胁迫实验,初步研究了短趾百灵应对气候变暖产生的生理适应性及适应性机制。热休克蛋白(HSP)是细胞在生理状态下必需且在应激状态(特别是热应激)时表达增多的一类细胞内源性保护蛋白。以往研究证实HSP蛋白能通过减少促凋亡蛋白Smac的释放而显著抑制细胞应激,而Bcl-2是最早发现的抗凋亡蛋白,能抑制应激刺激所致Smac从线粒体的释放,具有稳定线粒体膜的功能。Caspase3是细胞凋亡过程中的关键酶,起到执行细胞凋亡的功能。此外,温度升高也可作为一种环境刺激影响动物细胞水平的氧化应激水平以及免疫功能。本文通过比较不同年份春季野外短趾百灵以及高、低温控条件下笼养短趾百灵的HSP60和HSP90；细胞应激蛋白Bcl-2、Caspase3;抗氧化酶(SOD. CAT、GSH-px)；免疫球蛋白(IgA、IgG、IgM)的表达水平变化。得出以下结论：1.气候变暖对细胞相关应激蛋白的影响为探讨气候变暖导致的慢性热应激对短趾百灵细胞耐受性的影响,本研究首先比较2014年(高温年)与2015年(低温年)野外短趾百灵血细胞中细胞应激相关蛋白的变化,通过western blot检测发现：受日平均温度变化影响的细胞应激相关蛋白Bcl-2、caspase 3变化波动较大,但在2014年4月13日温度显著升高时,Bcl-2表达量显著降低(p<0.01),caspase 3表达量升高(p<0.01)；且2014年热休克蛋白HSP60、HSP90表达量均比2015年显著升高(p<0.01)。为进一步探讨温度升高对细胞应激的影响,本研究在温控实验室设置了高温组(21。C)和低温组(16。C,模拟野外温度)两组慢性温度胁迫实验,结果如下：(7)高温组的HSP60、HSP90蛋白表达量显著升高(p<0.01)；(2)温度升高初期,高温组caspase 3显著升高(p<0.05),而Bcl-2的表达量则显著降低(p<0.01),表明突发高温能够显著诱导caspase3表达上调,使得鸟类发生细胞凋亡。 (3)随着高温组的HSPs表达持续升高,一段时间后高温组caspase3表达下降、Bcl-2表达上调,表明这种热胁迫诱导的初期细胞凋亡通过Bcl-2表达上调和HSP60、HSP90的升高,使caspase3表达下降,对细胞热应激起到显著的保护作用,且这种保护作用与细胞内的抗凋亡信号通路的激活有关。因此HSPs可以使短趾百灵机体内产生细胞适应性和耐热性。2.气候变暖对抗氧化酶活性的影响本研究对比了温控室模拟温度升高实验中,高温组与低温组超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)活性的变化。通过试剂盒检测发现高温组血清中三种酶的活性均显著降低(p<0.05)。理论上当动物机体受到急性高温应激时,血浆内会产生ROS从而诱导血浆内SOD等抗氧化酶活性的升高。然而在本研究中随着高温胁迫时间的延长,三种抗氧化酶活性也会趋于降低,机体清除氧自由基的能力下降,机体可能会发生氧化损伤,而此时HSP表达量仍维持在较高水平,这对于增强机体的抗性具有重要的作用。另一种推测是热休克蛋白浓度的升高导致了机体能量消耗增加,余下的能量不足以继续维持抗氧化酶的酶活性。该结果表明,短趾百灵对气候变暖的适应力较弱,会导致机体的抗氧化酶酶活性降低,而HSP蛋白参与到对氧化应激的保护作用中,并能对抗机体抗氧化酶活性降低造成的氧化应激损伤,保护机体的细胞适应性存活。3.热应激对短趾百灵血液免疫球蛋白表达量的影响本研究对比了实验室模拟温度胁迫慢性实验中,高温组(21。C)与低温组(16℃)血清中三种免疫球蛋白(IgA、IgG、IgM)蛋白浓度的变化。通过酶联免疫法(ELISA)检测结果显示,高温组(21℃)三种免疫球蛋白相比低温组(16℃)均显著降低(p<0.01)。该结果表明高温胁迫降低了短趾百灵血细胞中B细胞介导的体液免疫反应,打破了机体免疫功能的平衡性,鸟类需要重建机体免疫功能以适应高温胁迫的平衡机制。总之,野外春季升温对短趾百灵免疫功能产生了影响。