北热带石灰岩地区4种鸟类的胚胎发育特征及其生理机制

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胚胎阶段是鸟类生活史中对环境最敏感脆弱的时期,其对环境的适应是生物学和进化生态学的重要组成部分。迄今国内对热带鸟类的胚胎发育研究却非常缺乏。为了了解热带地区繁殖鸟类的胚胎发育特征和差异,揭示鸟类胚胎对环境适应的生理机制,于2021年4-7月在广西西南部以红耳鹎(Pycnonotus jocosus)、黄腹山鹪莺(Prinia flaviventris)、黄腹鹟莺(Seicercus superciliaris)和白眉棕啄木鸟(Sasia ochracea)为代表的北热带石灰岩地区的常见繁殖鸟类的胚胎发育进行了形态和生理等方面的研究。主要运用了氧弹热量仪、红外线胚胎心率仪和克拉克温控氧电极装置等设备对其孵卵期、卵形态、卵黄含量和能量、胚胎心率、线粒体呼吸和细胞色素C氧化酶(COX)活性等形态和生理指标进行研究。结果如下:(1)红耳鹎的孵卵期为(12.31±0.11)d、黄腹山鹪莺的孵卵期为(13.14±0.17)d、黄腹鹟莺的孵卵期为(14.25±0.25)d、白眉棕啄木鸟的孵卵期为(13.75±0.25)d。红耳鹎的孵卵期显著低于黄腹山鹪莺的孵卵期(P=0.000),表明红耳鹎较黄腹山鹪莺可能拥有更快的胚胎发育速率。(2)红耳鹎的平均窝卵数为(3.037±0.113)枚,新鲜卵重(2.647±0.198)g。黄腹山鹪莺的平均窝卵数为(4.444±0.123)枚,新鲜卵重(1.000±0.051)g。红耳鹎和黄腹山鹪莺在平均窝卵数和新鲜卵重方面存在显著性差异。黄腹鹟莺的平均窝卵数为(3.667±0.211)枚,新鲜卵重(0.892±0.072)g。白眉棕啄木鸟的平均窝卵数为(2.800±0.200)枚,卵重(1.193±0.159)g。在孵卵过程,4种鸟类的卵重随着胚胎的发育逐渐降低。这些都体现了不同鸟类在生殖投资上的差异,直接影响其胚胎的发育速率。(3)红耳鹎的新生雏鸟重和内脏器官(心脏、肝脏)较其它3种鸟类大,存在显著差异。其中,红耳鹎的新生雏鸟重(2.023±0.251)g,心脏重(0.020±0.001)g,肝脏重(0.057±0.003)g。黄腹山鹪莺的新生雏鸟重(0.714±0.067)g,心脏重(0.007±0.000)g,肝脏重(0.014±0.001)g。黄腹鹟莺的新生雏鸟重(0.740±0.027)g,心脏重(0.006±0.000)g,肝脏重(0.014±0.000)g。白眉棕啄木鸟的新生雏鸟重(0.867±0.045)g,心脏重(0.007±0.000)g,肝脏重(0.015±0.003)g。功能与结构相适应,更大的脏器是功能加强的重要因素之一。(4)红耳鹎的初始卵黄和剩余卵黄重量与其它3种鸟类差距较大,与黄腹山鹪莺的存在显著差异。考虑卵重差异,红耳鹎的卵黄相对含量与黄腹山鹪莺的无明显差异。将烘干的卵黄燃烧后发现,红耳鹎的卵黄总能量较黄腹山鹪莺、黄腹鹟莺和白眉棕啄木鸟3种鸟类的较为接近。但红耳鹎的单位质量卵黄能量低于其它3种鸟类,与黄腹山鹪莺之间存在显著差异。说明卵重小的物种可能通过提高单位卵黄能量来弥补卵重的不足。(5)鸟类的胚胎心率在孵化过程中总体呈上升趋势。4种鸟类的卵重量与孵卵期80%时的胚胎心率和胚胎最大心率存在种间负相关性,但种内相关性不显著。虽然红耳鹎的胚胎心率低于黄腹山鹪莺的,但其心脏重量和心脏输出量显著大于黄腹山鹪莺。表明,红耳鹎可能通过增加心脏的重量来提高泵血量输出到全身,加强物质运输和氧气携带,提高代谢速率。(6)鸟类的新生雏鸟肝脏中的线粒体呼吸强度(状态3、状态4)存在物种间差异。其中,红耳鹎新生雏鸟肝脏中单位质量的线粒体呼吸强度(状态3、状态4)均显著低于黄腹山鹪莺,但红耳鹎肝脏总体的线粒体呼吸强度(状态3、状态4)高于其他3种鸟类。红耳鹎肝脏中线粒体蛋白浓度与黄腹山鹪莺的接近,而细胞色素C氧化酶活性较黄腹山鹪莺的大。因此,红耳鹎新生雏鸟的总代谢率水平高于黄腹山鹪莺。综上所述,弄岗地区的鸟类可能采取了不同的胚胎发育模式适应热带石灰岩的特殊环境。红耳鹎的卵黄总能量与其它3种鸟类接近。较大的心脏和肝脏可能使红耳鹎在个体水平上提高其代谢能力,从而拥有较快的胚胎发育速率和较短的孵卵期。研究结果建议:鸟类的胚胎阶段是其生活史的关键时期,在以高巢捕食率为强大推动力的北热带石灰岩地区,了解胚胎发育的特征和生理机制对探讨热带地区繁殖鸟类的环境适应尤为重要。
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