光周期和高脂食物對(duì)布氏田鼠能量代謝和產(chǎn)熱的影響

光周期和高脂食物對(duì)布氏田鼠能量代謝和產(chǎn)熱的影響

光周期和食物質(zhì)量是影響動(dòng)物生存和繁殖的重要環(huán)境因素。許多小型哺乳動(dòng)物體重、身體脂肪含量、能量代謝和產(chǎn)熱的季節(jié)性波動(dòng)受光周期和食物質(zhì)量周期性變化的影響(WadeandBartness,1984;Haim,1996;ZhaoandWang,2005;張志強(qiáng)等,2006)。但不同種動(dòng)物的體重和能量代謝的變化對(duì)光周期的反應(yīng)不同,如短光照下黑線毛足鼠(Phodopussungorus)的體重降低,伴隨著能量攝入的降低(Heldmaier,1989;Klingensporetal.,2000);而同樣條件下環(huán)頸旅鼠(Dicrostonysgroenlandicus)的體重增加,能量攝入則沒(méi)有發(fā)生變化(GeninandPerret,2000;Powelletal.,2002)。能量代謝水平也受食物質(zhì)量、消化率和食物可獲得性的影響(McNab,1986;Bozinovic,1995),如喂自助餐式食物或者高脂肪食物的實(shí)驗(yàn)大鼠和小鼠,體重和身體脂肪含量都顯著增加(RothwellandStock,1979,1988;Bartnessetal.,1992)。但高脂肪食物未誘導(dǎo)一些野生嚙齒類動(dòng)物體重和身體脂肪含量的增加,包括黑線毛足鼠、小亞細(xì)亞沙鼠(Merionesshawi)、草原田鼠(Microtuspennsylvanicus)和布氏田鼠(Lasiopodomysbrandtii)等(WadeandBartness,1983;McElroyetal.,1986;El-Bakryetal.,1999;李興升,未發(fā)表資料)。由于這些野生嚙齒類動(dòng)物不僅表現(xiàn)出能量代謝的季節(jié)性變化,而且短光照下體重和身體脂肪含量顯著降低,因此可以推測(cè),短光照誘導(dǎo)體重和身體脂肪含量降低的物種將抵抗高脂肪食物誘導(dǎo)的肥胖(WadeandBartness,1983;McElroyetal.,1986;El-Bakryetal.,1999),但抵抗策略的適應(yīng)意義還不十分清楚?；A(chǔ)代謝率(BMR)和非顫抖性產(chǎn)熱(NST)是小型哺乳動(dòng)物的兩種重要能量消耗方式。褐色脂肪組織(BAT)是NST的主要產(chǎn)生器官(RicquierandBouillaud,2000),解偶聯(lián)蛋白1(UCP1)主要分布于褐色脂肪細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜上,UCP1表達(dá)上調(diào)是BAT產(chǎn)熱能力增強(qiáng)的主要分子機(jī)制(LinandKlingenberg,1980;Demasetal.,2002)。許多研究表明NST和UCP1的表達(dá)受光周期變化的影響(Heldmaieretal.,1981,1982;ZhaoandWang,2005)。動(dòng)物體重變化是影響能量代謝的最重要因素,體重的變化往往是身體脂肪含量的變化所導(dǎo)致的。研究發(fā)現(xiàn)主要由白色脂肪組織(WAT)合成和分泌的瘦素通過(guò)對(duì)能量平衡的調(diào)節(jié),影響動(dòng)物的體重(Zhangetal.,1994;AhimaandFlier,2000)。如許多小型哺乳動(dòng)物的能量攝入、體重和身體脂肪含量的季節(jié)性波動(dòng)伴隨著血清瘦素水平的變化(Klingensporetal.,1996a,2000;李興升等,2004;LiandWang,2005a;Wangetal.,2006a,b)。研究也發(fā)現(xiàn),短光照可使黑線毛足鼠WAT和BAT的瘦素基因表達(dá)下調(diào),但瘦素的敏感性增加(Klingensporetal.,1996a),并伴隨著能量攝入降低,說(shuō)明光周期誘導(dǎo)動(dòng)物體重、體脂和能量代謝的變化可能與瘦素的敏感性變化有關(guān)(Zhangetal.,1994;Klingensporetal.,1996a,2000)。但有關(guān)高脂肪食物對(duì)動(dòng)物NST、BAT-UCP1表達(dá)以及血清瘦素影響的研究還相對(duì)缺乏,尤其是野生物種。布氏田鼠主要棲息于我國(guó)內(nèi)蒙古高原、蒙古國(guó)東部及俄羅斯外貝加爾東南部地區(qū),是典型草原的植食性群居鼠種。關(guān)于布氏田鼠的生理生態(tài)學(xué)研究已有較多報(bào)道,如能量代謝和產(chǎn)熱,體重、身體脂肪和血清瘦素水平的季節(jié)性波動(dòng)(Wangetal.,2003;LiandWang,2005a);短光周期不僅降低成年布氏田鼠體重、增加能量攝入、支出和產(chǎn)熱,而且抑制其幼體的生長(zhǎng)發(fā)育(ZhaoandWang,2005,2006a;Luetal.,2007)。此外,高纖維食物增加了能量攝入,降低了體重(Peietal.,2001a;李興升等,2003,2004;SongandWang,2006;ZhaoandWang,2007);飼喂高脂肪食物6周后的布氏田鼠體重較對(duì)照組增加了23%(李興升,未發(fā)表資料)。但短光周期下,布氏田鼠是否抵抗高脂肪食物誘導(dǎo)肥胖及其適應(yīng)意義尚乏了解。根據(jù)上面的分析,我們假設(shè)作為在短光照下體重和體脂降低的物種、短光照條件下飼養(yǎng)的布氏田鼠將抵抗高脂肪食物誘導(dǎo)的肥胖。據(jù)此可以預(yù)測(cè),高脂食物與短光照周期誘導(dǎo)布氏田鼠的能量攝入增加,以及BMR和NST顯著增加,但前者不足以補(bǔ)償能量支出的增強(qiáng),最終抵抗體重和身體脂肪含量的增加;BAT-UCP1和瘦素參與產(chǎn)熱和能量代謝的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過(guò)程。1材料和方法1.1動(dòng)物的飼養(yǎng)及養(yǎng)殖管理實(shí)驗(yàn)用布氏田鼠為1999年5月捕自內(nèi)蒙古太仆寺旗野生個(gè)體的實(shí)驗(yàn)室繁殖后代。飼以標(biāo)準(zhǔn)的兔顆粒飼料(北京科澳協(xié)力飼料有限公司生產(chǎn)),自由飲水。飼養(yǎng)溫度為23℃±1℃,光照為16L∶8D。選取體重相近的健康成年雌性個(gè)體(53.0g±0.8g)32只,單籠適應(yīng)4周后,采用雙因子(光周期×食物)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),隨機(jī)分為4組,即長(zhǎng)光照(16L∶8D)高脂、低脂食物組,短光照(8L∶16D)高脂、低脂食物組(低脂食物為標(biāo)準(zhǔn)兔飼料,高脂食物由標(biāo)準(zhǔn)兔飼料添加約18%大豆食用油配制而成,兩種飼料的形狀、大小和硬度一致,主要食物成分見表1)。馴化前測(cè)定動(dòng)物的體重,馴化開始時(shí)分別將4組動(dòng)物置于相應(yīng)的飼養(yǎng)條件下。每3天稱量一次體重。馴化7周后測(cè)定動(dòng)物的體重、能量攝入、BMR和NST。動(dòng)物馴化在4-6月份進(jìn)行。1.2bmr和nst代謝水平的測(cè)定采用封閉式流體壓力呼吸計(jì),水浴控制溫度(±1℃)。呼吸室容積為3.6L,以KOH吸收所產(chǎn)生的CO2,以干燥硅膠吸收水分(Gorecki,1975;Wangetal.,2000;WangandWang,2002)。BMR測(cè)定溫度為30℃±1℃(熱中性溫度區(qū)27.5℃-32.5℃)(Wangetal.,2003)。測(cè)定前動(dòng)物饑餓3h,放入呼吸室適應(yīng)1h,待動(dòng)物穩(wěn)定后開始記錄,每隔5min記錄1次,連續(xù)測(cè)定60min。選取2個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的最低值計(jì)算BMR(Wangetal.,2000)。NST采用皮下注射與動(dòng)物體重相應(yīng)劑量的去甲腎上腺素(Norepinephrine,NE)誘導(dǎo)(Heldmaieretal.,1982),NE劑量根據(jù)公式NE(mg/Kg)=6.6×Mb-0.458(g)(Heldmaier,1971)計(jì)算,這個(gè)劑量可以誘導(dǎo)最大NST能力(王建梅、王德華,2005)。測(cè)定溫度為25℃±1℃。先將動(dòng)物放入呼吸室中,適應(yīng)30min,皮下注射NE后迅速放回呼吸室中,開始記錄耗氧量。每隔5min記錄1次,連續(xù)測(cè)定60min,選取2個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的最高值計(jì)算NST(WangandWang,1996;Wangetal.,2000)。所有耗氧量結(jié)果均校正為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積(1個(gè)大氣壓,0℃)。為了降低晝夜節(jié)律的影響,所有測(cè)定在10:00-17:00之間進(jìn)行。1.3食物和糞便的生化指標(biāo)能量攝入采用飼養(yǎng)籠測(cè)定法(王德華等,1996;宋志剛、王德華,2001)。測(cè)定前,將飼養(yǎng)籠清理干凈,并在底部墊兩層衛(wèi)生紙和一層報(bào)紙,再放上帶網(wǎng)的不銹鋼墊片。然后放入定量(60-80g)飼料,動(dòng)物自由取食和飲水。3天后收集剩余食物和糞便,置于恒溫干燥箱60℃烘至恒重。手工分離食物殘?jiān)凹S便。用Parr1281氧彈熱量計(jì)(美國(guó)Parr公司生產(chǎn))測(cè)定食物和糞便的熱值。攝入能(Grossenergyintake,GEI)、消化能(Digestableenergyintake,DEI)和表觀消化效率等有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下(GrodzinskiandWunder,1975;Liuetal.,2003):攝入能(GEI,kJ·d-1)=干物質(zhì)攝入(DMI,g·d-1)×食物能值(kJ·g-1);消化能(DEI,kJ·d-1)=GEI-糞便重量(g·d-1)×糞便能值(kJ·g-1);消化率(%)=(DEI/GEI)×100%。1.4血清濃度測(cè)定馴化7周后各組動(dòng)物分別于上午8:00-11:00斷頸處死,取血,自然凝集2h,離心(3500r/min)30min,吸血清于1.5ml離心管中,置于冰箱中(-20℃)貯存,備用。待所有樣品收集完畢,用放射性免疫試劑盒測(cè)定血清瘦素含量。測(cè)定藥盒為多物種瘦素放免測(cè)定試劑盒(LINCOResearch,St.Charles,Missouri,63304,USA)。試劑盒測(cè)定的瘦素濃度范圍為1-50ng/ml,批內(nèi)和批間測(cè)定的變異系數(shù)分別小于8.7%和3.6%。放射免疫測(cè)定采用γ計(jì)數(shù)器,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算所測(cè)樣品的血清瘦素濃度(ng/ml)(LiandWang,2005a;ZhaoandWang,2006a)。1.5小鼠腸道干重、體脂含量測(cè)定處死動(dòng)物后,快速分離肩胛部BAT置于液氮中,然后轉(zhuǎn)移至超低溫冰箱(-75℃)中貯存?zhèn)溆?。分離心、肺、肝、腎、脾,剔除附著的結(jié)締組織和脂肪,在濾紙上吸干器官表面的血液后稱重,即鮮重(精確至1mg)。取出動(dòng)物的消化道,分離胃、小腸、大腸和盲腸,小心剔除腸系膜及結(jié)締組織和脂肪,滴上生理鹽水,使其保持自然狀態(tài),伸直但不要拉伸,用直尺測(cè)定其長(zhǎng)度(精確至0.1cm)。然后將其縱向剖開,用生理鹽水洗去內(nèi)容物,置濾紙上吸干表面水分后,稱重,即為鮮重。將稱重后各器官分別用錫箔紙包上,置入烘箱中,在60℃烘干至恒重,稱重(精確至1mg),樣品烘干前后的差值為器官含水量,根據(jù)含水量計(jì)算干重。去除內(nèi)臟各器官和消化道后記錄動(dòng)物胴體鮮重,然后置于烘箱中,60℃烘至恒重,記錄胴體干重。以索式抽提法測(cè)定胴體的體脂重量,樣品抽提前后的重量差即為樣品的脂肪含量。體脂含量以體脂重量占胴體濕重的百分比表示(LiandWang,2005a;ZhaoandWang,2006a)。1.6細(xì)胞培養(yǎng)和熒光帶檢測(cè)全部樣品收集完畢后,提取BAT線粒體蛋白(Wiesingeretal.,1989;ZhaoandWang,2005)。用分光光度計(jì)測(cè)定線粒體蛋白濃度,以牛血清蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白。COX活性采用氧電極法(OxygraphElectrodeSystem,Hansatech公司)測(cè)定(Sundinetal.,1978)。反應(yīng)杯溫度25℃,反應(yīng)液體積2ml,其中包括10μl樣品、30μl細(xì)胞色素c和1.96ml基質(zhì)液(LiandWang,2005a)。UCP1采用WesternBlotting技術(shù)測(cè)定,聚丙烯酰胺凝膠電泳中濃縮膠和分離膠的濃度分別為3%和12.5%。上樣量10μl(包含20μg線粒體蛋白)。電泳結(jié)束后將蛋白轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上,將麗春紅檢測(cè)后的膜用封閉液1封閉(4℃過(guò)夜),加入一抗(兔抗倉(cāng)鼠UCP1,稀釋5000倍),室溫2h,加入辣根過(guò)氧化酶標(biāo)記的二抗(羊抗兔IgG,稀釋5000倍),室溫1h,采用ECL熒光檢測(cè)試劑盒檢測(cè)UCP1蛋白的熒光帶(Klingensporetal.,1996b;LiandWang,2005a)。1.7生長(zhǎng)過(guò)程中體重的變化數(shù)據(jù)處理采用SPSS10.0軟件包。BMR和NST、攝入干物質(zhì)、攝入能和消化能、以及身體組成采用雙因素方差或協(xié)方差分析(體重為協(xié)變量)。采用重復(fù)測(cè)量法分析馴化過(guò)程中的體重變化。體重、消化率、BAT線粒體蛋白濃度、COX活性、BAT-UCP1、以及體脂含量的組間差異采用雙因素(光周期×食物質(zhì)量)方差分析。血清瘦素與攝入能和體脂的關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析。數(shù)據(jù)全部表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE),P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著(雙尾檢驗(yàn))。2結(jié)果2.1高脂食物對(duì)體重生長(zhǎng)的影響馴化前不同組間布氏田鼠體重?zé)o顯著差異(day0,光周期,F1,28=0.411,P>0.05;食物,F1,28=0.027,P>0.05;光周期×食物,F1,28=0.004,P>0.05,圖1)。隨馴化時(shí)間的延長(zhǎng),體重表現(xiàn)出顯著變化(F17,476=6.173,P<0.001),長(zhǎng)光照高脂食物組體重穩(wěn)定增長(zhǎng);而短光照高脂和低脂食物組均呈降低趨勢(shì),第24天降至最低,并持續(xù)維持在較低的水平,但第39天后呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。此外,體重變化受時(shí)間與光周期(F17,476=11.407,P<0.001)、時(shí)間與食物(F17,476=1.877,P<0.05)、以及三者間交互作用(F17,476=2.305,P<0.01)的顯著影響。在整個(gè)馴化過(guò)程中,體重在光周期組間差異顯著(F1,28=10.006,P<0.01),但未受食物以及光周期與食物交互作用的影響(食物,F1,28=0.604,P>0.05;光周期×食物,F1,28=3.334,P>0.05)。2.2食物fps馴化結(jié)束后,BMR(mlO2/h)沒(méi)有受到光周期和食物質(zhì)量的影響(光周期,F1,27=0.748,P>0.05;食物,F1,27=1.669,P>0.05;光周期×食物,F1,27=0.015,P>0.05,圖2)。短光照下布氏田鼠的NST(mlO2/h)顯著高于長(zhǎng)光照(F1,27=4.498,P<0.05),但NST不受食物質(zhì)量(F1,27=0.384,P>0.05)以及光周期與食物質(zhì)量交互作用的影響(F1,27=0.201,P>0.05)。2.3兩組dmi和dei的比較馴化結(jié)束后,光周期和食物質(zhì)量顯著影響DMI(光周期,F1,27=7.467,P<0.05;食物質(zhì)量,F1,27=49.645,P<0.01,表2)和GEI(光周期,F1,27=7.693,P<0.01;食物質(zhì)量,F1,27=38.793,P<0.01,表2),LL和SL組的DMI和GEI均顯著高于LH和SH組(組間多重比較,DMI,F3,28=13.829,P<0.001;GEI,F3,28=10.996,P<0.001),但光周期和食物質(zhì)量無(wú)交互影響。DEI受光周期(F1,27=10.475,P<0.01)和食物質(zhì)量(F1,27=20.806,P<0.01),以及二者交互作用(F1,27=4.440,P<0.05)的顯著影響。LL和SL組的DEI均顯著高于LH組(組間多重比較,F3,28=7.198,P<0.001)。喂高脂食物的動(dòng)物的消化率顯著高于低脂食物組(F1,28=182.684,P<0.001),消化率亦受光周期(F1,28=6.094,P<0.05)以及光周期和食物的交互影響(F1,28=16.051,P<0.001),LH和SH組顯著高于LL和SL組(組間多重比較,F3,28=68.276,P<0.001,表2)。2.4食物質(zhì)量變化血清瘦素水平受光周期的影響顯著,長(zhǎng)光照下喂高脂食物的動(dòng)物顯著高于短光照下飼養(yǎng)的動(dòng)物,食物質(zhì)量的變化未顯著影響血清瘦素水平。相關(guān)分析表明,體脂與血清瘦素顯著正相關(guān)(r=0.74,P<0.01),但與攝入能不相關(guān)(r=0.26,P>0.05)(表3)。2.5各內(nèi)臟器重的變化胴體鮮重、干重、體脂重量和含量未受食物質(zhì)量的影響(表3),但受光周期的顯著影響,長(zhǎng)光照下喂高脂食物的動(dòng)物顯著高于短光照下飼養(yǎng)的動(dòng)物;胴體鮮重受光周期和食物質(zhì)量交互作用的顯著影響。光周期顯著影響肝、肺、脾鮮重,以及肝、腎干重。肝鮮重還受光周期和食物交互作用的顯著影響(表3)。以上各內(nèi)臟器官的重量均不受食物質(zhì)量的顯著影響(表3)。胃鮮重受食物質(zhì)量的顯著影響(表4),喂低脂食物的動(dòng)物顯著高于喂高脂食物的動(dòng)物。小腸干重受光周期顯著影響。大腸長(zhǎng)度和含內(nèi)容物重受食物質(zhì)量的顯著影響,LL組較高;大腸鮮重和干重分別受光周期和食物的顯著影響,但不受二者交互作用的影響。盲腸長(zhǎng)度、含內(nèi)容物重和鮮重受食物質(zhì)量的顯著影響,其中含內(nèi)容物重和鮮重在SL組較高;此外,含內(nèi)容物重還受光周期的顯著影響?？傁篮瑑?nèi)容物重和鮮重既受光周期的顯著影響,又受食物的顯著影響,SL組較高;總消化道干重受光周期的顯著影響(表4)。2.6中心、周期和食物質(zhì)量交互作用的影響布氏田鼠馴化7周后,BAT重量在光周期和食物質(zhì)量組間無(wú)顯著差異(表5)。BAT線粒體蛋白濃度受光周期、食物質(zhì)量,以及光周期和食物質(zhì)量交互作用的顯著影響,SL組顯著高于LL和SH組。BAT線粒體總蛋白含量受食物質(zhì)量,以及光周期和食物質(zhì)量交互作用的顯著影響,SL組較高。單位線粒體蛋白濃度的COX活性未受光周期和食物的顯著影響,但單位BAT組織的COX活性受光周期以及光周期與食物的交互影響;SL組顯著高于其他各組;BAT總COX活性受光周期和食物交互作用的顯著影響。BAT-UCP1含量受光周期的顯著影響,SL組較高,但各組間無(wú)顯著差異(表5)。3短光周期對(duì)布氏田鼠能量的影響光周期和食物質(zhì)量是影響小型哺乳動(dòng)物體重和能量代謝的重要環(huán)境因子(WadeandBartness,1984;Heldmaieretal.,1989;VelosoandBozinovic,1993;Cork,1994)。我們的研究發(fā)現(xiàn),光周期影響布氏田鼠的能量代謝和產(chǎn)熱能力,短光周期顯著提高了能量攝入、NST、BAT-COX活性和UCP1含量;食物脂肪含量并未顯著影響動(dòng)物的產(chǎn)熱能力,但高脂食物顯著降低了能量攝入、提高了消化率。3.1食物對(duì)布氏田鼠腸道形態(tài)的影響許多動(dòng)物的能量攝入受光周期變化的影響,但不同的嚙齒類動(dòng)物的能量攝入對(duì)光周期變化的反應(yīng)不盡相同,具有種屬差異,如短光照使南斯拉夫小家鼠(Musmacedonicus)(Haimetal.,1999)、金色刺毛鼠(Acomysrussatus)(Haimetal.,1994)、地中海田鼠(Microtusguentheri)(Baninetal.,1994)和蓬尾沙鼠(Haim,1996)能量攝入增加;而使黑線毛足鼠能量攝入降低(Heldmaier,1989;Klingensporetal.,2000);對(duì)環(huán)頸旅鼠的能量攝入無(wú)影響(Powelletal.,2002)。本研究發(fā)現(xiàn)布氏田鼠的能量攝入和消化能受光周期的顯著影響,與ZhaoandWang(2006a)的研究結(jié)果相似,但與李興升等(2003)對(duì)雄性布氏田鼠的研究結(jié)果不完全一致。分析原因1)布氏田鼠對(duì)短光照的反應(yīng)可能存在性別差異,通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)雌性比雄性對(duì)短光周期變化敏感;2)馴化時(shí)間不同,并且該鼠對(duì)短光照的反應(yīng)存在時(shí)段性;3)實(shí)驗(yàn)鼠的年齡不同,暗示其對(duì)短光照的反應(yīng)與動(dòng)物的年齡有關(guān)。布氏田鼠為非冬眠物種,必須面臨寒冷的冬季,野外捕獲的以及室外飼養(yǎng)的布氏田鼠表現(xiàn)出了季節(jié)性產(chǎn)熱的變化,暗示短光照誘導(dǎo)布氏田鼠能量攝入增加,可能用于補(bǔ)償冬季產(chǎn)熱增加(Wangetal.,2003;LiandWang,2005a)。食物質(zhì)量也是影響動(dòng)物能量攝入和消化率,進(jìn)而影響能量代謝平衡的主要因素。布氏田鼠攝入干物質(zhì)、攝入能、消化能和消化率均受食物脂肪含量的顯著影響。出乎預(yù)料的是,高脂食物使干物質(zhì)攝入、能量攝入和消化能降低,消化率顯著增加,這與高纖維食物馴化布氏田鼠的結(jié)果恰恰相反,高纖維食物使攝入干物質(zhì)、攝入能和消化能極顯著增加,消化率極顯著降低(ZhaoandWang,2007)。布氏田鼠對(duì)高纖維低質(zhì)量食物的反應(yīng)類似于其他嚙齒類動(dòng)物,如高原鼠免(Ochotonacurzoniae)、社鼠(Niviventerconfucianus)和褐家鼠(Rattusnorvegicus)、八齒鼠(Octodondegus)、環(huán)頸旅鼠、橙腹田鼠(Microtusochrogaster)(Grossetal.,1985;McNab,1986,1988;HammondandWunder,1991;NagyandNegus,1993;Lovegrove,2000;王德華和王祖望,2001;McNab,2002)。VolturaandWunder(1998)認(rèn)為當(dāng)面對(duì)低質(zhì)量食物,田鼠屬動(dòng)物一般通過(guò)增加食物攝入,以適應(yīng)低質(zhì)量食物,補(bǔ)償?shù)偷南?通過(guò)增加消化率,提高食物的利用效率,來(lái)適應(yīng)高質(zhì)量食物。動(dòng)物消化道形態(tài)的調(diào)節(jié)對(duì)于其適應(yīng)能量攝入的變化和食物的消化效率具有重要意義(DertingandBogue,1993)。我們研究發(fā)現(xiàn),馴化7周后雌性布氏田鼠總消化道及大腸與盲腸含內(nèi)容物重、鮮重和干重受光周期和(或)食物脂肪含量變化的顯著影響,短光照低脂食物組較高。而ZhaoandWang(2006a)研究發(fā)現(xiàn)光周期馴化4周未影響成年布氏田鼠的消化道形態(tài),暗示消化道形態(tài)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)與馴化時(shí)間有關(guān)。動(dòng)物消化道形態(tài)的調(diào)節(jié)也受食物質(zhì)量變化的影響,進(jìn)而決定其消化能力和消化效率(Karasov,1996)。喂高脂食物的布氏田鼠總消化道含內(nèi)容物重顯著降低,其主要原因是結(jié)腸、特別是盲腸內(nèi)容物顯著降低。低脂肪高纖維食物使盲腸顯著增加(ZhaoandWang,2007),說(shuō)明盲腸是草食性布氏田鼠利用纖維的最主要器官,為應(yīng)對(duì)不同質(zhì)量的食物,盲腸表現(xiàn)出了生理適應(yīng)性調(diào)節(jié)。Peietal.(2001a)也發(fā)現(xiàn)布氏田鼠暴露于低質(zhì)量(高纖維)食物2周,盲腸和結(jié)腸長(zhǎng)度及干重顯著增加,導(dǎo)致總消化道長(zhǎng)度和干重顯著增加。許多小型哺乳動(dòng)物的消化道對(duì)低脂食物的反應(yīng)與布氏田鼠相似,如低脂肪和(或)高纖維食物使草原田鼠小腸長(zhǎng)度和含內(nèi)容物重量、盲腸含內(nèi)容物重、濕重和干重顯著增加(Grossetal.,1985);使大鼠盲腸容量顯著增加(El-Harithetal.,1976);使八齒鼠胃、小腸和盲腸內(nèi)容物顯著增加(Bozinovicetal.,1997);使長(zhǎng)爪沙鼠盲腸長(zhǎng)度、干重和總消化道容量顯著增加(Peietal.,2001b)。面對(duì)不同脂肪含量的食物,布氏田鼠消化道形態(tài)出現(xiàn)了可塑性變化。從理論上講,如果消化道容積不變,高脂肪食物在消化道內(nèi)的周轉(zhuǎn)率應(yīng)減慢,食物滯留時(shí)間將延長(zhǎng),從而導(dǎo)致消化率的增加。布氏田鼠正是通過(guò)減少食物的周轉(zhuǎn)率,以增加吸收效率,從而適應(yīng)高質(zhì)量食物以維持能量平衡(Peietal.,2001b;Liuetal.,2007)。3.2食物對(duì)布氏田鼠nst的影響光周期變化被認(rèn)為是影響小型哺乳動(dòng)物BMR的重要信號(hào)(Baninetal.,1994;HaimandZisapel,1995;Haimetal.,1999),如短光照誘導(dǎo)金色刺毛鼠(HaimandZisapel,1995)、南斯拉夫小家鼠(Haimetal.,1999)和地中海田鼠(Baninetal.,1994)BMR顯著增加。我們的研究發(fā)現(xiàn)馴化7周后雌性布氏田鼠的BMR未受光周期的顯著影響,而短光照馴化4周后,布氏田鼠BMR較高(ZhaoandWang,2005),與本研究結(jié)果不盡相同,原因可能是光周期對(duì)BMR的影響與馴化時(shí)間有關(guān),布氏田鼠對(duì)光周期變化的反應(yīng)具有時(shí)段性(李興升等,2003)。食物是也影響B(tài)MR的主要影響因素之一。“食性假說(shuō)”預(yù)測(cè)了在進(jìn)化上食物和BMR存在相關(guān)性(McNab,1986;Cruz-Netoetal.,2001),許多研究證實(shí)了,低質(zhì)量食物和食物的不可預(yù)測(cè)性,可能使動(dòng)物進(jìn)化為低的BMR(Cruz-NetoandJones,2004;Williamsetal.,2004)。這個(gè)預(yù)測(cè)也擴(kuò)展到了種內(nèi)水平(McNab,1986,2002)。在種內(nèi)水平上,Cork(1994)提出,小哺乳動(dòng)物可能通過(guò)降低BMR以適應(yīng)低質(zhì)量食物的假說(shuō)。然而,ZhaoandWang(2007)用低質(zhì)量食物馴化布氏田鼠10周,BMR未出現(xiàn)顯著變化。本研究發(fā)現(xiàn)高脂食物未顯著影響B(tài)MR。這些結(jié)果表明布氏田鼠的BMR不受食物質(zhì)量的顯著影響,不支持食性假說(shuō)和Cork(1994)的假說(shuō)。NST的季節(jié)性增強(qiáng)是許多小哺乳動(dòng)物適應(yīng)冬季低溫環(huán)境的重要對(duì)策。布氏田鼠也表現(xiàn)出了NST的季節(jié)性變化,冬季較高,夏季較低(Wangetal.,2003),與三趾跳鼠(Dipussagitta)和子午沙鼠(Merionesmeridianus)、小毛足鼠(Phodopusroborovskii)和黑線倉(cāng)鼠(Cricetulusbarabensis)(Baoetal.,2002)、金色刺毛鼠以及非洲刺毛鼠(Acomyscahirinus)(Kronfeld-Schoretal.,2000)NST的季節(jié)性變化相似。動(dòng)物的NST能力受環(huán)境溫度和光周期的影響,如單獨(dú)短光照誘導(dǎo)黑線毛足鼠和蓬尾沙鼠NST增加(Heldmaieretal.,1981;Haim,1996)。我們研究發(fā)現(xiàn),短光照誘導(dǎo)了布氏田鼠NST能力增強(qiáng),再一次證實(shí)了光周期變化是誘導(dǎo)布氏田鼠產(chǎn)熱能力季節(jié)性變化的重要信號(hào)(ZhaoandWang,2005)。本研究還發(fā)現(xiàn),布氏田鼠NST不受食物脂肪含量的影響;但ZhaoandWang(2007)發(fā)現(xiàn)該鼠能通過(guò)降低NST以減少能量支出,以適應(yīng)低質(zhì)量食物。表明布氏田鼠能通過(guò)產(chǎn)熱能力的調(diào)節(jié),以適應(yīng)食物質(zhì)量的變化,但NST對(duì)短光照的反應(yīng)較高脂食物敏感。小型哺乳動(dòng)物NST主要來(lái)源于BAT(HeldmaierandBuchberger,1985;RicquierandBouillaud,2000),產(chǎn)熱能力的增強(qiáng)常伴隨著BAT-COX活性的增加(HeldmaierandBuchberger,1985;Wangetal.,1999)。一般認(rèn)為COX活性增強(qiáng)和UCP1含量增加表明BAT產(chǎn)熱能力的增強(qiáng)(Jakusetal.,2002;Klingenspor,2003)。我們研究發(fā)現(xiàn),BAT線粒體蛋白濃度受光周期和食物質(zhì)量的影響,BAT-COX活性受光周期以及光周期與食物的交互作用的影響。BAT-UCP1含量不受食物質(zhì)量的影響,但不同光周期組間存在顯著差異,短光照使BAT-UCP1含量顯著增加,與NST的變化相似,這與ZhaoandWang(2005)的研究結(jié)果一致。此外,BAT的產(chǎn)熱活性與食物質(zhì)量和食物成分有關(guān)(Himms-Hagen,1984,1989;RothwellandStock,1979,1987,1988),如喂低蛋白食物的大鼠,BAT重量和活性以及UCP1表達(dá)增加(Himms-Hagen,1984,1989;RothwellandStock,1979,1987,1988;Margaretoetal.,2001);喂高脂飼料的金色地鼠BAT顯著增加(BartnessandWade,1984)。然而,我們的研究發(fā)現(xiàn)不同脂肪含量的食物對(duì)雌性布氏田鼠BAT線粒體蛋白濃度、COX活性以及UCP1含量無(wú)顯著影響,表明雌性布氏田鼠BAT產(chǎn)熱活性不受食物質(zhì)量的影響,與NST的變化相同。用不同質(zhì)量的食物馴化成年布氏田鼠三周后,NST未出現(xiàn)顯著變化(宋志剛,未發(fā)表資料);馴化六周后BAT重量、線粒體蛋白濃度、COX活性以及UCP1含量均未出現(xiàn)顯著的變化(李興升,未發(fā)表資料)。此外,同域分布的長(zhǎng)爪沙鼠喂低質(zhì)量食物三周后NST未出現(xiàn)顯著變化(宋志剛,未發(fā)表資料),而馴化六周后NST顯著降低(李興升,未發(fā)表資料)。這些研究結(jié)果表明,食物質(zhì)量對(duì)小型哺乳動(dòng)物BAT的產(chǎn)熱活性的影響不同,具有種屬差異,且與馴化時(shí)間有關(guān)。布氏田鼠產(chǎn)熱能力的調(diào)節(jié)對(duì)短光照較食物更敏感。3.3食物質(zhì)量和光周期對(duì)布氏田鼠體重和身體成分的影響能量攝入和支出平衡的變化最終決定體重和脂肪含量的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。光周期變化誘導(dǎo)許多小型哺乳動(dòng)物體重調(diào)節(jié),如黑線毛足鼠(Bartnessetal.,1989)、環(huán)頸旅鼠(Powelletal.,2002)、草原田鼠(DarkandZucker,1986)、橙腹田鼠(KriegsfeldandNelson,1996)、長(zhǎng)爪沙鼠(ZhaoandWang,2006b)和根田鼠(Microtusoeconomus)(Wangetal.,1999)。根據(jù)體重的變化,這些動(dòng)物對(duì)光周期的反應(yīng)大致分為三種:其一,短光照抑制體重增長(zhǎng),如黑線毛足鼠和草原田鼠(DarkandZucker,1986;Bartnessetal.,1989);其二,短光照下體重增長(zhǎng)顯著增加,如環(huán)頸旅鼠(Powelletal.,2002);其三,體重不受光周期變化的影響,如長(zhǎng)爪沙鼠等(ZhaoandWang,2006b)。我們的研究發(fā)現(xiàn)短光照抑制了布氏田鼠的體重增長(zhǎng),前5周內(nèi)體重顯著降低,隨后維持了相對(duì)穩(wěn)定,而后略有增加,表現(xiàn)出明顯的時(shí)段性,這與以前的研究結(jié)果相似(李興升等,2003;ZhaoandWang,2005)。同時(shí),自然條件下的布氏田鼠體重存在季節(jié)性波動(dòng),夏季明顯增加,冬季體重顯著降低(LiandWang,2005a),這些研究結(jié)果充分證實(shí)了布氏田鼠屬于短光周期敏感型物種,短光照抑制體重增長(zhǎng),屬類型一,與黑線毛足鼠和草原田鼠對(duì)短光照的反應(yīng)相似。此外,食物質(zhì)量的變化也是影響體重波動(dòng)的重要環(huán)境因子之一(Humeetal.,1993)。然而我們研究發(fā)現(xiàn),高脂食物未顯著影響布氏田鼠的體重,與肥沙鼠(Psammomysobesus)相似(Degenetal.,2000)。而喂以低脂食物的布氏田鼠體重先降低,4周后顯著低于對(duì)照組,而后略有升高并維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平,與短光照下體重的反應(yīng)相似,亦表現(xiàn)出了時(shí)段性(ZhaoandWang,2005,2007)。與體重的變化相似,布氏田鼠胴體鮮重、干重,體脂重量和相對(duì)含量未受食物質(zhì)量的顯著影響,而受光周期的顯著影響,長(zhǎng)光照高脂食物組顯著高于短光照組。動(dòng)物的器官和身體成分在其維持能量代謝和體重的適應(yīng)性調(diào)節(jié)中具有非常重要的地位。為適應(yīng)環(huán)境的季節(jié)性波動(dòng),一些動(dòng)物表現(xiàn)出了體重的適應(yīng)性調(diào)節(jié),并伴隨著身體成分或者器官的變化(VolturaandWunder,1998;Selmanetal.,2001)。如面臨環(huán)境條件的季節(jié)性波動(dòng),布氏田鼠和長(zhǎng)爪沙鼠的身體脂肪(LiandWang,2005a,2005b),長(zhǎng)爪沙鼠的胴體重、身體脂肪和內(nèi)臟器官(包括心臟、肝臟、腎、脾臟)都表現(xiàn)出了顯著的季節(jié)性變化(張志強(qiáng),未發(fā)表資料)。當(dāng)食物來(lái)源受到限制時(shí),草原田鼠顯著降低了體脂重量(VolturaandWunder,1998);小鼠(Musmusculus)顯著降低了心臟重量(Selmanetal.,2001);布氏田鼠通過(guò)降低身體成分和器官重量以適應(yīng)短期和長(zhǎng)期的饑餓(戰(zhàn)新梅,未發(fā)表資料;張麗娜,未發(fā)表資料)。這些研究結(jié)果表明,與食物質(zhì)量相比,食物資源的變化可能是影響動(dòng)物身體組成變化的主要因素。光周期變短預(yù)示冬季即將來(lái)臨,動(dòng)物通過(guò)降低胴體重量可以節(jié)約用于自身維持的能量支出,通過(guò)動(dòng)員身體的脂肪貯存,增加產(chǎn)熱的能量支出,用于維持恒定體溫,從而度過(guò)嚴(yán)寒的冬季(ZhaoandWang,2006a)。即動(dòng)物在不能完全滿足能量需求的情況下,可以通過(guò)動(dòng)員儲(chǔ)存的脂肪作為能量來(lái)源(Mayes,1988)。本研究進(jìn)一步證實(shí)了光周期誘導(dǎo)的體重和身體成分的變化,是小型哺乳動(dòng)物適應(yīng)自然環(huán)境季節(jié)性變化的主要的能量學(xué)策略之一(LiandWang,2005b;ZhaoandWang,2005,2006a,b;Luetal.,2007)。瘦素是脂肪細(xì)胞分泌的蛋白類激素,它由肥胖基因編碼,由167個(gè)氨基酸殘基組成,分子量為16kDa(Zhangetal.,1994)。瘦素作為重要的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)因子,在動(dòng)物能量代謝、脂肪代謝、體重調(diào)節(jié)、生殖系統(tǒng)發(fā)育以及免疫等多種生理過(guò)程中都發(fā)揮重要的作用(Zhangetal.,1994;Klingen