不同溫度下黑線倉鼠應對食物短缺的能量學對策

霍達亮 廖莎莎 曹靜 趙志軍

（溫州大學生命與環境科學學院，溫州 325035）

動物生理和行為特征的可塑性對其適應環境變化、提高生存能力具有重要意義(Nespoloet al.,2001; Nayaet al., 2011; 王德華，2011; Zhanget al., 2016)。體重、能量攝入和能量支出的生理調節是小型哺乳動物適應環境變化的主要能量學策略(Zhanget al., 2012; Khakisahnehet al., 2019; 崔志強等，2019)。食物資源的不確定性是動物在自然環境中面臨的主要問題之一，食物短缺條件下許多動物通常動員脂肪貯存，降低代謝率和活動行為以降低能量支出，從而增強自身耐受能力(Hambly and Speakman,2005;Gutmanet al.,2007)；也有一些動物通過增加活動行為以尋覓食物，導致能量支出增加，使耐受食物短缺的能力降低，但與此同時增加了獲取食物資源的機會，增加生存概率(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002;趙志軍等，2009a，2009b)。在上述兩種應對食物短缺的行為策略中，代謝產熱能量支出的生理調節可能發揮關鍵作用。

靜息代謝率(resting metabolic rate, RMR) 和非顫抖性產熱(nonshivering thermogenesis,NST)是小型哺乳動物主要的能量支出方式之一(Heldmaier,1971;Wang and Wang, 1996)，“代謝率轉換”假說認為，動物能否適應食物資源變化的關鍵在于其是否具備調節代謝率的能力，在食物短缺條件下，可通過“轉換”代謝率，降低代謝水平，以適應長期的食物短缺環境，動物自身“轉換”代謝率能力是影響其適應策略的主要因素之一(Merkt and Taylor,1994)。相對于大型動物，非冬眠的小型嚙齒類動物體型較小，體表面積與體重比值較高，維持恒定體溫調節的能量需求更高。小型嚙齒類動物的RMR 和NST 水平較高，對維持穩定的體溫調節具有重要意義，但與此同時受環境因素的影響較大，特別是環境溫度的變化(Zhanget al.,2012; 趙志軍等，2014)。例如在冬季低溫環境下RMR 和NST 顯著增加以補償機體熱散失，夏季高溫環境下RMR 和NST 顯著降低以減少機體產熱從而維持穩定的體溫調節(Jefimowet al., 2004; Ne‐spolo and Franco,2007)。然而在不同的環境溫度下小型哺乳動物是否采用“代謝率轉換”以應對食物短缺，尚不明確。

甲狀腺激素(Thyroid hormone, TH) 是參與調節機體代謝和適應性產熱最主要的內分泌激素之一(Martínez-Sánchezet al.,2017)。TH 有T3和T4兩種主要形式，其中T3的生物活性最強，而血液中TH 主要以T4形式存在。TH 能促進褐色脂肪組織、肝臟、腎臟、骨骼肌等組織的耗氧量和產熱量，從而促進動物整體RMR 和NST 顯著增加，對動物體溫調節具有重要意義(Silva,2006)。TH能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，對機體能量代謝平衡的適應性調節發揮重要作用。TH 促進脂肪酸氧化，加速脂肪分解，從而為機體提供更多能量(Lanniet al., 2003)。尤其在低溫環境下，許多動物的代謝產熱增強，脂肪動員增加，伴隨著血清TH 水平顯著升高(Parket al., 1989; Freake and Oppenheimer,1995)。但TH 在動物應對食物短缺的“代謝率轉換”策略中的意義尚不清楚，特別是在不同環境溫度下，TH 與動物應對食物短缺的耐受能力之間的關系尚不明確。

黑線倉鼠(Cricetulus barabensis)，屬嚙齒目(Rodentia) 倉鼠科(Cricetidae) 倉鼠亞科(Hamster)倉鼠屬(Cricetulus)，廣泛分布于我國東北和華北地區的農田和草原，分布西界在甘肅河西走廊的張掖一帶，南界大約在秦嶺至長江一帶，在安徽、江蘇兩省境內有跨江分布記錄；國外分布于蒙古國、俄羅斯西伯利亞南部和朝鮮北部等地(張知彬和王祖望，1998)。棲息地氣候具有顯著的季節性變化，黑線倉鼠不冬眠，冬季低溫環境下代謝率顯著增加，因此具有更高的能量攝入和代謝產熱的需求(Song and Wang,2003;Zhaoet al.,2010)。該鼠是食谷物為主的植食性動物，春、夏季節不貯食，以植物根莖葉為食，秋季儲食作物種子，供越冬食用。由于食物的豐富度受自然環境的影響，該鼠在自然環境下的食性和食量也具有明顯季節性變化，也可能會面臨食物短缺(斷食或食物不足)的情況(張知彬和王祖望，1998)。黑線倉鼠體型較小，代謝率相對較高，與代謝率低的動物相比對食物短缺(限食和斷食) 耐受能力較低(Song and Wang, 2003;Zhaoet al., 2010; Wenet al., 2018a)。斷食后的黑線倉鼠行為活動發生顯著變化，夜間活動行為增加，而晝間顯著減低(Wenet al., 2018b)。趙志軍(2012)發現室溫條件下經90%、80%和70%限食馴化3周后，黑線倉鼠降低了代謝水平，采用“代謝率轉換”策略以應對食物短缺。本研究，在不同的溫度下(5.0℃、21.0℃和32.5℃) 將黑線倉鼠完全剝奪食物(斷食處理)，再恢復自由取食(重喂食)，測定體溫、能量攝入、代謝率、身體脂肪貯存和血清TH 的變化。我們假設，在應對急性食物短缺(斷食) 的條件下，黑線倉鼠采取“代謝率轉換”能量學對策，但不同環境溫度下，其“代謝率轉換”能量學對策可能不同，優先滿足代謝產熱的能量需求以維持穩定的體溫調節，TH 可能在這一過程中發揮關鍵作用。

1 研究方法

1.1 實驗動物

實驗動物來自野生黑線倉鼠的室內繁殖種群[溫州大學動物氣候室，溫度(21.0±1.0)℃，光照12L∶12D]，動物自由取食(北京科澳協力飼料有限公司，大小鼠維持飼料2212/2252；質量比：粗脂肪4.0%、粗蛋白18.0%、粗纖維5.0%、碳水化合物65.1%，熱值為17.6 kJ/g) 和飲水。選取3 ~3.5月齡雄性黑線倉鼠，單籠飼養(29 cm×18 cm×16 cm)。提供適量巢材(樺木刨花)，每日更換1次。

選取雄性黑線倉鼠(3 ~ 3.5 月齡) 144 只，按照動物體重分為3 組，再分別隨機指定為5.0℃組(n= 47)、21.0℃組(n= 46) 和32.5℃組(n= 51)。5.0℃為該鼠在野外自然環境下冬季洞穴的大致溫度，也是國際上通常采用的低溫處理溫度；21.0℃為其正常飼養環境的溫度，作為對照組溫度；32.5℃為該鼠熱中性區的上臨界溫度(Zhaoet al., 2010)。在實驗開始之前，動物飼養在室溫(21.0℃)下自由取食和飲水，每天測定動物體重和日攝食量，連續記錄7 d (day -7 ~ day 0)，之后5.0℃組動物轉移至低溫室(5.0±1.0)℃，32.5℃組轉移至高溫室(32.5 ± 1.0)℃，動物自由飲水，但完全移除食物(此后簡稱“斷食”)。5.0℃組、21.0℃組和32.5℃組分別在斷食后的12 ~ 24 h、24 ~ 36 h 和36 ~ 48 h，各有1 只動物發生死亡，故此3 組動物分別在斷食后的24 h、36 h 和48 h終止斷食處理(Wallace,1976)。5.0℃組斷食24 h、21.0℃組斷食36 h、32.5℃組斷食48 h 后，分別恢復自由取食(此后簡稱“重喂食”)，持續5 周(day1 ~ day35)。重喂食期間，每天測定動物體重和日攝食量(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n=15，圖1)。當日提供食物的重量和次日剩余量的差值計算日攝食量。在室內飼養條件下，采用飼養籠飼喂，未發現黑線倉鼠有明顯的貯食行為。

圖1 不同溫度下斷食和重喂食黑線倉鼠的時間軸. RMR：靜息代謝率；NST：非顫抖性產熱. 斷食前和重喂食期間測定體重和攝食量Fig. 1 The timeline of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. DMR:Daily metabolic rate;Tb:Body temperature;RMR:Resting metabolic rate;NST:Nonshivering thermogenesis;TH:Thyroid hormones;DEI:Digestible energy intake.Body mass and food intake were measured before food deprivation and ad libitum refeeding

1.2 體溫

以體溫傳感器i-button(Maxmin,DS1923)測定動物腹腔體溫(body temperature, Tb)。在實驗開始前1 周(5.0℃斷食組，n= 5；21.0℃斷食組，n= 6；32.5℃斷食組，n= 8)，將傳感器通過手術方式植入動物腹腔，設置于1 周后啟動記錄，每5 min 記錄1 次體溫數據。

1.3 攝入能、消化能和消化率

在重喂食最后1 周測定攝入能(gross energy in‐take,GEI)和消化率(5.0℃組，n=15；21.0℃組，n=13；32.5℃組，n= 15)。稱量當日投放食物的重量，48 h后測定剩余食物重量，收集籠內墊料和動物糞便，在60℃烘箱干燥至恒重，手動分離食物殘渣及糞便后使用氧彈量熱計(IKA, C2000) 測定糞便和食物的熱值。根據投放食物量及剩余食物量的差值計算出攝食量，根據以下公式計算攝入能、糞能(Gross energy of feces, GEF)、消化能(Digestible energy intake, DEI) 和消化率(Liu and Wang,2007;余靜欣等，2020)。

攝入能(kJ/d) = 攝食量(g/d) × [1 - 飼料含水量(%)]×食物能值(kJ/g)；

糞能(kJ/d)=糞粒干重(g/d)×糞粒的能值(kJ/g)；

消化能(kJ/d)=GEI-GEF；

消化率(%)=(DEI/GEI)×100%。

1.4 代謝率測定

代謝率以開放式氧氣代謝儀(TSE, Germany)進行測定。在斷食期間(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n= 8) 以及重喂食第5 周(5.0℃組，n= 8；21.0℃組，n= 8；32.5℃組，n=8)分別測定代謝率(daily metabolic rate,DMR)。氣體通過呼吸室的流速為1 L/min，氣體干燥后，以0.38 L/min 的流速通過氧氣分析儀取樣，氧氣分析儀每10 s 收集1 次數據，由標準數據分析軟件(TSE,Germany)計算分析代謝率。代謝率的測定溫度分別為5.0℃、21.0℃和32.5℃，由氣候箱控溫(± 0.5℃)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別測定24 h、36 h 和48 h。測定重喂食期間動物的代謝率時，提供飼料和胡蘿卜。

重喂食第5周末，以開放式氧氣代謝儀測定動物RMR 和NST。RMR 測定溫度為(30.0 ± 1.0)℃(黑線倉鼠熱中性區范圍內)。動物在呼吸室適應1 h后，連續測定3 h。采用10 min 內連續最小耗氧率平均值計算RMR。NST 以皮下注射去甲腎上腺素(NE) 誘導的最大耗氧量來計算(Heldmaier, 1971;Zhaoet al.,2010)，劑量計算公式為：NE(mg/kg) =6.6 × Mb–0.458(g)(Heldmaier,1971)。NST在(25.0±1.0)℃下測定60 min。取10 min內連續最大耗氧量計算NST。DMR、RMR 和NST 均校正至標準溫度和空氣壓力條件，表示為mLO2/h。

1.5 血清甲狀腺激素水平

斷食處理后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n= 8) 和重喂食5 周后(5.0℃組，n=8；21.0℃組，n=8；32.5℃組，n=8)分別斷頸處死動物，取血，自然凝集2 h 后，3 500 r/min離心10 min，吸取血清，保存于-20℃冰箱中。用放射性免疫法測定血清甲狀腺激素(T3、T4) 水平(北京北方生物技術研究所生產和測定)，T3批內和批間測定變異系數分別小于2.4%和8.8%；T4分別小于4.3%和7.6%。

1.6 脂肪重量

收集血液后，快速分離BAT、睪丸周脂肪、皮下脂肪、腹腔脂肪和腸系膜脂肪，分別稱重(精確至l mg)，合計為總脂肪重量(斷食期：5.0℃組，n=10；21.0℃組，n= 10；32.5℃組，n=11。重喂食后：5.0℃組，n= 15；21.0℃組，n= 12；32.5℃組，n= 14)。去除內臟器官(消化道、肝臟、心臟、脾臟、肺臟和腎臟) 后的胴體，稱重(精確至l mg)。

1.7 統計分析

數據的處理采用SPSS 21.0 軟件包。統計分析前，數據經Kolmogorov-Smirnov 和Levene 檢驗證實符合正態分布和方差齊次性。馴化環境溫度對體重、攝食量、攝入能、消化能、消化率、DMR、RMR 和NST 的影響，以單因素方差分析法(one-way ANOVA) 或協方差分析法(one-way ANCOVA) 進行分析，以體重作為協變量。晝間、夜間平均代謝率，脂肪組織重量，血清T3、T4水平以雙因素方差(two-way ANOVA，食物× 溫度) 或協方差分析法(two-way ANCOVA) 進行分析，以胴體重作為協變量。文中數據表示為平均值或者平均值± 標準誤(mean ± SE)，P< 0.05 表示差異顯著(雙尾檢驗)，P< 0.01 表示差異極顯著。

2 結果

2.1 體溫

黑線倉鼠體溫呈現明顯的晝夜波動，與晝間相比夜間體溫明顯升高(圖2A)，斷食前晝間和夜間平均體溫在5.0℃、21.0℃、32.5℃組間無顯著差異(day 0, 晝間,F2,16= 0.37,P> 0.05, 圖2B; 夜間,F2,16= 0.94,P> 0.05, 圖2C)。斷食第1 天(FD:day 1)，晝間體溫組間差異不顯著[5.0℃組：(36.5±0.3)℃; 21.0℃組：(36.0 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(36.2±0.1)℃;F2,16=0.82,P>0.05]，夜間平均體溫5.0℃組顯著降低[5.0℃組：(35.8 ± 0.1)℃;21.0℃組：(36.4 ± 0.4)℃; 32.5℃組：(37.1 ±0.1)℃;F2,16= 5.58,P< 0.05]。斷食第2 天(FD:day 2)，晝間體溫組間差異顯著，其中21.0℃組體溫顯著降低[21.0℃組：(35.2±0.3)℃;32.5℃組：(36.1 ± 0.1)℃;t12= 3.14,P< 0.05]。32.5℃組在斷食48 h內，體溫未發生明顯的變化。

圖2 不同溫度下斷食期間的黑線倉鼠體溫變化(A)、晝間和夜間平均體溫(B、C，數據為平均值±標準誤). day 0，斷食前；FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. *溫度對體溫的影響顯著(P<0.05)Fig. 2 Body temperature (Tb) (A), and average Tb during light and dark phases (B and C, mean ± SE) of striped hamsters subjected to food deprivation at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. day 0,before food de‐privation; FD: day 1, day 2, the first and second day of food depriva‐tion. *significant effect of temperature on Tb(P<0.05)

2.2 體重

斷食處理前體重組間差異不顯著，斷食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別降低了18.5%、21.6%和17.6%，重喂食后體重逐漸恢復，重喂食第35 天5.0℃、21.0℃和32.5℃組體重分別增加了23.4%、24.9%和19.0%。在斷食期間，體重組間差異顯著，5.0℃組和21.0℃組顯著低于32.5℃組(F2,40=3.34,P<0.05)，重喂食期間3 組間體重未出現顯著差異(day 35,F2,40= 0.88，P>0.05,圖3A)。

2.3 日攝食量、攝入能和消化率

斷食處理前日攝食量組間差異不顯著。重喂食后5.0℃組日攝食量顯著高于21.0℃組，32.5℃組顯著低于21.0℃組(day 35,F2,39=50.53,P<0.01，post hoc,P<0.05,圖3B)。重喂食后5.0℃、21.0℃和32.5℃組攝入能分別為(125.62 ± 4.76) kJ/d、(74.92±4.75)kJ/d 和(51.05±2.82)kJ/d，受溫度的影響顯著；與21.0℃組相比，5.0℃組攝入能增加了67.7%，而32.5℃組降低了31.9% (F2,39=102.51,P< 0.01, post hoc,P< 0.05, 圖4A)。消化能也受溫度的顯著影響，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為(100.37±4.00)kJ/d、(60.75±4.10)kJ/d和(41.54 ± 2.77) kJ/d，5.0℃組比21.0℃組顯著增加，而32.5℃組顯著降低(F2,39= 148.37,P<0.01,post hoc,P<0.05,圖4B)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組糞能分別為(25.25±0.95)kJ/d、(14.16±0.69) kJ/d 和(9.52 ± 0.33) kJ/d，組 間 差 異 顯 著，5.0℃組糞能比21.0℃組高78.3%，而32.5℃組降低了32.8% (F2,39= 82.14,P< 0.01, post hoc,P<0.05, 圖4C)。消化率組間差異未達到顯著水平(F2,40=0.59,P>0.05,圖4D)。

圖3 不同溫度下斷食和重喂食期間黑線倉鼠體重(A)和日攝食量(B)的變化(平均值±標準誤). FD：斷食；Re：重喂食；**溫度對日攝食量的影響顯著(P<0.01)Fig. 3 Body mass (A), and daily food intake (B) of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). FD:food deprivation;Re:refeeding. **significant effect of temperature on daily food intake(P<0.01)

圖4 不同溫度下重喂食黑線倉鼠攝入能(GEI,A)、消化能(DEI,B)、糞能(GEF,C)和消化率(D)(平均值±標準誤). 柱上不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 4 Gross energy intake(GEI,A),digestive energy intake(DEI,B),gross energy of feces(GEF,C)and digestibility(D)of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(means ± SE). Different letters above the columns indicate significant differ‐ence between groups(P<0.05)

2.4 代謝率

黑線倉鼠代謝率呈現明顯的晝夜波動，晝間較低、夜間較高，其中21.0℃組和5.0℃組的晝夜波動更顯著(圖5A、B)。溫度對斷食期間代謝率影響顯著，5.0℃、21.0℃和32.5℃組晝間平均代 謝 率 分 別 為(210.3 ± 9.4) mLO2/h、(113.9 ±6.8) mLO2/h 和(83.8 ± 4.4) mLO2/h；夜 間 平 均代 謝 率 分 別 為(211.9 ± 9.5) mLO2/h、(126.1 ±3.5) mLO2/h和(88.1±3.4)mLO2/h，與21.0℃組相比，5.0℃組的代謝率顯著升高，而32.5℃組顯著降低(圖5C、D)。重喂食后，晝間和夜間的平均代謝率受溫度的影響顯著，5.0℃組的代謝率顯著升高，32.5℃組顯著降低[晝間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(187.5 ± 9.9) mLO2/h、(106.0 ± 4.9) mLO2/h 和(63.9 ± 3.0) mLO2/h，F2,20=50.32,P< 0.01, 圖5C; 夜 間, 5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為(212.8 ± 11.5) mLO2/h、(126.5 ±5.5) mLO2/h 和(67.1 ± 3.6) mLO2/h,F2,20= 61.81,P<0.01,圖5D]；但斷食組和重喂食組之間的代謝率差異不顯著。重喂食的黑線倉鼠RMR 受溫度的顯著影響(F2,20= 17.43,P< 0.01)，與21.0℃組相比，5.0℃組增加了19.0%，32.5℃組降低了25.6% (post hoc,P< 0.05, 圖6A)。5.0℃、21.0℃和32.5℃組NST 分 別 為(232.8 ± 8.1) mLO2/h、(188.9 ± 11.5) mLO2/h 和(145.7 ± 12.2) mLO2/h，溫度對NST 的影響顯著 (F2,20= 14.71,P<0.01)， 與21.0℃組 相 比， 5.0℃組 增 加 了23.2%，32.5℃組降低了22.8% (post hoc,P<0.05, 圖6B)。

圖5 不同溫度下斷食(A)與重喂食(B)的黑線倉鼠代謝率. 數據為平均值(A、B)或者平均值±標準誤(C、D). FD：day 1、FD：day 2，斷食后第1、2天. Ptem**，溫度的影響顯著(P<0.01)Fig. 5 The metabolic rate (MR) during food deprivation (A) and refeeding (B) of striped hamsters at 5.0℃,21.0℃and 32.5℃. Data are means(A,B)or mean±SE(C,D). FD:day 1,day 2,the first and second day of food deprivation. Ptem**,significant effect of temperature(P<0.01)

圖6 重喂食后不同溫度下黑線倉鼠靜息代謝率(A)和非顫抖性產熱(B)(平均值±標準誤). 不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)Fig. 6 Resting metabolic rate (RMR) (A) and nonshivering thermogenesis (NST) (B) during refeeding of striped hamsters at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean±SE). Different letters above the columns indicate significant difference between groups(P<0.05)

2.5 脂肪重量

與斷食組相比，重喂食后BAT 重量顯著增加(F1,65= 7.14,P< 0.01, 圖7A)，32.5℃組BAT 重量顯著高于其他各組(F2,65=5.92,P<0.01)。皮下脂肪重量在重喂食后顯著增加，與斷食組相比5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了1.7 倍、2.9 倍 和3.8 倍(F1,65= 19.45,P< 0.01, 圖7B)。溫度對皮下脂肪重量影響顯著，重喂食后32.5℃組比21.0℃組高50.1%，而5.0℃組比21.0℃組低27.2% (F2,65= 5.93,P< 0.01)。

腹腔脂肪和腸系膜脂肪重量在斷食和重喂食組差異未達到顯著水平(腹腔脂肪,F1,65=1.21,P>0.05; 腸系膜脂肪,F1,65= 0.01,P> 0.05)，但重喂食后32.5℃組重量顯著高于其他各組(腹腔脂肪,F2,65= 7.77,P< 0.01, 圖7C; 腸系膜脂肪,F2,65=6.48,P< 0.01,圖7D)。睪丸周脂肪重量在重喂食后顯著增加(F1,65=27.40,P<0.01)，5.0℃組增加幅度較小，而32.5℃組增加幅度最大(F2,65=6.71,P< 0.01, 圖7E)?？傊局亓吭谥匚故澈箫@著增加，與斷食組相比，5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別增加了79.3%、114.9%和249.0%(F1,65= 26.89,P< 0.01, 圖7F)。重喂食后32.5℃組比21℃組高45.8%，而5.0℃組比21.0℃組低25.0% (F2,65= 10.26,P< 0.01)。

圖7 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉鼠的脂肪重量(平均值±標準誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；**，P<0.01Fig. 7 The mass of fat deposit of striped hamsters subjected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). BAT:Brown adipose tissue. PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. **,P<0.01

2.6 血清T3和T4

血清T3濃度在斷食組和重喂食組之間差異不顯著(F1,42=0.71,P>0.05)，但在不同溫度組間顯著差異(F1,42=23.83,P<0.01,圖8A)。在斷食期間，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.68 ng/mL、0.78 ng/mL和0.53 ng/mL，與21.0℃組相比5.0℃組增加了115.4%，而32.5℃組降低了32.1% (post hoc,P< 0.05)；在重喂食后，5.0℃、21.0℃和32.5℃組血清T3含量分別為1.63 ng/mL、0.93 ng/mL 和0.75 ng/mL，5.0℃組血清T3濃度比21.0℃組 高75.3%， 32.5℃組 比21.0℃組 低19.1%(post hoc,P<0.05,圖8A)。斷食組血清T4濃度顯著低于重喂食組(F1,42=10.18,P<0.01)，血清T4水平也受溫度的影響，斷食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組 分 別 為60.66 ng/mL、31.88 ng/mL 和34.17 ng/mL；重喂食組5.0℃、21.0℃和32.5℃組分別為62.59 ng/mL、58.02 ng/mL和50.73 ng/mL。5.0℃組高于21.0℃和32.5℃組(F1,42= 6.66,P<0.01,圖8B)。T3/T4受溫度的影響顯著，5.0℃組較高，32.5℃組較低(F1,42=3.86,P<0.05,圖8C)。

圖8 不同溫度下斷食與重喂食黑線倉鼠的血清T3濃度(A)、T4濃度(B)和T3/T4(C)(平均值±標準誤). PFD為斷食的影響；Ptem為溫度的影響；*P<0.05；**P<0.01Fig. 8 Serum T3 (A), T4 (B) and T3/T4 (C) of striped hamsters sub‐jected to food deprivation and refeeding at 5.0℃, 21.0℃and 32.5℃(mean ± SE). PFD means significant effect of food deprivation;Ptem means significant effect of temperature. *P<0.05;**P<0.01

3 討論

食物短缺是野生小型哺乳動物在其生活史階段中會面臨的主要環境問題之一，對其生理和行為產生顯著影響(Hambly and Speakman,2005;Gut‐manet al.,2006,2007)。能量代謝和產熱的生理適應性調節是非冬眠小型嚙齒類動物應對食物短缺的主要策略之一，對于維持其正常體溫調節具有重要意義(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al.,2002; 趙 志 軍 等，2009a，2009b; Liet al., 2020)。本研究發現，黑線倉鼠斷食后體溫的變化與環境溫度有關，與室溫(21.0℃)相比，低溫下(5.0℃)體溫維持穩定的時間顯著變短，而高溫下(32.5℃)較長。與高溫相比，隨著環境溫度降低，體表溫度與環境溫度差增大，機體的熱散失顯著增加，因而動物維持穩定體溫的能量代價也較高(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Franco, 2007)。在面臨急性食物短缺時，動物在不同環境溫度下采取不同的體溫調節策略，可能與其代謝產熱的適應性調節有關。

非冬眠小型哺乳動物的體表面積和體重比值與大型動物相比相對較大，代謝率也較高，RMR和NST 是最主要的代謝產熱方式，對于維持恒定的體溫調節具有重要作用(Zhanget al.,2012;趙志軍等，2014)?！按x率轉換”假說認為，在食物資源變化的環境下，如果動物具有調節代謝率的能力，通過降低代謝水平，適應長期食物短缺的環境(Merkt and Taylor, 1994)。本研究發現，斷食后黑線倉鼠代謝率受溫度的顯著影響，晝間和夜間代謝率在低溫環境下最高，室溫次之，高溫下最低。與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒有顯著降低，這不符合“代謝率轉換”假說。趙志軍(2012)發現黑線倉鼠對限食處理的敏感性較高，耐受能力較低，特別是暴露于低溫下的個體。與其他嚙齒類動物相比，黑線倉鼠體型較小，代謝率相對較高，用于維持體溫的能量需求較高，這可能是其不耐受食物短缺(例如限食、斷食條件) 的主要原因(Song and Wang, 2003; Zhaoet al., 2010；趙志軍，2012)。與本研究結果不同的是，在限食90%、80%和70%馴化3 周后黑線倉鼠降低了代謝水平，支持“代謝率轉換”假說(趙志軍，2012)。這些研究結果表明，動物應對食物短缺的能量學對策可能與食物缺乏的程度有關。

動物通常以能量攝入的適應性調節應對代謝產熱的能量支出，然而在食物短缺期間能量攝入不足(長期的慢性能量缺乏)或者完全缺乏(短期的急性食物短缺)情況下，不能滿足代謝產熱的能量需求，這是動物不耐受嚴重食物短缺的主要原因(Merkt and Taylor, 1994; Williamset al., 2002; 趙志軍等，2009a，2009b；趙志軍，2012)。本研究發現，重喂食期間，室溫條件下黑線倉鼠日攝食量短暫升高后回落至斷食前水平，低溫組和高溫組日攝食量分別顯著高于和低于對照組。攝入能、消化能和糞能也受環境溫度的影響，與RMR 和NST 的反應相似，表明黑線倉鼠獲取充足食物資源后通過能量攝入滿足不同溫度下代謝產熱的能量需求。

在食物短缺的條件下，許多動物也利用身體脂肪貯存以應對代謝產熱的能量需求(Speakman and Hambly, 2007; Speakman and Mitchell, 2011)。本研究也發現，斷食期間黑線倉鼠脂肪貯存顯著減少，且不同溫度組間動員脂肪的程度相似。不同環境溫度下斷食的時間不同，但脂肪重量卻相似，表明：(1) 不同溫度下脂肪動員的速度不同，環境溫度越低脂肪動員越迅速，原因在于低溫下代謝產熱速率更高，對能量需求也更大；(2)機體動員脂肪儲備具有相對固定的極限值，也就是機體脂肪含量的“下臨界點”，在食物短缺的條件下，機體動員脂肪亦不能低于此臨界點，才可以維持正常生命活動。當食物資源豐富時，機體恢復脂肪貯存，本文中黑線倉鼠總脂肪重量在重喂食后分別增加了79.3%(5.0℃)、114.9%(21.0℃)和249.0% (32.5℃)，暗示環境溫度對重喂食后的脂肪貯存具有顯著的影響，低溫顯著抑制了脂肪貯存。其主要原因可能與低溫下代謝產熱的能量需求較高有關，低溫下雖然增加能量攝入，但不足以滿足代謝產熱的能量需求，導致脂肪累積的程度較低(Jefimowet al., 2004; Nespolo and Fran‐co,2007)。這與冬季寒冷環境下黑線倉鼠顯著增加攝食量，但脂肪含量較低的研究結果相一致(Zhaoet al., 2010)。盡管高溫下攝入能處于較低水平，但其代謝產熱的水平也顯著降低，導致脂肪累積顯著增加。由此可見，與能量攝入相比，代謝產熱在經歷食物短缺后脂肪貯存的過程中發揮更重要的作用。

眾所周知，機體組織器官的代謝產熱活動受甲狀腺激素的調控，甲狀腺激素是促進代謝增強、產熱增加的最重要的內分泌激素之一(Silva,2006;Martínez-Sánchezet al.,2017)。與T4相比，T3的含量較低，但生物活性較高(Lanniet al., 2003)。本研究發現，斷食處理的黑線倉鼠血清甲狀腺激素水平主要受環境溫度的影響，而與重喂食組相比沒有顯著差異，與代謝產熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現“代謝率轉換”的內在機制。低溫環境下斷食和重喂食黑線倉鼠的代謝產熱增強，血清T3和T4水平也顯著增加，而高溫下恰好與之相反。甲狀腺激素能顯著提高糖代謝、蛋白代謝和脂肪代謝，特別是促進脂肪酸氧化，加速脂肪分解(Parket al.,1989;Freake and Oppen‐heimer, 1995; Lanniet al., 2003; Silva, 2006)。本研究中，低溫下斷食組脂肪動員的速率最快，可能與高水平的甲狀腺激素有關，同樣在重喂食后的脂肪累積過程中，高溫下較低的甲狀腺激素水平更利于脂肪貯存，而低溫下甲狀腺激素水平升高，可能在抑制脂肪儲存的過程中發揮關鍵作用。

總之，在食物短缺條件下，動物在不同環境溫度下表現出不同的體溫調節模式，可能與其代謝產熱的適應性調節策略有關。斷食組和重喂食組的代謝率受溫度的顯著影響，代謝率、RMR 和NST 等均在低溫下顯著增加，高溫下顯著降低。然而與重喂食組相比，斷食期間的代謝率沒有發生顯著變化，不符合“代謝率轉換”假說。斷食期間黑線倉鼠脂肪貯存顯著減少，環境溫度越低脂肪動員越迅速。重喂食后脂肪貯存顯著增加，但增加幅度受環境溫度的顯著影響，低溫抑制脂肪貯存。斷食處理的黑線倉鼠血清水平受溫度的影響，而與重喂食組之間無顯著差異，與代謝產熱的變化相一致，這可能是斷食條件下未出現“代謝率轉換”的內在機制。