温度对南疆沙蜥和密点麻蜥消化酶活性的影响

张建萍， 王强， 李小鲁

(1.塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔843300；2.新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆阿拉尔843300)

外温动物的生理功能易受环境温度变化的影响。环境温度影响外温动物体内生化反应速率，进而影响动物的行为。已有文献报道绝大多数生化反应都具有显著的温度依赖性(Prechtetal.，1957；Prosser & Ayers，1985)。Bennett和Licht(1972)发现北美绿蜥蜴Anoliscarolinensis代谢过程的生理参数值随温度升高而增加，并且在不同温度范围内增加的倍数不相同。外温动物的生理机能受到环境温度的显著影响，是开展温度适应研究的适宜系统。在外温动物温度依赖性的研究中，蜥蜴类动物占据了重要的地位。沈剑敏(2005)研究了荒漠沙蜥Phrynocephalusprzewalskii和密点麻蜥Eremiasmultiocellata的脂质和脂肪酸组成对温度的依赖关系，发现不同温度下，2种蜥蜴在粗脂肪含量、脂类及脂肪酸组成方面存在明显的差异。张建红等(2005)研究了密点麻蜥肝脏、骨骼肌及大脑组织中琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)活性对温度的依赖关系。陈卓等(2004)研究了温度对荒漠沙蜥肝脏组织中SOD活性的影响。李仁德和刘迺发(1994)研究了温度对荒漠沙蜥腓肠肌ATP酶活性的影响。Iglesias等(2009)报道了澳大利亚蜥蜴Lophognathustemporalis消化酶活性受季节的影响，在雨季的活性较高。Naya等(2011)分析了树鬓蜥Liolaemusmoradoensis消化功能的季节变化受到内源或外源(即环境决定)控制的程度。食物消化能力直接影响外温动物的存活、生长和繁殖等适合度指标，而消化酶在食物的消化过程中起着非常重要的作用。因此，消化酶活性的温度依赖性对于外温动物适应热环境具有重要意义。

南疆沙蜥Phrynocephalusforsythii隶属于爬行纲Reptilia有鳞目Squamata鬣蜥科Agamidae沙蜥属Phrynocephalus。在中国大陆分布于新疆南疆地区，自喀什往东沿塔里木盆地的南、北，分布于阿克苏、洛甫、托克逊等地，常生活于荒漠、干旱的沙漠或戈壁滩边缘地区(张鹏，袁国映，2005)。对南疆沙蜥的胃容物进行分析，发现动物性食物占90%～100%，主要是膜翅目Hymenoptera和鞘翅目Coleoptera昆虫(戴昆，马鸣，1991)，也有以蚂蚁为主食，还有甲虫的蛹，但未见植物或种子(赵肯堂，1999)。密点麻蜥隶属于爬行纲有鳞目蜥蜴科Lacertian麻蜥属Eremias，生活于荒漠和荒漠草原，常与各种麻蜥、沙虎、沙蜥等同域栖息(旭日干，2001)。对密点麻蜥的胃容物进行分析，发现其全年以动物性食物为主，捕食蚂蚁、金龟子、蝗虫、甲虫、象鼻甲科Curculionoidea、蜘蛛和昆虫的幼虫，其中尤以金龟子科Scarabaeidae、象鼻甲科、蚁科Formicidae种类比例最高(季达明，1987)。南疆沙蜥和密点麻蜥是典型的外温动物，其行为和生理活动容易受到环境因素的调节，尤其是温度的影响。

本研究以新疆塔里木盆地的南疆沙蜥和密点麻蜥为研究对象，通过测定不同驯化温度下2种蜥蜴的肝脏、胃及十二指肠的消化酶——淀粉酶、脂肪酶及胰蛋白酶的活性，研究消化酶活性对环境温度的依赖关系，从而揭示2种蜥蜴消化酶活性对温度的适应特征。

1 材料和方法

1.1 实验动物

南疆沙蜥、密点麻蜥各50只于2018年4月捕获于新疆维吾尔自治区南部阿克苏地区沙雅县境内。南疆沙蜥平均体质量7.13 g±0.91 g，平均体长57.1 mm±5.9 mm。密点麻蜥平均体质量7.91 g±0.83 g，平均体长66.5 mm±7.9 mm。

1.2 实验方法

1.2.1实验分组将南疆沙蜥和密点麻蜥各自随机分为5 组，每组10只，分别在4 ℃、25 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃恒温环境中驯化10 d。采用测定蜥蜴肛温(用半导体点式温度计测定肛温，将其插入肛门内1 cm处，读数时间不超过35 s)的方法确保实验动物达到设置的温度(赵伟民等，2010)。驯化期间饲喂黄粉虫(李仁德等，1996)。

1.2.2组织处理采用乙醚麻醉南疆沙蜥和密点麻蜥，快速解剖出肝脏、胃及十二指肠，剔除所取器官上的结缔组织和脂肪组织。取0.3 g样品放入匀浆器(IKA@T18，上海乔枫实业有限公司)，按照1∶4的质量体积比，加1.2 mL生理盐水，将匀浆器置于冰浴上匀浆2 min，4 ℃、2 500 r·min-1离心10 min，取上清液用紫外分光光度计(TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司)和723型可见分光光度计(Bruker，德国)测定消化酶活性。

1.2.3样品蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法测定。

1.2.4淀粉酶活力测定采用碘-淀粉比色法。淀粉酶活力定义为：组织中每毫克蛋白在一定温度下与底物作用30 min，水解10 mg淀粉定义为一个淀粉酶活力单位(U)。

1.2.5脂肪酶活力测定采用比浊法。脂肪酶活力定义为：每克组织蛋白在反应体系中与底物反应1 min，每消耗1 μmol底物为一个酶活力单位(U)。

1.2.6胰蛋白酶活力测定采用紫外线吸收法。蛋白酶活力定义为：每毫克蛋白中含有的胰蛋白酶每分钟使吸光度变化0.003为一个酶活力单位(U)。

1.3 统计学分析

应用Graphpad Prism分析南疆沙蜥和密点麻蜥消化器官的3种酶活性，t-test分析南疆沙蜥或密点麻蜥在不同温度条件下酶活性的差异，数据以平均数±标准差(Mean±SD)表示。Two-Way ANOVA分析南疆沙蜥和密点麻蜥在相同温度下酶活性的差异。

2 结果与分析

2.1 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥不同消化器官淀粉酶活性的影响

南疆沙蜥和密点麻蜥肝脏、胃及十二指肠淀粉酶的活性随温度的变化而变化(图1)。驯化温度由4 ℃上升至35 ℃时，2种蜥蜴淀粉酶的活性随温度上升而增加。而南疆沙蜥在40 ℃以上，密点麻蜥在35 ℃以上，其淀粉酶的活性随温度的升高而显著降低(P<0.01)。当驯化温度为40 ℃时，南疆沙蜥肝脏和胃淀粉酶的活性最大；当驯化温度为 35 ℃时，密点麻蜥肝脏、胃及十二指肠淀粉酶的活性最大。

2.2 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥不同消化器官脂肪酶活性的影响

南疆沙蜥和密点麻蜥肝脏、胃及十二指肠脂肪酶的活性随温度的变化而变化(图2)。驯化温度由4 ℃上升至35 ℃时，2种蜥蜴脂肪酶的活性随温度上升而增加。而南疆沙蜥在40 ℃以上，密点麻蜥在35 ℃以上，其脂肪酶的活性随温度的升高而显著降低(P<0.01)。当驯化温度为40 ℃时，南疆沙蜥肝脏、胃及十二指肠脂肪酶的活性最大；当驯化温度为35 ℃时，密点麻蜥肝脏、胃及十二指肠脂肪酶的活性最大。

图1 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥不同消化器官淀粉酶活性的影响Fig. 1 Effect of temperature on amylase activity in different digestive organs of Phrynocephalus forsythii and Eremias multiocellata

图2 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥不同消化器官脂肪酶活性的影响Fig. 2 Effect of temperature on lipase activity in different digestive organs of Phrynocephalus forsythii and Eremias multiocellata

2.3 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥十二指肠胰蛋白酶活性的影响

南疆沙蜥和密点麻蜥十二指肠胰蛋白酶的活性随温度的变化而变化(图3)。驯化温度由4 ℃上升至35 ℃时，胰蛋白酶的活性随之增加。南疆沙蜥在40 ℃以上，密点麻蜥在35 ℃以上，其胰蛋白酶的活性随温度的升高而显著降低(P<0.001)。当驯化温度为40 ℃时，南疆沙蜥十二指肠胰蛋白酶的活性最大；当驯化温度为35 ℃时，密点麻蜥十二指肠胰蛋白酶的活性最大。

图3 温度对南疆沙蜥和密点麻蜥十二指肠胰蛋白酶活性的影响Fig.3 Effect of temperature on trypsin activity in the duodenum of Phrynocephalus forsythii and Eremias multiocellata

3 讨论

消化酶是参与消化的酶的总称，主要作用是将食物消化和分解为小分子物质以便被机体所吸收，为机体提供生长和发育所需的各种营养物质，缺少消化酶或者活性降低会导致食物的分解不完全，引起消化不良。消化酶活性不仅是动物摄食、营养条件、生理状况的反映，同时影响动物的生长、发育以及繁殖。消化酶在动物消化和吸收食物的过程中发挥关键作用，其中的淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶等活性受温度、pH等因素的影响(潘鲁青等，2006；Luoetal.，2008；姜鹤等，2016)。同其他酶一样，消化酶活性受许多因素的影响，而温度是影响其活性的重要因素之一。

本研究结果显示，南疆沙蜥和密点麻蜥消化酶对温度有很大的依赖性，这与其在不同温度下的行为、摄食、新陈代谢等密切相关。钱亚群和牛翠娟(2006)报道荒漠蜥蜴生活的环境温度，夏季高达40 ℃以上，冬季低至-20 ℃以下，并且昼夜温差很大。本研究中来自同一栖息地的南疆沙蜥和密点麻蜥，其选择的环境温度相差2～3 ℃。南疆沙蜥多栖息在干燥沙砾地带，环境温度为25～40 ℃，密点麻蜥的洞穴多在荒漠草丛下，环境温度为27～37 ℃。蜥蜴在适应环境温度的过程中，生理机能会发生适应性的变化，也反映在酶的适应上。在本实验中，4 ℃时蜥蜴处于冬眠状态，蜷缩不动，不进食，此时消化酶的活性最低。4～25 ℃是蜥蜴解除冬眠的温度范围，蜥蜴的活动量少，进食量较少，而作为消化和分解食物的消化酶的活性也相应较低。30 ℃以上是蜥蜴活动频繁的温度范围，蜥蜴进食量增加，且在这一范围内，其对温度较敏感，消化酶活性随温度升高而增加(李仁德，宋志明，1990)。这与温度对蜥蜴腓肠肌ATP酶活性的影响(李仁德，刘迺发，1994)和温度对荒漠沙蜥肝脏组织中SOD活性的影响(陈卓等，2004)一致。刘迺发和李仁德(1999)报道荒漠沙蜥和密点麻蜥选择的最适环境温度分别为38～40 ℃和35～37 ℃，在此温度条件下测得的体温与其消化酶活性的最适温度基本接近。在最适环境温度以上，蜥蜴躲到阴凉处逃避高温，其活动量和进食量显著减少，在最适温度以上测定的消化酶活性随温度升高而急剧下降。温度继续升高会引起蜥蜴的死亡，荒漠沙蜥的致死高温为48 ℃，密点麻蜥的致死高温为46 ℃(李仁德，刘迺发，1992)，高温条件下酶会发生不可逆的变性。

本实验结果还显示了荒漠沙蜥和密点麻蜥消化酶的最适温度明显不同，即使在相同温度下消化酶活性之间的差异也有统计学意义。刘迺发和李仁德(1999)报道了与密点麻蜥相比，荒漠沙蜥的偏好温度要高2～3 ℃。本实验结果显示，南疆沙蜥消化酶活性最大时的驯化温度也高于密点麻蜥的，即蜥蜴的偏好温度高者，酶的最适温度也较高，二者可能有很好的相关性。在长期的适应进化过程中，荒漠沙蜥选择比较开阔的沙地，这些地带植物覆盖度低，地面受阳光的辐照强度大，温度较高。而密点麻蜥选择植物较多的地带，地面受阳光的辐照强度较弱，温度较低。长期选择环境温度的差异决定了体内酶对不同温度的耐受性，使荒漠沙蜥较密点麻蜥更能耐受高温。

南疆沙蜥和密点麻蜥消化酶活性在4～45 ℃随着温度升高呈现先上升、后下降的趋势。40 ℃驯化的南疆沙蜥、35 ℃驯化的密点麻蜥肝脏、胃及十二指肠淀粉酶、脂肪酶及胰蛋白酶的活性最高。2种蜥蜴的消化酶活性与温度具有关联性，酶活性最大时的驯化温度明显不相同，这与其选择体温相关。