食物营养组分对黑叶猴食物选择策略影响的研究

梁卜之， 陆施毅， 彭爱惠， 曾桂传， 黄中豪*，李友邦*

(1.珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室(广西师范大学)，广西 桂林 541006；2.广西珍稀濒危动物生态学重点实验室(广西师范大学)，广西 桂林 541006;3.广西师范大学 生命科学学院，广西 桂林 541006)

动物需要摄入不同营养组分以维持正常的生理功能，营养元素缺乏或不足对动物健康有影响，例如：Mn和Zn对动物繁殖功能具有重要作用，缺Mn会导致动物繁殖能力下降，缺Zn会导致动物生长发育迟缓、生殖衰竭、免疫缺陷和认知功能受损[1-2]；Ca对于动物的骨骼发育极为重要，缺钙导致骨质疏松症[3]；Mg对动物神经系统很重要，能调节肌肉和中枢神经活动，且可以激活体内多种酶，参与动物体内大多数新陈代谢活动[4]; 蛋白质是动物生长发育必须的营养成分[5]。

非人灵长类对食物的选择主要由其食物种类及其营养组分决定[6]。目前普遍认为灵长类偏好高蛋白[7-8]或低纤维[5,9-11]食物，食物中矿物质含量也与灵长类的食物选择相关，包括正相关和负相关。例如黑猩猩Pantroglodytes经常性地食用腐木补充Na元素[12]。红尾长尾猴Cercopithecusascanius偏好Cu含量高的食物[13]，黄尾绒毛猴Lagothrixflavicauda选择取食低K低Ca的土壤补充微量元素[14]。灵长类一些稀有行为，例如黑叶猴[15]与白头叶猴Trachypithecusleucocephalus[16]舔舐岩壁及黑猩猩食用黏土等行为也被认为与补充矿物质有关[17]。因此，了解动物的营养需求对探究其生理、行为、生态与进化等有着重要作用[18]。

黑叶猴是石山特有珍稀灵长类，分布在越南北部以及我国广西、贵州和重庆溶洞较多的石山地区[19]。黑叶猴取食植物的种类与部位有季节性变化，它们以树叶尤其是嫩叶作为主要食物，取食比例达55.8%[20]，当雨季果实充沛时则大量取食果实，其取食比例可达66.7%[21]。黑叶猴营养生态学研究中，往往以单一的营养组分分析其觅食策略，例如水分[22-23]、纤维素[24]、粗蛋白[25]与单宁[26]，或者是测定黑叶猴食物中不同营养组分含量，但只是将各营养组分进行单独分析[27]，并没有考虑营养组分的共同作用。而在其他物种中发现多种营养组分存在共同作用，即动物的觅食策略由多种营养组分共同决定[5-6,18]。黄晓红等[28]认为需要考虑各种营养组分才能全面了解黑叶猴的觅食策略。石山环境下的植物富含Ca、K、Mg[29]，黑叶猴为适应石山地区的高钙环境，进化出Ca2+通道蛋白，有效减少Ca2+内流[30]。基于灵长类饮食的复杂性及黑叶猴生活的石山地区特点，本研究关注如下几个问题：1)黑叶猴的食性选择是否回避富含Ca、K、Mg及其他矿物质的食物？2)黑叶猴采取何种觅食策略应对石山地表缺水的环境？3)石山环境下的黑叶猴，其食物选择是否与其他灵长类一样，受蛋白-纤维比值的影响？

1 材料与方法

1.1 研究地点与对象

研究地点位于广西的西大明山自治区级保护区(107°14′55″～107°50′15″E,22°37′10″～23°7′44″ N)，属典型喀斯特地貌[31]，全年平均温度25 ℃，最高温度39.5 ℃，最低温度-0.5 ℃[32]。雨季(5月至9月)和旱季(10月至次年4月)明显，春(3月至5月)、夏(6月至8月)、秋(9月至11月)、冬(12月至次年2月)四季分明[33]。

2016年9月至2017年8月，先后选取2群黑叶猴群作为观察对象，分别命名为A群和B群。A群组成如下：成年雄性1只，成年雌性4只和未成年个体6只。后因该群被全雄群攻击而进入深山，无法观察，于是将研究对象改为B猴群。B群的个体组成为成年雄性1只，成年雌性6只和未成年个体1只。

1.2 数据收集和样本分析

采用瞬时扫描取样法(instantaneous scan sampling)收集黑叶猴的觅食行为数据[34]，以15 min为一个扫描单元，每次扫描持续5 min，取样间隔10 min，以保证样本间的相对独立性。扫描时从猴群的最左侧开始，依次观察所见个体在取样时的活动类型。当取样个体觅食时，记录其取食植物的种类和部位。食物部位划分为嫩叶、成熟叶、果实、花与茎[35]。

每个月到采样点对黑叶猴取食的植物进行采样。当猴群离开后，每种植物采集总质量大于等于50 g样本；如果植物在悬崖上无法采集，到其他地方采集同种几株植物样本混合，以减少误差[36]。样本装在规格相同的封口袋中，用电子天秤(PE-HD型)测湿质量m1，再将样本带回实验室，恒温60 ℃干燥至恒质量m2，封口袋质量记为m3。干燥处理之后，粉碎过0.5 mm筛，保存备用。

粗蛋白含量采用凯氏定氮仪(KDY-9830)测定。中性洗涤纤维(NDF)与酸性洗涤纤维(ADF)的含量测定采用酸碱洗涤法。使用恒温消解仪(DTD-40)消解食物样本，通过原子吸收分光光度计(PinAAcle 900H，产地美国)测定矿物质含量[37]。

1.3 数据处理

根据黑叶猴取食某一食物种类的取食比例，将食物分为主要食物(staple food)(大于等于1%)与次要食物(minor food)(小于1%)[32]。

不同食物种类或部位的取食比例计算公式[38]：Pk=Ck/F。式中：Pk为不同食物种类或部位所占的比例；k为采食的植物种类或采食的部位；Ck为采食植物类别k的总和；F为采食样本的总和。

将嫩叶、成熟叶、果实各部位的独立样本(n=161)全部投入广义线性模型。以黑叶猴不同食物种类的取食比例作为响应变量(因变量)，水分、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、灰分、Zn、Ca、K、Mg、Cu、Fe、Mn这12种营养组分作为预测变量(自变量)，使用广义线性回归(GLM)与模型平均(Model averaging)进行分析，根据AIC值(akaike information criterion)筛选模型，ΔAIC ≤ 2的模型认为是最佳模型[7,39]，其中，最优模型Model 1为AIC=45.82, ΔAIC=0,df=5,W=0.140。通过求和各最佳模型的Wi值，获得每个预测变量的相对重要值(Wip)[7]。为使回归的结果更加准确，我们对数值型数据进行log10(x+1)转化，对百分比数据进行反正弦平方根转化。显著性水平设为0.05。所有数据处理与分析均在Microsoft Excel for Windows、SPSS 21.0和R 4.0.0统计软件上完成。

2 研究结果

2.1 黑叶猴食物种类和取食比例

采集到黑叶猴食物种类共计23种(包括9种主要食物和14种次要食物)，取食比例为0.02%～6.81%，详见表1。在主要食物中，海南翼核果Ventilagoinaequilateralis的取食比例最高，为6.81%，取食部位为嫩叶。在次要食物中，野葛Puerariamontana的取食比例最高，为0.51%，取食部位为嫩叶。

表1 西大明山黑叶猴食物样本种类组成

2.2 食物中矿物质元素含量变化及对食物选择的影响

嫩叶部位主要食物中Mn、Mg和K的含量显著高于次要食物(K:U=1 143.0,n=122,P=0.023；Mg:U=1 066.0,n=122,P<0.001; Mn:U=1 139.0,n=122,P=0.022)，其他矿物质在主要食物与次要食物间无显著差异(Zn:U=1 486.0,n=122,P=0.728; Cu:U=1 353.0,n=122,P=0.274; Fe:U=1 428.5,n=122,P=0.502; Ca:U=1 315.0,n=122,P=0.191)。详见表2。

在成熟叶主要食物中Mn和Mg的含量显著地高于次要食物(Mn:U=32.0,n=24,P=0.026；Mg:U=27.0,n=24,P=0.012)，其他矿物质在主要食物与次要食物间无显著差异(Zn:U=65.0,n=24,P=0.770; Cu:U=39.0,n=24,P=0.069; Fe:U=56.0,n=24,P=0.412; K:U=53.0,n=24,P=0.320; Ca:U=56.0,n=24,P=0.412)。详见表2。

果实部位，主要食物与次要食物间矿物质含量无显著差异(Zn:U=17.0,n=15,P=0.885; Cu:U=6.5,n=15,P=0.097; Mn:U=11.0,n=15,P=0.312; Fe:U=10.0,n=15,P=0.248; Mg:U=7.0,n=15,P=0.112; K:U=17.0,n=15,P=0.885; Ca:U=15.0,n=15,P=0.665)。详见表2。

广义线性回归结果见表3。由表可见，食物各种矿物质中，只有Mg(β=0.238,P=0.002,Wip=0.410)是决定黑叶猴取食比例的显著因素。根据回归结果得到14个最佳模型(ΔAIC ≤ 2),进一步作模型选择后，有6种矿物质进入最佳模型，分别为Ca、Cu、Fe、K、Mg和Zn(表 4)。矿物质中，只有Mg(β=0.250,P<0.001,Wip=1.000)进入最优模型Model 1(表4)，可见Mg元素显著影响黑叶猴取食比例，Mg元素可能是影响黑叶猴食物选择的因素之一。

2.3 食物中水分变化及对食物选择的影响

在嫩叶中主要食物中的水分含量显著高于次要食物(U=1 046.0,n=122,P=0.005)。

成熟叶和果实中，水分含量在主要食物和次要食物中都无显著差异(成熟叶:U=63.0,n=24,P=0.682; 果实:U=7.0,n=15,P=0.112, 表 2)。

广义线性回归结果表明，食物中水分(β=0.351,P=0.029,Wip= 0.136)是决定黑叶猴取食比例的显著因素(表3)。根据回归结果得到14个最佳模型(ΔAIC≤2)，进行模型选择后，水分(β=0.281,P=0.046,Wip=0.940)进入最优模型Model 1(表5)。水分可能是影响黑叶猴食物选择的因素之一。

2.4 食物中营养成分变化及对食物选择的影响

嫩叶部位，中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的含量在主要食物与次要食物中存在显著差异，详见表2。其中，主要食物中NDF含量低于次要食物，但ADF含量高于次要食物(NDF:U=1 064.0,n=122,P=0.007; ADF:U=1 182.0,n=122,P=0.040)。嫩叶中其他营养成分在主要食物与次要食物间差异不显著(粗蛋白:U=1 277.0,n=122,P=0.128; 灰分:U=1 435.0,n=122,P=0.525)。

成熟叶部位，各营养成分在主要食物与次要食物间差异不显著(粗蛋白:U=69.0,n=24,P=0.953; NDF:U=55.0,n=24,P=0.380; ADF:U=69.0,n=24,P=0.953; 灰分:U=58.0,n=24,P=0.482)。

果实部位，各营养成分在主要食物与次要食物间差异不显著(粗蛋白:U=9.0,n=15,P=0.194; NDF:U=15.0,n=15,P=0.665; ADF:U=10.0,n=15,P=0.248; 灰分:U=11.0,n=15,P=0.311)。

广义线性回归结果表明，食物中的营养成分，只有NDF(β=-0.196,P=0.012,Wip=0.217)是决定黑叶猴取食比例的显著因素(表3)。根据回归结果得到14个最佳模型(ΔAIC≤2)，进行模型选择后，除灰分外其他营养成分全部进入最佳模型(表4)，只有NDF(β=-0.193,P=0.010,Wip=1.000)进入最优模型Model 1(表5)。营养成分中只有NDF显著影响黑叶猴取食比例，NDF可能是影响黑叶猴食物选择的因素之一。

表 2 主要与次要食物不同取食部位营养成分含量

表3 营养因子对黑叶猴觅食比例影响的广义线性回归结果

表4 排名前14的回归模型(ΔAIC≤2)

表5 营养因子对黑叶猴觅食比例影响的模型平均结果

3 讨论与结论

3.1 矿物质元素对黑叶猴取食的影响

摄入足量矿物质对于灵长类是相当必要的。通常，灵长类会选择性地利用不同食物以达到矿物质平衡[3]，甚至为了获得自身所需矿物质而产生特定的行为[12]，例如Zhou等[15]发现黑叶猴有舔舐岩壁的行为，而白头叶猴也有类似行为[16]，这可能是为了增加矿物质的摄入。一些元素，例如Mg对动物神经系统很重要，能调节肌肉和中枢神经活动，且可以激活体内多种酶，参与动物体内大多数新陈代谢活动[4]。在本研究中，黑叶猴取食嫩叶和成熟叶部位时，选择的主要食物Mg含量相较于次要食物更高；同时，回归结果表明Mg是对黑叶猴取食比例影响最大的因素。这个研究结果与弄岗黑叶猴的研究结果[37]一致，也与一些灵长类，例如黑掌蜘蛛猴Atelesgeoffroyi[2]和西非低地大猩猩Gorillag.gorilla[4]倾向选择富含Mg食物的研究结果一致。值得一提的是，本研究发现即便NDF含量低而ADF含量高的食物依然被黑叶猴选择作为主要食物，可见西大明山区域的黑叶猴在食物选择时会优先保证Mg的摄入。

其他矿物质元素也会影响一些灵长类的食物选择，例如Zn[1]、Cu[13]、Mn[2]、Fe[17]、Na[12]、K[40]与Ca[14]这些矿物质。尽管在一些部位中，黑叶猴主要食物中Cu、Mn和K的含量高于次要食物，但本次研究并未发现西大明山黑叶猴对这些矿物质存在偏好(表4)。石山生境下的植物大多富含Ca，在长期进化下黑叶猴体内有Ca2+通道蛋白，对高血钙产生抗性[30]，这可能是食物中Ca含量对黑叶猴食物选择没有影响的原因之一。另外，可能与矿物质之间会产生作用有关，因为一种矿物质的过量摄入或不足往往会影响另一种矿物质的吸收，故灵长类会以一定的矿物质比例去选择食物[3]。

3.2 水分含量对黑叶猴取食的影响

黑叶猴取食嫩叶部位时，其主要食物相较于次要食物有着更高的含水量。而黑叶猴取食水分含量小于嫩叶的成熟叶部位时，其中主要食物往往Mg含量高于次要食物，但水分含量并无差异。可见黑叶猴在食物选择时会优先保证Mg的摄入。虽然水分的贡献值相较Mg更低，但水分含量依然是影响黑叶猴觅食偏好的重要因素之一，这与弄岗保护区黑叶猴的研究结果[23]一致。一般来说，野生动物补充水分主要有2种方法——直接饮用地表水和从食物中获得水分。黑叶猴栖息的喀斯特环境中，地表水缺乏[31]，故黑叶猴可能选择取食水分含量高的食物补充水分，以应对缺乏地表径流的石山环境。这种适应策略也被其他石山灵长类采用，例如白头叶猴[41]、弄岗黑叶猴[37]和熊猴Macacaassamensis[7]，非石山地区灵长类也有依靠食物补充水分的报道[42]。值得注意的是，本次研究结果与以往研究结果[22]不同。这种不同，可能是黑叶猴行为在年份间变化的结果，也可能是以往研究未考虑多种因素相互作用的结果，比如过往研究没考虑到Mg元素对黑叶猴取食的影响，西大明山黑叶猴应当是满足Mg的摄入之后追求高含水量的食物。

3.3 纤维素含量对黑叶猴取食的影响

纤维素对大部分动物来说都是难以吸收且能量较低，富含纤维素的食物一般被认为是低质量食物[11,24]。Milton[8]提出蛋白质-纤维模型，认为食物中纤维素的含量影响灵长类食物选择，且灵长类喜食蛋白-纤维比高的食物。石山灵长类往往会选择蛋白-纤维比高的食物，例如德氏叶猴Trachypithecusdelacouri[43]与印支银叶猴T.germaini[9]。非石山地区的叶食性灵长类也一样，例如滇金丝猴Rhinopithecusbieti[32]、怒江金丝猴R.strykeri[10]及食物充裕时的川金丝猴R.roxellana也偏好低纤维食物[11]。叶猴能通过瘤胃消化食物中的纤维素，为黑叶猴提供活动所需的能量[44]，其近亲白头叶猴正是大量取食树叶以保证获得充足的食物[45]。本次研究的结果表明，虽然NDF与黑叶猴取食比例存在负相关，但在成熟叶与果实部位中，主要食物NDF含量高于次要食物，表明它们可能仍偏向于纤维含量较高的食物；此外，黑叶猴会选择NDF含量低ADF含量高的植物作为主要食物，这类食物往往含有较高的Mg元素。本文研究结果显示，西大明山黑叶猴很可能是为了保证Mg的摄入而放弃一部分能量的摄入，选择取食低纤维素食物的觅食策略。

3.4 蛋白质含量与黑叶猴的食物选择

蛋白质对动物生长、发育与繁殖极其重要，植食性灵长类通过取食植物摄入蛋白质的量处于比较低的水平[5]。灵长类对蛋白质的摄入有3种策略：第一，选择蛋白质含量高的食物以丰富自身蛋白质的摄入，例如熊猴[7,46]。第二，在一天中恒定摄入蛋白质，例如冕狐猴Propithecusdiadema[47]。第三，食物蛋白含量对灵长类的食物选择没有影响[9,48]。在本研究中，黑叶猴各部位主要食物与次要食物中蛋白质含量并无差异，且回归分析结果也表明蛋白质不是影响黑叶猴取食比例的因素。显然，本研究中食物的蛋白质含量对黑叶猴食物选择没有影响，这与此前同地区黑叶猴的研究结果[25]相一致。可能原因有：首先，有研究指出，由于灵长类生长缓慢，它们不需要高蛋白食物[49]。其次，可能是特殊的生理机制，使得黑叶猴选择食物时不受蛋白质含量的影响。疣猴能高效利用血液中的氮[50]且肠道菌群可能可以合成必须氨基酸[51]。最后，李友邦等[25]认为，黑叶猴片段化的喀斯特栖息地存在显著的边缘效应，边缘地带植物叶子比栖息地内部同种植物的叶子含有更高更易获得的营养。破碎化生境下的黑叶猴有稳定的高蛋白食物来源，能够保证它们对蛋白质的需求。

3.5 结论

本研究综合考虑多种营养元素对黑叶猴食物选择的影响，证实多种营养组分(Mg、水分)共同决定了西大明山保护区黑叶猴的觅食策略。