竹中植物次生代谢产物对大熊猫觅食策略和繁殖的影响

During the co-evolution of plant and herbivores, plants could produce secondary metabolites (PSMs) to deter herbivores from foraging, mammalian herbivores have an array of strategies for coping with PSMs, including behavioral, physiological, and biochemical adaptations. The giant panda (Ailuropoda melanoleuca) is an endangered, obligate herbivore that diverged early within an otherwise carnivorous clade. Unique within the order Carnivora, pandas specialize (>99%) on various species of bamboo. Recent studies had found that PSMs in bamboos maybe the main factors that influence the foraging strategy and reproductive activity of giant pandas. In this project, we will conduct a study of behavior ecology of giant panda in the Qinling Mountains by tracking collared animals, observing their foraging and reproductive behaviors, collecting bamboo and feces samples for PSMs and reproductive hormone analysis. Correlation analysis should be do to understand the relationships among foraging strategy, reproductive behavior and PSMs in bamboos. The project not only puts fundamental insight into the optimal foraging theory and the regulation mechanism of population, but also can provides the based theory to improve the level of natural reproduction of captive giant pandas.

在植物-食草动物协同进化过程中，植物通过产生次生代谢产物（PSMs）抵御动物觅食或降低其种群数量，动物则可通过觅食策略的调整或生理机制的改变进行应对。大熊猫属于食肉目动物，其食物99%以上由竹子组成。竹中含有大量的PSMs,如单宁、生物碱和黄酮类化合物等。因而，PSMs可能是构成影响大熊猫觅食和繁殖的重要因素。在GPS项圈技术的支撑下，申请项目通过野外直接跟踪观察大熊猫的觅食和繁殖行为、室内HPLC-ELSD等技术分析竹中PSMs含量和粪样PSMs代谢产物含量以及放射免疫法检测粪样中生殖激素水平，比较研究雌雄大熊猫在不同繁殖阶段对食物的选择，探讨竹中主要PSMs与觅食和繁殖活动的关系。预期研究成果将会对竹中主要PSMs对大熊猫食物选择和繁殖策略的影响有一个全面的了解，并有利于深入认识野生大熊猫优化觅食对策的形成及种群调节机制，同时亦能为改善圈养大熊猫饲养管理、提高自然繁殖水平提供理论参考。

项目执行期间，我们以陕西佛坪国家级自然保护区三官庙为研究区域，4只佩戴GPS/VHF项圈的大熊猫和该地大熊猫主食竹—巴山木竹为研究对象，开展了竹中植物次生代谢产物对大熊猫觅食策略和繁殖的影响。同时，结合我国圈养大熊猫和野外放归工作的需要，将研究工作拓展到了成都大熊猫繁育研究基地和栗子坪国家级自然保护区。研究结果表明，陕西佛坪国家级自然保护区大熊猫主食竹巴山木竹中养分和PSMs的含量都有随分布海拔和季节变化而变化的趋势，竹叶中的粗纤维和总黄酮是影响大熊猫觅食策略的两个主要因素，在冬春季节，陕西佛坪大熊猫倾向于选择总黄酮含量高而粗纤维含量低的1年生竹叶。这可能是大熊猫优化的觅食策略之一，其内在机制与该时期竹叶提取物具有更强的抗氧化和抗微生物活性有关，主要是为了适应其周期性生理活动的需要。研究期间首次获得了大熊猫采食单一的竹类食物来源（竹叶/竹茎/竹笋）时其肠道微生物的组成和功能，表明大熊猫肠道微生物能够帮助宿主适应食物的变化。在大熊猫采食单一竹叶食物时，毒性因子丰度增加，有增加肠道疾病的风险，但该时期肠道微生物具有一定解毒机制来应对这种不利影响。. 此外，研究还发现，野外大熊猫在进行栖息地选择时，会优先利用一些生态因素，如植被类型、植被覆盖度、竹子的生物量、竹子中养分与植物次生代谢产物的含量、坡度和森林的修复时间等，并尽量避免受到人类活动影响的地区，如道路、牲畜、采矿和旅游等来选择原始森林或者修复得较好的次生林。上述研究成果丰富了大熊猫营养生态学知识，为大熊猫圈养单位制定适宜的主食竹投喂策略和野外放归大熊猫栖息地主食竹的选择提供了理论基础，并有利于大熊猫栖息地主食竹质量评价体系的建立。. 在项目资助下，尚探讨了外源性饲料添加剂对动物肠道健康和抗应激能力的影响，该研究成果将有利于更进一步理解大熊猫优化觅食策略的内在机制，并在很大程度上促进野生动物迁地保护成效。