6种游禽腹部绒羽节状羽小枝的扫描电镜观察

周用武　刘昌景　童祚民

摘要：【目的】找出不同游禽鳥类绒羽的微观结构差异，为游禽鸟类鉴定提供科学依据。【方法】以雁形目动物绿头鸭（Anas platyrhynchos）、小天鹅（Cygnus columbianus）和黑天鹅（C. atratus），??目动物小??（Podiceps grisegena），鸥形目动物黑尾鸥（Larus crassirostris）和鹈形目动物普通鸬鹚（Phalacrocorax carbo）为研究对象，利用扫描电镜观察其腹部绒羽羽小枝上节的形态，并测量分析绒羽羽小枝的节间距和节直径差异。【结果】6种游禽的腹部绒羽均由节状羽小枝构成，羽小枝的分布较松散，节形状存在明显差异，主要有4种较典型的形态，其中，绿头鸭和普通鸬鹚属同一种形态，小天鹅和黑尾鸥属同一种形态，小??和黑天鹅则各自为一种形态。6种游禽绒羽羽小枝的节间距和节直径也存在一定差异。其中，绿头鸭腹部绒羽羽小枝的节间距明显长于其他5种游禽，小天鹅腹部绒羽羽小枝的节间距最短；小??腹部绒羽羽小枝的节直径最粗，普通鸬鹚腹部绒羽羽小枝的节直径最细。【结论】不同生态类群鸟类的绒羽羽小枝结构存在差异，通过扫描电镜观察绒羽羽小枝上的节形态并结合其节间距和节直径差异分析，基本上可将绿头鸭、小天鹅、黑天鹅、小??、黑尾鸥和普通鸬鹚等6种游禽区分开来。

关键词： 游禽；绒羽；羽小枝；节间距；节直径

中图分类号： S865.34；Q959.7 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）06-1223-05

Abstract：【Objective】The differences in microstructures of down feather of different swimming bird species were researched in order to provide scientific evidence for the identification of swimming bird species.【Method】Six swimming bird species were gathered as research objects including Anas platyrhynchos， Cygnus columbianus， C. atratus，Podiceps grisegena， Larus crassirostris， and Phalacrocorax carbo. A. platyrhynchos， C. columbianus and C. atratus were from order of Anseriformes； P. grisegena was from order of Podicipediformes； L. crassirostris was from the order of Lariformes and P. carbo was from order of Pelecaniformes. Scanning electron microscope（SEM） was used to observe nodule morphology on barbules from belly down feather of the six species， and analyze the difference in distance between nodules and the nodular diameter. 【Result】The belly down feathers of the six swimming bird species were composed of nodular barbules. The distribution of barbules was loose. There were obvious differences in nodule shape and distance between nodules among different bird species. There were mainly four typical morphologies， A. platyrhynchos and P. carbo had the same kind of morphology. C. columbianus and L. crassirostris had another kind of morphology. P. grisegena and C. atratus had two different morphologies respectively. These six swimming bird species also had some differences in the distance between nodules and nodule diameter of barbules from down feather. The distance between nodules of barbules from belly down feather in A. platyrhynchos was longer than that of other five swimming bird species. The distance between nodules of barbules from belly down feather in C. columbianus was the shor-test. The nodular diameter of barbules from belly down feather in P. grisegena was the largest. And the barbules from belly down feather in P. carbo had the smallest nodular diameter. 【Conclusion】There are differences in the structure of barbules from down feather in different ecological groups of bird species. The nodule morphology of barbules from belly down feather can be observed by SEM. By combining the morphology with the difference in distance between nodules and nodular diameter， the six swimming bird species including A. platyrhynchos， C. columbianus， C. atratus，P. grisegena， L. crassirostris， and P. carbo can be basically distinguished.

Key words： swimming bird species； down feather； barbules； distance between nodules； nodular diameter

0 引言

【研究意义】羽毛是鸟类最重要的皮肤组成器官，根据羽毛的构造和功能，可将其分为正羽、绒羽和纤羽（夏晓飞等，2011；侯森林，2014）。其中绒羽位于正羽下方，呈棉花狀，构成隔热层。通过观察鸟类羽毛的微观结构，发现其羽小枝结构在鸟类物种分类识别上具有潜在的研究意义和较高的应用价值（胡诗佳等，2008；罗旭等，2010；周用武，2013；吴新然等，2014）。游禽的绒羽特别发达，可作保暖材料，且不少种类的绒羽具有较高经济价值，从而成为不法分子大肆捕猎的对象（侯森林和周用武，2011）。虽然在盗猎现场会残留一些脱落的羽毛，但由于其外形特征信息较少，很难通过形态进行种类鉴定。因此，若能根据羽毛微观结构特征确定被盗猎鸟类的种类，将会给案件侦查提供更多的科学依据。【前人研究进展】目前，利用扫描电镜观察鸟类羽毛结构的研究多集中于微观形貌观察、测量及比较分析，且一致认为不同物种间的绒羽显微结构特征基本恒定，均由节状羽小枝组成，具有膨大的节和较长的节间，同时证实在目、科和种等分类阶元节间距、节直径和节形态方面存在一定差异（Dove and Peurach，2002；黎红辉等，2005；罗旭等，2010；侯森林，2014）。绒羽是鸟类残骸或盗猎案件现场中最容易保留的部分，可提取现场残留的绒羽，通过微观研究以鉴别该鸟类的分类地位（胡诗佳等，2008；罗旭等，2010；夏晓飞等，2011）。但由于鸟类的种类繁多及取材样本的限制，国内外专家学者对鸟类绒羽的显微形态研究尚处于积累阶段，具体表现为：主要是以单个物种为研究对象（常崇艳等，2001；费荣梅和田秀华，2002；夏晓飞等，2010；侯森林，2011；周用武，2012），以多个类群作为研究对象的相对较少（黎红辉等，2005；罗旭等，2010；吴新然等，2014；蒋敬和周用武，2015）。【本研究切入点】目前国内关于游禽绒羽观察的研究较少，尤其是针对游禽绒羽扫描电镜观察的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以雁形目动物绿头鸭（Anas platyrhynchos）、小天鹅（Cygnus columbianus）和黑天鹅（C. atratus），??目动物小??（Podiceps grisegena），鸥形目动物黑尾鸥（Larus crassirostris）和鹈形目动物普通鸬鹚（Phalacrocorax carbo）为研究对象，通过扫描电镜观察样本鸟类腹部绒羽羽小枝的微观结构形态特征，找出上述游禽鸟类绒羽的微观结构差异，为游禽鸟类鉴定提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试羽毛取自南京森林警察学院动物标本室保存的鸟类成体标本和校园鸟类活体，鸟类及其标本鉴定参照《中国鸟类野外手册》（约翰·马敬能等，2000）。每个物种取3个个体，每个个体取5根羽毛。

1. 2 试验方法

将采集的样本绒羽浸入乙醚和95%乙醇混合液（1∶1）中脱脂1 h，取出放入无水乙醇中清洗1 h，然后取出自然干燥待用。利用导电胶将样本绒羽固定在样品台上并做好标记，按照日本日立公司S-3400NⅡ型扫描电镜的操作说明在低真空状态下观察绒羽的微观形貌，并测量记录相关数据，每根羽毛测量30组数据，数据单位为μm。

1. 3 统计分析

试验数据以Excel 2016进行统计处理，并采用SPSS 15.0进行单因素方差分析（One-way ANOVA）。

2 结果与分析

2. 1 6种游禽腹部绒羽羽小枝的微观形态特征

肉眼观察发现，绿头鸭和普通鸬鹚的腹部绒羽呈黄褐色，其中，羽轴基部羽枝呈浅黄褐色，羽轴中部羽枝呈黄褐色，羽轴梢部则呈深黄褐色；小??、黑尾鸥、小天鹅和黑天鹅的腹部绒羽呈白色，其中，羽轴基部羽枝呈浅白色，羽轴中部羽枝为白色，羽轴梢部则呈淡白色。即6种游禽腹部绒羽在宏观上无明显差异。

扫描电镜观察发现，6种游禽的绒羽均由节状羽小枝构成，羽小枝的分布较松散，不同鸟类的绒羽羽小枝在节形状和节间距中存在明显差异。绿头鸭腹部绒羽羽小枝细长，每个羽小枝拥有数个节，节膨胀不明显，部分节尖明显外露（图1）。黑尾鸥腹部绒羽羽小枝细长，每个羽小枝拥有数个节，节膨胀明显，节尖明显外露，呈对称喇叭状，有明显的棘突（图2）。小??腹部绒羽羽小枝较粗，每个羽小枝拥有数个节，节膨胀稍明显，节尖明显外露，呈不对称针状，棘突现象不明显（图3）。普通鸬鹚腹部绒羽羽小枝细长，每个羽小枝拥有数个节，节膨胀不明显，节间不外露，无明显棘突（图4）。小天鹅腹部绒羽羽小枝细长，每个羽小枝拥有数个节，节膨胀明显，节尖明显外露，呈对称喇叭状，有明显的棘突（图5）。黑天鹅腹部绒羽羽小枝细长，每个羽小枝拥有数个节，节末端膨大明显，节尖明显露出，呈对称喇叭状，有明显的棘突（图6）。

2. 2 6种游禽腹部绒羽羽小枝的可量性状分析结果

6种游禽在腹部绒羽羽小枝的节间距和节直径上均存在一定差异（表1）。其中，绿头鸭腹部绒羽羽小枝的节间距明显长于其他5种游禽，小天鹅腹部绒羽羽小枝的节间距最短；黑尾鸥腹部绒羽羽小枝的节间距变化较大，黑天鹅腹部绒羽羽小枝的节间距变化最小；小??腹部绒羽羽小枝的节直径最粗，普通鸬鹚腹部绒羽羽小枝的节直径最细。

对6种游禽腹部绒羽羽小枝的节间距和节直径进行种间差异分析，结果见表2和表3。在绒羽羽小枝节间距方面（表2），绿头鸭与黑尾鸥和小天鹅间的差异显著（P<0.05，下同），黑天鹅与黑尾鸥和小天鹅间的差异显著，而小??和普通鸬鹚与其他游禽间的差异均不显著（P>0.05，下同）。在绒羽羽小枝节直径方面（表3），绿头鸭与黑天鹅和小??间的差异显著，黑尾鸥与普通鸬鹚间的差异极显著（P<0.01）、与黑天鹅间的差异显著，普通鸬鹚与小??和黑天鹅间的差异显著，而小天鹅与其他游禽间的差异均不显著。

3 讨论

本研究针对不同游禽同一生态类群腹部绒羽羽小枝上节的形态进行细化差异观察，结果显示，6种游禽腹部绒羽羽小枝上节的形态与胡诗佳等（2008）、罗旭等（2010）的研究结果基本一致，但在归类上略有差异，主要有4种较典型的形态。绿头鸭和普通鸬鹚腹部绒羽羽小枝的节近端和节远端互相对称，节的长度明显大于其宽度，为光滑的长椭圆状；小天鹅和黑尾鸥腹部绒羽羽小枝的节近端较窄，远端宽，且节的长度与宽度大致相等，似等边三角形；小??腹部绒羽羽小枝的节近端较其远端略窄，且节的长度明显大于其宽度，似竹节状；黑天鹅腹部绒羽羽小枝的节近端有明显弧度，其远端平且直，节的宽度略大于其长度，似半月状。此外，综合已报道的猛禽和陆禽绒羽羽小枝研究数据（吴新然等，2014）发现，不同生态类群鸟类在绒羽羽小枝的节间距、节直径方面差异明显。该结论进一步佐证不同生态类群鸟类其绒羽羽小枝结构存在差异。

根据羽小枝上节的形态并结合节间距和节直径的差异，基本上可将本研究中的6种游禽腹部绒羽区分开来，但绿头鸭与普通鸬鹚、黑尾鸥与小天鹅的腹部绒羽羽小枝微观形态区分仍比较困难，还需进一步探索新的鉴别方法。目前，在鸟类绒羽的显微结构特征观察中，主要为描述性的特征性状（常崇艳等，2001；费荣梅和田秀华，2002；夏晓飞等，2010；侯森林，2011；周用武，2012），也有选用一些可测量的特征性状，如节状羽小枝的节直径和节间距等。但由于鸟类物种丰富，不同部位的羽毛存在明显差异，因此无论是可量性状还是可述特征，都需要进一步的数据积累和特征量化，以及更多的基础研究来扩大鸟类羽毛数据库，为实现通过羽毛微观形态对来源鸟类进行分类或鉴定提供依据。

4 结论

不同生态类群鸟类的绒羽羽小枝结构存在差异，通过扫描电镜观察绒羽羽小枝上的节形态并结合其节间距和节直径差异分析，基本上可将绿头鸭、小天鹅、黑天鹅、小??、黑尾鸥和普通鸬鹚等6种游禽区分开来。

参考文献：

常崇艳，张正旺，陈晓端. 2001. 褐马鸡羽毛超微结构探讨[J]. 电子显微学报，20（4）：495-496. [Chang C Y，Zhang Z W，Chen X D. 2001. Study on the ultrastructure of feathers of Crossoptilon mantchuricum[J]. Journal of Chinese Electron Microscopy Society，20（4）：495-496.]

费荣梅，田秀华. 2002. 大鸨羽毛微观结构研究[J]. 东北林业大学学报，30（1）：40-43. [Fei R M，Tian X H. 2002. Microstructure research of feathers of great bustard（Otis tarda）[J]. Journal of Northeast Forestry University，30（1）：40-43.]

侯森林，周用武. 2011. 野生动物识别与鉴定[M]. 北京：中国人民公安大学出版社. [Hou S L，Zhou Y W. 2011. Identification of Wild Animals[M]. Beijing：Chinese Peoples Public Security University Press.]

侯森林. 2011. 林雕羽毛扫描电镜观察[J]. 江苏农业科学，39（6）：493-494. [Hou S L. 2011. Observation on feather of Ictinaetus malayensis under scanning electronic microscope[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，39（6）：493-494.]

侯森林. 2014. 10种隼形目鸟类绒羽扫描电镜观察[J]. 湖北农业科学，53（8）：1851-1853. [Hou S L. 2014. Obser-ving downy feather of 10 Falconiformes species under scanning electronic microscop[J]. Hubei Agricultural Scien-ces，53（8）：1851-1853.]

胡诗佳，王利利，彭建军. 2008. 鸟羽显微鉴定技术及应用的研究及展望[J]. 四川动物，27（4）：699-702. [Hu S J，Wang L L，Peng J J. 2008. Progress in microscopical identification of bird feathers[J]. Sichuan Journal of Zoo-logy，27（4）：699-702.]

蒋敬，周用武. 2015. 红角鸮、斑头鸺鹠和黄腿渔鸮尾羽的观察与比较[J]. 南京师大学报（自然科学版），38（2）：112-115. [Jiang J，Zhou Y W. 2015. Observation and comparison about tail feather of Otus scopus，Glaucidium cuculoides and Ketupa flavipes by scanning electron microscope[J]. Journal of Nanjing Normal University（Natural Science Edition），38（2）：112-115.]

黎红辉，沈猷慧，賴勤. 2005. 20种鸟类绒羽羽小枝的显微结构研究[J]. 湖南师范大学自然科学学报，28（3）：68-71. [Li H H，Shen Y H，Lai Q. 2005. The study of microstructure of 20 barbules of the downy feather[J]. Journal of Natural Science of Hunan Normal University，28（3）：68-71.]

罗旭，冷建明，周用武. 2010. 鸟类绒羽显微结构在物种鉴定中的应用初探[J]. 常熟理工学院学报（自然科学版），24（8）：47-51. [Luo X，Leng J M，Zhou Y W. 2010. Preliminary study of species identification by the microstructure of bird feathers[J]. Journal of Changshu Institute Technology（Natural Sciences），24（8）：47-51.]

吴新然，周用武，陈粉粉，罗旭. 2014. 75种陆栖性鸟类羽毛扫描电镜观察[J]. 四川动物，33（1）：71-77. [Wu X R，Zhou Y W，Chen F F，Luo X. 2014. Microstructure of the feather of seventy-five terrestrial bird species[J]. Sichuan Journal of Zoology，33（1）：71-77.]

夏晓飞，王莹，曾朝辉，李湘涛. 2011. 鸟类羽毛鉴定技术和分类研究回顾及展望[J]. 四川动物，30（5）：831-833. [Xia X F，Wang Y，Zeng C H，Li X T. 2011. Review and prospects on identification and classification of bird feathers technology[J]. Sichuan Journal of Zoology，30（5）：831-833.]

夏晓飞，王莹，吴秀山，李湘涛. 2010. 朱鹮羽毛的扫描电镜观察[J]. 东北林业大学学报，38（12）：130-131. [Xia X F，Wang Y，Wu X S，Li X T. 2010. Scanning electron microscope observations of feather of Crested Ibis[J]. Journal of Northeast Forestry University，38（12）：130-131.]

约翰·马敬能，卡伦·菲利普斯，何芬奇. 2000. 中国鸟类野外手册[K]. 长沙：湖南教育出版社：97-103. [Mackinnon J，Phillips K，He F Q. 2000. A Field Guide to the Birds of China[K]. Changsha：Hunan Education Publishing House：97-103.]

周用武. 2013. 利用扫描电镜比较鉴别长耳鸮、褐林鸮和雕鸮的尾羽[J]. 江苏农业科学，41（4）：276-278. [Zhou Y W. 2013. Scanning electron microscope observations on tail feather of Asio otus， Strix leptogrammica and Bubo bubo[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，41（4）：276-278.]

周用武. 2012. 褐林鸮羽毛的扫描电镜观察[J]. 中国农学通报，28（2）：19-22. [Zhou Y W. 2012. Scanning electron microscope observations about feather of Strix leptogra-mmica[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，28（2）：19-22.]

Dove C J，Peurach S C. 2002. Microscopic analysis of feather and hair fragments associated with human mummified remains from Kagamil Island，Alaska[J]. Ethnographical Series，20：51-62.

（責任编辑 兰宗宝）