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摘要： 人们对不同海拔地区的动物进行解剖学比较并利用基因组学等现代生物技术进行系统分析，得到了低氧适应解剖学依据并挖掘出100多种与低氧适应相关的重要候选基因，初步揭示了一些高原动物低氧适应的遗传基础和分子机制。牦牛是生活在青藏高原上的特有物种，是研究高原适应极好的模式动物，具有重要的研究价值。本文从牦牛的组织解剖、生理生化、低氧适应基因等方面综合分析了牦牛对低氧环境适应的研究进展，为揭示牦牛低氧适应的分子机制和牦牛遗传育种研究提供理论依据和参考资料。
关键词： 牦牛；低氧适应；分子机制；低氧适应基因；研究进展
中图分类号： S823.8+52 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0013-05
氧气是大多数生物生存的基础物质，生物有机体的能量供应与代谢都与氧气密不可分，海拔3 000 m以上的高原地区空气中氧气的含量是海平面的73%，海拔5 000 m地区氧气含量仅是海平面的一半。当环境中氧气浓度出现变化时，生物有机体会通过一系列调控来适应环境变化，平原地区生活的人或动物在高原生活一段时间，会对高原环境产生适应性，称为“获得性习服”，高原世居的人或动物在生理、生化和机体结构上表现出稳定的遗传特征，对高原环境有较好的适应，称为“遗传性适应”[1-2]。生物机体对高原环境适应能力不足时，会对动物的生长、发育和繁殖等生理过程造成有害影响。经过数亿年的自然选择与进化，高原哺乳动物以特有的方式在高原低氧环境中生长繁衍[3]。常见的高原哺乳动物有牦牛、藏羚羊等，研究这些高原动物的低氧适应机制对畜牧业和农业生产都有重要的意义，同时低氧是癌症等重大疾病产生和发展的重要原因，进行低氧适应原理研究，可为相关疾病的治疗提供重要思路。
牦牛生活在海拔3 000 m以上的青藏高原及其周边地区，是高原动物的代表物种之一，经过长期的自然选择与人工选择，牦牛在解剖结构、生理生化指标和基因功能等方面都已获得稳定、独特的高原低氧适应特征与机制，为当地牧民提供了不可或缺的生产、生活资料[4]。国内外对牦牛低氧适应性的研究已开展了多年，从组织器官水平到细胞分子水平的研究取得了一定的成就，本文从牦牛的组织解剖、生理生化指标、与低氧适应相关的基因等方面综合分析了牦牛对低氧环境适应的研究进展，为揭示牦牛低氧适应的机制和牦牛遗传育种研究提供一些理论依据和参考资料。
1 组织解剖结构与生理生化指标
高原动物长期生活在高原低氧环境中，组织器官形态结构、生理生化指标都有相应的适应性变化。在器官水平上，高原动物具有完善的氧气输送系统和强大的心肺摄氧、储氧能力。在细胞水平上，高原动物相较于移居高原的同一物种在有氧代谢反应中所完成同一做功时耗氧量较少。研究结果表明高原世居动物很大程度上依靠组织适应性。
1.1 肺组织解剖学
肺行使氧和二氧化碳交换功能，还参与机体多种物质的合成与代谢，是呼吸系统中重要的功能器官。牦牛的肺质量约占体质量的1.1%～1.7%，肺脏有6个肺叶，左侧2个——尖叶、膈叶，右侧4个——尖叶、中叶、膈叶和副叶，肺表面有浆膜组成的胸膜脏层覆盖，血管与淋巴管等间质结缔组织深入肺内，将实质分为许多完整的肺小叶。肺脏由导气部和呼吸部2个部分组成，肺导气部包括叶支小管、小支气管、细支气管和终末细支气管，肺呼吸部则由呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡组成。牦牛肺部气管粗大，呼吸性细支气管结构明显，管壁由假复层柱状上皮和单层立方上皮间错排列，上有肺泡开口[5]。肺泡管的断面数量多，其管壁具有典型的膨大结节。肺泡是构成肺和肺进行气体交换的主要结构。牦牛肺泡表面积大且多为多面形囊泡、球形或半球形状，大多数是扁平的Ⅰ型肺泡上皮细胞，位于肺泡壁，其上皮出现小孔，而立方的Ⅱ型肺泡上皮细胞突出在肺泡腔。肺泡隔有2种，一种是肺泡隔厚的区域呈淡红色半透明薄膜状，中间可以观察到一些红细胞，偶尔可见其他细胞成分，另一种是肺泡隔薄的区域呈线状，可见扁平的细胞核，无红细胞[6]。
对不同海拔地区牦牛肺脏解剖学研究表明，高海拔地区牦牛明显比低海拔地区牦牛单位面积内肺泡数目多，高海拔牦牛肺泡隔的厚度明显增加，同时也观察到肺泡隔内毛细血管明显而丰富，在肺泡隔中占很大的比例。高原牦牛较平原黄牛，气管短而粗大，软骨环距离较大，含有较丰富的肌肉、纤维组织和支气管软骨。牦牛肺泡隔厚度显著大于黄牛，且肺泡发育速度较快。牦牛气-血屏障随日龄逐渐减小，黄牛则不断增厚。牦牛肺泡隔充分呼吸呈细线状，肺泡的快速发育，气管的形态学特点，气-血屏障厚度的变化等都为了满足牦牛在生长发育的过程中对氧气的需求，更方便于牦牛肺部的气体交换，便于牦牛个体发育与适应高原低氧环境[7]。
1.2 心血管形态学与血液生理指标
心脏是血液循环的动力器官，血液循环是携带氧气供应全身的唯一循环系统，在能量代谢上起着重要的生理功能。牦牛心脏占总体质量的0.5%～0.8%，对牦牛心脏解剖显示牦牛右心室肉柱侧壁与室间相连处较明显，左心室肉柱较少且位于隔壁下部，心脏主动脉半月瓣比较发达，在心脏主动脉口的纤维环处出现心骨[9]。红细胞（RBC）、血红蛋白（HB）和红细胞压积容量（PCV）是反映动物呼吸、运输等机体性能的重要生理指标，采用显微镜法和氰化高铁法等对牦牛血液进行测定发现RBC、HB和PCV含量在公、母牦牛间无显著差异；而不同海拔地区牦牛进行比较，生活在高海拔地区的牦牛血液中RBC、HB和PCV明显偏高[10]。心脏解剖发现牦牛左心室壁较厚且还拥有粗大的心肌纤维素。微循环是血液循环中的最小功能单位，针对牦牛心肌微动脉研究认为：心室壁微动脉走形弯曲甚至扭曲成团、入肌束后呈“T”形甚至呈“Y”形，这些都与狗等平原家畜相似，是经典的“树皮样”结构[11]。牦牛心室壁毛细血管的前微动脉表面有明显的环状缩窄，同一动脉分出的毛细血管很少汇入同一静脉，牦牛微静脉以其独特的“树根样”区别于其他家畜的“生姜根样”，微静脉血管肌束间比肌束内粗大，且微静脉垂直于心肌纤维，有利于血液循环[11-12]。