培養(yǎng)基成分對(duì)雌果蠅壽命的影響

王彩艷等

摘要[目的] 探討各培養(yǎng)基成分對(duì)雌果蠅壽命的影響。[方法] 通過測(cè)定雌果蠅的壽命、鮮重及超氧化物歧化酶（SOD）活性，研究了不同培養(yǎng)基成分對(duì)雌果蠅壽命及體重的影響。[結(jié)果]含酵母粉的培養(yǎng)基顯著延長(zhǎng)了雌果蠅的壽命，而濃度變化對(duì)雌果蠅的壽命沒有顯著影響；不同濃度白砂糖對(duì)雌果蠅壽命的影響呈現(xiàn)倒鐘型的曲線，當(dāng)培養(yǎng)基中糖濃度為40.5 g/L處果蠅出現(xiàn)壽命最長(zhǎng)；若糖濃度過低和過高，都不利于果蠅的生長(zhǎng)，存活率呈急劇下降趨勢(shì)；果蠅鮮重隨著糖濃度的升高出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；不同糖濃度下SOD活性的變化并沒有出現(xiàn)隨壽命延長(zhǎng)而呈逐漸升高的趨勢(shì)。[結(jié)論] 酵母粉濃度變化對(duì)處女蠅的壽命延長(zhǎng)無顯著影響，一定糖濃度使果蠅處于饑餓狀態(tài)，壽命最長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞黑腹果蠅；培養(yǎng)基成分；酵母粉；白砂糖；能量限制

中圖分類號(hào)S186；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01635-04

Abstract[Objective] To discusses the effect of different medium components on the life and the weight of the female Drosophlia melanogaster. [Method] This article discusses the effects by determining the life span， fresh weight of fruit flies and examining the SOD activity in fruit flies. [Result] The medium with yeast power has greatly lengthen the life span of the female fruit flies， but different concentrations of yeast have the same effect； In Drosophlia melanogaster， the relationship chart between different concentrations of sugar and life span presents a pour bell figure， peaks at intermediate nutrient concentrations showing dietary restriction（DR）， and that also shows hunger （lower sugar concentration） and energy surplus （higher sugar concentration） both are not good for the growth of fruit flies， accompanying the survival rate fell sharply； Fresh weight of flies declines with sugar concentration increasing； In different sugar concentrations， SOD activity did not appear same rising trend with life span rising. [Conclusion] The concentration change of yeast powder has no actual significance to virgin fruit flies； A low sugar concentration makes fruit flies to starve and a high sugar concentration makes fruit flies into energy surplus state. Both are disadvantageous to extending the life span of fruit flies， but DR can do the opposite things.

Key wordsDrosophlia melanogaster； Medium component； Yeast powder； Sugar； Dietary restriction

黑腹果蠅（Drosophlia melanogaster）是生物學(xué)研究中最重要的模式生物之一。20世紀(jì)初，Morgan選擇黑腹果蠅作為研究對(duì)象，建立了遺傳的染色體理論，奠定經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)并開創(chuàng)利用果蠅作為模式生物的先河[1]。自20 世紀(jì)80 年代以來，對(duì)果蠅的基因組操作取得了重大進(jìn)展，在果蠅中發(fā)展出一系列有效技術(shù)，多種技術(shù)如今已應(yīng)用到其他后生動(dòng)物，但有些技術(shù)仍然只能應(yīng)用于果蠅[2-3]?？傊?，果蠅在生物學(xué)舞臺(tái)上占有舉足輕重的地位，是生命科學(xué)與人類疾病研究的重要模型。

動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育離不開攝食活動(dòng)，大量研究表明減少營養(yǎng)的攝入（飲食限制或能量限制）可以延長(zhǎng)壽命，在酵母、線蟲、果蠅、嚙齒動(dòng)物乃至人類中已經(jīng)得到了證實(shí)[4-8]。果蠅生活在培養(yǎng)管中，能量的來源只有培養(yǎng)基，因此研究培養(yǎng)各成分對(duì)果蠅壽命的影響對(duì)于飲食限制具有實(shí)際意義。曾有人報(bào)道增加酵母粉量可促使地中海雌蠅產(chǎn)卵量增加，同時(shí)發(fā)現(xiàn)壽命的延長(zhǎng)和產(chǎn)卵量呈負(fù)相關(guān)[9] ，也有報(bào)道認(rèn)為酵母粉可以促進(jìn)黑腹果蠅的雌蠅產(chǎn)卵量增加[ 10] ，這些均說明酵母粉量對(duì)雌果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖等方面起著重要作用。目前，關(guān)于酵母粉量對(duì)果蠅生長(zhǎng)發(fā)育繁殖等方面的影響已有報(bào)道[11-12] ，但尚未見到關(guān)于其對(duì)處女蠅壽命的影響報(bào)道。筆者對(duì)精細(xì)的酵母濃度變化對(duì)雌果蠅壽命的影響進(jìn)行了研究，以揭示糖與能量限制的關(guān)系。

關(guān)于營養(yǎng)限制的大多數(shù)研究都是將食物進(jìn)行稀釋或研究食物成分的配比對(duì)雌雄果蠅生命周期、生理特性、繁殖和生存等方面的影響[13]，而尚未見到關(guān)于培養(yǎng)基中關(guān)鍵作用因子對(duì)處女蠅的壽命、體重等的影響報(bào)道。筆者從各常用培養(yǎng)基成分入手，探究酵母粉和白砂糖的濃度與果蠅壽命的關(guān)系，以期建立能量限制下的一個(gè)長(zhǎng)壽命果蠅模型。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

野生型黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）Oregon R品系由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)蠶桑養(yǎng)殖中心提供。

1.1.2試劑與儀器。

高活性酵母，由安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)；“佳一?！本咨疤?，由廣東中輕糖業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；麥胚芽和酵母粉，由安徽燕之坊食品有限公司生產(chǎn)；SOD試劑盒，由南京建成生物工程研究所生產(chǎn)；Eppendorf 高速冷凍離心機(jī)，由Germany制造；上皿電子天平，型號(hào)FA2004，由上海天平儀器廠生產(chǎn)；722N可見分光光度計(jì)，由上海精密科學(xué)儀器有限公司制造；手動(dòng)玻璃勻漿器；Eppendorf 移液槍，由Germany制造。

1.1.3培養(yǎng)基。

（1）培養(yǎng)基Ⅰ：為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，用于果蠅的傳代培養(yǎng)，其主要成分為：水100 ml、白砂糖5 g、瓊脂1 g、玉米粉5 g、麥胚芽5 g、酵母粉4 g、丙酸0.5 ml。

（2）培養(yǎng)基Ⅱ：探究不同酵母粉濃度對(duì)果蠅壽命的影響所用的培養(yǎng)基。按表1中的比例稱取各種成分，其中酵母濃度為100%的培養(yǎng)基即為上面的培養(yǎng)基Ⅰ。收集生長(zhǎng)在培養(yǎng)基Ⅰ上8 h內(nèi)新羽化未交配的雌果蠅，隨機(jī)分管培養(yǎng)在培養(yǎng)基Ⅱ、培養(yǎng)基Ⅲ、培養(yǎng)基Ⅳ中，每組濃度5管，每管30只雌果蠅。每5 d更換1次培養(yǎng)基，每天統(tǒng)計(jì)果蠅存活數(shù)和死亡數(shù)，直到全部死亡，計(jì)算平均壽命、平均最高壽命（后5只死亡的平均時(shí)間）、半致死時(shí)間（半數(shù)死亡的時(shí)間）和死亡曲線。

1.2.3果蠅鮮重的測(cè)定。

收集生長(zhǎng)在培養(yǎng)基Ⅰ上8 h內(nèi)新羽化未交配的雌果蠅并隨機(jī)分管培養(yǎng)在培養(yǎng)基Ⅳ上，每組濃度6管，每管30只雌果蠅。每5 d 更換新鮮配制的培養(yǎng)基1次，在生長(zhǎng)25 d收樣。將相同糖濃度下剩余的活果蠅集體麻醉致死后隨即分為4組，每組40 mg，根據(jù)果蠅的數(shù)量計(jì)算出每只果蠅的平均鮮重。

1.2.4SOD活性的測(cè)定。

在果蠅0、15、25日齡，取各糖濃度組存活雌果蠅，隨機(jī)分為4個(gè)樣本，每個(gè)樣本每組40 mg。每樣本加入0.5 ml生理鹽水，在冰浴中勻漿5 min，間歇30 s，反復(fù)3次，制成組織勻漿；以6 000 r/min離心10 min，取上清作為待測(cè)液，分別測(cè)定SOD活性（羥胺法）取其平均值。SOD活性單位為U/ml[15～17]。

1.2.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析包統(tǒng)計(jì)與分析，組間差異運(yùn)用Oneway ANOVA方法進(jìn)行分析，各組均數(shù)間差異比較采用LSD方法檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1不同培養(yǎng)基成分對(duì)果蠅壽命的影響

從圖1可以看出，與正常組、無麥胚芽組、無玉米粉組相比，無糖組果蠅的平均壽命均有顯著性下降；其他組的平均壽命均無顯著性差異。與無小麥胚芽組、無玉米粉組相比，無糖組果蠅的平均最高壽命均呈顯著性下降；其他組間的平均最高壽命均無顯著性差異。無糖組和無酵母組果蠅的半致死時(shí)間均比正常組的極顯著縮短；無小麥胚芽組和無玉米粉組果蠅的半致死時(shí)間與正常組無顯著性差異；無糖組的半致死時(shí)間除與無酵母組無顯著性差異外，較其他組均顯著縮短；無酵母組和無小麥胚芽組、無糖組間均無顯著性差異，與其他組存在顯著性差異。

2.2不同酵母濃度對(duì)果蠅壽命的影響

從圖2可以看出，不同酵母粉濃度對(duì)果蠅平均壽命的影響出現(xiàn)波動(dòng)性變化，無酵母粉組（0號(hào)）的平均壽命較有酵母粉的試驗(yàn)組都顯著降低，但未見明顯規(guī)律；有酵母粉組的各濃度間的平均壽命個(gè)別存在顯著性差異（或高或低），但未見明顯規(guī)律；將有酵母粉組看作一個(gè)樣本與無酵母分組相比，t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有酵母粉可以顯著提高果蠅的平均壽命。平均最高壽命亦出現(xiàn)與平均壽命相似的結(jié)果，有酵母粉組的平均最高壽命較無酵母粉組仍然有顯著性提高。從半致死時(shí)間來看，無酵母粉組除與15號(hào)、17號(hào)無顯著性差異外，較其他有酵母粉組均有顯著性縮短（與14號(hào)、25號(hào)顯著性差異，其他則存在極顯著性差異）；有酵母粉組出現(xiàn)波動(dòng)性變化，未見明顯規(guī)律。2.3不同糖濃度對(duì)果蠅壽命的影響3號(hào)糖濃度下生長(zhǎng)的果蠅比其他各組其平均壽命均有顯著性提高；與無糖組（0號(hào)）相比，1～8號(hào)、10號(hào)糖濃度下生長(zhǎng)的果蠅的平均壽命均有極顯著地提高，而12號(hào)糖濃度有顯著性提高；1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)4個(gè)糖濃度下生長(zhǎng)的果蠅平均壽命均沒有顯著性差異；6～9號(hào)4個(gè)糖濃度下的果蠅平均壽命呈逐漸下降趨勢(shì)，9號(hào)與6號(hào)、7號(hào)均有顯著性差異，與8號(hào)則無顯著性差異；9號(hào)、11號(hào)、13號(hào)、14號(hào)、15號(hào)、16號(hào)糖濃度下生長(zhǎng)的果蠅平均壽命之間均無顯著性差異；另外，10號(hào)和12號(hào)糖濃度下果蠅的平均壽命出現(xiàn)小幅度上升，10號(hào)糖濃度與1～5號(hào)和后面的13～16號(hào)糖濃度均有顯著性差異。

各糖濃度條件下果蠅的平均最高壽命變化情況與其平均壽命情況相似，后5只的平均最高壽命中1號(hào)和8號(hào)都有波動(dòng)，但是總體趨勢(shì)不變15日齡，與無糖組相比，6、7和8號(hào)的SOD活性都有極顯著升高，9、10和11號(hào)的SOD活性都有顯著性升高；6號(hào)和7號(hào)無顯著性差異，除與8號(hào)和11號(hào)沒有顯著性差異外，較其他各組均顯著性升高；8～12號(hào)沒有顯著性差異，處于一種平衡狀態(tài)；12～16號(hào)亦無顯著性差異。25日齡，與無糖組相比，1～4號(hào)和13號(hào)SOD活性顯著性降低，7號(hào)和10號(hào)SOD活性均顯著性升高；3號(hào)SOD活性水平在各組中最低，7號(hào)SOD活性在各組中最高且二者都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；8～11號(hào)處于平臺(tái)期，組間無顯著性差異；13～15號(hào)SOD活性有上升的趨勢(shì)。

3討論

各成分培養(yǎng)基對(duì)果蠅壽命影響的研究表明糖類是雌果蠅壽命的關(guān)鍵因子，白砂糖是試驗(yàn)中果蠅培養(yǎng)基唯一的碳能來源，缺少糖會(huì)使果蠅的生長(zhǎng)和發(fā)育受到嚴(yán)重的影響；從平均壽命和半致死時(shí)間來看，酵母粉是第二大制約因子，酵母粉為果蠅的生長(zhǎng)提供蛋白質(zhì)、微量元素和維生素等，在果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育尤其是幼蟲的發(fā)育中起到至關(guān)重要的作用，成熟的雌果蠅對(duì)蛋白質(zhì)的需要量很少，這也說明酵母的影響不顯著，另外培養(yǎng)基中添加有麥胚芽，麥胚芽中的營養(yǎng)成分可能彌補(bǔ)酵母粉中所含的成分，因此無酵母粉組果蠅的平均壽命和平均最高壽命較正常組無顯著性降低。研究表明，麩皮的添加會(huì)使培養(yǎng)基更酥松，有利于果蠅的產(chǎn)卵，但是試驗(yàn)中有無麥胚芽未發(fā)現(xiàn)對(duì)雌性處女蠅有影響。這說明麥胚芽的添加只會(huì)使食物營養(yǎng)更豐富而不是影響果蠅壽命的關(guān)鍵因子；雖然玉米粉和小麥胚芽均不能影響果蠅壽命，但添加玉米粉的培養(yǎng)更易發(fā)霉，這也說明用含有玉米粉的培養(yǎng)基換管時(shí)間要縮短。是否添加酵母粉會(huì)影響果蠅的壽命，但是酵母粉的添加量不會(huì)對(duì)果蠅產(chǎn)生影響，可能是因?yàn)樘幣壊恍枰敝?，?duì)酵母的需求大大減少。另外，未添加酵母粉的培養(yǎng)基容易變質(zhì)，對(duì)于換管周期比較長(zhǎng)的試驗(yàn)不適合，所以培養(yǎng)基中加入適量的酵母粉不僅能為果蠅提供能量，同時(shí)可以改善培養(yǎng)基，延長(zhǎng)培養(yǎng)基使用時(shí)限。不同糖濃度與果蠅壽命的關(guān)系與前人研究的結(jié)果相似，饑餓和能量過剩都不利于壽命的延長(zhǎng)，只有添加適宜濃度的糖時(shí)才能促進(jìn)壽命的延長(zhǎng)。SOD水平并沒有表現(xiàn)與壽命相關(guān)的變化趨勢(shì)，對(duì)于糖類如何在此過程中發(fā)揮作用還需要進(jìn)一步研究。研究還發(fā)現(xiàn)高糖濃度下果蠅的體重相對(duì)于低糖濃度是下降的，與人類的糖尿病情況相似，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者在未注射胰島素的情況下其體重相對(duì)正常情況是降低的，這說明該試驗(yàn)結(jié)果有利于建立果蠅的糖尿病模型。

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