蟲草素對微波輻射黑腹果蠅的保護作用

李盡哲， 黃雅琴， 2*， 葉兆偉， 龐瑞華

(1. 信陽農(nóng)林學院，生物與制藥工程學院，河南信陽464000； 2. 鄭州大學，河南省離子束生物工程重點實驗室，鄭州450052；3. 信陽師范學院生命科學學院，河南信陽464000)

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蟲草素對微波輻射黑腹果蠅的保護作用

李盡哲1， 黃雅琴1， 2*， 葉兆偉1， 龐瑞華3

(1. 信陽農(nóng)林學院，生物與制藥工程學院，河南信陽464000； 2. 鄭州大學，河南省離子束生物工程重點實驗室，鄭州450052；3. 信陽師范學院生命科學學院，河南信陽464000)

為了研究蟲草素對微波輻射黑腹果蠅Drosophilamelanogaster的保護作用，以梯度濃度的蟲草素培養(yǎng)基飼養(yǎng)微波輻射的黑腹果蠅，觀察統(tǒng)計其生殖力及子代生長發(fā)育特征。研究發(fā)現(xiàn)，微波輻射后的黑腹果蠅生殖力極顯著下降(P<0.01)，蟲草素能提高其生殖力，其中0.4%質(zhì)量分數(shù)的蟲草素培養(yǎng)基極顯著提高成蛹數(shù)和成蠅數(shù)(P<0.01)；微波輻射后黑腹果蠅子代的性比降低、體長減少、飛翔率極顯著降低(P<0.01)、畸變率極顯著升高(P<0.01)，4個梯度濃度的蟲草素均能提高子代的性比，使其接近于1，而且均能降低畸變率，差異具有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)。由此可見，蟲草素能夠修復黑腹果蠅的輻射損傷，對機體起到抗輻射的保護作用。

黑腹果蠅；微波輻射；蟲草素；保護

微波是一種頻率在300 MHz～300 GHz(波長為1 mm～l m)的電磁波。微波輻射(microwabe radiation)是一種較嚴重的電磁波污染物，隨著通訊技術的迅猛發(fā)展，微波輻射將越來越嚴重。微波輻射對人和動物生殖、生理等的損傷研究已有很多報道(Yamaguchietal.，2003；吳燕等，2012；陳麗莉等，2014；羅春生等，2015；朱文赫等，2015)，這些研究表明微波輻射對人和動物可以造成嚴重損傷，微波污染也因此可能對一些遷地保護的珍稀動物造成嚴重威脅。微波輻射損傷的藥物保護已有少量的研究報道(Mortazavi，2013；姜艷霞等，2015；孫艷美等，2015；李曉宇等，2016)。蟲草素具有抗腫瘤、治療白血病、調(diào)節(jié)免疫力、治療心血管疾病、抑菌、消炎等作用(Chaetal.，2013；劉桂君等，2013)。蟲草素對動物輻射損傷的保護作用還未見報道。黑腹果蠅Drosophilamelanogaster是昆蟲綱Insecta雙翅目Diptera昆蟲，是最普遍應用于遺傳學的試驗動物，也是遺傳學上最經(jīng)典的模式動物，具有清晰的遺傳背景和便捷的遺傳操作，使其在生物學領域具有獨特的地位。本研究利用黑腹果蠅作為模式動物，研究蟲草素的抗微波輻射功能，觀察蟲草素對微波輻射損傷的黑腹果蠅的生殖能力、個體發(fā)育等方面的恢復影響，研究結(jié)果對生活在微波輻射日益嚴重化環(huán)境中的人和動物的保護具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

野生型黑腹果蠅由信陽師范學院生命科學學院遺傳學教研室友情贈送。蟲草素購自Sigma公司。

試劑：無水乙醇(武漢市中天化工有限責任公司)、瓊脂粉(上海醫(yī)學化驗所試劑廠)、蔗糖(天津市科密歐化學試劑有限公司)、丙酸(天津市德恩化學試劑有限公司)、安琪酵母粉、乙醚(天津市津梅化工有限公司)。除安琪酵母粉外，所有試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

G70D20CN1L-M1(S0)型格蘭仕微波爐(額定電壓及額定功率：220 V、50 Hz，額定輸出功率：700 W，額定微波頻率：2 450 MHz)、GXM-400D型智能光照培養(yǎng)箱(寧波東南儀器有限公司)、FA2104N電子分析天平(上海菁海儀器有限公司)、電子萬用爐(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)等。

1.3 試驗方法

1.3.1 培養(yǎng)基的制備 基本培養(yǎng)基按照每100 mL蒸餾水中添加玉米粉11.2 g、蔗糖8.9 g、瓊脂1.0 g、干酵母粉1.0 g、丙酸0.8 mL的比例配制。設基本培養(yǎng)基為對照(CK)，在CK的基礎上配制不同濃度的蟲草素處理培養(yǎng)基，即在煮沸的培養(yǎng)基中添加蟲草素，攪拌均勻使蟲草素充分溶解，然后分裝。4個濃度梯度分別命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，蟲草素終質(zhì)量分數(shù)為0.1%、0.2%、0.4%、0.8%。

1.3.2 果蠅分組和微波輻射 收集8 h內(nèi)羽化的未交配的果蠅，乙醚麻醉后區(qū)分雌雄，轉(zhuǎn)移到基本培養(yǎng)基和4個蟲草素培養(yǎng)基中培養(yǎng)3 d，每組雌、雄果蠅各40只，共10瓶。3 d后，麻醉果蠅，每組雌、雄果蠅再分別分成2份(每份雌、雄各20只)，其中1份不輻射，另1份轉(zhuǎn)移到空的100 mL三角瓶(高約10 cm)中，用紗布包扎封口，置于微波爐中以2 450 MHz頻率的微波輻射20 s。每次等微波爐溫度降至室溫進行下一組輻射。輻射結(jié)束后用乙醚麻醉果蠅，按照每瓶1雌1雄，每小組20瓶，轉(zhuǎn)移到各自相應的培養(yǎng)基中，于培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)，測定各項指標。本實驗重復3次，所有數(shù)據(jù)取平均值。

1.3.3 生殖力和子代發(fā)育特征測定 當培養(yǎng)瓶中有蛹出現(xiàn)，放飛親本，開始記錄每瓶的成蛹數(shù)和成蠅數(shù)，直到不再有蛹和果蠅形成，成蠅率=成蠅數(shù)/成蛹數(shù)×100%。收集子代果蠅，麻醉后在顯微鏡下觀察其表型，統(tǒng)計其性比、體長和畸變率。蘇醒后繼續(xù)培養(yǎng)，飼養(yǎng)40 d后，在室外逐個放飛，凡能起飛的，計入“可飛翔”組，計算各組飛翔百分率。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 應用SPSS 13.0對實驗數(shù)據(jù)進行t檢驗，分析差異顯著性(0.01≤P<0.05表明差異具有統(tǒng)計學意義；P<0.01表明差異具有高度統(tǒng)計學意義；P>0.05表明差異無統(tǒng)計學意義)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蟲草素對微波輻射果蠅生殖力的影響

子代成蛹數(shù)、成蠅數(shù)和成蠅率是反映生殖力的3個重要指標，試驗結(jié)果如表1所示。將未經(jīng)微波輻射的果蠅在CK和4個不同濃度梯度的蟲草素培養(yǎng)基中培養(yǎng)，結(jié)果表明：隨著蟲草素濃度的增加，果蠅的成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均呈先上升后下降的趨勢。當培養(yǎng)基類型為Ⅱ時，成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均達到最大值，分別比CK高出4.1%和4.2%；當培養(yǎng)基類型為Ⅳ時，成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均達到最小值，且成蛹數(shù)比CK顯著降低(P<0.05)。Ⅰ～Ⅲ組的果蠅成蠅率均高于CK，當培養(yǎng)基類型為Ⅲ時，成蠅率達到最大值(87.5%)。由此可見，蟲草素能夠在一定程度上提高果蠅的生殖力，且以0.4%質(zhì)量分數(shù)效果最佳。

將微波輻射果蠅培養(yǎng)在基本培養(yǎng)基上，與未輻射的CK相比，成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均極顯著降低(P<0.01)，成蠅率也降低了4.2%，可見，微波輻射干擾了果蠅的生殖。將微波輻射果蠅培養(yǎng)在不同濃度的蟲草素培養(yǎng)基上，成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均表現(xiàn)出隨蟲草素濃度的增加先上升后下降的趨勢。Ⅲ組的成蛹數(shù)和成蠅數(shù)均達到最大值，且與輻射的CK相比，差異有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)。Ⅱ組的成蛹數(shù)和成蠅數(shù)與輻射的CK相比，均顯著升高(P<0.05)。Ⅰ～Ⅳ組的成蠅率與輻射的CK相比有升有降，差異無統(tǒng)計學意義。

綜合以上分析可見，蟲草素能夠提高微波輻射果蠅的生殖力，蟲草素的抗輻射保護作用和蟲草素的濃度有關，其中以中等濃度的Ⅲ組培養(yǎng)基效果最佳。

表1 蟲草素對微波輻射果蠅生殖力的影響

注： 與CK相比，*表示差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，**表示差異具有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)；下同。

Notes： compared with CK,*indicated significant difference (P<0.05)，**indicated extremely significant difference (P<0.01); the same below.

2.2 蟲草素對微波輻射果蠅子代生長發(fā)育特征的影響

觀察果蠅子代的性比、體長、飛翔率和畸變率，試驗結(jié)果如表2所示。將未經(jīng)微波輻射的果蠅在不同濃度的蟲草素培養(yǎng)基上培養(yǎng)，子代的性比與CK相比有升有降，差異無統(tǒng)計學意義。隨著蟲草素濃度的增加，子代的體長表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。Ⅲ組的體長和飛翔率均達到最大值，與CK相比，體長顯著增加(P<0.05)，飛翔率極顯著增加(P<0.01)。與CK相比，Ⅰ～Ⅳ組的畸變率均極顯著降低(P<0.01)，Ⅳ組的畸變率最低，僅1.14%，且與CK相比，體長和飛翔率均顯著增加(P<0.05)。由此可見，蟲草素能夠顯著增加體長，提高飛翔率，降低畸變率。

將微波輻射果蠅培養(yǎng)在基本培養(yǎng)基上，與未輻射的CK相比，子代的性比降低、體長減少、飛翔率降低且畸變率增加，其中飛翔率和畸變率的差異均具有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)，畸變的類型更加豐富，出現(xiàn)了各種翅型變異(圖1)?？梢?，微波輻射干擾了果蠅子代的生長發(fā)育。將微波輻射果蠅培養(yǎng)在不同濃度的蟲草素培養(yǎng)基上，子代的性比升高，且接近于1。隨著蟲草素濃度的增加，體長表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，飛翔率呈上升趨勢，畸變率呈下降趨勢，且與輻射的CK相比，Ⅰ～Ⅳ組的畸變率極顯著降低(P<0.01)。Ⅲ組的體長達到最大值(2.52 mm)，顯著增加(P<0.05)。Ⅳ組的飛翔率達到最大值，與輻射的CK的差異有高度統(tǒng)計學意義(P<0.01)。

綜合以上分析可見，蟲草素對微波輻射果蠅具有抗氧化保護作用，抗突變、抗輻射效果顯著。

表2 蟲草素對微波輻射果蠅子代生長發(fā)育特征的影響

圖1 畸變果蠅

1. 野生型， 2. 單焦翅， 3. 雙焦翅。

1. wild type， 2. one scorch wing， 3. two scorch wings.

3 討論

微波在給人類生產(chǎn)生活帶來便捷的同時，也對人和動物產(chǎn)生了重要影響，如微波能導致組織器官的病理改變(呂士杰等，2009)，動物遺傳特性發(fā)生改變(沈曉鴻等，2011)。王曉民等(2011)認為微波輻射能夠?qū)游锉灸苄袨楫a(chǎn)生較大的影響，任德康(1999)研究微波對水蛇、鯽魚、蝦等生物的影響，發(fā)現(xiàn)微波輻射劑量越大，動物死亡越快。吳堅(1991)同樣以頻率2 450 MHz的微波對果蠅進行輻射，性連鎖隱性致死突變檢測和非整倍體檢測均認為對照組和照射組間無顯著性差異；然而在本試驗中微波輻射果蠅子代的畸變率達4.18%，與CK的差異具有高度統(tǒng)計學意義，推測該結(jié)論不同可能是由于采用的輻射效應檢測標準不同；同時吳堅(1991)研究發(fā)現(xiàn)子一代性比發(fā)生了明顯的變化，雌蠅數(shù)量明顯多于雄蠅，這與本試驗的研究結(jié)果一致。對動物來說，性比1∶1并非最優(yōu)，可能受多方面影響，包括環(huán)境、遺傳、動物自身的種群密度等。在某種情況下，雌性比例升高，更有利于動物的種群數(shù)量增加。在本試驗中，未受輻射的果蠅子代的性比為0.81，而不是1，真實反映了在當前自然條件背景下培養(yǎng)的果蠅群體的性比，而將微波輻射果蠅培養(yǎng)在基本培養(yǎng)基上，子代的性比略有降低(0.78)，這可能是果蠅在微波的逆境刺激下產(chǎn)生的一種補償機制。

目前，能夠全面改善機體輻射損傷的藥物尚未被發(fā)現(xiàn)，多糖類、中藥類(汪維云，2003；陳為等，2009)等被報道具有抗輻射作用的藥物僅僅能夠?qū)Σ煌M織或者器官起修復作用，探索一些新的具有全面修復機體輻射損傷的藥物具有重要意義。本試驗首次研究了蟲草素的抗微波輻射作用，在試驗過程中微波爐內(nèi)溫度必須降至室溫是因為輻照一組果蠅后，微波爐內(nèi)溫度高時進行下一組輻照，會增加果蠅的死亡率；經(jīng)過摸索發(fā)現(xiàn)，在微波爐中輻照20 s，果蠅的死亡率低且誘變效果明顯。本試驗結(jié)果表明，中等濃度的Ⅲ組培養(yǎng)基提高輻射果蠅生殖力效果極顯著，而較高濃度的Ⅳ組培養(yǎng)基提高輻射果蠅子代飛翔率和降低子代畸變率效果極顯著，這些結(jié)果顯示蟲草素具有相對全面的抗輻射作用。因此，在微波輻射日益嚴重的今天，在人類的飲食和動物的飼料中添加適當濃度的蛹蟲草粉末，可能有助于輻射損傷的修復和保護。本研究結(jié)果對變電站、廣播電臺基站、信號發(fā)射塔等微波輻射較密集的特殊區(qū)域的動物保護具有一定的指導意義。

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Protective Effect of Cordycepin against Microwave Radiation toDrosophilamelanogaster

LI Jinzhe1， HUANG Yaqin1， 2*， YE Zhaowei1， PANG Ruihua3

(1.College of Biological and Pharmaceutical Engineering， Xinyang College of Agriculture and Forestry， Xinyang，Henan Province 464000， China; 2. Henan Provincial Key Laboratory of Ion Beam Bio-engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou 450052， China; 3. College of Life Science， Xinyang Normal University， Xinyang， Henan Province 464000， China)

In order to study the protective effect of cordycepin onDrosophilamelanogasteragainst microwave radiation，D.melanogasterwere fed with different concentrations of cordycepin medium， followed by observing and counting the fertility and growth characteristics of the offspring. The results showed that the fertility ofD.melanogasterdecreased very significantly after microwave radiation (P<0.01). Cordycepin could improve the rate of fertility， and in addition， of cordycepin at a concentration of 0.4% very significantly enhanced the number of pupae and adult flies (P<0.01). Furthermore， microwave irradiation decreased the sex ratio and distortion rate ofD.melanogasteroffspring， but reduced the body length and fly rate (P<0.01). In contrast， all the 4 tested concentrations of cordycepin could not only increase the offspring sex ratio (close to 1)， but also reduce the distortion rate very significantly (P<0.01). Thus， it was concluded that cordycepin was able to repair radiation damage and played an anti-microwave radiation role to the body.

Drosophilamelanogaster; microwave radiation; cordycepin; proctection

2016-07-02 接受日期：2016-08-22

河南省科技發(fā)展項目(152102210222)； 河南省高等學校重點科研項目(16A180051)； 信陽農(nóng)林學院科技創(chuàng)新團隊項目(CXTD-201606)

李盡哲(1982—)， 男， 碩士， 講師， 研究方向為生物保健品開發(fā)， E-mail：xynz1688@163.com

*通信作者Corresponding author， 女， 碩士， 講師， 研究方向為輻射生物學， E-mail：hyaqin88@163.com

10.11984/j.issn.1000-7083.20160181

R142+.4

A

1000-7083(2016)06-0889-04